REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

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1 1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ELABORACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD DEL CÁLCULO DE LA MERMA EN EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE CERVECERÍA POLAR PLANTA MODELO Trabajo Especial de Grado presentado ante la Universidad Rafael Urdaneta, para optar al título de: INGENIERO QUÍMICO Autor: Br. Carlos Daniel Villalobos Martínez C.I: Tutor Académico: Ing. Humberto Martínez Tutor Industrial: Ing. Yudixa D Vicente Maracaibo, abril de 2012

2 3 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ELABORACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD DEL CÁLCULO DE LA MERMA EN EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE CERVECERÍA POLAR PLANTA MODELO Trabajo Especial de Grado presentado ante la Universidad Rafael Urdaneta, para optar al título de: INGENIERO QUÍMICO Autor: Br. Carlos Daniel Villalobos Martínez C.I: Tutor Académico: Ing. Humberto Martínez Tutor Industrial: Ing. Yudixa D Vicente Maracaibo, abril de 2012

3 4 ELABORACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD DEL CÁLCULO DE LA MERMA EN EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE CERVECERÍA POLAR PLANTA MODELO Villalobos Martínez, Carlos Daniel C.I: Av. Fuerzas Armadas. Urb. Oasis Country I. Casa Telf.: (0414) Martínez, Humberto Tutor Académico

4 5 DEDICATORIA Principalmente, a Dios por acompañarme en toda mi carrera, brindarme fuerzas para seguir adelante y no dejarme dar por vencido en ningún momento, aún cuando la situación se haya tornado difícil. A mis padres, mi hermano, tíos y abuelos, por estar siempre ahí para mí cuando lo he necesitado, por su apoyo y preocupación en todo el proceso de elaboración de mi trabajo especial de grado y de mi carrera en general. A Liurmy Díaz y Aurelena Perozo, por ser mis compañeras en Empresas Polar y brindarme muchos recuerdos y momentos alegres, haciendo más amena mi estadía en la empresa. A mis amigos, por acompañarme en toda la carrera y formar parte de mi grupo de estudio, haciendo agradables todos los momentos que pasamos juntos estudiando. A mis profesores, por todo el conocimiento que me impartieron, por sus enseñanzas y su gran esfuerzo empleado por prepararme para el futuro, no sólo a nivel académico, sino también a nivel personal.

5 6 AGRADECIMIENTOS A Cervecería Polar Planta Modelo, por abrirme las puertas y permitirme ser parte de una de las organizaciones líderes del país, además de darme la oportunidad de desarrollarme como individuo y ampliar mis conocimientos. A mi tutora industrial, la Ing. Yudixa D Vicente, por ofrecerme un proyecto interesante y muy significativo para la organización, al igual que por su constante guía en todo el proceso de investigación. A mi tutor académico, el Ing. Humberto Martínez, por su dedicación en garantizar que la investigación sea un trabajo de calidad que cumpla con todas las normas y exigencias de la universidad. Gracias por sus aportes que enriquecieron la investigación. Al analista de calidad, Francisco Gómez Zea, por todos sus conocimientos aportados para la investigación y que por su experiencia en lo que representa el estudio de merma fue de mucha utilidad para realización del trabajo especial de grado. Al personal de la Gerencia Territorial de Calidad y de la Gerencia de Elaboración, por toda la ayuda prestada, ya que sin ella este trabajo no sería lo mismo. Gracias a todos, desde los operadores y analistas de laboratorio hasta los superintendentes.

6 7 ÍNDICE GENERAL pág. RESUMEN ABSTRACT INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I. EL PROBLEMA Planteamiento del problema Objetivo general Objetivos específicos Justificación de la investigación Delimitación de la investigación Espacial Temporal Alcance CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO Descripción de la empresa Misión Visión Organigrama de Cervecería Polar Planta Modelo Antecedentes Producción de cerveza y malta Materias primas de la cerveza y malta Cebada malteada Agua Adjuntos... 32

7 Lúpulo Aditivos Coadyuvantes en la fabricación Descripción del proceso de elaboración de cerveza y malta en Cervecería Polar, Planta Modelo Recepción y extracción de materia prima Molienda Maceración Filtración del mosto Cocción o ebullición del mosto Tanque de mosto caliente (rotapool) y decanter Enfriamiento del mosto Fermentación y maduración Filtración Carbonatación Productos que se elaboran en Cervecería Polar C.A, Planta Modelo Determinación de merma en el proceso de elaboración Definición de merma Merma de cocimiento Merma de fermentación Merma de filtración Merma global de elaboración Programas de procesamiento de datos en Cervecería Polar ifix SAP Activ Plant Equipos que intervienen en la medición de la merma de elaboración Balanzas de extracción Balanza de laboratorio Beer Analyzer... 67

8 Beer Alcolyzer Densímetro Anton Paar de enfriamiento Medidores de flujo Definición de términos básicos Sistema de Variables CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO Diseño de la investigación Técnicas de recolección de datos Instrumentos de recolección de datos Fases de la investigación Fase I: Identificar el cumplimiento de los programas de calibración, verificación y mantenimiento de los equipos de medición que intervienen en el cálculo de la merma Fase II: Validar la confiabilidad de la data cargada a Activ Plant Fase III: Cuantificar el impacto de los equipos y la data en los porcentajes de merma reportados por SAP Fase IV: Proponer un método de verificación en línea para los densímetros de enfriamiento Fase V: Desarrollar instructivos de calibración, verificación y/o ajuste para los equipos que no poseen documentación al respecto Fase VI: Presentar recomendaciones para incrementar la confiabilidad de los valores de merma en cuanto a los equipos de medición y la data Limitaciones de la investigación CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Identificar el cumplimiento de los programas de calibración, verificación y mantenimiento de los equipos de medición que intervienen en el cálculo de la merma

9 Balanzas de extracción Beer Analyzer Balanza de laboratorio Densímetro Anton Paar de enfriamiento Contador de renta Beer Alcolyzer Medidores de flujo de enfriamiento Validar la confiabilidad de la data cargada a Activ Plant Balanzas de extracción Medidores de flujo de enfriamiento Contador de renta Cuantificar del impacto de los equipos y la data en los porcentajes de merma reportados por SAP Calibración del contador de renta Calibración de las balanzas de extracción Ajuste de los densímetros de enfriamiento Confiabilidad de la data de las balanzas de extracción Confiabilidad de la data de los medidores de flujo Proponer un método de verificación en línea para los densímetros de enfriamiento Elaborar instructivos de calibración, verificación y/o ajuste para los equipos que no poseen documentación y el método elaborado Presentar recomendaciones para incrementar la confiabilidad de los valores de merma en cuanto a los equipos de medición y la data Equipos Balanzas de extracción Beer Analyzer Balanza de laboratorio Densímetro Anton Paar de enfriamiento Contador de renta

10 Beer Alcolyzer Medidores de flujo de enfriamiento Confiabilidad de la data Balanzas de extracción Contador de renta y medidores de flujo de enfriamiento CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

11 12 ÍNDICE DE TABLAS pág. Tabla 2.1. Productos elaborados en Cervecería Polar Planta Modelo Tabla 3.1. Cuadro comparativo de pruebas de verificación a los densímetros Tabla 3.2. Pruebas al contador de renta Tabla 3.3. Comparación de medidores de nivel en tanque de gobierno N Tabla 3.4. Confiabilidad de la data de las balanzas de cebada Tabla 3.5. Confiabilidad de la data de la balanza de adjunto Tabla 3.6. Evaluación del redondeo de las balanzas de extracción Tabla 3.7. Confiabilidad de la data de los medidores de flujo de enfriamiento Tabla 3.8. Confiabilidad de la data del contador de renta Tabla 3.9. Porcentajes de merma de SAP Tabla Impacto en merma de la calibración de las balanzas Tabla Impacto en merma de la data de las balanzas Tabla Método de evaluación de los Anton Paar de enfriamiento Tabla 4.1. Comparación de las verificaciones realizadas a los densímetros de enfriamiento Tabla 4.2. Pruebas al contador de renta Tabla 4.3. Comparación de medidores de nivel en tanque de gobierno N Tabla 4.4. Confiabilidad de la data de las balanzas de cebada Tabla 4.5. Confiabilidad de la data del tren de adjunto Tabla 4.6. Confiabilidad de la data del medidor de flujo del enfriador N Tabla 4.7. Confiabilidad de la data del medidor de flujo del enfriador N Tabla 4.8. Confiabilidad de la data del contador de renta Tabla 4.9. Porcentajes de merma de SAP de elaboración Tabla Impacto en merma de la calibración de las balanzas Tabla Impacto en merma de la calibración de los Anton Paar Tabla Impacto en merma de la data de las balanzas

12 13 Tabla Prueba de verificación al densímetro del enfriador N 1 con Decanter Tabla Prueba de verificación al densímetro del enfriador N 1 sin Decanter Tabla. A.1. Prueba N 1 de la data de las balanzas de cebada Tabla A.2. Prueba N 2 de la data de las balanzas de cebada Tabla A.3. Prueba N 3 de la data de las balanzas de cebada Tabla A.4. Prueba N 4 de las Balanzas de cebada Tabla A.5. Prueba N 5 de la data de las balanzas de cebada Tabla A.6. Pruebas de la data de la balanza de adjunto Tabla A.7. Prueba de redondeo en la balanza del tren N Tabla. A.8. Prueba de redondeo en la balanza del tren N Tabla. A.9. Prueba de redondeo en la balanza del tren N Tabla A.10. Prueba de redondeo de la balanza de adjunto Tabla A.11. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de septiembre para la receta de Ice Tabla A.12. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de septiembre para la receta de Maltín Tabla A.13. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de septiembre para la receta de Pilsen Tabla A.14. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de septiembre para la receta de Solera Light Tabla A.15. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de octubre para la receta de Ice Tabla A.16. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de octubre para la receta de Maltín Tabla A.17. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de octubre para la receta de Pilsen Tabla A.18. Impacto de la calibración de las balanzas en el mes de octubre para la receta de Solera Light

13 14 Tabla. A.19. Impacto en merma de la data de balanzas para la receta de Ice Tabla. A.20. Impacto en merma de la data de balanzas para la receta de Pilsen Tabla. A.21. Impacto en merma de la data de balanzas para la receta de Maltín Tabla. A.22. Impacto en merma de la data de balanzas para la receta de Solera Light

14 15 ÍNDICE DE FIGURAS pág. Figura 2.1. Organigrama Figura 2.2. Proceso de elaboración de la cerveza Polar Figura 2.3. Proceso de elaboración de la malta Polar Figura 2.4. Balanza de extracción Figura 2.5. Densímetro Beer Analyzer Figura 2.6. Densímetro Anton Paar de Enfriamiento Figura 4.1. Pruebas al contador de renta Figura 4.2. Confiabilidad de la data de las balanzas de extracción Figura 4.3. Confiabilidad de la data de los medidores de flujo Figura 4.4. Porcentajes de merma de SAP de elaboración Figura 4.5. Método de verificación de los densímetros de enfriamiento

15 16 Villalobos Martínez, Carlos Daniel. ELABORACIÓN DE ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD DEL CÁLCULO DE LA MERMA EN EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE CERVECERÍA POLAR PLANTA MODELO. Trabajo Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela p. RESUMEN El porcentaje de merma es uno de los indicadores de gestión con los que se evalúa el proceso de elaboración en Cervecería Polar Planta Modelo. En su cálculo intervienen varios equipos de medición y sistemas de data. Se han observado situaciones que han puesto en duda la confiabilidad de los valores de merma que están siendo reportados, por lo que se propuso como objetivo general elaborar estrategias para mejorar la confiabilidad del cálculo de la merma de elaboración de Cervecería Polar Planta Modelo. Como técnica de recolección de datos se utilizaron la observación directa a través visitas a la planta, indirecta a través de la utilización de equipos, y la entrevista no estructurada. Se identificó el cumplimiento al mantenimiento de los equipos de medición que intervienen en el cálculo de la merma y se realizaron pruebas para validar la confiabilidad de la data que reporta Activ Plant. Se cuantificó el impacto de las desviaciones observadas, encontrando que los porcentajes de merma están siendo afectados principalmente por desviaciones en los equipos y que las desviaciones de la data tienen un impacto mínimo. Los equipos más críticos que afectan en el cálculo son el contador de renta y los densímetros de enfriamiento. Se propuso un método para verificar en línea los densímetros de enfriamiento y se realizó un instructivo detallando el procedimiento planteado, al igual que se realizaron otros instructivos de otros equipos que carecían de documentación en cuanto a su mantenimiento. Con la información obtenida, se presentaron recomendaciones que permitan incrementar la confiabilidad de los valores de merma reportados por SAP. Palabras clave: merma, confiabilidad, Cervecería Polar, cerveza, malta. wolfvillage1991@hotmail.com

16 17 Villalobos Martínez, Carlos Daniel. ELABORATION OF STRATEGIES TO IMPROVE THE RELIABILITY OF THE ULLAGE CALCULUS OF THE ELABORATION PROCESS AT CERVECERÍA POLAR PLANTA MODELO. Trabajo Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela p. ABSTRACT The ullage percentage is one of the management indicators used to evaluate the performance of the elaboration process at Cervecería Polar, Planta Modelo. In its calculations numerous equipment and data software are involved. There have been some situations that have put in doubt the reliability of the ullage values that are been reported, so the main objective proposed to this investigation is to develop strategies for improving the reliability of the ullage calculations in Cervecería Polar, Planta Modelo. The data recollection techniques used were the direct observation through reading manuals and technical papers and visits to installations, the indirect observation by using measurement equipment and the non structured interview. The operation of the measurement equipments involved in the ullage calculations was evaluated and tests to determinate the reliability of the data obtained from Activ Plant were performed. The main results of this investigation were: it was found that the ullage percentages are being heavily affected by deviations in the operation of process equipments and that the data deviations impact is minimal; the most critic equipments that affect the ullage are the extraction scales, the income counter and the density meters of the cooling process. For those reasons, a method to verify in line the operation of density meters of the cooling process system and it s correspondent instructive guide detailing the procedure suggested was proposed, like other instructive guides of other equipment with no documentation about their maintenance. Finally, with the obtained information, recommendations were presented to improve the reliability of the ullage values reported by SAP. Key words: ullage, reliability, Cervecería Polar, beer, malt. wolfvillage1991@gmail.com

17 18 INTRODUCCIÓN Empresas Polar es una de las organizaciones líderes de la nación, ofreciéndole a los venezolanos una gran variedad de productos que cumplen con altísimos estándares de calidad de modo que satisfagan las necesidades de la población. Entre sus empresas, se encuentra Cervecería Polar, en la cual se elaboran cervezas de diferentes tipos, además de malta. Existen cuatro (4) plantas de Cervecería Polar en toda Venezuela, entre ellas, la Planta Modelo ubicada en el municipio San Francisco, Edo. Zulia. Cervecería Polar C.A., evalúa la eficiencia del proceso de elaboración a través de un indicador de gestión que es el porcentaje de merma. La merma es calculada con base en los kilogramos de extracto presentes en el mosto y la cerveza. Para ello, se calculan los kilogramos de extracto a la entrada y a la salida de las etapas del proceso de elaboración (cocimiento y cavas). En el cálculo de este indicador, intervienen varios equipos de medición como lo son balanzas de pesaje de granos de cebada y hojuelas de arroz o maíz, medidores de flujo y densímetros para la medición de extracto. Asimismo, las mediciones de estos equipos son mostradas por el software de control del proceso (ifix), registradas en el sistema Activ Plant y los valores de porcentaje de merma son reportados en SAP. Actualmente, el sistema no se considera completamente confiable, debido a que se han encontrado ciertas desviaciones entre los valores de un software y otro, además de que no se tiene la certeza de que los valores reportados por los equipos de medición del proceso son fieles a la realidad por problemas de calibración.

18 19 Por lo anterior, se planteó como objetivo de investigación, elaborar estrategias para mejorar la confiabilidad del cálculo de la merma en el proceso de elaboración de cerveza y malta de la Cervecería Polar, Planta Modelo. El trabajo de investigación se estructura en cuatro (4) capítulos. El primero de ellos se describe el problema, comenzando con su planteamiento describiendo las causas que lo producen y los efectos que este genera para la empresa, luego se enuncian los objetivos tanto el general, como los específicos; más adelante, se plantea la justificación en la que se explica los beneficios que obtiene la empresa con la presente investigación y se finaliza con la delimitación que representa el alcance del proyecto. El segundo capítulo comprende el marco teórico, en el que se presenta la descripción de la empresa, los antecedentes o investigaciones que sirvieron como base; al igual que las bases teóricas y términos básicos en los que se agrupan todos los conceptos y fundamentos teóricos que soportan el trabajo especial de grado, terminando con el cuadro de variables para presentar los indicadores que serán evaluados. El tercer capítulo está representado por el marco metodológico, que aborda el tipo y diseño de la investigación, en los que se utiliza la bibliografía para clasificar el trabajo especial de grado y determinar la forma en la que se resolverá el problema de investigación; luego se listan las técnicas e instrumentos de recolección de datos que contienen todas las tablas en la que se registrarán los datos antes de ser procesados. El cuarto capítulo consta del análisis de los resultados, en la que los datos ya procesados se muestran en forma de tablas y/o gráficos para describir el comportamiento de las variables de estudio y así resolver uno por uno, cada

19 20 objetivo específico de la investigación, de modo que se dé cumplimiento con el objetivo general. La investigación finaliza con las conclusiones, que serán una por cada objetivo de investigación en las que se mostrará el resultado al que se llegó; para luego mostrar las recomendaciones que incluirán las acciones que debe tomar la empresa para solucionar el problema.

20 21 CAPÍTULO I EL PROBLEMA En el presente capítulo se define el problema de la investigación dándose una idea detallada de la situación existente y qué es lo que se quiere hacer. Se presentan los objetivos de la investigación y la justificación de la misma en la que se enfatizan los beneficios que el trabajo especial de grado trae para la organización donde se realizó. Por último, se presenta la delimitación del trabajo, desde el punto de vista, temporal, espacial y científico Planteamiento del problema El proceso de elaboración de la cerveza y malta incluye varias etapas como lo son: el cocimiento, fermentación y filtración, siendo estas dos (2) últimas englobadas con el nombre de cavas. La eficiencia de dicho proceso se refleja en un indicador de gestión muy importante para Cervecería Polar C.A que es el porcentaje de merma. Para la empresa, la merma representa la pérdida de extracto en mosto y/o cerveza a lo largo del proceso de elaboración. El cálculo de la merma indica cómo es utilizada la materia prima en el proceso, ya que el extracto es obtenido de la cebada malteada y hojuelas, de modo que un bajo porcentaje de merma se traduce en un mayor aprovechamiento de la materia prima. El cálculo de la merma se realiza con base en los kilogramos de extracto presentes en el mosto y la cerveza, y se expresa como un porcentaje entre la entrada al proceso (materia prima) y el resultado de éste (productos cerveza y malta). A lo largo del proceso de elaboración existen puntos donde se producen pérdidas de extracto, como por ejemplo la separación del nepe (fase sólida) del mosto (fase líquida) durante el cocimiento, ya que ésta fase sólida contiene restos

21 22 de azúcares que no fueron solubilizados. Otra fuente de pérdida de extracto en el proceso de elaboración, está dada por las cosechas y purgas realizadas durante la fermentación de la cerveza, efectuadas con el objeto de retirar las células de levadura. El extracto que se pierde en los puntos mencionados anteriormente y en otros, representa la merma en el proceso de elaboración. Para la medición de la merma, la planta cuenta con varios equipos de medición, como balanzas, densímetro y medidores de flujo, los cuales transmiten información a un programa en línea, Activ Plant, que registra las pesadas de las balanzas y la medición de extracto. Asimismo, se cuenta también con un (1) programa de registro en información llamado SAP, el cual realiza el cálculo del porcentaje de merma en las tres (3) etapas del proceso de elaboración, para lo cual SAP toma los valores de Activ Plant. Las mediciones en línea se acompañan con pruebas de laboratorio para la determinación del porcentaje de extracto a la salida de los tanques cilindro-cónicos (TCC) y en los tanques de gobierno. En algunas oportunidades se han observado diferencias en los valores reportados por SAP y los de Activ Plant, por lo que en el departamento de Elaboración se llevan planillas de control en las que registran los valores de las pesadas de las balanzas, los kilogramos de extracto en enfriamiento, los movimientos en tanques de gobierno, entre otros. Esto sirve para que en caso de que se observen diferencias entre ambos, los valores de SAP puedan ser modificados manualmente por los supervisores de Elaboración. En algunos casos se han obtenido porcentajes de merma negativos, lo que podría interpretarse como que durante el proceso se produjo más de lo que se introdujo, violando así el principio de conservación de la masa. Esto es una clara muestra de que se han observado errores en la medición del extracto del mosto ocasionados por los equipos utilizados.

22 23 En Planta Modelo y en el resto de las plantas, se procura la estandarización de los procedimientos por medio de la creación de instructivos que unifiquen los criterios y los procesos se lleven a cabo del mismo modo. Para ciertos equipos que intervienen en el cálculo de la merma, existe falta de documentación e instructivos acerca de su calibración, mantenimiento, verificación y/o ajuste; por lo cual se llevan a cabo procedimientos diferentes cada vez que se efectúa una de estas operaciones. Cervecería Polar C.A, como empresa clase mundial establece una meta de porcentaje de merma del proceso de elaboración para todas las cervecerías del país. En este sentido, se desean elaborar estrategias para incrementar la confiablidad del cálculo de la merma en el proceso de elaboración, de modo que se pueda corroborar lo que ocurre verdaderamente en el proceso. Esta necesidad planteada será el objetivo de este trabajo de investigación 1.2. Objetivo general Elaborar estrategias para mejorar la confiabilidad del cálculo de la merma en el proceso de elaboración de Cervecería Polar, Planta Modelo Objetivos específicos 1. Identificar el cumplimiento de los programas de calibración, verificación y mantenimiento de los equipos de medición que intervienen en el cálculo de la merma. 2. Validar la confiabilidad de la data cargada a Activ Plant. 3. Cuantificar el impacto de los equipos y la data en los porcentajes de merma reportados por SAP. 4. Proponer un método de verificación en línea para los densímetros de enfriamiento.

23 24 5. Desarrollar instructivos de calibración, verificación y/o ajuste para los equipos que no posean documentación al respecto. 6. Presentar recomendaciones para incrementar la confiabilidad de los valores de merma en cuanto a los equipos de medición y la data Justificación de la investigación Esta investigación es importante para evaluar los porcentajes de merma reportados en el proceso de elaboración de cerveza y malta, de modo que se pueda asegurar que la Planta Modelo está alcanzando las metas propuestas por Cervecería Polar. Igualmente, una disminución de la merma, en caso de encontrarse que esta es menor a la reportada, traerá como consecuencia inmediata una reducción en los costos de producción al ser el proceso más eficiente. Es por esto, que la investigación genera un beneficio directo para la Cervecería Polar, Planta Modelo. Desde el punto de vista práctico, la investigación le proporcionará a la empresa datos con lo que podrán evaluar la confiabilidad de los equipos usados en la medición en el proceso de producción de cerveza y malta. La investigación busca corroborar que las mediciones realizadas en el proceso de elaboración representan lo que ocurre en el mismo. Metodológicamente, esta investigación sirve para la implantación de un procedimiento que podrá ser aplicado en las otras plantas de Cervecería Polar a nivel nacional, para la evaluación de las mediciones realizadas en el cálculo de la merma, pudiendo establecerse si estas son confiables o si presentan ciertas diferencias como las presentadas en la Planta Modelo.

24 25 En cuanto a su valor científico, los resultados pueden ser utilizados como referencia y apoyo para su control y regulación cuando los niveles no cumplan con las metas establecidas por la empresa. De esta forma, se da respuesta a un problema de la Cervecería Polar que por ahora no se ha podido solventar. Por otro lado, la investigación es un ejemplo de cómo la Universidad Rafael Urdaneta presta apoyo técnico a las industrias de la región, reforzando los vínculos entre ambas partes, haciendo más llevadera la transición de los estudiantes desde la óptica académica a la industrial Delimitación de la investigación Espacial La investigación tuvo lugar en el Edificio de Elaboración de la Cervecería Polar, Planta Modelo ubicada en el municipio San Francisco, Estado Zulia Venezuela Temporal El trabajo de investigación se realizó durante un período de diez (10) meses, comprendido desde junio de 2011 hasta marzo de Alcance La investigación se centró en el proceso del manejo de la data de elaboración de cerveza y malta. No verificó los algoritmos de cálculo ni el desempeño de los sistemas Activ Plant ni SAP instalados en la planta. Asimismo, incluye sólo el cálculo de la merma en el proceso de elaboración, y no se considera la merma en envasado, al representar este otro proceso.

25 26 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Este capítulo aborda la descripción de Cerveza Polar Planta Modelo, empresa en la que se efectuó el trabajo de investigación. Asimismo, incluye los antecedentes representados por trabajos especiales de grado anteriores que sirvieron desde el punto de vista metodológico. Más adelante se describen los conceptos importantes para la fundamentación de la investigación, finalizando con la definición de los términos básicos que son necesarios conocer para el entendimiento del trabajo Descripción de la empresa Cervecería Polar C.A Planta Modelo, es una empresa que está destinada a la producción y distribución de cerveza y malta tanto nacionalmente como internacionalmente Misión Satisfacer las necesidades de consumidores, clientes, compañías vendedores, concesionarios, distribuidores, accionistas, trabajadores y suplidores, a través de nuestros productos y de la gestión de nuestros negocios, garantizando los más altos estándares de calidad, eficiencia y competitividad, con la mejor relación precio/valor, alta rentabilidad y crecimiento sostenido, contribuyendo con el mejoramiento de la calidad de vida de la comunidad y el desarrollo del país.

26 Visión Ser una corporación líder en alimentos y bebidas, tanto en Venezuela como en los mercados de América Latina, donde participaremos mediante adquisiciones y alianzas estratégicas que aseguren la generación de valor para nuestros accionistas. Estaremos orientados al mercado con una presencia predominante en el punto de venta y un complejo portafolio de productos y marcas de reconocida calidad. Promover la generación y difusión del conocimiento en las áreas comercial, tecnología y gerencial. Seleccionaremos y capacitaremos a nuestro personal con el fin de alcanzar los perfiles requeridos, lograremos su pleno compromiso con los valores de Empresas Polar y le ofreceremos las mejores oportunidades de desarrollo. (Portal Empresas Polar, 2011)

27 Organigrama de Cervecería Polar Planta Modelo Almacén General Gerente General Gerencia de Auditoría Departamento de Relaciones Institucionales Gerencia de Elaboración Gerencia de Envasado Gerencia de Servicios Gerencia de Logística Gerencia de Fabricación de Repuestos Gerencia de Gestión de Gente Gerencia de Contraloría Gerencia de Sistemas Gerencia de Calidad de Procesos Figura 2.1. Organigrama. Fuente: Empresas Polar. 28

28 Antecedentes En Enero de 2007, Andrea Coronado y Beberlys Real, presentaron el Trabajo Especial de Grado, titulado Evaluación del Desempeño Operacional de las Áreas de Manejo de Leche Pasteurizada de la Planta Lácteos Santa Bárbara, Municipio Colón en la Universidad Rafael Urdaneta, para optar al Título de Ingenieros Químicos, el cual fue realizado en Maracaibo. La investigación tuvo como objetivo general evaluar el desempeño operacional de las áreas de manejo de leche pasteurizada de la planta Lácteos Santa Bárbara, Municipio Colón. Esto se realizó, identificando las áreas de proceso que están generando pérdidas de leche pasteurizada y proponiendo cambios o mejoras para evitar dichas pérdidas. Para ello, se procedió a determinar las variables del proceso y definir las alícuotas operacionales para proponer un plan de evaluación mensual para la mejora del desempeño operacional. Se utilizó como técnica de recolección de datos la observación directa y la entrevista libre no estructurada con el jefe de producción, supervisores y operadores del departamento de producción de la planta. Posteriormente, se realizó un análisis causa-efecto a través de un diagrama de Ishikawa, utilizando primero la técnica de la tormenta de ideas. Se llegó a la conclusión que las alícuotas operacionales de diseño para la preparación de productos lácteos no se estaban cumpliendo y se determinaron las alícuotas operacionales de diseño producto envasado / producto preparado. De esta investigación se utilizó la observación directa como técnica de recolección de datos, tomando datos del proceso a partir de la visualización del mismo, además de la entrevista no estructurada con operadores y supervisores de la planta.

29 30 Aaron Márquez, Janiree Mora y Adriana Ruiz presentaron en abril de 2008, un Trabajo Especial de Grado, que lleva por título Mejoramiento del control de la merma en el proceso de elaboración y envasado de la cerveza y malta en la región zuliana en la Universidad Rafael Belloso Chacín, para optar al título de Ingenieros Industriales, el cual fue realizado en Maracaibo. Su objetivo general fue mejorar el control de la merma en el proceso de elaboración y envasado de la cerveza y malta en la región zuliana. La investigación fue de tipo descriptiva y proyectiva con un diseño no experimental y transeccional descriptivo. Las técnicas de recolección de datos utilizadas fueron la observación no participante simple y la entrevista no estructurada, aplicada a una población de trece (13) personas involucradas en el proceso. La investigación se basó en estudiar el control del proceso de elaboración y envasado de cerveza y malta, utilizando diagramas de flujo de procesos para analizarlos de manera operacional y así proporcionar un método propuesto para mejorar en control de la merma en los procesos mencionados. Los resultados de la investigación se centraron en la propuesta de tres instructivos de operaciones y cuatro listas de verificación con el fin de medir y controlar la merma actual, también se propuso realizar mantenimiento periódico siguiente las instrucciones del manual de fabricante para ciertos equipos que ocasionan merma en el proceso. De la investigación anterior, se tomó información de la merma del proceso de elaboración, se revisaron los instructivos elaborados para la calibración de las balanzas de extracción y la prueba a los medidores de flujo. Además, se utilizó el formato de dichos instructivos para la elaboración de otros acerca de otros equipos asociados al cálculo de la merma.

30 Producción de cerveza y malta Materias primas de la cerveza y malta Cebada malteada La cebada malteada, o malta, es el principal ingrediente utilizado en la producción de cerveza. El requisito fundamental para la malta es que provea al cervecero con una fuente económica de extracto fermentable, conjuntamente con contribuciones de sabor y color apropiadas para su producto final. La cebada es un miembro de la familia de las gramíneas. La cebada contiene hasta 65% de almidón, 7-14% de proteína, 1-1.5% de gomas, (material soluble en agua caliente) 8-10% de hemicelulosa (soluble en álcali), y 2 a 3% de lípidos. El almidón es la fuente principal de extracto en la malta. Aproximadamente 40% del total de la proteína en el grano de cebada se solubiliza durante el proceso de malteo, proveyendo enzimas hidrolíticas para que se completen los procesos de malteo y maceración, así como aminoácidos para el metabolismo de la levadura durante la fermentación. El contenido de humedad en la cebada recién cosechada varía regionalmente, así como también de acuerdo a las condiciones climáticas que se hayan tenido durante la cosecha. El contenido de humedad de la cebada es importante para el maltero. Por un lado está interesado en comprar una cebada con el menor contenido de humedad por obvias razones económicas, pero también quiere asegurarse que éste sea lo suficientemente bajo para que le permita tener un almacenamiento prolongado y seguro de la cebada sin necesidad de secarla. Para determinar el contenido de humedad se utiliza la técnica estándar de secado en horno. (Master Brewers Association of the Americas, 2002).

31 Agua La calidad del agua usada en una cervecería es de vital importancia, considerando que el agua constituye un 90% a 96% de la cerveza. El agua es utilizada de base para cocimiento y maceración, para el rociado en la cuba de filtración y para la dilución de alta gravedad, entre otras cosas. El agua de cerveza debe ser apropiada para el consumo humano (potable). También debe tener una apariencia aceptable en claridad, sabor y olor. Siempre se requiere algún tipo de tratamiento de agua en la cervecería para remover componentes no deseables del suministro de agua. El contenido de minerales afecta a la malta remojada, a la cuba de filtración, a la olla de cocimiento y a las operaciones de fermentación de tal manera que afectar tanto el color como el sabor del producto. (Master Brewers Association of the Americas, 2002) Adjuntos Los materiales que no son de malta usados en mayor cantidad hoy en día son aquellos derivados de los granos de cereales, maíz y arroz, a pesar de que granos de cebada, trigo y sorgo son también a veces utilizados. A diferencia de la industria de licores destilados que usa los granos en forma integral como sus ingredientes básicos, los cerveceros utilizan granos de cereales que han sido preprocesados en algún grado antes de su entrega. En este sentido, todos los adjuntos utilizados en la cervecería son productos elaborados que han sido derivados de varios granos de cereales. Básicamente, la fracción de almidón del grano del cereal que es la de interés para el cervecero. A pesar de que algunos cerveceros usan adjuntos principalmente porque su uso les proporciona extracto a un costo más bajo que lo que se consigue con sólo malta, otros cerveceros los usan por las ventajas de hacerlo así. El uso de adjunto da como resultado cervezas de color más claro con

32 33 un sabor menos saciante, más fresco, proporcionan mayor brillantez, mejoran la estabilidad física y aumentan la resistencia a la turbidez en frío. Durante la maceración, el almidón del adjunto es disuelto y degradado enzimáticamente para producir una mezcla de azúcares fermentables y dextrinas no diastásicas fermentables. La actividad diastásica de las enzimas de la malta es suficiente para convertir una cantidad mucho mayor de almidón que la contenida en la misma malta. Los azúcares que son formados por la acción enzimática diastásica sobre el almidón y que son capaces de ser fermentados por la levadura cervecera son el monosacárido glucosa, el disacárido maltosa y el trisacárido maltotriosa. Dextrinas tales como la tetrasacáridos y aquéllas de peso molecular más alto no son fermentables y permanecen en la cerveza terminada. Las dextrinas son esencialmente sin sabor, pero tienen un efecto en la viscosidad y en la sensación de cuerpo de la cerveza. La mayor parte de los materiales de adjunto secos puede ser manejada satisfactoriamente en un tamaño de partícula que puede ser incorporada inmediatamente a la mezcla sin ser molida. (Master Brewers Association of the Americas, 2002) Lúpulo Los lúpulos son las especias en cervecería que contribuyen al amargo y el aroma característicos del sabor de la cerveza. El lúpulo que se utiliza en las cervecerías es la flor seca de las plantas femeninas (Humulus lupulus). El lúpulo es cultivado en las zonas templadas del mundo. Los ácidos alfa del lúpulo son convertidos durante la ebullición del mosto en ácidos iso-alfa, los que son solubles en la cerveza y responsables del sabor amargo. Los lúpulos también contienen una mezcla compleja de terpenos llamados aceites de lúpulo que son transformados durante el proceso de la cerveza y se convierten en una parte integral de su aroma. Mientras que todos los lúpulos contienen ácidos alfa, difieren

33 34 en la composición de aceites esenciales, y consecuentemente, producirán diferentes características aromáticas en la cerveza. (Master Brewers Association of the Americas, 2002) Aditivos Acidificadores, reguladores del ph tales como ácido fosfórico o sulfúrico (ambos grado alimenticio), en cantidades limitadas por las Buenas Prácticas de Manufactura o ácido láctico obtenido por acidificación natural. En Cervecería Polar se utiliza el ácido sulfúrico para llevar el ph al óptimo para el funcionamiento adecuado de las enzimas en la maceración. Sales, tales como cloruro de sodio, cloruro o sulfato de calcio, cloruro o sulfato de zinc limitado por las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM). Estas cumplen el papel de nutrientes de la levadura para proporcionar un medio óptimo para su reproducción al inicio de la fermentación. Antioxidantes, tales como ácido ascórbico, sus isómeros, y sus sales de metales alcalinos y metabisulfito de sodio o potasio. Estos retardan el proceso de oxidación normal de la cerveza para que esta mantenga sus propiedades organolépticas por períodos prolongados y conserve su calidad al momento de ser consumida. (Norma Covenin 91:2002) Coadyuvantes en la fabricación Coagulantes, hidrolizantes, o absorbentes, tales como metabisulfito de sodio o potasio; gelatina natural, colágeno natural, gel de sílice (kieselgel); enzimas proteolíticas como papaína, bromelina, y ficina, alginato de propilenglicol, nylon, polivinilpolipirrolidona (PVPP); taninos, y carbón activado.

34 35 Filtrantes, tales como tierras infusorias, materiales de origen volcánico (perlita) y fibra de celulosa. Levadura de cultivo de la especie Saccharomyces cerevisiae. (Norma Covenin 91:2002) Descripción del proceso de elaboración de cerveza y malta en Cervecería Polar, Planta Modelo Recepción y extracción de materia prima La cebada malteada y las hojuelas de maíz precocidas son traídas en camiones provenientes del puerto de Maracaibo, hasta la zona de recepción. Éstas son descargadas, y se dirigen a la tolva de recepción para luego pasar por transportadores mecánicos en los que los granos de cebada inician una limpieza en la que se retiran cuerpos que tengan un peso superior al de los granos como piedras en las deschinadoras. También las hojuelas de maíz pasan por una aspiradora para separar el polvo que puedan traer los granos de cebada. Los granos de cebada son pesados en unas balanzas antes de su descarga en la tolva de cebada limpia. De ahí se transportan hasta los silos donde son almacenados. Al iniciar un cocimiento, se extraen los granos de cebada de los silos y estos pasan otra vez por un proceso de limpieza antes de ser molidos. (Portal Empresas Polar, 2011) La malta y los cereales crudos deben ser limpiados al momento de descarga y transferencia al lugar de almacenaje. También, pueden ser limpiados durante su transferencia a la casa de cocimiento. En este proceso se cuenta con un imán para remover cualquier partícula metálica que pueda causar una chispa en el flujo de granos. El sistema de transporte debe ser sellado para impedir la salida de polvo y evitar la introducción de posibles contaminantes hacia el área de

35 36 producción de la casa de cocimiento, así como para evitar el riesgo de explosiones debido a la presencia de polvo. Para asegurar la correcta formulación de la mezcla se tiene que pesar la malta y los adjuntos. Se puede pesar por lote o en base incremental. Un sistema para pesaje incremental o continuo incorpora una tolva de descarga automático y un integrador u otro tipo de equipo de control que lleve la cuenta de la cantidad de grano que se está transfiriendo. Un sistema de pesaje por lote utiliza una tolva lo suficientemente grande para contener la cantidad apropiada de ingrediente de la mezcla. La tolva está colocada sobre una plataforma mecánica construida de tal manera que la deflección causada por el peso pueda ser traducida mecánica o eléctricamente en una señal proporcional. (Master Brewers Association of the Americas, 2002). En esta etapa del proceso, las balanzas pesan los kilogramos de cebada y de adjunto que entran al cocimiento, que con los datos de extracto y humedad de los análisis realizados en el Laboratorio de Elaboración y el Corporativo, se pueden obtener los kilogramos de extracto que entran en cada cocimiento. Los datos que llegan a ifix son cargados posteriormente en Activ Plant donde queda un registro histórico de estos Molienda Aunque los términos moler y frezar son utilizados con frecuencia, el término triturar es más descriptivo de lo que debería suceder en el proceso de molienda. Los objetivos que tiene la cervecería con triturar la malta son: separar el hollejo preferiblemente longitudinalmente para exponer la parte interior del grano, el endosperma; conseguir por medio de una acción de trituración una desintegración completa del endosperma para hacer que todos sus constituyentes sean accesibles a la acción de la enzima; mantener la cantidad de harina a un mínimo

36 37 para prevenir la formación de sustancias que puedan causar exceso de masa en la mezcla. En términos prácticos, una malta apropiadamente triturada debe contener: ningún grano entero, la mayoría de los hollejos partidos de punta a punta sin partículas de endosperma adheridas, el endosperma reducido a partículas pequeñas de tamaño uniforme y un mínimo de harina blanca. (Master Brewers Association of the Americas, 2002). La técnica utilizada para molturar la malta se basa en hacer pasar a ésta entre dos rodillos, separados entre sí por un distancia de 0,3 a 1,5 milímetros, los cuales giran en sentidos opuestos. Asimismo, estos rodillos giran a velocidades diferentes que permiten desgarrar y aplastar el grano de cebada malteada al pasar por el centro de dichos rodillos. En Cervecería Polar, Planta Modelo se utiliza la molienda húmeda para que las cascarillas de la cebada obtengan un aspecto elástico y no permita el quiebre durante el proceso. En este sentido, para la producción de cerveza se utiliza un volumen promedio en lo que se refiere a la molienda de 195 de hl de agua caliente a una temperatura de 80 ºC y 195 hl de agua cervecera a 30 ºC para lograr una corriente de agua a una temperatura de 55 ºC aproximadamente, la cual es la adecuada para realizar la molienda de la cebada. La molienda empleada en la Planta, es la molienda húmeda, en la que la malta entera es remojada en agua caliente hasta el punto en que el endosperma del grano toma una consistencia semi-plástica, casi pastosa con hasta 30% de humedad. La malta remojada pasa luego por un molino de dos rodillos relativamente simple en el cual se exprime al endosperma el cual sale del hollejo que lo envuelve. Esto endurece el hollejo y lo deja prácticamente intacto para su eventual papel de medio filtrante en la separación del mosto y separa por

37 38 completo al endosperma, dejándolo completamente accesible para la acción subsecuente de la maceración. La cebada malteada limpia cae por gravedad a las tolvas de los molinos. El proceso de molienda es automatizado y no interviene la mano del hombre. Este tiene como objetivo exponer a los almidones para que estos sean solubles en la maceración. La Planta Modelo cuenta con dos equipos de molienda húmeda, cada uno con una capacidad de procesamiento de 20 toneladas por hora. Sólo la cebada malteada pasa por el proceso de molienda, los adjuntos no. (Portal Empresas Polar, 2011) Maceración La maceración consiste en mezclar la malta molida con agua a una temperatura determinada, para que se disuelvan en ella los almidones de la malta; en ésta se añaden los adjuntos, para lo cual se utilizan 185 hl de agua a 55 ºC. En la maceración se lleva a cabo el control de la temperatura a diferentes intervalos de tiempo, ésta puede variar en un rango de 55 y 78 ºC a diferentes tiempos. En la paila de maceración se mezclan el agua, los granos de cebada malteada molidos, el polvo de cebada molida; si se trata de cerveza, también se añaden las hojuelas de maíz como adjunto. Durante la maceración se diluyen las partes solubles de la cebada malteada y las hojuelas de cereales y se produce una solución espesa que se agita constantemente durante un tiempo. Los objetivos de la maceración son: disolver las sustancias de los ingredientes que son inmediatamente solubles. Esta fracción constituye únicamente el 10 al 15% del peso total de los ingredientes. El hacer soluble a sustancias que son insolubles en su estado natural por medio de la acción enzimática, y cambiar la estructura química por medio de acción enzimática de algunas de las sustancias constituyentes de forma planificada y predecible. Una

38 39 vez disueltos, según la temperatura del agua, actuarán diferentes enzimas sobre los almidones produciendo diferentes tipos de azúcares fermentables y no fermentables, así como otros componentes secundarios de mayor o menor importancia para el proceso de elaboración de la cerveza. En la maceración se busca obtener un extracto que es la cantidad de material disuelto medido en equivalentes de sacarosa: 1 g sacarosa / 100 g de líquido = 1º Plato. (Portal Empresas Polar, 2011) En el proceso de maceración actúan ciertas enzimas como las fosfatasas que realizan un control natural del ph de la mezcla, a través de la descarga de ión de fosfato de los fosfatos orgánicos de la malta. También actúan las amilasas alfa y beta, y la dextrinasa límite, las cuales se encargan de la hidrólisis del almidón, el principal carbohidrato presente. Las proteasas se encargan de convertir las grandes moléculas de proteína en moléculas más pequeñas, lo que conlleva a la solubilización de proteínas previamente insolubles y a la degradación de proteína soluble. En la maceración de un mosto de solo malta o en el caso especial en el que un adjunto pregelatinizado (hojuelas de maíz) o de que adjunto líquido sea utilizado, normalmente se requiere solo de una olla de maceración. La mezcla de malta es peptonizada y llevada a su descanso de proteína, luego se lleva a la mezcla de malta a los rangos óptimos de actividad de alfa y beta amilasa y a la temperatura de conversión por la adición de agua caliente o por la aplicación de calor. (Master Brewers Association of the Americas, 2002). Los factores que afectan la calidad de la maceración son: el ph de la mezcla, la composición del agua, los iones minerales y el programa de tiempo y temperatura del proceso. La importancia de la maceración radica en que de este proceso depende el rendimiento de la extracción de los azúcares fermentables de los almidones solubles de los cereales procesados y el equilibrio deseable para