Diseño de un intercambiador de calor costo/efectivo para ampliar la capacidad de enfriamiento en el trasiego de fermentación a maduración para Bavaria S.A.

Abstract

La presente tesis se centró en diseñar un intercambiador de calor costo-efectivo para optimizar la capacidad de enfriamiento durante el proceso de trasiego de fermentación a maduración en la Cervecería Unión, Medellín, perteneciente a la empresa Bavaria. El objetivo principal fue minimizar el tiempo de trasiego de 48 a 10 horas, mediante la implementación de un intercambiador más eficiente y un avanzado sistema de control. Se realizó un detallado estudio del arte y de la técnica para comprender mejor los distintos tipos de intercambiadores y sus características, así como el proceso de fabricación de la cerveza y sus limitantes. Varias alternativas se evaluaron en función de su eficacia y conformidad con las normas técnicas, con especial énfasis en la oferta de Alfa Laval. Los cálculos térmicos indicaron que aumentar el flujo de cerveza de 500 hl/hr a 720 hl/hr y ajustar las temperaturas del proceso permitiría alcanzar el objetivo propuesto. El intercambiador seleccionado demostró un coeficiente global de transferencia de calor de 6421 W/m2K y un área de transferencia de calor de 10.9 m^2, evidenciando una alta eficiencia de transferencia de calor. El diseño mecánico detallado del intercambiador se llevó a cabo, asegurando la solidez y funcionalidad del equipo. El costo total del proyecto, incluyendo inversión inicial y costos operativos, se estimó en 125,349,676 COP. En últimas, a pesar de la inversión inicial y los costos operativos, la implementación de este intercambiador de calor resultará en un aumento significativo en la eficiencia del proceso de producción de cerveza, generando ahorros a largo plazo y mejorando la productividad.

This thesis focused on the design of a cost-effective heat exchanger to optimize the cooling capacity during the fermentation to maturation racking process at Cervecería Unión, Medellín, belonging to the Bavaria company. The main objective was to minimize the racking time from 48 to 10 hours by implementing a more efficient exchanger and an advanced control system. A detailed study of the art and technique was conducted to better understand several types of exchangers and their characteristics, as well as the brewing process and its limitations. Several alternatives were evaluated in terms of their efficiency and compliance with technical standards, with special emphasis on Alfa Laval's offering. Thermal calculations indicated that increasing the beer flow rate from 500 hl/hr to 720 hl/hr and adjusting the process temperatures would achieve the proposed objective. The selected exchanger demonstrated an overall heat transfer coefficient of 6421 W/m2K and a heat transfer area of 10.9 m^2, evidencing a high heat transfer efficiency. The detailed mechanical design of the heat exchanger was conducted, ensuring the robustness and functionality of the equipment. The total cost of the project, including initial investment and operating costs, was estimated at COP 125,349,676. Despite the initial investment and operating costs, the implementation of this heat exchanger will result in a significant increase in the efficiency of the beer production process, generating long-term savings and improving productivity.