GERENCIA 1

DISEO Y EVALUACIN DE PROCESOS Grupo N10 y N19

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFALCULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICAPROYECTO:FERMENTADORGRUPO:10 Y 19CURSO: Diseo y Evaluacin de ProcesosINTEGRANTES:1. Adrian Tejada Thalia2. Arpita Quispe Fabiola3. Barra Bernales Gonzalo4. Bautista Zela Mishel5. Fuentes Ochochoque Ayme6. Loayza Prado Maricarmen7. Ninasivincha Bolivar Diana8. Pacco Yuca Henrry9. Paredes Caipa Amparito10. Quispe Linares Bryan11. Yana Diaz Miguel12. Zapana Torres Mishel

DOCENTE: Ing. Felipe Miranda Z.

FECHA DE ENTREGA: 05/08/2015

AREQUIPA - PERU

Contenido1.- FUNDAMENTACIN DEL PROYECTO31.1.- DEFINICIN DEL PROBLEMA31.2.- CONTEXTO DEL PROYECTO Y RESTRICCIONES41.2.1.-CONTEXTO41.2.2.- RESTRICCIONES41.3.- OBJETIVOS41.3.1.- OBJETIVO GENERAL41.3.2.- OBJETIVOS ESPECFICOS41.4.- JUSTIFICACIN42.- REVISIN BIBLIOGRFICA52.1.- PRODUCTOS52.1.1.- EL VINO52.1.2.- SUBPRODUCTOS82.2.- MATERIAS PRIMAS E INSUMOS82.3.- ALTERNATIVAS TECNOLGICAS92.5.- SEGURIDAD E HIGIENE92.6.- IMPACTO AMBIENTAL132.7.- SISTEMA DE CALIDAD152.7.1.- CALIDAD DEL EQUIPO152.7.2.- CALIDAD DEL PRODUCTO153.- ESPECIFICACIN DE PRODUCTOS Y MATERIALES153.1.- PRODUCTOS A OBTENER153.2.- MATERIAS PRIMAS163.3.- INSUMOS173.4.- SERVICIOS A EMPLEAR184.- DISEO DEL PROCESO194.1.- BASES DEL DISEO19FERMENTACION ALCOHOLICA19PARMETROS PARA LA FERMENTACION ALCOHOLICA194.2.- TECNOLOGA SELECCIONADA274.2.1.- PROPUESTA N 1274.2.2.- PROPUESTA N 2274.2.3.- PROPUESTA N 3274.2.4.- PROPUESTA N 4284.3.- DISEO CONCEPTUAL284.3.1.- CAPACIDAD284.4.- DISEO DETALLADO294.4.1.- BALANCE DE MATERIA294.4.2.- BALANCE DE ENERGA304.4.3.- CAPACIDAD DE EQUIPO:314.6.- CONTROL DEL PROCESO344.6.1.- CONTROL Y MONITOREO DEL PROCESO364.9.- ESPECIFICACIONES374.10.- PLANOS385.- SISTEMA DE CALIDAD385.1.- VARIABLES A EVALUAR385.2.- MTODOS DE EVALUACIN395.3.- SISTEMA DE MUESTREO405.3.1 Mtodo Kjeldahlpara ladeterminacin denitrgeno total405.3.2Mtodo para ladeterminacin de azcaresreductores por titulacin deLane y Enyon405.3.3Mtodo para ladeterminacin de azcaresreductores por titulacin deLane y Enyon405.3.4Determinacin delnmero demicroorganismos porrecuento en cmara de conteo Neubauer Improved.415.4.- INSTRUMENTACIN Y EQUIPAMIENTO415.4.1.- SENSOR DE PH415.4.2.- SENSOR DE TEMPERATURA425.4.3.- MOTOR425.5.- REACTIVOS E INSUMOS436.- INVERSIN EN EL PROYECTO486.1.- EQUIPOS486.2.- INSTRUMENTOS486.3.- MATERIALES Y SERVICIOS496.4.- MONTAJE Y REDES496.5.- OTROS GASTOS497.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES497.1.- CONCLUSIONES497.2.- RECOMENDACIONES49BIBLIOGRAFA50ANEXOS51

1.- FUNDAMENTACIN DEL PROYECTO1.1.- DEFINICIN DEL PROBLEMALa fermentacin alcohlica y todo tipo de fermentacin es un proceso que demanda tiempo, es decir ocurre entre das o semanas y hasta incluso meses, y para una buena fermentacin se requieren controlar algunos parmetros que pueden variar significativamente en el proceso, para ello se requiere un sistema automatizado para el control de los parmetros establecidos, para cada caso en especfico. El objetivo de este proyecto, a lo largo del curso de Diseo y Evaluacin de Procesos fue disear, construir y automatizar un fermentador a escala de laboratorio, para la obtencin de vino base (inmaduro) a partir del mosto de uva. Identificando las principales condiciones a controlar para realizar un proceso ptimo. Para cumplir dicho objetivo se requiere estudiar y conocer las variables que se vern implicadas, as como el proceso en el interior del bio-reactor, controlar parmetros de temperatura, pH, agitacin, agitacion, aireacin, entre otros depender de lo que se quiera obtener como producto, adems de incluir un sistema de toma de muestras para comprobar el avance de la fermentacin con los grados Brix y el grado alcohlico. 1.2.- CONTEXTO DEL PROYECTO Y RESTRICCIONES1.2.1.-CONTEXTOEn el laboratorio donde se llevan los cursos de Diseo y Evaluacion de Procesos, Operaciones Unitarias I, Control de Procesos e Investigacion y Tesis se requiere de un equipo de fermentacin automatizado, pues es flexible, no solo podra ser utilizado para produccin de Vino, sino tambin para otros tipos de fermentaciones y procesos, y tambin til para los dems cursos que se llevan a cabo en el laboratorio.El tamao del fermentador permitir ser transportado de manera fcil y ocupara poco espacio.1.2.2.- RESTRICCIONESEl fermentador diseado no esta completo, por falta de presupuesto no se logro contar con algunos sensores para el control del proceso.En Arequipa no se cuenta con el pH-metro por lo que es necesario traerlo de Lima, pero debido a que el pedido es por internet, no se puede confiar a menos que se trate de una fuente reconocida, se encontr en la fuente confiable pero se agoto, y se tiene que esperar hasta que vuelvan a traer este tipo de pH-metro.Para la contruccion del fermentador se consult a varios soldadores, con presupuestos altos debido al detalle que se deba tener al momento de la soldadura.1.3.- OBJETIVOS1.3.1.- OBJETIVO GENERAL Disear, construir y automatizar un fermentador a escala de laboratorio para la obtencin del vino base (inmaduro) a partir de mosto de uva; identificando las condiciones a controlar para realizar un proceso ptimo. 1.3.2.- OBJETIVOS ESPECFICOS Identificar las variables del proceso para un diseo adecuado del equipo Construir el equipo cumpliendo la normativa existente, de manera tal que pueda ser monitoreado sin riesgo o con un riesgo mnimo de accidentes. Realizar un estudio de costos para conocer la viabilidad de la construccin del equipo. Obtener un producto de ptima calidad. Unir todas las piezas: prensa-fermentador-destilador para la produccin de pisco.1.4.- JUSTIFICACIN

Desarrollo de capacidades: ayuda al aprendizaje activo, pues es el disear, plasmarlo en planos y posteriormente construirlo, no directamente y posteriormente con ayuda de sensores y conectores, para poder controlar el proceso; el grupo de estudiantes se encargara de hacerlo con ayuda de algn especialista, y estar al pendiente de la construccin del equipo diseado.

Formacin Profesional: aplicando conocimientos en reas como bio-procesos (uso de levaduras y proceso de fermentacin), diseo de reactores (geometras), y diseo y evaluacin de procesos (evaluar las caractersticas del diseo, aceptar o rechazar opciones).

Nivel de Complejidad: para automatizar el sistema, de acuerdo a los rangos de trabajo de operacin, se requiere uso de sensores y controladores, en un sistema electrnico unidos a una caja de control donde se plasmaran los datos en una pantalla.

Ambito Regional: la produccin de vino mayormente se hace muy artesanalmente, muchas veces se pierde la vendimia o avinagra el mosto por un aumento de temperatura mayor al parametrizado segn el tipo de vino, ademas el grado de contaminacin microbiolgico es relativamente alto. Su proceso no esta controlado por ningn tipo de dispositivo, por lo tanto el fermentador construido solucionar estos problemas y como consecuencia obtendremos un producto de mayor calidad.

Legado y experimentacin: el equipo quedar a disposicin de los estudiantes, con el cual se podr monitorear los cambios en las variables durante el proceso de fermentacin. Adems se dispondr de los instrumentos necesarios con los que se pueda evaluar y analizar el avance de la fermentacin en el tiempo. Se constituye como una herramienta para que el docente pueda promover ensayos experimentales, de esta manera las aptitudes de los estudiantes sern ms fundamentadas al momento de afrontar sus conocimientos a nivel profesional.2.- REVISIN BIBLIOGRFICA2.1.- PRODUCTOS2.1.1.- EL VINOEl vino como tal no es ms que el producto de la fermentacin del mosto de la uva (componentes vase 2.1.1.2), siempre reuniendo los requisitos o parmetros establecidos para la fermentacin alcohlica, como Brix, temperatura, acidez, etc. Puede obtenerse vinos a partir de la fermentacin alcohlica de los mostos de cualquier otra fruta, regulando los mismos parmetros. (Valdez, 1999).2.1.1.1.- PROPIEDADES ORGANOLPTICAS:COLORLas antocianinas son las responsables principales del color rojo en el vino. Las antocianinas se encuentran en diversas frutas cumpliendo una misin similar. Este compuesto qumico se encuentra en la capa exterior de la piel de la uva y durante el proceso de maceracin se extrae antes que los taninos. El color rojo o rosado depende, por completo, de la forma en que se extrae las antocianinas de la piel de la uva durante el proceso de fermentacin. (Valdez, 1999).SABOR Y AROMALos principales componentes de sabor en la uva son los azcares, los cidos y los poli fenoles. Estos tres compuestos proporcionan al vino tres de los cinco sabores bsicos: dulce, cido y amargo.Todas estas substancias dan a la uva un sabor caracterstico denominado sabor primario. El sabor primario caracteriza a la variedad de la vitis vinfera. La mayora de los componentes de sabor se encuentran ubicados en la parte interior de la piel de la uva, es por esta razn por la que el prensado ocupa un proceso fundamental a la hora de proporcionar sabores primarios al vino. (Valdez, 1999).2.1.1.2.-COMPONENTES QUMICOS DEL VINO:ALCOHOLESEtanol (72-120g/l)Glicerol (5-10g/l)Otros alcoholes (Metanol, Isopropil...)CIDOS PROVENIENTES DE LA UVATartricoMlicoCtrico

CIDOS PROVINIENTES DE LA FERMENTACINSuccnicoLcticoActicoButricoFrmicoPropinicoCarbnico.

AZCARESGlucosa (7-15% en la uva)FructosaOtros (fenoles, cidos...)AGUA85-90%

SUSTANCIAS FENLICASTaninosAntocianinasFlavonasOtras (fenoles, cidos...

OTRAS SUSTANCIASAldehdossteresVitaminasAminocidosSales MineralesConservantes.

CARBOHIDRATOSLos principales carbohidratos presentes en el mosto son la glucosa y la fructosa, otros carbohidratos se encuentran en la uva pero en proporciones insignificantes. La concentracin de azcar en la uva o en el mosto se suele medir en Brix. La concentracin de azcares es crtica para el desarrollo de las levaduras durante la fermentacin, la principal levadura del vino (Saccharomyces cerevisiae) se alimenta principalmente de glucosa y fructosa. Los azcares no consumidos tras la fermentacin se suelen denominar azcares residuales (suelen ser pentosas como la arabinosa, la ramnosa y la xilosa). El azcar residual es importante en la tonalidad dulce de un vino, mientras que la presencia de azcares no residuales afecta slo a la fermentacin. La presencia de azcares residuales en los vinos da lugar a una clasificacin entre vinos secos y vinos dulces. (Valdez, 1999).

ALCOHOLESLa fermentacin alcohlica es un proceso metablico anaerbico (en ausencia de oxgeno) que permite a las levaduras (Saccharomyces cerevissiae) consumir los azcares del mosto para liberar dixido de carbono y alcohol etlico que permanece en disolucin el vino final. El contenido de alcohol etlico vara dependiendo del tipo de uva y de las condiciones, por ejemplo en los vinos de mesa est entre los 7%-14%, en los espumosos: 11%-13%, en el jerez y otros vinos encabezados 16%-18% y en el oporto as como en vinos de postre suele estar por debajo de 17%. La forma ms comn para determinar la presencia de alcohol en un vino es medir el punto de ebullicin.Los vinos poseen adems pequeas cantidades de otros alcoholes como puede ser alcohol metlico, no son resultado directo de la fermentacin, sino de la hidrolizacin de las pectinas (existente en la piel de la uva) mediante accin enzimtica. Debido a que la pectina se encuentra ms en la piel que en el mosto.Existen adems otros alcoholes en muy pequea concentracin, como pueden ser los polialcoholes, uno de los ms importantes tri-alcoholes es el glicerol y su concentracin est relacionado directamente con la temperatura de fermentacin, con el contenido global de alcoholes (mayor alcohol, mayor cantidad de glicerol).El contenido medio de glicerina en los vinos suele estar entre los 15-25 g/litro. Otro poli-alcohol presente en el vino es el eritritol y su concentracin depende de la cepa de la levadura que fermenta el vino, por ejemplo la Saccharomyces cerevissiae tiene menos efecto en la concentracin de eritritol. (Valdez, 1999).CIDOSTartarato potsico (crema trtara), es uno de los precipitados ms clsicos en los fondos de algunas botellas de vino, su presencia es totalmente inocua.Los cidos tienen una capacidad de conservante del vino, resulta necesario en aquellos vinos que se disean para aejar. La presencia de una cierta cantidad de cidos hace que se refuercen de forma natural otros sabores del vino en la cata. El cido tartrico es otro de los cidos presentes en la uva, por regla general reacciona con el potasio de la uva dando lugar a tartaratos potsicos. Durante la fermentacin las levaduras generan pequeas cantidades de cido actico (un vino suele tener menos de 300 mg/litro) y su concentracin refuerza los olores y sabores, proporcionando "complejidad". El cido succnico est presente en el vino debido a la fermentacin, posee un sabor mezcla entre salado/agrio. El cido lctico est presente en pequeas cantidades a no ser que se haya forzado la fermentacin malo-lctica a costa de consumir cido mlico (lo que hace que el pH global aumente). (Valdez, 1999).STERESLos alcoholes juegan un papel muy importante en la operacin de maduracin, tras la fermentacin, ya que reaccionan con los cidos naturales de la uva para formar steres (esterificacin). Uno de los steres voltiles ms importantes y que se encuentra presente en el vino es el acetato de etilo. (Valdez, 1999).

COMPUESTOS NITROGENADOSLos compuestos nitrogenados son fundamentales en el mosto para que sea posible la correcta fermentacin. Entre los aminocidos predominantes en las uvas est la prolina y la arginina. La razn de prolina/arginina vara significativamente en las diversas variedades de la vitis vinfera. La prolina forma parte importante del metabolismo del nitrgeno en las levaduras. Como segundo grupo de aminocidos dominante se tiene la glutamina y la alanina. Tal y como es de suponer el contenido de aminocidos es menor tras la fermentacin: debido en parte a que la mayora de ellos de una forma u otras entran en el metabolismo de las levaduras. (Valdez, 1999).CONSTITUYENTES INORGNICOSDurante la fermentacin se acumula en forma de gas el dixido de azufre (SO2) en una proporcin que va desde 12 hasta 64 mg/litro y es empleado como fumigante de las cubas. (Valdez, 1999).2.1.2.- SUBPRODUCTOS2.1.2.1.- DIOXIDO DE CARBONOSub producto resultante de la fermentacin es el anhdrido carbnico (CO2) en estado gaseoso, lo que provoca el burbujeo, la ebullicin y el aroma caracterstico de una cuba de mosto en fermentacin.2.1.2.2.- SOLIDOS SUSPENDIDOSEl mosto fermentado o vino generado se filtra o centrifuga, para separar los slidos suspendidos, estos estn constituidos principalmente por levaduras. Los slidos suspendidos se separan con el fin de conseguir la mxima limpidez en el vino.

2.2.- MATERIAS PRIMAS E INSUMOSPRINCIPALES COMPONENTES UVACO2DesechosSolidos dispersosmetabisulfitoClara de huevo

ColaCabeza

DESPALILLADO

CORRECCION DE ACIDEZ (cido ctrico, carbonato de calcio)

SULFITADO

INOCULACIONLevadura

FERMENTACION

COAGULACION/MADURACION

FILTRACION

VINO

DESTILACION

PISCO

Diagrama 1. Proceso de Obtencin del Pisco. (Basurco, 2014)La elaboracin del pisco consta de las etapas mencionadas, en las que adems se podra adicionar una etapa despus de la correccin de acidez que es la correccin de azcar, para ello se usan tablas del mostmetro GAMA, pero hacer este aadido no resulta ser tico. En la etapa de inoculacin y posterior fermentacin se agrega la levadura correspondiente al 1% en peso del mosto, y se adaptan las condiciones apropiadas para su desarrollo y metabolismo que darn como producto etanol, la conversin de glucosa en etanol depende de la levadura que se utilice, siendo generalmente la conversin en un 45%.

2.3.- ALTERNATIVAS TECNOLGICASActualmente existe un gran mercado que se dedica a la fabricacin de fermentadores, a continuacin algunos de ellos:CON CHAQUETA Y PATASCON CHAQUETA SIN PATASSIN CHAQUETAS CON PATASCON CHAQUETA Y PATAS

MARCAMAJOROMAJOROALCA MAQUINDUSTRIASAUSAVIL

POTENCIAEs accionada manualmenteEs accionada manualmenteEs accionada manualmenteEs accionada manualmente

PRODUCTIVIDAD (LITROS)1.5007.0002.000500

COSTO APROXIMADO(S/.)37.886.0030.000.008.620.008.620.00

REPUESTOS K UTILIZACompuertas, vlvulas, etc.Compuertas, vlvulas, etc.Compuertas, vlvulas, etc.Compuertas, vlvulas, etc.

MANO DE OBRANo requiereNo requiereNo requiereNo requiere

VIDA TIL (HORAS)20.00020.000-15.000

CALCULO DEL VALOR PARA PRODUCCIN DE 13 LITROS (S/.)2194.00690.00420.00965.00

MODELO

2.5.- SEGURIDAD E HIGIENELa Seguridades la prevencin y proteccin personal frente a los riesgos propios de una activad laboral determinada.La Higienees la parte de la medicina que tiene por objeto la conservacin de la salud y la prevencin de enfermedades.En el laboratorio de Operaciones Unitarias tenemos herramientas y equipos que aparte de ser tiles, resultan peligrosas si no las usamos adecuadamente. Ah es donde interviene la Seguridad e Higiene en el laboratorio, tiene como finalidad Intentar evitar posibles accidentes y prevenir y eliminar los factores de riesgo derivados de la realizacin de un trabajo o actividad profesional.Como indicacin y advertencia directa sobre peligros se incluyen en estas instrucciones de manejo unos textos a tener en cuenta de forma especial: Este aviso indica una posible situacin de riesgo moderado que, de no evitarse, puede causar lesiones (graves) o incluso la muerte.

Este aviso indica una posible situacin de bajo riesgo que, de no evitarse, puede causar lesiones de gravedad media o leve.

Esta indicacin identifica un peligro con reducido riesgo, que podra provocar daos materiales si no se evita.

Este smbolo Hace referencia a una funcin o ajuste del aparato. Advierte sobre la necesidad de tomar precauciones durante el trabajo. Identifica informacin til.

2.5.1.- MEDIDAS DE SEGURIDAD:Un biorreactor o fermentador es aquel dispositivo que proporciona un medio ambiente controlado que permite el crecimiento eficaz de las clulas (microorganismos) para la transformacin de una materia prima en un producto. Este medio ambiente, debe tener niveles ptimos de temperatura, pH, sustrato, sales, y oxgeno.Los biorreactores son equipos donde se realiza el proceso de cultivo, sea en estado slido o lquido. Su diseo debe ser tal que se asegure homogeneidad entre los componentes del sistema y condiciones ptimas para el crecimiento microbiano y la obtencin del producto deseado. El fermentador no se debe poner en servicio ni someter a ningn trabajo de mantenimiento sin haber comprendido ntegramente las condiciones de operacin. Utilice el fermentador exclusivamente para el uso previsto. No utilice el equipo de ninguna manera que pueda comprometer la seguridad del mismo. Mantenga en todo momento la zona de trabajo del equipo limpia y ordenada para evitar riesgos provocados por impurezas y piezas dispersas. Todo trabajo en componentes montados en la parte inferior del equipo debe realizarse en cuclillas, no agachndose. Los trabajos en componentes montados en la parte superior del equipo se realizarn en posicin erguida. No sobrepase las capacidades tcnicas del fermentador. Mantenga bien visibles todos los avisos e indicaciones de seguridad del fermentador y sustityalos por otros nuevos siempre que sea necesario. No ponga en marcha el aparato mientras haya otras personas en la zona de peligro. En caso de fallo de funcionamiento, apague inmediatamente el equipo. La resolucin de fallos de funcionamiento y de averas deber hacerlo un especialista en Servicio Tcnico.EQUIPO PERSONAL DE PROTECCIN Durante el funcionamiento del aparato, utilice siempre un equipo de proteccin personal para minimizar los riesgos para la salud. Durante el funcionamiento, utilice siempre el equipo de proteccin necesario para cada trabajo. Respete siempre los avisos sobre el equipo de proteccin personal necesario para cada lugar de trabajo. Para cualquier tipo de trabajo, utilice siempre el siguiente equipo de proteccin personal:Proteccin del cabello Cubra su cabello para evitar que sea atrapado por elementos mviles del aparato.

Guantes protectores Utilice estos guantes para evitar que sus manos entren en contacto con sustancias del proceso.

Gafas protectoras Utilice gafas protectoras para evitar que la emanacin de medios a presin pueda daar sus gafas protectoras.

Calzado de seguridad Utilice calzado de seguridad antideslizante para trabajar sobre superficies resbaladizas.

INDICACIONES PARA CASOS DE EMERGENCIA Medidas de prevencin Tenga siempre presente que en cualquier momento pueden producirse accidentes o incendios. Tenga siempre a mano un equipo de primeros auxilios (botiqun, mantas, etc.) y extintores de incendios. Familiarice al personal con todos los aspectos relacionados con informes de accidentes, primeros auxilios, lucha contra incendios y salvamento. Mantenga libres y fcilmente accesibles todas las vas de acceso y de evacuacin para vehculos y personal de emergencia. Medidas en caso de accidentes Fuerce una parada de emergencia accionando el interruptor principal. Rescate a todas las personas de la zona de peligro. En caso de parada cardaca y/o respiratoria, aplique inmediatamente las medidas de primeros auxilios. En caso de lesiones, avise a la persona responsable de primeros auxilios y a un mdico de urgencias o al servicio mdico de emergencias. Mantenga libres y fcilmente accesibles todas las vas de acceso y de evacuacin para vehculos y personal de emergencia. Los incendios en el sistema elctrico deben extinguirse con un extintor de CO2.OBLIGACIONES DEL PERSONAL Toda persona a la que se encargue la ejecucin de un trabajo en el aparato deber comprometerse a lo siguiente antes de comenzar a trabajar Observar las normas esenciales de seguridad en el trabajo y prevencin de accidentes laborales Leer y asegurarse de haber comprendido los avisos de seguridad y las advertencias que contienen estas instrucciones de manejo Seguir todas las instrucciones de seguridad y de manejo contenidas en este manual. RESPONSABILIDADES Las responsabilidades del personal responsable del manejo, del mantenimiento y de la limpieza del aparato deben establecerse claramente.Riesgos asociados a posibles fugas de sustancias Inspeccione el aparato antes de iniciar el proceso. Compruebe las conexiones de los recipientes y las conexiones a la unidad de alimentacin. Inspeccione peridicamente las conexiones en busca de posibles fugas y sustituya las que estn defectuosas.2.6.- IMPACTO AMBIENTALLa produccin de vino genera principalmente cantidades significativas de residuos lquidos, emisiones de compuestos orgnicos voltiles (COVs) responsables de los olores, y ruidos. Los denominados compuestos orgnicos voltiles (COVs) son generados principalmente como subproductos del proceso de fermentacin, y estn conformados bsicamente por acetaldehdo.Las fuentes responsables de estas emisiones son: Descarga de residuos lquidos-Aguas de lavado y desinfeccin de maquinarias y lugares de trabajo Emisiones atmosfricas-Compuestos orgnicos voltiles (COV) proveniente del fermentador Generacin de residuos slidos-Barro (arenillas de cuarzo y otros) provenientes de la limpieza del tanque fermentadorEstimacin de residuos: Descarga de residuos lquidos:S i bien las aguas de lavado no son txicas si presentan sustancias que se caracterizan por el alto DQO (Demanda Qumica de Oxigeno), a continuacin la composicin aproximada de aguas residuales:

Como se puede apreciar en la tabla la DBO y DQO y los slidos en suspensin son los parmetros que presentan los rangos ms amplios de variacin, esto se debe al carcter estacional de las descargas contaminantes.

Emisiones atmosfricas:La presencia de subproductos voltiles como el acetaldehdo, que es quiz la sustancia ms peligrosa en este proceso de fermentacin, puesto que es incoloro y de un olor caracterstico ligeramente afrutado y es una sustancia carcingena (posible causante de generar cncer en las personas) Residuos slidos:Es muy probable que en la limpieza o mantenimiento del fermentador se depositen arenillas o pequeas incrustaciones en las paredes o fondo del tanque, esto genera un agua residual con slidos en suspensin que si bien no es txica pero inhabilita el uso de esa agua.MEDIDAS DE PREVENCIN:Las acciones deben ser conducidas dentro de un sistema de gestin estructurado e integrado a la actividad general de gestin de la organizacin, con el objeto que ayude al cumplimiento de sus metas ambientales y econmicas en base al mejoramiento continuo. A nivel internacional los estndares ISO 14.000 regulan la gestin ambiental dentro de una empresa, en lo que respecta a la implementacin de un sistema de gestin ambiental y auditoras ambientales a la empresa, entre otros. En particular, la Norma ISO 14.001 Sistemas de Gestin Ambiental (Ref. 9, 10), especifica los requisitos para un sistema de gestin ambiental. Esta norma se aplica a toda organizacin que desee: Mejorar la calidad de procesos y productos aumentando la eficiencia. Disminuir los costos, producto de un uso ms eficiente de la energa y los recursos. Aumento de la competitividad. Acceso a nuevos mercados. Reduccin de riesgos. Mejoramiento de las condiciones laborales y de salud ocupacional. Mejora de las relaciones con la comunidad, autoridades y otras empresas. La implementacin de sistemas de gestin ambiental permitir a la empresa anticiparse a las regulaciones ambientales ms estrictas, permitiendo que el ajuste a la nueva realidad legislativa se realice de manera gradual y mediante cambios en los procesos de produccin, en vez de recurrir a grandes inversiones en plantas de tratamiento de residuos. Dixido de carbono. Se forma en las fermentaciones alcohlicas y heterolacticas, sale del medio en los sistemas abiertos, y en los sistemas cerrados contribuye ala acidificacin del medio.C6H12O6+ 2 Pi+ 2ADP 2 CH3-CH2OH + 2 CO2+ 2ATP+ 25.5 kcalSe puede ver que la fermentacin alcohlica es desde el punto de vista energtico una reaccinexotrmica, se libera una cierta cantidad de energa. La fermentacin alcohlica produce gran cantidad deCO2, que es la que provoca que elcava(al igual que el Champagney algunos vinos) tenganburbujas. Este CO2(denominado en la edad media comogas vinorum) pesa ms que el aire, y puede llegar a crear bolsas que desplazan el oxgeno de los recipientes donde se produce la fermentacin. Por ello es necesario ventilar bien los espacios dedicados a tal fin. En lasbodegasde vino, por ejemplo, se suele ir con unavelaencendida y colocada a la altura de la cintura, para que en el caso de que la vela se apague, se pueda salir inmediatamente de la bodega. La liberacin del dixido de carbono es a veces "tumultuosa" y da la sensacin dehervir, de ah proviene el nombre de fermentacin, palabra que encastellano tiene poretimologadellatnfervere.Cabe sealar que la produccin de vino por fermentacin es una tecnologa limpia, relativamente simple y fcil de desarrollar. Su produccin en bioreactor, aunque compleja desde el punto de vista bioqumico, no requiere de conocimientos especializados para su realizacin. Sin embargo, no hay que olvidar la importancia de contar con cepas de levadura adecuadas, por ejemplo, cepas floculantes, con resistencia a altas concentraciones de etanol y resistencia a las bacterias.

2.7.- SISTEMA DE CALIDAD2.7.1.- CALIDAD DEL EQUIPOUn proceso de fermentacin exige condiciones para que el producto final tenga la calidad exigida. Manteniendo la temperatura, agitacin y presin en el interior del vaso, PH del medio, nivel de oxgeno disuelto y CO2 a valores establecidos para cada microorganismo a fermentar, dicha calidad no se ver afectada durante el tiempo que dure el proceso.El fermentador incluye una unidad encargada de registrar el comportamiento en el tiempo de cada parmetro sin la posibilidad de alertar cuando una anomala en el proceso de fermentacin ocurre.

2.7.2.- CALIDAD DEL PRODUCTOEl atributo diferenciador para los vinos ser su calidad como vinos varietales, obtenidos directamente de la fermentacin alcohlica de la uva fresca y madura, o del mosto de la uva fresca. Su elaboracin y crianza deber ser apropiada para obtener vinos de calidad utilizando prcticas enolgicas aprobadas. FUNDAMENTO DE LOS ATRIBUTOS DIFERENCIALESAtributos de productoSe define parmetros fisicoqumicos y microbiolgicos que deben cumplir los vinos, como as tambin evaluar por medio de un anlisis sensorial solo los puntos que aseguran el cumplimiento de los parmetros predefinidos, permitiendo asegurar determinadas caractersticas organolpticas del producto. Asimismo, no se permite la utilizacin de determinados conservantes, lo cual obliga a que el proceso se realice en forma ms controlada.

Atributos de procesoIncluye condiciones referidas a la produccin primaria, de manera de asegurar la calidad de la materia prima, como tambin pautas que hacen a la calidad del producto en distintas etapas del proceso de elaboracin de vino. Se ha optado por la implementacin del sistema Anlisis de Peligros y Puntos Crticos de Control (HACCP) desde la recepcin de la materia prima hasta la elaboracin del producto final.

Atributos de envaseRespetando la normativa vigente para envases en general, se ha tomado el criterio del envase de mejores condiciones para el cuidado del producto, y preferencia por los mercados.

3.- ESPECIFICACIN DE PRODUCTOS Y MATERIALES3.1.- PRODUCTOS A OBTENEREl producto que se obtiene del fermentador alcohlico es un vino inmaduro que se elabora a partir del mosto de uvas maduras. El vino est formado por diferentes componentes, de los cuales elprincipal es el agua, que est presente entre un84% y un 88%. El segundo componente ms importante es elalcohol, que surge gracias a la fermentacin, y le da cuerpo y aroma al vino. (Badui, 1993).Este producto para ser vino posteriormente tiene que madurar, o si en el caso se quiera elaborar pisco se requiere pasar este a un alambique o falca para que comience la destilacin.

3.2.- MATERIAS PRIMAS3.2.1.- CONSTRUCCION DEL TANQUE:ACERO INOX AISI 304:DESCRIPCIN: Este es el ms verstil y uno de los ms usados de los aceros inoxidables de la serie 300. Tiene excelentes propiedades para el conformado y el soldado. Se puede usar para aplicaciones de embuticin profunda, de rolado y de corte. Tiene buenas caractersticas para la soldadura, no requiere recocido tras la soldadura para que se desempee bien en una amplia gama de condiciones corrosivas. La resistencia a la corrosin es excelente, excediendo al tipo 302 en una amplia variedad de ambientes corrosivos incluyendo productos de petrleo calientes o con vapores de combustin de gases. Tiene excelente resistencia a la corrosin en servicio intermitente hasta 870 C y en servicio continuo hasta 925C. No se recomienda para uso continuo entre 425 - 860C pero se desempea muy bien por debajo y por encima de ese rango.

NORMAS INVOLUCRADAS: ASTM A 276

PROPIEDADES MECNICAS: Resistencia a la fluencia 310 MPa (45 KSI) Resistencia mxima 620 MPa (90 KSI) Elongacin 30 % (en 50mm) Reduccin de rea 40 % Mdulo de elasticidad 200 GPa (29000 KSI)

PROPIEDADES FSICAS: Densidad 7.8 g/cm3 (0.28 lb/in3)

PROPIEDADES QUMICAS: 0.08 % C mn. 2.00 % Mn % Si 18.0 20.0 % Cr 8.0 10.5 % Ni 0.045 % P 0.03 % S

USOS: sus usos son muy variados, se destacan los equipos para procesamiento de alimentos, enfriadores de leche, intercambiadores de calor, contenedores de productos qumicos, tanques para almacenamiento de vinos y cervezas, partes para extintores de fuego.TRATAMIENTOS TRMICOS: ste acero inoxidable no puede ser endurecido por tratamiento trmico.Para el recocido, caliente entre 1010 y 1120C y enfre rpidamente3.2.2.-PRODUCTO:UVA QUEBRANTAUna cepa muy representativa del Per en especial del valle de Ica con el que se produce el muy afamado puro de Ica. Uva pisquera por excelencia para hacer piscos de raza, de intensidad y complejidad en boca. Al no ser aromtica, aporta aromas tenues pero elegantes, algo difciles de apreciar en nariz, pero que en la boca alcanzan su mximo esplendor.Perfectamente adaptada a las condiciones especiales de los desiertos costeos del Per, podemos considerarla una variedad nativa y exclusiva de nuestros suelos. Tiene bayas pequeas y redondas de tamao mediano a pequeo y de abundante produccin. Es de tonalidad rojo-azulada, con la particularidad que no se colorea todo el racimo. Es decir, generalmente encontramos algunas uvas de color verde, pero totalmente maduras. Las mas importantes plantaciones de Quebranta se encuentran principalmente en los vallesSegn estudios cientficos efectuados por la Universidad Nacional Agraria se ha comprobado los siguientes componentes en 100 gramos de fruto de la uva quebranta:Componentes Mayores:

- Agua 81.4 grs.- Protenas 0.5 grs.- Extracto etreo 0.1 grs.- Carbohidratos Azcares, fibras y otros 17.7 grs.- Cenizas 0.3 grs.- Minerales: Calcio 14.0 mg. Fsforo 11.0 mg. Hierro 0.4 mg.- Vitaminas: Tiamina 0.05 mg. Riboflavina 0.07 mg. Niacina 0.11 mg. Acido ascrbico 0.70 mg.- Caloras 66 cal.- Contenido de azcares en el mosto 269grs./lt.- Contenido en cido tartrico en el mosto 4.22 grs/lt.

3.3.- INSUMOSMETASULFITO DE SODIOEl sulfito es utilizado en la elaboracin de los vinos por diversas razones:El sulfito es un conservante muy importante que previene la acidificacin del vino, especialmente, en el caso de los vinos jvenes y dulces que son los ms susceptibles a este problema. El azcar presente en estos vinos puede ser transformado en cidos por la accin de las bacterias cido acticas o cido lcticas, lo que resulta en la alteracin del sabor. Por otro lado, el sulfito tambin mejora el color del vino tinto. Sin l, la intensidad del color podra verse reducida con el paso del tiempo, dando lugar a la aparicin de otros colores (prpura / azul). En conclusin, el sulfito no slo previene la prdida de color sino que tambin ayuda a mejorar la apariencia de lo vinos tintos. En el caso del vino blanco, esta funcin, es obviamente, de poca importancia.Por ltimo, pero no por ello de menor importancia, el sulfito tambin mejora el sabor del vino a travs de la remocin del acetaldehdo, un compuesto formado por la levadura durante el proceso de elaboracin del vino que le imparte un sabor desagradable.

CLARA DE HUEVO Se emplea para afinarymodelar nuestro vino,y que adems, nos ofrece innumerables posibilidades tcnicas de acercarnos a las expectativas del comprador y a las nuestras propias. Por un lado, paralimpiarel vino y facilitar las operaciones previas al embotellado.Por otro, para mejorar suexpresin aromticay sensaciones en boca, para corregir defectos, o simplemente para darle estabilidad evitando alteraciones posteriores.

LEVADURASon hongos unicelulares que utilizan los azcares del mosto de uva como combustible para realizar sus funciones vitales. Las levaduras a diferencia de la mayora de los hongos, necesitan poco o ningn oxgeno para vivir (organismos anaerobios) y descomponen los azcares de forma incompleta. Los productos resultantes de esta reaccin son dixido de carbono y alcohol en lugar de dioxido de carbono y agua ( organismos aerobios).Esta faceta biolgica ha convertido a las modestas levaduras en uno de los hongos ms importantes de la historia social de la humanidad.CARBONATO DE CALCIOEl carbonato clcico (E-170) es un desacidificante que modifica el pH disminuyendo la acidez. En reaccin con el mosto se hidroliza dando lugar a cido carbnico, que se descompone en anhdrido carbnico y agua por un lado y en iones de calcio por otro. Estos iones se suman al contenido total de calcio que contiene el vino. As se conseguir una desacidificacin al neutralizar por salificacin el exceso de acidez de los mostos.3.4.- SERVICIOS A EMPLEAR3.4.1.- PARA EL PROCESO:ELECTRICIDAD:Para calentar la resistencia elctrica (solo para el arranque).Para funcionamiento del motor.3.4.2.- PARA LA CONSTRUCCION DEL TANQUE:SOLDADURA TIG:TIG es un sistema de soldadura al arco con proteccin gaseosa, que utiliza el intenso calor de un arco elctrico generado entre un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a soldar, donde puede o no utilizarse metal de aporte.Se utiliza gas de proteccin cuyo objetivo es desplazar el aire, para eliminar la posibilidad de contaminacin de la soldadura por el oxgeno y nitrgeno presente en la atmsferaLa caracterstica ms importante que ofrece este sistema es entregar alta calidad de soldadura en todos los metales, incluyendo aquellos difciles de soldar, como tambin para soldar metales de espesores delgados y para depositar cordones de raz en unin de caeras.Las soldaduras hechas con sistema TIG son ms fuertes, ms resistentes a la corrosin y ms dctiles que las realizadas con electrodos convencionales.Cuando se necesita alta calidad y mayores requerimientos de terminacin, se necesario utilizar el sistema TIG para lograr soldaduras homogneas, de buena apariencia y con un acabado completamente liso. No hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a travs del arco Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsin Al igual que todos los sistemas de soldadura con proteccin gaseosa, el rea de soldadura es claramente visible4.- DISEO DEL PROCESO4.1.- BASES DEL DISEOPara establecer las bases para el diseo del fermentador es necesario tomar en cuenta los siguientes tems: Necesidades del proceso Caractersticas especficas de la materia prima Geometra del fermentador Seleccin de accesorios Rutina de trabajo y mantenimiento Optimizacin de costosEl fermentador, ser utilizado para procesar el mosto de uva procedente de la falca y el vino resultante ser utilizado como base para la produccin de pisco en un destilador. (Echeverra y Ros, 2003).FERMENTACION ALCOHOLICAEl origen de las bebidas fermentadas debe buscarse en los albores mismos de la vida humana. Segn algunos autores, la miel de abejas silvestres aguada y abandonada a s misma, debi ser la primera bebida fermentada. Remotamente no se conoca la naturaleza de los fenmenos qumicos y biolgicos que rigen este proceso. Hace apenas un siglo, Pasteur demostr que la fermentacin se produce por medio de las levaduras que descomponen el azcar en alcohol y gas carbnico. (Brock y Madigan, 1991).Las levaduras ms utilizadas son las Saccharomyces siendo la cepa ms conocida la Cerevisiae:PH4 a 5

Temperatura25 a 30C

PARMETROS PARA LA FERMENTACION ALCOHOLICAA) TEMPERATURAEs un factor preponderante para la vida de las levaduras, no se desarrollan bien ms que en una escala de hasta 30C como mximo y por encima de 20 C.Estas temperaturas dependern de la especie de levadura que se use, si es resistente o no y cul es la temperatura ptima para su desarrollo. Tambin se deber manejar la temperatura dependiendo del vino que se quiera obtener. Si se quiere un vino con baja graduacin alcohlica, se deber hacer una fermentacin a alta temperatura.La temperatura crtica de la fermentacin es el grado por encima del cual las levaduras ya no se reproducen y acaban muriendo, lentificando y deteniendo la fermentacin. Es muy difcil decir cul es el lmite exacto, sin embargo, es posible indicar una zona peligrosa que depende de la aireacin, la riqueza del mosto, los factores nutritivos de las levaduras y la naturaleza de las mismas. Generalmente fluctan de 32 a 35C; esto no significa que cuando un tanque alcance estas temperaturas su fermentacin se vea ya comprometida y que, forzosamente, deba detenerse, pero si indica que hay peligro de detencin y que hay que intervenir a tiempo para evitar ese peligro. (Brock y Madigan, 1991).Para las levaduras la temperatura ptima es 20-30 C. Los microorganismos que crecen a una temperatura inferior a la ptima tienen retardado su crecimiento y por lo tanto reducida la produccin celular, es decir su productividad. Por otro lado, si la temperatura es demasiado alta, pero no letal, se puede inducir una respuesta de estrs al choque trmico con la consiguiente produccin de proteasas celulares que ocasionan una disminucin en el rendimiento de los productos proteicos. A fin de obtener rendimientos ptimos, las fermentaciones deben ser llevadas a cabo en un margen estrecho de temperatura y a ser posible constante.La velocidad de produccin de calor debida a la agitacin y a la actividad metablica de los microorganismos no se ve compensada por las prdidas de calor que resultan de la evaporacin, por lo que se debe recurrir a sistemas de refrigeracin. Dentro de stos, los ms utilizados en las fermentaciones industriales son las camisas de agua. (Amerine, 1980).B) INFLUENCIA DE LA AIREACINLas levaduras necesitan oxgeno para multiplicarse. En ausencia completa de aire en un mosto, se producen slo algunas generaciones y su reproduccin se detiene.La vinificacin se conduce, normalmente, al abrigo del aire y el oxgeno es entonces el factor que limita la multiplicacin de las levaduras. La rapidez del arranque de la fermentacin depende de las condiciones de aireacin. Generalmente con los trabajos previos a la fermentacin (estrujado, despalillado, bombeo, etc.) se asegura una primera aireacin til para el arranque. La aireacin se realiza bien por contacto continuo con el aire, por la operacin de remontado. Para evitar el cese de la fermentacin por asfixia de las levaduras se necesita airear cuando se opera en depsito cerrado y ms cuanto mayor sea el contenido de azcar de la vendimia. (Brock y Madigan, 1991).Uno de los factores ms crticos en la operacin de fermentaciones a pequea y gran escala es el suministro de un intercambio de gases adecuado. El oxgeno es el sustrato gaseoso ms importante para el metabolismo microbiano y el anhdrido carbnico es el producto metablico ms importante. El oxgeno no es un gas muy soluble ya que una solucin saturada de oxgeno contiene aproximadamente 9 mg / L de este gas en agua. Debido a la influencia de los ingredientes del cultivo, el contenido mximo de oxgeno realmente es ms bajo de lo que debera ser en agua pura. El suministro se logra pulverizando aire en el fermentador durante el proceso, la presin ms alta de O2 se consigue durante la aireacin con oxgeno puro. Otra caracterstica es que a medida que aumenta la temperatura desciende la solubilidad del oxgeno. Una vez disuelto el O2, ste tiene que transferirse desde la burbuja de gas a cada clula individual. Para ello deben ser superadas varias resistencias parcialmente independientes:a.- La resistencia dentro de la pelcula de gas a la interfase.b.- La penetracin de la interfase entre la burbuja de gas y el lquido.c.- Transferencia desde la interfase al lquido.d.- Movimientos dentro de la solucin de nutrientes.e.- Transferencia a la superficie de la clula.En las fermentaciones que se llevan a cabo con organismos unicelulares como bacterias o levaduras, el factor ms importante que controla la velocidad de transferencia es la resistencia en la interfase entre la burbuja de gas y el lquido. Las clulas microbianas prximas a la burbuja de gas pueden absorber directamente el O2 a travs de la interfase aumentando la transferencia del gas a estas clulas. En los aglomerados de clulas o en las bolitas de micelio, la transferencia de gas dentro del aglomerado puede ser un factor limitante.Por ltimo indicar la concentracin crtica de oxgeno que es el trmino utilizado para expresar el valor de la velocidad especfica de absorcin de oxgeno que permite la respiracin sin impedimentos. Esta concentracin crtica de oxgeno suele tener unos valores concretos para cada microorganismo oscilando de forma general entre el 5% y el 25% de los valores de saturacin de oxgeno en los cultivos. (Amerine, 1980).C) INFLUENCIA DE LA ACIDEZLas levaduras hacen fermentar mejor los azcares en un medio neutro o poco cido.Cuando una fermentacin se detiene no se debe a una falta de acidez, sino a un exceso de temperatura que asfixia las levaduras. Sin embargo, una acidez dbil puede convertir en muy graves las consecuencias de esa detencin, pues las bacterias de enfermedades se desarrollan ms fcilmente cuanto mayor es el pH. La acidez debe ser tal que no favorezca el desarrollo de las levaduras, pero que perjudique a las bacterias peligrosas en caso de cese de la fermentacin. (Brock y Madigan, 1991).La mayor parte de los microorganismos crecen ptimamente entre pH 4,0 y 7,5 (pH ptimo es de 4.5). Pero durante el crecimiento en un fermentador, los metabolitos celulares son liberados al medio, lo que puede originar un cambio del pH del medio de cultivo. Por lo tanto se debe controlar el pH del medio de cultivo y aadir un cido o una base cuando se necesite para mantener constante el pH. Por supuesto que esta adicin del cido o base debe ser mezclada rpidamente de tal manera que el pH del medio de cultivo sea el mismo en todo el fermentador. (Amerine, 1980).D) NUTRIENTES La levadura necesita la presencia de nutrientes para que la fermentacin sea correcta, pues como ser vivo necesita alimentarse para poder trabajar. Los nutrientes ms importantes para las levaduras son el nitrgeno y el fsforo, para ello debemos utilizar la urea y el fosfato de amonio, el primero como suministro de nitrgeno y el segundo de fsforo. Una vez terminada la fermentacin tenemos un producto alcohlico que oscila entre 6 y 12 GL, dependiendo de la eficiencia que haya tenido el proceso, este producto es un vino, al cual hay que clarificarlo con la ayuda de bentonitas, pectinasas, gelatina, clara de huevo entre otros aditivos. Una vez se ha clarificado el vino se debe rectificarlo, es decir aumentar su grado alcohlico hasta 13GL para evitar una acetificacin del vino. (Brock y Madigan, 1991).

El fermentador, ser utilizado para procesar el mosto de uva procedente de la falca y el vino resultante ser utilizado como base para la produccin de pisco en un destilador. Todo ello ocurre en los ambientes del edificio de Operaciones Unitarias, especficamente en el laboratorio de Diseo y Evaluacin de Procesos. Siendo el estudio e investigacin de procesos la razn ms importante de su construccin deber brindar tanta informacin til como sea posible.

E) AGITACIN:La agitacin es la operacin que crea o que acelera el contacto entre dos o varias fases. Una fermentacin microbiana puede ser considerada como un sistema de tres fases, que implica reacciones lquido-slido, gas-slido y gas-lquido.1.- La fase lquida contiene sales disueltas, sustratos y metabolitos. Puede existir, en algunos casos, una segunda fase lquida si existe un sustrato inmiscible en agua como por ejemplo los alcanos.2.- La fase slida consiste en clulas individuales, bolitas de micelio, sustratos insolubles o productos del metabolismo que precipitan.3.- La fase gaseosa proporciona un reservorio para el suministro de oxgeno, para la eliminacin del CO2 o para el ajuste del pH con amonio gaseoso.Una adecuada agitacin de un cultivo microbiano es esencial para la fermentacin ya que produce los siguientes efectos en las tres fases:1.- Dispersin del aire en la solucin de nutrientes.2.- Homogeneizacin, para igualar la temperatura, pH y concentracin de nutrientes, en el fermentador.3.- Suspensin de los microorganismos y de los nutrientes slidos.4.- Dispersin de los lquidos inmiscibles.Bajo estas premisas se podra concluir que cuanto mayor sea la agitacin, mejor ser el crecimiento. Sin embargo, la agitacin excesiva puede romper las clulas grandes e incrementar la temperatura lo que ocasiona un descenso en la viabilidad celular.Por lo tanto, se debe conseguir un balance entre la necesidad del mezclado y la necesidad de evitar el dao celular.Los diferentes tipos de agitacin que se utilizan en las fermentaciones se incluyen dentro de las siguientes clases:1.- Agitadores rotativos, los cuales tienen un sistema interno mecnico de agitacin.2.- Columnas de burbujas, la agitacin se realiza mediante la introduccin de aire a sobrepresin.3.- Sistema Aero-elevado (airlift), que pueden tener un circuito interno o externo. La mezcla y circulacin de los fluidos son el resultado de las corrientes de aire introducido, las cuales causan diferencias en la densidad dentro de las diferentes partes del fermentador.De estos tres tipos el ms utilizado es el primero ya que es ms flexible en las condiciones de operacin, es ms fcil de conseguir comercialmente, provee una eficiente transferencia de gases a las clulas y es el tipo con el que se tiene ms experiencia. (Amerine, 1980).EVALUACIN DE LA CINTICA DEL PROCESO

El estudio cintico del proceso de obtencin del vino, como bioproceso fermentativo, incluye un sistema complejo de mecanismos, que deben evaluarse desde el sistema metablico de las levaduras. Este tipo de estudios debe abordarse a travs de modelos cinticos que evalen el crecimiento de microorganismos, como la conocida expresin propuesta a travs de la ecuacin de Monod.

Sin embargo la aplicacin de estos modelos requiere un estudio del comportamiento de la biomasa a lo largo del proceso, as como un acercamiento a la evaluacin de la viabilidad celular y el planteamiento de las curvas de crecimiento de la levadura. Anlisis que se contemplaron dentro de los alcances de este primer acercamiento al estudio de la produccin del vino.

No obstante, con base en la expresin estequiometria simplificada de la fermentacin alcohlica, descrita por Gay Lussac, Ecuacin 1 (Ribreau 2006). Se propuso evaluar la relacin entre la variacin en la concentracin de sustrato, y su tasa de consumo, asumiendo que este nivel de consumo se correlaciona con los tiempos de proceso. Aunque estos parmetros cinticos no describen el proceso global, se emplearon para hacer una aproximacin a la evaluacin del proceso; asumiendo que a una mayor tasa de consumo inicial de sustrato, el sistema desarrollara una mejor velocidad de reaccin, que repercutira en tiempo ms cortos del proceso general. Ecuacin 1: Cintica elemental de la fermentacin alcohlica

El mecanismo simplificado de la velocidad de consumo de sustrato lo define como la relacin entre la variacin de la concentracin del sustrato en el tiempo, lo que a su vez se puede expresar a travs de una constante de velocidad y la concentracin de sustrato, Ecuacin 2:

Ecuacin 2: Expresin cintica para reacciones con un solo sustrato

Con base en la concentracin de sustrato obtenida a lo largo del proceso, se obtuvo una correlacin matemtica para representar la concentracin del sustrato en funcin del tiempo. La derivada de esta correlacin permiti tener una expresin para el valor (dS/dt). A partir de esta expresin, y con el tratamiento matemtico de la Ecuacin 2.4, se describi la ecuacin de una recta en la que la pendiente, indica el orden de reaccin (n) y el intercepto el logaritmo de la constante cintica (k) (Nielsen 2003).

Ecuacin 3: Tratamiento matemtico de la velocidad consumo de sustrato9.- CARACTERSTICAS EN CONSTRUCCIN Y MONTAJELa construccin del fermentador se llevar a cabo a razn de una sesin por da, ordenndolas atendiendo el siguiente criterio:

1. La escala de prioridad de la actividad respetando el orden lgico del procedimiento2. Aquellas actividades que por su naturaleza no puedan postergar su atencin3. La interdependencia de un conjunto de actividades seleccionado.4. Las actividades que el tiempo permita realzarlas de manera consecutiva o simultneaLos integrantes pondrn a disposicin del equipo todas sus habilidades y una buena parte de su tiempo para el desarrollo del mdulo, velando siempre por la calidad del resultado final.

En el siguiente cuadro se registra la agenda propuesta para la elaboracin del mdulo.

Planificacin de actividadesSesin 1 Presentacin del proyecto

Sesin 21. Coleccin de materiales2. Coleccin de dispositivos3. Coleccin de herramientas

Sesin 34. Identificar el material de los componentes5. Seleccin de adherentes y recubrimientos6. Registrar las dimensiones de los componentes

Sesin 47. Trazar los orificios de entradas y salidas en nuestro contenedor8. Realizar orificios9. Acondicionar orificios

Sesin 510. Acondicionamiento de sensores y dispositivos11. Diseo del tablero de control

Sesin 612. Esttica, ergonoma y seguridad13. Ensamblaje el equipo14. Verificar si existen fugas

Sesin 715. Construccin del soporte

Sesin 816. Instalacin del tablero de control17. Montaje

Sesin 918. Construccin de software e interfaz de monitoreo19. Sealizacin y acabado final

Sesin 1020. Prueba en blanco21. Modelamiento

Sesin 1122. Elaboracin del boletn con las caractersticas del modulo23. Elaboracin del manual con instrucciones de uso y mantenimiento

Sesin 12 Evaluacin

Durante la construccin del mdulo, tomaremos en cuenta las algunas actividades necesarias para tal fin. En ellas encontramos similitudes y decidimos agruparlas en caractersticas de la construccin del mdulo.

NCaractersticaDescripcin

1Coleccin de materialesMateriales elegidos que deben ser resistentes a corrosin y variaciones de temperatura los escogidos fueron: plstico, vidrio (borosilicato preferentemente) y acero inoxidable.

2Coleccin de dispositivosDispositivos seleccionados para el funcionamiento y adecuado control del fermentador son: termocuplas, pHmetro, manmetro, agitador, entre otros.

3Coleccin de herramientasInstrumentos que permiten el ensamblaje de todos los componentes del mdulo que incluyen instrumentos de medicin, corte y moldeado.

4Identificar el material de los componentesSer conscientes del tipo de material con el que estamos trabajando nos permite elegir la manera adecuada de trabajar con l, registrar sus caractersticas y evitar su deterioro.

5Seleccin de adherentes y recubrimientosTeniendo en cuenta las condiciones de operacin del fermentador y los materiales de trabajo, determinaremos cuales pueden ser empleados sin que interfieran en la toma de datos o el proceso en s.

6Registrar las dimensiones de los componentesTeniendo en cuenta que el modulo opera al interior de un laboratorio, procuraremos que el espacio que ocupe este no sea grosero y que sus componentes se ensamblen perfectamente para no tener evitar fugas y no ocasionen contratiempos.

7Trazar los orificios de entradas y salidas en nuestro contenedorSin lugar a duda el corazn de nuestro mdulo es el contenedor que usaremos como reactor, por ello debe contar con orificios de intercambio de materia ubicados convenientemente en el equipo, los mismos que deben ser en todo momento controlados y seguros.

8Realizar orificiosAsumiendo que el material del fermentador es vidrio, presenta una serie de dificultades para manipularse, seleccionar el mtodo de corte ms adecuado y seguro, es de suma importancia para seguir con los siguientes pasos para la construccin del mdulo.

9Acondicionar orificiosLuego de perforados, debemos notar si existe algn inconveniente que impida un buen empalme componente-contenedor y que deba ser atendido, as mismo hemos de brindar todas las condiciones apropiadas para el montaje.

10Acondicionamiento de sensores y dispositivosEste es un paso necesario e influye directamente en los resultados obtenidos en la experiencia, verificar su desempeo y precisin para luego adaptarlo para nuestros fines dar como resultado un equipo til.

11Diseo del tablero de controlComponente que permite relacionar al operador y equipo, se le proveer de interruptores, botones y pantalla para controlar cmodamente el proceso de fermentacin.

12Esttica, ergonoma y seguridadEl mdulo, formara parte del conjunto de equipos de laboratorio. Para no daar la armona del ambiente, deber guardar similitud con el resto, sin dejar de ser seguro ni dificultar su uso.

13Ensamblar el equipoEstablecer todas las conexiones con el reactor, as como ubicar los dispositivos y sensores en las posiciones designadas.

14Verificar si existen fugasLas fugas se presentan en las conexiones irregulares o daadas, deben verificarse antes de poner el equipo a trabajar

15Construccin del soporteDebe dotarse al mdulo de una estructura slida, para transportarla y resguardarla de daos.

16Instalacin del tablero de controlDebe verificarse que el circuito electrnico se haya llevado a cabo satisfactoriamente y que suposicin permita al operador usarlo sin ningn esfuerzo.

17MontajeUnin de todos los componentes del mdulo sobre el soporte de modo que permita desde entonces su funcionamiento.

18Construccin de software e interfaz de monitoreoEl trabajo con el modulo tiene como objetivo recopilar informacin del proceso en estudio, por lo que debe contar con un display de datos independiente o conexin a PC.

19Sealizacin y acabado finalExistiendo conexiones elctricas y zonas de calentamiento, ser necesario indicar los riesgos que conlleva el uso del equipo y procurar reducirlos.

20Prueba en blancoPondremos en marcha el fermentador, para evaluar el rol de todas las variables implicadas en el proceso, tomaremos datos y luego evaluaremos su el desempeo del equipo.

21ModelamientoEn base a la experiencia anterior, determinaremos si el modulo cumple o no con los objetivos planteados, de no serlo, se corregirn los desperfectos o ajustaran los parmetros de operacin.

22Elaboracin del boletn con las caractersticas del moduloEs pertinente en todo mdulo de experimentacin, dar cuenta de los materiales y dispositivos usados para su elaboracin, ya que no habr evidencia suficiente de ello luego de su ensamblado. Elaborar este boletn, permitir evaluar si es o no factible el uso del mdulo con un fin para el cual no fue diseado y conseguir algn componente daado o repararlo.

23Elaboracin del manual con instrucciones de uso y mantenimientoEl manual de instrucciones brindara la informacin necesaria para la puesta en marcha, operacin y control, as como la toma de datos para que la experiencia sea ordenada, rpida y satisfactoria. Incluir tambin una rutina de mantenimiento provista por los diseadores.

4.2.- TECNOLOGA SELECCIONADAFormar parte del mdulo una serie de dispositivos necesarios para la recoleccin de datos as como los que la naturaleza del proceso exige. Entre ellos tenemos: motores, termmetros, vlvulas manmetros, intercambiadores de calor, contenedores y tuberas todas ellas compuestas de materiales termoresistentes y anticorrosivos, preferentemente vidrio de boro silicato, acero inoxidable y plsticos.

4.2.1.- PROPUESTA N 1Consideramos un fermentador con chaqueta y una termocupla en el interior del fermentador para controlar que la temperatura sea constante, existe una fuente de alimentacin en la parte superior y una de descarga en la parte inferior del tanque; adems de una zona para extraer muestras de la fermentacin, para poder medir diversas variables. El escape de CO2 ser a partir de un ducto que ira a dar a una solucin de NaOH para contabilizar la cantidad de este gas, para determinar la conversin de la sacarosa, y tambin evitar la contaminacin del aire por CO2. Adems para una mejor mezcla se coloca un agitador con cojinetes manual.

4.2.2.- PROPUESTA N 2Consideraremos un fermentador que termina en forma cnica debido a la facilidad en la limpieza y que al realizar la descarga del producto fermentado no va a quedar ningn residuo en la base, as va a ver una menor perdida del producto.

4.2.3.- PROPUESTA N 3

Se trata de un tanque con base plana, con un agitador con cojinetes de impulsores, la agitacin con un motor de paso (cuya potencia puede ser controlada), sensor de temperatura, pH-metro por debajo del tanque, sin chaqueta con una resistencia de acero inoxidable, una trampa de aire, y un manmetro para medir la presin en el tanque debido al CO2, en la tasa est incrustado el agitado, la termocupla, la resistencia, para evitar ms perforaciones en el tanque.

4.2.4.- PROPUESTA N 4Se trata de un tanque con base plana, con un agitador con cojinetes de impulsores, la agitacin con un motor de paso (cuya potencia puede ser controlada), sensor de temperatura, pH-metro por debajo del tanque, sin chaqueta con una resistencia de acero inoxidable, una trampa de aire, y un manmetro para medir la presin en el tanque debido al CO2, en la tasa est incrustado el agitador,, la resistencia, para evitar ms perforaciones en el tanque. Tambin cuenta con un tanque de nitrgeno para eliminar el dixido de carbono y oxgeno en exceso.

1.- AGITADOR2.- TANQUE DE NITRGENO3.- MANMETRO DE TANQUE DE NITRGENO4.- LLAVE DE PRESIN DE ALIMENTACIN DE NITRGENO5.- BAFLES6.-. TANQUE DE ACERO INOX 3047.- COJINETE8.- MOTOR DE AGITADOR9.-TAPA DE ACERO INOX10,. TANQUE DE DESFOQUE DE OXGENO Y DIXIDO DE CARBONO11.-MEDIDOR DE PH12.- TERMOCUPLA13.- TUBO DE DESFOGUE DEL PRODUCTO14.- LLAVE DE CONTROL DE SALIDA

4.3.- DISEO CONCEPTUAL4.3.1.- CAPACIDADEl contenedor del mdulo, llmese fermentador deber ser un reactor con agitacin de una capacidad de 12 litros netos (entendiendo que debe existir una capacidad adicional por razones de seguridad), dicho volumen responde a las caractersticas de produccin de la falca (modulo que junto al destilador forma parte del sistema de elaboracin de piscos).

Teniendo en cuenta que con el balance de materia realizado, se cuenta con un ingreso de materia prima de 14 kg, a la prensa entraran 11 kg, y al fermentador 12.37 kg aprox. 11.5 litros, para obtener como producto 10 litros de vino y 1 litro de pisco.

4.4.- DISEO DETALLADO4.4.1.- BALANCE DE MATERIA

C6H12O8 + levadura 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 51.1% 48.9%Solo un 45% de azcar se fermenta a etanol 0.74 kg 45% azcar 1.6 kg 100% azcar total4.4.2.- BALANCE DE ENERGA

BALANCE EN EL FERMENTADOR: CONSIDERACIONES:-Reactor discontinuo (Tipo Batch)-Sistema No Estacionario-No isotrmico

La ecuacin ser:

Dnde:m: masa del mostoCp.: Calor especfico de mezcla reaccionantedT: Diferencial de Temperatura-H: Entalpa de calor de reaccinVr: Velocidad de reaccindt: Diferencial de tiempoU: Coeficiente global de transferencia de calorA: rea de transferencia de calorP: Potencia de la resistencia de inmersinDatos y Clculos realizados:m=12000 g de mostoCp (mezcla)= Para 148 g de glucosa en 1 L

T = 30 CTe=18 CH=-18.642 kcal/mol de glucosa a 25 C

rea: altura (33.6 cm) y dimetro (28 cm)

Tiempo: 8 horas

Resistencia de inmersin: Potencia de 100 WU: El coeficiente global de transferencia de calor se determinar experimentalmente4.4.3.- CAPACIDAD DE EQUIPO:

Fig. 1 Dimensiones caractersticas de un agitador de turbina (Rushton, Costichy Everett)Dnde:Da = Dimetro del agitadorDt = Dimetro del tanqueE = Distancia de la parte inferior del tanque al centro de las paletas de la turbina L = Longitud de las palas del rodeteW = Anchura de las palasJ = Anchura de las placas deflectorasH = Altura del liquidoHt = Altura del tanqueDpl = Dimetro de la placa circular del rodete

a) Sabemos que el dimetro del tanque es: Dt = 28 cmb) Hallamos el dimetro del agitador:Da = 1 3Dt

Da = * 28

Da = 9.33 cm

c) Hallamos la altura del rodete sobre el fondo del tanque: E = 1Da

E = Da

E = 9.33 cmd) Hallamos la altura del lquido: H = 1Dt

H = Dt

H = 28 cm

e) Hallamos la anchura de las palas: W = 15 Da

W = * 9.33

W = 1.87 cmf) Hallamos la longitud de las palas del rodete: L = 14Da

L = * 9.33

L = 2.33 cmg) Hallamos el dimetro de la placa circular del rodeteDpl = Da L

Dpl = 9.33 2.33

Dpl = 7 cm

h) Hallamos la altura del tanque:Ht = 1.2Dt

Ht = 1.2 * 28

Ht = 33.6 cm

i) Hallamos el volumen total del tanque:VT =

VT =

VT = 20689.27 cm3 * VT = 20.69 lt

CLCULO DE LA POTENCIA CONSUMIDA EN EL TANQUE

Un factor trascendental en el diseo de un recipiente de agitacin es la potencia para mover el impulsor. Puesto que la potencia requerida para un sistema dado no puede predecirse tericamente, pero se tiene correlaciones empricas para estimar los requerimientos de potencia. (MANRIQUE REBAZA, JIM ANTHONY, 2011) Para el clculo de la Potencia tendremos la siguiente frmula:

Parmetros a utilizar: NP = Nmero de Potencia = Densidad (Kg/m3)Da = Dimetro del rodete (m)P = Potencia (W) n = RPSDatos: NP = 5,46 (de acuerdo a Chopey y Hicks) mosto = 1115.4 Kg/m3 Da = 0.0933 m n = 2 RPS

P = NP * mosto * n3 * Da5P = 5.46 * 1115.4 * (2)3 * (0.0933)5P = 343 WP = 0.459 HP RESISTENCIA ELCTRICA La resistencia de los conductores a la temperatura de operacin se calcular mediante la siguiente frmula: (CHIRINOS-SHUMBA, (2006))

RT (C) = R20 (C) [1+ (T 20)]Dnde: RT C = Resistencia a T C (Ohm/km) R20 (C) = Resistencia a 20 C (Ohm/km) = Coeficiente trmico de resistencia 0,0036 (1/C)R30 (C) = R20 (C) [1+0.0036 * (30 20)] R30 (C) = 13.3 * [1+0.0036 * (30 20)] R30 (C) = 13.78 Ohm/km

TABLA RESUMEN:

Dimetro del tanque28 cm

Altura del liquido28 cm

Altura del tanque33.6 cm

Volumen del tanque20.69 lt

Dimetro del agitator9.33 cm

Distancia de la parte inferior del tanque al centro de las paletas de la turbina9.33 cm

Longitud de las palas del rodete2.33 cm

Anchura de las palas1.87 cm

Dimetro de la placa circular del rodete7 cm

Potencia consumida del tanque343 W

Resistencia Elctrica13.78 Ohm/km

4.6.- CONTROL DEL PROCESOEl xito de una fermentacin se debe a la mantencin de las condiciones de operacin adecuadas.Se logra: - Monitoreo adecuado (instrumentacin). Control adecuadoCmo se relacionan las variables medidas con el sistema de control?

Forma de control de variablesvariableFuncin de controlTipo de control

temperaturaCalenatr /enfriar

espumaControl de espumaEn base a un set-point

Flujo AlimentacionCambio de flujo

pHAdicion acido o baseCambio en la velocidad de adicion de carbono

02

Analisis gas salidaCambio en velocidad de alimentacion

Analisis del medioCambio en la composicin del medio

Control de procesoDependiendo del estado de la informacin y de los criterios establecidos en los programas de optimizacin de la fermentacin se llevan a cabo acciones de control, tales como: Cerrar o abrir vlvulas (en forma completa o parcial) Activar bombas Activar alarmasLos criterios de optimizacin pueden ser: Alta concentracin de producto Alta productividad de Biomasa Mnimos costos globales del proceso4.6.1.- CONTROL Y MONITOREO DEL PROCESOLos parmetros a controlar dentro de un bioreactor son: Temperatura pH Presin parcial de O2 Formacin de espuma

TemperaturaLa temperatura es un importante parmetro en la fermentacin, si es que hay unadesviacin de un par de grados puede disminuir drsticamente el crecimiento y la biosntesis de productos.Es por esto que la variacin de temperatura debe variar entre 0,5 C.Soluciones:La temperatura de losbiorreactores de laboratoriopuede ser controladade las siguientes maneras:

Colocando un calentador situado en el interior del biorreactor,mediante tuberas conparedes delgadas que estn conectados con una vlvula electromagntica con el agua de refrigeracin.

Controlando la calefaccin y refrigeracinconun termostato, elagua termostatizada con la ayuda de una bomba circula a travs de la camisa de biorreactor.

pHEl pH en un bioproceso tiene menos efecto sobre la actividad biolgica de los microorganismos que la temperatura, frecuentemente las bacterias crecen en un intervalo de pH de 4 8, las levaduras de 3 6 y los mohos de 3 7. Esto tambin es aprovechado en la industria. Por ejemplo, las fermentaciones de levaduras generalmente operan a un pH tan bajo como sea posible para reducir la contaminacin por bateras.Soluciones:El control depH se basa enla comparacin delpunto fino deajuste y los valores de pH reales, para esto se utilizan nicamente electrodos estrilesMettler-Tolede.El control de los valores de pH se asegura con la ayuda de las bombas peristlticasquedosifiquen cido y lcali. Las mediciones de pH deberan ser precisas, con valores de 0,02unidades de pH, ya quela dinmica de los cambios de los valores de pH proporcionan cambios valiosos sobre la cintica del proceso.

EspumaLa aparicin deespuma es un fenmeno muy indeseableya queexiste el riesgo de perder el caldo de fermentacin y no es posible llevar a cabo anlisis de alta calidad y mediciones con la presencia de espuma en el reactor. La espuma tambin interfiera en la velocidad de transferencia de materia en los fluidos como se menciona enUso de agentes antiespumantes para el consumo de Oxgeno

Solucin La eliminacin de la espuma es posible mediante un agente antiespumanteteniendo en cuenta que unasobredosis podra disminuir dramticamente los parmetros de cinticos microbianos.

Es conveniente el uso de dispositivos de medicinmecnica de espuma, este es un dispositivo especial instalado en la cubierta superior del biorreactorque empieza a funcionar sihay formacin de espuma.

Una solucin ptimaes la combinacin de ambos mtodos.La aplicacin de la variante uno se usa msenbiorreactores de laboratorio.

4.9.- ESPECIFICACIONES

4.10.- PLANOS

ESTRUCTURA DEL FERMENTADORMotor

Resistencia elctricaPHmetroSensor de temperaturaManmetroAlimentacinDescargaImpelenteMotor

5.- SISTEMA DE CALIDAD5.1.- VARIABLES A EVALUAR La eficiencia del reactor se mide por la disminucin relativa de la carga orgnica entre afluente y efluente.Bruscos aumentos de la carga orgnica incidente tienden a desestabilizar el ecosistema microbiano, en tal caso el pH baja y provoca una disminucin de la eficiencia del proceso. El diseo de la capacidad y del modo de alimentacin del reactor debe tomar en cuenta tales fluctuaciones. Geometra Tamao Tipo de soldadura La utilizacin de mrgenes de diseo conservadores, la aplicacin de un programa de garanta de calidad y la organizacin de actividades de vigilancia. El establecimiento de barreras fsicas eficientes contra la emisin de material radiactivo por el reactor. Son ejemplos de tales barreras la matriz del combustible, las vainas de combustible, el sistema primario de transporte de calor y el edificio del reactor. Asimismo, se dispondr lo necesario para asegurar la eficacia de estas barreras, y para su vigilancia y proteccin. La aplicacin del criterio del fallo nico, velando por el cumplimiento de cada una de las siguientes funciones bsicas de seguridad: La parada del reactor y su mantenimiento en un rgimen de parada seguro en todos los estados operacionales o DBA. La adecuada extraccin del calor despus de la parada, en particular del ncleo, tambin en caso de DBA. El confinamiento del material radiactivo para evitar o mitigar su emisin no prevista al medio ambiente. La utilizacin de planes para casos de emergencia en los emplazamientos y fuera de ellos con el fin de mitigar las consecuencias para el pblico y para el entorno en caso de emisin sustancial de efluentes radiactivos al medio ambiente.5.2.- MTODOS DE EVALUACINEn el proceso de fermentacin se manifiesta el incremento de la acidez hasta de niveles de 3 lo que implica un aumento de la acidez voltil debido a la gran cantidad de oxgeno que hay en la masa. La concentracin de alcohol en el mosto a partir del sexto da de la fermentacin se mantiene constante lo cual se debera a que las levaduras se ven limitadas en su crecimiento por el grado alcohlico desarrollado, requirindose mayor tiempo de fermentacin para llegar a 0, pero esto implicara que empiece el predominio de bacterias y que se inicie la fermentacin actica, lo cual no es recomendable.El mayor nivel de alcohol en el mosto en el sexto da se debe al continuo movimiento del agitador que permite uniformizar la accin de las levaduras en la masa del mosto lo cual no ocurre en el sistema tradicional.CONTROL DE UN FERMENATADORInicialmente, se plantean tres lazos simples de control por realimentacin individuales sobre cada uno de los estados fsicos del sistema (Producto, Sustrato y Biomasa) asumindolos como la salida de inters, usando su variable manipulable asociada como accin de control total (Tasa de Dilucin de sustrato, Concentracin de sustrato de alimento y recirculacin respectivamente) A partir del anlisis dinmico y los resultados obtenidos con los lazos individuales, se proponen un controlador multilazo y otro del tipo multilazo con desacopladores que buscan combinar el efecto denamico de las acciones individuales de control probadas y resducir efectos negativos de sus interacciones.Control de Producto: : Se considerar como cero (0) la Recirculacin de Biomasa al tanque de proceso y por consiguiente, la Tasa de Dilucin de Biomasa Dr se har nula con el fin de permitir que la accin de control Ds tenga un efecto dinmico directo sobre la variable en cuestin y no influya en la poblacin de microorganismos en el biorreactor. Control de Sustrato: se usa como variable manipulada la concentracin de sustrato en alimento SIN, la cual proporciona una seal de referencia para un controlador de concentracin de sustrato que acta como EFC en el proceso anterior; se asume que el desempeo del mencionado controlador esclavo' es ptimo y mantiene la accin de control en el valor deseado. Control de Biomasa: Debido a la recirculacin de biomasa proveniente del separador a la salida del reactor, es posible pensar en una corriente de microorganismos que supla la necesidad de agentes productores de etanol dentro del reactorOtras Propuestas de control: Para efectos de control, es posible pensar que el control sobre la concentracin de Biomasa en el fermentador puede ser una herramienta muy til, tanto de la productividad de etanol, como del ahorro en el sustrato residual porque se presentan condiciones muy convenientes para una buena fermentacin. 5.3.- SISTEMA DE MUESTREOEl caldo en el fermentador se muestra durante el crecimiento para evaluar el nitrgeno, azucares, contenido alcohlico, pureza y densidad del cultivo. Se recomienda mantener el sistema de muestreo en condiciones aspticas.5.3.1 Mtodo Kjeldahlpara ladeterminacin denitrgeno total

Fundamentodelmtodo: En este mtodo la muestra analizada se descompone con cido sulfrico concentrado en caliente,para convertirel nitrgenoen ionamonio.Cuando la descomposicin se completa, la solucin resultante se enfra, se diluye y se alcaliniza con hidrxido de sodio.El amonio liberado se separapor destilacinyse recoge en una solucin cida y posteriormente se cuantifica por titulacin. El cido sulfrico que se utiliza para descomponer la muestra, oxida al carbono e hidrgeno a dixido de carbono y agua, siendo esta etapa la ms crtica en este mtodo.

5.3.2Mtodo para ladeterminacin de azcaresreductores por titulacin deLane y Enyon

Fundamentodelmtodo:Los azcares reductores estn constituidos por aquellos azcares que poseen accin reductora directa sobre una solucin cupro-tartrico-alcalina.

5.3.3Mtodo para ladeterminacin de azcaresreductores por titulacin deLane y Enyon

Fundamentodelmtodo: Los azcares reductores estn constituidos por aquellos azcares que poseen accin reductora directa sobre una solucin cupro-tartrico-alcalina.Esta determinacin comprende los siguientes pasos: Clarificacin Determinacin de azcares reductores totales por titulacin. (Mtodo volumtrico).5.3.4Determinacin delnmero demicroorganismos porrecuento en cmara de conteo Neubauer Improved.

Fundamentodelmtodo:Las cmaras de conteo se utilizan para determinar microscpicamente el nmero de microorganismos totales (vivos y muertos) en un determinado volumen desuspensin.Estemtodoseempleaenmuestrasconconcentraciones de microorganismos mayores o iguales 10^6m.o/ ml y que no contengan partculas que impidan determinar de manera precisa el nmero de microorganismos. En las cmaras de conteo hay una retcula grabada sobre la superficie de una placa de vidrio,con cuadros de unrea pequea yconocida.Sobre cada cuadro hay un volumen de magnitud conocida, muy pequea, pero medida con mucha precisin.Se debe contar la cantidad declulas por unidad de rea de la retcula, empleando el microscopio de contraste, obteniendo una medida del nmero de clulas por el pequeo volumen de la cmara.De aqu sedetermina fcilmente el nmero de clulas por mililitro de suspensin, multiplicndolo por un factor de dilucin basado en el volumen de la cmara donde se coloc la muestra.

La cmarade conteoNeubauer Improvedesdetallada acontinuacin.La profundidad de la cmara es de 0.1 mm. La cuadrcula de recuento muestra 9cuadros grandes, cada uno de 1 mm2.Los 4cuadros grandesde las esquinas estn divididos en 16cuadros con aristas de0.25 mm.Se utilizanpara recuento de leucocitos.Elcuadrado grandecentralestadivididoen 25cuadrados medianos con aristas de 0.2 mm y cada cuadrado mediano esta subdividido en 16cuadrados pequeos con aristas de 0.05 mm y una superficie de 0.0025 mm2.Todos los cuadrados medianos tienen lneas delmite triple.La lnea centrales la frontera y decide si las clulas de esta zona se deben contar o no.

5.3.5Mtodo para ladeterminacin del contenidoalcohlico de etanolpor el mtodo de destilacin simple

Fundamentodelmtodo:La muestra se somete a destilacin simple en condiciones especficas y en el destilado se determinan los grados alcohol mtricos (porcentaje de etanol en volumen), utilizando un alcoholmetro.

5.3.6Determinacin de slidos solublestotales y% de sacarosa

Fundamentodelmtodo: La determinacin de slidos solubles totales se basa en una medicin refractomtrica de la cual se obtiene el valor a una temperatura dada. El porcentaje de sacarosa se realiza mediante el uso de un aermetro, el cual se introduce en una solucin y la lectura se realiza por el menisco que forma.

5.4.- INSTRUMENTACIN Y EQUIPAMIENTO5.4.1.- SENSOR DE PHEl ph-metro es un sensor utilizado en el mtodo electroqumico para medir el ph de una disolucin.La determinacion de ph consiste en medir el potencial que se desarrolla a travs de una fina membrana de vidrio que se separa dos soluciones con diferente concentracin de protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensiblidad y la selectividad de las membranas de vidrio delante del ph.Una celda para la mediad de ph consiste en un par de electrodos, uno de calomel y otro de vidrio, sumergidos en la disolucin de la que queremos medir el ph.La varita de soporte es un vidrio comn y no es conductor, mientras que el bulbo sensible del electrodo, esta formado por un vidrio polarizable.AJUSTE DEL PHTambin sucede que el pH en un medio de cultivo se ajusta adicionando un compuesto alcalino, por ejemplo hidrxido de sodio si el pH es demasiado cido; o un compuesto cido, por ejemplo el cido clorhdrico, si el pH esdemasiado alcalino.Como losmicroorganismos suelenprovocar cambios en el pH de sus ambientes al desarrollarse, lo mejor es adicionar al medio de cultivo un amortiguador de pH, actuando dentro de los lmites mximos de pH; por lo tanto, se deben seleccionar amortiguadores para diferentes regiones de pH. Para lmites prximos a la neutralidad (pH 6.0 a 7.5) el fosfato constituye un amortiguador apropiado.Generalmente lossistemas proteicos de un medio de cultivo permiten un efecto buffer en el mismo.

AIREACINLa velocidad de fermentacin al inicio del proceso fermentativo, depende estrechamentedelascondicionesdeaireacin,desarrollndosedicha fermentacin ms rpidamente cuando las levaduras estn mejor aireadas. Por lo tanto, es conveniente airear el medio hasta el mximo, mximo que coincidir con l lmite de solubilidad deun gas (oxgeno)en un lquido yque es muy bajo.Por mucho que se airee al principio, se tender a alcanzar muy pronto la saturacin del mosto en oxgeno. La utilizacin del oxgeno por levaduras slo tiene lugar al comienzo de la fermentacin.Una vezarrancada sta, no necesitaoxigenacin o delo contrario se desviara el proceso alcohlico, y comenzara entonces la metabolizacin de los azcares por va respiratoria, produciendo mayor cantidad de clulas. La fermentacin con agitacin es ligeramente ms rpida que la fermentacin sin agitacin.A pesar deello, los niveles finales de etanoly azcarobtenidos son similares en ambas condiciones de operacin, observndose un ligero aumento en el grado alcohlico y el azcar residual en la fermentacin sin agitacin.5.4.2.- SENSOR DE TEMPERATURA Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambio en seales elctricas que son procesados por equipo elctrico o electrnico.El sensor de temperatura, tpicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores. La vaina que lo envuelve y que esta rellena de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan rpidamente al elemento sensor y del cable al que se conectaran el equipo electrnico.5.4.3.- MOTOREl motor de velocidad variable estndar, de tipo abierto, instalado en cada reactor produce velocidades de agitacin de cero a 600 y 800 rpm con un torque adecuado para accionar los impulsores instalados en mezclas de viscosidad media. Motores de mayor potencia y agitadores especiales se pueden proporcionar para viscosidades ms altas, y las poleas de transmisin se pueden cambiar para producir altas velocidades de agitacin, pero se deben considerar varias reglas bsicas al cambiar cualquiera de estos componentes.El torque ms alto de un motorse obtiene a bajas velocidades de agitacin. Al aumentar la velocidad de agitacin se reduce el torque motor en proporcin inversa a la velocidad. Para las operaciones que involucran mezclas de alta viscosidad, el tamao del motor, el tipo de impulsor y la velocidad de agitacin deben coincidir para proporcionar un sistema de mezclado efectivo.Como regla general,el acoplamiento magntico instalado en cada reactor tiene un torque til considerablemente ms alto que el torque obtenido de los motores ofrecidos para usarse con esos aparatos. El objetivo es hacer que el motor sea el eslabn dbil para que el agitador magntico est protegido. Referencia a rangos de torque para transmisiones magnticas.5.5.- REACTIVOS E INSUMOS5.5.1.- REACTIVOS:METABISULFITO DE POTASIOGeneral Pirosulfito de potasio Disulfito de potasio E 224 Frmula molecularK2O5S2Propiedades fsicas AparienciaPequeos cristales blancos aciculares de fluidez libre Densidad2.34 kg/m3; 0,00234 g/cm3 Masa molar222.32 g/mol Propiedades qumicas Solubilidad en agua450 g/l (20 C) Solubilidadinsoluble en etanol Familiabisulfitos El metabisulfito de potasio es una sal potsica. UsosSe emplea como conservante alimentario en diferentes sectores de la industria, uno de los ms corrientes en la elaboracin de vino y mostos, dnde se emplea por su funcin antioxidante y antisptica en contra de las levaduras y bacterias no deseadas, de la misma forma facilita la solubilizacin de las substancias fenlicas. Este aditivo aadido al vino proporciona dixido de azufre a la vendimia como conservante, produciendo como efecto secundario un incremento de potasio en los vinos.Ventajas: Previene contra la oxidacin (inhibicin enzimtica y qumica) que afecta al aroma, sabor y color del vino. Inhibe el crecimiento bacteriano y de levaduras salvajes, permitiendo una fermentacin rpida y limpia. Ayuda a la fijacin del color y la extraccin de aromas durante la maceracin de los hollejos.

Modo de empleoDisolver en un poco de agua, mosto o vino y aadir homogeneizado en el producto a tratar en las siguientes dosis: De 10 a 30g/hl para mostos segn la condicin de las uvas. De 2 a 5 g/hl para vino, en clarificacin, en el trasiego o despus de la filtracin. De 10 a 15 g/hl para la conservacin de vinos filtrados dulces.

Conservacin Embalaje cerrado: conservar en lugar fresco, seco y ventilado. Embalaje abierto: luego de abierto y usado debe conservarse el envase cerrado.

PresentacionesProducto: METABISULFITO DE POTASIOIdentificacin del producto en el Programa CONTROL DE PRODUCTOS FABRICADOSCdigo: MBSK02062008

Producto: SOLUCIN DE METABISULFITO DE POTASIO 85 g/L SO2Identificacin en el Programa CONTROL DE PRODUCTOS FABRICADOSCdigo Producto: MBSK1 07092004

Producto: SOLUCIN DE METABISULFITO DE POTASIO 160 g/L SO2Identificacin en el Programa CONTROL DE PRODUCTOS FABRICADOSCdigo Producto: MBSK2 07092004

SULFITACIN O SULFITADOAplicacin de compuestos azufrados al mosto o vino ya sea para prevenir contaminaciones y quiebras, parar la fermentacin, o aumentar su estabilidad bioqumica y fsica. Su presencia en el vino puede ser debida a la adicin durante la vinificacin, pero tambin puede ser producido por las levaduras a partir del azufre del mosto. La cantidad de sulfuroso producido por las levaduras va a variar en funcin de la naturaleza de stas; algunas pueden llegar a producir 100 mg/l y otras no superan unos miligramos.Tericamente el rendimiento del Metabisulfito potsico es del 57%, pero en la prctica slo se toma el 50%. Se utiliza para cantidades pequeas de mostos y vinos y para el sulfitado de las uvas. La dosis mxima permitida es 10 g/hl.Recuerde que es una actividad generadora de anhdrido sulfuroso y regulado por normas (que tienden a limitar cada vez ms su uso, cuya intensidad de aplicacin en enologa depender en gran medida de la higiene y calidad de las uvas. Este contiene un alto grado de reactividad, enlazando rpidamente con otras sustancias y fijndose con ellas, lo que se conoce por sulfuroso combinado. Por el contrario, a aquella parte que no combina con otros elementos qumicos se la denomina en la analtica como sulfuroso libre. Este es altamente voltil, con un caracterstico y desagradable olor a cerilla quemada de umbral muy bajo, y es txico en concentraciones muy altas.

ACIDO CTRICOEl cido ctrico es un cido orgnico tricarboxlico que est presente en la mayora de las frutas, sobre todo en ctricos como el limn y la naranja. Su frmula molecular es C6H8O7.Corrige la acidez del mosto diluido, lo que permite que la levadura acte adecuadamente. En el mosto de frutas muy acidas como la naranja y la mandarina, se agrega bicarbonato de sodio, en cambio en frutas menos acidas, como el pltano y el melocotn se agrega cido ctrico.Se utiliza para compensar alguna posible falta de acidez en los vinos y el cido tartrico lo mismo pero en los mostos antes de su fermentacin.La adicin de cido ctrico con vistas a la estabilizacin del vino, est legalmente limitada a un contenido total de 1 g/l, cifra en la que se encuentra incluida la pequea cantidad proveniente de la vendimia, que se evala en alrededor de 0,3 g./l. Cuando la acidez se encuentra por debajo de lo requerido por los equilibrios del vino, slo existen tcnicas muy limitadas para corregir el problema. La acidificacin del mosto est muy limitada, nicamente puede realizarse hasta el lmite mximo de 1,5 g/L expresado en tartrico, mientras que en los vinos el mximo es de 2,5 g/L. El cido autorizado para este fin es el cido tartrico natural o de estrgeno. Tambin se puede utilizar el cido ctrico limitado a un contenido total de 1 g/L, incluyendo el contenido inicial que lleva la vendimia. En la justa medida, el cido ctrico aporta frescura y sabor ctrico al vino. Se debe prestar atencin al posible ataque de bacterias lcticas.

CARBONATO CLCICOCorrecciones qumicas de la acidez del vinoLa desacidificacin qumica a travs de adicin de carbonato de calcio, en la que el cido tartrico es neutralizado y se insolubiliza bajo la forma de sal de calcio.Carbonato clcico: Con la adicin de 1 g/L bajo la acidez total 1,5 g/L expresado en cido tartrico segn la reaccin siguiente: CO3Ca + TH2 TCa- + CO2 + H20El carbonato de calcio reacciona con el cido tartrico y sus sales dando tartrato neutro de calcio, que es poco soluble y precipita. Se necesita 1 g/1 para disminuir la acidez total en 1,5 g/1 medida en cido tartrico o en 1 g/1 en sulfrico. La reaccin es lenta, ya que el tartrato neutro permanece disperso en el medio y tarda en precipitar. Reacciona con el cido mlico formando malato clcico, que es soluble en el vino. Para eliminarlo del medio, se pueden adicionar pequeos cristales de malato y tartrato de calcio para que acten como ncleos de cristalizacin.5.5.2.- INSUMOS:LEVADURAAccin de las levaduras Saccharomyces cerevisiae sobre la acidez.Las levaduras del gnero Saccharomyces tambin son capaces de descomponer el cido mlico, aunque nicamente pueden metabolizar del 3 al 45% de cido mlico en mosto Existen levaduras Saccharomyces cerevisiae capaces de incrementar la acidez del vino a travs de la produccin de cidos orgnicos de origen fermentativo, lo que da una oportunidad de regular la acidez mediante procesos biolgicos durante la vinificacin.

ALBMINA DE HUEVOClarificacin del vino con Albmina de HuevoEs un clarificante de gran calidad, se emplea para grandes vinos tintos, sobre todo cuando se desea suavizarlos por un exceso de tanino astringente. Suaviza los vinos sin adelgazarlos y respeta su finuraLa albmina de huevo procede de la clara de huevo teniendo como constituye mayoritario las protenas (12,5% en peso), principalmente albmina y globulina contiene lisozima (9 g/l).En realidad la clara de huevo contiene albmina y globulina. La albmina es soluble en agua fra, pero la globulina slo es soluble en presencia de sales.La clara de huevo contiene un 12% de sustancias proteicas apropiadas para el clarificado. A cada clara le corresponde de 3 a 4g de producto activo. Por regla general los vinos tintos se cla