Custom services
Spanish (pdf)
Article in xml format
Article references
Send this article by e-mail
Cited by SciELO 
Similars in
SciELO 
Permalink
INTRODUCCIÓN
El recurso agua es limitado, de los disponibles, se estima que el uso anual global de agua por parte de la industria aumente de una cantidad aproximada de 725 km3 en 1995 a unos 1170 km3 en 2025. El uso industrial representará entonces un 24% del consumo total de agua por lo que resulta indispensable su uso racional (ONU 2016). Cuba desarrolla una política de ahorro y uso racional del agua, lo cual se sustenta en los documentos políticos y legales (PCC 2016).
Dentro de los consumidores industriales las cervecerías son importantes, debido a que un 90 % de su producto final es agua, sin embargo, solamente una parte de la requerida es usada directamente en la cerveza, otra atraviesa por un largo proceso que incluye extracción, preparación o acondicionamiento para utilizarse luego como disolvente, como medio de calentamiento o de enfriamiento, como agua de lavado, o de reposición (Degremont 1983), (Kunze 2006).
La cervecería Tínima se concibió para una capacidad de producción de cervezas y maltas de 1 200 000 - 1 300 000 hL anuales, cuyo consumo sería de 723 m3/h de agua; actualmente produce 682 000 hL anuales, lo cual representa el 54,56 % de la capacidad prevista (Arias 2016).
En esta planta se preparan tres tipos de agua, para la fabricación de cervezas y maltas (agua de proceso), para los diferentes equipos que poseen transferencia de calor (agua suave) y para uso social en comedores, baños, limpiezas de las áreas,etcétera (Arias 2016).
El consumo por hL de cerveza se plantea que esté en el orden de 10 -15 hL de agua por hL de cerveza, sin embargo, pueden alcanzarse menores índices, para ello, es necesario determinar el consumo real en dichas industrias, total y por consumidores, lo cual constituye el objetivo del presente trabajo.
Se tomaron lecturas diarias de los volúmenes de agua empleados durante tres años (2013 -2015) y se procesaron, mediante estadígrafos descriptivos por medio del paquete STATGRAPHICS XVI para obtener los rangos más frecuentes de consumos específicos y totales y las demandas promedio y máxima. Se empleó el EXCEL para la elaboración de gráficos. También se determinó el coeficiente de variación diaria según Sotto y March (1985).
Los valores calculados constituyen un referente importante para la gestión y uso racional del agua en la propia fábrica o en otras que cuenten con tecnología similar y son útiles para el diseño y control de sus sistemas hidráulicos.
USO Y DEMANDA DE AGUA PARA LA INDUSTRIA CERVECERA
Uso del agua en la industria cervecera
La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones: como medio para calentamiento o enfriamiento, para producir vapor de agua, como disolvente, como materia prima, para limpieza.
Según su uso industrial puede ser empleada como sigue (Rivera et al. 2007):
Aguas tecnológicas o de proceso: son aquellas que forman parte del producto final o que, por razones tecnológicas, entran en contacto directo con el producto durante el proceso productivo.
Aguas de operación: son aquellas implicadas en las actividades de generación de vapor y vacío, intercambio de calor y regeneración de equipos de tratamiento de agua.
Aguas de limpieza: comprende toda aquella agua que se utiliza para eliminar suciedades en la materia prima, el producto final, los equipos tecnológicos y áreas de trabajo.
Demanda de agua en cervecerías
Se establece que se requiere, en total, entre 4 - 30 m3 agua/m3 de cerveza producida, que se distribuyen por áreas de producción, las de mayor consumo son la sala de cocción y la de enfriamiento (19 - 36 %) y (18 - 23 %) respectivamente, le sigue embotellado con (7 - 19 %) (Rivera et al. 2007).
El Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH) recomienda 10 -15 hL de agua por hL de cerveza Resolución N° 58 (1995), sin embargo, optimizando su uso, actualmente se pueden alcanzar consumos inferiores a 3,75 hL/hL (VLB Berlín 2007).
El consumo de agua tratada en una cervecería es como sigue: 40 % de agua suave, 32 % de agua tratada de procesos y 28 % de agua potable (Rivera et al. 2007).
La fábrica de cerveza Tínima fue diseñada para un consumo total de agua de 723 m3/h (Arias 2016).
OPERACIONES Y PROCESOS QUE EMPLEAN AGUA DE PROCESO
En el área de cocción: en la molienda de tipo húmeda acondicionada, el completamiento de la maceración, el riego de la tina (filtración), la preparación del agua de azúcar como adjunto, el enfriamiento del mosto (transferencia de calor).
En el área de fermentación: en el filtro de cerveza (empuje, limpieza y preparación de la tierra), en la dilución en bodega de guarda, en el almacén de levadura, en el cultivo de levadura.
Procesos que utilizan agua suave
Emplean agua suave los equipos donde interviene la transferencia de calor, ellos son:
En el área de salas de máquinas: los condensadores evaporativos de sistemas de refrigeración y la torre de enfriamiento de compresores de aire y de dióxido de carbono (CO2).
En el área de calderas: el tanque de agua para alimentar caldera, para reposición.
En el área de envasado: los pasteurizadores de botella, en el riego de la pasteurización, las lavadoras de botellas, en el lavado de la botella, la bomba de vacío, en el enfriamiento de los cojinetes, la máquina lavadora-llenadora de toneles.
En el área de bodega de guarda: para la limpieza de tanques y preparación de aditivos químicos.
En el área de cocción: para el enfriamiento de los rodamientos de las bombas de fluidos calientes.
MÉTODOS
Se tomaron lecturas diarias de los volúmenes de agua consumidos durante tres años (2013 -2015), en los puntos mostrados en la figura 1, donde se encuentran instalados metros contadores, y se procesaron, mediante estadígrafos descriptivos por medio del paquete STATGRAPHICS XVI para obtener los rangos más frecuentes de consumos específicos y totales y las demandas promedio y máxima.
Se identificaron y eliminaron los valores atípicos y, luego de comprobar que los datos provenían de una distribución normal, se determinaron los límites de tolerancia con una confianza del 95%. Se usó el EXCEL para la elaboración de gráficos. También se determinó el coeficiente de variación diaria, según Sotto y March (1985).
Figura 1 Puntos de medición del flujo: Punto 1: a la entrada de la cisterna 1. Punto 2: a la salida del tanque elevado, ambos con un metrocontador. Puntos 3 y 4: están a la salida de la planta de tratamiento de agua, se usan dos metrocontadores, uno es el del molino y el otro el del enfriador de mosto
La relación entre la demanda diaria máxima y la demanda promedio diaria se llama coeficiente de variación diaria (k 1 ).
(1)
donde:
DMD |
- Demanda máxima diaria: la del día cuyo consumo resulta un máximo. |
DPD |
- Demanda promedio diaria. |
Si tanto la DMD como la DPD se dividen por las horas del día en que funciona la planta, se obtienen unos valores denominados demanda promedio horaria del día de máximo consumo y promedio diaria (DPHDM) y (DPHDP) respectivamente, ver ecuación 1.
RESULTADOS
Al procesar los datos de los tres años mencionados se obtuvieron los consumos del molino, del filtro, de agua suave y para consumo social, que se ofrecen en las figuras 2 y 3, obsérvese que el 62 % del consumo es de agua suave, 1,5 veces superior al reportado por Rivera et al. (2007) y que requiere de una mayor inversión en su tratamiento, le sigue el del filtro, que constituye un 20 %, luego la que se emplea para consumo social, el 11 % y por último el molino, con un 7 %.
En general, la demanda se ha ido reduciendo de uno a otro año (ver figura 3), las mayores disminuciones se logran con los consumidores de agua suave, en alrededor de 70 m3/d de año en año, un incentivo ha sido la reducción de los costos, pues la fuente para ese uso es el acueducto y su costo es de 0,85 $/m3, 8,5 veces más que el del agua de pozo, de 0,10 $/m3 según Arias (2016).
El molino disminuyó su consumo en 8 y en 29 m3/d de 2013 a 2014 y de 2014 a 2015 respectivamente, sin embargo, los filtros lo incrementaron en 7 de 2013 al 14 y redujeron en 19 m3/d del 2014 al 2015.
El gasto de agua para uso social es el único que aumentó del 2014 al 2015. Los resultados muestran que existen oportunidades para la reducción de los consumos, aspecto en el que se requiere atención, la aplicación de la ciencia, el mantenimiento, la innovación y el control (VLB Berlín 2007).
En la tabla 1 se exponen los resultados de los estadígrafos determinados, obsérvese la gran dispersión que hay de los gastos, lo cual es típico de las industrias, pero optimizándose los consumos se pueden lograr mejores resultados (VLB Berlín 2007).
Tabla 1 Resumen estadístico de los resultados de los datos procesados de consumo de agua en la cervecería Tínima durante los años 2013 - 2015
| Descriptor | Molino | Filtro | Agua suave | Uso social | Total |
|---|---|---|---|---|---|
| Recuento | 1 068 | 866 | 1 084 | 1 078 | 1 092 |
| Promedio (m3/d) | 99,3 | 285,6 | 897,1 | 160,3 | 1 397,0 |
| Desviación estándar | 42,52 | 134,16 | 301,72 | 72,36 | 433,80 |
| Coef. de variación, % | 42,79 | 46,97 | 33,63 | 45,13 | 31,03 |
| Mínimo (m3/d) | 10 | 6 | 86 | 6 | 293 |
| Máximo (m3/d) | 242 | 732 | 1910 | 449 | 2977 |
| Intervalo (m3/d) | 14,3 - 213,0 | 74,4 - 645,7 | 91,05 - 1 703,1 | 32,4 - 352,3 | 239,2 - 2 556,7 |
Los intervalos de consumos, ofrecidos en la tabla 1, reflejan el 99 % de la distribución de los valores, con una confianza del 95%; el histograma de frecuencia (figura 4) lo demuestra con la distribución del consumo total.
Considerando el gasto promedio de agua reflejado en la tabla 1 y una producción de 682 000 hL, se obtiene un índice de 7,48 m3 de agua por m3 de cerveza, que resulta inferior a lo establecido por la Resolución N° 58 (1995), que es de 10 - 15 m3 agua/m3 de productos, lo que muestra resultados muy favorables en el uso del agua.
Sin embargo, hay oportunidades de mejorar esos valores para lograr resultados más atractivos debido a que, optimizando el uso de este recurso se pueden alcanzar consumos más bajos. Evia (2013) alcanza 3,63 debido a que el 3 % del agua que usa es de lluvia, que almacenan y usan en algunas de las operaciones y señalan que la meta global de Heineken para 2020 es usar 3,7 litros en todas sus cerveceras. (Rivera et al. 2007) reportan, para la misma fábrica, 7,2 m3 agua/m3 de producto y apuntan que este resultado es luego de aplicar “producciones más limpias” (PML), no se aclara el procedimiento seguido para su determinación, por lo que no se puede afirmar que haya habido un incremento de esa fecha al momento.
Los coeficientes de variación diaria, mostrados en la tabla 2 permiten, a partir de datos promedio, estimar los valores máximos diarios y son de suma utilidad para el control del proceso; pudieran constituir un indicador de desempeño, también constituyen un referente para el diseño de nuevas capacidades.
Las reducciones logradas de los valores máximos corroboran una vez más la posibilidad de la disminución de los consumos, nótese al respecto un mejor resultado en 2014.
El valor de k 1 para los datos promedios procesados de los tres años, obtenido de los que se ofrecen en la tabla 1 es de 2,13.
Los consumos mensuales promedio se muestran en la tabla 3, los meses de mayor consumo son julio, agosto, y diciembre, en ese orden, y los de mínimo marzo, enero y febrero. El promedio mensual es de 1392,57 m3/d. Los intervalos ofrecidos en la tabla 3 muestran, con un 95 % de confianza, el 99 % de la distribución de los caudales mensuales registrados.
Tabla 2 Valores de las demandas promedio y máxima, diaria y horaria, así como de los coeficientes de variación diaria en la cervecería Tínima en los años 2013, 2014 y 2015
| Descripción | 2013 | 2014 | 2015 |
|---|---|---|---|
| Demanda promedio diaria (DPD), (m3/d) | 1 398 | 1 424 | 1 324 |
| Demanda maxima diaria (DMD), (m3/d) | 3 203 | 2 428 | 2 318 |
| Demanda promedio horaria del día de máximo consumo (DPHDP), (m3/h) | 58 | 59 | 55 |
| Demanda promedio horaria del día de demanda promedio (DPHDM), (m3/h) | 133 | 101 | 97 |
|
|
2,29 | 1,70 | 1,75 |
Tabla 3 Consumos promedios, máximos y mínimos mensuales
| Mes | Recuento | Promedio | Desviación estándar | Mínimo | Máximo | Intervalo |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ene | 92 | 1 231,2 | 533,56 | 293 | 2 338 | 344 - 2 806 |
| Feb | 83 | 1 272,5 | 370,57 | 578 | 2 068 | 169 - 2 376 |
| Mar | 93 | 1 209,1 | 374,46 | 461 | 1 966 | 110 - 2 308 |
| Abr | 87 | 1 298,6 | 348,00 | 486 | 2 031 | 264 - 2 333 |
| May | 92 | 1 330,5 | 371,48 | 516 | 2 224 | 215 - 2 407 |
| Jun | 89 | 1 403,5 | 364,62 | 370 | 2 143 | 324 - 2 483 |
| Jul | 93 | 1 590,2 | 405,07 | 650 | 2 619 | 395 - 2 785 |
| Ago | 91 | 1 576,9 | 394,55 | 631 | 2 751 | 411 - 2 743 |
| Sept | 89 | 1 381,9 | 391,08 | 427 | 2 400 | 224 - 2 540 |
| Oct | 92 | 1 469,3 | 423,44 | 518 | 2 515 | 219 - 2 720 |
| Nov | 87 | 1 429,2 | 387,05 | 609 | 2 246 | 281 - 2 577 |
| Dic | 90 | 1517,96 | 429,051 | 573 | 2389 | 249 - 2787 |
CONCLUSIONES
El consumo total actual de agua es de 7,5 m3 de agua por m3 de cerveza y malta, distribuido porcentualmente en 62 % de agua suave, 20 %, del filtro, 11 % consumo social y 7 % el molino.
Los intervalos de consumo de molinos, filtros, agua suave y para uso social son de (14,3 - 213,0), (74,4 - 645, 7), (91,1 - 1 703,1), (32,4 - 352,3) m3/d respectivamente y de (239,2 - 2556,7) m3/d el total de la fábrica. Los consumos se han ido reduciendo de uno a otro año, en 8 y hasta en 20 m3/d. El coeficiente de variación diaria k 1 es de 2,13 para esta industria.
El promedio mensual es de 1 392,6 m3/d. Los meses de mayor consumo son julio, agosto, y diciembre, en ese orden, y los de mínimo marzo, enero y febrero. Se pueden lograr menores gastos. Los valores determinados constituyen un referente importante para la gestión y uso racional del agua en la propia fábrica u otras que cuenten con tecnología similar.
