Sistema de optimización de los procesos fermentativos para industrias artesanales en el Valle del Ca by Juan David Larrarte Ortiz

Noviembre de 2016

Sistema de optimizaciรณn de los procesos fermentativos para industrias de vino artesanales en el Valle del Cauca A00306836 A00320376

Fuente: Larrarte 2018

Diseño industrial Departamento de diseño Facultad de ingenierias

Abstract

Autores

Purpose – This document will publish research that will develop and implement a product for thermal control within polypropylene tanks in craft companies for the fermentation process of wines

A00306836 Diseño industrial. Noveno semestre.

Findings – The applied methodologies allowed us to realize the critical problem of the companies, which is the control of the temperature during the production processes. We also refer to the requirements and determinants to develop the project, such as the materials that should be done, the object, the power, the transfer of calories and the modification of the organoleptic properties of the wine. Practical implications – - In the artisanal wine producing companies that are investigated, several problems were evidenced in the malolactic fermentative production process, it is about the tanks that are not used as the ones of this process, it is that there is no control of information and temperature optimal, a comparison of companies with industrial processes that take into account what was previously said as a reason that determines the quality and timing of the wine produced. Think about the purchasing power of these artisanal companies and taking into account that we can only currently have the tanks made of polypropylene, in the opportunity to intervene in this process. Originality/Value – Finally, the research resulted in an affordable object for artisanal companies, which fulfills the same function of industrial tanks that cost approximately $ 80,000,000. Generating in the plastic tanks that these craft companies currently have an information control and optimal temperature, reducing their fermentation time from 4 months to 1 month, thus increasing their production. Keywords – Malolactic fermentation, Temperature control, Information control, wines, wine production processes

A00320376 Diseño industrial. Noveno semestre.

Mayo de 2016

Sistema de optimización del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

A00306836 A00320376

Resumen del proyecto Este proyecto se centra en el desarrollo de una cadena de productos que generan un sistema de control y enfriamiento para la óptima sedimentación y fermentación del vino producido artesanalmente en tanques de polipropileno, en el Valle del Cauca. Este sistema consta de tres partes, que son el sistema de enfriamiento, que permite tener la temperatura ideal para que el proceso fermentativo se lleve al cabo en tan solo un mes (a menor temperatura mayor es la densidad de las partículas, que permite acelerar la sedimentación del vino); cuenta también con el sistema de control, que permite tener un seguimiento riguroso al estado del vino en fermentación por medio de sensores de alcohol, temperatura y Niveles Brix, que permiten estandarizar el producto y evitar la refermentación del vino cuando ya se encuentran dentro de las botellas; y por último el sistema de limpieza que está diseñado para ubicar el producto y poder darle la asepsia necesaria para que pueda seguir fabricando vino de calidad.

Sistema de optimización del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

Aproximadamente 24,6 Millones de litros de vino son producidosy consumidos en Colombia anualmente. “La promoción y desarrollo del sector frutícola representa para Colombia una importante fuente de crecimiento de la agricultura, de generación de empleo rural y de desarrollo con equidad para las distintas regiones puesto que las frutas pueden asentarse en los diversos pisos térmicos que dispone el país” (Plan Frutícola Nacional 2006) Siendo de gran importancia el sector frutícola podemos destacar que el valle del Cauca es el 3er departamento en todo el país con más producción de frutas y hortalizas con 802.515 toneladas anuales y una participación del 7,96% en el mercado siendo una de las más altas del país (El heraldo, 2016) Aun teniendo una alta producción de frutas existe un mal manejo postcosecha de estas, generando así un desperdicio de lo producido, por cada 3 toneladas de producción se pierde o se desperdicia una tonelada.

Oportunidad para empresas artesanales.

Sumado a lo anterior, en Colombia actualmente y en la última década, la producción y el consumo de vino ha crecido constantemente, pues entre el 2011 y 2016 se ha registrado un crecimiento del 46% en el mercado de esta industria, pasando de 16,8 millones de litros al año, a 24,6 millones de litros anuales consumidos y producidos (Salcedo, 2017). Esto se debe al crecimiento de la oferta y el mayor interés de los consumidores por adquirir el gusto y conocimiento de esta bebida. Sin embargo, este crecimiento, requiere de una mayor capacidad en la producción a nivel nacional, creando dificultad en la satisfacción de la demanda, ya que en el país, solo se tiene un índice del 0,7% de producción para el vino, en comparación a las otras bebidas alcohólicas consumidas en Colombia (ICEX, 2016) Aún con todas estas variables a favor se puede observar que el mercado carece todavía de un sistema de producción para vinos que sea óptimo para empresas artesanales, asequible, efectivo y que mejore los tiempos productivos de las empresas.

Por esta razón la Asociación Hortofrutícola de Colombia desea apoyar a todas las empresas que generan productos derivado de la fruta como lo son la fruta deshidratada, la mermelada, jabones y el vino; y así de esta forma reducir el desperdicio postcosecha. (Asohofrucol, 2016) Gracias a esto muchas compañías en el Valle que trabajan con el sector agro han optado por crear empresas para la fabricación de productos derivados de la fruta como lo es el vino. Empresas tales como Cava Rozo, D’Olarte, Santa Solera, Don José y Moreli son algunas de las empresas que han optado por la fabricación de vino artesanal de frutas (El País 2010).

Fuente: Larrarte 2019

Sistema de optimización del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

Situación actual

El mosto debe estar a una temperatura promedio de 15°C, pero estas empresas artesanales no logran controlar la temperatura ambiente que promedia Dentro de la fabricación de vinos el único proceso que puede llegar a afectar los 32°C. Esto incrementa los factores de riesgo que pueden llegar a generar la temporalidad en la que se producen que el tanque entero, que son aproxiestos, es en la segunda parte de la madamente 1333 botellas, se avinagre y fermentación, que se llama fermentacse dañe; lo que se traduce a ión maloláctica. $26’000.000 COP que la empresa estaría perdiendo por tanque. También Las variaciones de temporalidad de la puede llegar a suceder que dentro de las fermentación maloláctica están dadas botellas se genere una refermentación, por los tanques fermentativos que tienen las empresas. Aquellas empresas esto significa que se generan bacterias malignas para el vino, implicando cuyas instalaciones cuentan con perdidas de lotes enteros de vino tanques de acero inoxidable y refrigerembotellado, y además afectando en el antes que aceleran la sedimentación, proceso a la credibilidad de la calidad los procesos de la segunda fermentación, duran solo un mes sin necesidad de de las empresas. hacer filtrados extra, únicamente el de extracción final para el posterior embotellado.

Fuente: Larrarte 2018

Por otro lado las empresas que cuentan con instalaciones que responden a una producción artesanal deben realizar este proceso en tanques de plástico de polipropileno, en un ambiente caluroso y bajo techo. Donde cada mes se debe hacer un filtrado y vaciado de un tanque a otro, para continuar con el proceso de sedimentación. Este proceso toma alrededor de 4 meses, debido a que no tienen control del factor más importante de la producción del vino, que es la temperatura.

Fuente: Larrarte 2018

Fuente: Larrarte 2019

Sistema de optimización del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

De origen artesanal colombiano

Concepto: El proyecto tiene como finalidad impulsar la oferta de las empresas artesanales vitivinícolas colombianas, apoyándonos también en la denominación de origen, que según la superintendencia de industria y comercio un producto puede obtener esta denominación por ser originario de una región en específico y por las costumbres de transformación o producción, por lo que aprovechamos ésta última para poder mejorar sus procesos fermentativos, su oferta en el mercado y en el proceso darle un beneficio diferenciador por realizarlo.

Oferta de valor: HUKE ofrece un sistema de enfriamiento por medio del principio de intercambiadores de calor* que reduce los factores de riesgo de la empresa, estandariza la calidad y ayuda a reducir los tiempos de la tapa fermentativa para obtener mayores producciones

Descripción general: HUKE es un sistema intercambiador de calor que ayuda a mejorar el proceso fermentativo de las empresas productoras de bebidas fermentadas artesanalmente. Se intervino directamente con la empresa Santa Solera, que cuenta con tanques de polipropileno que cuentan con una capacidad de 1000 litros y están expuestos a riesgos de pérdidas de producción por no tener control alguno de factores necesarios como lo son temperatura, humedad relativa y monitoreo del

Descripción: Este sistema consta de tres partes, que son el sistema de enfriamiento, que permite tener la temperatura ideal para que el proceso fermentativo se lleve al cabo en tan solo un mes; el sistema de control, que permite tener un seguimiento riguroso al estado del vino en fermentación; y por último el sistema de limpieza que está diseñado para ubicar el producto y poder darle la asepsia necesaria para que pueda seguir usándolo. A continuación se explicaran a detalle cada uno de los componentes.

Enfriamiento:

El sistema de enfriamiento está dividido en dos partes, la primera está ubicada en la parte superior, y es un sistema de refrigeración por medio de placas Peltier, disipadores de calor y ventiladores, que permiten enfriar la segunda parte del sistema, que está en contacto con el vino dentro de los tanques, en esta segunda parte se plantea utilizar cobre en su estructura, relleno de gel refrigerante y un recubrimiento de acero. El sistema de enfriamiento y control, se encuentran incorporados y van ubicados dentro de tanques IBC de polipropileno de Control de información: los 1000 litros, de tal forma que la parte metálica este dentro del tanque, y la El sistema de control se encuentra parte de plástico con los circuitos se dentro de un armazón hecho en plástico encuentre fuera de este. ABS y cuenta con sensores de alcohol, Brix y temperatura, que están ubicados en la parte superior del objeto, estos permiten llevar un control más riguroso del vino, y de esta forma lograr estandarizar el producto de las empresas artesanales.

Limpieza: Y por último el sistema de limpieza que se encuentra en la parte lateral del tanque IBC, que constan de dos partes que se ensamblan en la rejilla de metal del tanque, e implementos de limpieza especializados para Huke, que son guantes de nitrilo, desengrasante y limpión hidrofóbico.

Sistema de optimización del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

Secuencia de Uso: 1. Para dar inicio con la experiencia Huke, se ubican los implementos de limpieza en la parte lateral del tanque, por medio de un sistema de agarre de correas, se ajustan a la estructura metálica que tiene el tanque IBC, Ubicando en la parte inferior el contenedor de residuos y en la parte superior el apoyo. 2. Posteriormente se utilizan guantes de nitrilo que vienen dentro del sistema de limpieza, para poder sostener a Huke e introducirlo dentro del tanque.

3. Una vez ubicado a Huke dentro del tanque se conecta la parte superior, por medio de un cable, a un toma corriente. 4. Se procede a escanear el código de QR ubicado en la parte superior, que permitirá descargar la aplicación oficial de Huke. 5. Luego de esto se oprime el botón de encendido para empezar a funcionar.

6. Al cabo de un mes la aplicación informará cuando ya esté listo el vino. 7. Se apaga y desconecta Huke, para luego sacarlo con los guantes de nitrilo y ubicarlo en el área de limpieza para su posterior desinsectación y tenerlo listo para su próximo uso.

Fuente: Larrarte 2019

MATERRIALES # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Nombre Celda peltier Disipador de calor Ventilador calor Disipador de frío Ventilador frio Pasta térmica 30 gr Termostato digital Placa informática Botón encendido Sensor alcohol Cinta led rgb Módulo Bluetooth Batería / Fuente de poder

Tipo Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar Estándar

Contenedor ABS

Especial

16 17 18

Estructura acero inox Tubería cobre Gel silica 900 gr

Especial Estándar Estándar

19 Madera de roble (30 x 30 x 2) 20 Guantes de nitrilo Detergente liquido 21 desengrasante 22 Limpion Hidrofóbico 23 Madera reciclada empaque

Especial Estandar Estandar Estandar EsPecial

Proceso Inyección / Rotomoldeo Extrusión Extrusión Corte y aglomerado

Material Aliminio Plástico Aliminio Plástico Aliminio -

Cantidad 4 1

Costo unitario $8.900

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

$5,20 $5,00 $12.000 $9,70 $5,00 $20,00 $6.890 $21.000 $12,90 $39,90

Costo total $35.600 $45.000 $0.000 $5,20 $5,00 $12.000 $9,70 $5,000.000 $20,00 $6.890 $21.000 $12,90 $39,90

Pelets ABS Acero inoxidable Cobre Gel de silicio Roble americano Nitrilo

$30,00

$180.000 $15,000.000 $12,00

$180.000 $15,000.000 $120,00

$83,90 $18,000.000

$14,000.000 $15,000.000 $45,000.000

$14,000.000 $15,000.000 $90,000.000

1 10 1 1 1

Polipropileno

Prensada

1 2

Compost

$45.000

$483,900.490

PROCESOS

Columna1 1 2 3

Nombre

Molde de aluminio Rolado de Acero Desarrollar Aplicación

costo

$3,500,000.00 $200,000.00 $5,750,000.00 $9,450,000.00

Para el uso de materiales de HUKE se tienen en cuenta el contexto al que se va a ver expuesto. Dentro de la empresa Santa Solera se deben manejar materiales inocuos para las maquinarias y herramientas que estén en contacto con la materia prima, por esto, la estructura metálica debe ser de acero inoxidable AISI 316 de 2 milímetros de calibre para permitir una soldadura que hermetice el interior donde están tuberías de cobre de 4 cm de diámetro que contienen gel sílice para mantener .

homogénea la temperatura interna de todo el sistema. La fabricación de HUKE puede ser llevada a cabo en un taller de mediana complejidad donde se trabaje metalurgia y cuenten con una roladora y un rodillo de 5 pulgadas de diámetro. En cuanto a la fabricación de la parte superior de HUKE, se busca generar la pieza por un proceso de inyección con un polímero ABS, para comenzar la producción se generará un molde hecho

en aluminio para poder inyectar los peletets. Luego de que se haya fabricado el molde se verterá el plástico ABS dentro de un tornillo giratorio que estará calentando el material hasta derretirlo, una vez esté totalmente derretido, se procederá a inyectar el plástico derretido dentro del molde de aluminio. Esta pieza estará lista alrededor de 20 a 30 minutos para ser ensamblada por medio de ensambles no permanentes a la estructura de Acero AISI 316.

Sistema de optimizaciĂłn del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

7 12 8

3 2

1 4 5

10 18 17 16

Aumento de la producción anual de la empresa santa solera, de 36.000 botellas anuales a 144.000 botellas anuales producidas con huke Financiación

Asociaciones claves:

Para poder lograr la financiación del proyecto y poder generar a partir de esto el modelo de negocio que se planteara con detalle más adelante en el documento, se plantea crear alianzas con empresas como lo son Empresas Pulido y Distanques, para la distribución y adecuación del producto, o inscribiendo el proyecto en plataformas como financiamiento por medio de plataformas de apoyo como Kickstarter para publicar el proyecto y que personas interesadas financien el desarrollo de este. Además de generar contactos con empresas artesanales que produzcan vino, que se encuentren interesadas en el beneficio diferenciador que se está ofreciendo por medio del proyecto, para lograr llevar a cabo el proyecto y materializar la propuesta.

• La Empresa Pulido y la Empresa Distanques. • Empresas vitivinícolas • Empresa de rolado de acero inoxidable • Empresa Parabor Colombia, Para inyección de plásticos • Empresa Wesco, Materia prima del acero inoxidable y tubería de cobre • Empresa Biothermics para conseguir la gel de sílice • Empresa Vistronica para los insumos electrónicos • Pymreciclables para la generación del empaque con madera reciclada • Programador de Apps

Fuentes de ingreso:

Se busca generar un gremio alrededor de este sector, donde HUKE mantenga una cercanía con las empresas que utilicen el sistema. De esta manera se crea una relación más estrecha con los clientes.

De la venta directa se obtiene más del 100% del valor del producto HUKE, además ofrece dentro de su modelo de negocio, la posibilidad de facilitar a las empresas los sistemas Huke que requiera pagando una membresía, se pagaría el 70% del Huke, y el 30% restante por medio del pago de producto elaborado con el mismo, y con el compost que queda de hacer vinos. La membresía de la posibilidad de aparecer en las publicidades tanto físicas como virtuales, además de tener asesorías gratis y mantenimiento una vez cada seis meses, también se venderá su producto para que se distribuya en tiendas especializadas donde se encuentren únicamente bebidas fermentadas con el sistema HUKE. De donde se obtendría otro medio de ingresos dentro del modelo de negocio

Relación con el cliente:

Sistema de optimización del proceso fermentativo para empresas de vino artesanales

Huke: Con Huke se podrá cumplir la LEY 1816, articulo 35 DEL 19 DE DICIEMBRE DE 2016 que indica que toda bebida fermentada debe tener un 13,5° Alcohol y de 23° a 24° Brix (acidez y azúcar), de esta manera estandarizar el producto fabricado en las empresas artesanales, automatizando el proceso fermentativo maloláctico por medio de sensores que ayudan a contralar factores importantes para este proceso que anteriormente no se controlaban. Por lo tanto reduciendo las cargas físicas y psicológicas de los operarios de planta, al no tener estos que estar pendientes 4 meses seguidos de que el vino en fermentación se avinagre y genere pérdidas a la empresa de $26’000.000 por tanque. El anterior año la empresa genero $720’000.000 bruto, pero no puede permitir que este tipo de perdidas siga pasando. En cuanto a costos de las soluciones existentes en el mercado para esta problemática rondan los $80’000.000 por tanque, esta solución no son asequibles a este tipo de empresas artesanales debido a que no solo tienen que comprar el tanque, si no pagar nóminas, materia prima entre otros gastos que impiden la adquisición de estos tanques. Huke cuesta en promedio $2’600.000 más los $277.526 que se gasta en energía, además se adapta a los tanques que tienen actualmente las empresas, además de ayudar a incrementar las ganancias anuales a $2’880.000.000 en promedio. De esta forma no tendrían que sacrificar el margen de utilidad, y podrían subir la base para fortalecerse en el retail. De esta forma apoyando a consolidar una industria de vino artesanal colombiano generadora de empleo.

Además Huke ayudara a reducir costos operativos y generara un impacto positivo ambiental, al reducir los viajes que se tengan que hacer a las empresas para distribuir el producto por medio del diseño del empaque, que permite agrupar más Hukes en espacios reducidos como camionetas o camiones pequeños, además estará hecho a partir de los residuos sólidos que generan las empresas productoras de vino, que está incluido en el método de pago de Huke, para poder disponer de este y que funcione como compost para generar nueva materia prima. También Huke estará hecho a partir de un porcentaje de plástico reutilizado para generar la carcasa superior, y la parte inferior estará hecha en su mayoría de acero que es uno de los metales que se pueden reciclar más fácilmente y es un excelente conductor térmico. A partir de estos materiales y de la tecnología de enfriamiento a partir de celdas Peltier y sus sistema de refrigeración de gel de sílice y tubos de cobre, Huke ayudara a cumplir también el DECRETO NO. 1686 9 AGO DE 2012 que dice: “El producto elaborado a base de vino, zumo de frutas, adicionado de anhídrido carbónico, con una graduación alcohólica mínima de 4 grados alcoholimétricos, el cual debe ser sometido a tratamiento de enfriamiento para su debida fermentación”

Análisis de impacto: 1. Actualmente las empresas productoras de vino artesanal en Colombia, no tienen un aspecto fundamental para tener una óptima temporalidad y calidad del vino producido por ellos, este factor vital es el control de la temperatura interna del mosto en el segundo proceso fermentativo, Con Huke ayudamos a reducir la temperatura interna del mosto, que en promedio en un día cualquiera en el valle del cauca es de 32°C, y logramos disminuir esa temperatura interna a 10°C, que es la temperatura ideal para que se lleve a cabo el proceso fermentativo del vino. 2. El control térmico ayuda al proceso de clarificación, que permite al vino sedimentarse, lo que es esencial para finalizar el proceso fermentativo, y no se genere posteriormente una Re-fermentación dentro de las botellas. Este proceso dura de 3 a 4 meses, y su control está a cargo del jefe de planta, probando el vino y determinando por criterio propio, si este ya está listo para embotell-

arse o no. Con Huke reducimos la temporalidad que lleva este proceso en las empresas artesanales, reduciendo el proceso de clarificación de 4 meses a tan solo un mes, esto se logra a través de la reducción térmica y el medidor de alcoholímetro incluido que muestra exactamente cuando el vino llega a los niveles alcohólicos permitidos por la ley colombiana. 3. El producto final de las empresas artesanales no siempre tienen un sabor homogéneo, debido a que el control que tienen no es riguroso y la manera en que se monitorea el estado del mosto es de forma análoga, y con un grado de intervención humana muy alto para lo requerido en este proceso. Por lo anterior Huke brinda tener un control de temperatura, alcohol y niveles brix en la palma de la mano, Con los sensores que tiene Huke integrados, más la conexión directa con el celular del jefe de planta, se puede saber exactamente los factores que alteran la composición organoléptica del vino y tener un control más riguroso. Además de lograr saber en qué momento exacto el mosto está listo para el proceso de embotellado.

Título completo del proyecto de investigación de PDG2

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TĂtulo completo del proyecto de investigaciĂłn de PDG2

Medidas

116,66 180,00

1060,93

127,67

202,32

244,99

907,86

150,00

135,20

210,00

Título completo del proyecto de investigación de PDG2

Display

13°

15°C

Alcohol

2. Encender

23°Bx

3. Escanear

Título completo del proyecto de investigación de PDG2

Posturas