05 de Diciembre de 2012, México, D.F.

Ingeniería en Control y Automatización

Operaciones de Separación

- Proceso de elaboración de Monster Energy

(Bebida energética)

Alumnos:

Molina Pérez Ernesto Antonio (2010300827) Prida Martínez Ivonne (2010300856)

Quintero Mercado Marco Antonio (2010302140) Rodríguez Lira Carlos Ricardo (2010301450)

Profesor:

Ing. Nelly Mariana Baena Lopez

Grupo 6AV2 Salón 3202

Instituto Politécnico Nacional

"La Técnica al Servicio de la Patria"

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Zacatenco

Monster Energy 1

Prologo

El siguiente trabajo es una recopilación de datos donde encontrara la información más actualizada

sobre la industria de bebidas especialmente en la elaboración de Monster Energy que se considera

como una bebida energética, además de una breve descripción de los equipos que son usados

para llevarlo a cabo. Por ello se recomienda preferentemente que tenga conocimiento de:

Reacciones químicas, Operaciones Unitarias, Transporte de Materiales.

En las primeras páginas se encuentra un poco de historia, desde el origen del término “bebidas

energéticas”, así como también la formación de la empresa, y componentes (materia prima).

Posteriormente se describen el proceso general y se detallan cada etapa.

Esperamos que sea de su agrado y utilidad para diversas aplicaciones y/o investigaciones.

Atentamente.

Integrantes del proyecto

Monster Energy 2

Contenido Prologo ................................................................................................................................................ 1 Capitulo 1 ............................................................................................................................................ 3

Introducción .................................................................................................................................... 3 1.1. Descripción del sector Industrial de bebidas .................................................................. 3

1.1.1. Evolución de la industria ......................................................................................... 3 1.1.2. Importancia económica ........................................................................................... 4 1.1.3. Características de la población activa ..................................................................... 4

1.2. Bebidas energéticas ........................................................................................................ 5 1.2.1. Efectos Secundarios: ............................................................................................... 5

1.3. Desarrollo de la empresa “Monster Beverage Corporation” .......................................... 6 1.3.1. Monster Energy. ...................................................................................................... 6

1.4. Objetivo ........................................................................................................................... 7 1.4.1. Objetivos específicos ............................................................................................... 7

1.5. Justificación ..................................................................................................................... 7 1.6. Información Primaria....................................................................................................... 7

1.6.1. Descripción y características del producto ............................................................. 8 1.6.2. Materia prima.......................................................................................................... 8

1.7. Pasos del proceso productivo ......................................................................................... 9 1.7.1. Diagrama de flujo .................................................................................................. 10 1.7.2. Descripción del Proceso ........................................................................................ 11

Capitulo 2 .......................................................................................................................................... 12

Etapas del proceso ........................................................................................................................ 12 2.1. Cristalización, Evaporación, Condensación y Secado .................................................... 13

2.1.1. Sistemas de enfriamiento y deareación Pasteurización: ...................................... 13 2.1.2. Pasteurización: ...................................................................................................... 13 2.1.3. Identificación de equipo comercial ....................................................................... 14

2.2. Torre de destilación, de Absorción y de Lixiviación ...................................................... 16 2.2.1. Equipos de absorción ............................................................................................ 17

2.3. Sedimentación, Centrifugación, filtro ........................................................................... 21 2.3.1. Equipos de: sedimentación, centrifugación y filtro............................................... 21

Capitulo 3 .......................................................................................................................................... 25

Balance de Materia y Balance de Energía ..................................................................................... 25 3.1. Balance de materia del proceso de Mezclado .............................................................. 25 3.2. Balance de Energía en una Caldera para Generar Vapor .............................................. 26 3.3. Estimación del Consumo de Energía Eléctrica de las Maquinas ................................... 27 3.4. Ejemplo de Balance de energía. .................................................................................... 28

Anexo A ............................................................................................................................................. 29 Anexo B ............................................................................................................................................. 30 Conclusiones ..................................................................................................................................... 31 Referencias ........................................................................................................................................ 32

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Capitulo 1

Introducción

Iniciaremos con la siguiente pregunta ¿Que en el concepto de bebida?, bebida es todo liquido que se ingiere por cualquier ser vivo y aunque la bebida que más se ingiere es el agua, el termino bebida puede referirse a varios tipo y por antonomasia se refiere a bebidas alcohólicas y bebidas calientes.

La principal función de las bebidas es simplemente saciar la sed del ser humano, pero al paso del tiempo se han generado diferentes combinaciones de ingredientes para satisfacer otro tipo de necesidades.

1.1. Descripción del sector Industrial de bebidas

La industria de las bebidas se compone de dos categorías principales y ocho subgrupos. La categoría de las bebidas sin alcohol comprende: la fabricación de jarabes de bebidas refrescantes; el embotellado y enlatado de agua y bebidas refrescantes; embotellado, enlatado y envasado en cajas de zumos de frutas; la industria del café; y la industria del té. La categoría de las bebidas Alcohólicas incluye los licores destilados, el vino y la cerveza.

1.1.1. Evolución de la industria

Aunque muchas de estas bebidas, incluida la cerveza, el vino y el té, han existido desde hace miles de años, su industria se ha desarrollado en los últimos siglos. La industria de las bebidas, considerada desde un punto de vista global, aparece muy fragmentada, lo que resulta evidente por el gran número de fabricantes, de métodos de envasado, de procesos de producción y de productos finales. La industria de bebidas refrescantes constituye la excepción de la regla, pues está bastante concentrada.

Aunque la industria de las bebidas esté fragmentada, sigue un proceso de consolidación desde el decenio de 1970, de modo que está cambiando la situación. Desde principios de siglo, las compañías de bebidas han evolucionado desde las empresas regionales que producían artículos destinados principalmente a los mercados locales hasta las gigantescas empresas de hoy, que elaboran productos para mercados internacionales. Este cambio se inició cuando las compañías del sector adoptaron técnicas de producción en masa que les permitieron expansionarse. Además, durante este tiempo, se consiguieron avances en el envasado de productos y en los procesos que incrementaron enormemente el período de validez de los productos. Los envases herméticos para el té evitan la absorción de humedad, que representa la principal causa de pérdida del sabor, y la aparición de los aparatos de refrigeración permitió la elaboración de cerveza en los meses de verano.

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1.1.2. Importancia económica

La industria de las bebidas emplea a varios millones de personas en todo el mundo, y cada tipo de bebida produce unos ingresos del orden de billones de dólares anuales. No cabe duda de que en algunos pequeños países en desarrollo la producción de café es el principal soporte de la economía global.

1.1.3. Características de la población activa

Aunque los ingredientes y los métodos de producción de las bebidas varíen, el personal empleado en esta industria suele presentar muchas características en común. En el proceso de recolección de las materias primas, ya sean granos de café, cebada, lúpulo o uvas, se emplea a individuos o familias de bajos ingresos, no cualificados. Además de constituir su principal fuente ingresos, la recolección determina en gran medida su cultura y estilo de vida.

En cambio, la elaboración del producto requiere operaciones automáticas y mecanizadas, y habitualmente da empleo a trabajadores manuales semicualificados. En las instalaciones de producción y en las áreas de almacenamiento, los puestos más comunes son los de operario de máquinas de envasado y llenado, operario de cinta transportadora y trabajadores mecánicos

y manuales. La formación para estos puestos se realiza en el propio lugar y se completa con instrucción sobre el trabajo. A medida que avanzan la tecnología y la automatización, la plantilla se reduce en número y adquiere mayor importancia la formación técnica. Este personal de fabricación semicualificado suele contar con el apoyo de un grupo técnico altamente cualificado, Integrado por ingenieros industriales, jefes de fabricación, contables y técnicos en garantía de calidad/seguridad de alimentos.

En general, las empresas de bebidas distribuyen sus productos a los mayoristas utilizando medios de transporte corrientes. Sin embargo, los fabricantes de bebidas refrescantes normalmente emplean conductores para entregar sus productos directamente a los detallistas. Estos conductores-comerciales representan alrededor de una séptima parte de los trabajadores de la industria de bebidas refrescantes.

El hecho de que en el decenio de 1990 exista una mayor preocupación por la salud en Europa y Norteamérica ha frenado el mercado de bebidas alcohólicas e incrementado la demanda de bebidas sin alcohol. Sin embargo, tanto las bebidas alcohólicas como las no alcohólicas están proliferando en los países en desarrollo de Asia, Suramérica y, en cierta medida, Africa. Como consecuencia de esta expansión, se están creando muchos puestos de trabajo para satisfacer las necesidades de producción y distribución.

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1.2. Bebidas energéticas

No hay mucho sobre la historia de estas bebidas, no obstante , se afirma que, la primera vez que se fabricó una bebida energética fue a finales de la década de los ochenta, cuando un Austriaco de nombre Dietrich Mateszhitz , viajó a Tailandia en donde se percató que vendían jarabes tonificantes, los cuales reducían el cansancio, por lo que comenzó a tomarlos y aunque no le quitaban la fatiga, éste decidió comercializarlos en Asia, tiempo después, en asociación con Chaleo Yoovidhya; quien tenía una compañía que fabricaba esta tipo de tónicos.

Son bebidas que por su composición de sustancias naturales o artificiales, aumentan los niveles de actividad motriz y sensorial, refuerzan la vigilia, el estado de alerta y la atención o generan una alteración en nuestras reacciones.

La mayoría de estos productos contienen carbohidratos, azúcares sencillos que aportan poca energía (sacarosas, glucosa o fructosa), una gran variedad de vitaminas (A, B6 o B12 y/o C) y, como ingredientes esenciales, estimulantes naturales entre los cuales están la taurina y el ginseng.

Existe un sinfín de bebidas hoy en día que puedan ser estimulantes, ya que muchos se han encargado de comercializarlas. Desde nuestro tradicional café, pasando por diversas marcas de bebidas energéticas y llegando a otras naturales como él té de Ginseng son bebidas de tipo estimulante.

Las podemos clasificar por su tipo en:

Natural: Por lo general, la mayoría de las plantas que contienen cafeína son plantas utilizadas como estimulantes. Por ejemplo, el té, la guaraná, el mate, todos con alto contenido de cafeína. Pero también existen otras plantas que no incluyen cafeína, que al procesarlas como bebidas o infusiones son estimulantes de nuestro organismo

Artificial: En estas se incluyen las derivadas de productos artificiales o mezclas de ellos con productos naturales, como el Ginseng o la cafeína, u otros tipos de sustancias.

1.2.1. Efectos Secundarios:

Algunos de los principales efectos del consumo moderado van desde el aumento del nivel de actividad y el tono de la conciencia hasta la disminución del apetito y las necesidades de sueño, hasta el aumento de la frecuencia cardiaca y la presión arterial.

A dosis muy altas, puede resultar peligroso. Un consumo diario superior a 250 miligramos de cafeína (3 o 4 latas de bebidas energizantes por día) ocasiona arritmias cardiacas, ansiedad, irritabilidad, dificultades de concentración, diarreas, temblores. O también, el consumo exagerado en las fiestas "raves" asociado a la ingesta de éxtasis, puede resultar extremadamente peligroso, dado que la precipitación de una sobre dosis podría ocurrir.

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1.3. Desarrollo de la empresa “Monster Beverage Corporation”

Esta empresa se incorporo a mercado el 25 de abril de 1990. Es una corporación que vende principalmente productos energéticos en los países de Australia, Brasil, Canadá, Europa, Estados Unidos y México; se puede adquirir en cualquier centro comercial, centro de abastecimiento y/o tiendas de autoservicio.

La corporación actúa en dos segmentos: Direct Store Delivery (DSD) que su prioridad es vender bebidas energéticas, y Warehouse, que consiste en los jugos y otro tipo de bebidas.

Aunque la empresa tenga varios tipos de bebidas, nos centraremos en una llamado moster energy que es la que abarca casi el 90% de ventas de la compañía.

1.3.1. Monster Energy.

Monster Energy fue lanzado por Hansen Natural en el año 2002. Se encuentra en su etapa de crecimiento. Actualmente esta posicionado en el mercado estadounidense de bebidas energéticas, país donde sus ventas han superado a Red Bull en el primer trimestre del año.

Red Bull su principal competencia aunque es líder mundial en el mercado de las bebidas energéticas, en algunos mercados se están librando interesantes batallas para arrebatarle cuota de mercado a la empresa de esta bebida energética.

Ya que no cuenta actualmente con gran presencia en los medios de comunicación Monster ha basado también su comunicación en el patrocinio de acciones dirigidas al segmento de gente entre 18 y 25 años.

Monster Energy patrocina a muchos deportistas para dar a conocer sus productos. La lista incluye: a los patinadores Kyle Saweikis y Rob Dyrdek, el corredor de BMX Rick Thorne, la estrella de Jackass Jason "Wee Man" Acuña, el campeón de BMX TJ Lavin, el snowboarder Rupert Davies, el ex campeón World Speedway Greg Hancock, Mercedes GP (Equipo de Fórmula Uno, varios pilotos de la IndyCar Serie como Paul Tracy, el campeón del Australia V8 Supercars Jamie Whincup y Dean Kearney, piloto de rallyes Ken Block, el piloto de carreras Ricky Carmichael, NASCAR y off-road (carreras de camiones), el piloto de MotoGP Valentino Rossi, entre otros.

Monster patrocina un equipo de carreras de motocross llamado "Monster Energy / Pro Circuit / Kawasaki". La marca es también el patrocinador oficial del Gran Premio de Francia . Antes de esto, Monster patrocinaba a Kawasaki. El Vans Warped Tour cuenta con un bus publicitario de Monster que reparte bebidas gratis Monster Energy durante el evento.

Monster Energy también es uno de los patrocinadores de los X Games, y de algunos videojuegos como Colin McRae: Dirt 2, Skate 2 y Skate 3.

En septiembre de 2009, Monster Energy se asoció con Activision para introducir códigos en sus bebidas que podían ser canjeadas el sitio web, sorteando consolas como la Xbox 360 y el PlayStation 3, entre otras mejoras para el juego Call of Duty: Modern Warfare 2.

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1.4. Objetivo

El objetivo de este proyecto es conocer y describir a detalle los pasos del proceso productivo de las bebidas energizantes.

1.4.1. Objetivos específicos

Determinar e indagar sobre el proceso de elaboración de la bebida “Monster Energy”.

Conocer el tiempo de elaboración del producto.

Detallar las etapas del proceso de elaboración.

1.5. Justificación

Se a identificado una escases de información e investigaciones acerca de este tema por lo que se a optado a documentarlo, ya que el proceso e ingredientes que lo forman son de alto interés; además del control que se requiere para llevar la manufactura de las tres fases que van desde el tratamiento del agua, limpieza del envase hasta su la preparación de la bebida.

Puesto que el producto contiene elementos activos y de fácil oxidación será interesante conocer la transición y el proceso que se lleva para la manipulación de estas sustancias; las cuales debe de tener un especial manejo al proporcionar la cantidad específica, ya que, de no tener la exactitud y precisión en la cantidad y/o proceso, puede traer consecuencias tanto para el consumidor como para la empresa en pérdidas de las materias primas. Para ello se requiere tener un control de proceso implacable.

1.6. Información Primaria

Monster Energy: Bebida energética que brinda el doble de vigor que las bebidas energéticas regulares.

Presentación: Lata

Cantidad: 16 fl. oz. (473ml)

Sabores: MONSTER ENERGY, LO-CARB MONSTER (bajo en carbohidratos y calorías), MONSTER KHAOS (jugo de frutas naturales).

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1.6.1. Descripción y características del producto

Su contenido calórico es mayor que las bebidas deportivas por tener mayor cantidad de carbohidratos. Su objetivo es la estimulación mental y física por un período corto de tiempo. No deben ser usados para rehidratación, especialmente durante la actividad física.

Estas bebidas son particularmente populares entre jóvenes atletas que las consideran una forma rápida y fácil de maximizar su actuación académica y deportiva.

Se recomienda un máximo de una lata al día. No es recomendado a menores de 12 años, mujeres embarazadas o personas sensibles a la cafeína.

1.6.2. Materia prima

Agua. Se requiere de agua carbonatada, la cual se logra por medio de la introducción de dióxido de carbono bajo presión, logrando el efecto efervescente al abrir el envase.

Carbohidratos. Entre ellos podemos mencionar: Glucosa (glucuronolactona), Sacarosa y Fructosa.

Cafeína.

Saborizantes y colorantes. Extracto de piel de uva, Sucralosa

Acido cítrico.

Conservadores. Acido sórbico

Ácido carboxílico. ácido benzoico

Aminoácidos. Entre ellos encontramos: Taurina, L-carnitina.

Hierbas. Entre ellas: Guaraná, Ginseng

Vitaminas y minerales. Vitamina B2, Vitamina B6 , Vitamina B12

Electrolitos: Encontramos citrato de sodio y potasio.

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1.7. Pasos del proceso productivo

FASES ETAPAS FUNCIÓN

TRATAMIENTO DEL AGUA

Sedimentación y Floculación

Retirar los sólidos suspendidos con ayuda de alumbre y cal.

Desinfección Control de microorganismos por la aplicación de cloro.

Reducción de alcalinidad

Bajar la alcalinidad del agua para evitar la neutralización de componentes importantes de la bebida.

Filtración Remover materiales indeseables haciendo pasar el agua por una serie de filtros de arena.

Purificación Eliminar colores y sabores desagradables, cloro y otras materias residuales, por absorción en un filtro de carbón activado.

Microfiltración Rectificar filtraciones anteriores y retirar partículas microscópicas y microorganismos como las amebas.

LIMPIEZA DEL EMPAQUE

Desaireación Rectificar el aire ocluido en el agua.

Selección Inspeccionar los envases para seleccionar los utilizables en equipo automático con determinación de compuestos nitrogenados y aromáticos.

Pre-enjuage Retirar restos de líquido y suciedad no adherida con solución de soda cáustica caliente.

Remojo

Ablandar y desprender suciedades adheridas al envase, por inmersión en varios tanques de solución caliente de detergente (hexametafosfatos y metasilicatos) y lavado interior a chorro.

Enjuague Eliminar restos de detergentes y enfriar el envase.

Inspección Determinar la efectividad de la limpieza.

PREPARACIÓN DE LA BEBIDA

Preparación del concentrado

Mezclar los ingredientes principales bajo extremas condiciones de higiene, para garantizar una materia prima homogénea.

Recepción y almacenamiento del concentrado

Guardar en tanques especiales que conserven la calidad e inocuidad del concentrado.

Preparación del jarabe terminado

Hacer una solución del azúcar con agua tratada. Posteriormente adicionar el concentrado para obtener jarabe terminado.

Preparación de la bebida

Mezclar el jarabe terminado con agua en proporción predefinida.

Carbonatación Enfriar y agregar gas carbónico en la concentración predefinida.

Envasado Llenar los tanques para dispensadores, latas o botellas.

Inspección final Comprobar que la cantidad en cada envase es correcta, el sellado es perfecto y la presentación es adecuada.

Embalaje y distribución

Colocar los envases en cajas u otro embalaje para almacenar y distribuir en los puntos de venta.

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1.7.1. Diagrama de flujo

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1.7.2. Descripción del Proceso

Como primera instancia del proceso, tenemos que arribar agua a nuestros contenedores donde serán canalizados por medio de una bomba a una serie de tanques de purificación.

El primer paso de purificación consiste en un Filtro Multimedia en el cual se eliminarán todos los sólidos mayores a 15 micrómetros como puede ser polvo, polen o pequeños pedazos de basura que pudiese haber. Este proceso consta de tres filtros los cuales van de mayor a menor tamaño, con el fin de que pedazos grandes no obstruyan o rompan las membranas de los filtros más finos.

En nuestro segundo paso de purificación encontramos el Filtro de Carbón Activo, el cual está diseñado para remover el cloro y toda materia orgánica que es la causante de mal olor, color y sabor en el agua. También remueve orgánicos como fenoles, pesticidas y herbicidas, la activación del carbón produce una excelente superficie de filtración y permite al carbón activado tener una gran capacidad de absorción de impurezas.

En el tercer y último paso de purificación, se ablanda el agua que no es más que la disminución y eliminación de Calcio, Magnesio y Bicarbonatos en nuestro líquido. Para esto se suele hervir el agua como es en este caso.

Al finalizar nuestro proceso de purificación, el líquido final es bombeado a dos mezcladoras, una es la mezcladora de jarabe que es donde se crea el sabor de nuestra bebida. La segunda instancia a donde llega nuestra agua pura es a otra mezcladora, en donde además llega la muestra de jarabe. Es aquí donde se le agregan todos los colorantes y aditivos, como es la cafeína o la taurina.

De esta mezcladora sale nuestro producto casi terminado, pero antes debe de pasar a un filtro de macros y placas esto para controlar el nivel de sustancias activas que pueden ser demasiado altos y tener consecuencias tanto en sabor como en efectos secundarios para el usuario final.

Una vez que nuestro líquido ha sido completamente filtrado es enviado a un tanque de carbonatación, el cual no es más que la adición de CO2para obtener una bebida gaseosa, que de alguna forma le agrega un sabor más agradable a la bebida. Una vez concluido este último proceso, la sustancia es enviada al proceso de envasado.

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Capitulo 2

Etapas del proceso

Después de ver en la primera parte del reporte en el cual nos enfocamos en la de historia de la empresa y las características de estas bebidas, ahora, en este segundo capítulo nos centraremos más en sus diferentes etapas de proceso las cuales nos ayudan a tener el producto deseado.

También se explicara con detalles los diferentes instrumentos que hacen capas dichos procesos los cuales los más destacados son los evaporadores, compresores y condensadores.

Los diferentes instrumentos que a continuación se muestran son de nivel comercial, por lo que tienen una gama de producción muy elevada (También mostramos los diferentes modelos). Cada instrumento tiene un modo diferente de funcionamiento y se tienen que tener en consideración su tipo y magnitud de uso para que el proceso que se está efectuando salga en óptimas condiciones evitando pérdidas considerables.

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2.1. Cristalización, Evaporación, Condensación y Secado

Tomando en cuenta el diagrama de bloques, observamos una etapa de enfriamiento que implica un evaporador y un condensador. Se observa también la pasteurización donde se usan intercambiadores de calor.

QSS

Figura 2.1. Mapa del proceso de las bebidas energéticas

2.1.1. Sistemas de enfriamiento y deareación Pasteurización:

El objetivo de que la bebida pase por un enfriador es para alimentar la bebida al sistema deareador a una temperatura adecuada. La deareación es la extracción más efectiva del aire y demás gases que contenido en los productos líquidos, siendo este proceso importante cuando los líquidos deben someterse a tratamientos térmicos como la pasteurización, ya que la combinación de aire y calor constituye la condición más adecuada y favorable para la oxidación de las bebidas. La bebida fría entra en el deareador mediante el vacío en la cámara creado y mantenido por una bomba de alto vacío.

2.1.2. Pasteurización:

Se debe efectuar a altas temperaturas en corto tiempo, dichas temperaturas inactivan las enzimas y retienen su acción aún en los tiempos más corto de resistencia en los envases cerrados herméticamente. Esta operación se hace mediante intercambiadores de placas o en equipos similares.

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2.1.3. Identificación de equipo comercial 2.1.3.1. Deareador:

Para la remoción del oxígeno contenido en el agua de alimentación se requiere un deareador, en donde el agua de repuesto y el retorno de condesando son mezclados, calentados y agitados mediante la inyección de vapor vivo. Ésta acción separa el oxígeno y otros gases no condensados del agua, los cuales salen por el tubo de venteo con una pequeña cantidad de vapor, se muestra en la Diagrama 3.1.

Figura 2.2. Diagrama del Deareador

Nombre comercial.

Comercialmente encontramos los siguientes modelos de deareadores de la marca Cleaver Brooks

Modelo SM 7 SM 15 SM 30 SM 45 SM 70 SM 100 SM 140 SM 200 SM 280

Capacidad Kg/hr

3180 6818 13636 20454 31818 45454 63630 90909 127272

Tamaño tanque mm

910x1830

1220x2440 1370x3050 1520x3370 1670x4520 1820x5050 2130x4670 4230x4800 2740x5080

Cap. al derrame Lts

605 1135 2271 3406 5299 7570 10598 415140 21196

Tiempo Almacenaje

11.5 10 10 10 10 10 10 10 10

Diam. Tanque - A mm

910 1220 1370 1520 1670 1820 2130 2430 2740

Long. Total -B mm

1980 2590 3200 3530 4670 5230 4280 4950 5230

Ancho Total -C 1220 1670 1830 1980 2130 2280 2590 2890 3200

Monster Energy 15

Modelo SM 7 SM 15 SM 30 SM 45 SM 70 SM 100 SM 140 SM 200 SM 280

mm

Altura Total -D mm

1330 1670 1900 2020 2210 2420 2760 3030 3370

Dimension -E mm

760 1060 1140 1220 1290 1370 1520 1670 1830

Entrada de Agua mm

19 (3/4")NPT

37 (1 1/2") 51 (2") 51 (2") 62 (2 1/2") 76 (3") 102 (3") 2 de 76 (3")

2 de 102 (4")

Salida de agua (2) mm

76 (3")NPT

76 (3") 76 (3") 102 (4") 102 (4") 102 (4") 102 (4") 102 (4") 102 (4")

Entrada de Vapor mm

76 (3") 153 (6") 153 (6") 153 (6") 153 (6") 153 (6") 204 (8") 2 de 153(6")

2 de 204 (8")

Derrame mm 32 (1 1/4")NPT

76 (3") 76 (3") 76 (3") 102 (4") 102 (4") 102 (4") 153(6") 153 (6")

Peso Emb. Aprox. Kg

500 740 1002 1186 1534 2318 2591 3245 4972

Peso Oper. aprox. Kg

1081 1831 3184 4459 6625 3591 12772 17791 25336

Peso inundado Kg

1531 3059 5093 6804 10216 14613 18016 23654 32181

Tabla 2.1. Descripción de dearedores marca Cleaver Brooks

Justificación del equipo seleccionado.

Derox, de dos etapas originalmente desarrollado en Alemania es ideal para aplicaciones en la industria cervecera o de bebidas, donde el oxígeno disuelto provoca problemas de saturación de CO2, de nivel en las llenadoras de alta velocidad.

Esquema y diseño:

1. Entrada para suministro de agua

2. Entrada para suministro de vapor

3. Venteo para agua 4. Cono de atomización 5. Colector de agua 6. Deflector 7. Válvula de atomización 8. Tanque de

almacenamiento

Figura 2.3. Esquema del Deareador

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Funcionamiento:

Para eliminar los gases disueltos en nuestra bebida se han diseñado deareadores bastante eficientes que pueden reducir el contenido de éstos hasta un 0.005 PPM. No obstante la traza de oxigeno puede causar bastante corrosión, por lo que es necesario utilizar un tratamiento químico para evitar esto.

Los deareadores contienen una sección de calentamiento y otra de propiamente deareación. La sección de almacenamiento se diseña comúnmente con una capacidad equivalente de 10 minutos de bombeo de agua de alimentación.

Al entrar el agua en el deareador, se rompe en forma de atomización o neblina y se mezcla con el vapor para forzar la eliminación de los gases disueltos. El vapor de los gases no son deseables fluye hacia arriba a la sección de venteo, aquí el vapor es condensado. Los gases eliminados se descargan a la atmosfera a través de la salida de venteo.

Control del deareador

Para la correcta operación del deareador, se debe vigilar muy de cerca las siguientes condiciones:

Pluma de vapor: Es conveniente observar que la pluma de vapor salga constantemente por el tubo de venteo.

Temperatura y presión: La presión del deareador y la temperatura del agua de salida deben controlarse.

Para una presión dada, la temperatura tendrá que estar un grado Celsius por arriba o de bajo de la temperatura deseada, esto dependiendo de la altura sobre el nivel del mar del sitio donde se encuentre instalado. Si el flujo de vapor en el venteo es bajo o la temperatura de vapor es menor a la requerida, el equipo no operará correctamente.

2.2. Torre de destilación, de Absorción y de Lixiviación

En el proceso de las bebidas Monster Energy no se cuentan con ninguna de las torres debido a que no se cuenta con una transferencia de masa que requiera de estos equipos.

Sin embargo, con el motivo de aprendizaje y saber más de por lo menos de una torre, escogimos lo que es la torre de absorción ya que es la torre que nos llamo más la atención debido a que se acerca más a la utilidad que se usa en la elaboración de las bebidas de Monster Energy.

La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia que se utiliza para eliminar uno o varios componentes de una corriente gaseosa utilizando un disolvente y tiene dos objetivos que se nos hacen interesantes.

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Eliminar un componente gaseoso no deseado. Se puede tratar, por ejemplo, de la eliminación de una sustancia nociva de una corriente de gases residuales.

Obtención de un líquido; un ejemplo sería la de ácido clorhídrico por absorción de HCl gaseoso en agua

2.2.1. Equipos de absorción

Los equipos más corrientes en las operaciones de absorción son las torres rellenas y las columnas de platos, preferentemente las primeras, por presentar menor caída de presión.

El dispositivo consiste en una columna cilíndrica equipada con una entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior, una entrada de líquido y un distribuidor en la parte superior, salidas para el gas y el líquido por la cabeza y la cola, respectivamente

2.2.1.1. Torres Rellenas

El equipo consiste esencialmente en una columna que posee un conjunto de cuerpos sólidos, que descansan sobre una rejilla con agujeros, los cuales permiten el paso de los fluidos.

La figura muestra una torre rellena típica, el flujo es a contracorriente, el gas entra por la parte inferior de la torre y se mueve ascendentemente y pasa a través de las capas de empaquetaduras o rellenos

Figura 2.4. Torre Rellena

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Elección de las empaquetaduras o rellenos

Existen diversos cuerpos que se emplean como relleno para las torres empacadas Las principales características que debe reunir un relleno para lograr una elevada eficacia en la transferencia de masa son:

­ Tener gran superficie específica. ­ Tener elevada porosidad. ­ Ofrecer pequeña resistencia hidráulica al gas. ­ Ser químicamente inerte respecto a los fluidos procesados. ­ Poseer gran resistencia mecánica. ­ Ser baratos.

Los más comunes son:

a) Anillos Rasching b) Anillos con tabiques c) Relleno Gudloye d) Anillos Pale e) Relleno Spreypack f) Montura de Berl(g) Relleno de rejilla de madera

Figura 2.5. Rellenos

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2.2.1.2. Torres de Absorción de Platos (torres de burbujeo o borboteo)

En estos equipos, el gas burbujea dentro de una capa de líquido, de modo que la superficie de contacto entre las fases es la superficie de todas las burbujas formadas.

Figura 2.6. Diagrama de Torres de absorción

Etapas del diseño

Las etapas de una columna de relleno de absorción para por los siguientes puntos:

Selección del disolvente Obtención de datos de equilibrio Balance de materias Balance entálpico Elección del relleno y cálculo del diámetro de la columna Cálculo de la altura de la columna

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Figura 2.7 Etapas de proceso de una torre de absorción

Funcionamiento:

Se diferencia tres partes importantes en el proceso de absorción: el gas portador, el cual va a ser limpiado o purificado, el líquido lavador, que va a disolver las impurezas y el componente gaseoso a separar. La absorción puede ser física o química, según el gas que se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico

Para la absorción, pueden utilizarse los mismos tipos de aparatos como en la destilación, pues las fases en contacto serán también un líquido y un gas. Se usan normalmente columnas de platos –contacto discontinuo o por etapas– o de relleno –contacto continuo–. En ambos métodos van en contra de la fuerza gravitatoria para la circulación del líquido.

En la columna de paltos, el líquido pasa por medio de diferentes platos y en ellos se va condensando el líquido nuevamente.

En la columna de relleno, el líquido sube a través del relleno y se va condensando en cada elemento, éste es un método más efectivo pues existe mayor contacto entre las fases.

Para separar los componentes gaseosos del disolvente, la etapa de absorción va seguida, en la mayoría de los casos, de una etapa de desorción para regenerar el disolvente. En la etapa de desorción se reduce, por efecto de temperaturas elevadas o presiones bajas, la solubilidad de los

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gases en el disolvente, eliminándolos del mismo. Por tanto, se puede reutilizar el disolvente, que se devuelve al circuito.

La transferencia de masa de un proceso de absorción se realiza a través de la superficie de contacto entre las fases. La velocidad de la transferencia de masa depende directamente de esta superficie interfacial, por lo tanto, los equipos utilizados en tales operaciones deberán garantizar la dispersión de un fluido en el otro, estableciendo una superficie de contacto desarrollada, para posibilitar un contacto intenso entre las fases.

Equipo Ventajas Desventajas

Torre de relleno

Eficiencias de absorción más altas.

Maneja razones de líquidos más altas.

Consumo de agua relativamente bajo.

Caídas de presión en el sistema

Facilidad de ensuciamiento u obstrucción

Altos costes de mantenimiento

Torres de placas

Fácil de limpiar

Maneja menos las fluctuaciones de temperatura

Para velocidades de fluido de gas altas: Caídas de presión mayores, Mayor retención de liquido

Tabla 2.1. Tabla comparativa de equipos

2.3. Sedimentación, Centrifugación, filtro 2.3.1. Equipos de: sedimentación, centrifugación y filtro

En la fase de tratamiento del agua se requiere de una centrifugadora, capaz de separar sólidos de líquidos de diferente densidad, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad.

Los componentes más densos de la mezcla se desplazan fuera del eje de rotación de la centrífuga, mientras que los componentes menos densos de la mezcla se desplazan hacia el eje de rotación. De esta manera se produce una precipitación del sedimento de manera más rápida y completa.

Posterior a ello se hace pasar por un filtro para remover materiales indeseables haciendo pasar el agua por una serie de filtros de arena.

Finalmente se realiza una microfiltración para rectificar filtraciones anteriores y retirar particular microscópicas y microorganismos como las amibas.

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2.3.1.1. Filtro de arena.

Dado que en el proceso de filtración se requiere eliminar partículas microscópicas y microorganismos, se opta por un filtro de arena ya que tienen gran capacidad de acumulación de suciedad y además generan una perdida pequeña de carga. Por lo que el este no será un obstáculo para que el flujo sea continuo.

Figura 2.8. Diagrama de filtro de arena

Componentes

1. Tanque filtro para grava y arena 2. Colector de salida 3. Valvula de retrolavado 4. Colector de entrada 5. Tapa de llenado e inspección 6. Toma de drenaje 7. Toma de agua limpia 8. Toma de acceso de ½” 9. Acople Vitaulico 10. Adaptador Vitaulico de PVC 11. Ensamble para alimentación

hidráulica del retrolavado 12. Soporte de colector de entrada 13. Toma de acceso ¼”

Figura 2.9. Componentes de filtro de arena

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Accesorios

Figura 2.10. Filtro de arena y componentes auxiliares

A) Adaptador hembra de PVC B) Tubo de observación C) Válvula reguladora de flujo de retrolavado D) Adaptador macho de PVC E) Te de PVC F) Tubería de PVC G) Codo 90° H) Valvula alivio de aire y vacio I) Sistema de suministro J) Valvula alivio de aire y vacio de acción continua K) Valvula de alivio de presión L) Soporte valvula ON/OFF

Principio de funcionamiento

La filtración de arena, es un método natural de filtración muy robusto cuyo fin es el separar los sólidos suspendidos dentro del líquido. La filtración consiste en una capa múltiple de arena con una variedad de tamaño y gravedad específica.

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El principio de la filtración usando una cama de arena filtradora es muy simple. El agua de la fuente de riego es presurizada e introducida en la parte superior de la cama de arena de los tanques. Un plato difusor en la garganta superior del tanque, sirve para reducir la velocidad del agua y distribuir uniformemente el agua a través de la parte superior de la cama filtrante. La cama de arena es una capa de arena, es una capa de arena silica triturada de tamaño graduado de aproximandamente 16” de profundidad.

Los contaminantes del agua son capturados en la cama de arena y el agua filtrada pasa dentro del colector de descarga, ubicado en el fondo de los tanques.

Figura 2.11. Funcionamiento de filtro de arena

El tamaño mayor y la naturaleza tridimensional de la cama de arena, proveen más área de filtrado y tienen una mayor capacidad de retención que muchos otros tipos de filtros. Cuando los filtros se cargan con las partículas, la dirección del flujo es invertida y el volumen del flujo aumenta para ser limpiado.

Una aplicación especial del filtro de arena es la separación del hierro en la superficie en el suelo o con el agua limpia. La instalación de la separación del hierro consiste en la aereacion, oxidación y precipitación del hierro y manganeso seguido por una separación de las partículas precipitadas con el filtro de agua.

Ventajas Desventajas

Bajo costo

Remueven hasta 90% de los microrganismos presente

Operación y manejo sencillo

Velocidades pequeñas

Grandes áreas de operación

No remueven material fino ni sustancias orgánicas

Tabla 3.3. Ventajas y desventajas del equipo de filtrado

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Capitulo 3

Balance de Materia y Balance de Energía

A continuación se mostraran algunos balances de energía y materia que se requieren para tener un óptimo desempeño en cada una de las etapas.

3.1. Balance de materia del proceso de Mezclado

Figura 3.1. Balance de materia del proceso de mezclado

Datos

1. 450 kg AZUCAR 2. 1700 kg AGUA 3. MEZCLA TOTAL:

Masa

Disolución Disolución:

Concentración:

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3.2. Balance de Energía en una Caldera para Generar Vapor

El vapor se utiliza para el calentamiento de agua en el lavado de las latas, el cocimiento del jarabe simple, la gasificación del anhídrido carbónico (CO2) y la sanitización de tanques y otros equipos. A continuación se distingue, en primer lugar, la energía útil para generar vapor, de la energía que se pierde en el proceso de generación de vapor en la caldera. Las pérdidas durante esta generación de vapor, por lo general el 17% de la energía que entra a la caldera, corresponde a los gases de combustión (11%), a la radiación y convección del equipo (4%) y a las purgas de la caldera (2%). Estas pérdidas son, en equipos tradicionales, inevitables, pues se deben a la energía termodinámicamente necesaria para el funcionamiento de la caldera.

Figura 3.2. Representación de energía dentro de una caldera de generación de vapor

Por su parte, la energía útil en forma de vapor (83%) tiene la siguiente distribución porcentual según los usos. Generalmente, aproximadamente el 39% está destinado al calentamiento de agua en las lavadoras de envases; el 34% corresponde al cocimiento del jarabe simple, el 3% a la gasificación del CO2 y el 2% a operaciones de sanitizado de tanques y otros equipos de la planta.

El restante 5% corresponde a: 2% pérdidas en el sistema de transmisión del vapor y 3% a fugas en válvulas, trampas de vapor, etc.

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3.3. Estimación del Consumo de Energía Eléctrica de las Maquinas

Figura 3.3. Diagrama de bloques del consumo de energía en cada etapa

Item Descripción Cantidad Potencia(HP) Potencia (Kw-h)

1.75MXN /hr

1 Tanque (hélice) 1 31.56 42.31 73.98

2 Refrigerador 1 40.71 54.579 95.48

3 Carbonatador Mojonnier

1 103.87 139.24 243.64

TOTAL 3 176.14 236.129 413.10

Tabla 3.1. Consumo por equipo

Costo por 1hr $413.10 MXN

Costo por día (7.5hr)

$3,098.26 MXN

Costo por mes $92,947.75 MXN

Tabla 3.2. Consumo proyectado en horas días y mes

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3.4. Ejemplo de Balance de energía.

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Anexo A

Instrumentación del Tanque de Carbonatación

Instrumentación del Tanque de Carbonatación

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Anexo B

Instrumentación del sistema de refrigeración

La temperatura de vapor de agua está controlada por el grado del vacío obtenido y sostenido durante el ciclo, por ello es necesario un indicador de presión en el evaporador. El agua que está evaporado se va condensando en el sistema de refrigeración, y descargado después de cada ciclo.

Debido al funcionamiento del compresor es necesario un indicador de presión para cuidar que no haya ningún riesgo. Al igual en el recipiente de alta presión debemos cuidar que no haya un sobre-calentamiento, teniendo un indicador de temperatura para esto.

Por último la válvula de expansión, utilizada muy comúnmente en procesos de refrigeración, actúa en función de la temperatura, por ello tenemos un controlador indicador de temperatura, se abre al aumentar la temperatura de la línea del ciclo de refrigeración.

Sistema de enfriamiento

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Conclusiones

En lo investigado se pudo aprender que los pasos fundamentales para lograr obtener una bebida energética son similares a las de otros procesos de bebidas ya que cualquier proceso de la industria de bebidas consta de 3 fases que son: el tratamiento del agua, limpieza del envase y finalmente elaboración del jarabe y producto.

Con esto damos por concluido que fue un éxito, ya que logro sus objetivos y además adquirimos nuevos conocimientos, no obstante también pudimos repasar las diferentes etapas de un proceso industrial.

Este proyecto posteriormente se puede retomar para incluir algunas mejoras en los procesos para que aspectos como son: tiempo de producción y en el aspecto económico, sea más fructíferos.

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Referencias

Bibliográficas

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