Caracterización del consumo de una bodega

TRABAJO FIN DE ESTUDIOS
PROGRAMA DE DOCTORADO INGENIERÍA ELÉCTRICA, MATEMÁTICAS Y
COMPUTACIÓN (FORMACIÓN)
Caracterización del consumo de una bodega
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Tutor: Pedro María Lara Santillán
Facultad de Ciencias, Estudios Agroalimentarios e Informática
Curso 2010-2011
Caracterización del consumo de una bodega, trabajo final de estudios
de Juan Antonio Ruiz Fuentes, dirigido por Pedro María Lara Santillán (publicado por la
Universidad de La Rioja), se difunde bajo una Licencia
Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 3.0 Unported.
Permisos que vayan más allá de lo cubierto por esta licencia pueden solicitarse a los
titulares del copyright.
©
©
El autor
Universidad de La Rioja, Servicio de Publicaciones, 2012
publicaciones.unirioja.es
E-mail: [email protected]
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS Y
COMPUTACIÓN / INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROGRAMA DE DOCTORADO EN
INGENIERÍA ELÉCTRICA, MATEMÁTICAS Y COMPUTACIÓN
Título del trabajo:
“Caracterización del consumo de una
bodega”
Alumno: Juan Antonio Ruiz Fuentes
Tutor: Pedro María Lara Millán
Logroño, 8 de Junio de 2011
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Índice
Introducción ……………..…………………………………………………………….3
Antecedentes: breve historia del vino ……………………..…………………………4
Estado del arte ..…………………….…………………………………………….….....5
La bodega como industria ..………….…………………………………………..…….7
Cuerpo del trabajo …………………………………………………………………….9
Objetivo ……………………………………………………………………….9
Desarrollo ………………………………..……………………………………11
Resultados ……………………..……………………………………………...14
Conclusiones ………………………………………………………………………….16
Líneas futuras …………………………………….......................................................18
Referencias ……………………………………...........................................................19
ANEXOS
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 2 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Introducción
El presente trabajo de investigación se realiza como trabajo final del periodo de
formación del doctorado en Ingeniería Eléctrica, Matemáticas y Computación. Está
encuadrado dentro de las Actividades Formativas del propio programa.
En mi experiencia profesional he estado en permanente relación con el mundo del
vino y las bodegas; en concreto mi actividad se centra en ofrecer soluciones
tecnológicas de control, dotando a las empresas de herramientas que les permiten
optimizar su forma de trabajo. Se trata de un sector con un marcado componente de
tradición, especialmente debido a la concepción del vino como fruto de un proceso con
un elevado componente artístico, casi místico. Además de estas connotaciones, que
tienen un valor incalculable desde el punto de vista del marketing, nos encontramos ante
una industria con peso muy relevante en nuestro país y también a nivel mundial. Este
peso se traduce de forma muy positiva en todo lo que tiene que ver con la creación de
riqueza y puestos de trabajo, pero también tiene una serie de consecuencias. Entre ellas
se encuentra el impacto generado en el medioambiente por el desarrollo de la actividad;
sabemos que es imposible erradicar este aspecto negativo, pero deberíamos ser capaces
de preverlo, acotarlo y tenerlo controlado al máximo como ocurre en otros ámbitos.
Lamentablemente el sector tiene aún mucho camino por recorrer, ya que por diversos
motivos, poco o nada se está haciendo en este sentido. Por lo tanto la visión ‘ingenieril’
me empuja a buscar esa optimización antes mencionada en otros campos, y en este
trabajo en concreto me voy a centrar en el consumo energético.
A priori, hablar de eficiencia y optimización energética en una bodega puede
parecer complicado; se trata de una actividad estacional, cuyo foco es el periodo de
vendimia, en el que prácticamente se emplea toda la maquinaria disponible. Una vez
finalizado este periodo, de duración variable en función de la capacidad y volumen de
vendimia, decae la demanda de energía. Además de la estacionalidad, los recursos no
suelen tener un uso predecible, se utilizan cuando son necesarios; por ejemplo, el
embotellado de los vinos jóvenes se realiza generalmente bajo demanda. Estas
‘complicaciones’ junto con el bajo coste histórico de la energía han ayudado a que se le
preste muy poca atención al problema de derroche energético.
Otras razones que me empujan a estudiar la optimización de la gestión energética
son la convicción personal de que todos debemos aportar nuestro granito de arena para
minimizar el impacto de nuestra sociedad del bienestar, y la clara evidencia de
encontrarnos ante un campo de enorme potencial de desarrollo desde el punto de vista
empresarial. Así me veo atraído a pretender algo bastante más ambicioso que un mero
trabajo fin de master, siendo la intención continuar este trabajo durante el periodo de
investigación del doctorado.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 3 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Antecedentes: breve historia del vino
La alquimia del vino ha estado siempre asociada a aspectos mágicos y sublimes
del ser humano. Los momentos de mayor trascendencia los consagramos con este néctar
producto de la tierra y el trabajo del hombre. Celebraciones, bodas, nacimientos,
decesos, banquetes, fiestas familiares y religiosas tienen como acompañante al vino, el
néctar de la uva fermentado que transmite euforia y alegrías. El vino es una bebida
mágica, llena de misterios y de mística.
La Historia del vino es tan antigua como la humanidad. Por ello, el vino ha
imprimido un marcado carácter a las civilizaciones y a los pueblos que han sabido
elaborarlo y apreciarlo. El hombre prehistórico sabía con toda seguridad cómo elaborar
vino, y los paleontólogos han encontrado fósiles que parecen vestigios de orujo o uvas
prensadas. Los más antiguos escritos humanos, incluyendo las tablas de arcilla
cuneiforme de Babilonia, o los papiros del antiguo Egipto, contienen numerosas
referencias al fruto fermentado de la vid. La civilización cristiana ha querido
transmitirnos el simbólico concepto de la creación del vino por Noé. Sin embargo, la
elaboración del vino fue una práctica corriente en Oriente Medio y parte de la China ya
3000 años antes de Jesucristo.
Hasta el siglo XIX los vinos que se consumían eran vinos de año, debido a las
dificultades de conservación. Esto cambió cuando en el año 1863 el emperador
francés Luis Napoleón inquirió al químico francés Louis Pasteur para que estudiase las
razones por las que se estropeaban los vinos, causando a la economía francesa grandes
daños. Tres años después Pasteur publicó "Etudes sur le vin" demostrando por vez
primera como existían seres vivos microscópicos, las levaduras, que gobernaban los
procesos de fermentación alcohólica, el control de estos organismos hacía que se
pudiese controlar la degradación del vino. Esta nueva visión fundamentó que
la enología empezara a cobrar una visión científica acerca de sus procesos.
Desde mediados del siglo XX se introducen mejoras mecánicas, nueva maquinaria
y se automatizan procesos, convirtiendo la elaboración en una práctica industrial.
Actualmente el vino es un sector consolidado a nivel mundial, que obtiene una
producción de 300 millones de hectolitros con una superficie de viñedo de 8.000
millones de hectáreas; se trata del frutal con mayor extensión de plantación en el
mundo. En cuanto a la repercusión económica, las ventas de vino mundiales generaron
152.000 millones de dólares en el año 2008. Nuestro país alberga aproximadamente una
cuarta parte de esa extensión de viñedo, unas 1.180 MM de hectáreas, y genera unos
5.000 millones de euros anuales.
Las cifras no reflejan la verdadera influencia del vino en las regiones elaboradoras.
En casi todas ellas el impacto va mucho más allá, debido a todo lo que se genera
alrededor de este mundo: industrias auxiliares, alojamiento o restauración crecen
alrededor del vino, beneficiando la economía local. Esto debe suponer una motivación
extra para que los productores y organismos que los regulan tomen la responsabilidad
de concienciarse respecto al uso de la energía y sirvan de ejemplo a los que trabajan
para ellos y a los que deciden dedicar su tiempo libre a conocer más sobre este caldo.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 4 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Estado del arte
A pesar de que la fermentación del vino y el previo desarrollo del fruto en el
campo son procesos considerablemente complejos, en los últimos años diversos
investigadores se están interesando por conocer más detalles sobre ellos desde el punto
de vista energético, buscando optimizar al máximo los recursos disponibles. En esta
línea podemos encontrar en los estudios de J. M. Sablayrolles ([1] y [2] entre otros
muchos) en los que aborda diferentes aspectos a controlar durante las fermentaciones
para mejorar la eficiencia; destaca su preocupación por entender la cinética de la
fermentación, generalmente a través del CO2 generado, y la influencia de las
temperaturas en este proceso. Esta temática predomina en [1], donde menciona la
importancia de un control online para conseguir estrategias óptimas de control en cada
depósito. Y encontramos en [2] un intento de modelar el proceso mediante software,
buscando mejorar la gestión de los tanques y el consumo energético necesario durante la
fermentación; para tomar las decisiones utilizan lógica difusa, usando una aproximación
heurística, y se basan en modelos matemáticos que describen la transferencia de calor en
los depósitos [3]. Este software ayuda a tomar decisiones sobre cuándo iniciar la
fermentación de cada depósito, reduciendo así los picos iniciales de consumo entre un
23 y 36%.
Se han encontrado iniciativas basadas en estudiar las ventajas presentes en la
arquitectura tradicional de las bodegas de diversas regiones españolas, como es el caso
de las cavas naturales subterráneas ([4] y [5]); de esta forma se pretende incorporar a las
nuevas construcciones las bondades del saber tradicional, pudiendo mejorar la
eficiencia.
Otros estudios abarcan el ciclo completo del vino, desde el campo hasta la botella,
valorando el consumo total para su producción. Así en [6] se calcula el posible ahorro
derivado de incluir energía solar en diversos puntos del ciclo del vino; el cálculo
asciende a un potencial de ahorro del 18,3% en todo el mundo (lo que supondría ahorrar
19,24 PJ de energía al año).
Un enfoque realmente interesante se encuentra en [7] y [8], donde además de
conocer el consumo realizado, pretenden estimar el potencial de recuperación de energía
a partir de los residuos agroindustriales generados [7], y la posibilidad de producir
biofuel con ellos [8].
Hablando de las últimas investigaciones en cuanto a avances en ahorro y
eficiencia energética, podemos citar varios estudios recientes aplicados a edificios. Al
disponer la mayoría de las bodegas de zonas de oficinas y salas diversas, estos avances
se pueden aplicar para mejorar las instalaciones comunes. Como ejemplo se pueden
citar [9], [10] y [11], que presentan alternativas de sistemas de gestión y control
energético de espacios basados en múltiples tecnologías; un punto a resaltar es que se
tiende a sistemas de automatización, adaptables e inteligentes. En esta línea de estudios
sobre edificios, bien sean de viviendas, oficinas u otra índole, se encuentran algunas
pruebas que utilizan herramientas software y métodos numéricos; es el caso de [12],
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 5 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
trabajo centrado en encontrar mejoras en una granja porcina utilizando este tipo de
herramientas.
Volviendo al sector del vino han surgido desde hace unos años diversas
iniciativas, especialmente en países más preocupados por la contribución contaminante
de sus industrias, como es el ejemplo de [13], [14] y [15].
También en estos países (USA, Canadá, Australia y Nueva Zelanda
principalmente) se han desarrollado una serie de guías de auto-consultoría/ayuda para
las bodegas y viñedos, complementadas en muchas ocasiones por sencillos programas
informáticos. Por mencionar algún ejemplo, se encuentran los programas AVF, BEST
(con su hermano AMETHYST, reciente adaptación a Europa) o GHG [16], [17], [18] y
[19].
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 6 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
La bodega como industria
Impactos de la actividad de las bodegas
Como resultado de esta práctica industrial se producen una serie de impactos; el
impacto hace referencia a la alteración sufrida en el territorio como consecuencia de una
determinada actividad. Hay impactos positivos como la creación de puestos de trabajo y
el desarrollo económico de la región, e impactos negativos. Los negativos tienen que
ver principalmente con el perjuicio que se genera en el medioambiente.
Los principales impactos derivados de la actividad industrial de las bodegas son
(más información en Anexo I):
•
•
•
•
•
Emisiones atmosféricas
Ruidos
Generación de residuos
Vertidos contaminantes
Consumo de recursos naturales, destacando:
o Agua
o Energía
De todos los impactos comentados, este trabajo se centrará en el consumo de
energía. Las bodegas consumen energía en todo el proceso de elaboración del vino; se
necesita para alimentar la maquinaria utilizada en el campo, iluminación de espacios,
funcionamiento de las máquinas de vendimia y bodega, y también para el embotellado,
etiquetado y expedición del producto.
Elementos que consumen energía en una bodega
Realizando un recorrido por todo el proceso del vino, desde el campo hasta la
salida del producto terminado, se aprecia que hay muchos instrumentos y maquinaria
que demandan energía; además, la mayoría de ellos se alimentan con energía eléctrica.
Se ha recogido en la siguiente tabla prácticamente toda la maquinaria existente,
lo que no implica que se encuentren todas estas herramientas en una bodega. Se puede
conocer con más detalle cuál es la finalidad de cada equipo y cómo influye en el
proceso de elaboración del vino en el Anexo II.
Se aprecia en la tabla que el principal consumo energético realizado en una
bodega es eléctrico. Dentro de los elementos que consumen electricidad, el quipo de
frío/calor es el actor principal al ser utilizado prácticamente durante todo el año para
diversas labores: control de temperaturas ambientales y de fermentación, fermentación
maloláctica, etc. Además, hablando de cargas individuales de los equipos, se puede
considerar el más significativo dada su elevada potencia eléctrica.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 7 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Todo el año
Invierno
Vendimia
Entrada de la uva
Prensado
Fermentación alcohólica
Fermentación maloláctica
Clarificación
Estabilización en frío
Embotellado
Crianza
Edificio / Oficinas
Otros
Juan Antonio Ruiz Fuentes
CAMPO
Estación meteorológica
Sensores (sus CPU’s)
Tractores y vehículos
Torres calefactores
Máquinas Vendimiadoras
BODEGA
Báscula
Columna toma-muestras
Cámara frío (*)
Tolva de recepción
Mesa de selección
Despalilladora
Estrujadora
Bomba de vendimia
Escurridoras
Prensa
Filtro
Centrifugadora
Intercambiadores
Grupo de frío
Bombas
Macro-oxigenadores
Micro-oxigenadores
Bombas
Grupo de frío (calor)
Filtros varios
Grupo de frío
Grupo de frío
Grupo de frío
Embotelladora
Encapsuladora
Etiquetadora
Grupo de frío
Fan coils
Humidificadores
Iluminación
Climatización
Equipos informáticos
Sistamas de control
(hardware necesario,
electroválvulas, etc.).
Compresores
Herramienta variada
Electricidad
Gasoil
Electricidad
*las cámaras utilizadas
para enfriar la uva
también utilizan el grupo
de frío en varias
instalaciones
**puede ser necesario en
algún momento
determinado utilizar algún
grupo de frío/calor
auxiliar, generalmente de
gasoil
***también es muy
habitual que la calefacción
de los edificios sea una
caldera de gasoil
Página 8 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Cuerpo del trabajo
Objetivo
El presente estudio investigación se centra en buscar una caracterización adecuada
de la potencia consumida por el grupo de frío/calor de una bodega elaboradora de vino.
Conseguida esta caracterización, el siguiente paso será buscar la reducción del consumo
energético en la bodega aplicando cambios simples en los procedimientos realizados
(operando sobre el algoritmo de control del proceso y no sobre cambios estructurales).
El proceso de elaboración del vino requiere tener la temperatura controlada en los
depósitos y ambientes que lo albergan. Además de ser un punto crítico para obtener
buenos vinos, es uno de los mayores focos de consumo energético ya que se utilizan
equipos de gran potencia. Las máquinas de frío ofrecen rendimientos diferentes según
las condiciones en las que trabajan; por ejemplo, una temperatura objetivo de 10ºC se
alcanzará con mayor facilidad (más rápidamente) si la temperatura ambiental es 20ºC en
lugar de 30ºC; es decir, a mayor temperatura ambiente, menor capacidad frigorífica
tiene el equipo, trabaja más tiempo y consume más. También disminuye la capacidad en
función de la temperatura inicial y el salto térmico deseado.
Fig. 1 – Potencia frigorífica de un chiller según
temperatura inicial y salto térmico
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 9 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Con la mencionada caracterización, se podrá simular la reacción del consumo al
anticipar subidas de temperatura tanto ambientales como en los depósitos. Así se
predecirá el resultado de, por ejemplo, pre-enfriar cuando las condiciones son más
favorables para el rendimiento del equipo. Tales simulaciones buscarán principalmente
2 objetivos:
1. Reducir los kW consumidos.
2. Mantener la temperatura por debajo de la crítica el mayor porcentaje de tiempo
posible del periodo con condiciones desfavorables, buscando que los equipos
trabajen menos durante estos periodos.
Las mejores condiciones se prevén encontrar durante las horas del día con menor
temperatura. Por lo tanto, además del ahorro de kW se obtendrá un ahorro económico
mayor atendiendo a la diferencia de precio de la energía a lo largo de los meses del año
y tramos del día.
Fig. 2 – Diferentes periodos del precio eléctrico
Ya se ha mencionado que todos estos estudios se realizarán en una etapa posterior
de la investigación, y su éxito depende de obtener un modelo fiable del grupo
frigorífico. Cabe destacar que éstas propuestas y simulaciones están pensadas desde un
punto de vista tecnológico, totalmente ajeno al enológico. En caso de resultar exitosas,
su posible aplicación dependerá del criterio del enólogo y posterior validación en la
producción real. En cualquier caso, será imposible considerar cualquier propuesta si su
aplicación perjudica en lo más mínimo la calidad del producto final.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 10 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Desarrollo
El estudio de caracterización se ha llevado a cabo en la bodega Casado Morales,
situada en el término municipal de Lapuebla de Labarca, Álava. Cuenta con diez
depósitos de elaboración de 40.000 litros, de acero inoxidable, y otros tantos de
hormigón de varios volúmenes; además posee sala crianza, almacenamiento, botellero y
oficinas. El equipo de frío/calor disponible tiene una potencia frigorífica de 67kW, lo
que equivale a unos 26kW de potencia eléctrica.
Fig. 3 – Plano de Casado Morales
Para el presente trabajo se han recogido los consumos realizados en la bodega
utilizando un analizador de red eléctrica trifásico, en concreto el QUALISTAR C.A
8334 de la marca Chauvin Arnoux, y tres sondas AmpFlex para obtener la lectura de
cada fase.
Fig. 4– Analizador y sonda utilizados
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 11 de 20
Juan Antonio Ruiz Fuentes
08:40
06:20
27,00
08:40
06:20
04:00
01:40
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
11:40
09:20
07:00
04:40
02:20
00:00
21:40
19:20
17:00
14:40
Humedad
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
08:40
06:20
04:00
01:40
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
11:40
09:20
07:00
04:40
02:20
00:00
21:40
19:20
17:00
14:40
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
13:00
10:40
08:20
06:00
03:40
01:20
Potencia
04:00
01:40
Irradiación
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
0,00
13:00
100,00
10:40
Serie1
11:40
600,00
08:20
700,00
06:00
0,00
03:40
Serie1
09:20
01:20
100,00
07:00
08:40
06:20
04:00
01:40
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
11:40
09:20
07:00
04:40
02:20
00:00
21:40
19:20
17:00
14:40
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
13:00
10:40
08:20
06:00
03:40
01:20
20500,00
04:40
Serie1
02:20
08:40
06:20
04:00
01:40
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
11:40
09:20
07:00
04:40
02:20
00:00
21:40
19:20
17:00
14:40
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
13:00
10:40
08:20
06:00
03:40
01:20
24500,00
00:00
800,00
21:40
19:20
17:00
08:40
06:20
04:00
01:40
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
11:40
09:20
07:00
04:40
02:20
50,00
14:40
08:40
06:20
04:00
01:40
23:20
21:00
18:40
16:20
14:00
11:40
09:20
07:00
04:40
02:20
00:00
21:40
19:20
17:00
14:40
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
13:00
10:40
08:20
06:00
03:40
01:20
22500,00
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
13:00
10:40
08:20
06:00
03:40
01:20
00:00
21:40
19:20
17:00
14:40
12:20
10:00
07:40
05:20
03:00
00:40
22:20
20:00
17:40
15:20
13:00
10:40
08:20
06:00
03:40
01:20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
La bodega posee un sistema de control para gestionar sus fermentaciones e
instalación, lo que ha posibilitado acceder a los datos de temperatura. Se han escogido
los datos de los mismos días que el analizador estuvo leyendo la potencia. En dicho
periodo, dos de los diez depósitos contenían mosto fermentando, uno para vino blanco y
otro para vino tinto. Además se han obtenido los correspondientes datos ambientales:
24000,00
30,00
23500,00
25,00
23000,00
20,00
15,00
Serie1
22000,00
21500,00
10,00
21000,00
5,00
0,00
1006,00
Temp. Ambiental
90,00
80,00
1004,00
70,00
1002,00
60,00
1000,00
40,00
998,00
996,00
Serie1
30,00
20,00
994,00
10,00
992,00
990,00
900,00
22,50
Presión
22,00
21,50
500,00
21,00
400,00
20,50
Serie1
300,00
20,00
200,00
19,50
19,00
18,50
28,50
Temp. Blanco (T1)
28,00
27,50
Serie1
26,50
26,00
25,50
Temp. Tinto (T2)
Página 12 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Estos parámetros están recogidos en series de 487 elementos, con un intervalo de
diez minutos entre muestra y muestra, lo que hace un total de 3,38 días (desde el 27 de
septiembre a la 01:20 AM hasta el 30 de septiembre a las 10:20 AM).
Debido a impedimentos físicos, el analizador QUALISTAR y las sondas
tuvieron que ser colocados en el cuadro general de la bodega, por lo que las lecturas
obtenidas reflejan el consumo total de la misma.
Para caracterizar el consumo del grupo de frío se ha utilizado el sistema ANFIS
(Adaptative Neuro-Fuzzy training of Sugeno-type Inference System), disponible en la
Fuzzy Logic Toolbox de MATLAB; esta herramienta permite generar modelos neurodifusos cuya salida simulada será la potencia.
Fig. 5 – Arquitectura ANFIS para el sistema de inferencia Takagi y Sugeno
ANFIS se basa en variables de entrada y de salida, un conjunto de reglas SIENTONCES del tipo Takagi-Sugeno, y un sistema de inferencia difuso. En la primera
capa cada nodo tiene una función de membresía (‘MF’, puede ser una función Gauss,
Triangular, etc.), las cuales incurren en cálculos de productos cruzados en la segunda
capa. En la capa 3, el i-ésimo nodo calcula la proporción de la fuerza de disparo de la iésima regla a la suma de todas las fuerzas de disparo. En la capa 4 se tienen en cuenta
los parámetros resultantes de las entradas así como las fuerzas calculadas en la capa
anterior; y en la última capa se realiza el cálculo final, suma de los nodos previos.
La secuencia de trabajo consiste en generar el modelo neuro-difuso en primer
lugar (utilizando la función genfis1), entrenar luego ese modelo (anfis) y pasar por
último a testarlo (evalfis). Para generar el modelo se debe decidir con qué porción de los
datos obtenidos se va a entrenar, cuáles serán las funciones de membresía y cuántas se
utilizarán por entrada. Posteriormente se utilizan esos datos de entreno escogidos, y por
último se evalúan el resto de datos disponibles.
Teniendo en cuenta que la lectura de potencia es general, se han escogido los
segmentos de la serie que corresponden a las noches, desde las 08:00 PM hasta las
07:00 AM. De esta manera se obtienen los datos de consumo del equipo de frío;
también se recoge alguna potencia extra como puede ser las de las luces de emergencia
o algún equipo que hayan podido dejar conectado por olvido, éstas se consideran
despreciables frente al consumo de la máquina bajo estudio.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 13 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
En las pruebas realizadas se han ido variando 3 parámetros:
•
•
•
Fragmento de la matriz de datos disponible (487 filas y 7 columnas)
utilizado para la generación y entrenamiento.
Número de funciones de membresía por entrada.
Tipos de funciones de membresía (las disponibles son: Triangular, Gauss, Pi,
Trapezoidal, Campana, Diferencia Sigmoidal, Gauss de 2 lados y Producto
de 2 Sigmoidales).
Todas las variaciones se han realizado buscando el menor error posible en la
salida al comparar los datos obtenidos de la evaluación del modelo con los reales.
Resultados
En una de las simulaciones preliminares se decidió escoger las muestras de la
noche del 27 al 28 de septiembre como datos de entrenamiento, ya que ofrecían mejores
resultados que el resto noches. Los datos obtenidos por simulación fueron:
1
2
3
4
MF’s x
entrada
2
2
2
3
5
2
6
2
7
3
SIM
Tipo de
MF’s
Triangular
Trapezoide
Pi
Pi
Tri-Tra-PiTri-Tra-Pi
Pi-Tri-TraPi-Tri-Tra
Pi-Tri-TraPi-Tri-Tra
64
64
64
729
Error
entreno
0.038%
0.15%
0.2%
0.006%
Error N
28-29
710.48%
2617.7%
1871.56%
40.32%
Error N
29-30
1.99%
1.99%
1.99%
1.99%
Error N
26-27
21.55%
1.82%
1.82%
1.82%
64
0.01%
356.48%
1.99%
1.82%
64
0.09%
128.49%
1.99%
1.82%
729
0.003%
29.16%
1.99%
1.82%
Reglas
Para una simulación con 2 MF’s y 64 reglas se obtiene (SIM 3):
Matriz FIS generada
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Matriz FIS entrenada
Página 14 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Reglas de la matriz FIS generada
Reglas de la matriz FIS entrenada
Y para una con 3 MF’s y 729 reglas (SIM 7):
Matriz FIS generada
Reglas de la matriz FIS generada
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Matriz FIS entrenada
Reglas de la matriz FIS entrenada
Página 15 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Conclusiones
En todas las simulaciones se aprecia que en la noche del 28 al 29 de septiembre
se dispara el error. A pesar de incrementar el número de funciones de membresía, lo que
aumenta el número de reglas y el coste computacional, no se consiguió bajar el error
más allá del 30%. Al principio se sospechó de un posible error de recogida de datos en
esas horas, pero no se encontró nada ilógico en los datos. Posteriormente se analizó el
contexto de trabajo, descubriendo que esa noche se habían realizado actuaciones de
emergencia en la bodega, haciendo que se disparase el error (se estuvo trabajando con
un intercambiador sobre uva que había entrado esa tarde en bodega, lo que además hizo
que también hubiese otros equipos en funcionamiento).
Observando los resultados, no se justifica ni el coste computacional ni las
prolongadas simulaciones derivadas de utilizar 3 funciones de membresía por entrada,
ya que se llega a los mismos resultados con 2 funciones. También se aprecia que las
funciones Trapezoide y Pi son las que mejor se adaptan, obteniendo prácticamente los
mismos resultados con ambas.
2 funciones Pi por entrada
Más allá de esta desviación identificada y justificada, se observa que los
modelos utilizados consiguen una predicción de consumo ajustada a la realidad,
barajando un error aceptable del 2%. Hace falta recoger más datos y aislar con mayor
precisión el consumo del grupo de frío, pero estos resultados invitan a ser optimistas y
pensar que será posible generar otros modelos que predigan con gran exactitud el
consumo energético.
Una vez generados los modelos que se consideren más adecuados, y erradicando
anomalías como la surgida en la noche del 28, se podrá simular el efecto de actuaciones
como pre-enfriar depósitos en los periodos de condiciones más favorables. El resultado
de estas simulaciones, por muy satisfactorio que sea desde el punto de vista energético,
necesitará la validación enológica para poder ser aplicada en el proceso de elaboración
de los vinos.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 16 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Los sistemas de gestión y control automáticos tiene el potencial de albergar estas
técnicas, ya que recogen en tiempo real datos ambientales y procedentes de la
fermentación. Se debe aprovechar también que algunos sistemas son capaces de leer
parámetros directamente relacionados con la transformación de mosto en vino, como
puede ser el CO2 expulsado durante la fermentación, estudiando su posible relación e
influencia en el consumo energético. Este parámetro en concreto puede tener un
impacto notable en las predicciones, ya que al final de la fermentación se puede
mantener la misa cinética de fermentación (extracción de carbónico) con mayores
temperaturas.
Fig. 6: Medidas de un sensor de CO2
Para concluir, el periodo que se ha querido caracterizar es el de fermentación,
que a su vez supone el de mayor consumo en una bodega ya que aumentan las
necesidades frigoríficas y se utilizan todos los equipos disponibles. Lamentablemente
solo disponemos de una oportunidad al año para recoger estos datos, lo que hace el
estudio más complicado. Pero a su vez supone un gran reto, porque el tener esa única
oportunidad anual junto con el hecho de tratarse de un proceso extremadamente
complejo, aumenta la motivación e interés en su estudio.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 17 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Líneas futuras
Se pretende continuar el presente trabajo de investigación, aumentando el campo
de estudio para enfocarlo al desarrollo de la tesis doctoral.
El primer objetivo, como ya se ha comentado en las conclusiones, consiste en
recolectar mayor número de datos con más precisión, pudiendo desarrollar modelos que
se ajusten fielmente a la evolución real del consumo. Con estos modelos, se buscará
obtener ahorro energético que no implique inversión en mejoras estructurales, tan solo
un cambio en el algoritmo de control. Además del equipo de frío/calor, se pretende
caracterizar también otras grupos de trabajo de la bodega como puede ser la línea de
recepción (tolva, mesa de selección, despalilladora y estrujadora), la prensa o el
embotellado.
También se pretende estudiar técnicas y herramientas ya desarrolladas, como los
proyectos AVF, BEST, AMETHYST y GHG ([16], [17], [18] y [19]), identificando sus
posibilidades de integración con las técnicas que se están utilizando en este trabajo de
investigación. Estas herramientas también deben servir para validar los resultados
obtenidos; en esta línea, se utilizarán además otra serie de herramientas de simulación
como el programa TRNSYS [20].
Otro campo a abordar en el estudio es la integración de todo el conocimiento
disponible tanto en el aspecto de la gestión energética como en el de control, con la
tendencia hacia Internet de los objetos; la finalidad es que esta gestión se realice de
forma automática, gobernada por una inteligencia artificial que recoja inputs de
múltiples fuentes (sensores, datos históricos, estadísticas, etc.) y sea capaz no solo de
predecir, sino también de aprender y mejorar a medida que adquiere experiencia.
Las líneas mencionadas, y otras que irán surgiendo, serán la base de la futura
tesis doctoral y las publicaciones derivadas de los resultados parciales que se vayan
obteniendo con la investigación.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 18 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
Referencias
BIBLIOGRAFÍA
[1]
J.M. Sablayrolles. “Control of alcoholic fermentation in winemaking: Current
situation and prospect”. Food Research International 42 (2009) 418–424
[2]
A. Goelzer, B. Charnomordic, S. Colombié, V. Fromion, J.M. Sablayrolles.
“Simulation and optimization software for alcoholic fermentation in winemaking
conditions”. Food Control 20 (2009) 635–64
[3]
Colombié, S., Malherbe, S., & Sablayrolles, J. M. (2007). “Modeling of heat
transfer in tanks during wine-making fermentation”. Food Control, 18, 953–960.
[4]
Ignacio Cañas, Fernando R. Mazarrón. “The effect of traditional wind vents
called zarceras on the hygrothermal behaviour of underground wine cellars in
Spain”. Building and Environment 44 (2009) 1818–1826
[5]
Ignacio Cañas Guerrero, Silvia Martin Ocaña. “Study of the thermal behaviour
of traditional wine cellars: the case of the area of ‘‘Tierras Sorianas del Cid’’
(Spain)”. Renewable Energy 30 (2005) 43–55
[6]
M. Smyth, J. Russell. “‘From graft to bottle’ - Analysis of energy use in
viticulture and wine production and the potential for solar renewable
technologies”. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1985–
1993
[7]
Antonio Gómez, Javier Zubizarreta, Marcos Rodrigues, César Dopazo, Norberto
Fueyo. “An estimation of the energy potential of agro-industrial residues in
Spain”. Resources, Conservation and Recycling 54 (2010) 972–984
[8]
Stefanos E. Kavargiris, Andreas P. Mamolos, Constantinos A. Tsatsarelis, Anna
E. Nikolaidou, Kiriaki L. Kalburtji. “Energy resources’ utilization in organic and
conventional vineyards: Energy flow, greenhouse gas emissions and biofuel
production”. biomass and bioenergy 33 (2009) 1239 – 1250
[9]
Young-Sung Son, Topi Pulkkinen, Kyeong-Deok Moon and Chaekyu Kim.
“Home Energy Management System based on Power Line Communication”.
IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 56, No. 3, August 2010
[10]
Thomas Novak, Member, IEEE, and Andreas Gerstinger, Member, IEEE.
“Safety- and Security-Critical Services in Buildin Automation and Control
Systems”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57, No. 11,
November 2010
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Página 19 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Memoria
[11]
Jinsung Byun and Sehyun Park, Member, IEEE. “Development of a Selfadapting Intelligent System for Building Energy Saving and Context-aware
Smart Services”. IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 57, No. 1,
February 2011
[12]
Leila T. Dominguez, Eduardo Z. Predicala. “Evaluation of Energy Saving
Measures in Swine Barns Using Numerical Simulation”. Paper Number:
MBSK10-205. Written for presentation at the 2010 CSBE/ASABE North Central
Inter-sectional Conference Sponsored by CSBE/ASABE Engineering Building,
University of Saskatchewan Saskatoon, SK October 7-9, 2010.
[13]
Barbora Gabzdylova, John F. Raffensperger, Pavel Castka. “Sustainability in the
New Zealand wine industry: drivers, stakeholders and practices”. Journal of
Cleaner Production 17 (2009) 992–998
[14]
Mark Cordano, R. Scott Marshall, Murray Silverman. “How do Small and
Medium Enterprises Go ‘‘Green’’? A Study of Environmental Management
Programs in the U.S. Wine Industry”. Journal of Business Ethics (2010) 92:463–
478
[15]
R. Scott Marshall, Michele E.M. Akoorie, Ralph Hamann, Paresha Sinha.
“Environmental practices in the wine industry: An empirical application of the
theory of reasoned action and stakeholder theory in the United States and New
Zealand”. Journal of World Business 45 (2010) 405–414
OTRAS REFERENCIAS:
[16]
Wine Institute. “Comprehensive Guide to Sustainable Management of Winery
Water and Associated Energy”. http://www.wineinstitute.org/winerywaterguide
[17]
BEST-Winery Project: Benchmarking and Energy and Water Efficiency Savings
Tool. http://best-winery.lbl.gov/
[18]
AMETHYST Project. http://www.amethyst-project.eu/
[19]
Wine
Institute.
“International
GHG
http://www.wineinstitute.org/ghgprotocol
[20]
TRNSYS. http://sel.me.wisc.edu/trnsys/ y http://www.trnsys.com/
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Wine
Carbon
Calculator”.
Página 20 de 20
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
ANEXOS A LA MEMORIA
Anexo I:
Impactos de la actividad de las bodegas
Anexo II:
Procesos de la bodega y maquinaria
implicada
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Anexo I
Impactos de la actividad de las bodegas
Los principales impactos derivados de la actividad de las bodegas son los que se
exponen a continuación:
•
Emisiones atmosféricas
En el proceso de fermentación se emite CO2, SO2 y algún otro compuesto
orgánico volátil. Medioambientalmente no tienen una importancia
significativa ya que se emiten pequeños volúmenes, pero si hay que tomar
ciertas precauciones debido a su potencial de peligrosidad para las personas
que trabajan en la bodega.
El resto de emisiones que podemos encontrar en las bodegas provienen de
las calderas, que deberían ser revisadas periódicamente para comprobar su
correcto funcionamiento y evitar que emitan un volumen mayor.
•
Contaminación acústica
El ruido tiene un efecto negativo en las personas y el medio ambiente. Las
bodegas presentan un nivel de ruido muy bajo, y los principales focos
provienen de la utilización de determinadas máquinas como la tolva o la
línea de embotellado. Un aislamiento y mantenimiento adecuado de estos
equipos ayuda a reducir los efectos.
•
Residuos
Las bodegas generan residuos o subproductos en todas las fases del proceso
de elaboración. Tanto los subproductos como los residuos han de ser tratados
adecuadamente, generando el menor impacto posible. Los subproductos
(raspones, orujos, heces) serán considerados residuos si no se emplean como
abono o materia prima de otros procesos.
La mayoría de los residuos generados en bodega se consideran no peligrosos;
estos se podrían gestionar adecuadamente con una buena organización en la
separación de los mismos según su naturaleza y posterior depósito en los
lugares adecuados. Lamentablemente esto no lo encontramos como algo
habitual en muchas de ellas, y se trata sobre todo de un problema de
concienciación.
•
Vertidos contaminantes
Contaminan el agua, de forma que se vuelve impropia o peligrosa para el
consumo humano y la vida natural. Los principales vertidos contaminantes
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 2 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
de las bodegas derivan de las aguas utilizadas para limpieza y posibles fugas
o derrames de vino. Hasta hace poco se creía que los vertidos de vino no
eran contaminantes ya que se trata de un alimento natural; sin embargo, un
vertido incontrolado puede suponer una contaminación ambiental
significativa, generando malos olores y el deterioro sanitario y paisajístico de
aguas.
•
Consumo de recursos naturales
Un recurso natural es toda materia o energía necesaria para el mantenimiento
de las actividades humanas. Los principales recursos utilizados por el
hombre son los energéticos, minerales, forestales, pesca, cultivos y el agua.
Dos de las materias primas que más se consumen sin utilizar criterios de
racionalización son el agua y la energía.
Agua
Debemos tener muy presente que el agua es un recurso limitado; del total del
agua del planeta, tan solo el 0,003% puede ser utilizada por los seres vivos.
Los seres humanos utilizamos el agua para consumo y múltiples actividades,
y de forma frecuente la derrochamos y contaminamos. Por ejemplo en La
Rioja se consume el doble de litros (325) por persona y día que la cantidad
estimada como óptima, 180 litros, y a partir de la cual se considera derroche.
Las bodegas también presentan un derroche excesivo de agua, a pesar de
mostrar un consumo muy estacional, ya que el 60% del total se produce
durante los 3 meses posteriores a la vendimia. Mientras en otros países
productores el consumo es de aproximadamente 1 litro de agua por 1 litro de
vino producido, en España se emplean de 3 a 6 litros de agua por litro de
vino. Eso se traduce en que al menos se están malgastando unos 500
millones de litros de agua al año en España. Hay varios motivos que
fomentan este derroche, entre los que destacan el precio muy bajo del agua,
la pésima organización de los sistemas de regadío en ciertas comunidades, y
la falta total de concienciación de las personas que trabajan en todos los
niveles de las bodegas. Trabajando simplemente en la concienciación y
buenas
prácticas,
podríamos
conseguir
ahorros
significativos;
lamentablemente, como ocurre con otros muchos aspectos, no habrá mejoras
notables hasta el momento en que se vea afectado el bolsillo de las empresas.
Energía
Es otro de los puntos donde el malgasto es elevado y generalizado, pero al
contrario que el agua, los precios están aumentando y la gente empieza a
darse cuenta que pensar en opciones de ahorro energético es buena idea.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 3 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Además de lo meramente económico, hay una serie de razones que debe
empujarnos a tomar conciencia e intentar consumir lo estrictamente
necesario para el desarrollo de la actividad:
A pesar de que la energía eléctrica se considere limpia, su producción
(en centrales térmicas, combinadas y nucleares) es uno de los
mayores focos de contaminación, llegando a suponer el 30% de los
gases emitidos de efecto invernadero.
La energía nuclear tiene un gran rendimiento y parece limpia, aunque
tiene el gran inconveniente del tratamiento de residuos, cuya
actividad puede ser peligrosa durante muchos años.
El petróleo y gas natural son recursos limitados, y dado el ritmo
actual de consumo, debemos empezar a pensar en alternativas.
Las energías renovables están a la cabeza de esas alternativas, pero
aún están en sus inicios y necesitamos un largo recorrido de
investigación y desarrollo para que sean capaces de autoabastecernos.
Todo esto debe empujarnos a cambiar nuestras prácticas habituales, en todos
los ámbitos de nuestra vida, buscando ser lo más eficiente posible.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 4 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Anexo II
Procesos de la bodega y maquinaria implicada
Campo
Labores habituales
El vino nace en el campo. Es necesaria la elección de terrenos adecuados desde el
punto de vista físico ya que son decisivos para la prosperidad del viñedo. La textura,
porosidad, el drenaje, incluso el color de la tierra, son factores fundamentales para la
absorción del agua así como la permanencia de las radiaciones solares convenientes al
viñedo. Los trabajos que deben realizarse en el campo son muy variados, y dependen de
la estación en la que nos encontremos. Nada más finalizar la vendimia, el terreno
cultivado demanda limpiar y arar la tierra para que se airee. El invierno es la época de la
poda. La cepa sólo conserva los sarmientos del año anterior y es necesario suprimirlos y
conservar sólo las yemas que establece la normativa de cada consejo regulador. En
primavera se vuelve a arar y remover la tierra. Es el momento en el que comienzan a
salir nuevos brotes, de los que se eliminarán los que no sirven y los que salen por debajo
del injerto. Durante la primavera, las vides florecen y son polinizadas. Comienzan
entonces a formarse los granos de uva. A finales de primavera se vuelve a arar la tierra.
La época de verano es propicia para arrancar las malas hierbas y tratar las viñas contra
posibles enfermedades. Los granos de uva engordan paulatinamente y su color varía del
verde al rojo pálido, en el caso de las tintas, y amarillo claro, en las variedades blancas.
Una vez que la uva alcanza el grado óptimo de maduración, a comienzos de otoño, se
procede a la vendimia.
Fig. 1 - Viñedos
Los trabajos realizados en el campo requieren principalmente la mano de obra del
hombre; en cuanto al consumo energético, el principal que se encuentra es el gasoil de
los vehículos utilizados para desplazarse hasta el viñedo, así como el de los tractores
que aran y remueven la tierra. También se pueden encontrar, aunque de forma poco
habitual, otros elementos que necesitan energía:
•
Sensores insertados en los troncos de las vides, con la finalidad de controlar
las necesidades hídricas de las mismas y llegar al periodo de recogida con los
niveles óptimos. La energía consumida es básicamente la de las unidades de
proceso de la información, alimentadas por energía eléctrica.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 5 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
•
•
Existen pequeñas estaciones meteorológicas, para predecir las condiciones
climáticas y ayudar al viticultor a tomar las decisiones adecuadas para el
cuidado de las vides. Se alimentan con baterías recargables o pequeñas
placas solares, y como en el caso anterior, las CPU consumen electricidad.
En algunas zonas muy frías donde las heladas pueden perjudicar a la planta,
se utilizan calefactores en función de la temperatura, previniendo esos
perjuicios. Funcionan con gasoil, consumiendo grandes cantidades.
Vendimia
Siguiendo el orden del proceso, una vez que la uva ha crecido y se encuentra en
su momento óptimo (relación entre azúcar y acidez adecuada), debe ser recolectada. El
momento exacto del inicio de la vendimia tiene una especial relevancia en el resultado
final del vino. Por ello, es necesaria la realización de amplios controles de maduración,
que permiten predecir el tipo de mosto que se obtendrá y adecuar así el momento que se
considera más propicio para el inicio de la recogida de la uva. Generalmente se
comienza a finales de septiembre en el hemisferio norte y a finales de febrero en el sur.
Lo más común en España es la vendimia manual, cortando los racimos de uva y
juntándolos en cubas con capacidad para unos veinte kilogramos. En algunos lugares se
utilizan vendimiadoras, tractores preparados para pasar por encima de las vides y
recoger las uvas; el combustible utilizado es el gasoil. Dado que la mayoría de las
plantaciones no están preparadas para ellas, su uso no está muy extendido; además
muchos consideran que se daña el fruto y prefieren la recolección tradicional. Tanto si
la vendimia se realiza de forma manual o mecanizada hay algunas acciones relevantes
para la posterior obtención del vino:
•
•
•
•
La uva no debe sufrir herida alguna al ser cortado el racimo para evitar la
salida del mosto y, por tanto, que se inicie la fermentación de forma
prematura.
El transporte a la bodega debe llevarse a cabo lo antes posible para que no se
deteriore el fruto. Se realiza con remolques enganchados a tractores.
Preservar a la uva de los cambios bruscos de temperatura.
Evitar que el mosto se oxide.
Fig. 2 - Vendimiadora
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Fig. 3 - Vendimia manual
Anexos - 6 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Bodega
Entrada de la uva
A partir de la llegada de la uva a la bodega, básicamente el tipo de energía
consumida es electricidad, alimentando los diversos equipos que se mencionan a
continuación.
Lo primero que se hace es pesar los remolques en la báscula para tener constancia
de la cantidad exacta recolectada. Además se suele usar un analizador o columna toma
muestras que mide diversos parámetros, como el grado, acidez, etc. Estos analizadores
se asemejan a un pincho, y se introducen directamente en el trailer que transporta las
uvas. Dependiendo el tipo de vino que se vaya a elaborar con ella y las características
de la bodega, puede tener diferentes destinos. En algunas empresas las uvas van a una
cámara frigorífica que enfría el fruto almacenado generalmente en cajas, cumpliendo
así las acciones relevantes mencionadas. Estas cámaras suelen ser recintos cerrados y
climatizados, donde se mantiene una baja temperatura (usualmente entre 4 y 10 grados);
su empleo es especialmente importante en aquellas bodegas con capacidad insuficiente
para procesar las uvas en cuanto llegan.
Fig. 4 – Pesaje de la recogida
Fig. 5 - Columna toma muestras
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Fig. 6 - Cámara frigorífica
Anexos - 7 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
La descarga de la uva se realiza sobre la tolva de recepción. Está construida para
alimentar y regular la entrada de uva, y se trata de una especie de pirámide invertida a
modo de embudo. El paso de la uva a las máquinas siguientes puede realizarse por
gravedad (si éstas se encuentran en un nivel inferior), o frontalmente mediante un
tornillo “sin fin”. La tolva puede ser de hormigón con un recubrimiento de chapa en
acero inoxidable para mejorar la higiene; también es posible encontrar otras
exclusivamente en acero inoxidable. Dependiendo de su tamaño, se puede utilizar para
almacenar la uva en caso de averías en otras máquinas.
La etapa siguiente sería la selección, que tampoco se realiza en todas las empresas.
El “sin fin” de la tolva conduce la uva a una cinta transportadora, comúnmente llamada
mesa de selección, donde se apartan los racimos en mal estado, impurezas y hojas que
podrían ser perjudiciales para el sabor del vino. Algunas son simplemente una cinta
transportadora, mientras otras mucho más sofisticadas están compuestas por diferentes
cintas con separaciones para evitar que el mosto alcance su destino con la uva (de
especial interés en la maceración carbónica).
Fig. 7 - Tolva de recepción
Fig. 8 - Mesa de selección
Estos procesos iniciales dependen del tipo de elaboración que se realizará y de las
preferencias personales de cada bodeguero/enólogo, por lo que en unos sitios los
podemos encontrar y en otros no.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 8 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Si el método de elaboración es maceración carbónica, los racimos enteros se
introducen en los depósitos y por su propio peso rompen los granos de uva, liberando
así el mosto que comenzará a fermentar. Una vez que ha estado unos días fermentando,
el primer mosto que aparece se retira para realizar vinos de menor calidad, y es
denominado lágrima. El resto de las uvas pasa por una prensa, liberando el mosto
restante, y volviendo al depósito para continuar con la fermentación. Durante todo el
proceso de fermentación es preciso controlar la temperatura; un poco más adelante se
enunciarán los tipos de sistemas empleados para tal fin. Este tipo de elaboración, la
maceración carbónica, es propia de vinos jóvenes y con un toque de alegría, dado por el
gas carbónico.
Para otras elaboraciones, el proceso usual es el siguiente: una vez que la uva ha
pasado por la tolva y la mesa de selección, va a la despalilladora, cuya labor consiste
en separar los granos de uva del raspón para que este escobajo no aporte sabores
astringentes y desagradables. Es una máquina compuesta por un túnel (tambor
desgranador) en el cual la uva es separada del raspón por medio del choque de esta con
las paletas de un eje concéntrico al tambor, y que gira en sentido contrario a este. Este
túnel está cubierto por un cilindro horadado de acero inoxidable, por cuyos agujeros
caen los granos. Estos granos pasan a la estrujadora, que como su nombre indica
estruja las uvas para romper el grano; son dos rodillos dentados, con el espacio preciso
entre ellos para romper el fruto sin dañarlo, es decir, sin desgarrar la piel ni romper las
semillas.
Fig. 9 - Despalilladora
Fig. 10 - Estrujadora
En este punto se somete al mosto al sulfitado. Consiste en añadir una solución
acuosa de sulforoso mediante un equipo dosificador. Las consecuencias son muchas y
muy benéficas; por ejemplo, retrasa la fermentación proporcionando a los mostos un
período de reposo durante el cual se asientan en el fondo de los depósitos las tierras e
impurezas, y que hará posible su clarificación mediante un simple trasiego. Se
desarrolla una acción antiséptica y selectiva de las levaduras, pues mata a las
perjudiciales. Además el retraso de la fermentación se aprovecha para añadir otras
levaduras seleccionadas para garantizar el buen desarrollo de la fermentación, ya que a
pesar de la depuración que provoca el sulfitado en la vendimia abundan levaduras
salvajes y que son un riesgo para la correcta vinificación. Otros de los beneficios del
sulfitado es la reducción a un solo momento el arranque de la fermentación total, así
como el combate de las oxidasas, enzimas que ocasionan alteraciones en la coloración
de los vinos, y facilita la disolución de materias minerales y colorantes contenidas en los
hollejos.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 9 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
También en este punto se realiza la corrección de los mostos. Existe una
controversia a nivel mundial sobre si las deficiencias de los mostos deben corregirse o
no. En algunos países no están autorizados y en otros lo autorizan con limitaciones bien
definidas y con el fin de elevar la calidad de los vinos. Los mostos reflejan las variables
climatológicas que influyen en la maduración de las uvas y que tienen como
consecuencia la insuficiencia ácida, falta de azúcar, exceso de acidez y falta de tanino, y
que desvían al vino de los patrones establecidos o deseados. La corrección de los
mostos se realiza de acuerdo con sus alteraciones de la siguiente forma:
•
•
•
La insuficiencia ácida se mejora agregando ácido tartárico o cítrico. El
exceso de acidez es modificable por la acción del carbonato de cal o tartrato
neutro de potasio.
La falta de azúcar que causa una baja graduación alcohólica es corregida a
través de un proceso llamado chaptalización, y que consiste en añadir azúcar
a los mostos comportándose durante la fermentación en forma natural y
proporciona el aumento de alcohol en los vinos.
El tanizado o incorporación de tanino, se realiza al concluir la fermentación
de los vinos vírgenes y favorece la clarificación de los mismos.
Prensado
Una vez realizado el estrujado, existe una cantidad de mosto libre conocido como
mosto de yema o lágrima, que se puede separar antes del prensado por simple
decantación o por máquinas escurridoras (se suele denominar escurrido). Al
contrario que en el sistema de maceración carbónica, este mosto ‘lágrima’ es el que nos
dará los vinos de mayor calidad.
A continuación encontramos la
bomba de vendimia, máquina que se
encarga de transportar la uva estrujada a
través de una tubería al punto que se
quiera, normalmente las prensas o los
depósitos
de
fermentación.
Su
funcionamiento es a base de un émbolo
que sube y baja, movido verticalmente
por un motor que transmite dicho
movimiento por una serie de engranajes.
El bombeo de la uva es más o menos
fácil según la variedad de uvas y su
madurez, su contenido en jugo, si los
racimos han sido desgranados o no, y
según si las uvas han sido trituradas
recientemente o han estado almacenadas.
Fig. 11 - Bomba de vendimia
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 10 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
El siguiente paso es la prensa, cuya finalidad es separar el mosto que aún le queda
la parte sólida de la uva estrujada. El aumento de presión tiene que ser progresivo y
tener en cuenta que se debe obtener todo el mosto posible a la misma presión. Con la
variación de presión varía también la calidad que se obtendrá; a mayor presión menor
calidad, ya que se extraen también otros compuestos no deseados como pueden ser
aceites contenidos en las pepitas de la uva. En cuanto a los tipos de prensa:
•
Las verticales son las más antiguas. En estas la presión se ejerce de arriba a
abajo o viceversa, pero siempre en sentido vertical. Han quedado relegadas a
las pequeñas bodegas artesanas, pero obtienen un mosto más limpio y con
pocas sustancias sólidas.
Fig. 12 - Prensa antigua
•
Fig. 13 - Prensa manual
Fig. 14 - Prensa actual
Otro tipo de prensa son las verticales de membrana, utilizadas para pequeñas
cantidades y en las que el mosto obtenido es muy limpio.
Fig. 15 - Prensado hidráulico vertical
•
Las prensas horizontales tienen dos platos perpendiculares al suelo que
aprietan la masa de la vendimia escurriendo el mosto por los laterales,
paralelos al suelo. El prensado se va realizando continuamente con el
aumento de presión y los platos móviles se van acercando.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 11 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Fig. 16 - Funcionamiento de la prensa horizontal
•
Fig. 17 - Prensa horizontal
actual
Membrana
Las prensas de membrana son prensas
horizontales donde la presión se
consigue por el inflamiento de una
bolsa que comprime a la vendimia en el
interior de un tanque cerrado. La
presión conseguida con las neumáticas
es elástica y suave, además de
minimizar el contacto de la uva con el
aire. Como ventajas de la prensa
neumática se citan las siguientes:
•
•
•
El prensado se efectúa casi sin
contacto con el aire, debido a que el
depósito de la prensa está
completamente cerrado durante el
trabajo de la misma. Esto supone
menos riesgos de oxidación y
ahorro de sulfuroso.
El mosto que fluye es de buena
calidad, con pocas sustancias
astringentes
y
de
sabor
desagradable, ya que la ligera
presión de la membrana neumática
trata a la vendimia suavemente (la
presión máxima es de 2 kg/cm2).
Baja cantidad de impurezas sólidas
en el mosto.
Camales de salida de mosto
Tanque lleno con uva
antes del prensado
Membrana ligeramente
sometida a presión
Membrana sometida a
más presión
Removido
Vaciado
Fig. 18 - Ciclo de prensado
En las grandes bodegas se necesitan grandes capacidades horarias de
prensado, por lo que las prensas continuas solucionan este problema frente a
las de carga. Estas prensas tienen un tornillo sinfín en su interior, que
aprietan el orujo contra una compuerta móvil, disponiendo de varias salidas
para el mosto. Suponen un gran ahorro de mano de obra y se pueden
fraccionar las salidas de mosto para su diferenciación por calidades.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 12 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Hay bodegas en las que todo el proceso se realiza por gravedad, encontrándose
todos los pasos anteriores a diferentes niveles hasta llegar a los depósitos; pero en la
mayoría de ellas este transporte se realiza utilizando las bombas de vendimia vistas
anteriormente.
Fermentación alcohólica
En la vinificación de vinos blancos llega el momento del desfangado; es una
operación que se realiza para eliminar sólidos antes de iniciarse la fermentación. Esto se
puede conseguir por cualquiera de los siguientes métodos:
•
•
•
•
•
Decantación en grandes depósitos.
Decantación en depósitos con clarificantes
o tratamientos enzimáticos.
Centrifugación de los mostos.
Separación en filtros rotativos al vacío.
Centrifugación o filtración al vacío,
combinadas con decantación en depósitos.
o
o
Fig. 19 – Filtro rotativo al vacío
Fig. 20 – Proceso de centrifugación
En vinificación en tinto se puede hacer desfangado después de la fermentación y
el prensado. La vendimia fermentada y prensada se envía a depósitos para que decanten
los sólidos. También aquí se puede aplicar la técnica de centrifugación o la de filtración
bajo vacío.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 13 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Una vez realizados los pasos anteriores, el mosto con los hollejos (en tintos y
rosados) o solo el mosto (en los blancos), llega a los depósitos donde se realizará la
fermentación. Los depósitos aunque no son máquinas propiamente dichas llevan
consigo el empleo de equipos muy importantes en cuanto al consumo en la bodega. Los
equipos de frío tanto para fermentación como para estabilización dependen
directamente del tipo y cantidad de depósitos empleados en estos procesos. La variedad
de depósitos es muy grande. Según el material hay depósitos de acero inoxidable, de
hormigón, de PVC y de poliéster. Teniendo en cuenta la forma, los hay prismáticos y
cilíndricos. Además pueden variar en volumen, desde los 3.000 l. los más pequeños
hasta 500.000 o un millón de litros. La capacidad y el material del que están hechos
depende de la utilidad que se la vaya a dar.
Los más utilizados son los depósitos de acero inoxidable ya que tienen las mejores
propiedades para la elaboración de vino, además de poderse utilizar para todos los
procesos de la bodega. Otras razones son:
•
•
•
•
•
•
•
•
Higiene: no transmiten al vino ningún tipo de olor o sabor, siempre que
hayan sido lavados previamente. Además son fáciles de limpiar.
Pueden construirse de unos pocos litros hasta millones.
Pueden aguantar grandes presiones, por lo que incluso se pueden emplear
para la producción de vinos espumosos por el sistema de "cuba cerrada".
Pueden aislarse, por lo que el vino se conserva a la temperatura deseada
durante prolongados espacios de tiempo. Esta propiedad se utiliza para
guardar el vino hasta su embotellado, y para el proceso de estabilización
manteniendo la temperatura por debajo de 0ºC.
Pueden utilizarse para tratamientos térmicos como la refrigeración o
calentamiento por camisas, donde se les adhiere un circuito por el que pasa
el fluido térmico que confiere el calor necesario.
Algunos son móviles, por lo que se pueden desplazar por la bodega.
Pueden ser horizontales o verticales según las necesidades.
Se les pueden incorporar de manera sencilla todo tipo de accesorios
(indicadores de nivel, boca de hombre, termómetros, grifos toma-muestras,
mezcladores...).
Antes de la llegada de los de acero inoxidable se usaban depósitos de hormigón.
Hoy en día se utilizan cada vez menos, aunque hay bodegas tradicionales que todavía
siguen manteniéndolos. Entre sus ventajas están el menor precio y que es mejor aislante
que el acero. En los de acero existen pérdidas de potencia calorífica, lo que aumenta el
consumo energético; existen aislantes para estos tanques, pero no se utilizan en nuestro
país. Una desventaja muy importante es el sistema de refrigeración que se debe emplear
en estos depósitos. Se usan serpentines por los que circula el fluido refrigerante, y se
introducen dentro del depósito. El peligro es la posibilidad de poros que pongan en
contacto el vino y el refrigerante, lo cual haría inútil el vino. Cabe destacar que este
sistema de serpentines también se utiliza en algunos de acero inoxidable, con lo que se
corre el mismo riesgo. Se profundizará sobre esto más adelante.
Otros que se pueden encontrar son depósitos de poliéster, que se emplean
fundamentalmente para guardar los desperdicios. Dada su gran resistencia a los agentes
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 14 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
químicos, hace que sean ideales para guardar los orujos y demás heces que se desechan
del vino. Pueden soportar limpiezas con productos químicos muy fuertes. Suelen ser de
pequeño tamaño. En ocasiones se utilizan como depósitos nodriza para abastecer la
embotelladora.
Y por último están los depósitos de PVC. También suelen ser de tamaño reducido.
Como son isotermos su utilización se centra en guardar vinos especiales a bajas
temperaturas durante tiempos reducidos. Éstos también pueden emplearse para
abastecer la embotelladora.
El proceso de la conversión de mosto de uva en vino (fermentación) es de tipo
biológico. Las levaduras que cubren el hollejo de los frutos transforman el azúcar en
alcohol y anhídrido carbónico, liberando calor (reacción exotérmica). El calor liberado
es aproximadamente 20-24 kcal/l. El 50% (10-12 kcal/l) es irradiado al ambiente que
rodea a las cubas de fermentación, pero el resto permanece en ellas aumentando la
temperatura de la masa de mosto. En la vinificación en tinto nunca se debe sobrepasar
temperaturas de 32-33 ºC durante el periodo fermentativo, ya que se corren varios
riesgos:
•
•
•
Inactivación de las levaduras responsables de la transformación de los
azúcares en alcohol y CO2 (‘parada de fermentación’).
Pérdidas de alcohol por evaporación, con la consiguiente pérdida de grado
alcohólico.
Iniciación de fermentaciones indeseables, tales como las lácticas y butíricas.
Temperaturas entre 22-28 ºC son las más adecuadas para que la fermentación
transcurra convenientemente, a fin de obtener vinos de calidad. En el caso de vinos
blancos, las temperaturas en esta etapa tiene que ser aún menores (12-18 ºC), no
alcanzándose nunca una temperatura superior a los 26 ºC, ya que se pueden presentar
los riesgos anteriormente citados. La temperatura es probablemente el parámetro al que
los enólogos dan mayor importancia durante la fermentación. Hay diversas formas de
controlarla; en un apartado posterior se citarán estas opciones de control.
En estrecha relación con la temperatura, se encuentra la densidad. Conforme va
aumentando la graduación alcohólica del vino por transformación de los azúcares del
mosto, la fermentación va siendo más lenta debida a la inhibición del crecimiento de las
levaduras, por los porcentajes cada vez mayores de alcohol. La densidad nos informa de
los azúcares que quedan por desdoblarse en alcohol, y midiéndola se conocerá cuando
la fermentación ha concluido, o como se dice vulgarmente, ‘este vino se ha quedado
seco’. Hay otra multitud de parámetros de interés a medir durante esta
fase de fermentación alcohólica o tumultosa: el pH, acidez, oxígeno
disuelto, polifenoles, color, potencial redox, etc. Para la medida de la
mayoría de estos parámetros es necesario tomar muestras del vino y
realizar los análisis en el laboratorio; esto hace que varias medidas sean
incómodas, al necesitar reactivos para la analítica. Al igual que cada
vino es diferente, cada enólogo tiene sus preferencias y confiere más o
menos importancia a estos otros parámetros.
Fig. 21 - Densímetro
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 15 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Para extraer el color y homogeneizar el mosto se utiliza la técnica llamada
remontado. Consiste en extraer el mosto por la parte inferior del depósito, y volver a
introducirlo por la parte superior. De esta forma se consigue mojar el sombrero, que
está compuesto por la parte sólida de las uvas. Para mover el mosto de esta forma se
utilizan bombas, que deben estar preparadas para permitir el paso de residuos sólidos
evitando su atascamiento.
Fig. 22 - Remontado mojando
el sombrero
Fig. 23 - Remontado aireando
el mosto
Fig. 24 - Bomba para
remontar
El gas carbónico liberado durante la fermentación es perjudicial para la salud,
hasta el punto de llevar a la muerte si supera unos límites. Por eso también es necesario
controlar la concentración ambiental existente en el recinto de elaboración, evitando
riesgos para el personal de la bodega. Para evitar que la concentración llegue a esos
límites, se utilizan extractores que expulsan el gas al exterior.
Fermentación maloláctica
Cuando la primera fermentación ha concluido, comienza
la segunda llamada maloláctica (o fermentación lenta), en la
que el ácido málico se convierte en ácido láctico. Durante
esta fermentación lenta también es necesario mantener el vino
a una temperatura adecuada, ya que si es muy baja no
concluirá esta fase. Además en este periodo se controlan
otros aspectos como el ácido málico, o se introduce oxígeno
controladamente para ‘abrir’ el vino (técnica conocida como
micro-oxigenación, para la que se utilizan microFig. 25 - Microoxigenador
oxigenadores, dispositivos que controlan el volumen de
oxígeno introducido en un periodo de tiempo). Según el tipo
de vino que se vaya a elaborar, esta fermentación tendrá lugar en depósitos de acero u
hormigón, utilizando también barricas para los de mayor calidad.
Una vez concluida la fermentación y durante unas semanas, las levaduras muertas
se van depositando en el fondo de las cubas o toneles. Junto con las levaduras se
depositan también otros organismos (bacterias principalmente), residuos sólidos,
materias orgánicas, etc. De este modo se forma un depósito de composición heterogénea
que no es conveniente que permanezca en contacto con el vino, ya que le podría
transmitir sabores indeseables en corto periodo de tiempo, como consecuencia de la
putrefacción de los cadáveres de las levaduras, desprendimientos olorosos de las
materias orgánicas, etc. Se impone la realización de un trasiego o cambio del vino de un
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 16 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
recipiente a otro, con objeto de separarlo de esos posos. Para realizar estos trasiegos se
utilizan bombas como las anteriormente vistas para el remontado.
Clarificación y Estabilización por frío
Hay una serie de impurezas que no precipitan sin ayuda, y para ello se emplean
una serie de técnicas. Clarificar un vino o mosto es dejarlo limpio, eliminando turbios
del mismo de forma permanente. La clarificación se puede conseguir de varias formas:
•
•
•
•
Adicionando agentes clarificantes para precipitar y trasegando
Centrifugación a 4.000-8.000 rpm, en máquinas que consiguen aceleraciones
10.000 veces superiores a la fuerza de la gravedad.
Intercambio catiónico.
Haciendo pasar al vino por capas filtrantes que retienen los turbios. Este
segundo sistema se conoce con el nombre de filtración. Es necesaria sobre
todo en los vinos jóvenes, que no han tenido tiempo para precipitar. Se puede
distinguir dos tipos de filtrado. Una filtración desvastadora que deja el vino
limpio, y una segunda esterilizante que elimina el mayor número posible de
levaduras y microorganismos, consiguiendo de esta forma que el conjunto
vino-botella sea estable biológicamente. Los tipos de filtros que existen en el
mercado para limpiar y abrillantar vinos son de cuatro tipos básicamente: de
tierra, de placas, de membrana y tangenciales.
Fig. 26 – F. de tierras
Fig. 27 – F. de placas
Fig. 28 – F. de membrana
Fig. 29 – F. tangencial
Existen varias sales, principalmente el bitartrato potásico, que no precipitan
rápidamente si no se utiliza la estabilización del vino por tratamiento con frío. El frío
actúa sobre el vino provocando la solidificación y correspondiente precipitación de estas
sales, ya que su solubilidad disminuye con la temperatura. Esta estabilización se
producía de forma natural en las bodegas por efecto de los fríos del invierno,
sustituyéndose hoy día por otra de tipo artificial consistente en la aceleración de dicho
proceso sometiendo el vino a temperaturas bajas durante un periodo de tiempo variable
(de apenas unos minutos hasta días). Para ello se utilizan los depósitos isotermos y
equipos de frío. Así mismo la estabilización en frío contribuye a mejorar la calidad del
vino y permite que los vinos del año se incorporen antes al mercado.
Embotellado
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 17 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Si es un vino joven, una vez acabada la maloláctica y realizados los tratamientos
de clarificación, estabilización, etc., se procede a embotellar. Entre los diversos tipos de
líneas de embotellado se encuentran desde unas muy simples que simplemente van
llenando las botellas sin ningún control, hasta las más sofisticadas que realizan recuento
de botellas, calibran el nivel de llenado, utilizan cámaras de control con fotosensores
para detectar botellas defectuosas, etc.
Fig. 30 - Embotelladoras
Y el último paso antes de la comercialización consiste en etiquetar y encapsular
las botellas, para lo que también se utilizan líneas mecanizadas adyacentes a las de
embotellado.
Fig. 31 - Etiquetadora
Fig. 32 - Encapsuladora
Crianza
Si en cambio el destino de los vinos es para crianza o reserva, pasará a ser
almacenado en barricas. Estas barricas son de roble, y además de aportar sabor al vino
permiten que entre oxígeno gracias a la porosidad de su madera, para abrir los caldos;
hacen de forma natural lo que se pretende adelantar hoy en día con la técnica de la
microoxigenación. Para evitar que se evapore demasiado vino de estas barricas, o lo
que es peor, que surjan problemas en la madera, es necesario controlar las condiciones
ambientales, en concreto la temperatura y humedad relativa. Para ello se suelen utilizar
climatizadores y nebulizadores, siempre que la sala de barricas no presente las
condiciones idóneas. También en esta fase es necesario realizar trasiegos, sobre todo
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 18 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
para limpiar las barricas y evitar problemas en el vino; se utiliza sulfuroso para esta
limpieza, además de agua a presión. La frecuencia de estos trasiegos es de
aproximadamente seis meses. La vida de una barrica depende de las preferencias de
cada bodega y los tiempos marcados por el Consejo Regulador. No se suelen superar los
cinco años ya que transcurrido este periodo, y habiendo albergado vinos en su interior,
la madera no aporta los mismos sabores al vino. La capacidad de estas barricas es de
225 litros (300 botellas).
Para concluir el proceso en estos vinos de crianza o reserva, se embotellan y
almacenan. La categoría de crianza o reserva depende de los tiempos en barrica y
botella, y a su vez estos tiempos varían en cada Denominación de Origen, estando
marcados por el correspondiente Consejo Regulador. Al igual que en la barrica, cuando
el vino está en botella se debe mantener a una temperatura constante para su correcta
evolución.
Fig. 33 - Barricas
Fig. 34 - Botellero
Control de la temperatura
La temperatura es probablemente el parámetro más importante a controlar en una
bodega. Es necesario mantener en un rango adecuado tanto los depósitos de vino como
los ambientes en los que descansa el caldo, bien sea en barricas o en botellas. Para
mantener estas temperaturas lo más común es utilizar equipos de refrigeración; hay
gama muy amplia de máquinas enfriadoras, con características muy diversas:
•
•
•
•
•
Unidades portátiles / unidades fijas
Con el depósito de refrigerante integrado / no integrado
Sólo para enfriar o también con bomba de calor
Refrigeración solo con agua, o con aditivos que permiten bajar de 0ºC
Amplia gama de potencia en función del volumen que debe refrigerar
Estos equipos son cada vez más importantes en las bodegas, ya que a no ser que se
disponga una cava con temperatura constante naturalmente para la conservación, será
necesario emplearlos para mantener los ambientes en el rango deseado; y
lamentablemente, es uno de los principales focos de consumo.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 19 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Fig. 35 - Equipos de frío
Para realizar el control en depósitos se utilizan diversas técnicas. En algunos de
los sistemas que podemos encontrar se controlan otros aspectos además de la
temperatura. Por lo general se incluye el control de los remontados, utilizándolos para
compensar los problemas que se encuentran al enfriar; estos problemas surgen por falta
de potencia frigorífica, o lo que es más común, por un diseño inadecuado de los
depósitos de fermentación. Esta menor eficiencia hace que muchas bodegas empleen
intercambiadores de mostos. Son equipos compuestos de tubos, de forma que el
mosto pasa por un tubo interior, y por otro que lo rodea fluye el líquido refrigerante. De
esta forma se enfría considerablemente el caldo. A pesar de ser una manera eficiente
para el bodeguero, es nefasta desde el punto de vista energético, ya que son tubos de
acero inoxidable que no suelen estar aislados, pierden mucha potencia calorífica y
fuerzan a una mayor utilización de energía por parte del equipo de frío.
Fig. 36 - Intercambiador tubular
Además del problema recientemente mencionado del diseño, existe otro referente
a las diferencias de temperatura existentes dentro de los depósitos. Cuando la
fermentación está teniendo lugar, el núcleo de mayor actividad es el sombrero,
encontrando en él temperaturas superiores al resto del mosto. Las medidas de
temperatura se toman en un punto, que generalmente no transmite la realidad térmica de
ese depósito. Por lo tanto es muy común contar con un termómetro manual para realizar
medidas en el sombrero, de forma que las decisiones que se toman para enfriar sean las
adecuadas.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 20 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Control manual
Termómetro y ducha
Se trata de la forma más básica de control. Se coloca
un termómetro en el depósito en cuestión, y el control se
limita a que una persona esté pendiente de si ese depósito
supera la temperatura deseada. Cuando esto sucede, se
enfría utilizando duchas de agua que cubren los depósitos.
Se trata de un control totalmente manual. T
En algunas bodegas esa agua simplemente se
Fig. 37 – Depósito con
desecha, y en otras se recoge mediante una canalización
termómetro
para reutilizarla. Aquellas que recogen el agua suelen usar
filtros que eliminan las impurezas, evitando así atascos en las tuberías; a pesar de
que el derroche de agua es menor, siempre hay pérdidas. También en algunas
bodegas utilizan máquinas de frío para obtener un mayor salto térmico entre el agua y
mosto, aunque al ser sólo agua, no se pueden obtener temperaturas muy bajas.
Termómetro y camisas
Este también es un control manual. La diferencia con el anterior es que los
depósitos cuentan con paneles para la refrigeración, comúnmente denominados
camisas. Estas camisas se colocan rodeando el depósito, o bien se introducen dentro de
los mismos. Para la refrigeración se suele mezclar con el agua algún compuesto que
permita descender el punto de fusión, siendo así capaces de obtener temperaturas
inferiores a 0ºC.
En esta versión manual del control, el operario abre una válvula que permite el
paso del refrigerante a las camisas. De esta forma ya se cuenta con un circuito cerrado,
evitando un gasto injustificado de agua.
Fig. 38 - Depósitos con
camisas
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Fig. 39 - Paneles que se
colocan en el interior
Anexos - 21 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Control automático
Paneles sinópticos
Este tipo de sistemas es probablemente el más extendido, pudiendo encontrarlo en
multitud de bodegas. Para controlar la temperatura se coloca una sonda en cada
depósito, generalmente del tipo PT-100. Estas sondas se cablean a un panel central,
donde un display nos enseña la temperatura a la que se encuentra cada tanque. Además
de leer la temperatura actual, se puede establecer la temperatura a la que se desea que
esté ese depósito. Cuando la sonda alcanza tal valor, se manda la orden de abrir la
electro válvula que permite el paso del líquido refrigerante a la camisa de cada tanque.
Y de la misma forma al alcanzar la temperatura deseada, se vuelve a cerrar la válvula.
En este tipo de instalaciones la máquina de frío y las bombas de circulación suelen
funcionar ininterrumpidamente. Se ha encontrado alguna en la que un autómata
programable sólo las enciende si algún depósito solicita frío, pero no es lo habitual. En
el esquema siguiente se aprecian los dos circuitos de refrigeración existentes. Como se
ha comentado, estos sistemas sólo controlan la apertura y cierre de válvulas en función
de la temperatura. Los otros dispositivos funcionan continuamente, con la pérdida de
eficiencia energética que eso conlleva. Las máquinas de frío tienen un sensor interno,
de forma que sólo enfrían el líquido si este no está a la temperatura adecuada; pero la
circulación continua contribuye a la pérdida de energía frigorífica, teniendo que enfriar
más de lo que sería necesario.
Fig. 40 - Circuitos del líquido refrigerante
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 22 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Cableado a
las sondas y
válvulas
Panel desde
el que se
realiza el
control
Fig. 41 – Ejemplo de panel sinóptico de control
Con este mismo concepto de panel sinóptico se encuentra en varias bodegas,
especialmente en cooperativas con grandes volúmenes de producción, remontados
automatizados. El funcionamiento en este caso consiste en cablear desde la bomba que
se encuentra en el depósito al panel, en el que hay un programador para cada bomba.
De esta manera el usuario puede programar desde el display correspondiente a cada
bomba los tiempos en marcha y espera de la misma. Aunque se desee establecer
idéntica programación para diversas bombas, al tratarse de un programador para cada
uno es necesario realizar la operación para cada una de ellas.
Estos paneles que controlan los remontados son independientes de los que se
encargan de controlar las temperaturas. En algunas bodegas se han visto sondas de
temperatura en la tubería por la que circula el mosto al ser remontado, pero el control de
la temperatura no se realiza en función de esta medida; simplemente se utiliza para que
el encargado la controle visualmente y obtenga así una idea más apropiada de la
temperatura media del depósito cuando se está homogeneizando.
Las ventajas de estos sistemas son que se tiene la información centralizada y un
control automático; pero no hay manera de recuperar esta información de las lecturas,
no se dispone de acceso a ese control de forma remota y tampoco se recibe ningún tipo
de notificación si ocurre algún problema. Tampoco hay ninguna actuación en relación
con el ahorro y eficiencia energética, y la escalabilidad de estos es realmente
complicada; para aumentar el número de depósitos controlados hay que aumentar el
tamaño del panel, operación generalmente complicada y costosa por su estructura física.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 23 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Control individual por depósito
Esta tipología de control comenzó a utilizarse con los depósitos auto vaciantes,
cuya forma es cilíndrica y acaba en un cono invertido en la parte inferior, facilitando el
vaciado de los mismos. Cada depósito viene con un panel de control, desde el que sale
el cableado a la bomba de remontado (con el mismo funcionamiento que en el apartado
anterior), se controla en nivel de llenado de ese tanque, y también controla la electro
válvula que permite el paso del refrigerante a la camisa en función de la temperatura
que lee la sonda (también como en el apartado anterior).
Fig. 42 - Depósito auto vaciante
Fig. 43 - Panel de control
individual
En estos sistemas las bombas de circulación del refrigerante y la máquina de frío
suelen funcionar de forma autónoma e ininterrumpida; esto no quiere decir que este sea
el funcionamiento de todos estos sistemas, ya que también se pueden encontrar algunos
en los que cada panel está cableado a otro central, en el que se encuentra la lógica
necesaria para que los dispositivos funcionen sólo si algún depósito necesita ser
enfriado. Al ser necesario desplazarse a cada depósito para observar su estado, algunas
bodegas solicitan tener toda esa información en un punto centralizado. Se pueden
encontrar entonces paneles sinópticos como los mencionados anteriormente, u otra
opción es llevar toda esa información a un software. Ambas opciones requieren un
cableado adicional, y es necesario tomar ciertas precauciones en relación a la distancia
de cableado, ya que longitudes excesivas pueden derivar en grandes desviaciones de las
lecturas.
Las ventajas y desventajas de esta opción son similares a las del caso anterior,
aunque estos sistemas se consideran superiores al soler disponer de alarmas sonoras
cuando la temperatura deseada se desvía. Además es más sencillo introducir más
depósitos, porque cada uno lleva su control. De todas formas se está nuevamente ante
el problema de la escalabilidad si se desea reunir toda esta información en un punto; si
es un panel por lo comentado en el punto previo, y si es software porque suelen ser
programas específicos, y es necesario volver a escribirlos para aumentar su capacidad.
De manera análoga al anterior, mínimas actuaciones para ahorrar energía.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 24 -
Caracterización del consumo
de una bodega
Anexos
Sistemas avanzados
Hay principalmente de dos tipologías de sistemas avanzados: aquellos que han
sido específicamente diseñados para la industria del vino con el objetivo de ser
introducidos en el mayor número de bodegas posibles, y otros desarrollados ‘ad hoc’
para una bodega en concreto por petición de la misma. Generalmente la primera
tipología es más adecuada para las bodegas, tratándose de soluciones robustas al haber
sido diseñadas para esta industria y contar con la experiencia de varias instalaciones;
por el contrario la segunda, a pesar de ser desarrolladas por empresas contrastadas en el
mundo de la automatización, suele pecar de la falta de conocimiento del sector y esto se
traduce en problemas de diversa índole.
Independientemente del tipo de sistema, el núcleo suelen ser autómatas
programables; éstos, junto con el software que los controla, permite gobernar gran parte
de los procesos y máquinas de la bodega. Lo más común es controlar la temperatura y
bombas de circulación, lo que deriva en un uso más eficiente de la instalación. También
se suelen controlar los remontados, refrigeración y humedad ambiental, oxigenación…,
en definitiva, todos aquellos aspectos en los que la bodega esté interesada. Y
nuevamente, este tipo de control recoge información en tiempo real útil para utilizar los
recursos de manera eficiente.
Fig. 44 - Ejemplo de sistema de control avanzado
Otras ventajas de este tipo de sistemas son la posibilidad de recibir alarmas
cuando algo no está funcionando como era esperado, el control remoto de las
instalaciones, y la disposición de toda la información tanto actual como histórica.
Entre inconvenientes que están retrasando la generalización de estas potentes
herramientas se encuentra el precio, generalmente percibido por la gente del vino como
elevado a pesar de las múltiples ventajas que les aportan, y el aún existente salto
tecnológico, que cierra les cierra las puertas en múltiples empresas vinícolas. Por suerte
el superar estos inconvenientes es cuestión de tiempo, y se debe trabajar poniendo
especial énfasis en que estos sistemas ofrezcan un uso mucho más racional de los
recursos.
Juan Antonio Ruiz Fuentes
Anexos - 25 -