Francisco Fuidio Blasco
Automatización del control de fermentación en bodega
Javier Bretón Rodríguez
Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Eléctrica 2012-2013 Título Autor/es Director/es Facultad Titulación Departamento Curso Académico
© El autor
© Universidad de La Rioja, Servicio de Publicaciones, 2013 publicaciones.unirioja.es
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PROYECTO FIN DE CARRERA
I.T.I. ELECTRÓNICA
AUTOMATIZACIÓN DEL CONTROL DE
FERMENTACIÓN EN BODEGA
FRANCISCO FUIDIO BLASCO
TUTOR: JAVIER BRETÓN RODRÍGUEZ
DEPARTAMENTO: INGENIERÍA ELÉCTRICA
CURSO 2012-2013
CONVOCATORIA: 1ª
ÍNDICE
1. MEMORIA………..………..……….12
1.1. INTRODUCCIÓN………..………..….13 1.1.1. OBJETO………...…..……….………..…….……13 1.1.2. ALCANCE………..………..………..14 1.2. ANÁLISIS DE PARTIDA………….……….……15 1.2.1. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA………..…………..………..………..….15 1.2.2. CONDICIONANTES EXTERNOS………..………..……161.2.3. DENOMINACIÓN DE ORIGEN ‘RIOJA’………..……….…16
1.2.3.1. ÁREA DE PRODUCCIÓN………..……….16
1.2.3.2. REGLAMENTO DEL CONSEJO REGULADOR………..………….18
1.2.3.3. FUNCIONES DEL CONSEJO REGULADOR……….……...………19
1.3. ANTECEDENTES...20
1.3.1. PROCESO DE VINIFICACIÓN DEL VINO TINTO….…….……...…….…20
1.3.1.1. VENDIMIA………..…….20
1.3.1.2. TRANSPORTE A LA BODEGA………..………21
1.3.1.3. OPERACIONES PREVIAS EN BODEGA……….……….21
1.3.1.4. DESPALILLADO...21
1.3.1.5. ESTRUJADO……….………...22
1.3.1.6. ENCUBADO Y MACERACIÓN………..23
1.3.1.7. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA……….……….24
1.3.1.7.1. NATURALEZA Y DESARROLLO...24
1.3.1.7.1.1. CRECIMIENTO Y DESARROLLO DE LAS LEVADURAS….………27
1.3.2.7.2. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA………....29
1.3.2.7.3. INFLUENCIA DE LA AIREACIÓN...31
1.3.1.7.4. CONTROL DE LA DENSIDAD………..………32
1.3.1.8. PRÁCTICA DEL REMONTADO………33
1.3.1.9. DESCUBE………...34
1.3.1.10.PRENSADO…...………...36
1.3.2. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA BODEGA…………....….……...………….37
1.3.3.1. PRIMER EDIFICIO……….……….38
1.3.3.1.1. SEGUNDA PLANTA……….38
1.3.3.1.2. PRIMERA PLANTA……….……….38
1.3.3.2. SEGUNDO EDIFICIO………..39
1.3.3.2.1. PRIMERA PLANTA……….……….39
1.3.3.2.2. PLANTA CERO O SUBTERRANEA……….……….39
1.3.3.3. TERCER EDIFICIO…...………..44
1.3.3.3.1. PRIMERA PLANTA...44
1.3.3.3.2. PLANTA CERO O SUBTERRANEA……...………...…….………..46
1.4. NORMAS Y REFERENCIAS……….………..49 1.5. DEFINICIONES…………..…………...………50 1.5.1. LA UVA………..……….………..………..50 1.5.2. RACIMO DE UVA…………..……….……….50 1.5.3. RASPÓN O ESCOBA………...………...……….50 1.5.4. GRANO………...………..51
1.5.5. COMPOSICIÓN DEL GRANO DE UVA………..………...………52
1.6. PROBLEMÁTICA EXISTENTE………53
1.7. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……..………...………55
1.7.1. CONDUCCIONES……….55 1.7.2. CONTROL DE TEMPERATURA……….56 1.7.3. CONTROL DE LA DENSIDAD……….……56 1.7.4. CONTROL DE CO2……….……….………56 1.8. ANÁLISIS DE SOLUCIONES………...………..61 1.8.1. CONDUCCIONES……….61 1.8.2. CONTROL DE TEMPERATURA……….61 1.8.2.1. CONTROL DE FERMENTACIÓN………...………..61 1.8.2.1.1. ANÁLISIS DE DISEÑO……….………62 1.8.2.2. BOMBA DE CALOR………...….63 1.8.2.2.1. FUNCIONAMIENTO E HISTORIA……….……….….63
1.8.2.2.2. CICLO DE CALEFACCIÓN Y CICLO DE REFRIGERACIÓN…….…………64
1.8.2.2.3. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR……….……..66
1.8.2.2.5. FOCOS DE LA BOMBA DE CALOR……….……….68
1.8.2.2.6. COMPONENTES DE LA BOMBA DE CALOR……….……….71
1.8.2.2.6.1. COMPRESOR……….………...71 1.8.2.2.6.2. CONDENSADORES……….………..81 1.8.2.2.6.3. EVAPORADORES……….………82 1.8.2.2.6.4. VENTILADORES……….……….85 1.8.2.2.6.5. OTROS ELEMENTOS………….………..85 1.8.2.2.7. EFICIENCIA O RENDIMIENTO……….………..86 1.8.3. CONTROL DE LA DENSIDAD……….………87 1.8.4. CONTROL DE CO2……….……….………87 1.9. SOLUCIÓN FINAL………...………88 1.9.1. DISEÑO……….…………..88 1.9.1.1. CONDUCCIONES………...……….88 1.9.1.2. CONTROL DE TEMPERATURA……….………...…...88 1.9.1.2.1. BOMBA DE CALOR……….……….88
1.9.1.2.2. MEDIDA DE MAGNITUDES FÍSICAS. SENSORES...90
1.9.1.2.2.1. TEMPERATURA……….………..90
1.9.1.2.2.1.1. PT100………...….…………91
1.9.1.2.2.2. NIVEL……….………..93
1.9.1.2.2.3. DENSIDAD……….…..94
1.9.1.2.2.3.1. ELECCIÓN DENSIMETRO………...….………95
1.9.1.3. EQUIPO DE DETECCIÓN DE CO2……….………...………...97
1.9.1.2.1. SENSOR DE CO2……….……….97
1.9.2. AUTOMATIZACIÓN. EQUIPO DE CONTROL……….………..98
1.9.2.1. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL………….………..………98
1.9.2.2. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN……...….……103
1.9.2.3. SELECCIÓN DEL AUTOMATA………..……105
1.9.2.4. EQUIPO DE CONTROL...107
1.9.2.4.1. AUTÓMATA CJ1M……….……….……..108
1.9.2.4.1.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES………...……….……...108
1.9.2.4.1.2. MODELOS DE CPU………...……….109
1.9.2.4.1.4. CONSUMO……….………110
1.9.2.4.1.5. COMUNICACIONES SERIE……….……..111
1.9.2.4.1.6. ÁREAS DE MEMERIA. ESTRUCTURA……...………….……..111
1.9.2.4.1.7. ÁREA DEVICENET DEL PLC CJ1………….……….……112
1.9.2.4.1.7.1. INICIALIZACIÓN DEL ÁREA DEVICENET…….….……113
1.9.2.4.1.7.2. FUNCIONAMIENTO DEL BIT DE RETENCIÓN IOM….…114 1.9.2.4.2. UNIDAD MAESTRA DE COMPOBUS/D CJ1W_DRM21…………..……114
1.9.2.4.3. MÓDULOS ESCLAVOS DE COMPOBUS/D……….…………..…117
1.9.2.4.3.1. TERMINALES DE ENTRADA/SALIDA DIGITALES…..……...118
1.9.2.4.3.2. TERMINALES DE ENTRADA/SALIDA ANALÓGICA….….….121 1.9.2.4.3.3. TERMINAL DE ENTRADA DE TEMPERATURA………….….126
1.9.2.4.4. DERIVADORES Y FINALES DE LÍNEA……….………127
1.9.2.4.5. CABLEADO DE RED……….128
1.9.2.4.6. CONFIGURACIÓN DE COMPOBUS/D……….……….129
1.9.2.4.6.1. ASIGNACIÓN DE NÚMEROS DE NODO………….…….……..131
1.9.2.4.6.2. CONFIGURACIÓN DE DIRECCIONES DEL MAESTRO POR EL USUARIO………132
1.9.2.4.6.3. CONFIGURACIÓN DEL TAMAÑO DE LOCALIZACIÓN….……133
1.9.2.4.6.4. MAPEADO COMPOBUS/D EN LA MEMORIA DEL PLC CJ1.…134 1.9.2.4.7. ELECTROVÁLVULAS……….………..….139 1.9.2.4.8. PROGRAMAS UTILIZADOS……….……….139 1.10. SCADA. CX-SUPERVISOR……….………..……….141 1.10.1. NUEVO PROYECTO………….……….………144 1.10.2. EDITOR DE PROYECTOS…………..……….144 1.10.3. EDITOR DE PUNTOS……….………..145 1.10.4. PÁGINAS GRÁFICAS………...……….152
1.10.4.1. PÁGINA GRÁFICA: PLANTA DEPÓSITOS………….………152
1.10.4.2. PÁGINA GRÁFICA: CONTROL FERMENTACIÓN DEPÓSITO 1………154
1.10.4.3. PÁGINA GRÁFICA: CONTROL CO2……….………154
1.10.5. CONTROL MANUAL DE LA REFRIGERACIÓN Y CALEFACCIÓN...…..154
1.10.6. CONTROL MANUAL DE LOS REMONTADOS………158
1.10.8. LIBRERÍA DE OBJETOS GRÁFICOS………...………164
1.10.9. EDITOR DE ANIMACIONES……….…….166
1.10.9.1. ANIMACIÓN DEL NIVEL DEL DEPÓSITO……….………….…...167
1.10.9.2. ANIMACIÓN DEL REMONTADO……….…………..………..168
1.10.9.3. ANIMACIÓN DE LA REFRIGERACIÓN/CALEFACCIÓN…………...…..169
1.10.10. ENLACE ENTRE LAS PÁGINAS………...………..171
1.10.11. ASPECTO FINAL DE LAS PÁGINAS………..………...173
1.11. PROGRAMA DE CONTROL. CX-PROGRAMMER…………..……..……….175
1.11.1. GRAFCET DE CONTROL...….……….……….…..…176
1.11.2. MAPEADO DE MEMEORIA DEL PLC CJ1M...……….182
1.11.3. ESCALADO DE SENSORES……….…….………..213
1.11.3.1. ESCALADO DE SENSOR DE DENSIDAD……….….……….……….213
1.11.3.2. ESCALADO DE PT100……….………..………215
1.11.3.3. ESCALADO DE SENSORES DE NIVEL………….………...216
1.11.4. TEMPORIZADOR LARGO……….………..217
2. ANEXOS………..………..………...……220
2.1. DEPÓSITOS……….………221
2.1.1. TIPOS DE DEPOSITOS……….…...………221
2.1.2. DIMENSIONES DE LOS DEPÓSITOS…………...……….………...…...…..222
2.2. NECESIDADES FRIGORÍFICAS EN BODEGA.……..….…...………….……223
2.2.1. INTRODUCCIÓN………..………..….………..…...……223
2.2.2. NECESIDADES FRIGORÍFICAS PARA EL CONTROL TÉRMICO.….…..…224
2.2.3. NECESIDADES FRIGORÍFICAS PARA LA ESTABILIZACIÓN FÍSICO QUÍMICA DE VINOS………...230
2.3. DIMENSIONADO DEL EQUIPO DE FRÍO………..…...………....……232
2.3.1. PROGRAMA PRODUCTIVO……….…………...…..……..….………232
2.3.2. GRUPO DE FRÍO, NECESIDADES FRIGORÍFICAS…….….……...…...…..233
2.4. COMPOBUS/D……….………..………235
2.4.1. INTRODUCCIÓN……….………..………235
2.4.1.2. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA………..…………236
2.4.2. LISTA DE SCAN………...……….……237
2.4.3. ÁREAS CIO Y DM……….……….………239
2.4.3.1. CONTENIDO Y DESCRIPCIÓN DEL ÁREA CIO………..…...………239
2.4.3.1.1. BITS DE SOFTWARE 1 (CANAL n)………...…240
2.4.3.1.2. BITS DE SOFTWARE 2 (CANAL n+1)……….….…………242
2.4.3.1.3. BITS UTILIZAR EL PROTOCOLO COS EN EL MAESTRO (CANALES n+2 A n+5)………..………...……….…243
2.4.3.1.4. BITS CONECTAR/DESCONECTAR COMUNICACIONES (CANALES N+6 A N+9)……….………243
2.4.3.1.5. PRIMER CANAL DE ESTADO DE LA UNIDAD……….……...…….244
2.4.3.1.6. SEGUNDO CANAL DE ESTADO DE LA UNIDAD……….….………245
2.4.3.1.7. PRIMER CANAL DE ESTADO DEL MAESTRO……….……246
2.4.3.1.8. SEGUNDO CANAL DE ESTADO DEL MAESTRO……….……….…248
2.4.3.1.9. PRIMER CANAL DE ESTADO DEL ESCLAVO……….…..……248
2.4.3.1.10. SEGUNDO CANAL DE ESTADO DEL ESCLAVO………...…..250
2.4.3.1.11. TABLA DE ESCLAVOS REGISTRADOS………...……251
2.4.3.1.12. TABLA DE ESCLAVOS NORMALES……….………...……251
2.4.3.1.13. ESTADO DE REEMPLAZO DEL MAESTRO………….………..….251
2.4.3.2. CONTENIDO Y DESCRIPCIÓN DEL AREA DM………..………252
2.4.3.2.1. TABLA DE CONFIGURACIÓN DEL TIEMPO DE CICLO DE LAS COMUNICACIONES………..….253
2.4.3.2.2. TABLA DE CONFIGURACIÓN DE DIRECCIONES DEL MAESTRO POR EL USUARIO……….………...253
2.4.3.2.3. TABLA DE CONFIGURACIÓN DEL TAMAÑO DE LOCALIZACIÓN……..254
2.4.3.2.4. TABLA DE CONFIGURACIÓN DE DIRECCIONES DEL ESCLAVO POR EL USUARIO………...……….…255
2.4.3.2.5. TABLA DE REFERENCIA DEL TIEMPO DE CICLO DE LAS COMUNICACIONES………...……255
2.4.3.2.6. TABLA DE REFERENCIA DE DIRECCIONES CONFIGURADAS POR EL USUARIO EN EL MAESTRO………..………255
2.4.3.2.7. TABLA DE REFERENCIA DE DIRECCIONES CONFIGURADAS POR EL USUARIO EN EL ESCLAVO………..………….256
2.5. COMUNICACIÓN SERIE……….………..259
2.5.1. RS-232………...………..……259
2.5.2. COMPARACIÓN RS-485 Y RS-232…….………….……..………...260
2.5.3. CONVERSORES RS-232 / RS-485………..….………...………..…260
3. PLANOS………..………..………261
3.1. CONEXIONADO GENERAL DE COMPOBUS/D………….……….….262
3.2. CONEXIONADO NODO 1 MODULO DRT1-OD16………..…...…263
3.3. CONEXIONADO NODO 2 MODULO DRT1-OD16………..…..….264
3.4. CONEXIONADO NODO 3 MODULO DRT1-OD16………..…………..…….265
3.5. CONEXIONADO NODO 4 MODULO DRT1-OD16………...…..……266
3.6. CONEXIONADO NODO 5 MODULO DRT1-OD16…………..………...……267
3.7. CONEXIONADO NODO 6 MODULO DRT1-OD16…..……...………268
3.8. CONEXIONADO NODO 7 MODULO DRT1-OD16….………...….…269
3.9. CONEXIONADO NODO 8 MODULO DRT1-AD04…………..…..………….270
3.10. CONEXIONADO NODO 9 MODULO DRT1-AD04……...………...………271
3.11. CONEXIONADO NODO 10 MODULO DRT1-AD04………...……...….…272
3.12. CONEXIONADO NODO 11 MODULO DRT1-AD04……...…………...….273
3.13. CONEXIONADO NODO 12 MODULO DRT1-AD04……….……….….…274
3.14. CONEXIONADO NODO 13 MODULO DRT1-AD04…...…………...….…275
3.15. CONEXIONADO NODO 14 MODULO DRT1-AD04……….…..……....…276
3.16. CONEXIONADO NODO 15 MODULO DRT1-AD04………...………....…277
3.17. CONEXIONADO NODO 16 MODULO DRT1-AD04……….…..…..….….278
3.18. CONEXIONADO NODO 17 MODULO DRT1-AD04…….…..……...….…279
3.19. CONEXIONADO NODO 18 MODULO DRT1-AD04………...…..…….….280
3.20. CONEXIONADO NODO 19 MODULO DRT1-AD04……….……...….…..281
3.21. CONEXIONADO NODO 20 MODULO DRT1-AD04………...……….….282
3.22. CONEXIONADO NODO 21 MODULO DRT1-AD04……….……..…...….283
3.23. CONEXIONADO NODO 22 MODULO DRT1-AD04…...……..……….….284
3.24. CONEXIONADO NODO 23 MODULO DRT1-AD04………...……...….…285
3.26. CONEXIONADO NODO 25 MODULO DRT1-AD04……….…..….….…..287
3.27. CONEXIONADO NODO 26 MODULO DRT1-AD04………...…….….…..288
3.28. CONEXIONADO NODO 27 MODULO DRT1-AD04……….………….….289
3.29. CONEXIONADO NODO 28 MODULO DRT1-AD04……….………….….290
3.30. CONEXIONADO NODO 29 MODULO DRT1-AD04……….…..…..….….291
3.31. CONEXIONADO NODO 30 MODULO DRT1-AD04………...……...….…292
3.32. CONEXIONADO NODO 31 MODULO DRT1-AD04………...…...…….…293
3.33. CONEXIONADO NODO 32 MODULO DRT1-AD04……….…….…….…294
3.34. CONEXIONADO NODO 33 MODULO DRT1-TS04P……….………....…295
3.35. CONEXIONADO NODO 34 MODULO DRT1-TS04P……….….…….…..296
3.36. CONEXIONADO NODO 35 MODULO DRT1-TS04P………...……….….297
3.37. CONEXIONADO NODO 36 MODULO DRT1-TS04P……….……...….…298
3.38. CONEXIONADO NODO 37 MODULO DRT1-TS04P……….……...….…299
3.39. CONEXIONADO NODO 38 MODULO DRT1-TS04P……….…..…….….300
3.40. CONEXIONADO NODO 39 MODULO DRT1-TS04P……….………....…301
3.41. CONEXIONADO NODO 40 MODULO DRT1-TS04P……….…..…….….302
3.42. CONEXIONADO NODO 41 MODULO DRT1-TS04P………..…..….303
3.43. CONEXIONADO NODO 42 MODULO DRT1-TS04P………..……….…..304
3.44. CONEXIONADO NODO 43 MODULO DRT1-TS04P…….………..….….305
3.45. CONEXIONADO NODO 44 MODULO DRT1-TS04P…….………..….….306
3.46. CONEXIONADO NODO 45 MODULO DRT1-TS04P……...………….….307
3.47. GRAFCET PRINCIPAL……….….….….…..308
3.48. GRAFCET CONTROL DE TEMPERATURA.………...….…....309
3.49. GRAFCET CONTROL DE REMONTADOS………..…..………310
3.50. GRAFCET CONTROL CO2……….……….311
4. PLIEGO DE CONDICIONES………..………..………….………….312
4.1. DISPOSICIONES GENERALES. ... 313
4.1.1. OBJETO. ... 313
4.1.2. PROPIEDAD INTELECTUAL. ... 313
4.2.1. OBJETO DEL PLIEGO. ... 314
4.2.2. DOCUMENTOS QUE DEFINEN LAS OBRAS. ... 315
4.2.3. COMPATIBILIDAD Y RELACIÓN ENTRE DOCUMENTOS. ... 315
4.3. DISPOSICIONES LEGALES Y NORMATIVA APLICABLE. ... 316
4.3.1. NORMATIVA REFERENTE A MÁQUINAS. ... 316
4.3.2. NORMATIVA RELATIVA A ELECTRICIDAD. ... 316
4.3.3. NORMATIVA RELATIVA A LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN. ... 317
4.3.4. NORMATIVA SOBRE ELABORACIÓN DE PROYECTOS. ... 317
4.3.5. NORMATIVA SOBRE SEGURIDAD. ... 317
4.3.6. NORMATIVA DEL AUTÓMATA. ... 318
4.3.7. NORMATIVA SOBRE MATERIALES Y EQUIPOS. ... 318
4.4. CONDICIONES FACULTATIVAS. ... 320
4.4.1. DIRECCIÓN. ... 320
4.4.2. LIBRO DE ÓRDENES. ... 320
4.4.3. MODIFICACIONES. ... 320
4.4.4. COMIENZO DE LOS TRABAJOS Y PLAZO DE EJECUCIÓN. ... 321
4.4.5. PERSONAL. ... 322
4.4.6. MATERIALES. ... 322
4.4.7. EJECUCIÓN DEL PROYECTO. ... 323
4.4.8. RESPONSABILIDAD. ... 323
4.4.9. RECEPCIÓN DE LA OBRA. ... 324
4.4.10. RECLAMACIONES. ... 324
4.4.11. RECISIÓN DEL CONTRATO. ... 325
4.5. CONDICIONES ECONÓMICAS. ... 326
4.5.1. ERRORES EN EL PROYECTO. ... 326
4.5.2. JORNADAS Y SALARIOS. ... 326
4.5.3. PRECIOS DE MATERIALES. ... 326
4.5.4. LIQUIDACIÓN. ... 327
4.6. CONDICIONES TÉCNICAS REFERENTES AL CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE FERMENTACIÓN DEL VINO .... 328
4.6.1. CONDICIONES GENERALES. ... 328
4.6.1.1. Condiciones de desarrollo. ... 328
4.6.2. AUTÓMATA Y PROGRAMA DE CONTROL. ... 329
4.6.2.1. Condiciones hardware. ... 329
4.6.2.2. Condiciones software. ... 329
4.6.3. APLICACIONES DE MONITORIZACIÓN Y CONTROL. ... 330
4.6.3.1. Condiciones hardware. ... 330 4.6.3.2. Condiciones software. ... 330 4.6.4. COMUNICACIONES. ... 330 4.6.4.1. Condiciones hardware. ... 330 4.6.4.2. Condiciones software. ... 330 4.6.5. MANTENIMIENTO. ... 331 4.7. DISPOSICIÓN FINAL. ... 332
5. PRESUPUESTO…………..………...……...………..333
5.1. ESTADO DE MEDICIONES ... 3345.1.1. AUTOMATAYMÓDULOSASOCIADOS ... 334
5.1.2. SENSORESYACTUADORES ... 334
5.1.3. CONDUCTORESYACTUADORES ... 334
5.1.4. BOMBADECALOR ... 335
5.1.5. SOFTWAREDEPROGRACACIÓN ... 335
5.1.6. PROGRAMACIÓNYPUESTAENMARCHA ... 335
5.2. PRESUPUESTO ... …………..336
5.2.1. PRECIOSUNITARIOS ... 336
5.2.1.1. AUTÓMATA Y MÓDULOS ASOCIADOS... 336
5.2.1.2. SENSORES Y ACTUADORES ... 336
5.2.1.3. CONDUCTORES Y ACTUADORES ... 336
5.2.1.4. BOMBA DE CALOR ... 337
5.2.1.5. SOFTWARE DE PROGRACACIÓN ... 337
5.2.2. PRECIOSPARTIDAS ... 338
5.2.2.1. AUTOMATA Y MÓDULOS ASOCIADOS... 338
5.2.2.2. SENSORES Y ACTUADORES ... 338
5.2.2.3. CONDUCTORES Y ACTUADORES ... 338
5.2.2.4. BOMBA DE CALOR ... 339
5.2.2.5. SOFTWARE DE PROGRACACIÓN ... 339
5.2.2.6. PROGRAMACIÓN Y PUESTA EN MARCHA ... 339
1.1. Introducción.
El presente proyecto ha sido realizado por Francisco Fuidio Blasco para la obtención del título de “Ingeniera Técnica Industrial, especialidad Electrónica Industrial” en la Universidad de La Rioja.
El proyecto que he realizado lleva como título “Automatización del control de fermentación de vino en bodega”.
Javier Bretón Rodríguez, profesor del departamento de Ingeniería Eléctrica ha sido el elegido para dirigir dicho proyecto.
Dicho proyecto se llevara a cabo en la bodega “Cooperativa San Sixto” situada en el pueblo de Yécora (Rioja Alavesa).
1.1.1. Objeto.
La realización de este proyecto tiene como objeto el diseño, control, monitorización y supervisión del proceso de fermentación del vino en bodega.
Primeramente se detallará la problemática existente y posteriormente se analizarán las diferentes alternativas que ayuden a solucionar dichos problemas, adoptando aquella que mejor los solucione, justificando las razones que llevaron a tomarlas.
Una vez analizados los problemas que se presentan durante la fase de fermentación en el proceso de elaboración del vino, sigo los siguientes pasos:
Análisis de las soluciones a los problemas y solución técnica propuesta.
Dimensionamiento de los equipos necesarios. Centralización de datos.
Selección de los equipos a emplear para llevar a cabo la automatización.
Programación del equipo de control.
1.1.2. Alcance.
La automatización del proceso del control de fermentación del vino a implementar, cuida la tradición de dicho proceso en alguna de las fases pero otras muchas se aprovecha de muchos de los avances de la ingeniería para mejorar todo aquello que la mano de obra humana no consigue. De este modo el rendimiento del producto aumenta de manera muy notable.
Abarca el estudio, análisis, control y diseño del proceso del control de fermentación realizando la programación de un PLC controlado desde un PC.
Se incluye también una simulación del proceso donde se plasma la solución final del proyecto.
1.2. Análisis de partida: Características generales del sector
en el área de desarrollo del proyecto.
1.2.1. Localización geográfica de la Bodega.
El presente Proyecto de Automatización del Control de Fermentación de Vinos amparados por la D.O.Ca. “Rioja”, sita en el polígono 1, parcela 1242, en la calle Exc. Diputación Foral de Álava, 40, del Término Municipal de Yécora (Álava), le ha sido encargado al que suscribe FRANCISCO FUIDIO BLASCO, estudiante de Ingeniería Técnica Industrial en la Universidad de la Rioja, por parte de BODEGA COOPETATIVA SAN SIXTO.
Se sitúa en el paraje del Término Municipal de Yécora con influencia climática Atlántica situada a una altitud media de 700m, dentro de la comarca vitivinícola llamada Rioja-Alavesa. Dicha comarca se sitúa en la parte sur de la provincia de Álava (País Vasco) limitada al norte por la Sierra de Cantabria y al sur por el rivera del Ebro.
El paraje donde se encuentra ubicada la bodega, desde un punto de vista bioclimático, se localiza en el piso mesomediterráneo seco propio de esa zona, con veranos rigurosos y una duración del periodo biológicamente seco para la vegetación cercano a 5 meses. La evotranspiración anual alcanza valores comprendidos entre los 200 y 800mm.
1.2.2. Condicionantes externos.
El área de influencia de la Bodega está vinculada a la localidad de Yécora. La zona es un fuerte núcleo de actividad vinícola, siendo este el referente más destacado a nivel socioeconómico.
Los veranos son cortos y los inviernos templados, con alguna helada pero pocas nieves.
Es una zona ubicada tras la Sierra Cantabria, que protege las viñas de los vientos fríos del Norte y permite que la cepa aproveche mejor el calor, donde los viñedos aparecen clasificados como tierras arcillo-calcáreas (excelente para que las cepas absorban la humedad necesaria), situados a una altitud media de 700 m. Disfruta de un microclima que hace a esta comarca perfecta para el cultivo de la vid.
La Bodega se encuentra dotada de todos los servicios, entre los más importantes: Abastecimiento de agua, red de energía eléctrica, red de saneamiento y red de teléfono.
Para el riego de los viñedos se realizó una balsa que abastece a todo el territorio de Yécora. El riego ser realiza por goteo o aspersión.
1.2.3. Denominación de Origen Calificada Rioja.
1.2.3.1. Área de producción.
La diversidad del terreno y del clima hacen que esta región vitivinícola se divida en tres subzonas: Rioja Alta, Rioja Baja y Rioja Alavesa.
Las 57.000 hectáreas de viñedo que actualmente componen la Denominación de Origen Calificada "Rioja" se distribuyen entre las Comunidades Autónomas de La Rioja, Navarra y el País Vasco. Su producción media anual es de 250 millones de litros, de los que el 85% corresponde a vino tinto y el resto a blanco y rosado.
Subzona de la Rioja Alavesa:
Con 12.000 habitantes y una superficie de 316 kilómetros cuadrados, La Rioja Alavesa cuenta con 13.500 hectáreas de viñedos, y cerca de 400 bodegas que elaboran anualmente alrededor de 100 millones de botellas de vino, bajo el control del Consejo Regulador de la D.O. Calificada Rioja. La cosecha media anual se aproxima a los 40 millones de litros de vino. Sus vinos (elaborados dentro del marco de control del Consejo Regulador de la Denominación de Origen Calificada Rioja) gozan de un merecido prestigio internacional.
La calidad de sus caldos se debe, en gran medida, al suelo arcillo-calcáreo (excelente para que las cepas absorban la humedad necesaria), al clima ( Disfruta de un microclima que hace a esta comarca perfecta para el cultivo de la vid) y a la ubicación de los viñedos tras la Sierra de Cantabria (que protege las viñas de los vientos fríos del Norte y permite que la cepa aproveche mejor el calor), así como al cuidado de sus gentes en conjugar el legado histórico de elaboración y las nuevas tecnologías.
La uva.
El 90% del vino que se produce en la Rioja Alavesa se elabora a partir de la variedad de uva conocida como Tempranillo. Es un tipo de uva apta para envejecer, de buen color y moderada acidez. Su nombre procede de la precocidad con la que madura. Otras variedades con las que nos podemos encontrar son: el viura (uva blanca procedente del Mediterráneo), la garnacha (de origen aragonés), el mazuelo (que da lugar a mostos de poco grado), el graciano (que produce tintos rojos vivo y aromáticos, excelente para mezclar con otras variedades de uva), la garnacha blanca y la malvasía.
Los vinos.
Como características generales, el extraordinario vino de la Rioja Alavesa tiene un color brillante y vivo, un fino aroma, un sabor afrutado y un paladar agradable. Su graduación oscila entre los 12 y los 14 grados.
El Tinto es el producto más característico de Rioja Alavesa. Se siguen utilizando dos métodos de producción, el que elabora la vendimia estrujada y despalillada, y el tradicional con la vendimia entera (maceración carbónica). La diferencia está en la utilización del "lago" de fermentación, que se aplica en el método tradicional, en donde se vierten los racimos enteros para una maceración capaz de extraer mejor los aromas y color del vino.
Municipios.
La región de la Rioja Alavesa, situada al sur del País Vasco está limitada al norte por la Sierra de Cantabria y al sur por el río Ebro, comprende los municipios alaveses de Baños de Ebro, Barriobusto, Elciego, Elvillar, Kripan, Labastida, Labraza, Laguardia, Lanciego, Lapuebla de Labarca, Leza, Moreda de Álava, Navaridas, Oyón, Páganos, Samaniego, Villabuena de Álava y Yécora.
1.2.3.2. Reglamento del Consejo Regulador.
El 11 de enero de 1927 se constituía oficialmente el Consejo Regulador en Logroño y empezaba a trabajar en las primeras tareas.
Con inusitada rapidez, el Reglamento se publicaría con fecha de 24 de febrero de 1928 en forma de Real Orden; poco después, 30 de marzo, vendría la Relación acordada por el Consejo Regulador de La Rioja de los pueblos de las provincias de Logroño, Álava y Navarra.
En 1970, fue aprobado el Reglamento de la Denominación de Origen y de su Consejo Regulador. Fue en esa fecha cuando este organismo adquirió una estructuración y funciones perfectamente definidas: "La defensa de la Denominación de Origen, la aplicación, el control y fomento de la calidad de los vinos amparados quedaron encomendados, en primer término, al Consejo Regulador".
El 3 de abril de 1991 una Orden Ministerial otorgó el carácter de Calificada a la Denominación de Origen "Rioja", primera y única en España que posee este rango.
1.2.3.3. Funciones del Consejo Regulador.
Consisten en la defensa, control y promoción de los productos amparados por la D.O. Rioja.
Se definen en el mapa de La Rioja las tres subzonas de producción de vinos amparados por el C.R.
Las funciones del consejo regulador son determinar: • Las variedades de vid autorizadas
• La densidad de plantación • Los sistemas de poda
• El grado mínimo de la uva para vendimiar • Los rendimientos máximos de producción • La autorización de nuevas plantaciones
• El rendimiento máximo de transformación de 70 litros de vino por cada 100 Kg. de uva vendimiada
• Los requisitos para el uso de las menciones “crianza”, ”Reserva” y “Gran Reserva” y de la indicación de subzona.
1.3. Antecedentes.
En este apartado incluyo primero la descripción de las fases llevadas a cabo para la vinificación del vino tinto, haciendo hincapié en la fase de fermentación del vino. Luego realizo una descripción de la historia de la bodega y los cambios realizados en ella durante su existencia, y por último incluyo la descripción de la bodega de partida para este proyecto (instalaciones y maquinaria existente en cada una de las plantas).
1.3.1. Proceso de vinificación del vino tinto. Descripción del
proceso y tecnología empleada.
1.3.1.1. Vendimia.
La vendimia es un proceso realizado principalmente entre finales de septiembre y principios de Octubre (en Yécora normalmente se realiza a principios de octubre), según se encuentre la maduración de la uva. Si la uva no cumple todas las características deseadas se dejara un poco más en la cepa o si por el contrario la uva cumple todos los requisitos en periodo de tiempo menor se recogerá antes.
La vendimia es realizada por los temporeros manualmente con tijera o corquete, o bien por recolección mecanizada de la uva con cosechadora. Con cosechadora solo se pueden realizar las viñas que estén en espaldera (emparradas). Las viñas que estén en vaso no son aptas para realizarlas con cosechadora. La principal diferencia de hacer la vendimia a mano con respecto a hacerla con cosechadora es el respeto por la integridad de los racimos. La ventaja de hacerlo a mano es que el racimo va integro al remolque, sin embargo, con cosechadora solo se recoge los granos (la vid es sacudida por por medio de varias filas de varas de fibra de vidrio en modo vibratorio, dos bloques opuestos de varas que se mueven sincronizadas a 300-500 ciclos por minuto golpeando los sarmientos a la vez que la cosechadora se desplaza por encima de la línea de cultivo), y esto conlleva a una peor calidad del vino, pero es más rentable ya que se pueden recolectar una hectárea en una hora y media, sustituyendo el trabajo de 40 temporeros.
Bien haciendo la recolección manualmente o mecánicamente, la uva es descargada en un remolque.
1.3.1.2. Transporte a la bodega.
El transporte de las uvas de la viña a la bodega se realiza en tractor con remolque o bañera.
El transporte debe ser rápido y cuidadoso para una mayor calidad de la uva, ya que un transporte tardío conllevaría a la oxidación de la uva.
1.3.1.3. Operaciones previas en bodega: recepción y
descarga.
Cuando llega la uva a la bodega, lo primero que se hace es pesar la carga, tomar muestra y descargar en la tolva.
Después de la tolva, se envía la vendimia hasta la máquina de despalillado-estrujado mediante bombas de vendimia.
1.3.1.4. Despalillado.
El despalillado consiste en separar el raspón del grano de uva. Puede realizarse antes o después del estrujado de la uva pero es mucho más lógico hacerlo antes.
VENTAJAS:
• Impide que pasen al mosto sustancias del raspón que darían olores y sabores desagradables y endurecerían y embastecerían el vino.
• Se disminuye el volumen a encubar.
• Se consigue una mayor extracción de color durante la maceración, ya que si no se quita el raspón se absorbe materia colorante.
• Se obtienen vinos de mayor grado alcohólico ya que el raspón aporta agua. • Facilita el control de temperatura ya que los raspones absorben mucho
calor.
INCONVENIENTES:
• Retirar los escobajos puede dificultar el prensado al hacer la masa más compacta.
• Se puede producir una ralentización de la fermentación, ya que los raspones favorecen la presencia de oxígeno en la masa y el desarrollo de las levaduras.
• El despalillado puede influir en la oxidación del mosto y además aumentar los fangos. Se acentúa la gravedad de la quiebra oxidásica.
• Un peligro de esta fase consiste en la rotura del raspón y de las pepitas, ya que disminuye la calidad del vino al cederse sabores leñosos al mosto. TECNOLOGIA EMPLEADA:
Se suelen utilizar despalilladoras horizontales, que consisten en una carcasa metálica en cuyo interior existe un cilindro perforado y un eje que tiene unas paletas. La uva cae por una tolva superior al interior del cilindro y por efecto de giro de las paletas, los raspones se separan y los granos tienden a pasar a través de las perforaciones.
Los granos se recogen por la parte inferior y en muchos casos pasan directamente a la estrujadora; los raspones salen por el extremo opuesto y van a parar fuera de la nave. Se fabrican en acero inoxidable solas o acopladas a la estrujadora.
1.3.1.5. Estrujado.
El estrujado provoca la rotura del hollejo y el desprendimiento de la pulpa para facilitar la salida del mosto.
En la vinificación en tinto, con el estrujado se consigue lo siguiente:
• Favorecer la siembra de levaduras en la masa, como consecuencia de la dispersión del mosto y de la aireación.
• Facilitar la maceración porque aumenta la superficie de contacto mosto-hollejo.
El estrujado no debe hacerse de manera muy intensa porque en las partes sólidas del racimo existen polifenoles con gusto herbáceo que podrían pasar al mosto.
VENTAJAS:
• Separación de rodillos regulable y por tanto, grado de estrujamiento opcional.
• Altos rendimientos. • Mínima aireación.
• No se suelen producir roturas en partes sólidas. INCONVENIENTES:
• Surgen si se utiliza mal la estrujadora. TECNOLOGÍA:
Los equipos que más se utilizan hoy en día son las trituradoras de rodillos, que realizan el estrujado al comprimir la uva entre dos cilindros paralelos que giran en sentidos contrarios a baja velocidad para no dañar la uva.
La uva entra también por la parte superior mediante una tolva que la conduce al cuerpo de la máquina donde están situados los cilindros. La separación de estos cilindros es regulable en función del tamaño del grano, del estado de la vendimia y del grado de trituración que se desee.
En cuanto a los materiales, la tolva y la carcasa de las máquinas modernas suele ser de acero inoxidable y los cilindros de caucho o de acero inoxidable. Pueden acoplarse a la despalilladora antes o después del estrujado.
1.3.1.6. Encubado y maceración.
Una vez que la vendimia se ha despalillado y estrujado, se lleva a los depósitos para encubar y comenzar la maceración.
Se suele aprovechar este transporte para inyectar el anhídrido sulfuroso. Si no se tienen dosificadores, el sulfuroso se añade directamente al depósito de fermentación, una vez lleno.
La maceración es el proceso más decisivo en la elaboración de vinos tintos, ya que no sólo permite obtener color sino también los componentes que van a determinar las características organolépticas del vino. Pero también se extraen otras sustancias responsables de sabores y olores no deseables; por tanto, la maceración debe hacerse de forma que se extraigan al máximo las primeras y al mínimo las segundas.
TECNOLOGIA:
Con el avance de la tecnología y la biotecnología se mejora la maceración buscando: aumentar la calidad del vino (realizando una extracción selectiva) y acortar el tiempo de encubado.
ENZIMAS.
Ahora existen en el mercado complejos enzimáticos que facilitan el encubado-maceración. Son una mezcla de enzimas (pectinasas, celulasas, hemicelulasas, etc.) que actúan sobre las paredes de las células del hollejo facilitando la salida de los aromas, compuestos coloreados y responsables de la astringencia de los vinos.
Además, estos enzimas facilitan la salida del mosto y la difusión es más rápida.
Se suelen añadir al depósito de encubado en el momento de llenado, a la vez que se están bombeando las pastas, para lograr una buena distribución.
1.3.1.7. Fermentación alcohólica.
1.3.1.7.1. Naturaleza y desarrollo de la Fermentación
alcohólica.
La fermentación se ha comparado siempre con una ebullición y su nombre tiene su origen en la palabra latina fervere, que significa hervir.
Lavoisier demostró que el azúcar es transformado en alcohol y gas carbónico que se desprende.
La fermentación fue la que hizo formular el primer principio de la química: “Nada se pierde, nada se crea”.
C 6 H 12 O 6 2C 2 H 6 O + 2CO 2
Gay-Lussac elaboro una fórmula matemática de la reacción: Azúcar = Alcohol + Gas Carbónico
Pasteur estableció que la ecuación de Gay-Lussac era válida para el 90 por ciento del azúcar transformado. El resto lo formaban otras sustancias: glicerol, acido succínico y ácido acético.
Más tarde se descubrieron otros productos secundarios: ácido láctico, butelenglicol, aldehído, ácido pirúvico, alcoholes superiores, etc.
Pasteur demostró que la fermentación se produce por medio de las levaduras cuando estas viven sin aire. Pasteur no descubrió las levaduras, sino la relación de estas y la transformación del azúcar.
La fermentación es una correlación de la vida, y son las levaduras, hongos microscópicos unicelulares, las que descomponen el azúcar en alcohol y en gas carbónico.
En el paso de mosto a vino, las levaduras son las autenticas protagonistas de la película, al igual que las bacterias lo son en la fermentación maloláctica.
La variedad de géneros y especies de las mismas es verdaderamente extensa, así como sus propiedades, pero de entre todas ellas destaca el género Saccharomyces, especialmente la especie o cerevisie variedad ellipsoideus, verdadera directora de orquesta.
Las levaduras son microorganismos unicelulares eucariotas, situándose en la escala evolutiva entre los mohos y las bacterias. Únicamente pierden protagonismo en el proceso de fermentación intracelular característico de los vinos de maceración carbónica, si bien lo vuelven a recuperar una vez ha concluido esta fermentación desarrollada en el interior del grano de uva, que únicamente permite alcanzar 3-4%Vol. de grado alcohólico.
• Desarrollo de la fermentación alcohólica:
La estratificación en los depósitos de despalillado:
Cuando se presiona una baya con los dedos, fluyen unas gotas de mosto, posteriormente la pulpa y al final queda únicamente el hollejo.
En el depósito sucede lo mismo .
A 2 horas la masa esta homogénea y tiende a estratificarse con un ligero aumento de volumen por el aire que se desprende. No hay diferenciación microbiológica
A 24 horas hay diferenciados un estrato inferior de mosto, otro intermedio con pulpas y hollejos que tienden a compactarse. Las levaduras actúan
fuertemente en sombrero
A 48 horas prácticamente desaparece el estrato de pulpas y el sombrero se compacta. Las levaduras desaparecen del sombrero que es campo de bacterias lácticas. Inicio fermentación tumultuosa
A 4 días las pepitas liberadas se depositan en el fondo mientras aparecen canales en el sombrero. Fermentación tumultuosa
A 8 días el sombrero esta compactado y los sedimentos son más intensos así como los poros del sombrero. Las bacterias descienden del sombrero.
Para seguir la dinámica de fermentación definimos cuatro zonas: 1 Zona de contacto atmósfera / sombrero
2 Zona de contacto sombrero / mosto
3 Zona situada a 1/3 de la altura total del depósito 4 Zona de fondo del depósito
Estratificación pH
Tiempo encubado 2 horas 12 horas 1 días 2 días 4 días 8 días
Sombrero / atmósf. 3.45 3.6 3.7 4.0 4.1 4.1
Sombrero/ Mosto 3.45 3.45 3.6 3.6 3.6 3.5
Tercio de altura 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.35
Estratificación temperaturas
Tiempo encubado 2 horas 12 horas 1 días 2 días 4 días 8 días
Sombrero / atmósf. 15 18 30 34 34 30
Sombrero/ Mosto 15 15 32 36 36 32
Tercio de altura 15 15 20 25 28 30
Fondo deposito 15 15 17 20 22 26
Estratificación densidades
Tiempo encubado 2 horas 12 horas 1 días 2 días 4 días 8 días Sombrero / atmósf. 1080 1080 1062 1040 0.995 0.995
Sombrero/ Mosto 1080 1081 1078 1062 1022 1005
Tercio de altura 1081 1081 1081 1074 1023 1005
Fondo deposito 1080 1080 1081 1080 1025 1005
Estratificación acidez Volátil
Tiempo encubado 2 horas
12 horas
1 días 2 días 4 días 8 días
Sombrero / atmósf. 0 0.2 0.6 0.65 0.4 0.9
Sombrero/ Mosto 0 0 0.4 0.6 0.3 0.4
Tercio de altura 0 0 0.3 0.25 0.2 0.25
Fondo deposito 0 0.1 0.3 0.25 0.25 0.25
1.3.1.7.1.1. Crecimiento y desarrollo de las levaduras.
Condiciones de desarrollo. Temperatura.
Temperatura óptima: 20 y 30°C.
Son menos resistentes a los cambios de temperatura que las bacterias, ya que no aguantan temperaturas por debajo del punto de congelación ni por encima de 47°C.
Oxígeno.
Ph.
Las levaduras pueden desarrollarse en medios con un pH que oscile entre 3y 7,5 aunque su pH óptimo es de 4 a 6. Por debajo de valores de 2,6 a 2,8 no puede realizarse la fermentación alcohólica.
Humedad.
Pueden crecer en medios con humedad muy baja. El agua es necesaria para el crecimiento de las levaduras pero la cantidad que necesitan es menor que la que requieren las bacterias para poder desarrollarse.
Nutrientes.
Las levaduras necesitan hidratos de carbono, proteínas, sales minerales y vitaminas. Si no hay se echan sales amónicas.
Fases de crecimiento.
El ciclo de crecimiento de las levaduras y la cinética de la fermentación, se pueden representar mediante una curva en la que se observan 6 fases o etapas de desarrollo.
1. Fase de latencia 2. Fase de aceleración
3. Fase de crecimiento exponencial 4. Fase de ralentización de crecimiento 5. Fase estacionaria
Fase de latencia.
En esta fase, las levaduras se adaptan al medio y su población no aumenta porque no se multiplican.
Fase de aceleración.
Las levaduras empiezan a multiplicarse, encontrándose una población de unas 105 células/mI. Esta fase, transcurre en 24 horas (dependiendo de la temperatura) y termina cuando el mosto se satura de anhídrido carbónico.
Fase de crecimiento exponencial.
La población crece de forma exponencial y todas las levaduras que existen están vivas. Se suceden un máximo de 4 a 5 generaciones de células.
Fase de ralentización de crecimiento.
Debido a los “factores limitantes” del medio, la población de levaduras deja de crecer, alcanzándose un valor, de 80 a 100 millones de células/mI. Casi todas las células están vivas y son activas.
Fase estacionaria.
No hay crecimiento. Las levaduras no se multiplican, permaneciendo la población estacionaria y activa durante un cierto tiempo.
Fase de declive.
Dura tres o cuatro veces más que la fase de crecimiento. Las levaduras vivas van disminuyendo, y tienen que transformar los últimos azúcares del mosto en condiciones cada vez más adversas. Las células mueren y por autolisis (rotura de la pared celular y descomposición) empiezan a liberar al medio las sustancias que contienen.
1.3.1.7.2. Influencia de la Temperatura.
La temperatura es un factor preponderante para la vida de las levaduras. Cuando la temperatura alcanza progresivamente 30ºC la actividad de las levaduras cesa e incluso mueren (se detiene la fermentación). Si la temperatura desciende por debajo de 15ºC también se para la fermentación.
La rapidez de transformación del azúcar aumenta con la temperatura (por lo menos hasta cierto límite), su actividad se duplica con una diferencia de 10ºC. Por encima de 30ºC, si el principio de la fermentación ha sido rápido, se detiene debido a una especie de agotamiento de levaduras. Parece como si las levaduras
se fatigasen más cuando trabajan rápidamente a temperaturas más elevadas. En estas condiciones soportan mal el alcohol, asimilan peor las sustancias nitrogenadas y se reproducen mal. Después la fermentación se detiene.
Datos obtenidos en un ensayo realizado con uvas por el enólogo: Temperatura de fermentación Volátiles mayoritarios (mg/l) 14ºC 18ºC 24ºC Metanol 51,5 50,3 49,0 Etanal 111,2 102,4 103,0 Acetato de etilo 25,2 22,7 20,5 Propanol 1 50,3 44,2 42,1 Isobutanol 53,0 80,7 146,4 Alcoholes Amílicos 166,8 250,8 358,8 ---
Suma alcohol. sup. 270,2 375,7 547,3
De forma general, podemos decir que una fermentación realizada 14ºC viene a durar como mínimo el doble que otra realizada a 24ºC, existiendo una ralentización de la fermentación con el empleo de temperaturas bajas de fermentación.
La cantidad de azúcar que pueden transformar las levaduras, o el grado alcohólico que pueden alcanzar, depende de la temperatura. Cuanto más elevada es la temperatura más rápido es el comienzo de la fermentación, pero se define antes y el grado alcohólico alcanzado es menor.
Controlando la temperatura de la fermentación la vinificación se desarrollara con mayor eficacia. Es importante que la temperatura de los depósitos se mantenga sin variaciones. El aumento progresivo de la temperatura, cosa corriente en la práctica, es menos favorable que una temperatura estática.
En la grafica siguiente se representa la evolución que presentan las fermentaciones a diferentes temperaturas en el ensayo realizado por el enólogo.
Evolución y duración de la fermentación alcohólica.
No se debe esperar a que la cuba alcance el limite peligroso de temperatura confiando en que se puede enfriar de nuevo. El enfriamiento debe intervenir mucho antes. Lo importante es no franquear ese límite peligroso.
Después de haberla alcanzado es muy difícil volver a la temperatura normal, ya que las levaduras comienzan a ser destruidas.
1.3.1.7.3. Influencia de la Aireación.
Las levaduras necesitan oxigeno para multiplicarse. Pasteur definió la fermentación como la vida sin aire, porque una célula de levadura privada de oxigeno encuentra la energía que le es necesaria en la transformación del azúcar.
Pero para conseguir una fermentación prolongada y obtener productos fermentados que cifren 10º de alcohol e incluso mas ( en nuestro caso de 12º a 13º), deben formarse constantemente nuevas generaciones de levaduras y, por lo tanto, les es indispensable el oxigeno.
En resumen el oxigeno es el factor que limita la multiplicación de levaduras y por lo tanto el que controla la fermentación.
La aireación se realiza por contacto directo con el aire, por la operación del remontado. Para evitar el cese de la fermentación por asfixia de las levaduras se necesita airear cuando se opera en depósito cerrado y tanto más cuanto más rica en azúcar es la vendimia.
1.3.1.7.4. Control de la densidad.
• Sirve para:
Controlar la desaparición de los azúcares del mosto.
En el mosto sin fermentar, la medida de la densidad se corresponde de una manera exacta con los azúcares que contiene, e incluso se puede predecir el grado alcohólico probable del vino, sabiendo que: 17 gramos/litro 1% vol.
• Instrumento de medida:
1) Mostómetro o densímetro (g/ml; g/I). 2) Sonda automática.
• Periodicidad y forma de medida:
Los controles se realizan de forma manual, se suele medir la densidad 2 o 3 veces al día. El operario apunta dichos valores en una tabla, para la posterior visualización y análisis por el enólogo.
• Control de fin de fermentación:
a) El control de la densidad hasta el final de la fermentación suele ser suficiente, terminando la misma cuando se alcanzan valores constantes: entre, 991-993 g/l en vinos blancos y entre 992-994 g/l en vinos tintos (en este último caso es mayor porque los vinos tintos tienen más carga coloidal en suspensión).
b) Se ha comprobado que cuando el medio se enriquece en alcohol, la medida de densidad deja de ser representativa progresivamente, sobre todo por debajo de valores de 1000, siendo conveniente aunque no necesario, determinar el final de la fermentación midiendo el contenido en azúcares.
1.3.1.8. Práctica del Remontado.
El remontado es una operación que se debe realizar durante el encubado de los tintos para favorecer la extracción de las sustancias del hollejo, pero sobre todo para inducir su difusión por toda la masa de líquido.
El remontado consiste en sacar mosto de un depósito en fermentación a través de una espita colocada en la parte inferior del depósito o cuba, dejándolo caer desde cierta altura a una cubeta o cubo. La fuerza de la caída produce una emulsión que facilita la disolución del oxigeno. También se recomienda dejar correr el mosto a lo largo de una plancha para aumentar así la superficie que queda en contacto con el aire.
El mosto aireado se remonta por medio de una bomba hasta la parte superior de la cuba o deposito y rocía el sombrero de hollejos. De este modo se forma un ciclo continuo.
La duración del remontado se calcula de acuerdo con el contenido del depósito a remontar. Está admitido que el bombeo de un tercio o de la mitad de un mosto del depósito es un volumen necesario y suficiente.
También se puede realizar un remontado eficaz apartando primeramente del depósito en fermentación un gran volumen de mosto, que mas tarde se bombea con fuerza al depósito de modo que cubra y sumerja los hollejos, este tipo de remontado se suele llamar bazuqueo.
El remontado debe hacerse al principio de la fermentación o en las primeras horas de la fermentación, así las levaduras pueden sacar provecho del oxigeno que se les proporciona.
Múltiples efectos del remontado:
1. Efectos de la aireación como ya hemos comentado antes las levaduras necesitan oxigeno para multiplicarse.
2. Mezcla de las diversas zonas del depósito de fermentación. Esta homogenización atañe a la cantidad de azúcar y también a la temperatura, muy irregular en las diferentes partes del depósito, sobre todo al principio de la fermentación.
3. Distribución de las levaduras por toda la masa. Pues la mayor parte de las levaduras se encuentran en los hollejos y estos se encuentran en la parte superior del depósito. En esta zona de los hollejos es donde la
fermentación es más activa y por lo tanto es donde se encuentra la temperatura más elevada. Después del remontado se consigue repartir las levaduras por todo el depósito.
4. Acentuación de la maceración. El remontado, desplazando el zumo intersticial del hollejo, acentúa la disolución de la materia colorante, antocianas y taninos (polifenoles), etc.
5. Unificar temperatura, refrescando el “sombrero”, pues es aquí donde se va a encontrar la mayor temperatura del depósito.
6. Distribuir adiciones de productos (enzimas, levaduras, etc.)
Para la extracción de antocianos y taninos es fundamental ejercer remontados.
No realizarlos presenta inconvenientes. Un exceso no causa perjuicios. Para una extracción eficaz de polifenoles de los hollejos interesa un remontado intenso, de abundante volumen y corto en tiempo.
El mejor efecto extractivo lo conseguimos utilizando un envase vació donde se deja pasar medio volumen por gravedad a través de conexión inferior, para después volver el liquido sobre la pasta con mucha fuerza. Así, dos veces al día, se puede lograr una gran extracción.
Es preferible un efecto de “encharcado” total del sombrero antes que un sistema “ducha” persistente. Se precisa “encharcado” alternativo.
Por último comentar que se realizara un remontado de homogenización en cuanto el depósito este lleno, que tiene como fin la mezcla de vendimias diferentes, el reparto del anhídrido sulfuroso y, eventualmente, del “pie de cuba”.
1.3.1.9. Descube.
El descube constituye el final de la maceración y consiste en extraer el vino por la parte inferior del depósito para llevarlo a otro depósito donde terminará la fermentación si aún no lo ha hecho. Después, se extraen las pastas y se llevan a la prensa, para terminar de extraer el vino que les queda. El final del encubado es un momento crucial para la calidad del vino final y es una decisión que debe tomar el enólogo.
No existen unas normas generales para determinar el momento de descube pero sí hay que tener en cuenta lo siguiente:
• Los vinos jóvenes se descubarán antes que los destinados a crianza. • Durante la crianza, parte de la materia colorante se pierde y además, para que un vino pueda aguantar el envejecimiento debe tener una estructura adecuada.
• Las vendimias de mayor calidad deben someterse a encubados más largos.
Normalmente, el momento de descube se decide teniendo en cuenta los siguientes factores:
• Número de días que lleva en maceración.
• Densidad del mosto-vino, que indica el transcurso de la fermentación. Contenido en polifenoles.
• Color.
• Características organolépticas (cata).
El descube de la vendimia es independiente de la fermentación alcohólica, estando más relacionado con el proceso de maceración deseado. Por eso, el tiempo de encubado va a depender del tipo de vino que se quiera obtener.
Así, pueden existir: encubados cortos, medios y largos.
Encubados cortos.
- El descube se realiza antes de finalizar la fermentación alcohólica. Duración variable de 4 a 5 días.
- Obtención de vinos tintos jóvenes con sensaciones gustativas de suavidad.
- El mosto-vino posiblemente todavía contiene azúcares y debe terminar la fermentación alcohólica en virgen (sin hollejos).
Encubados medios.
- El descube se efectúa a los 6-10 días y recién terminada la fermentación alcohólica.
- Obtención de vinos tintos jóvenes mejor equilibrados.
Encubados largos.
- Destinados a obtener vinos de guarda o crianza, de estructura más compleja y tánica, necesaria para permitir los procesos de envejecimiento.
TECNOLOGÍA:
Dependiendo del tipo de depósito de fermentación utilizado, el descube puede ser manual o automatizado.
En los depósitos de descube manual una o varias personas deben entrar dentro del mismo parar sacar hacia fuera los orujos, pudiendo utilizar utensilios como palas, rastrillos, etc. o bien con ayuda mecánica introduciendo por la boca una cinta transportadora o un tornillo sinfín portátiles.
En los depósitos de descube automatizado o autovaciantes los orujos salen por sí solos por acción de la gravedad o ayudados con dispositivos extractores colocados en el fondo.
1.3.1.10. Prensado.
Las pastas extraídas del depósito tras el descube todavía tienen vino y se prensan para terminar de sacarlo.
El prensado en la vinificación en tinto no tiene la importancia que tiene en la vinificación en blanco, porque se realiza una vez separado el mejor vino y las cantidades que se manejan son mucho menores.
En la fase de llenado de la prensa, los orujos fermentados dejan escurrir una importante cantidad del vino que contienen, que tiene una calidad similar al obtenido tras el descubado. Después, tras el funcionamiento de la prensa, se irán obteniendo vinos de inferiores calidades.
Las prensas más utilizadas en bodegas para el prensado en la vinificación en tinto suelen ser las neumáticas, mecánicas o hidráulicas horizontales y las de jaulas verticales.
El vino se coloca en otros depósitos en los cuales se realiza el primer trasiego para separar las lías y posteriormente, todos los vinos tintos se colocan en las condiciones adecuadas para el comienzo de la fermentación maloláctica.
1.3.2. Historia y evolución de la bodega.
En el año 1954 y con la esperanza de hacer frente a la competencia de las grandes bodegas de la región, La Hermandad de Labradores Local, con el apoyo de 73 miembros, decidió crear la Sociedad Cooperativa San Sixto.
Por aquel entonces se instalaron los depósitos de hormigón, los cuales a día de hoy, aún continúan siendo parte de la bodega, pero no son utilizados a menos de que haya stock de producción en los depósitos de acero inoxidable. También se contaba con dos prensas manuales en vez una prensa neumática como se cuenta hoy en día.
Fue en los años 80 cuando se decide una ampliación en la bodega, para la instalación de 50 depósitos de acero inoxidable para la sustitución de los depósitos de hormigón, además de la ya comentada prensa neumática.
En los años 80, los miembros de esta Cooperativa deciden hacer contratos con Bodegas grandes e importantes existentes en la región y venderles gran parte del vino tinto elaborado en la Cooperativa, alrededor del 95% de la producción, quedándose con la pequeña proporción del 5% de la producción para venta propia de vino bajo el nombre de Campo Lengo.
El primer contrato se hizo con Bodegas Faustino situadas en Oyón, a siete kilómetros de Yécora y se prorrogo el contrato hasta finales de los 90. Desde entonces hasta ahora se tiene contrato en vigor con Bodegas El Coto de Rioja, también situada en Oyón.
A día de hoy la Sociedad Cooperativa San Sixto cuenta con 60 miembros.
1.3.3. Características de la Bodega. Descripción de las
instalaciones existentes.
En la bodega se distinguen 3 edificios bien diferenciados. En cada uno de los 3 edificios se diferencian 2 plantas, pero a diferentes cotas. Los 3 edificios se encuentran unidos uno detrás del otro, y el otro a la derecha de los dos.
1.3.3.1. Primer edificio.
Comenzando de la planta más alta o de más cota y terminando en la planta de menor altura o menos cota, la manera en la que se distribuyen las diferentes plantas es la siguiente:
- la planta superior se encuentra a una cota sobre el suelo de 3m. - la planta primera o planta baja que se encuentra a cota 0,5m.
1.3.3.1.1. Segunda Planta.
Comenzando en la planta más superior con cota 3m sobre el suelo la bodega dispone de dos salas:
- Sala comedor/reuniones.
Esta sala es utilizada para las reuniones de los socios de la bodega y también es utilizada como comedor.
- Sala oficina.
Esta sala es utilizada como oficina, en la que se encuentra todo relacionado con el papeleo de la bodega.
1.3.3.1.2. Primera planta.
La primera planta se encuentra a cota 0,5m sobre el suelo, en la que se encuentra la puerta principal de entrada.
Diferenciamos las siguientes áreas:
- Tras la puerta principal nos encontramos la sala de recepción. Esta sala tiene salida a la segunda planta por unas escaleras, a la sala de pesaje, a la sala de análisis de las muestras de vino (laboratorio), a la primera planta del segundo edificio, y a otra sala que es donde se encuentran las cabezas de los depósitos viejos de hormigón. Esta sala de los depósitos de hormigón tiene salida al tercer edificio diferenciado, concretamente a la sala de embotellado del vino a través de unas escaleras.
1.3.3.2. Segundo edificio.
El segundo edificio se encuentra a la derecha del primer y tercer edificio, y es donde se realiza la elaboración del vino.
Comenzando de la planta más alta o de más cota y terminando en la planta de menor altura o menos cota, la manera en la que se distribuyen las diferentes plantas es la siguiente:
- la primera planta o planta baja se encuentra a una cota sobre el suelo de 0m.
- la planta cero o planta subterránea que se encuentra a una cota de -4m .
1.3.3.2.1. Primera Planta.
La primera planta se encuentra a cota 0m sobre el suelo, en la que se encuentra la puerta de descarga en la tolva.
Esta primera planta no tiene separación con la planta subterránea, ya que se trata de una planta de andamios con barandillado (pasarelas) que te llevan a las bocas superiores de los depósitos y a la tolva.
1.3.3.2.2. Planta cero o planta subterránea.
Esta planta se encuentra a cota -4m. En esta planta se encuentran los depósitos de acero inoxidable, la despalilladora, las bombas, la prensa, etc. Los 50 depósitos instalados proporcionan una capacidad de 1050000 litros. En esta planta se realiza la propia elaboración del vino, realizándose en primer lugar el despalillado y estrujado de la uva a la entrada de los depósitos, el transcurso de la fermentación en los depósitos, el posterior descube y el prensado de los orujos.
A continuación se muestran unas imágenes de los elementos de que se compone la nave de elaboración.
- Depósitos.
Se disponen de 50 depósitos de 30.000 litros cada uno. Los depósitos están fabricados en acero inoxidable y sus medidas han sido calculadas para que sean ideales para esta fermentación. Ver anexo depósitos.
Dichos depósitos disponen con una camisa formada por una doble capa metálica por donde fluye agua fría para disminuir la temperatura durante la fermentación, proceso que precisa de una temperatura comprendida entre 26ºC y 30ºC para la elaboración del vino tinto. También disponen en la parte inferior de un termómetro, en el cual se visualiza de forma aproximada la temperatura dentro del depósito.
- Bombas.
Se disponen de varias bombas de vendimia, con las cuales se realizan los remontados de forma manual por un operario.
Las Características técnicas del modelo tipo 50/70son: Cuerpo de la bomba en acero inoxidable 304.
Girante en neopreno alimentario. Motor con inversor de caudal.
Carro en acero inoxidable según versiones. Variador de velocidad (según versiones). Trasiego y remontado de depósitos.
- Despalilladora.
Esta sirve para separar los granos de uva del raspón, enviándose los raspones al exterior de la nave y los granos de uva pasan a continuación por la estrujadora para que libere el mosto y ponerlo en contacto con los hollejos.
Se encuentra situada debajo de la tolva de recepción.
El control se realiza de forma manual mediante pulsadores de marcha y paro que son activados por el operario, bien desde el sinóptico o desde el cuadro general.
Datos básicos de la despalilladora.
Lugar del
origen: China (continente) Marca: Minsta Número de
Modelo: Mst-jcp Tipo: Despalillador
Salida: 3-40 ton por hora Despalillador de
energía: 1.5-5.5 kw Potencia de la bomba: 3-18kw Peso: 770-1850kg Color: Plata Especificaciones. 1. fácil de operar
2. de alta calidad de acero inoxidable 3. motor de gran alcance
Parámetros de la máquina.
Modelo Mst-jcp5 Mst-jcp10 Mst-jcp20 Mst-jcp40
Capacidad 5-7ton/h 7-15ton/h 15-25ton/h
40ton/h
Descarga de la bomba de diámetro.
75mm 100mm 100mm 125mm
Despalillador potencia del motor 1.5kw 2.2kw 3kw 5.5kw
Potencia de la bomba 3kw 5.5kw 7.5kw 18kw
Peso 770kg 930kg 1150kg 1850kg
- Prensa.
Con esta lo que se realiza es un prensado o estrujado de los orujos que quedan en el depósito después del descube, el vino que se obtiene se llama vino prensa y este es de menor calidad que el vino yema.
Prensa Bucher XPlus 50.
Prensa neumática con las siguientes ventajas:
. Puerta hermética.
. Flujo de los zumos en fondo de cuba. . Función de maceración incorporada. . Pantalla de diálogo integrada a la prensa.
. Tres tipos de programación: automático, Secuencial, Organ. . Telemando con hilo.
. Bandeja fija y totalmente accesible en extremidad de prensa. . Lavado del interior de las canaletas mediante la utilización de
1.3.3.3. Tercer edificio.
Este tercer edificio se encuentra detrás del primer edificio. Como ya he dicho es accesible a él desde el primer edificio, pero también es accesible a través de una puerta trasera que da a la calle. Este edificio consta de dos plantas.
Comenzando de la planta más alta o de más cota y terminando en la planta de menor altura o menos cota, la manera en la que se distribuyen las diferentes plantas es la siguiente:
- la planta primera o planta baja que se encuentra a cota 0
- por último una planta subterránea cuya cota es de -2m sobre el suelo.
1.3.3.3.1. Primera planta.
La primera planta se encuentra a cota 0m sobre el suelo, en la que se encuentra la puerta trasera de la bodega.
- Sala de almacenamiento de producto terminado.
Como ya he comentado, la mayor parte del vino elaborado en la cooperativa, alrededor del 95%, es vendido a Bodegas El Coto de Rioja, quedándose con la pequeña proporción del 5% de la producción. El transporte del vino se realiza mediante camiones cisterna.
En la Cooperativa se recogen en un año normal, más o menos, 1500000 kilos de uva, es decir, se elabora alrededor de 1050000 litros de vino (ver anexo de “programa productivo” dentro del apartado “dimensionado del equipo de frio”), de los cuales 990000 litros es vendido a Bodegas El Coto de Rioja, quedándose la Cooperativa San Sixto con tan solo 60.000 litros para venta propia de vino bajo el nombre de Campo Lengo, de los cuales, 11250 litros son destinados para realizar vino crianza, y por lo tanto 48750 litros son destinados para la venta de vino joven.
Entonces el total de botellas, de 0,75 litros cada una, que van a ser embotelladas serán:
Para vino joven 48750 litros / 0,75 litros = 65000 botellas. Para vino crianza 11250 litros / 0,75 litros = 15000 botellas. Para sumar un total de 80000 botellas.
Las botellas se introducen en cajas de 12 botellas cada una, entonces: Para vino joven 65000/12 = 5416 cajas totales.
Para vino crianza 15000/12 = 1250 cajas totales.
Las cajas se almacenarán en palés de 50 uds. en cuatro alturas y en capas alternas de 12 y 13 cajas cada una, por lo tanto se dispondrá un total de:
Para vino joven 5416 cajas / 50 = 108 palés totales. Para vino crianza 1250 cajas / 50 = 25 palés totales.
En un principio suponemos un 25% de producto terminado almacenado, en el caso más desfavorable del mercado del vino, y se va reponiendo en función de las ventas realizadas:
Para vino joven 27 palés almacenados. Para vino crianza 6 palés almacenados.
