Diseño e implementación de la instrumentación y control de una cervecería artesanal geotérmica - González Hernández, Brayan (My University, 2023)
La geotermia es una forma de energía renovable que aprovecha el calor almacenado en el interior de la Tierra. Se trata de una fuente energética abundante y constante, que puede ser utilizada de manera directa en diversos ámbitos. Cuando hablamos de un uso, nos referimos a la utilización directa del calor almacenado en el subsuelo de la Tierra con fines prácticos sin la necesidad de una conversión significativa de energía; ejemplos de esto es la calefacción, la deshidratación de alimentos, la desalinización del agua, entre otros. En este trabajo, se ha abordado el diseño y la implementación de la instrumentación y el control de un prototipo de una cervecería geotérmica. Al ser un prototipo de laboratorio no podemos añadir directamente la geotermia, pero se optó por hacer la simulación del recurso geotérmico. Para simular el recurso geotérmico, se requiere de un recipiente y de una resistencia eléctrica gracias a los cuales pudimos calentar nuestra agua a temperaturas mayores de 100°C a través de un circuito cerrado de tuberías, con esto el sistema ya puede presentar evidencias para que en un sistema industrial trabaje con energía geotérmica, dando así la producción de cerveza artesanal. Se utilizan métodos de control clásico con el PID para mantener dentro de los límites la temperatura y la presión, garantizando el funcionamiento óptimo y la protección del equipo. El proceso requirió la elaboración de documentos de ingeniería básica y de detalle, que incluyen el diagrama de tuberías e instrumentación necesario para la instalación de la cervecería geotérmica. Además, se diseñó un tablero de control que permite supervisar y regular el funcionamiento de la planta. Estos elementos permitieron elaborar una filosofía de operación clara y precisa. La programación del controlador lógico programable se realizó mediante la creación de diagramas de escalera. En éste se incorporaron controladores PID y ON/OFF, contadores rápidos y dispositivos de monitoreo y control, como instrumentos de temperatura y presión sometidos a un control de calidad. Finalmente, se llevaron a cabo pruebas de operación del sistema para garantizar el correcto funcionamiento en la producción de cerveza artesanal. Aunque se utilizó la automatización en ciertos aspectos, la elaboración de la cerveza artesanal aún requiere de mano de obra y conocimiento humano para llevar a cabo las secuencias adecuadas. Para lograr los fines de esta tesis, se organiza el documento en cuatro capítulos. En el primer capítulo se define la energía geotérmica y se caracterizan los procesos de elaboración de la cerveza artesanal. Posteriormente, en el segundo capítulo se caracterizan los conceptos teóricos que nos ayudarán a implementar la instrumentación y el control de la cervecería geotérmica. Después, en el tercer capítulo se describen los documentos de ingeniería de diseño y de detalle creados para nuestro fin. Por último, en el cuarto capítulo se lleva a cabo la implementación de la instrumentación y el control de la cervecería.
La geotermia, una fuente de energía renovable, es un recurso valioso que se basa en la explotación del calor almacenado en el interior de la Tierra. Su aplicación más común ha sido la generación de energía eléctrica, pero su potencial se extiende mucho más allá de esta función primaria. De hecho, la geotermia puede ser aprovechada de manera directa en una variedad de aplicaciones, como: balnearios, agricultura, invernaderos y más. En este contexto, el propósito de esta tesis es presentar el desarrollo de un prototipo de una cervecería geotérmica que se llevará a cabo en el laboratorio de geotermia del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
Keywords: Cerveza artesanal; Usos directos de la geotermia; Instrumentación y control; Lazos de control; Automatización industrial