Análisis tecno-económico de una mejora al proceso de obtención de pisco en base a un modelo matemático de la destilación batch en alambique de cobre

Abstract

El pisco es una bebida alcohólica tradicional del Perú cuya producción artesanal sigue métodos empíricos, generando variabilidad en la calidad y el rendimiento. Durante la destilación el destilado se separa en tres fracciones —cabeza, cuerpo y cola— definidas por cortes que influyen en la presencia de compuestos no deseados y en el cumplimiento normativo. Este estudio desarrolla un modelo matemático de la destilación batch de un mosto fermentado compuesto por etanol-metanol-agua-acetaldehído en un alambique de cobre, integrando balances de materia y energía, ecuaciones de equilibrio líquido–vapor mediante UNIFAC y correlaciones de transferencia de calor. Las simulaciones en MATLAB consideraron tres niveles de composición inicial de compuestos volátiles (bajo, intermedio y alto) y evaluaron el impacto del corte de cabeza sobre la composición del destilado. Los resultados mostraron que esta evoluciona según la volatilidad y concentración inicial de sus componentes: el acetaldehído se concentra en las primeras fracciones y el metanol en las finales. En el nivel bajo, se cumple la normativa sin corte de cabeza; en el intermedio, un corte de 0.5 % v/v reduce pérdidas y aumenta en 3.4 % el volumen recuperado; en el alto, incluso cortes amplios no garantizan el cumplimiento, resaltando la importancia del control fermentativo. La validación cualitativa, comparando tendencias simuladas con datos experimentales de la literatura, respaldó la capacidad del modelo para describir el proceso real. El análisis económico indicó que la mejora aplicada incrementa el valor actual neto en 30.42 % frente al proceso actual, mejorando la rentabilidad y eficiencia del proceso.

Pisco is a traditional alcoholic beverage from Peru whose artisanal production follows empirical methods, leading to variability in both quality and yield. In batch distillation, the distillate is separated into three fractions—head, heart, and tail—defined by cuts that influence the presence of undesirable compounds and the product’s compliance with current regulations. This study presents a mathematical model of the batch distillation of a fermented must composed of an ethanol–methanol–water–acetaldehyde mixture in a copper still, integrating mass and energy balances, liquid–vapor equilibrium equations using the UNIFAC thermodynamic model, and heat transfer correlations. MATLAB simulations, considering three initial levels of volatile compounds (low, intermediate, and high), evaluated the impact of the head cut on distillate composition. The results showed that composition evolves according to the volatility and initial concentration of each component: acetaldehyde concentrates in early fractions, while methanol increases in later ones. At the low level, regulatory limits are met without a head cut; at the intermediate level, a 0.5% v/v cut reduces losses and increases recovered volume by 3.4%; at the high level, even large cuts do not ensure compliance, underscoring the importance of fermentation control. Qualitative validation against experimental data from the literature supported the model’s ability to represent the real process. The economic analysis indicated that the proposed improvement increases the net present value (NPV) by 30.42% compared with the current process, enhancing the profitability and efficiency of artisanal Pisco production.