Diseño y modelado del proceso de fermentación para la producción de aguardiente artesanal en la Asociación de Cabildos Indígenas del Norte del Cauca ACIN mediante simulación en Aspen Plus y validación experimental.
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Date
2026-07-16
Authors
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Publisher
Universidad Santiago de Cali
Abstract
The artisanal production of sugarcane spirit known as chirrincho represents an ancestral practice of significant cultural, social, and economic importance for the Indigenous communities of northern Cauca, Colombia. However, the lack of control over critical fermentation and distillation variables leads to variability in product quality and limits the reproducibility of the production system. In this context, the present study aimed to experimentally evaluate different thermal fermentation strategies and to develop a process simulation model using Aspen Plus® as a decision-support tool for the analysis and evaluation of operational parameters associated with the distillation column.
The research followed an integrated experimental–computational approach at the artisanal production facility of the Association of Indigenous Councils of Northern Cauca (ACIN). Five fermentation temperature strategies (30 °C, 32 °C, 35 °C, 25–32 °C ramp, and 32–28 °C stepped profile) were evaluated using fifteen fermenters distributed across three replicates per treatment. Process monitoring included apparent soluble solids (°Brix), pH, temperature, and ethanol production. In parallel, physicochemical characterization of the distillate was performed through alcoholic strength, methanol, furfural, mineral composition, and participatory sensory evaluation. Experimental results were subsequently used to build a steady-state Aspen Plus® V14 model employing the NRTL thermodynamic method, an RStoic reactor, and a RadFrac distillation column.
The experimental results showed that fermentation at 35 °C provided the best performance, achieving a maximum ethanol concentration of approximately 79.8 g/L and a relative efficiency of 46.9%. The final distillate contained 38–42% v/v ethanol, meeting the specifications established by the Colombian NTC 410 standard for distilled spirits. Physicochemical analyses indicated methanol and furfural concentrations within the evaluated reference limits. Process simulation identified operational conditions associated with an estimated ethanol recovery of 96.32%, reduced ethanol losses in the bottoms stream, and an improved ethanol–water separation factor compared with the base-case scenario. Mass and energy balance closure errors remained below 0.1%, demonstrating internal consistency of the model under the defined assumptions.
The findings indicate that temperature control is a key variable affecting chirrincho fermentation performance and that the integration of experimental evaluation and process simulation provides a useful framework for analyzing operational scenarios and supporting process improvement. These results contribute technical knowledge for strengthening artisanal production systems while preserving the ancestral knowledge associated with this traditional beverage.
Description
La producción artesanal de aguardiente de caña denominado chirrincho constituye una práctica ancestral de gran importancia cultural, social y económica para las comunidades indígenas del norte del Cauca. Sin embargo, la ausencia de control sobre variables críticas del proceso fermentativo y de destilación genera variabilidad en la calidad del producto y limita la reproducibilidad del sistema productivo. En este contexto, el presente estudio tuvo como objetivo evaluar experimentalmente diferentes estrategias térmicas de fermentación y desarrollar un modelo de simulación del proceso mediante Aspen Plus® como herramienta de apoyo para el análisis y optimización de parámetros operativos de la columna de destilación mediante simulación.
La investigación se desarrolló bajo un enfoque experimental–computacional integrado en la planta artesanal de la Asociación de Cabildos Indígenas del Norte del Cauca (ACIN). Se evaluaron cinco estrategias térmicas de fermentación (30 °C, 32 °C, 35 °C, rampa 25–32 °C y escalonado 32–28 °C) utilizando quince fermentadores distribuidos en tres réplicas por tratamiento. Durante el proceso se monitorearon sólidos solubles aparentes (°Brix), pH, temperatura y producción de etanol. Paralelamente, se realizó la caracterización fisicoquímica del destilado mediante determinación de grado alcohólico, metanol, furfural, minerales y evaluación sensorial participativa. Los resultados experimentales fueron utilizados para construir un modelo estacionario en Aspen Plus® V14 empleando el método termodinámico NRTL, un reactor estequiométrico RStoic y una columna de destilación RadFrac.
Los resultados mostraron que la fermentación a 35 °C presentó el mejor desempeño experimental, alcanzando una producción máxima de etanol cercana a 79,8 g/L y una eficiencia relativa de 46,9 %. El destilado obtenido presentó concentraciones alcohólicas entre 38 y 42 % v/v, cumpliendo los requisitos establecidos por la NTC 410 para aguardientes artesanales. Los análisis fisicoquímicos evidenciaron concentraciones de metanol y furfural dentro de los límites de referencia evaluados. La simulación permitió identificar condiciones operativas asociadas con una recuperación estimada de etanol del 96,32 %, una reducción de pérdidas en fondos y un incremento del factor de separación etanol–agua respecto al escenario base. Los balances de materia y energía presentaron errores de cierre inferiores al 0,1 %, indicando consistencia interna del modelo bajo los supuestos establecidos.
Se concluye que el control térmico constituye una variable determinante en el desempeño fermentativo del chirrincho y que la integración entre experimentación y simulación computacional representa una estrategia útil para analizar escenarios operativos y fortalecer procesos productivos tradicionales. Los resultados obtenidos aportan información técnica para la mejora del proceso artesanal sin sustituir el conocimiento ancestral asociado a la producción de esta bebida tradicional.
Keywords
Fermentación alcohólica, chirrincho, Aspen Plus, destilación artesanal, validación experimental, conocimiento ancestral.
Citation
Solarte Ossa, N. R. (2026). Diseño y modelado del proceso de fermentación para la producción de aguardiente artesanal en la Asociación de Cabildos Indígenas del Norte del Cauca ACIN mediante simulación en Aspen Plus y validación experimental [Tesis de maestría, Universidad Santiago de Cali]. Repositorio Institucional USC.