Análisis térmico, propuesta de ingeniería y programa de desarrollo.
Preparado para Felipe Ruiz · Mario Charlín Stein, Ingeniero Civil Industrial
Describe el equipo de 20 litros fabricado a medida, con precios de $750.000 a $1.290.000. El diseño vigente es distinto: un barril Cornelius de 11,4 litros forrado, con mochila a medida, que se vende en $650.000.
Se conserva porque los cálculos de transferencia de calor y el método siguen siendo válidos. Ver la propuesta vigente ›
El equipo corresponde a un estanque metálico con grifo, sin aislación térmica. En el balance de resistencias del sistema, la pared metálica aporta 0,0 % de la resistencia total. La causa de la pérdida no es una deficiencia del material, sino la ausencia completa de resistencia térmica en el conjunto: térmicamente el equipo se comporta como líquido caliente expuesto al aire.
La memoria de cálculo íntegra, con las ecuaciones desarrolladas, se encuentra en Memoria de cálculo. Se publica de forma completa para permitir su revisión por un tercero calificado.
El objetivo de diseño no es la duración, sino la permanencia dentro de la banda en que el producto conserva su calidad. Fuera de esa banda el café se degrada, aunque siga caliente.
| Rango | Condición | Referencia |
|---|---|---|
| 91 – 96 °C | Temperatura de extracción | SCA / National Coffee Association |
| Sobre 85 °C sostenido | Pérdida de volátiles aromáticos. El ácido clorogénico se descompone en cafeico y quínico, con aumento de amargor | Literatura de degradación térmica |
| 82 – 85 °C | Temperatura de servicio recomendada — banda objetivo | National Coffee Association |
| 78 – 82 °C | Aceptable. Caída progresiva de cuerpo y aroma | — |
| Bajo 78 °C | Fuera de especificación de calidad | — |
| Sobre 65 °C en consumo | Clasificación Grupo 2A. El servicio a 82 °C llega a la boca bajo ese umbral | IARC, 2016 |
La consigna del sistema se fija en 82 °C, con banda operativa de 78 a 85 °C. El equipo actual cruza los 78 °C a los 26 minutos de cargado: todo el volumen despachado después de ese punto está fuera de especificación.
Este criterio no está implementado en ningún equipo disponible en el mercado, incluido el actualmente en uso, que no incorpora control de temperatura. Constituye la base de diferenciación técnica de la línea propuesta.
El requerimiento operacional informado por el mandante establece una autonomía necesaria de 5 a 7 horas y una limitación de carga transportable. Sobre esa base el dimensionamiento se fija en 20 mm de aislación, y no en los 40 mm que arrojaría una optimización puramente térmica:
| Aislante | Desempeño | Volumen exterior | Costo |
|---|---|---|---|
| 20 mm | 59 W · 2,9 h en banda | 29 L | menor |
| 25 mm | 49 W · 3,5 h en banda | 32 L | mayor |
Se adopta 25 mm en la unidad controlada y 20 mm en la pasiva. El incremento de espesor por sobre ese punto aumenta el volumen exterior sin mejora operacional, y toda la aislación queda resuelta con espuma de fabricación nacional: la cadena de suministro no depende de ninguna importación.
Incorporado el sistema de reposición térmica, la temperatura deja de ser la variable limitante: puede sostenerse dentro de banda de forma indefinida mientras exista acceso a red. La restricción pasa íntegramente al volumen transportable y a la masa asociada:
| Capacidad | Despachos | Autonomía de producto | Masa cargada | Observación |
|---|---|---|---|---|
| 15 L | 75 | 6,2 h | 19,4 kg | Margen ergonómico holgado |
| 20 L | 100 | 8,3 h | 25,1 kg | Cubre jornada completa |
| 22 L | 110 | 9,2 h | 27,2 kg | Excede el límite de manejo manual |
Despachos calculados sobre envase de 200 ml; autonomía de producto a razón de 12 despachos por hora. verificar La Ley 20.949 fija en 25 kg el límite de manejo manual de carga. La configuración de 20 L queda en el borde de ese límite: es admisible para operación del propio titular, pero requiere revisión si el equipo será operado por personal contratado.
El aumento de capacidad por sobre 22 L no constituye una solución viable, dado que la masa transportada se vuelve incompatible con una jornada de trabajo de pie.
Sobre esta base se incorpora al alcance una estación de transferencia térmica. Una recarga en operación duplica el volumen despachado por jornada sin incrementar la masa transportada. Especificación en Equipos.
El alcance comprende tres unidades de dispensación y dos estaciones de transferencia. Las cinco son comercializables:
| Parámetro | RT-20 | DTP-20 | DTC-20 | ETT-40 | ETV-80 |
|---|---|---|---|---|---|
| Capacidad | según equipo | 20 L | 20 L | 40 L | 80 L |
| Pérdida térmica | 39 W | 59 W | 48,7 W | 46 W | 72,5 W |
| Permanencia en banda 78–85 °C | 2,4 h | 2,9 h | jornada completa | 7,4 h | 9,4 h |
| Reposición térmica | no | no | sí, 220 V | opcional | 220 V |
| Masa cargada | — | 24,3 kg | 25,1 kg | estacionaria | vehicular |
| Costo de fabricación | $259.000 | $430.000 | $574.000 | $752.000 | $1.048.000 |
| Precio sugerido de venta | — | $750.000 | $980.000 | $1.290.000 | $1.790.000 |
Ficha técnica de cada unidad →
El desarrollo se ejecuta en dependencias del mandante y con su equipo. El suscrito actúa como asesor técnico: aporta el método de cálculo, la especificación, la homologación de proveedores y el protocolo de ensayo, y supervisa la manufactura. El equipo del mandante ejecuta el desarrollo y retiene la capacidad instalada.
Los materiales no se comercializan a través del suscrito ni llevan margen asociado: se adquieren directamente, con documento tributario a nombre del mandante.
El entregable no se agota en cuatro equipos. Al término del programa el mandante dispone de método de cálculo, protocolo de ensayo, red de proveedores homologados y capacidad de certificación propia. Es la diferencia entre encargar un producto y quedar habilitado para desarrollar productos.
Esa capacidad es la que abre las líneas de segunda etapa descritas en la sección 17.
Soy Ingeniero Civil Industrial (U. de Chile / U. Mayor) con 20 años en calidad y mejora de procesos industriales. Lo relevante para lo tuyo:
Tu problema de fondo no es térmico — eso se calcula en un día. Tu problema es que si esto funciona vas a tener que fabricar muchos y que todos salgan iguales de buenos. Eso es literalmente lo que he hecho durante 20 años.
Ambas partidas son independientes y no se suman: la primera corresponde a honorarios profesionales, la segunda al costo de producto.
El programa avanza en cuatro etapas consecutivas. Cada una se apoya en los resultados verificados de la anterior, y la decisión de continuar se toma al término de cada una.
Se interviene el equipo que el mandante ya posee, sin reemplazarlo. Se caracteriza térmicamente con instrumentos, se diseña y fabrica una chaqueta aislante desmontable de 20 mm y se tratan los cuatro puentes térmicos identificados.
Con los datos ya validados en la etapa anterior se desarrolla la ingeniería de detalle del equipo definitivo. Esta etapa no produce hardware: produce la documentación que permite fabricarlo.
Se construye el primer equipo bajo supervisión del suscrito y se valida en la operación real del mandante. Es la etapa de mayor extensión y comprende tres desarrollos sucesivos:
| Sub-etapa | Desarrollo | Semanas |
|---|---|---|
| 3.1 | Unidad pasiva de 20 L (DTP-20): fabricación supervisada, ensayo de curva contra memoria de cálculo y tres jornadas de validación en terreno | 9 – 13 |
| 3.2 | Unidad con control activo (DTC-20): balance energético, lazo de control, ingeniería de seguridad con doble limitador, calibración y ensayo eléctrico | 13 – 17 |
| 3.3 | Estación de transferencia (ETT-40): cálculo térmico e hidráulico, acople de desconexión seca y protocolos de purga e higiene | 17 – 21 |
Habilitación para fabricación en serie. Al término de esta etapa el mandante puede producir sin dependencia del suscrito.
| Etapa | Resultado al término | Semanas | Horas | Honorarios |
|---|---|---|---|---|
| 1 · Caracterización y retrofit | Equipo actual operando dentro de banda | 1 – 5 | 78 | $440.000 |
| 2 · Ingeniería de detalle | Planos, memoria y especificación completa | 5 – 9 | 62 | $290.000 |
| 3 · Prototipos y validación | Equipos construidos y validados en terreno | 9 – 21 | 152 | $920.000 |
| 4 · Industrialización | Capacidad de fabricar en serie de forma autónoma | 21 – 24 | 68 | $250.000 |
24 semanas y 7 estados de pago. Cada estado de pago se emite contra recepción conforme del entregable respectivo, no contra el cumplimiento de una fecha. Ningún estado de pago supera los $330.000.
| Fase | Mes 1 | Mes 2 | Mes 3 | Mes 4 | Mes 5 | Mes 6 | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| F0 · Diagnóstico y caracterización térmica | ||||||||||||||||||||||||
| F1 · Retrofit térmico RT-20 | ||||||||||||||||||||||||
| F2 · Ingeniería de detalle DTP-20 | ||||||||||||||||||||||||
| F3 · Prototipo y validación DTP-20 | ||||||||||||||||||||||||
| F4 · Sistema de control térmico DTC-20 | ||||||||||||||||||||||||
| F5 · Estación de transferencia ETT-40 | ||||||||||||||||||||||||
| F6 · Transferencia tecnológica | ||||||||||||||||||||||||
Cómo leer: cada fila es una fase y cada columna una semana. ejecución hito de pago. La columna Fase queda fija al deslizar.
| Hito | Entregable que lo gatilla | Semana | Horas | Pago |
|---|---|---|---|---|
| H1 · F0 | Informe de caracterización con curva medida | 2 | 28 h | $180.000 |
| H2 · F1 | RT-20 verificada en operación, curva firmada | 5 | 50 h | $260.000 |
| H3 · F2 | Memoria de cálculo, planos y despiece | 9 | 62 h | $290.000 |
| H4 · F3 | Prototipo validado en 3 jornadas de terreno | 13 | 54 h | $310.000 |
| H5 · F4 | DTC-20 con control validado y ensayo eléctrico | 17 | 50 h | $330.000 |
| H6 · F5 | ETT-40 operativa y protocolo de transferencia | 21 | 48 h | $280.000 |
| H7 · F6 | Dossier de fabricación y proveedores homologados | 24 | 68 h | $250.000 |
Los estados de pago de menor monto se concentran al inicio del programa. El primero asciende a $180.000 y su entregable es la caracterización térmica instrumentada del equipo. Si el resultado no resulta satisfactorio, el proyecto se detiene en ese punto sin obligación posterior.
En la semana 5 el equipo actual se encuentra operativo, con $440.000 acumulados. Es en ese punto donde se decide la continuidad hacia el desarrollo de la línea de producto. En ninguna instancia el mandante queda comprometido con el alcance total antes de verificar resultados.
Cada etapa se descompone en sus actividades, con la disciplina que corresponde, la dedicación en horas y el valor asociado. El monto de la etapa es la suma de sus partidas.
| Actividad | Disciplina | Horas | Valor |
|---|---|---|---|
| Instrumentación con registrador multicanal y sondas a tres alturas | Ensayo instrumentado | 8 | $45.000 |
| Ensayo de curva de enfriamiento en régimen controlado, 8 h de registro | Ensayo de laboratorio | 6 | $34.000 |
| Ensayo de curva en operación real, jornada completa | Ensayo de terreno | 10 | $56.000 |
| Medición de estratificación térmica del fluido | Análisis experimental | 4 | $23.000 |
| Levantamiento dimensional y área de transferencia efectiva | Metrología | 4 | $23.000 |
| Análisis del material del cuerpo y compatibilidad con el pH del producto | Análisis de materiales | 4 | $23.000 |
| Gestión técnica con el fabricante de origen, en idioma alemán | Gestión técnica | 4 | $23.000 |
| Recalibración del modelo: ajuste de U y factor de puentes térmicos | Modelación térmica | 5 | $28.000 |
| Determinación del espesor óptimo y desarrollo geométrico de corte | Cálculo térmico | 6 | $34.000 |
| Especificación de materiales: k, densidad, temperatura de servicio, grado alimentario | Especificación técnica | 4 | $23.000 |
| Cotización comparada y homologación de proveedores y taller de confección | Abastecimiento | 9 | $51.000 |
| Supervisión de confección y ajuste dimensional en taller | Supervisión de manufactura | 8 | $45.000 |
| Ensayo de verificación posterior a la intervención | Ensayo | 4 | $23.000 |
| Informe de verificación firmado y protocolo de operación | Documentación | 2 | $9.000 |
| Total Etapa 1 | 78 h | $440.000 | |
| Actividad | Disciplina | Horas | Valor |
|---|---|---|---|
| Memoria de cálculo térmico de la unidad | Cálculo térmico | 14 | $65.000 |
| Análisis de sensibilidad espesor / masa / volumen / costo | Optimización | 8 | $37.000 |
| Dimensionamiento por carga admisible y criterio ergonómico | Análisis ergonómico | 6 | $28.000 |
| Diseño del cuerpo común a ambas versiones y despiece | Diseño mecánico | 14 | $66.000 |
| Planos de fabricación y plantillas de corte | Documentación técnica | 14 | $66.000 |
| Especificación de arnés y distribución de carga | Diseño ergonómico | 6 | $28.000 |
| Total Etapa 2 | 62 h | $290.000 | |
| Actividad | Disciplina | Horas | Valor |
|---|---|---|---|
| Homologación de nueve familias de proveedores | Abastecimiento | 18 | $109.000 |
| Supervisión de fabricación de la unidad pasiva | Supervisión de manufactura | 20 | $121.000 |
| Ensayo de curva del prototipo contra memoria de cálculo | Ensayo | 8 | $48.000 |
| Balance energético y dimensionamiento del sistema de reposición | Cálculo eléctrico | 12 | $73.000 |
| Diseño del lazo de control y estrategia de consigna | Ingeniería de control | 10 | $61.000 |
| Ingeniería de seguridad: doble limitador, diferencial y puesta a tierra | Ingeniería de seguridad | 10 | $61.000 |
| Montaje, cableado y calibración de la unidad controlada | Supervisión de manufactura | 12 | $73.000 |
| Ensayo eléctrico y prueba del limitador de respaldo | Ensayo | 6 | $36.000 |
| Cálculo térmico e hidráulico de la estación de transferencia | Cálculo hidráulico | 14 | $85.000 |
| Selección de acople de desconexión seca y análisis de modos de falla | Diseño de detalle | 8 | $48.000 |
| Protocolo de purga, precalentamiento e higiene de línea | Ingeniería de proceso | 8 | $48.000 |
| Montaje de la estación y prueba de estanqueidad | Supervisión de manufactura | 12 | $73.000 |
| Tres jornadas de validación en operación real | Ensayo de terreno | 10 | $61.000 |
| Informes de ensayo y ficha de seguridad eléctrica | Documentación | 4 | $23.000 |
| Total Etapa 3 | 152 h | $920.000 | |
| Actividad | Disciplina | Horas | Valor |
|---|---|---|---|
| Tres cotizaciones firmes por cada familia crítica de materiales | Abastecimiento | 18 | $66.000 |
| Homologación de proveedor alternativo de confección | Abastecimiento | 10 | $37.000 |
| Costeo unitario a 10, 50 y 100 unidades con curva de aprendizaje | Análisis de costos | 10 | $37.000 |
| Plantillas rígidas de corte y definición de kits de armado | Diseño de herramental | 10 | $37.000 |
| Ficha de armado y plan de control de calidad por unidad | Aseguramiento de calidad | 12 | $44.000 |
| Análisis de riesgos de suministro y expediente técnico | Gestión de riesgos | 8 | $29.000 |
| Total Etapa 4 | 68 h | $250.000 | |
Los honorarios de cada etapa se facturan contra recepción conforme del entregable respectivo. Una etapa cuyo entregable no cumpla su criterio de aceptación no se factura. El mandante puede detener el programa al término de cualquier etapa, sin obligación sobre las siguientes.
| Concepto | DTP-20 | DTC-20 | ETT-40 |
|---|---|---|---|
| Precio de venta sugerido | $750.000 | $980.000 | $1.290.000 |
| Costo de fabricación | −$430.000 | −$574.000 | −$752.000 |
| Inspección y certificación | −$35.000 | −$35.000 | −$35.000 |
| Margen para ti | $285.000 | $371.000 | $503.000 |
Corresponde al 89 %, 91 % y 93 % del margen bruto. Y cada unidad sale con ensayo firmado, que es un argumento de venta que la competencia no tiene.
| Concepto | Monto | Cuándo |
|---|---|---|
| Etapa 1 · Caracterización y retrofit | $440.000 | Semanas 1 a 5 · 78 h · desglose en sección 11 |
| Etapa 2 · Ingeniería de detalle | $290.000 | Semanas 5 a 9 · 62 h · desglose en sección 11 |
| Etapa 3 · Prototipos y validación | $920.000 | Semanas 9 a 21 · 152 h · desglose en sección 11 |
| Etapa 4 · Industrialización | $250.000 | Semanas 21 a 24 · 68 h · desglose en sección 11 |
| Inspección y certificación por unidad | $35.000 c/u | Solo cuando fabricas y vendes |
| Primer desembolso | $180.000 | Semana 2 |
Valores en pesos chilenos, sin IVA. Los honorarios no incluyen materiales ni servicios de terceros. Un hito que no cumple su criterio de aceptación no se factura.
| Fase | Criterio de aceptación medible |
|---|---|
| Etapa 1 · Retrofit | Deriva ≤ 3 °C/h medida con registrador, y permanencia en banda ≥ 2,4 h |
| Etapa 3 · DTP-20 | Permanencia en banda 78–85 °C durante 3,5 h sin aporte de energía, con 20 L; masa cargada ≤ 25,5 kg |
| Etapa 3 · DTC-20 | Consigna 82 °C sostenida durante la jornada; reposición de 8 °C en ≤ 15 min; doble limitador operativo |
| Etapa 3 · ETT-40 | Transferencia de 20 L en ≤ 5 min, pérdida ≤ 0,5 °C |
| Si no se cumple | El hito no se factura. Sin discusión. |
El café tiene pH 4,8–5,1. El aluminio sin anodizar ni revestir se pica y le pasa sabor metálico al café. Si es aluminio crudo, hay que decidir si revestir o cambiar el cuerpo — y quizás no valga la pena aislar algo que igual hay que reemplazar. Es lo primero que verifico, y puede cambiar la recomendación completa.
El rango de operación queda acotado entre 78 y 85 °C, y el producto no supera los 96 °C en extracción, lo que excluye del diseño los materiales de alta temperatura. No obstante, el dimensionamiento se realiza a 100 °C con margen, dado que el elemento calefactor puede desarrollar un punto caliente local ante falla del control. Por esa razón la DTC-20 incorpora doble limitador térmico independiente.
Con los puntos 1, 2 y 3 ya puedo recalcular todo con tus números reales antes de que me pagues un peso. Mándamelos y te devuelvo la curva de tu equipo, sin costo.
Una llamada de 20 minutos con el equipo a tu lado. Te muestro en vivo, con la calculadora, qué pasa con tu tarro, y decidimos si partimos con el primer hito de $180.000.
Escribirme por WhatsApp Antes: ver los 3 equiposLa ingeniería desarrollada en este programa no queda circunscrita al café. El objeto real del proyecto es instalar en el mandante la capacidad de desarrollar productos de conservación térmica, y esa capacidad admite extensión horizontal dentro del mismo rubro: el transporte y la mantención de alimentos.
| Componente de la ingeniería | Reutilización |
|---|---|
| Memoria de cálculo de resistencias térmicas en serie | 100 % |
| Método de identificación y tratamiento de puentes térmicos | 100 % |
| Protocolo de ensayo y certificación unitaria | 100 % |
| Proveedores homologados de aislación, textil y control | 90 % |
| Diseño del lazo de control y seguridad eléctrica | 80 % |
| Geometría y despiece | 0 % · específico de cada producto |
La inversión de las Etapas 2 y 4 es un activo, no un gasto de proyecto: la memoria de cálculo, el método de ensayo y la red de proveedores se aplican íntegros a cualquier producto de la misma familia. Cada línea nueva solo requiere geometría, dimensionamiento y validación.
Recipiente de comida para transporte individual, con mantención térmica alimentada por batería portátil de uso común. Dirigido a trabajadores y escolares que trasladan su alimentación.
| Parámetro | Valor calculado |
|---|---|
| Capacidad | 1,5 L · Ø117 × 140 mm |
| Aislación | 15 mm |
| Pérdida térmica | 11,5 W |
| Autonomía pasiva sobre 63 °C | 1,8 h |
| Con powerbank de 20.000 mAh | 5,6 h de mantención |
| Ciclo de reposición de 10 °C | 22 min con USB-C PD de 50 W |
Cuatro pilas AA entregan 0,7 h y no constituyen una solución viable. La alimentación por powerbank USB-C, que el usuario ya posee, es la que hace funcional el producto: es la misma conclusión de arquitectura energética a la que se llegó en la unidad DTC-20, aplicada a otra escala.
Para operadores de reparto de comida preparada. La restricción dominante no es la aislación sino la frecuencia de apertura.
| Parámetro | Valor calculado |
|---|---|
| Capacidad | 40 L · Ø349 × 419 mm |
| Aislación | 25 mm |
| Pérdida térmica en régimen cerrado | 60,6 W |
| Pérdida con apertura frecuente | 81,8 W · 35 % adicional |
| Autonomía sobre 63 °C | 4,8 h |
El desarrollo de esta línea exige resolver la compartimentación: subdividir el volumen para que la apertura de un compartimento no comprometa la temperatura del resto. Es un problema de diseño distinto al del dispensador y con mayor valor agregado.
El mismo modelo de cálculo aplica con el gradiente térmico invertido. La formulación no cambia: cambia el signo.
| Producto | Capacidad | Aislación | Carga térmica | Autonomía |
|---|---|---|---|---|
| Contenedor refrigerado | 30 L | 30 mm | 16,8 W | 13,4 h bajo 8 °C |
| Contenedor congelado | 20 L | 40 mm | 18,4 W | 7,6 h bajo −12 °C |
Aplicable a distribución de lácteos, helados y productos con exigencia de cadena de frío documentada. En este segmento la certificación de curva por unidad deja de ser un argumento comercial y pasa a ser un requisito sanitario, lo que eleva el valor del método de ensayo ya desarrollado.
Una vez instalada la capacidad de medición y el protocolo de ensayo, es posible certificar equipos de terceros: importadores, operadores de reparto y servicios de alimentación que requieran acreditar desempeño térmico.
No requiere fabricación ni inventario. Utiliza el equipamiento de habilitación ya adquirido y el método desarrollado en el programa.
| Línea | Reutilización de ingeniería | Inversión adicional | Condición de entrada |
|---|---|---|---|
| 2 · Contenedor personal | Alta | Baja | Volumen de venta. Producto de bajo ticket |
| 3 · Contenedor de reparto | Alta | Media | Requiere resolver compartimentación |
| 4 · Cadena de frío | Media | Media | Exige acreditación sanitaria |
| 5 · Certificación a terceros | Total | Nula | Solo requiere el equipamiento ya habilitado |
Ninguna de estas líneas forma parte del alcance ni de los honorarios del presente programa. Se incorporan como trayectoria de desarrollo posible, y su evaluación corresponde a una etapa posterior, una vez validado el producto base.