“Asignación de operaciones de cosecha y fermentación de uva para vino”

Informe 3

“Asignación de operaciones de cosecha y fermentación de uva para vino”

Grupo 10

Felipe Alvarado - José I. Camelio - Felipe Castro - Vicente Damianovic -

Franco Donati - Ayleen Essus - Ignacio Fibla

Índice

1- Resumen        3

2- Introducción        4

3- Descripción detallada del problema        5

4- Discusión metodológica        8

5- Trabajo Desarrollado        10

6- Experimentos Computacionales        15

7- Resultados        17

8- Conclusiones        19

9- Anexos        20

10- Referencias Bibliográficas        21

1- Resumen

        El presente documento tiene por objetivo modelar y optimizar la cosecha de uvas en la industria vinícola, a modo de maximizar la calidad en la producción de vino dadas las pérdidas por mezcla y mal uso de los tanques de fermentación. Para esto, es fundamental la descripción detallada del proceso y las implicancias que poseen los diferentes procesos dentro de la producción de vino. Además de una explicación precisa sobre algunos conceptos propios de la industria, los que serán abordados a medida que se explica el proceso en el cual son requeridos.

        Para llevar a cabo el modelo, se seguirá una estructura investigativa mediante una revisión bibliográfica de diversas aplicaciones previas en relación a casos similares, lo que permitirá concluir la técnica de optimización apropiada, que servirá para aplicar a los problemas presentes en esta industria. Así, la técnica de optimización elegida es la Optimización Robusta bajo el enfoque poliedral propuesto por Bertsimas y Sim.

        Se detalla la modelación de forma simplificada o determinista del proyecto incluyendo la definición de la función objetivo junto con las respectivas restricciones, las cuales serán explicadas a lo largo del informe. A partir de la formulación del modelo se realiza el traspaso a un sistema computacional, lo que permitirá generar una base inicial para el diseño de una correcta calendarización de las actividades reflejadas en una Carta Gantt con la inclusión de la incertidumbre en los volúmenes de uvas cosechadas.

De este modo, se permite concluir la adecuada implementación del sistema de cosecha que debe ser llevado a cabo para conseguir una óptima repartición en las cubas de fermentación, minimizando el espacio perdido en su interior, las mezclas y el uso de cubas externas.

2- Introducción

En Chile la producción del vino es una de las industrias más destacadas debido a que ha experimentado altos crecimientos en sus tasas de producción y exportaciones (Cuadrado, 2013). Este proyecto se centra en los procesos de cosecha que se realizan cuando las diversas variedades de uvas presentes en los cuarteles se encuentran en el instante óptimo de maduración, para luego producir una amplia variedad de cepas de vino con ellas. Lo anterior, se realiza mediante la asignación de las cosechas en diferentes tanques de acero inoxidables ubicados en la bodega de vinificación. Allí es donde ocurre la fermentación de la uva, es decir, donde el jugo de uva se transforma en vino.

Los propósitos de este informe son el análisis de la metodología más adecuada para describir el momento óptimo de cosecha de uva en los respectivos cuarteles y el desarrollo de un modelo de optimización que incluya la incertidumbre presente en los volúmenes de cosecha. A partir del modelo, será factible implementar una resolución computacional con el propósito de asignar los cuarteles cosechados a las cubas de manera de minimizar los espacios perdidos en su interior y la mala calidad a causa de posibles mezclas de cuarteles.

Dentro de la motivación, es importante considerar que este es un problema real que ocurre en muchas viñas, por lo que llama la atención su resolución especialmente porque problemas similares se pueden ver reflejados en diferentes industrias. Al tener como supuesto un tiempo de fermentación determinado permite simplificar un poco el problema, estando este supuesto cercano a la realidad al ser posible controlar las temperaturas dentro de las bodegas de fermentación.  

La estructura del informe inicia con la presentación y explicación del problema, donde se exponen los principales detalles y procesos que se llevan a cabo en esta etapa de la industria del vino, así como los objetivos, restricciones que se deben respetar, análisis de los datos disponibles y limitaciones presentes. Posteriormente, se detalla la metodología de optimización elegida para modelar el problema y luego se presenta el trabajo desarrollado a través de la modelación y programación del problema junto a su implementación. Finalmente, se presentan los resultados del programa junto con una planificación presentada en una Carta Gantt que define la cosecha de la uva.

3- Descripción detallada del problema

        El problema que se abordará en este informe corresponde a la optimización de la cosecha de uvas en los campos a modo de generar una mayor calidad en la producción de vino, mientras que se minimizan los espacios perdidos al interior de las cubas para maximizar la producción.

        Las uvas son producidas en campos destinados a su producción y son ordenadas por “cuarteles” al interior de cada campo. Esto permite un ordenamiento simple al momento de extraer las diferentes cepas, ya que en cada cuartel se encuentra un solo tipo de variedad de uva, lo cual implica posteriormente un tipo distinto de vino (Cofré, 2018).

El proceso de producción de vino comienza en los campos de cosecha de uvas, en donde se debe escoger cuidadosamente el momento en el cual se deben extraer las uvas a modo de obtener el mayor contenido de azúcar en ellas, lo que será el principal motor de fermentación para la posterior producción del vino. Al mismo tiempo, esta cosecha debe ser selectiva en cuanto a los diferentes tipos de uvas presentes en un mismo cultivo, ya que las diferentes cepas de vino son fabricadas con diferentes tipos de uvas y estas no pueden ser mezcladas en el proceso, para lo cual se debe mantener un orden permanente en el proceso de cosecha y en la posterior fermentación.  

Una vez cosechadas las diferentes cepas, estas son transportadas hacia una instalación llamada bodega de vinificación, en la cual se inicia el proceso de extracción del jugo de las uvas y su posterior fermentación. El proceso de fermentación puede demorar varios días, y su duración depende de varios factores tales como el tipo de cepa de uva, temperaturas, cantidad de aire presente en la cuba, etc. La fermentación en sí se realiza en estanques de acero inoxidable llamados “cuba”, los que se encuentran en las bodegas de vinificación y poseen diferentes tamaños.

Como las diferentes cepas no pueden ser mezcladas, se debe llevar a cabo una organización especial que permita que el jugo de uvas de una cepa no tome contacto con el de otra cepa, para lo cual las cubas solamente pueden mezclar a su interior jugos de un mismo tipo de uva.

El contexto de este problema radica en que los productores de vinos se enfrentan habitualmente a dificultades en cuanto a cuándo es mejor cosechar un determinado tipo de uva y su posterior y correcta asignación en los tanques de fermentación, debido a que estas actividades están bajo la influencia de diferentes factores, ya sea la capacidad de los tanques, los tiempos de fermentación, si se puede mezclar la cosecha, entre otros. Es por esta razón que es necesario entender las situaciones o circunstancias bajo las cuales se generan dichas problemáticas bajo un pensamiento crítico de investigación operacional, con la motivación de ayudar a optimizar los diversos procesos que se ejecutan en esta actividad.

Para abordar las diversas problemáticas se encuentran disponibles ciertos datos puntuales que permitirán llegar a un resultado final acorde a lo esperado. En primer lugar, dentro de los datos disponibles se tiene la información de los cuarteles, donde junto con su ID se indica las toneladas producidas y el rango de fechas óptimas donde se puede realizar la cosecha. Luego, existe un indicador que toma los valores 1 y 0 dependiendo si se puede mezclar o no con otros vinos de la misma variedad, el tiempo de fermentación de la uva, el código de su variedad y por último el volumen disponible, que será estimado producto de la incertidumbre que se tiene al momento de cosechar.

Se contará también con la capacidad de las diferentes cubas. Cada una posee una identificación (ID) y una capacidad fija, existiendo cuatro tamaños específicos: 30, 50, 75 y 100 toneladas. Además, se tiene información importante sobre el funcionamiento de la viña: primero solo se pueden mezclar cuarteles con la misma variedad de uva (esto es solo si es que la uva se puede mezclar), el día de cosecha del cuartel debe respetar la ventana indicada, la fermentación en los estanques comienza el mismo día de la cosecha, asumiendo que los pasos entremedio no son relevantes para el problema y, por último, cada cuba tiene un porcentaje mínimo y máximo para poder ser utilizada, de un 75% y 95% respectivamente. Además, es fundamental recalcar que se debe cosechar el cuartel entero, por lo que no es posible poner fracciones del producto en diferentes estanques.

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