La importancia de un sistema de refrigeración en la cervecería
Por: Renzo Caimi O.
PARTE 1: GENERALIDADES Y DISEÑO
La refrigeración en la cervecería es fundamental. Si bien en el proceso de la elaboración de cerveza hay muchas etapas donde se produce intercambio de calor —o, en simple: calentar y enfriar mosto y cerveza—, aquí nos centraremos en el de enfriado (no calefacción ni guarda en frío de cerveza terminada).
Las principales etapas donde se requiere frío:
Enfriamiento de mosto post-hervor.
Control de temperaturas de fermentación y maduración.
El frío es de gran importancia ya que, de no controlar correctamente, puede acarrear problemas graves e irreversibles en calidad de la cerveza, es decir, sabores no deseados.
Algunas consideraciones desde la termodinámica:
Se debe llevar la totalidad del volumen del lote desde temperatura de ebullición a temperatura de fermentación. Eso es mucha energía que debe removerse (más sobre eficiencia más adelante).
Recordemos que el proceso de fermentación es exotérmico, es decir, las levaduras generan energía térmica al fermentar. Es por esta razón que hablamos de enfriar y no calentar.
Desde un punto de vista energético-económico acá se juega también una buena parte de los costos de energía, traducidos habitualmente a consumos eléctricos e hídricos.
¿QUIÉN SE ENCARGA DE REALIZAR EL ENFRIAMIENTO?
En una fábrica de cerveza el encargado de controlar el frío es el chiller. Un chiller es una máquina que remueve energía térmica de un fluido o refrigerante, enfriando y disipando calor al ambiente. En el caso de la cervecería, es típico que el refrigerante una solución de agua/glycol, consuma energía eléctrica y disipe calor en forma de aire caliente al ambiente.
Dicho refrigerante circula por los distintos equipos de la fábrica enfriando donde sea necesario. Para realizar este proceso de enfriamiento, cada equipo debe contar con un sistema de intercambio de calor:
Para enfriar el mosto post-hervor se usan normalmente intercambiadores de calor de placas.
Para enfriar las cerveza en fermentación, los estanques fermentadores suelen contar con chaquetas exteriores por donde fluye el refrigerante.
Cómo está conectado un sistema típico
Para fácil visualización, dejaremos un diagrama tipo de algunos componentes de un sistema de refrigeración en una fábrica típica.
Los sistemas que operan:
Sistema de refrigeración
Estanques de de acumulación
Sistemas de intercambio de calor
Sistemas de control y automatización
Sus subcomponentes:
Chiller
Estanques
Refrigerante
Bomba(s)
Tuberías (piping)
Válvulas eléctricas
Panel de control
Chaquetas de refrigeración
Intercambiador(es) de calor
Como se puede apreciar en la imagen anterior, el diagrama representa un sistema cerrado o estacionario, eso quiere decir que lo que entra es igual a lo que sale (asumiendo que no hay fugas).
Una configuración más completa y eficiente ocupará sistemas y tanques de acumulación, recuperación y transferencia frío/calor.
CÓMO DISEÑAR Y DIMENSIONAR
El diseño debe ser un sistema que normalmente responde a las siguientes consideraciones:
Tamaño de lote de producción
Recurrencia de producción
Capacidad de fermentación
Cantidad de estanques de fermentación
Presupuesto
Lo anterior permite dimensionar el sistema de refrigeración, donde el principal factor a considerar es la capacidad del chiller y el tamaño de los estanques de acumulación.
Antes de seguir, definiremos algunos ítems:
Estanque de glycol: estanque que acumula glycol. Debe estar bien aislado y contar con al menos una salida y una entrada de glycol. Debe contar con una bomba.
Estanque de agua fría: estanque que acumula agua cervecera fría. Debe estar bien aislado, contar con una salida y un sistema de enfriamiento, como serpentín o chaqueta. La red de glycol es la que enfría este estanque y el agua fría es la que alimenta el intercambiador de calor de la planta para enfriar el mosto post hervor. Debe también contar con una bomba.
Intercambiador de calor de una fase: intercambia calor entre mosto caliente y red de agua fría. Tiene 2 entradas y 2 salidas.
Intercambiador de calor de 2 fases: intercambia calor entre mosto caliente, agua de proceso y también glycol. Tiene 3 entradas y 3 salidas. Primero hace el intercambio con el agua de proceso y luego con glycol.
PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE REFRIGERACIÓN
¿Incluyo un tanque de glycol? Para el 95% de los casos recomendamos que sí.
¿Incluyo un tanque de agua fría? Si el régimen de producción de cerveza es continuo, sugerimos que sí. El tamaño del HLT (estanque de agua caliente) se hace relevante en este punto también.
¿Cuántos chillers debo incluir? Si bien un sistema puede perfectamente funcionar con solo un chiller, tener dos chillers funcionando en paralelo permite realizar mantenciones sin tener que paralizar la planta.
CÁLCULO DE CAPACIDAD DE UN SISTEMA
Si bien la capacidad de un sistema puede calcularse, dejaremos ese cálculo oculto para no agobiar con tanta matemática.
Para régimen de <1 lote por día:
Estanque de glycol: x 2 tamaño de lote.
Estanque de agua fría: No es necesario.
Intercambiador de 2 fases.
Para régimen de 1 lote por día:
Estanque de glycol: x 2 tamaño de lote.
Estanque de agua fría: x 2 tamaño de lote.
Intercambiador de 1 fase.
Para régimen de >1 lote por día:
Estanque de glycol: x 3 tamaño de lote.
Estanque de agua fría: x 3 tamaño de lote.
Intercambiador de 1 fase.
Capacidad de chiller: volumen de estanque de glycol/200 (en HP). Por ejemplo, una planta que cuenta con un estanque de glycol de 2000L, necesitaría 2 chiller de 5HP o bien 1 chiller de 10HP.
Tras esta explicación de la refrigeración y su diseño, queda muy atento y atenta a la segunda parte de este tema: automatización y eficiencia, que estaremos publicando próximamente.
(REFRIGERACIÓN EN LA CERVECERÍA, PARTE 2: AUTOMATIZACIÓN Y EFICIENCIA)
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