Refrigeración en la cervecería (parte 2): automatización y eficiencia

Por: Renzo Caimi O.

Hace algunas semanas publicamos la primera parte de la importancia del sistema de refrigeración en la cervecería: generalidades y diseño. Hoy, entonces, compartimos con ustedes la continuación de ese artículo en el que hablaremos sobre la automatización y eficiencia de este proceso. Mucha atención.

1. Control y automatización (clave)

En esta sección nos enfocaremos en la automatización de sistemas de fermentación, puesto que son prioritarios con respecto a otros procesos automatizables.

Como algunos cerveceros ya sabrán, las levaduras no duermen ni dejan de trabajar los feriados. Es por esta razón que simplemente es inviable no automatizar el control para la fermentación. La etapa más crítica son los primeros días de fermentación y el parámetro más determinante es la temperatura.

Cada cepa de levadura tiene su temperatura óptima de trabajo, que puede ser más alta o baja, dependiendo del perfil de sabores que se busque. Sin embargo, hay una constante: leves desviaciones en la temperatura afectan drásticamente en el resultado de la fermentación, específicamente en sabores obtenidos: alcoholes, ésteres, fenoles, entre otros.

Hay que recordar que el proceso de fermentación es un proceso exotérmico, lo que significa que este genera calor. Para estanques suficientemente grandes y en condiciones estándar, una fermentación desatendida generará calor suficiente para subir la temperatura varios grados, produciendo en la gran mayoría de los casos, deméritos notorios y no aceptables.

Y es que lo que diferencia a un gran cervecero y un cervecero promedio es la homogeneización y estandarización de sus productos. La misma cerveza debe ser igual en verano y en invierno, lote tras lote.

Para lograr automatizar, se requiere:

1. Estanques fermentadores que cuenten con sistemas de intercambio de calor. Lo estándar en la industria es contar con fermentadores que tengan chaquetas de refrigeración y aislación del ambiente.
2. Un dispositivo que mida la temperatura dentro del estanque. Es usual usar una PT-100, que básicamente es un termómetro digital que se introduce en una sonda interior.
3. Una válvula automática, que permita el paso de refrigerante selectivamente. Lo usual es usar electroválvulas.
4. Un panel de control que haga interactuar los puntos 1, 2 y 3.

(Los fermentadores BRIGHT incluyen ítems 1, 2 y 3).

2. Cómo ser más eficiente

Si hablamos de eficiencia podemos diferenciar tres principales métricas:

1. Huella hídrica. Cuánta agua se descarta para refrigerar. Un sistema de refrigeración estándar debe ser capaz de consumir CERO litros de agua.
2. Consumo energético:
1. Directo. El consumo del proceso de enfriamiento. Es muy habitual que sea consumo eléctrico, medido en kWh.
2. Indirecto. El costo oportunidad de no aprovechar el calor del fluido enfriado. Por ejemplo: al enfriar un lote post-hervor desde 100ºC a 20ºC, estamos hablando de una cantidad muy grande de energía. Esa misma energía puede usarse o almacenarse en procesos de calefacción (como calentar el agua de la siguiente maceración). Este ítem es tremendamente importante y se le dedicarán palabras con más detalle.
3. Tiempo. Un proceso dado de refrigeración se debe efectuar en tiempos definidos. Realizarlo rápidamente es de especial importancia para el proceso de enfriado del mosto poshervor.

El diseño de los sistemas de refrigeración permiten lograr distintos niveles de eficiencia. Algunas consideraciones importantes son:

1. Exigencias propias del dueño o dueña/administrador o administradora. Qué niveles se está dispuesto a soportar. Esto aplica a métricas de consumos, como la aceptación de desviaciones de parámetros de producto.
2. Régimen de trabajo. Cuántos lotes por día o por semana se producen. Regímenes más exigentes no solo exigirán mayor capacidad de refrigeración (chillers más potentes), sino que también más estanques acumuladores. Fábricas a régimen parejo pueden contar con:
• Estanques de glycol al menos 3x volumen de lote.
• Estanque de agua fría de al menos 2x volumen de lote.
• Intercambiador de calor de 1m2 x litro efectivo.
• Chiller de 1HP x 200-400 litros tanque de glycol.
3. Capacidad de fermentación. Medido en litros, sumando todos los estanques fermentadores y acondicionadores. A mayor capacidad de fermentación, mayor requerimiento de frío. Notar que este concepto es mucho menos importante que el régimen de trabajo.

Algunos equipos, diseños y sus ventajas:

1. Intercambiador de calor puede ser de una o dos fases. Intercambiadores de dos fases funcionan bien con sistemas que cuentan con estanques de glycol. Intercambiadores de una fase se benefician de uso de estanques de agua fría, permitiendo generar mayores diferenciales de temperatura y mejores eficiencias en intercambio de calor.
2. Estanque de agua fría. Permite mantener un stock de agua fría, minimizando los peaks de demanda de agua fría y carga al chiller. No solo cuida el funcionamiento y componentes del chiller, sino que permite lograr mejores eficiencias de enfriamiento, hasta 40% menos de consumo para mismo nivel enfriamiento de mosto post-hervor.
3. Estanque de agua caliente HLT. Contar con suficiente almacenamiento de agua caliente es clave para reducir tanto consumo de agua como para aprovechamiento energético del agua proveniente del intercambiador de calor. En sistemas bien dimensionados se puede ahorrar hasta un 90% de la energía requerida para todo el bloque de maceración y lavado de grano. El HLT debe contar con buen aislamiento térmico.

3. Diseño con mirada a futuro

Una cosa es calcular la capacidad requerida actual, que es relativamente sencillo. Otra es dimensionar para las exigencias futuras.

Por definición, un sistema, en un momento dado, debe tener cierto nivel de holgura, para proteger de peaks de demanda, pero también para permitir crecimiento hasta el próximo aumento de capacidad de frío.

Un sistema de refrigeración básico, que cuente con N chillers y un estanque de glycol, requiere cierto nivel de inversión. Sobreinvertir para cubrir el doble de demanda de producción es ineficiente en el uso del capital de la empresa. Invertir en sistemas más pequeños es más caro para L litros de producción, el costo unitario de inversión aumenta.

El diseño ideal debiera considerar ambas ideas para llegar a un óptimo de incrementos de capacidad de frío. Se cuenta entonces con dos variables de decisión: nivel de incremento (digamos en HP) y tiempo entre incrementos (en años).

Una consideración importante es que los chillers pueden funcionar en paralelo, es decir, funcionando al mismo tiempo. Así, es posible sumar capacidad (léase adquirir más unidades) al momento que se requiera. Además tiene la gran ventaja que permite realizar mantenciones de manera parcelada, sin tener que detener el sistema global de refrigeración y control.

4. Conclusión

Los sistemas de refrigeración son quizás el ítem más importante para automatizar, puesto que controlan la temperatura de fermentación, factor importantísimo en estandarización de producto y calidad.

A su vez, la configuración de auxiliares y estanques de acumulación son claves para lograr eficiencia, tanto energéticamente como en su huella hídrica.

Este diseño debe responder a la capacidad actual y futura para permitir un funcionamiento acorde y cuidar la caja de la empresa.

Reuniendo lo anterior, se puede lograr no solo un sistema de calidad, sustentable y eficiente, sino que se liberará la responsabilidad para que los cerveceros hagan lo que saben hacer mejor: cerveza de calidad.

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