Aplicaciones. Bebidas. Especial: Cervecerías.

La producción de bebidas, y especialmente en este caso la cerveza, requiere de procesos de refrigeración en varias etapas de su elaboración.

La cerveza es una bebida fermentada y espumosa. En su fabricación se utilizan materias primas ricas en carbohidratos como malta, cebada, trigo, maíz desengrasado, almidón de trigo o de maíz, azúcar, lúpulo y agua, a las que se les añaden levaduras.

Trataremos la aplicación de refrigeración en su procesamiento en plantas industriales, dejando de lado la producción artesanal, tan de moda actualmente, y de la que existen numerosas publicaciones, especialistas y “braumeisters” maestros cerveceros.

Durante el procesamiento de cervezas se emplea refrigeración en los siguientes pasos:

  • tratamiento de la malta 
  • producción del mosto
  • fermentación y maduración
  • filtración
  • embotellado 
  • distribución

Los mayores requerimientos de refrigeración (cargas térmicas) se producen en las etapas de producción de la malta, enfriamiento del mosto, fermentación, filtrado y embotellado.

La producción del mosto se efectúa usualmente fuera de la planta cervecera (malterías).

La refrigeración para la fermentación del mosto, una vez en la cervecería, se obtiene por medio de agua previamente enfriada en intercambiadores con agua glicolada o con refrigerante primario directamente. De esta manera, el mosto se enfría hasta la temperatura de incorporación en una sola etapa.

Esta etapa de fermentación requiere grandes capacidades de refrigeración.

La filtración y eliminación de impurezas se produce a bajas temperaturas por lo que esta etapa de separación también implica una importante demanda de refrigeración. 

En esta etapa es importante el control preciso de la temperatura de la cerveza.

El envasado requiere enfriamiento a fin de asegurar que durante el proceso no se alteren la calidad ni el gusto, se mantengan la estabilidad microbiológica y el contenido de CO2 dentro de límites precisos, ya que no se debe producir aporte adicional al contenido de oxígeno, que debe ser mantenido al mínimo.

En las plantas cerveceras actuales normalmente no se requiere refrigeración en los almacenes o durante su distribución. 

Lógicamente sí se produce requerimiento de frío en su expendio o consumo.

Los sistemas de refrigeración utilizados en las medianas y grandes cervecerías industriales operan mayoritariamente con amoníaco como refrigerante primario, y en muchos puntos de aplicación por medio de refrigerantes secundarios.                                                              

Algunos diseños incluyen el enfriamiento por refrigerante amoníaco directo en parte del proceso.

En proporción minoritaria se utilizan enfriadores de líquido (chillers) que utilizan refrigerantes sintéticos.                                        

A pesar de expresar que estas aplicaciones se efectúan con refrigerantes sintéticos “ecológicos”, estos casos son escasos ya que dichos refrigerantes están actualmente sólo disminuyendo su potencial contaminante y en un plazo más o menos cercano serán erradicados como sus antecesores (R12, R22, etc.).                                                                                         

Su aplicación inclusive se realiza en países o regiones que tienen actitudes laxas respecto a la tendencia mundial de control y eliminación de los gases y substancias perjudiciales para el medio ambiente.

EQUIPAMIENTO.

Características del equipamiento de refrigeración necesario.

Compresores.

Mayoritariamente se emplean compresores de tornillos, de medianas y grandes capacidades. Normalmente son accionados por motores eléctricos y, actualmente en muchos casos, regulados por convertidores de frecuencia que permiten un control fino de la capacidad frigorífica al optimizar/incrementar su velocidad nominal hasta valores mecánicamente aceptados por estos compresores.

En algunos casos se han accionado con turbinas de vapor aprovechando la generación de vapor requerido para los procesos de cocimiento.

Condensadores.

Es casi excluyente la condensación por condensadores evaporativos (de serpentinas o bancos de placas) y el enfriamiento del aceite lubricante de compresores por efecto termosifón.

Control.

Dadas las grandes capacidades y las variables especiales que se presentan en el proceso de producción de la cerveza, es necesario el manejo eficiente del consumo energético. Para ello, un recurso importante es la regulación secuenciada de los compresores y condensadores con programas y controles específicos.                            

Además, por medio de controles avanzados se regulan las relaciones operativas del consumo de energía de compresores y de condensadores, balanceándolas para optimizar la mejor eficiencia energética total.                

Enfriadores.

Los intercambiadores de enfriamiento de procesos varían, aún en la misma planta, según el punto del proceso y su requerimiento particular.                                 

Generalmente se aplican en estos procesos:

                           

  • Enfriamiento de agua, brines o soluciones agua-glicol: intercambiadores de casco y tubos o (mayoritariamente en la actualidad) de placas.
  • Fermentación: tanques encamisados con circulación de amoníaco directa o con líquido intermediario.
  • Tratamiento de la cerveza: intercambiadores de placas.
  • Filtrado de la cerveza: intercambiadores de placas.
  • Embotellado: intercambiadores de placas.
  • Levaduras: tanques encamisados

GENERALIDADES.                                            

Temperaturas. 

Si bien los procesos no requieren de temperaturas muy bajas, las mismas son muy diversas en las distintas etapas del proceso.                                                   

Aproximadamente se encuentran las siguientes temperaturas según cada etapa del proceso:

Áreas de malta: 15º C.  

Almacenamiento: 1ºC

Fermentación:

6ºC a 10ºC (cervezas “Lager”).

18ºC a 25ºC (cervezas “Ale”).

Filtración: -2ºC. 

Embotellado 0ºC.               

                                                    

Energía.                                                                

Dadas las grandes capacidades requeridas habitualmente, las diferencias en las cargas térmicas y temperaturas, y la variación en los tiempos parciales que demandan algunas etapas, es conveniente regular independientemente las temperaturas de evaporación en las distintas etapas.

Para obtener eficiencia energética, las buenas prácticas indican que las superficies de intercambio en condensadores y enfriadores de placas o tubos deben ser generosamente dimensionadas, y que los sistemas de control y regulación cuidadosamente seleccionados para brindar la mayor precisión.

El cálculo correcto de las cargas térmicas (a cargo de especialistas) es muy importante previendo todas las variables posibles.                                             

La producción de cerveza se realiza en etapas diferenciadas en tiempo y temperaturas (batch).

Aún en una misma planta pueden producirse variaciones en los requerimientos según cambios en la producción o en el tipo de producto deseado, lo que hace que para el balance se deban considerar todos los factores en todas las condiciones operativas del proceso.                                                                               

Este es un factor importante para asegurar la calidad del producto deseado y para que la producción se obtenga en forma energéticamente eficiente. 

Pasteurización.                                                     

A fin de preservar su calidad, la cerveza es normalmente pasteurizada.

El control de calidad del proceso de pasteurización tiene fundamental influencia en el gusto, sabor y seguridad biológica del producto.                                                         

Estas condiciones permiten una prolongación del tiempo de validez de la bebida.                                               

Es un tratamiento térmico que se efectúa ya sea en intercambiadores de placas previo al envasado o en túneles con la cerveza en su envase final.                                                                  

Posteriormente a su calentamiento/pasteurización a aproximadamente 70ºC 75ºC por espacio de segundos, la cerveza es rápidamente enfriada en los intercambiadores hasta su temperatura de embotellado.                                 

En los túneles, las botellas o envases pasan a través de secciones de calentamiento (aproximadamente a 60ºC), pasteurización y enfriamiento final.  

Proceso adicional.                                

Una excepción en los rangos de temperaturas medias enunciadas anteriormente lo constituye un proceso que es accesorio al principal de producción de cerveza pero que se encuentra habitualmente en las plantas cerveceras.                                                        

Este proceso implica también la aplicación de equipos de refrigeración.                                                                      

En la etapa de fermentación se procede a la recuperación de CO2, que es usado posteriormente en otras partes del proceso cervecero o para otras aplicaciones, como ser la elaboración de bebidas carbonatadas.                                                             

Los sistemas específicos para producir la condensación del CO2 incluyen componentes de refrigeración con compresores y condensadores de amoníaco. 

Los compresores operan en una etapa a una temperatura de evaporación aproximada de -33ºC, con lo que se obtiene la licuefacción del CO2 para su almacenamiento y utilización posterior.                                                                          

Este es un subsistema que generalmente no está vinculado a los sistemas de refrigeración principales. En algunos casos podría estarlo, en la parte de condensación de amoníaco, aunque la diferencia en capacidades y tamaños con los sistemas principales generalmente no justifica su vinculación.

En resumen.

La elaboración y consumo de cerveza se remonta a la más lejana antigüedad, miles de años A.C. y en distintas regiones del Universo.
También la aplicación de refrigeración en su proceso de elaboración tiene siglos, por supuesto en las formas obtenibles en cada época: lugares subterráneos, fuentes de aguas heladas, hielo natural, glaciares, etc.
Actualmente la universalidad de su consumo, los grandes volúmenes de producción, la dura competencia en su comercialización y las distintas y crecientes exigencias de sus consumidores hacen que cada vez sea más necesario brindar el servicio de refrigeración en sus procesos de la forma más confiable, energéticamente eficiente y amigable con el medio ambiente.
Los grandes volúmenes de producción implican también grandes consumos de energía.
Es este aspecto la refrigeración es uno de los insumos más importantes, (sino el primero) en la cadena de costos de producción de esta aplicación y consecuentemente requiere la dedicación de los mejores especialistas y más importantes suministradores de esta tecnología.