Las plantas de refrigeración son fundamentales en una cervecería, ya que muchas etapas del proceso dependen de temperaturas controladas.

El sistema de refrigeración con NH₃ es el más utilizado en la industria cervecera debido a su eficiencia y confiabilidad. Siguiendo el ciclo de Carnot modificado, el amoníaco pasa por compresión, condensación, expansión y evaporación, permitiendo el enfriamiento necesario las diferentes etapas del proceso cervecero.
Los condensadores enfriados por torres evaporativas o sistemas cerrados de agua son clave para disipar el calor eficientemente.

Principales procesos consumidores de frio

a. Enfriamiento del mosto

Tras la ebullición, el mosto debe enfriarse rápidamente a temperaturas adecuadas para la fermentación (entre 5 °C y 20 °C, según el tipo de levadura y cerveza). Este proceso se realiza mediante intercambiadores de calor de placas, utilizando agua fría como medio refrigerante.

b. Control de temperatura en la fermentación y maduración

Durante la fermentación, es crucial mantener temperaturas constantes para asegurar una fermentación saludable y evitar la producción de sabores indeseados. Los fermentadores están equipados con camisas de refrigeración que permiten controlar la temperatura mediante la circulación de agua glicólica.

Después de la fermentación, la cerveza se somete a una maduración en frío, proceso conocido como “cold crash”, donde se reduce la temperatura para clarificar la cerveza y mejorar su perfil sensorial.

c. Mantenimiento de temperaturas y enfriamiento en tanques

  • Tanques de Levadura: La levadura recuperada se almacena en condiciones refrigeradas para preservar su viabilidad y pureza microbiológica.
  • Tanques de Cerveza Brillante (BBT): Estos tanques almacenan la cerveza lista para envasar, manteniéndola a temperaturas bajas para conservar su calidad.
  • Tanques Buffer: Actúan como intermediarios en el proceso, asegurando un flujo continuo y estable de cerveza entre diferentes etapas, manteniendo la temperatura adecuada.

En todos estos casos lo más usual es utilizar agua glicólica.

d. Recuperación de CO₂

Durante la fermentación, se genera CO₂ que puede ser capturado, purificado y reutilizado en el proceso, reduciendo costos y mejorando la sostenibilidad. En la licuefacción del CO2 se utiliza NH3 como medio refrigerante.

e. Producción de agua desaireada

El agua desaireada es esencial para evitar la oxidación de la cerveza. Se produce mediante sistemas que eliminan el oxígeno disuelto, utilizando técnicas como la desgasificación por vacío o mediante membranas. Agua glicólica es usado para enfriar esta agua.

f. Pasteurización Flash

Este proceso térmico elimina microorganismos patógenos sin afectar las propiedades sensoriales de la cerveza. Consiste en calentar la cerveza a aproximadamente 72 °C durante 30 segundos y luego enfriarla rápidamente. Agua fría es utilizada para el enfriamiento de la cerveza.

g. Enfriamiento de Salas

Algunas áreas en la producción requieren condiciones ambientales controladas. Los sistemas de climatización aseguran temperaturas estables, protegiendo tanto el producto como el equipo. La mayoría de las veces se usa en estos sistemas agua glicólica como medio refrigerante.

Principios de refrigeración

El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal que establece el límite máximo de eficiencia para cualquier máquina térmica. En la práctica, los sistemas reales se aproximan a este ciclo, pero con pérdidas por irreversibilidades.

El ciclo de refrigeración con NH₃ sigue cuatro etapas principales:

  1. Compresión (Trabajo aplicado)
  2. Condensación (Liberación de calor)
  3. Expansión(Reducción de presión y temperatura)
  4. Evaporación (Absorción de calor)

Este ciclo se repite continuamente, manteniendo las temperaturas requeridas en la producción cervecera.

Componentes y funcionamiento del sistema de frío con NH₃

a. Compresores (Etapa de Compresión)

  • El NH₃ en estado gaseoso (a baja presión y temperatura) es aspirado por los compresores.
  • Al comprimirse, el gas aumenta su presión y temperatura (ejemplo: de -10°C a 80-100°C).
  • Este proceso requiere energía mecánica (trabajo aplicado).

b. Condensadores (Etapa de Condensación)

  • El NH₃ caliente y a alta presión fluye hacia los condensadores, donde se enfría y pasa a estado líquido.
  • Tipos de sistemas de enfriamiento usados en cervecerías:
    • Torres de enfriamiento evaporativas (Intercambiador ¨tubos de NH₃¨ dentro de la torre, evaporación parcial de agua):

Consiste en un sistema de agua parcialmente cerrado, el agua del depósito inferior de la torre es bombeada a los dispersores superiores, donde el agua cae pasando por los tubos que transportan el NH₃. Una parte del agua se evapora donde el NH₃ es enfriado y condensado. La otra parte de agua, que se calentó sin evaporarse cae a las colmenas, donde aire forzado la enfría y después cae nuevamente en el tanque inferior de la torre para comenzar nuevamente el ciclo.

  • Torres de enfriamiento convencionales (Intercambiador fuera de la torre, sin evaporación de agua):

Consiste en un sistema de agua parcialmente cerrado, que enfría el NH₃ en un intercambiador de calor externo (ejemplo: condensador de tubos y coraza). La diferencia aquí es que del tanque inferior el agua fría es bombeada a un intercambiador donde acurre el enfriamiento y condensación del NH₃. De qui el agua va a la parte superior de la torre donde es dispersada y pasa por las colmenas donde pasa aire forzado para enfriar el agua y seguidamente vuelve a caer al tanque inferior de la torre donde comienza nuevamente el ciclo.

c. Válvula de Expansión (Etapa de Expansión)

  • El NH₃ líquido pasa por una válvula de expansión (o dispositivo de estrangulamiento), donde su presión y temperatura caen drásticamente (ejemplo: de 30°C a -20°C).
  • Parte del líquido se evapora instantáneamente (enfriamiento por expansión).

d. Evaporadores (Etapa de Evaporación)

  • El NH₃ frío y a baja presión entra en los evaporadores, o consumidore
  • Aquí, el NH₃ absorbe calor del medio (agua, cerveza o aire) y se evapora completamente, regresando a los compresores para reiniciar el ciclo.

Diseño típico de una planta de refrigeración cervecera

En una cervecería industrial, los sistemas de refrigeración suelen dividirse en tres circuitos independientes, cada uno con funciones específicas:

a. Circuito de NH₃ directo

  • Características:
    • Sistema compacto y altamente integrado con consumidores críticos.
    • Usado para aplicaciones de baja temperatura o procesos que requieren alta eficiencia, como es el caso en la licuefacción de CO₂ (donde el NH₃ actúa como refrigerante primario).
  • Componentes clave:
    • Integrado al consumidor.
    • No requiere intercambiadores intermedios (el NH₃ enfría directamente).
  • Ventajas:
    • Máxima eficiencia térmica (sin pérdidas por intercambio).
    • Ideal para cargas térmicas concentradas.

b. Circuito de Agua Fría

  • Características:
    • Sistema abierto (agua no recirculada)
    • Usado para enfriamiento de mosto y agua desairada.
  • Componentes clave:
    • Tanque de almacenamiento de agua fría.
    • Bombas de distribución que envían agua fría a los consumidores.
  • Ventajas:
    • Fácil control de temperatura.
    • Menor riesgo por fugas de NH₃ (aislamiento del refrigerante primario).

c. Circuito de agua Glicólica

  • Características:
    • Sistema cerrado.
    • Usado en tanques en general y cámaras frías.
  • Componentes clave:
    • Tanque de glicol caliente (antes de la unidad de frío).
    • Tanque de glicol frío (después de la unidad de frío).
    • Alternativa: Tanque de estratificación (almacena glicol frío y caliente en capas).
    • Bombas de suministro que envían glicol frío a los consumidores.
    • El glicol caliente retorna al tanque de glicol caliente para ser enfriado nuevamente.
  • Ventajas:
    • Resistente a bajas temperaturas (evita congelamiento).