El tratamiento únicamente aeróbico no suele aplicarse en cervecerías debido al gran volumen de instalaciones requerido para tratar eficientemente las aguas residuales con este método. Por otra parte, el tratamiento anaeróbico por sí solo no alcanza los niveles de depuración exigidos por la legislación ambiental. Por esta razón, el sistema más utilizado es el tratamiento mixto: primero una etapa anaeróbica para degradar la mayor parte de la materia orgánica, seguida de una etapa aeróbica para afinar la depuración.

Este documento se centrará en el tratamiento mixto anaeróbico-aeróbico.

Tratamiento anaeróbico

El tratamiento anaeróbico es un proceso biológico en ausencia de oxígeno que convierte la materia orgánica en biogás (principalmente metano y dióxido de carbono). Se desarrolla en cuatro etapas microbianas, cada una protagonizada por grupos específicos de bacterias:

1. Hidrólisis: descomposición de compuestos complejos (grasas, proteínas, carbohidratos) en compuestos más simples.
2. Acidogénesis: conversión de estos compuestos simples en ácidos orgánicos, alcoholes, H₂ y CO₂.
3. Acetogénesis: transformación de productos anteriores en ácido acético, H₂ y CO₂.
4. Metanogénesis: formación de metano a partir de ácido acético o H₂ y CO₂.

Existen principalmente dos tipos de reactores anaeróbicos utilizados en la industria cervecera:

• UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): reactor de flujo ascendente donde el agua residual pasa a través de un manto de lodo anaerobio.
• IC (Internal Circulation): una evolución del UASB que permite mayores cargas y una mejor retención de biomasa.

DIAGRAMA GENERAL DEL PROCESO

• Recolección de aguas residuales
• Bombeo de entrada
• Tanque de ecualización/acidificación
• Dosificación química (corrección de pH)
• Tratamiento anaerobio (UASB o IC)
• Re-aeración
• Tratamiento aeróbico (SBR u otro)
• Pulido de efluente (opcional)
• Tratamiento y manejo de lodos
• Descarga o reuso

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

• La cervecería debe cumplir con buenas prácticas operacionales (uso máximo de 6 hl de agua/hl cerveza)
• Separación de aguas pluviales y sanitarias del sistema industrial
• Temperatura máxima del agua residual: 40 °C
• No se permite la descarga directa de: bagazo, levadura, trub de whirlpool, kieselguhr u aceites
• Uso exclusivo de detergentes biodegradables

PARÁMETROS DE INFLUENTE Y EFICACIA ESPERADA

Requisitos del efluente (España, RD 60/2011 y normativa autonómica de vertido a dominio público hidráulico):

• pH: 6 – 9
• Temperatura: < 35 °C
• DBO5: < 25 mg/L
• DQO: < 125 mg/L
• SST: < 35 mg/L

Nota: Los valores pueden variar dependiendo de si el vertido es a colector municipal, dominio público hidráulico o zona sensible.

UNIDADES DE TRATAMIENTO

Bombeo

• Pozo de bombeo con rejilla prensadora (0,5-1,0 mm)
• Bomba sumergible
• Muestra automática + refrigeración

Tanque de ecualización/acidificación

• Volumen: 12 h de retención hidráulica
• Medición continua de pH y temperatura
• Mezcladores sumergidos
• Corrección automática de pH

Dosificación química

• Neutralización con soda cáustica, ácido clorhídrico o CO2
• Tanques de HDPE doble pared
• Bombas dosificadoras membrana (2 x 100%)

Tratamiento anaerobio (UASB o IC)

• Carga: hasta 8 kg DQO/m³·día e IC hasta 20 kg DQO/m³·día en condiciones óptimas.
• Separador trifásico superior (agua, lodo, gas)
• Medición de pH, temperatura, caudal
• Tanque de biogás con antorcha o uso en caldera

Re-aeración

• Tanque aireado para eliminar olores sulfurosos
• Tiempo de retención: 1 hora
• Aireación: 65 W/m3
• Muestra automática del efluente

Tratamiento Aeróbico Post-anaeróbico (Reactor Biológico Secuencial u otro)

• Dos o mas reactores secuenciales
• Carga: 1 kg DQO/m3.día
• Aireación y decantación en mismo reactor
• Control automático

Manejo de Lodos

• Tanques de almacenamiento anaerobio y aeróbico
• Espesado: tambor rotativo o flotación por aire disuelto
• Deshidratado: prensa de banda, decantador, lechos de secado
• Destino: agricultura o vertedero, según legislación

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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).

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El aire comprimido es una fuente de energía auxiliar fundamental en la industria cervecera y de bebidas. Se utiliza en una amplia gama de aplicaciones como automatización de válvulas, accionamiento de cilindros neumáticos, limpieza de cereales, aireación de mosto o levaduras (en el caso del aire estéril), y transporte neumático de sólidos. Su generación, tratamiento y distribución adecuados son clave para la eficiencia, la calidad del producto y la seguridad del proceso.

Existen dos tipos principales de compresores: lubrificados con aceite y oil-free (sin aceite).

En la industria cervecera, se prefiere el uso de compresores oil-free, ya que eliminan el riesgo de contaminación por aceite en el aire comprimido que puede entrar en contacto directo o indirecto con el producto o las superficies higiénicas. Esto es especialmente importante en áreas como el envasado, instrumentación y control, y sistemas CIP.

Por otro lado, los compresores lubricados con aceite requieren sistemas de filtración más complejos para asegurar la eliminación total de trazas de aceite, y su uso está más limitado a aplicaciones sin contacto con producto.

2. Principios de Generación

2.1. Compresores

Los compresores son equipos encargados de aumentar la presión del aire ambiente hasta un nivel útil para las aplicaciones industriales. Los tipos más comunes incluyen:

• Compresores de tornillo rotativo (los más usados en cervecerías medianas y grandes): Eficientes, para trabajo continuo, bajo mantenimiento.
• Compresores de pistón: Adecuados para pequeñas capacidades o uso intermitente.
• Compresores centrífugos: Para grandes volúmenes y procesos continuos en plantas de gran escala.

2.2. Etapas de compresión

Los compresores pueden ser:

• Monofásicos: Para presiones hasta ~7 bar.
• Multietapa: Permiten alcanzar presiones más altas con mayor eficiencia energética y menor calentamiento del aire.

3. Condiciones del aire aspirado

La calidad del aire de entrada afecta la eficiencia y vida útil del compresor:

• Debe instalarse una toma de aire en zona limpia, lejos de fuentes de calor, vapor, gases agresivos o polvo.
• El aire aspirado es comprimido y, como resultado, se calienta y condensa la humedad que contiene.

4. Tratamiento del aire comprimido

Una vez generado, el aire comprimido contiene contaminantes (agua, aceite, partículas) que deben eliminarse para proteger los equipos y procesos:

4.1. Separación de Condensado

• Separadores ciclónicos: Eliminan agua líquida tras la compresión.
• Purgadores automáticos: Evitan acumulación de agua en líneas.

4.2. Enfriadores y secadores

• Enfriador posterior (aftercooler): Reduce temperatura del aire a aprox. 35-40 °C.
• Secador por refrigeración: Para puntos de rocío hasta +3 °C.
• Secador por adsorción: Para aire muy seco (punto de rocío hasta -40 °C), usado en aire estéril o para instrumentos sensibles.

4.3. Filtración

• Prefiltros de partículas (hasta 1 µm).
• Filtros coalescentes: Eliminan aceite y microgotas (<0.01 µm).
• Filtros de carbón activado: Eliminan olores y vapores de aceite.
• Filtros estériles: Para aplicaciones en contacto con producto (aireación del mosto, levaduras, etc.).

5. Almacenamiento y distribución

5.1. Tanques de aire

• Tanques pulmón: Amortiguan variaciones de presión y permiten apagado temporario del compresor.
• Presión de trabajo típica: 7 a 10 bar, dependiendo del sistema.

5.2. Red de distribución

• Diseño en anillo cerrado para asegurar presión constante en toda la planta.
• Pendiente de 1-2% hacia los puntos de drenaje.
• Materiales recomendados: acero inoxidable.
• Separar redes de aire de uso general de las de aire estéril o de instrumentos.

6. Control y gestión energética

• Utilizar variadores de velocidad (VSD) para ajustar el rendimiento del compresor a la demanda.
• Medir caudal, presión y consumo energético para detectar fugas y optimizar eficiencia.
• Mantener la presión lo más baja posible dentro del rango funcional para reducir consumo energético (cada bar adicional incrementa ~7% el consumo de energía).

7. Mantenimiento y seguridad

• Revisar filtros y purgadores periódicamente.
• Drenar manual o automáticamente los tanques y filtros.
• Controlar la temperatura de trabajo del compresor.
• Garantizar correcta ventilación del local del compresor.
• Mantener registros de mantenimiento preventivo.

8. Aplicaciones del aire comprimido en la cervecería

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¿Por qué se utiliza vapor en la cervecería?

El vapor es un medio de calentamiento altamente eficiente, seguro y controlable. Entre sus principales ventajas destacan:

• Transferencia térmica uniforme y rápida
• Alta capacidad de penetración en intercambiadores o doble camisa
• Control preciso de temperatura
• Aplicación directa (en algunos casos controlados) o indirecta (camisas, serpentines, intercambiadores)

Aplicaciones del vapor en el proceso cervecero

1. Maceración y calentamiento escalonado del mosto
2. Cocción del mosto (hervido)
3. Esterilización de equipos (CIP/SIP)
4. Producción de agua caliente (a través de intercambiadores)
5. Lavado y limpieza de recipientes y líneas

Tipos de calderas utilizadas

• Calderas pirotubulares: ideales para capacidades medianas; gas o gasóleo como combustible.
• Calderas acuotubulares: utilizadas en instalaciones de gran tamaño; respuesta rápida y alto rendimiento.
• Calderas eléctricas: recomendadas en instalaciones pequeñas o cuando no se dispone de gas natural.

Parámetros clave de la generación de vapor

• Presión de trabajo: suele estar entre 4 y 10 bar en cervecerías.
• Calidad del vapor: el vapor saturado seco es el más usado; debe evitarse el vapor húmedo para evitar condensados prematuros.
• Tratamiento del agua de caldera: fundamental para evitar incrustaciones, corrosión y arrastres de sólidos.

Tratamiento del agua de alimentación

El agua de caldera debe cumplir criterios estrictos de calidad para prolongar la vida útil del equipo y garantizar la eficiencia del sistema. Normalmente incluye:

• Desmineralización o descarbonatación parcial
• Dosificación de productos químicos anticorrosivos, secuestrante de oxigeno y antiespumantes
• Control de pH, alcalinidad, conductividad y sílice

Eficiencia y recuperación de energía

• Economizadores: precalientan el agua de alimentación con los gases de escape.
• Recuperadores de condensado: el retorno de condensado caliente reduce el consumo de combustible.
• Aislamiento térmico: esencial en todas las líneas de vapor y retorno.

Seguridad y regulaciones

El sistema de generación de vapor debe cumplir normas internacionales como:

• ASME Boiler and Pressure Vessel Code
• Normativas locales de presión y seguridad
• Sistemas de seguridad: válvulas de alivio, controladores de nivel, alarmas de presión

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Durante la fermentación, las levaduras transforman los azúcares en alcohol y CO₂. Este gas se recoge directamente desde los fermentadores mediante un sistema cerrado que evita la contaminación y permite su conducción hacia las siguientes etapas del proceso.

Separación de la espuma

El gas captado puede arrastrar espuma y partículas líquidas. Para eliminarlas, se utiliza una trampa de espuma que retiene estos elementos, protegiendo los equipos posteriores y mejorando la eficiencia del sistema.

Lavado del gas

El CO₂ crudo contiene impurezas como alcoholes, compuestos sulfurosos y humedad. Se hace pasar por una torre de lavado donde entra en contacto con agua fría, eliminando estas impurezas solubles y mejorando la calidad del gas.

Almacenamiento temporal del gas crudo

Después del lavado, el CO₂ se almacena temporalmente en un balón flexible (también conocido como globo de gas). Este almacenamiento permite gestionar variaciones en la producción y asegurar un flujo continuo hacia las etapas siguientes .

Compresión

El gas se comprime en una o varias etapas para aumentar su presión, facilitando su posterior procesamiento. La compresión también ayuda a eliminar parte de la humedad residual y prepara el CO₂ para la purificación y licuefacción.

Purificación

El CO₂ comprimido pasa por filtros de carbón activado, que eliminan olores y compuestos no deseados, asegurando que el gas cumpla con los estándares de pureza requeridos para su reutilización en la cervecería .

Deshidratación

Para evitar la formación de hielo y garantizar la calidad del CO₂, se elimina la humedad restante mediante sistemas de secado, como filtros de sílica gel, alcanzando puntos de rocío muy bajos .

Licuefacción (con o sin torre de desgasificación)

El CO₂ seco y purificado se enfría y comprime hasta convertirse en líquido. En algunos sistemas, se utiliza una torre de desgasificación (también conocida como “stripper”) para eliminar gases inertes como oxígeno y nitrógeno, mejorando la pureza del CO₂ líquido.

Almacenamiento del CO₂ líquido

El CO₂ licuado se almacena en tanques criogénicos aislados, manteniéndose a bajas temperaturas y presiones controladas para evitar pérdidas por evaporación y asegurar su disponibilidad para su uso posterior.

Evaporación para su uso

En la cervecería, el CO₂ se utiliza en estado gaseoso. Por ello, antes de su aplicación, el CO₂ líquido se evapora mediante intercambiadores de calor, suministrando el gas a las diferentes aplicaciones dentro de la cervecería, como carbonatación, presurización de tanques y limpieza de líneas.

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