Desde la elaboración de cerveza casera hasta la comercial, los recipientes de fermentación siempre han sido una parte esencial. Han cambiado prácticamente con el paso del tiempo. Los equipos de fermentación de la cerveza se dividen en tanques de fermentación y tanques de expansión de la levadura, que tienen las funciones de preparación de la materia prima, cocción, esterilización, refrigeración, etc. La producción de productos para el tratamiento de fermentadores debe ser capaz de proporcionar las condiciones necesarias para las actividades vitales y el metabolismo microbianos y ser fácil de manejar y controlar.
Fermentador
Los fermentadores son el sistema de fermentación más utilizado actualmente en la producción de cerveza. Como su nombre indica, un recipiente cerrado es un cilindro vertical con un fondo cónico y normalmente una parte superior en forma de platillo. Para otros procesos sencillos, un fermentador es un recipiente abierto, a veces tan simple como tener una sola abertura. También puede denominarse fermentador abierto.
Un fermentador cualificado debe reunir las siguientes características:
- Debe tener una estructura ajustada
- Buenas características de mezcla de líquidos
- Excelente tasa de transferencia de calor en la fase de transferencia de masa
- Equipado con componentes de detección, seguridad e instrumentos de control fiables y de apoyo.
Volumen del tanque de fermentación
Generalmente se considera que un tanque fermentador de menos de 500L es un fermentador de laboratorio; un fermentador con una capacidad de 500-5000L es un fermentador de prueba piloto; un fermentador de más de 5000L es un fermentador a escala de producción.
Fermentador cónico cilíndrico
El fermentador vertical de fondo cónico circular simplificado (denominado tanque cónico) se ha utilizado en la producción de cerveza con fermentación superior o inferior. El tanque cónico puede utilizarse solo para la prefermentación o la posfermentación, o combinando la prefermentación y la posfermentación en el tanque (método de una sola olla).
La ventaja del equipo es que puede acortar el tiempo de fermentación y tiene flexibilidad de producción, por lo que puede ser adecuado para la producción de varios tipos de cerveza.
Características
Estos dispositivos suelen colocarse al aire libre. El mosto fresco esterilizado y la levadura entran en el depósito por la parte inferior; cuando la fermentación alcanza su punto álgido, se utilizan todas las camisas de refrigeración para mantener la temperatura de fermentación adecuada.
Para el refrigerante se utiliza etilenglicol o una solución alcohólica, y también se puede utilizar amoníaco (evaporado) como refrigerante; el gas CO2 se descarga por la parte superior del depósito. En el cuerpo y la tapa del depósito hay orificios de registro, y la parte superior del depósito está equipada con un manómetro, una válvula de seguridad y una mirilla de cristal.
En el fondo del tanque se instala un tubo de gas CO2 purificado. El tanque está equipado con un tubo de muestreo y una conexión para termómetro. El exterior del equipo se envuelve con una buena capa aislante para reducir la pérdida de capacidad de refrigeración.
Ventaja:
El bajo consumo de energía y el pequeño diámetro del tubo pueden reducir los costes de producción.
Para la levadura depositada en el fondo del cono, se puede abrir la válvula del fondo del cono para descargar la levadura fuera del depósito y conservar algo de levadura para el próximo uso.
Coste del equipo de fermentación
El tamaño, la forma, la presión de funcionamiento y la carga de trabajo de refrigeración necesaria del equipo de fermentación. La forma del recipiente se refiere a la superficie necesaria por unidad de volumen, expresada en ㎡/100L, que es el principal factor que afecta al coste.
Requisitos de presión del depósito
Pensemos en la recuperación de dióxido de carbono. Es necesario mantener el CO2 en el tanque a una cierta presión, por lo que el tanque grande se convierte en un tanque de presión, y es necesario instalar una válvula de seguridad.
La presión de trabajo del depósito varía en función del proceso de fermentación. Si se utiliza tanto para la prefermentación como para el almacenamiento de vino, debe determinarse en función del contenido de CO2 durante el almacenamiento, y la resistencia a la presión requerida es mayor que la de un tanque utilizado sólo para la prefermentación. Cuando la presión alcanza la presión de diseño del tanque de almacenamiento, la válvula de seguridad debe empezar a abrirse. La presión máxima de trabajo de la válvula de seguridad es la presión de diseño más 10%.
Vacío del depósito
El vacío en el depósito se produce por la transferencia o limpieza interna de la serie de tanques de fermentación en condiciones cerradas. La velocidad de alimentación del fermentador grande es muy rápida, y se genera una cierta presión negativa. En el depósito queda una parte de gas CO2, que puede eliminarse durante la limpieza, por lo que también puede crearse un vacío. Los grandes fermentadores de vacío deben estar equipados con dispositivos para evitar el vacío. La función de la válvula de seguridad de vacío es permitir la entrada de aire en el tanque y establecer un equilibrio de presión dentro y fuera del tanque.
De acuerdo con el contenido de álcali que entra en la solución de limpieza, se puede calcular la cantidad de eliminación de CO2 en el tanque, y se puede calcular además la cantidad de aire que necesita entrar en el tanque.
Convección e intercambio de calor en el depósito
La convección del caldo de fermentación en el fermentador depende del efecto del CO2. Todo el líquido de fermentación en el depósito cónico forma un gradiente de contenido de dióxido de carbono. El líquido de fermentación con un peso específico menor tiene un empuje para flotar hacia arriba.
Además, las burbujas de dióxido de carbono ascendentes durante la fermentación ejercen una fuerza de arrastre sobre el líquido circundante. Debido a la agitación del gas generada por la fuerza de arrastre y la fuerza de elevación, el contenido del tanque circula y se promueve el intercambio de calor de fase mixta del líquido de fermentación. Los cambios de temperatura de la cerveza durante las operaciones de enfriamiento también pueden provocar la circulación convectiva del contenido del tanque.