Przewiń do treści
Twitter Facebook Instagram Wstecz Szukaj
Przewiń do treści

#3 Poznaj sprzęt, zostań piwowarem – wymiennik ciepła

#3 Poznaj sprzęt, zostań piwowarem – wymiennik ciepła
#3 Poznaj sprzęt, zostań piwowarem – wymiennik ciepła

Zapraszam do trzeciej części cyklu opowiadającego o piwowarstwie rzemieślniczym. W poprzedniej części omawiałem budowę tanku cylindryczno-stożkowego, który jest niezbędny w procesie fermentacyjnym piwa. Przejdźmy teraz z powrotem na gorącą stronę procesu. 

Po warzeniu brzeczkę znajdującą się w kadzi osadowej (whirlpool) musimy przepompować do tanku fermentacyjnego. Temperatura brzeczki po gotowaniu wynosi 100°C, po przepompowaniu do kadzi osadowej temperatura w zależności od instalacji spada do 94-97°C. Potrzebujemy schłodzić brzeczkę do temperatury, w której chcemy zadać do niej drożdże. W zależności od rodzaju drożdży będzie to zazwyczaj 8-12°C w przypadku drożdży dolnej fermentacji lub 15-20°C w przypadku drożdży górnej fermentacji. 

W browarze chcąc obniżyć temperaturę brzeczki w krótkim okresie czasu nie możemy skorzystać z domowych metod chłodzenia. Chłodnice zanurzeniowe posiadają zbyt niską wydajność dla tak dużej objętości brzeczki. Nie jesteśmy też w stanie wykonać chłodzenia poprzez zanurzenie zbiornika z brzeczką w drugim zbiorniku z zimną wodą. W celu sprawnego schłodzenia brzeczki, musimy przeprowadzić proces schładzania przy użyciu płytowego wymiennika ciepła. Jest on zamontowany na drodze przesyłu brzeczki z warzelni na fermentownie. Poza wymiennikiem ciepła spotkać można także tace chłodnicze (coolship) – są to otwarte stalowe zbiorniki o bardzo dużej powierzchni, na które wylewa się brzeczkę po gotowaniu. Brzeczka w takim zbiorniku posiada bardzo dużą powierzchnię w stosunku do objętości, dzięki czemu następuje znaczniej wydajniejsze jej chłodzenie.

Wymiennik ciepła

Istnieje wiele rodzajów wymienników ciepła, różniących się budową oraz sposobem przepływu cieczy przez niego. Dlatego wyróżniamy wymienniki spiralne, rurowe czy płytowe. Rodzaj wymiennika dobiera się do instalacji biorąc pod uwagę takie czynniki jak temperatury płynów, ciśnienia przepływu czy wydajność chłodzenia. W przemyśle spożywczym oraz w browarach wykorzystuje się wymienniki płytowe, ze względu na to, że można je dokładnie i łatwo umyć.

wymiennik ciepła browar sady
Wymiennik ciepła // Browar Sady

Wygląd oraz elementy wymiennika

Rzędy płyt // wymiennik ciepła Browar Sady
Rzędy płyt // Browar Sady

Płytowy wymiennik ciepła, jak sama nazwa wskazuje, składa się z płyt, a dokładniej z wielu kompletów płyt ustawionych w rzędzie. Są one ściśnięte ze sobą szczelnie przy użyciu dwóch grubszych stalowych bloków. Od dołu z prawej strony jest doprowadzana rura stalowa, którą dopływa do wymiennika gorąca brzeczka. Zanim jednak brzeczka trafi do chłodzenia musi przepłynąć przez filtr oddzielający stałe fragmenty.

Czysty filtr // wymiennik ciepła Browar Sady
Czysty filtr // Browar Sady

Na filtrze zatrzymują się porwane przez pompę fragmenty chmielu, ale także inne dodatki, z których mogliśmy korzystać podczas warzenia.

Filtr zabrudzony drobinkami chmielu // wymiennik ciepła Browar Sady
Filtr zabrudzony drobinkami chmielu // Browar Sady

Pomiędzy filtrem a wymiennikiem znajduje się szklany wziernik, przez który możemy obserwować prędkość przepływu, barwę brzeczki oraz jej klarowność. Tuż obok niego znajduje się też ręczny regulator przepływu, którym można precyzyjnie sterować przepływem.

Ręczna regulacja przepływu brzeczki // wymiennik ciepła Browar Sady
Ręczna regulacja przepływu brzeczki // Browar Sady

W dolnej lewej części wymiennika znajduje się wyjście rurowe, którym jest odprowadzana brzeczka po schłodzeniu. W tej rurze są wprowadzone sondy, które mierzą precyzyjnie temperaturę brzeczki po schłodzeniu. Sondy te są podłączone do sterownika z wyświetlaczem, za pomocą którego można zaprogramować temperaturę brzeczki na wyjściu z wymiennika.

Sterownik temperatury // wymiennik ciepła Browar Sady
Sterownik temperatury // Browar Sady

Sterownik będzie w taki sposób sterował tempem przepływu, żeby temperatura brzeczki po schłodzeniu była niezmienna. W większości browarów sterowanie to odbywa się ręcznie przy użyciu zaworów. We wnętrzu rury powyżej sond temperaturowych znajduje się porowaty kamień służący do napowietrzania brzeczki. Do kamienia podłączona jest rura doprowadzająca tlen lub przefiltrowane powietrze. Tutaj również znajduje się sterownik, który dostosowuje ilość powietrza do prędkości przepływu brzeczki, jednak może to również odbywać się za pomocą zaworów i ich ręcznej regulacji.

Kamień napowietrzajacy // Browar Sady
Kamień napowietrzajacy // Browar Sady

Oprócz wejścia brzeczki do wymiennika i wyjścia brzeczki z wymiennika, znajdziemy tu również doprowadzenie i odprowadzenie płynów, z którymi musi zajść wymiana ciepła. Zazwyczaj do wymiennika w browarach doprowadza się dwa rodzaje płynów chłodzących, po to żeby jeden mógł wspomóc drugi w przypadku gdy jeden jest za mało wydajny.

Sposób działania

Jak już wspomniałem wymiennik ciepła składa się z wielu kompletów płyt. Każdy komplet płyty składa się z dwóch płaskich zbiorników, przez które przepływają ciecze. Pomiędzy tymi cieczami nie ma kontaktu, w związku z tym nie mieszają się one ze sobą. Dzięki temu, że przepływają one przez płyty nie sąsiadujące ze sobą lecz ułożone naprzemiennie dochodzi pomiędzy nimi do wymiany temperatury. Chcąc uzyskać jak największą wydajność wymiany temperatury brzeczkę gorącą wtłaczamy od dolnej strony płyt, a ciecz chłodzącą wtłaczamy od górnej strony płyt. Tak doprowadzone płyny pompowane są przez wymiennik przeciwbieżnie, pozwalając na najwyższą wydajność chłodzenia cieczy. 

Ciecze chłodzące

Najczęściej spotykanymi cieczami chłodzącymi doprowadzonymi do wymiennika ciepła są zimna woda sieciowa, woda lodowa oraz glikol. Zimna woda, taka jaka jest dostępna w sieci, służy jako druga ciecz wspomagająca chłodzenie. Niestety jej wydajność jest mocno zależna od temperatury panującej za oknem. Latem jest ona cieplejsza i może osiągać nawet 10-12°C, zimą zaś może spaść nawet do 3-5°C. Wtedy posiada ona największą wydajność chłodzenia. Woda lodowa jest to woda wytwarzana przez wytwornicę wody lodowej. Jest to zwykła woda, która jest cały czas chłodzona przy pomocy agregatu chłodzącego. Chłodzenie odbywa się poprzez akumulacje chłodu w formie lodu na rurach parownika chłodzenia. Tak uzyskana woda lodowa osiąga temperaturę 3-5°C, niezależnie od pory roku. Ostatnim czynnikiem chłodzącym wykorzystywanym w wymiennikach jest glikol, a dokładniej glikol etylenowy. Jest to ta sama ciecz, którą wykorzystuje się do chłodzenia piwa w tankach. Glikol jest chłodzony w podobny sposób co woda lodowa, z tą różnicą, że nie wykorzystuje się już techniki akumulacji chłodu. Glikol zostaje schłodzony nawet do temperatury -5°C. Nie zamarza ponieważ jest on alkoholem, którego temperatura krzepnięcia w zależności od wykorzystywanego stężenia może wynosić nawet -19°C.

Podsumowanie

Wymiennik ciepła korzystający z glikolu lub wody lodowej w połączeniu z zimną wodą z sieci może schłodzić nam gorącą brzeczkę do nawet 6°C, jeżeli tego potrzebujemy. Dzięki niemu możemy przeprowadzić proces schładzania szybko oraz w bezpieczny dla brzeczki sposób. Wymiennik ciepła jest bardzo ważnym elementem w procesie produkcyjnym piwa a jego konstrukcja oraz sposób działania wciąż pozostawał tajemnicą dla wielu osób. Mam nadzieję, że kolejny raz udało mi się zaspokoić Waszą ciekawość. W następnej części cyklu spróbuje przybliżyć jak działa urządzenie do chmielenia w przepływie czyli hop gun.

                          Maciej Wentowski
Autorem tego wpisu jest: Maciej Wentowski
Jestem piwowarem domowym i zawodowym, certyfikowanym sędzią PSPD, autorem porad dla początkujących piwowarów w magazynie "Piwowar". Pracowałem w Browarze Ułan jako Piwowar, a obecnie jestem Głównym Technologiem w Browarze Sady. Poza piwowarstwem zajmuję się też hodowlą ostrych papryczek.

Komentarze