Enfriadores de mosto para la producción de whisky
Antecedentes del proyecto de enfriadores de mosto para whisky
Una empresa escocesa, líder a nivel mundial en la producción de whisky, se puso en contacto con SACOME para diseñar y fabricar un enfriador de 250 m³/ h de mosto (enfriadores de mosto para whisky)
El enfriamiento de mosto tras su maceración, y antes del proceso de fermentación en la producción de licores o bebidas alcohólicas de alta graduación, es una parte esencial del proceso, ya que a altas temperaturas baja la capacidad de fermentación, producen pérdidas de alcohol evaporado y se disminuye el aroma.
Por tanto, nuestro personal técnico se involucró al máximo en el diseño de los enfriadores de mosto para whisky, prestando mucha atención a las condiciones de diseño especiales, al alto contenido en sólidos en suspensión (granos, piedras, paja…), a la necesidad de una temperatura del mosto precisa a la salida del enfriador o a las estrictas condiciones de limpieza del intercambiador de calor tras los ciclos de producción. Estos aspectos hacen que la solución tubular sea la más conveniente.
En las siguientes secciones entraremos en los detalles de nuestro diseño de intercambiadores de calor tubulares para el proceso de enfriamiento de mosto, con el cual trabajan las principales destilerías en Escocia.
La solución: Intercambiadores de calor de tubo corrugado
Desde SACOME hemos realizado el diseño y fabricación un gran número de intercambiadores de calor de tubo corrugado para las destilerías más importantes en Escocia y, en todos los casos, estos equipos están funcionando actualmente a pleno rendimiento.
En este proyecto en concreto, se requería un enfriamiento de mosto de 63 ºC a 20 ºC como paso previo a la fermentación en diferentes condiciones operación y el proceso se dividía en 4 secciones dependiendo del fluido de servicio empleado para enfriar el producto (en este caso agua de torre, agua dulce y agua fría).
El sistema funciona básicamente con el mosto circulando por los tubos interiores corrugados a través de las 4 secciones, mientras que el fluido de servicio circula por la carcasa de los intercambiadores de calor tubulares. Es importante resaltar que el diseño realizado permite la conexión del lado carcasa de las secciones 1, 3 y 4 con el objetivo de utilizar sólo agua fría como servicio en aquellas estaciones en las que la temperatura ambiente lo permita, obteniendo así un importante ahorro económico.
Además, debemos remarcar las ventajas de utilizar intercambiadores de calor multitubulares de tubos corrugados para este tipo de productos, ya que el incremento de la turbulencia origina un menor ensuciamiento, una mayor velocidad de transferencia y una mayor homogeneidad del producto a la salida del enfriador.
Cálculos térmicos de los enfriadores de mosto para whisky
Por otra parte, nuestros técnicos tuvieron en cuenta la restricción existente en la temperatura de salida del agua dulce ya que ésta es utilizada en diferentes procesos y no cumplir este requisito originaría pérdidas de energía. Del mismo modo, es preciso considerar en el diseño que los equipos de proceso deben trabajar en producción en ciclos de 30 a 45 minutos. Cada 2 ó 3 ciclos, es necesario limpiar los tubos interiores con agua a 85˚C y, además, 2 ó 3 veces por semana hay que repetir el proceso con una solución de limpieza caliente.
Este enfriador de mosto se diseñó para procesar caudales entre 150 m³/h y 250 m³/h, alcanzando temperaturas de salida entre 20˚C y 22˚C. Los caudales y temperaturas de los fluidos de servicio también varían (por ejemplo, para el agua dulce el caudal puede variar entre 120 m³/h y 150 m³/h con temperaturas de entre 5˚C y 19˚C).
Es de remarcar que estas variaciones implican una mayor dificultad en los cálculos térmicos (se comprobaron más de 20 condiciones de operación diferentes). Finalmente el intercambiador de calor consistió en 16 módulos multitubulares montados sobre un bastidor de manera que son fácilmente drenables (se incluyó además un sistema de válvulas de drenaje). Un aspecto clave fue el diseño de las juntas de expansión incluidas en la carcasa de cada módulo ya que se realizaron análisis de fatiga para 20 años de vida útil.
Para los cálculos térmicos del intercambiador de calor utilizamos la última versión de HTRI, organización de la que somos miembros desde el año 1.998. El diseño mecánico del equipo cumple con la BRITISH STANDARD 5500 Category 2 para una presión de diseño de 16 barg.
Proceso: etapas básicas en la producción de whisky
Preparación
Para la fabricación de whisky, las principales destilerías prefieren las nuevas especies de cebada cultivada en Escocia, ya que contienen mucho almidón y son bajas en proteínas.Una vez seco el grano, se recolecta y almacena para secar el producto, antes de su posterior malteado.
Maceración
Se coloca la malta molida en una caldera circular de remojo, llamada «mash tun» y se mezcla con agua caliente, para provocar así que las enzimas de la malta transformen el almidón en un líquido azucarado, mosto, que se retira de la cuba para la fermentación. El material de desecho se llama lúpulo.
Fermentación
El mosto se bombea en grandes toneles (fermentadores) en donde se le añade la levadura. Una fuerte fermentación transforma el azúcar en alcohol, dónde al líquido resultante se le conoce como mosto fermentado o “wash”.
Destilación
El mosto se destila dos veces en grandes alambiques de cobre, para producir «high wines» o «whisky nuevo». La primera destilación en los alambiques produce que el alcohol se evapore y se separe del agua, formando un líquido denominado ‘low wines‘. Este destilado es, posteriormente, trasladado a los alambiques de ‘low wines’ para producir aguardiente.
Envejecimiento
Tras la destilación, al licor producido o «high wine» se le añade agua y se envejece en cubas de madera de roble blanco. La duración del envejecimiento puede variar, pero en general suele ser entre 2 y 5 años, pudiendo llegar hasta los 10 y 15 años.
Embotellado
Tras la fase de envejecimiento, se reduce el whisky a la graduación alcohólica deseada por la adición de agua blanda. A continuación se filtra el whisky cuidadosamente y se embotella con maquinaria automática en botellas que se sellan y se etiquetan. Finalmente, las botellas serán embaladas para el envío.
El enfriador tubular es requerido entre las etapas de maceración y fermentación.
Especificaciones del mosto para la producción de whisky
Uno de los aspectos claves en el diseño de este tipo de equipos para la producción de whisky es conocer las propiedades del producto. En este sentido, gracias a su nuestra gran experiencia en multitud de proyectos para las principales destilerías a nivel mundial, en SACOME conocemos perfectamente el comportamiento del mosto (“wort”) y, de hecho, disponemos de ensayos reológicos realizados en proyectos similares. Además, también disponemos de referencias y propiedades de otros productos derivados de la producción del whisky como, por ejemplo, de mosto fermentado (“wash”).
En este sentido, es importante remarcar la naturaleza y comportamiento de este producto, cuya complejidad le confieren aspectos de cálculos especiales. Por tanto, sólo una empresa especializada en este tipo de aplicación podrá llegar a una solución óptima.
Por otra parte, el contenido de sólidos en suspensión hace imprescindible que se apliquen una serie de consideraciones en el diseño de los enfriadores de mosto para evitar problemas, por ejemplo, de bloqueo de los tubos interiores.
Diseño del intercambiador de calor tubular para enfriamiento de mosto
Para este proyecto hemos suministrado nuestro intercambiador de calor tubular S-TFM-I, cuyas características principales detallamos a continuación:
Geometría Multitubular
La geometría multitubular consiste en un haz de tubos: el mosto se procesa en los tubos interiores y el fluido de servicio (agua) en el lado carcasa. Los tubos interiores son de un diámetro adecuado para evitar bloqueos.
Corrugación de los tubos del intercambiador
En nuestros intercambiadores de calor de tubo corrugado, los tubos interiores del intercambiador de calor se corrugan con el fin de aumentar la turbulencia del producto, lo que se traduce en la reducción del riesgo de ensuciamiento y el aumento de la eficiencia térmica.
Placa tubular bridada
La placa tubular bridada permite una fácil extracción de las reducciones para revisión y limpieza de los tubos interiores.
Juntas
A diferencia de otras geometrías (como intercambiadores de calor de placas), los costes de mantenimiento en nuestros intercambiadores de calor tubulares son mínimos, siendo las juntas el único material de repuesto.
Auto-drenabilidad en lado tubos
Un requisito importante es la drenabilidad del producto. En este sentido, se diseñó una adecuada distribución de tubos y se consideraron reducciones excéntricas. Además, se incluyó un sistema de válvulas de drenaje.
Espesor de tubos adecuado
El agua que circulaba por exterior de los tubos interiores tenía cierto contenido en cloruros. Por tanto, para evitar problemas por corrosión fue necesario considerar un mayor espesor de dichos tubos.
En este sentido, es muy importante vaciar las carcasas mientras se realiza la limpieza a altas temperaturas.
Haz de tubos no extraíble
Como el fluido de servicio en este caso es agua y el cliente no requería una especial inspección del lado carcasa, consideramos intercambiadores de calor tubulares de haz tubular no extraíble.
Bastidor
Debido al elevado número de unidades en serie requeridas y a la presencia de distintas secciones, se hizo un diseño a medida del bastidor necesario.
El proyecto en cifras
Caudal de Proceso
Temperatura diseño
Presión de diseño
Temperatura de entrada del mosto
Temperatura de salida del mosto
Dimensiones aproximadas del bastidor
Nuevos modelos matemáticos aplicados a intercambiadores de calor
Reconocimiento a nuestro estudio “Nuevos modelos matemáticos aplicados a intercambiadores de calor” por parte de una empresa certificadora EQA.
Lazos de agua purificada (PW) y agua para inyección (WFI)
Intercambiadores de calor tubulares para lazos de agua purificada (PW) y agua para inyección (WFI) en la industria farmacéutica y biotecnológica.
Importancia de la reología en el diseño de plantas alimentarias
La reología en el diseño de plantas alimentarias es crucial porque el dimensionado de muchos de los elementos que la componen depende fuertemente de esta “resistencia”, cobrando además especial relevancia con productos alimentarios: intercambiadores de calor, tuberías, válvulas, bombas, mezcladores, etc.