Bira ve içecek üretiminde chiller üç yükü karşılar: kaynatma sonrası şıranın maya atma sıcaklığına indirilmesi, fermantasyonun ekzotermik ısısının tank ceketinden alınması ve soğuk şok. Devre genellikle −4…−6 °C glikolle, hacimce %30–35 propilen glikol karışımıyla çalışır. Seçim günlük demleme sayısına ve tampon hacmine bağlıdır; Tablodaki kW değerleri 12/7 °C su içindir; −4…−6 °C glikol rejiminde aynı grubun kapasitesi belirgin biçimde düşer, bu yüzden model katalog tablosundan değil çalışma noktasına göre hesaplanarak seçilir.
İçecek üretiminde soğutma yükü nereden geliyor
Bira ve alkolsüz içecek tesislerinde soğutma, ortam konforu değil proses adımıdır. Yük iki ayrı kaynaktan gelir: prosesin bilerek ısıttığı ürünü geri soğutmak ve fermantasyonun kendi ürettiği ısıyı tank ceketinden çekmek. İkisinin zaman profili birbirinden tamamen farklıdır, bu yüzden tek bir toplam kW rakamı tesisi anlatmaya yetmez.
Birahanede sıra şöyle işler. Kaynatma bittiğinde şıra 98–100 °C'dedir. Maya atma sıcaklığı lager için 8–12 °C, üst fermantasyonlu tiplerde 18–20 °C'dir. Aradaki fark levhalı eşanjörde alınır ve pratikte iki kademe kurulur: birinci kademe şebeke ya da kule suyuyla şırayı 20–25 °C bandına indirir, ikinci kademe buzlu su veya glikolle hedefe taşır. Chiller'ın işi bu ikinci kademedir ve 30–60 dakikalık aktarma boyunca çok yüksek bir anlık güç ister.
Fermantasyon ekzotermiktir. Fermente olan her kilogram ekstrakt için yaklaşık 550–600 kJ ısı açığa çıkar. 12 °P'lik bir şıranın hektolitresinde kabaca 12,6 kg ekstrakt bulunur; bunun %75–80'i fermente olduğunda hektolitre başına 5.000–5.500 kJ'lük bir ısı yükü doğar. Bu enerji günlere yayıldığı için anlık gücü küçüktür, ancak kesintisizdir ve tank sıcaklığını set değerinde tutmak zorundadır.
Üçüncü kalem soğuk şoktur. Fermantasyon bittikten sonra tank 18–20 °C'den 0–2 °C'ye indirilir. Burada tüm bira kütlesinin duyulur ısısı çekilir; bu, tesisin en büyük tek soğutma kalemlerinden biridir. Dinlendirme tankları ise haftalarca 0–1 °C'de bekler. Yükleri küçüktür ama süreklidir ve tamamen yalıtım kalitesine bağlıdır.
Alkolsüz içecek tarafında dağılım değişir: karbonasyon suyunun 2–4 °C'ye getirilmesi, şurup hazırlama ve dinlendirme, pastörizasyon sonrası hızlı soğutma bölgesi, sıcak dolum yapılıyorsa dolum sonrası soğutma tüneli. Her iki üretimde de maya veya kültür saklama dolapları 2–4 °C ister.
Tipik çalışma değerleri
Aşağıdaki değerler sektörde yaygın karşılaştığımız bantlardır; ürün tipine, tank geometrisine ve eşanjör seçimine göre tesisten tesise değişir.
| Devre | Gidiş sıcaklığı | Tipik ΔT | Yük karakteri |
|---|---|---|---|
| Şıra soğutma, ikinci kademe | 0,5–2 °C buzlu su | 4–6 K | Kısa, çok yüksek tepe |
| Fermantasyon ceketi | −4…−6 °C glikol | 2–4 K | Sürekli, düşük güç |
| Soğuk şok | Aynı glikol devresi | 4–6 K | 24–48 saat, orta güç |
| Karbonasyon ve dolum suyu | 1–4 °C | 3–5 K | Vardiya boyunca sabit |
| Genel proses ve CIP son durulama | 7–12 °C | 5 K | Kesikli |
KPLN serisinin katalog kapasiteleri 12/7 °C su rejiminde ve 35 °C ortam sıcaklığında verilmiştir. Bira glikol devresi bu rejimin belirgin altındadır. Bir soğutma çevriminde buharlaşma sıcaklığındaki her 1 K düşüş kapasiteyi kabaca %2–3 azaltır; −4/+1 °C mertebesinde çalışan bir devrede katalog değerinin yaklaşık %70–75'i ile hesap yapmak gerçekçi bir başlangıçtır. Kesin değer için seçimi bizimle doğrulamanızı öneririz.
Debi hesabı doğrudan enerji denkleminden çıkar. Q = m · c · ΔT bağıntısında kütlesel debiyi çekersek m = Q / (c · ΔT) olur. 30 kW'lık bir ceket devresini hacimce %30 propilen glikolle (c ≈ 3,8 kJ/kg·K) 4 K sıcaklık farkında dolaştırmak istersek m = 30 / (3,8 × 4) = 1,97 kg/s, yani yaklaşık 7,1 m³/h bulunur. Bu, KPLN 40.1 için tabloda verilen 7,0 m³/h su debisiyle aynı mertebededir.
Glikol oranı nasıl belirlenir
Gıda üretiminde etilen glikol kullanılmaz; devre propilen glikolle kurulur. Oran, donma noktası gidiş sıcaklığının en az 7–8 K altında kalacak şekilde seçilir, çünkü evaporatör yüzeyi devrede ölçtüğünüz sıcaklıktan daha soğuktur. Pratikte −4…−6 °C gidişli bir bira devresi hacimce %30–35 propilen glikolle çalışır; bu oranlarda donma noktası sırasıyla yaklaşık −13 ve −17 °C olur. Oranı gereksiz yükseltmek bedava değildir: %30'da özgül ısı yaklaşık %9 düşer, viskozite düşük sıcaklıkta belirgin biçimde artar. Aynı yükü taşımak için daha yüksek debi ve daha yüksek pompa basıncı gerekir; hat çapı ve pompa buna göre seçilmelidir.
Bu sektörde dikkat edilecekler
Karışım oranının kayması
Sıfırın altında çalışan bir devrede glikol oranı bir işletme parametresidir; kurulumda bir kez ayarlanıp unutulacak bir şey değil. Devreye su ile takviye yapıldığında, kaçak sonrası hacim tamamlandığında ya da tank üstü açık bırakıldığında oran düşer, donma noktası gidiş sıcaklığına yaklaşır ve evaporatörde buzlanma riski başlar. Takviye her zaman aynı karışımla yapılmalı, oran refraktometreyle üç ayda bir ölçülmelidir. İkinci kontrol pH'tır: glikolün korozyon inhibitörü zamanla tükenir, karışım asitleşir ve bakır boru ile lehimli birleşimlere saldırmaya başlar. Yılda bir pH ölçümü alışkanlık haline getirilmelidir.
Ürüne kaçak ve yoğuşma
Ceket ve levhalı eşanjör, soğutucu devrenin gıdaya en çok yaklaştığı noktalardır. Plakalarda oluşan iğne deliği ya da conta yorgunluğu iki tarafı birbirine açar; bu yüzden proses tarafının basıncını soğutucu devreden yüksek tutmak ve eşanjör sızdırmazlığını periyodik test etmek yerleşik bir uygulamadır. İkinci konu yoğuşmadır. Sıfır civarındaki hatlar, nemli ve sıcak bir üretim salonunda sürekli terler. Kapalı gözenekli elastomerik yalıtım ve sağlam bir buhar bariyeri şarttır; vanalar, flanşlar ve pompa gövdeleri en sık atlanan yerlerdir. Islak zemine damlayan yoğuşma hem hijyen hem kayma sorunudur.
Kesikli ve mevsimlik yük
Bira tesisinin yük eğrisi düz değildir. Demleme günü ile demleme olmayan gün arasında birkaç kat fark bulunur; şıra aktarma tepesi kırk dakika sürer, ardından yük neredeyse sıfıra iner. Buna mevsimsellik eklenir: yazın tüketim kışın belirgin üstündedir ve tesis kış boyunca nominal kapasitesinin çok altında çalışır. Tek kompresörlü bir cihaz bu profilde sürekli açılıp kapanır; kısa çevrim hem kompresör ömrünü hem sıcaklık kararlılığını bozar. Çok kompresörlü modeller — KPLN 55.2'den gamın üst ucuna kadar — düşük yükte kademe kapatarak bu profili daha rahat karşılar. Yeterli tampon hacmi ise ikinci ve çoğu zaman daha etkili çözümdür.
Örnek kapasite hesabı
30 hL'lik bir kaynatma sistemi, günde iki demleme, 60 hL'lik altı fermantasyon tankı ve iki dinlendirme tankı olan bir tesis düşünelim. Glikol devresi −4/+1 °C rejiminde çalışıyor.
Şıra soğutmanın ikinci kademesi. 3.000 L şıra, 1,048 kg/L yoğunlukla 3.144 kg eder. Birinci kademe şebeke suyuyla 20 °C'ye indiriyor, ikinci kademe 20 °C'den 10 °C'ye taşıyor. Q = 3.144 × 4,0 × 10 = 125.760 kJ. Aktarma 40 dakika, yani 2.400 saniye sürüyorsa gereken güç 125.760 / 2.400 = 52,4 kW.
Aktif fermantasyon. Hektolitre başına 5.500 kJ ile 60 hL'lik bir tank toplam 330.000 kJ üretir. Ana fermantasyon dört güne (345.600 s) yayıldığında ortalama 0,95 kW, tepe noktasında kabaca iki katı, yani 1,9 kW çıkar. Aynı anda dört tank fermente ediyorsa 7,6 kW.
Soğuk şok. Bir tankı 18 °C'den 2 °C'ye 24 saatte indiriyoruz. m = 6.000 L × 1,01 kg/L = 6.060 kg, c = 3,9 kJ/kg·K. Q = 6.060 × 3,9 × 16 = 378.000 kJ; 86.400 saniyeye bölününce 4,4 kW.
Dinlendirme tankları, hat ve tampon kazançları. Yalıtım kalitesine bağlı olarak yaklaşık 2 kW.
Dördü aynı anda çakıştığında proses yükü 52,4 + 7,6 + 4,4 + 2 = 66,4 kW olur. Bunu tampon kullanmadan karşılamak istersek −4/+1 rejiminde katalog karşılığı 66,4 / 0,72 ≈ 92 kW'tır; gamda bunun üstündeki ilk model KPLN 100.2'dir (100,0 kW / 86.000 kcal/h).
Oysa şıra tepesi günde iki kez, toplam seksen dakika sürüyor. Bu tepeyi cihaza değil bir tampona yaptırmak çok daha ekonomiktir. 4.000 L'lik bir glikol tamponunu +1 ile −4 °C arasında, yani 5 K salınımla çalıştırırsak depolanan enerji 4.000 × 3,8 × 5 = 76.000 kJ olur. Şıra tepesinin 125.760 kJ'ünün 76.000 kJ'ü tampondan gelir; kalan 49.760 kJ'ü cihaz 2.400 saniyede verir, bu da 20,7 kW demektir. Anlık toplam 20,7 + 7,6 + 4,4 + 2 = 34,7 kW, katalog karşılığı 34,7 / 0,72 ≈ 48 kW. Bu noktada KPLN 55.2 (55,8 kW / 48.000 kcal/h) yeterlidir ve iki kompresörü sayesinde demleme dışı saatlerde kademe kapatarak çalışır. Tampon, iki demleme arasındaki üç saatte yeniden şarj olur; bu da 76.000 / 10.800 ≈ 7 kW'lık ek bir yüktür ve seçimdeki payın içindedir.
Aynı tesis tamponsuz kurulduğunda 100 kW sınıfı, tamponla kurulduğunda 56 kW sınıfı bir cihaz gerektiriyor. Tampon hacmi baş parmak kuralıyla değil, tepe enerjisinden hesaplanmalıdır: V = Q_tepe / (ρ · c · ΔT_salınım). Modelleri yan yana görmek isterseniz karşılaştırma sayfası kapasite, su debisi ve tank hacimlerini birlikte gösteriyor.
Chiller kullanılmazsa ne olur
Sonuçlar doğrudan üründe görünür. Şıra yalnızca şebeke suyuyla soğutulduğunda yaz aylarında 28–32 °C'nin altına inilemez. Maya bu sıcaklıkta atılamadığı için şıra beklemek zorunda kalır ve laktik bakteri ile yabani maya kontaminasyonuna açık bir pencere doğar. Yavaş soğuyan şırada dimetil sülfür oluşumu devam eder ve uçurulamaz; bitmiş birada haşlanmış mısır tadı olarak ortaya çıkar. Soğuk çökelti yeterince ayrılmadığı için berraklık daha baştan kaybedilir.
Fermantasyon sıcaklığı kontrol edilemezse tank kendi ısısıyla set değerinin 5–8 °C üstüne çıkar. Bu bantta ester ve fusel alkol üretimi artar; sonuç çözücümsü, sert bir aroma profilidir. Maya beklenenden erken çöker veya otolize girer, biraya maya tadı geçer. Parti tekrarlanabilirliği kaybolur: aynı reçeteden yazın ve kışın iki farklı ürün çıkar.
Soğuk şok yapılamayan tesiste maya ve protein–polifenol bulanıklığı çökmez. Filtrasyon yükü artar, filtre elemanı daha çabuk tıkanır, berraklaşma günlerce uzar. Tank devir hızı düştüğü için tesisin yıllık kapasitesi tank sayısıyla değil bekleme süresiyle sınırlanmaya başlar.
Alkolsüz içecek tarafında en somut sonuç karbonasyonda görülür. Karbondioksit çözünürlüğü sıcaklıkla hızla düşer; 20 °C'deki su, 0 °C'deki suyun yarısı kadar CO2 tutar. Karbonasyon suyu 4 °C yerine 15 °C ise hedefe ulaşmak için basınç yükseltmek gerekir, dolumda köpürme başlar, dolum hızı düşürülür ve şişe başına dolum hacmi sapar. Pastörizasyon sonrası hızlı soğutma yapılamadığında ise renk koyulaşır, meyve sularında aroma ve C vitamini kaybı artar, sıcak şişeye uygulanan etiket ve shrink kaplamada yapışma sorunları görülür.
Kurulum ve işletme notları
Hava soğutmalı bir cihazda kondenserin nefes aldığı yer, cihazın kendisi kadar belirleyicidir. Birahanede üç kirletici kaynak vardır: malt değirmeninin tozu, CIP hattının kostik ve asit buharı, kazan dairesinin sıcak egzozu. Kondenser kanatları malt tozuyla dolduğunda yoğuşma basıncı yükselir, kapasite düşer ve cihaz yüksek basınçtan durur. Yerleşimi bu üç kaynaktan uzağa, serbest hava alan bir noktaya kurmak; kanatları düzenli temizlemek ve bakım programını yazılı tutmak gerekir. Aralıklar için bakım ve arıza notlarımıza bakabilirsiniz.
Ceket devresinde debi dengelemesi çoğu tesiste ihmal edilir. Paralel bağlı tankların her birinde ayrı motorlu vana ve kendi sıcaklık sensörü olmalı, kolektörde denge vanası bulunmalıdır. Aksi halde pompaya en yakın tank debinin büyük kısmını çeker, hattın ucundaki tank set sıcaklığına inemez. Konik dipli tanklarda alt koni ceketiyle gövde ceketinin ayrı kontrol edilmesi, maya hasadı sırasında yalnızca koniyi soğutabilmeyi sağlar.
Devreye alırken glikolün havasını almak sudan zordur; viskozite yüksek olduğu için kabarcıklar yüksek noktalarda takılı kalır. Tüm tepe noktalarına purjör konulmalı, ilk günlerde hava alma tekrarlanmalıdır. Kış ayları da bir çalışma koşuludur: düşük ortam sıcaklığında yoğuşma basıncının aşırı düşmesi genleşme vanasının kararlılığını bozar, bu yüzden kondenser fan kontrolünün kış rejiminde de doğru çalıştığı doğrulanmalıdır.
Son olarak, entegre tanklarla ayrı tamponu karıştırmamak gerekir. KPLN modellerindeki 125–350 L'lik tanklar hidrolik ayrım ve minimum devre hacmi içindir; şıra soğutma gibi kısa ve şiddetli tepeleri karşılamak üzere tasarlanmamıştır. Bira üretiminde bunun yanına ayrı bir glikol ya da buzlu su tamponu planlanır. Aynı mantığın kalıp soğutmadaki karşılığını plastik enjeksiyon sayfamızda anlatıyoruz.
Seçim için
Demleme hacminizi, günlük demleme sayınızı, tank listenizi ve hedeflediğiniz glikol rejimini iletirseniz yükü kalem kalem çıkarıp uygun KPLN modelini ve tampon hacmini birlikte önerelim: teklif formu.
Bu uygulama için önerilen modeller
KPLN 40.1 Hava Soğutmalı Su Soğutma Grubu (Chiller) — 35.000 kcal/h
- Soğutma gücü
- 40,7kW
- Kompresör
- 1adet
- Su debisi
- 7,0m³/h
10–15 hL sınıfı butik birahanelerde fermantasyon ceketi ve soğuk şok yükünü tampon tankla birlikte karşılar; tek kompresörlü olduğu için görece düzenli yük profiline uygundur.
KPLN 55.2 Hava Soğutmalı Su Soğutma Grubu (Chiller) — 48.000 kcal/h
- Soğutma gücü
- 55,8kW
- Kompresör
- 2adet
- Su debisi
- 9,6m³/h
30 hL kaynatma yapan ve 4 m³ mertebesinde glikol tamponu bulunan tesiste yeterlidir; iki kompresörü demleme dışı saatlerde kademe kapatarak kısa çevrimi azaltır.
KPLN 100.2 Hava Soğutmalı Su Soğutma Grubu (Chiller) — 86.000 kcal/h
- Soğutma gücü
- 100,0kW
- Kompresör
- 2adet
- Su debisi
- 17,0m³/h
Aynı 30 hL tesis tampon kullanmadan kurulduğunda ya da günde üç demleme yapıldığında şıra soğutma tepesini doğrudan karşılayacak kapasiteyi verir.
KPLN 125.2 Hava Soğutmalı Su Soğutma Grubu (Chiller) — 100.000 kcal/h
- Soğutma gücü
- 116,3kW
- Kompresör
- 2adet
- Su debisi
- 20,0m³/h
Fermantasyon hattıyla karbonasyon ve dolum suyu devresinin tek gruptan beslendiği içecek tesislerinde, 350 L tank hacmiyle birlikte tercih edilir.
Sıkça sorulanlar
−4…−6 °C gidiş sıcaklığında çalışan bir ceket devresi için hacimce %30–35 propilen glikol yaygın seçimdir; donma noktası bu oranlarda yaklaşık −13 ile −17 °C'ye iner. Kural, donma noktasının gidiş sıcaklığının en az 7–8 K altında kalmasıdır, çünkü evaporatör yüzeyi devrede ölçtüğünüz sıcaklıktan daha soğuktur. Oranı gereksiz yükseltmeyin: özgül ısı düşer, viskozite artar, aynı yük için daha büyük pompa ve daha kalın hat gerekir.
Hayır. KPLN kapasiteleri 12/7 °C su rejimi ve 35 °C ortam için verilmiştir. Buharlaşma sıcaklığındaki her 1 K düşüş kapasiteyi kabaca %2–3 azaltır; −4/+1 °C mertebesindeki bir bira devresinde katalog değerinin yaklaşık %70–75'i ile ön hesap yapmak gerçekçidir. Nihai seçimi bize doğrulatın, karşılaştırma sayfasından modelleri yan yana inceleyebilirsiniz.
KPLN modellerindeki 125–350 L'lik tanklar hidrolik ayrım ve minimum devre hacmi içindir; şıra aktarmadaki gibi 40 dakikalık, on kW'larca güç isteyen tepeleri karşılamak için tasarlanmamıştır. Bira üretiminde ayrı bir glikol ya da buzlu su tamponu planlanır. Hacmi baş parmak kuralıyla değil tepe enerjisinden hesaplayın: V = Q_tepe / (ρ · c · ΔT_salınım).
Genellikle hayır. Ekonomik çözüm iki kademeli eşanjördür: birinci kademe şebeke ya da kule suyuyla şırayı 20–25 °C bandına indirir, chiller yalnızca oradan maya atma sıcaklığına kadar olan farkı üstlenir. Tek kademeli bir kurulumda 98 °C'den 10 °C'ye tüm ısıyı cihaza yıkarsınız ve gereken kapasite birkaç kat büyür.
Gıda ve içecek üretiminde kullanılmaz. Ceket veya levhalı eşanjörde oluşacak bir iğne deliği devreyi ürünle temas ettirebilir; etilen glikol toksiktir ve böyle bir kaçak tüm partiyi imha ettirir. Devre propilen glikolle kurulur, ısı transferi biraz daha zayıf olsa da alternatifi yoktur.
Fermente olan her kilogram ekstrakt için yaklaşık 550–600 kJ ısı açığa çıkar. 12 °P'lik şırada hektolitre başına kabaca 12,6 kg ekstrakt vardır ve bunun %75–80'i fermente olur, yani hektolitre başına 5.000–5.500 kJ. 60 hL'lik bir tank dört güne yayılan ana fermantasyonda ortalama 0,95 kW, tepe noktasında bunun iki katı kadar yük üretir.
İki koldan çözülür. Birincisi kademeli kapasite: iki veya dört kompresörlü modeller — KPLN 55.2 ve üstü — düşük yükte kademe kapatarak çevrim sayısını azaltır. İkincisi devre hacmi: tampon tank ve boru hacmi arttıkça sıcaklık salınımı yavaşlar, kompresör daha uzun süre çalışır. Ayrıca kışın kondenser fan kontrolünün yoğuşma basıncını aşırı düşürmediğini doğrulayın.