ES2330242T3 - Sistema de fermentacion y control de fermentacion automatico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de supervisión de un proceso de fermentación en un depósito de fermentación (A), donde se determina la cantidad de gas que sale de dicho depósito de fermentación y se mide la temperatura del gas saliente justo sobre un obturador (4) dispuesto en el orificio de salida al tapón del tanque de fermentación, en el obturador (4) del tanque de fermentación o en el extremo del lado de la materia en fermentación de un tapón de fermentación (1) que está colocado en el orificio de salida al tapón.
Description
Sistema de fermentación y control de
fermentación automático.
La invención se refiere a un procedimiento y un
dispositivo para la supervisión y el control térmico de un proceso
de fermentación según los preámbulos de la reivindicación 1 y de la
reivindicación 22.
En la fermentación alcohólica el azúcar es
convertido mediante levaduras en esencia en alcohol y dióxido de
carbono. En la fabricación de cerveza, bebidas alcohólicas y vino la
fermentación es el paso más importante en el proceso de
fabricación. En la fabricación es muy importante controlar este
proceso continuamente y con la máxima precisión, para detectar de
inmediato las eventuales perturbaciones que se produzcan en la
fermentación, porque las perturbaciones repercuten negativamente en
la calidad de la bebida. Para este control de calidad se necesitan
datos lo más actuales y exactos posible sobre la temperatura de
fermentación, la disminución de azúcar y el incremento de alcohol y
la dulzura residual en la materia en fermentación.
Está aún muy extendida en la actualidad entre
los viticultores, los fabricantes de cerveza y las destilerías la
medición diaria del contenido de azúcar en la templa y en el mosto
realizada a mano mediante areómetros y la transformación de estos
valores de medición en curvas de fermentación. Para ello se toman,
se descarbonatan y se filtran 200-400 ml de materia
en fermentación. Entonces se sumerge el areómetro. Los areómetros
miden la densidad de la materia en fermentación. Además de agua y
azúcar se toma también con ello hasta un 15% de
no-azúcares (ácidos, etc.). Tomando en consideración
la temperatura de la materia en fermentación, los areómetros
permiten efectuar una estimación del contenido de azúcar de la
templa o del mosto. Debido al necesario tratamiento previo del
mosto y de la templa, este procedimiento consume gran cantidad de
tiempo y es también desventajoso porque en los grandes tanques de
fermentación, de por ejemplo 15.000 litros, hay considerables
diferencias de densidad y de temperatura, por lo cual la medición
proporciona únicamente un valor aproximado, pero también porque el
durante la fermentación creciente contenido de alcohol redunda en
considerable menoscabo de la exactitud de la medición. Para el
control de la materia en fermentación, en la mayoría de los casos se
procedía hasta ahora a medir el contenido de azúcar una vez al día
o dos veces al día. En caso de haber problemas con el proceso de
fermentación, éste es un intervalo de tiempo relativamente largo
como para limitar las rápidas contrarreacciones que se producen al
haber perturbaciones de la fermentación. La temperatura de
fermentación se mide hoy en día por regla general mediante un
termómetro incorporado en el areómetro, o bien teniendo introducida
en el recipiente de fermentación una vaina de inmersión en la que
está incorporado un termómetro.
Son también conocidos métodos para medir el
contenido de azúcar mediante continuas mediciones de la densidad
con sensores introducidos en la materia en fermentación. Así, es
conocida una sonda de densidad que mediante la medición de la
presión absoluta en tres distintos puntos de medición en el tanque
de fermentación determina continuamente la densidad de la materia
en fermentación. Las presiones absolutas varían al producirse una
variación del nivel de llenado o bien al producirse una variación de
la profundidad de inmersión en el tanque de fermentación. Puesto
que las diferencias de presión medidas entre los tres puntos de
medición son cuatro veces menores que las variaciones de las
presiones absolutas en los casos que acaban de ser mencionados,
este procedimiento de medición es relativamente propenso a fallos, y
la determinación del contenido de azúcar en el mosto es
relativamente inexacta.
Por la EP 1 270 716 A1 es conocido un
procedimiento que mediante una medición de la diferencia de presión
entre dos puntos establecidos determina la densidad de la materia en
fermentación y calcula a partir de la misma el contenido de azúcar
y de alcohol. El dispositivo de medición de la diferencia de presión
puede estar fijamente instalado en el tanque de fermentación, o
bien puede ser también separable. En el primer caso los puntos de
medición están fijados, si bien es cierto que debido a ello deben
efectuarse modificaciones en el tanque (por ejemplo mediante la
introducción de dos tubos en la pared del tanque), lo cual
naturalmente ocasiona costes. En el segundo caso no se tienen
costes para la modificación del tanque, si bien es cierto que en
este método tiene que estar asegurado que las mediciones sean
siempre efectuadas a la misma distancia en altura de los puntos de
medición. Puesto que los sensores de densidad son relativamente
caros, tales dispositivos de medición son caros. En el caso de los
sensores que trabajan en la materia en fermentación, como son los
sensores de medición de la densidad, se dan además problemas de
limpieza.
Por la US 5.204.262 es conocido un procedimiento
que mide continuamente el contenido de alcohol en la materia en
fermentación por medio de un sensor de etanol controlado por
difusión. Este procedimiento tiene la desventaja de que son de alto
nivel la aparatosidad técnica y los costes de la misma.
La EP 1 270 716 A1 prevé para la supervisión y
regulación de un proceso de fermentación que en el extremo de dos
tubos que desembocan a distintas alturas en un tanque de
fermentación estén dispuestos sendos medidores de la diferencia de
presión y que de tal manera se mida la diferencia de presión entre
ambos puntos de medición situados a distinta altura en el líquido
en fermentación y que a partir de ello se determine la densidad del
líquido, determinándose a partir de su diferencia durante el proceso
de fermentación con respecto a la densidad inicial parámetros
característicos del líquido en fermentación.
La JP 57-144097 prevé la
determinación de las concentraciones de CO_{2} y O_{2} y con
ello su proporción en los gases de fermentación y la aspiración de
los gases de los depósitos de fermentación mediante una bomba e
incluso la determinación de las respectivas concentraciones mediante
dos dispositivos de medición que son respectivamente sensibles para
uno de ambos gases.
Así pues, la característica de fermentación se
determina a través de las concentraciones y con ello a través de la
proporción de ambos gases anteriormente mencionados.
La DE 1 965 070 prevé un aparato de taponamiento
para la producción de cerveza en el cual, a pesar de ser varios
recipientes de fermentación de cerveza susceptibles de ser
conectados al aparato de taponamiento, puede observarse el
comportamiento de la fermentación en cada recipiente de fermentación
individual. El aparato de taponamiento presenta para ello una pared
transparente, con lo cual puede observarse respectivamente en cada
entrada la entrada de los gases de los recipientes de fermentación
en el líquido del aparato de taponamiento. Además, la presión de
fermentación es regulable mediante una válvula de regulación, para
con ello provocar un establecimiento de presión en los recipientes
de fermentación e influenciar así el proceso de fermentación. Para
la medición de la presión está previsto un manómetro.
La EP 1 298 197 A1 indica un procedimiento y un
dispositivo para el tratamiento de templa, donde de la templa
introducida en un depósito se obtiene al menos un valor físico y se
regula un proceso de fermentación de la templa en dependencia del
parámetro, midiéndose durante la fermentación la cantidad de gas, y
en particular la cantidad de CO_{2} y/o el contenido de CO_{2}
del gas que se encuentra o se forma en el depósito sobre la templa.
Además es conocida la técnica de medir y mantener constante por
ejemplo por medio de un intercambiador de calor o llevar al nivel
deseado la temperatura de la templa durante el proceso de
fermentación. En estos procedimientos conocidos es desventajoso el
hecho de que la determinación de la presión así como de la
temperatura es demasiado inexacta como para determinar la
intensidad real de la fermentación, puesto que la fermentación es
dependiente de muchos otros factores.
Así pues, la supervisión de los distintos
procesos de fermentación se efectúa visualmente mediante la
observación de los gases que salen por las válvulas labiales que
están asignadas a los distintos tanques de fermentación. No puede
lograrse con ello una fiable regulación de la fermentación.
La finalidad que persigue la invención es la de
lograr un procedimiento sencillo, no sujeto a mantenimiento,
económico y preciso y un dispositivo para la determinación de una
magnitud determinante característica para el proceso de
fermentación, y sobre la base de determinadas relaciones determinar
a partir de ello la descomposición del azúcar, el incremento del
alcohol y la dulzura residual.
Según la invención, esta finalidad es alcanzada
mediante un procedimiento genérico con la característica distintiva
de la reivindicación 1, con el cual se determina la cantidad de gas
que sale del depósito, así como mediante un dispositivo genérico
con la característica distintiva de la reivindicación 22.
La captación se efectúa en particular
"on-line", o sea en tiempo real. Para
configurar con la máxima eficacia posible la captación de los datos
de medición y la manipulación de los datos, una forma preferida del
procedimiento según la invención prevé el uso de un aparato para el
procesamiento electrónico de los datos, como por ejemplo un PC. De
esta manera, a partir de los datos medidos y sobre la base de
relaciones conocidas, o sea concretamente sobre la base de una
ecuación de fermentación corregida según Gay-Lussac
en la cual se toma en consideración que productos secundarios tales
como la glicerina pueden representar hasta un 9% del alcohol,
pueden calcularse de manera sencilla otras magnitudes, como por
ejemplo la disminución de azúcar o el incremento de alcohol, y los
datos medidos y/o calculados se almacenan, se imprimen o se
representan gráficamente, por ejemplo en forma de curvas de
fermentación.
Mediante la invención se logra que sea posible
una determinación de la magnitud relevante del azúcar en el mosto
más exacta que la que podía lograrse hasta la fecha.
El software (software = soporte lógico
informático) del procesamiento de datos está confeccionado de forma
tal que pueden hacerse fácilmente correcciones en línea
("on-line"). Tales correcciones son por ejemplo
necesarias en caso de darse perturbaciones de la fermentación,
cuando la materia en fermentación tuvo que ser filtrada y cuando se
vieron perturbadas e interrumpidas las mediciones exactas. En un
caso de este tipo pueden introducirse de nuevo los parámetros
iniciales actuales (contenido de azúcar y cantidad de materia en
fermentación) y puede iniciarse de nuevo el control de la
fermentación.
Ventajosamente está previsto transmitir los
datos de medición del sensor del procesador esclavo por
radiotransmisión a un procesador maestro y desde éste y por Ethernet
transmitirlos al aparato que procesa los datos. Gracias a ello se
prescinde del trabajoso y costoso tendido de cables.
Como procedimiento particularmente preferido
está previsto procesar los datos de varios sensores con un aparato.
Entonces no tiene que adquirirse un aparato propio para cada tanque.
Gracias a ello se reducen considerablemente para el sistema los
costes de adquisición por cada tanque supervisado. Pueden
supervisarse con un único aparato de control hasta aproximadamente
veinte tanques de fermentación.
Una forma preferida prevé además que los
distintos puntos de medición sean interrogados sucesivamente,
efectuándose esto en particular de manera cíclica, o sea que esté
previsto un multiplexor para la interrogación de los puntos de
medición.
En muchas fermentaciones hay perturbaciones, y
en el peor de los casos paros de la fermentación. La eliminación de
tales perturbaciones es costosa. Cuanto más rápidamente se descubra
la perturbación y se reaccione en correspondencia, tanto menor será
la desventaja económica. Por consiguiente, resulta particularmente
útil comparar continua y automáticamente los valores obtenidos con
valores preestablecidos y dado el caso y sobre la base de reglas
previamente establecidas disparar automáticamente una alarma en caso
de producirse perturbaciones de la fermentación o al haber sido
alcanzado el objetivo de la fermentación. Una alarma puede
señalizarse por ejemplo ópticamente mediante una lámpara control
y/o acústicamente por medio de una sirena. La invención prevé
además también la posibilidad de una notificación telefónica o de
una notificación a través de un medio de comunicación electrónico,
como por ejemplo SMS o e-mail. Naturalmente, con
ello siempre puede darse la alarma a varios receptores. Esto
permite reaccionar más rápidamente incluso en momentos en los que
normalmente no hay nadie cerca del tanque de fermentación en
cuestión, como sucede por ejemplo durante la noche, en los fines de
semana o cuando el viticultor está trabajando en el viñedo.
La exacta medición del contenido de azúcar
inicial puede efectuarse de manera sencilla y rápida con el nuevo
sistema de medición VINOQUANT 6H de Kübler.
Según la invención se provocan comunicaciones de
alarma en particular en caso de producirse los acontecimientos
siguientes:
- -
- Demasiada materia en fermentación en el depósito de fermentación (peligro de desbordamiento de espuma durante la fermentación, lo cual es antihigiénico; se pierde la acción aséptica del líquido de cierre en el tapón de fermentación). Para eliminar este peligro, el sistema comprende un sensor del nivel de llenado que puede montarse fácilmente y debería montarse en el tubo montante al nivel de aproximadamente un 70% del volumen del depósito (para que haya un espacio para la subida del nivel de un 30%).
- -
- Paro de la fermentación no planificado (que no se haya iniciado la fermentación en 36 horas o que se produzca un paro de la fermentación antes del fin de la fermentación).
- -
- Fin de la fermentación.
- -
- Fluctuaciones de temperatura de más de 4ºC/hora (peligro de muerte de la levadura).
- -
- Retroceso de la temperatura de más de 2ºC/día al final de la fermentación (la levadura está muriendo, eventualmente antes de que haya quedado concluida la fermentación).
- -
- Demasiado poco líquido de cierre en el tapón de fermentación (se pierde la acción aséptica).
- -
- Que haya sido alcanzado un objetivo de la fermentación (que p. ej. se haya alcanzado el contenido de azúcar residual que se ha determinado para proceder a parar la fermentación).
- -
- Que no se haya alcanzado la temperatura de control de la fermentación, porque p. ej. el compresor produce demasiado poca potencia.
- -
- Que esté defectuoso el aparato de medición, o que haya un corte de corriente.
\vskip1.000000\baselineskip
En una adicional configuración está previsto
comparar automáticamente los valores obtenidos con valores
preestablecidos y dado el caso y sobre la base de reglas previamente
establecidas, como por ejemplo en caso de darse una evolución no
deseada de la temperatura, influenciar automáticamente la
fermentación actuando externamente en la materia en fermentación,
por ejemplo mediante calentamiento o enfriamiento.
Según la invención, además del volumen de gas
saliente se mide también la temperatura del gas que sale. Esta
temperatura constituye una buena medida de la temperatura media de
la materia en fermentación, porque representa la temperatura en las
distintas capas de temperatura en el tanque de fermentación,
contrariamente a la temperatura que se mide en un único sitio en el
tanque (en el líquido). Ésta última puede oscilar mucho localmente,
y concretamente y por regla general puede hacerlo en desde al menos
5ºC y hasta 10ºC. La razón para ello son las nubes o aglomeraciones
de levadura en la materia en fermentación, en las cuales se da una
actividad de fermentación localmente más intensa y por consiguiente
también una temperatura localmente más alta. Es por ello que la
temperatura correcta no puede ser medida en el propio tanque. El
sensor de temperatura se coloca para ello justo sobre el tapón en
el orificio del tanque de fermentación o bien al final del tapón de
fermentación (en dirección a la materia en fermentación). Gracias a
ello puede medirse muy rápidamente la temperatura de la materia a
fermentar que se ha introducido en el depósito de fermentación, y
concretamente ello puede hacerse antes del comienzo de la
fermentación. Es particularmente importante la novedosa medición de
la temperatura de la materia en fermentación al comienzo de la
fermentación y durante la fermentación. Estos datos importantes son
medidos automáticamente por medio del sistema de fermentación.
La temperatura que se mide según la invención
constituye también la base para la necesaria corrección de la
temperatura del volumen de gas respectivamente medido y también para
el control de la fermentación mediante calentamiento o bien también
mediante enfriamiento. Puede recurrirse para ello a curvas de
fermentación preestablecidas, que representan un comportamiento
ideal de la fermentación a lo largo del tiempo.
\newpage
Esta temperatura puede usarse para el control de
la fermentación. Puede influenciarse desde el exterior la
temperatura de la materia en fermentación de forma tal que la misma
sea por un lado lo suficientemente alta como para que pueda
desarrollarse la fermentación y por otro lado no sea tan alta como
para que los aromas sean evacuados de la materia en fermentación
con el gas saliente al entorno, lo cual conduce a una pérdida de
aromas del producto final. Un control de la fermentación de este
tipo significa que la regulación de la temperatura se adapta al
trazado de la curva de fermentación. Dicho trazado es
(relativamente) rectilíneo. El control de la temperatura dentro del
marco del control de fermentación se efectúa por software. Según
ello, para ello no se requiere un armario de control de alto
precio.
precio.
Según una forma preferida del procedimiento
según la invención, está previsto determinar continuamente el
contenido de azúcar, efectuándose en particular al ser alcanzada una
dulzura residual preestablecida un proceso, como por ejemplo el de
disparar una señal acústica u óptica o bien provocar un paro de la
fermentación.
Una configuración ventajosa del dispositivo
según la invención prevé una interfaz en el aparato que procesa los
datos medidos. La interfaz permite la preparación de los datos
importantes para un control de la fermentación, como es por ejemplo
la temperatura de la materia en fermentación. Una unidad de control
conectada a esta interfaz puede así por ejemplo mediante un
calentamiento o un enfriamiento del tanque influenciar el proceso
de fermentación desde el exterior. Así pues, según la invención el
procesamiento de los datos de medición de varios tanques puede
efectuarse con un ordenador.
El dióxido de carbono que se produce en la
fermentación alcohólica debido a la transformación del azúcar
mediante las levaduras en esencia en alcohol sale de la manera
habitual del tanque a través de un tapón de fermentación, puesto
que de lo contrario la presión en el interior del tanque se
incrementaría y ocasionaría daños.
La invención prevé que entre el recipiente de
fermentación y el tapón de fermentación se efectúe una medición del
caudal volumétrico, presentando un dispositivo un caudalímetro entre
el recipiente de fermentación y el tapón de fermentación.
Este dispositivo de medición del caudal se usa
en particular en caso de elevados caudales.
Un perfeccionamiento de esta configuración prevé
que el caudal sea medido por medio de la diferencia de tensión
entre un sensor dispuesto antes de un calentador según el sentido de
la corriente y un sensor dispuesto después de un calentador según
el sentido de la corriente, o sea, que el caudalímetro presente dos
sensores y un calentador y que uno de dichos de sensores esté
dispuesto antes del calentador según el sentido de la corriente y
el otro de los sensores esté dispuesto después del calentador según
el sentido de la corriente, y que esté previsto un dispositivo para
la medición de la diferencia de tensión de los sensores.
Debido a una capa de líquido contenida en el
tapón de fermentación en calidad de cierre hermético al aire, el
gas sale del tanque en porciones a través del tapón de fermentación.
El volumen de una porción es siempre igual de grande y se calcula a
partir de la altura de elevación y de la geometría del tapón de
fermentación. Según ello, la invención prevé en una realización
preferida que para la determinación de las cantidades de gas que
salen se mida la frecuencia de elevación de una tapa móvil del tapón
de fermentación, estando una configuración preferida del
dispositivo caracterizada por un dispositivo de medición para la
medición de la frecuencia de una tapa móvil del tapón de
fermentación. A partir de la frecuencia de elevación y tomando en
consideración la geometría del tapón de fermentación y la altura de
elevación puede determinarse el volumen total en un determinado
intervalo de tiempo. En combinación con una medición de la
temperatura del gas saliente pueden calcularse a partir del volumen
de gas la disminución de azúcar y el incremento de alcohol y la
dulzura residual en la materia en fermentación.
La medición de la frecuencia de elevación puede
hacerse de muchas maneras, si bien la invención prevé dos métodos
preferidos para ello: El primero es una medición óptica como la que
se efectúa con ayuda de una barrera fotoeléctrica instalada en el
cuerpo básico del tapón de fermentación. La barrera fotoeléctrica es
interrumpida por medio de una "banderola" instalada en la tapa
móvil del tapón de fermentación cuando la tapa está en su posición
inferior. Al desplazarse la tapa hacia arriba, queda expedito el
espacio entre el emisor y el receptor de la barrera fotoeléctrica.
Como alternativa a ello, la medición puede también hacerse
eléctricamente, como por medio de un interruptor que se fija al
borde superior del cuerpo básico del tapón de fermentación. Al
estar la tapa móvil en su posición inferior, el interruptor es por
ejemplo cerrado, y al desplazarse la tapa hacia arriba, el
interruptor es por ejemplo abierto.
Es particularmente importante para el
funcionamiento del tapón de fermentación que se encuentre siempre
en el tapón de fermentación una óptima cantidad de líquido. La
cantidad máxima viene dada por el rebosadero que está presente en
el tapón de fermentación, y la cantidad de líquido mínima es
supervisada y se produce una alarma en caso de que la cantidad de
líquido sea inferior a dicha cantidad mínima. Esto se hace
preferiblemente mediante un contacto hermético tipo Reed. Al haber
menos líquido en el tapón de fermentación, un transmisor (imán) que
se encuentra en la tapa del tapón de fermentación se aproximará más
a un sensor tipo Reed que se encuentra en el fondo del tapón de
fermentación y producirá una señal.
\newpage
Según la invención, en una adicional
configuración del dispositivo está previsto que en caso de una
alarma automática el mismo pueda señalizarla. Está además previsto
dar la alarma por medio de uno o varios de los componentes
siguientes:
- -
- unidades de alarma óptica, como por ejemplo luces de aviso,
- -
- unidades de alarma acústica, como por ejemplo sirenas,
- -
- unidades de llamada que pueden efectuar una llamada a un número telefónico previamente establecido o a varios números telefónicos previamente establecidos,
- -
- unidades de envío que puedan enviar uno o varios SMS, e-mails u otras comunicaciones electrónicas a receptores previamente establecidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Gracias a ello es posible comunicar muy
rápidamente una perturbación de la fermentación que haya sido
detectada, para que puedan tomarse contramedidas dentro de un
periodo de tiempo lo más corto posible.
Según formas preferidas de la invención puede
estar previsto que el nivel de llenado sea medido en el recipiente
de fermentación, concretamente por medio de un medidor del nivel de
llenado. Esto es particularmente importante en caso de usarse como
sensores de medición del caudal resistencias dependientes de la
temperatura, porque las mismas son objeto de las reivindicaciones
18 y 29, dado que dichas resistencias pueden ser destruidas por el
líquido. Al ser alcanzado un nivel de llenado ajustado, puede darse
de salida una señal óptica o acústica, o bien puede pararse
automáticamente la aportación de materia a fermentar al recipiente
de fermentación. Así, al comienzo de la fermentación debería haber
entre la superficie de la materia a fermentar contenida en el
recipiente de fermentación y el orificio de salida al tapón un
espacio llamado espacio de subida de al menos 1/10 de la capacidad
total del recipiente de fermentación. Según la experiencia, gracias
a ello se impide que durante la fase de fermentación intensa salgan
a través del tapón de fermentación materia en fermentación o espuma
de fermentación, cuya salida redundaría en consecuencia en un
menoscabo de la acción aséptica del líquido de cierre en el tapón
de fermentación.
Se aclara más detalladamente a continuación la
invención a base de ejemplos de realización, haciéndose referencia a
los dibujos adjuntos. En dichos dibujos, las distintas figuras
muestran lo siguiente:
La Fig. 1, una vista lateral esquemática de un
tanque de fermentación con un tapón de fermentación configurado
según la invención y con un dispositivo de supervisión del nivel de
llenado;
la Fig. 2, la representación esquemática de un
tapón de fermentación móvil verticalmente y modificado para la
ejecución del procedimiento según la invención;
la Fig. 2a, la representación esquemática de un
tapón de vertido y fermentación móvil verticalmente y modificado
para la ejecución del procedimiento según la invención;
la Fig. 3, una representación esquemática de una
forma de realización preferida del dispositivo según la
invención;
la Fig. 4, una representación esquemática de
conjunto de un dispositivo según la invención;
la Fig. 5, un diagrama del paro de la
fermentación;
la Fig. 6, una vista frontal ampliada de una
primera forma de realización de un dispositivo de supervisión del
nivel de llenado según la invención;
la Fig. 6a, una sección horizontal del
dispositivo de supervisión del nivel de llenado de la Fig. 6;
la Fig. 7, una vista frontal de otra
configuración del dispositivo de supervisión del nivel de
llenado;
la Fig. 7a, una sección horizontal del
dispositivo de supervisión del nivel de llenado de la Fig. 7;
la Fig. 8, una vista frontal de otra
configuración del dispositivo de supervisión del nivel de
llenado;
la Fig. 8a, una sección horizontal del
dispositivo de supervisión del nivel de llenado de la Fig. 8; y
la Fig. 9, una sección horizontal de un
dispositivo óptico de supervisión del nivel de llenado.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 1 muestra un depósito de fermentación A
en cuya parte superior está dispuesta una tubería 15 con un
caudalímetro 16. La tubería desemboca de un tapón de fermentación
que presenta un cuerpo principal 2 de doble pared cilíndrica y una
tapa 8 del tapón, entre los cuales está dispuesto un adicional
dispositivo de medición para la medición del caudal 18.
Lateralmente en el depósito A o tanque para la
fermentación está dispuesto un medidor del nivel de llenado 30 que
presenta un tubo vertical transparente 31 que a través de una llave
de tres vías 32 está o es susceptible de ser puesto en comunicación
fluídica con el interior del depósito A y en cuya zona superior
está dispuesto un sensor del nivel de llenado 33 en la zona de la
altura del nivel de llenado deseada. El tamaño del depósito se
elige o bien el depósito se llena de forma tal que quede llenado tan
sólo en aproximadamente 2/3, para impedir un desbordamiento de
espuma debido a la fermentación.
Esto se aclara más adelante.
La Fig. 2 y la Fig. 2a muestran un tapón de
fermentación 1 modificado para la ejecución del procedimiento según
la invención. Al igual como en el caso de cualquier otro tapón de
fermentación, el tapón de fermentación 1 según la invención también
se fija mediante un obturador 4 en una abertura practicada en el
tanque y desempeña todas las funciones que son conocidas por los
tapones de fermentación convencionales. Éstas consisten, entre
otras cosas, en la protección de la materia a fermentación frente al
exterior, para que no puedan pasar al interior del tanque
bacterias, levaduras o insectos perjudiciales de tipo alguno. Un
tapón de fermentación permite adicionalmente la expulsión de gases
fuera del interior del tanque, para que al tener lugar la
fermentación se impida que se forme una sobrepresión en el
tanque.
El tapón de fermentación 1 presenta un cuerpo
principal 2 de doble pared cilíndrica con una pared exterior y una
pared interior 2a, 2b, presentando dicho cuerpo principal una
entrada estrechada 3 que está rodeada por un obturador elástico 4
por medio del cual el tapón de fermentación 1 puede ponerse en la
salida de un tanque de fermentación. En el lado exterior de la
pared exterior 2a está prevista una salida 5 para la salida del
líquido de cierre sobrante, que queda introducido entre ambas
paredes 2a, 2b del cuerpo principal 2.
En el obturador 4 se encuentra en la vía
circulatoria para el dióxido de carbono en la entrada 3 un sensor de
temperatura 6. Directamente encima del obturador 4 se encuentra en
la entrada 3 una tubuladura lateral 7.
Sobre el cuerpo principal 2 se encuentra en la
Fig. 2 una tapa 8 del tapón que es cilíndrica, cerrada en la parte
superior y móvil verticalmente, y en la Fig. 2a una tapa 8 del tapón
que es cilíndrica, cerrada en la parte superior y basculante en
torno a una charnela horizontal, entrando la pared cilíndrica 8a de
dicha tapa en el espacio intermedio entre las paredes cilíndricas
interior y exterior 2a, 2b del cuerpo principal 2 y correspondiendo
el diámetro de la pared cilíndrica de dicha tapa aproximadamente a
la media de los diámetros de ambas paredes cilíndricas 2a, 2b del
cuerpo principal 2. En una parte de cubrimiento 8b de la tapa 8 del
tapón está dispuesta lateralmente una banderola 9 que entra en el
espacio de detección de una o dos barreras fotoeléctricas 10 en una
caja de medición y emisión 11 en la que también se recibe el valor
de la temperatura medida mediante el sensor de temperatura 7. La
caja de medición y emisión 11 incluye en el ejemplo de realización
representado un módulo de radiotransmisión 12 con el que los datos
captados pueden ser transmitidos a un aparato de procesamiento
adicional tal como un PC para su adicional procesamiento.
Están además representadas en las Figs. 2 y 3
configuraciones preferidas. Allí donde se representan objetos
iguales, los mismos están identificados con iguales signos de
referencia.
Un recipiente de fermentación o un tanque (no
representado) presenta en su parte superior una tubuladura de
salida 13 desde la cual discurre hasta el tapón de fermentación una
tubería 14 variable que se ajusta a las necesidades de los sitios
de montaje totalmente distintos, estando dispuesto en la misma un
caudalímetro 16 que está en particular configurado de forma tal
que, dispuestos uno detrás del otro en la dirección del flujo,
presenta dos sensores entre los cuales está previsto un calentador.
Le está asignada al caudalímetro 16 una electrónica que en el
ejemplo de realización representado está dispuesta en torno al tubo
14 y al caudalímetro 16, recibiendo dicha electrónica señales de
tensión de ambos sensores. Cuando tiene lugar una circulación por
la tubería 14, debido a la distinta temperatura producida por el
calentador (temperatura más baja antes del mismo según el sentido
de la corriente; temperatura más alta después del mismo según el
sentido de la corriente) la diferencia de tensión es dependiente de
la velocidad de circulación y por consiguiente del caudal y
proporcional a la misma (al mismo).
Preferiblemente antes del caudalímetro 16 según
el sentido de la corriente, en la tubería 14 está además dispuesto
un sensor de temperatura 17 para medir la temperatura del gas que
sale del recipiente de fermentación, puesto que la misma es
necesaria por ejemplo para la obtención del caudal a partir del
volumen circulatorio medido. El sensor de temperatura puede
básicamente estar también dispuesto después del caudalímetro 16
según el sentido de la corriente, puesto que debido a la reducida
potencia calorífica de los sensores de medición del caudal el
calentamiento en el caudalímetro es mínimo y apenas influencia la
medición de la temperatura básica del gas que sale del recipiente
de fermentación.
Para la supervisión del líquido 2c, en el
ejemplo de realización representado está previsto en el tapón de
fermentación un contacto hermético tipo Reed 18 con un transmisor
18a realizado en forma de un imán y fijado a la tapa 8 del tapón y
un sensor tipo Reed 18b en el fondo del tapón de fermentación 1. Si
disminuye el líquido de cierre 2c, el transmisor 18a se aproxima al
sensor 18b en mayor medida que al haber el nivel normal del líquido
de cierre, debido a lo cual es producida una señal. Para que el
transmisor 18a se mantenga siempre angularmente en la misma posición
con respecto al sensor 18b, está previsto un bloqueo antigiro
19.
Para impedir que el gas de fermentación que pasa
a través del líquido de cierre 2c arrastre consigo el líquido de
cierre y le haga así salir del tapón de fermentación 1, en la parte
superior del recipiente 2 del tapón de fermentación está prevista
barrera 2d para el líquido de cierre mediante las cuales el líquido
de cierre arrastrado es retenido y regresa al interior del tapón de
fermentación.
La Fig. 4 muestra una representación de conjunto
con dos salidas y dos tapones de fermentación representados
esquemáticamente para dos recipientes de fermentación. Todos los
datos de medición son llevados a un multiplexor 20 y a través de
éste son puestos en comunicación con un dispositivo analizador 21
realizado en forma de un ordenador que está provisto de periféricos
tales como un teclado de introducción 22 con ratón 23 y una pantalla
24.
De la misma manera, con un dispositivo
analizador 21 pueden también supervisarse adicionales tanques de
fermentación debidamente conectados con sus salidas, sus
caudalímetros y sus tapones de fermentación configurados según la
invención.
El dispositivo analizador está configurado para
realizar la evaluación de los datos medidos, y en particular para
realizar la determinación de la disminución de azúcar y del
contenido de alcohol sobre la base del caudal de CO_{2} medido y
de la temperatura. Al haber sido introducida en dicho dispositivo
analizador la dulzura de partida, sobre la base de la disminución
de azúcar obtenida puede determinarse el respectivo contenido de
azúcar. Los contenidos de alcohol y de azúcar están representados en
la Fig. 5. Puede ajustarse en la unidad de procesamiento una
dulzura residual deseada, como por ejemplo en la Fig. 5 de 40º
Oechsle. Cuando el contenido de azúcar alcanza esta dulzura
residual, puede darse de salida una señal óptica y/o acústica sobre
la base de la cual puede iniciarse un paro de la fermentación. Al
ser alcanzada la dulzura residual deseada, puede también iniciarse
automáticamente un paro de la fermentación, por
ejemplo mediante una interrupción del calentamiento y/o mediante un enfriamiento de la materia en fermentación.
ejemplo mediante una interrupción del calentamiento y/o mediante un enfriamiento de la materia en fermentación.
La Fig. 6 muestra en vista lateral una
representación de detalle del dispositivo de supervisión del nivel
de llenado 30. Este presenta, como ya se ha dicho, un tubo
transparente 31 y un sensor del nivel de llenado 33. El tubo 31 es
soportado mediante una chapa de soporte 34 que está dispuesta en la
parte trasera del mismo entre el tubo 31 y el depósito A, rodea en
semicírculo o en \Omega al tubo 31 y tiene dispuesta en sus
partes laterales 35 una escala 36.
El sensor del nivel de llenado 33 presenta un
flotador 37 que se encuentra en el tubo 31 y lleva un transmisor 38
que en el ejemplo de realización representado en las Figs. 6 y 6a es
por ejemplo un imán. Lateralmente junto al tubo 33 está dispuesto
en la chapa de soporte 34 un detector 39 que en el ejemplo de
realización representado es un detector tipo Reed. El detector 39
es sujetado a la chapa de soporte 34 mediante un soporte de
fijación 40 que en el ejemplo de realización representado en las
Figs. 6 y 6a está configurado en forma de un estribo en U en
sección transversal que lleva un tornillo de apriete 41 con el cual
el detector 39 es susceptible de ser fijado en el soporte 34 a la
deseada altura del nivel de llenado.
En el ejemplo de realización de las Figs. 7 y
7a, el transmisor 38 que va en el flotador 37 es un cuerpo opaco.
El detector 39 está configurado como detector óptico que, como está
representado en la Fig. 7a, rodea en U al tubo y con ello al
transmisor 38 y presenta una fuente luminosa y un receptor óptico
(no representados), con lo cual al ser alcanzado el nivel de
llenado en el que está dispuesto el sensor del nivel de llenado 30,
es interrumpido por el transmisor 38 el recorrido de la luz que va
desde la fuente luminosa hasta el receptor de luz. En esta
configuración de las Figs. 7 y 7a, el sensor del nivel de llenado
está fijado al soporte 34 de la misma manera como se ha descrito
anteriormente haciendo referencia a las Figs. 6 y 6a.
En la configuración de la Fig. 8, un detector
que es asimismo como en el caso de las Figs. 6 y 6a un detector
magnético realizado en forma de un contacto hermético tipo Reed es
soportado por dos placas 42 que rodean respectivamente en
semicírculo al tubo 34 y son susceptibles de ser fijamente sujetadas
al tubo mediante dos tornillos 43 que están dispuestos a ambos
lados del tubo 34.
En la configuración de la Fig. 9, el soporte de
fijación está configurado de la misma manera como en la
configuración de las Figs. 8 y 8a. El dispositivo detector 39 está
de nuevo configurado como dispositivo detector óptico con emisor de
luz y receptor de luz que son diagonalmente opuestos y están
dispuestos en sendas configuraciones semicirculares de sendas
placas 42, siendo el recorrido de la luz entre los mismos de nuevo
interrumpido por el transmisor 38 realizado en forma de un cuerpo
opaco al ser alcanzado el nivel de llenado ajustado.
Los detectores 39 pueden estar en comunicación
con el dispositivo analizador 21 por medio de una línea (Fig. 4).
Al ser alcanzado el nivel de llenado ajustado y deseado puede ser
dada de salida una señal tal como una señal óptica o acústica.
Mediante el dispositivo analizador puede también cerrarse
automáticamente una válvula prevista en una tubería de entrada al
depósito A (no representada).
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias que cita el
solicitante se aporta solamente en calidad de información para el
lector y no forma parte del documento de patente europea. A pesar de
que se ha procedido con gran esmero al compilar las referencias, no
puede excluirse la posibilidad de que se hayan producido errores u
omisiones, y la OEP se exime de toda responsabilidad a este
respecto.
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- \bullet DE 1965070 [0010]
- \bullet US 5204262 A [0006]
- \bullet EP 1298197 A1 [0011]
\bullet JP 57144097 A [0008]
Claims (39)
1. Procedimiento de supervisión de un proceso de
fermentación en un depósito de fermentación (A), donde se determina
la cantidad de gas que sale de dicho depósito de fermentación y se
mide la temperatura del gas saliente justo sobre un obturador (4)
dispuesto en el orificio de salida al tapón del tanque de
fermentación, en el obturador (4) del tanque de fermentación o en
el extremo del lado de la materia en fermentación de un tapón de
fermentación (1) que está colocado en el orificio de salida al
tapón.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que para la determinación de
las cantidades de gas que salen se mide la frecuencia de elevación
de una tapa móvil (8) de un tapón de fermentación (1).
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la frecuencia de elevación
se mide ópticamente.
4. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que la frecuencia de elevación
se mide electrónicamente.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que la frecuencia de elevación
se determina mediante un interruptor que se instala en el cuerpo
principal (2) del tapón de fermentación (1) y se abre y se cierra
al subir y bajar la tapa móvil (8).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por el hecho de que se
supervisa el mínimo nivel de líquido en el tapón de fermentación
(1).
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que el nivel de líquido en el
tapón de fermentación (1) se supervisa mediante un contacto
hermético tipo Reed (18b).
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que se efectúa una medición del caudal volumétrico entre el
depósito de fermentación (A) y el tapón de fermentación (1).
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que el caudal es medido por
medio de la diferencia de tensión entre un sensor dispuesto antes
de un calentador según el sentido de la corriente y un sensor
dispuesto después de un calentador según el sentido de la
corriente.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que a partir de la temperatura y del volumen de gas que ha salido
se determina la cantidad de dióxido de carbono que se produce en un
proceso de fermentación.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que a
partir de la cantidad de dióxido de carbono que sale se determinan
valores importantes para un control de la fermentación, como por
ejemplo la disminución de azúcar y el incremento de alcohol en la
materia en fermentación o la dulzura residual de la materia en
fermentación.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por el hecho de que
los valores obtenidos son procesados electrónicamente, almacenados,
impresos y/o representados gráficamente.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que
los valores obtenidos en el tapón de fermentación (1) son
transmitidos inalámbricamente a un dispositivo analizador (21).
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que
los valores obtenidos son comparados automáticamente con valores
preestablecidos, y dado el caso y sobre la base de reglas
previamente establecidas y en particular en caso de perturbaciones
de la fermentación se dispara automáticamente una alarma.
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
caracterizado por el hecho de que la alarma se da
ópticamente, acústicamente, mediante una llamada a un número
telefónico previamente establecido o varios números telefónicos
previamente establecidos, o bien mediante el envío de uno o varios
SMS, e-mails u otras comunicaciones electrónicas a
receptores previamente establecidos.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por el hecho de que
los valores obtenidos son comparados automáticamente con valores
preestablecidos, y dado el caso y sobre la base de reglas
previamente establecidas se influencia automáticamente la
fermentación mediante una actuación externa en la materia en
fermentación, tal como un calentamiento o un enfriamiento.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por el hecho de que
los datos de varios tapones de fermentación (1) son procesados con
un dispositivo analizador (21).
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que los distintos puntos de medición son interrogados
sucesivamente.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que se mide el nivel de llenado en el depósito de fermentación
(A).
20. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que se determina continuamente el contenido de azúcar.
21. Procedimiento según la reivindicación 20,
caracterizado por el hecho de que al ser alcanzada una
dulzura residual preestablecida se desarrolla una operación como
por ejemplo la de producir una señal acústica u óptica, o bien se
provoca un paro de la fermentación.
22. Dispositivo de supervisión de un proceso de
fermentación, con un tapón de fermentación (1) que está colocado
sobre un depósito de fermentación (A) y cuyo cuerpo principal (2)
está llenado con líquido (2c) hasta una altura preestablecida, con
al menos un dispositivo de medición (2) para la medición del caudal
y con un sensor de la temperatura del gas (6, 17) para la medición
de la temperatura del gas saliente.
23. Dispositivo según la reivindicación 22,
caracterizado por un dispositivo de medición para la medición
de la frecuencia de una tapa móvil (8) del tapón de fermentación
(1).
24. Dispositivo según la reivindicación 23,
caracterizado por al menos una barrera fotoeléctrica (10)
para la medición de la frecuencia de elevación de la tapa (8) del
tapón.
25. Dispositivo según la reivindicación 24,
caracterizado por una banderola (9) que está unida a la tapa
(8) del tapón y en una posición de la misma entra en la barrera
fotoeléctrica (10) quedando situada entre el emisor y el receptor
de la misma y en otra posición de dicha tapa del tapón deja expedita
a dicha barrera fotoeléctrica.
26. Dispositivo según la reivindicación 25,
caracterizado por un componente electrónico para la medición
de la frecuencia de elevación.
27. Dispositivo según la reivindicación 26,
caracterizado por un interruptor que está instalado en el
cuerpo principal (2) del tapón de fermentación (1) y se abre y se
cierra al subir y bajar la tapa móvil (8).
28. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 27, caracterizado por un caudalímetro
(16) entre el depósito de fermentación (A) y el tapón de
fermentación (1).
29. Dispositivo según la reivindicación 28,
caracterizado por el hecho de que el caudalímetro (16)
presenta dos sensores y un calentador y uno de los sensores está
dispuesto antes del calentador según el sentido de la corriente y el
otro sensor está dispuesto después del calentador según el sentido
de la corriente, y está previsto un dispositivo para la medición de
la diferencia de tensión de los sensores.
30. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 29, caracterizado por el hecho de que
contiene un componente para la supervisión del mínimo nivel de
líquido en el tapón de fermentación (1).
31. Dispositivo según la reivindicación 30,
caracterizado por un contacto hermético tipo Reed (18).
32. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 31, caracterizado por un dispositivo
analizador electrónico (21) para el procesamiento electrónico, el
almacenamiento y la salida de los valores obtenidos.
33. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 32, caracterizado por un multiplexor
(20) para la interrogación de los puntos de medición.
34. Dispositivo según la reivindicación 32 o 33,
caracterizado por una unidad de radiotransmisión (12) que
transmite por radio los datos obtenidos al radiorreceptor del
dispositivo analizador (21).
35. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 34, caracterizado por al menos un
dispositivo de alarma.
36. Dispositivo según la reivindicación 35,
caracterizado por el hecho de que el dispositivo de alarma
que es al menos uno es un dispositivo óptico, acústico, de llamada
y/o de envío.
37. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 36, caracterizado por una interfaz para
la preparación de datos necesarios para el control de la
fermentación.
38. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 37, caracterizado por un dispositivo
analizador (21) para el procesamiento de los datos medidos de
varios puntos de medición.
39. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 38, caracterizado por un medidor del
nivel de llenado (30, 31, 33, 38, 39).
\global\parskip1.000000\baselineskip
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
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| DE200510015530 DE102005015530A1 (de) | 2005-04-04 | 2005-04-04 | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Gärvorgangs |
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