ES2338149T3 - Planta de fabricacion de cerveza y procedimiento de fabricacion de cerveza. - Google Patents
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Abstract
Planta de fabricación de cerveza con por lo menos un recipiente de maceración (3), una cuba de clarificación (5), una caldera de mosto (7) y un alojamiento de agua (9), en la que al menos una parte del consumo de energía térmica de la fábrica de cerveza se cubre con colectores solares (25), en la que los colectores solares calientan directa o indirectamente un fluido a una temperatura de al menos 120ºC, especialmente a una temperatura de 160ºC a 180ºC, caracterizada porque la energía térmica producida en los colectores solares (25) puede almacenarse temporalmente en un tanque de alta presión y, controlada por una unidad de control (27), se introduce en los consumidores de energía térmica, especialmente en el recipiente de maceración (3), en la cuba de clarificación (5), en la caldera de mosto (7), en el alojamiento de agua (9), en una planta de CIP (21) y/o en una bodega de botellas (23), especialmente para la limpieza de botellas, en la que el tanque de alta presión es un tanque de almacenamiento estratificado.
Description
Planta de fabricación de cerveza y procedimiento
de fabricación de cerveza.
La invención se refiere a una planta de
fabricación de cerveza con por lo menos un recipiente de maceración,
una cuba de clarificación, una caldera de mosto y un alojamiento de
agua, así como a un procedimiento de fabricación de cerveza según
los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 6.
Por el documento LATMIRAL G: "Energy problems
and the brewing industry", BIRRA E MALTO BIRRA
PERONI, NAPLES, ITALY, tomo 24, nº 11, 1979, página 3, ya se conoce una planta de fabricación de cerveza, así como un procedimiento de fabricación de cerveza según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 6. Aquí se suministran zonas individuales con energía solar.
PERONI, NAPLES, ITALY, tomo 24, nº 11, 1979, página 3, ya se conoce una planta de fabricación de cerveza, así como un procedimiento de fabricación de cerveza según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 6. Aquí se suministran zonas individuales con energía solar.
Por el documento MURRAY O L: "Solar
pasteurization of beer: a pilot application", TECHNICAL
QUARTERLY, MASTER BREWERS' ASSOCIATION OF THE AMERICAS TECHNAPAC
CO., ST. LOUIS, MISSOURI, USA, tomo 16, nº 1, 1979, se describen
temperaturas de fluidos < 120ºC. En este documento no se almacena
energía en un tanque de alta presión. La energía en exceso que no
se introduce directamente al consumidor se almacena en un tanque de
almacenamiento en forma de un material de cambio de fase. Aquí se
alimenta respectivamente a un circuito de proceso por el tanque de
almacenamiento.
La fabricación de cerveza es un procedimiento
que requiere mucha energía necesitándose tanto energía eléctrica
como energía térmica. En total, los costes de energía constituyen
una proporción notable de los costes totales de fabricación de
cerveza. Según la tendencia debe partirse de que la proporción de
los costes de energía aumentarán más con la escasez de combustibles
fósiles y los mayores precios de la energía asociados a ella.
Para disminuir la influencia de los costes de
energía sobre los costes de fabricación, en las plantas de
fabricación de cerveza convencionales se probó mejorar la
recuperación de energía, así como el rendimiento total de la
planta. Así, por ejemplo, el agua de alimentación se precalienta en
un economizador mediante el enfriamiento de gases de combustión o
se aprovecha vapor calentado que, en comparación con el vapor
normal, es más transportable y, por tanto, se producen menos
pérdidas. Para hacer adicionalmente más económica la producción de
energía, cada vez más se usan centrales termoeléctricas en bloques
que se usan tanto para la producción de corriente eléctrica como
para la producción de agua caliente o vapor. Sin embargo, como éstas
se basan igualmente en combustibles fósiles, tampoco son
independientes de los aumentos de precio debido a la escasez de
combustibles sólidos.
Por tanto, es objetivo de la presente invención
proporcionar una planta de fabricación de cerveza, así como un
procedimiento de fabricación de cerveza, para independizar las
fábricas de cerveza de la necesidad de combustibles fósiles.
Según la invención, este objetivo se alcanza
mediante las características de la reivindicación 1 y 6.
Con ayuda de colectores solares, que transforman
la energía de los rayos del sol en energía térmica, se hace posible
cubrir al menos una parte del consumo de energía térmica de la
planta de fabricación de cerveza con ayuda de energía que no
procede de combustibles fósiles. Para la aplicación en una fábrica
de cerveza, en este caso es decisivo que los colectores solares se
diseñen de forma que el fluido más templado necesario para el
proceso de fabricación de cerveza pueda calentarse mediante la
energía solar a una temperatura de al menos 120ºC, especialmente a
una temperatura de 160ºC a 180ºC. Por tanto, el calentamiento del
fluido no se limita, como por lo demás es habitual en el uso de
colectores solares en la industria cervecera, a la producción de
agua templada de aproximadamente 50ºC a 60ºC.
Además, dependiendo de la necesidad de la planta
de fabricación de cerveza, el calentamiento del fluido mediante los
colectores solares puede realizarse directamente, es decir, el
fluido circula por los colectores solares y allí se calienta, o
indirectamente, es decir, un segundo fluido se calienta en el
colector solar y mediante un intercambiador de calor se transmite
energía térmica al fluido usado en el proceso de fabricación de
cerveza.
Preferiblemente, la energía térmica producida en
los colectores solares puede almacenarse temporalmente en un
acumulador de calor y, controlada por una unidad de control,
introducirse en los consumidores de energía térmica, especialmente
en el recipiente de maceración, en la cuba de clarificación, en la
caldera de mosto, en el alojamiento de agua, en una planta de CIP
y/o en una bodega de botellas, especialmente para la limpieza de
botellas. Así puede obtenerse, independientemente del transcurso del
proceso de fabricación de cerveza, la energía térmica mediante los
colectores solares y, dependiendo de la necesidad, introducirla de
forma controlada a los consumidores de energía térmica individuales
en la planta de fabricación de cerveza. El control o la regulación
se refieren en este caso a la temperatura del fluido y/o al caudal
resultando de estos parámetros la cantidad de energía térmica
introducida.
Según una forma de realización preferida, la
fábrica de cerveza puede presentar para el suministro de
refrigeración una planta de refrigeración sortiva cuyo consumo de
energía térmica se cubre al menos en parte por la energía térmica
producida por los colectores solares. Convencionalmente, en las
fábricas de cerveza se usan plantas de refrigeración por compresión
que, sin embargo, presentan las mismas desventajas que los
generadores de calor convencionales. Por el contrario, el uso de
una planta de refrigeración sortiva proporciona la ventaja de que
también pueda recurrirse a la energía térmica producida por los
colectores solares para la producción del frío necesario.
Preferiblemente, como fluido puede usarse agua a
presión elevada (agua a alta presión). Mediante el aumento de la
temperatura de ebullición puede lograrse con el agua a alta presión
en la fase líquida las altas temperaturas necesarias de al menos
120ºC, especialmente de temperaturas en un intervalo de 160 a
180ºC.
En una forma de realización preferida, los
colectores solares pueden presentar colectores de ranuras
parabólicos. Mediante el enfoque de los rayos del sol con ayuda de
un espejo parabólico sobre las conducciones por las que circula un
fluido que va a calentarse se calientan a temperaturas relativamente
altas, especialmente temperaturas de hasta 400ºC. Así puede
realizarse el calentamiento a 120ºC, especialmente a de 160 a 180ºC,
para el fluido necesario en el procedimiento de fabricación de
cerveza, también en latitudes que presentan menos radiación solar
en comparación con países meridionales.
Con el calentamiento indirecto del fluido en los
colectores solares, un aceite térmico, una sal fundida o vapor
pueden servir preferiblemente para la absorción de la energía
térmica. Con estos materiales pueden conseguirse altos rendimientos
(superiores al 14%).
La invención también se refiere a un
procedimiento de fabricación de cerveza caracterizado porque el
consumo de energía térmica de al menos una parte de las etapas del
proceso de fabricación de cerveza, especialmente durante el
macerado, clarificado y/o cocción del mosto, se cubre al menos en
parte con un fluido calentado directa o indirectamente por
colectores solares a una temperatura de al menos 120ºC,
especialmente a una temperatura en un intervalo de 160ºC a 180ºC.
Por tanto, mediante el uso de energía térmica de los rayos del sol
puede reducirse la dependencia de productores de energía térmica
convencionales. Para hacer más económico el procedimiento que en la
obtención de energía convencional es especialmente importante que el
fluido pueda calentarse hasta las mayores temperaturas usadas en el
proceso. En este caso, el fluido puede calentarse tanto directa
como indirectamente.
Según una forma de realización preferida, el
consumo de energía térmica durante la limpieza de botellas puede
cubrirse al menos en parte con un fluido calentado directa o
indirectamente por colectores solares a una temperatura de al menos
120ºC, especialmente a una temperatura en un intervalo de 160ºC a
180ºC. Así, el uso ventajoso de la energía solar no sólo se limita
al propio proceso de fabricación de cerveza, sino que puede usarse
en todo el proceso de fabricación de cerveza. En la bodega de
botellas es especialmente alto el consumo de energía durante la
limpieza de botellas, de manera que es ventajoso el uso de energía
solar.
Preferiblemente, el consumo de energía térmica
de una planta de refrigeración sortiva durante la producción de
agua helada para el procedimiento de fabricación de cerveza puede
cubrirse al menos en parte con un fluido calentado directa o
indirectamente por colectores solares a una temperatura de al menos
120ºC, especialmente a una temperatura en un intervalo de 160ºC a
180ºC. Por tanto, el uso ventajoso de energía solar no sólo se
limita al propio consumo de energía térmica en el proceso de
fabricación de cerveza, sino que también puede usarse durante la
producción del agua helada necesaria en el proceso para reducir la
dependencia de fuentes de energía convencionales.
Según una forma de realización preferida, la
planta de fabricación de cerveza comprende adicionalmente un
dispositivo generador de vapor de alta velocidad que puede
conectarse en caso de necesidad que introduce energía térmica en el
fluido que va a calentarse mediante los colectores solares.
Esta forma de realización trae consigo la
ventaja de que cuando la potencia de los colectores solares no es
suficiente, por ejemplo, por una radiación solar reducida debido al
mal tiempo o debido a la hora del día, puede conectarse un
dispositivo generador de vapor de alta velocidad. Así se garantiza
que a los consumidores de calor individuales también se les podrá
introducir suficiente energía térmica en caso de radiación solar
reducida. Un dispositivo generador de vapor de alta velocidad
destaca porque en un tiempo muy corto puede generar vapor,
especialmente vapor de agua, para compensar una deficiencia de
potencia de los colectores solares. El dispositivo generador de
vapor de alta velocidad es especialmente ventajoso ya que éste puede
funcionar, por ejemplo, mediante fuentes de energía renovables
mediante una planta de cogeneración, lo que hace que toda la planta
sea independiente de fuentes de energía no renovables, especialmente
combustibles fósiles.
Además, la planta puede comprender un
dispositivo que registra si la potencia de los colectores solares es
suficiente para cubrir el consumo de energía de consumidores de
calor a los que se les introduce energía térmica mediante el
fluido, especialmente para calentar el fluido a una temperatura de
al menos 120ºC, especialmente 160ºC a 180ºC y que permite conectar
el dispositivo generador de vapor de alta velocidad cuando la
potencia de los colectores solares no sea suficiente.
Así, el fluido calentado puede regularse de
forma segura a una temperatura determinada, incluso si se producen
variaciones en la radiación solar.
En este caso, la potencia del dispositivo
generador de vapor de alta velocidad se regula preferiblemente en
función de la potencia de los colectores solares, es decir,
evidentemente también en función de la radiación solar.
Según la invención, el fluido calentado por los
colectores solares se almacena en un tanque de alta presión. El uso
del tanque de alta presión hace posible que puede almacenarse agua
de una temperatura > 100ºC mediante la elevación del punto de
ebullición. El tanque de alta presión es un tanque de almacenamiento
estratificado de cuya zona superior puede extraerse agua caliente
para los consumidores de agua caliente y al que puede
introducírsele de nuevo agua más fría en un circuito en la zona
inferior para el nuevo calentamiento.
De manera ventajosa, el dispositivo generador de
vapor de alta velocidad calienta el fluido en el tanque acumulador
de calor, especialmente el tanque de alta presión, cuando está
conectado. Para determinar si el dispositivo generador de vapor de
alta velocidad se conecta o no también puede recurrirse a, por
ejemplo, la temperatura en el tanque de almacenamiento de energía
que en último lugar también depende de la potencia de los colectores
solares.
Según una forma de realización preferida, una
parte del fluido calentado por los colectores solares se introduce
como vapor en los consumidores de calor que necesitan vapor como
medio de calefacción, introduciéndose otra parte del fluido
calentado que está almacenado en el tanque de alta presión en los
consumidores de calor que necesitan agua caliente, mientras que
otra parte del fluido calentado por los colectores solares se
introduce en una planta de refrigeración por absorción que
proporciona refrigerante (como, por ejemplo, NH_{3} y agua,
glicol, agua helada, etc.) a los consumidores de frío.
Este concepto hace posible que el fluido
calentado a una temperatura de más de 120ºC pueda usarse para
consumidores de calor de vapor, consumidores de calor de agua
caliente y al mismo tiempo consumidores de frío (mediante el uso de
una planta de refrigeración por absorción). Este concepto global,
especialmente en combinación con el dispositivo generador de vapor
de alta velocidad, hace posible de forma sencilla un suministro
ideal a los consumidores individuales con energía.
En caso de necesidad, la cantidad de calor
introducida puede elevarse en caso de necesidad para todas las
zonas, es decir, para la zona de vapor, zona de agua caliente y zona
de refrigeración, mediante un dispositivo generador de vapor.
Preferiblemente, el generador de vapor de alta
velocidad conectado produce entonces vapor para los consumidores de
calor que necesitan vapor o bien mediante el dispositivo generador
de vapor de alta velocidad se produce vapor que se transmite a la
planta de refrigeración por absorción.
Preferiblemente, al dispositivo generador de
vapor de alta velocidad se le conecta aguas abajo un compresor de
chorro de vapor para que el vapor pueda usarse, por ejemplo, para
los consumidores de calor en la sala de cocción, etc.
El fluido calentado por los colectores solares
que se introduce en los consumidores de calor que necesitan vapor
como medio de calefacción se introduce en este caso en un tanque de
expansión y a un compresor de chorro de vapor.
Según la invención, un generador de vapor de
alta velocidad puede preverse para los consumidores de calor con un
medio de calefacción de vapor, agua caliente y frío para conectarse.
Sin embargo, el dispositivo generador de vapor de alta velocidad
también puede comprender varios generadores de vapor de alta
velocidad correspondientes.
Un ejemplo de realización de la invención se
representa en el dibujo y a continuación se explica en detalle.
Muestra:
Fig. 1 esquemáticamente una planta de
fabricación de cerveza según una forma de realización preferida de
la presente invención;
Fig. 2 esquemáticamente una combinación de
colectores solares, un tanque de alta presión y una caldera de
vapor;
Fig. 3 esquemáticamente una planta de
fabricación de cerveza con suministro de calor desacoplado con
energía térmica solar según la presente invención;
Fig. 4 esquemáticamente una planta de
fabricación de cerveza con un suministro de calor integrado con
energía térmica solar;
Fig. 5 esquemáticamente un concepto global para
una planta de fabricación de cerveza según la presente
invención;
Fig. 6 esquemáticamente un concepto global para
una planta de fabricación de cerveza según la presente
invención.
La Figura 1 muestra una planta 1 de fabricación
de cerveza con un recipiente 3 de maceración, una cuba 5 de
clarificación, una caldera 7 de mosto y un alojamiento 9 de agua. El
alojamiento 9 de agua comprende varios acumuladores de calor: un
tanque 11 de agua caliente a alta presión adecuado para temperaturas
de fluido de al menos 120ºC, especialmente de 160ºC a 180ºC, un
tanque 13 de agua templada, un tanque 15 de agua fría y un tanque
17 de agua helada. Para producir el agua helada sirve una planta 19
de refrigeración sortiva. Adicionalmente, la planta 1 de
fabricación de cerveza también presenta una planta 21 de CIP
(Cleaning in Process, limpieza en el proceso). Esta planta sirve
para la limpieza y la desinfección de la planta 1 de fabricación de
cerveza. Además, esquemáticamente también se representa una bodega
23 de botellas. Allí están las plantas de embotellado, así como las
plantas de limpieza de botellas de la fábrica de cerveza.
Finalmente, en la Figura 1 se representan colectores 25 solares.
Éstos sirven para cubrir al menos una parte del consumo de energía
térmica de la fábrica 1 de cerveza. Los colectores 25 solares están
diseñados en este caso de forma que un fluido se calienta directa o
indirectamente con ayuda de los colectores 25 solares a al menos
120ºC, especialmente a de 160ºC a 180ºC.
En el procedimiento directo, el fluido se
calienta directamente en el colector 25 solar mediante los rayos
del sol, mientras que durante procedimiento indirecto se calienta un
segundo fluido cuya energía se transmite mediante un intercambiador
de calor (no mostrado) al primer fluido que se usa posteriormente en
el proceso de fabricación de cerveza.
Los colectores de ranuras parabólicos han
demostrado ser especialmente ventajosos para el uso en una fábrica
de cerveza. En estos colectores 25 solares, la luz del sol se enfoca
mediante espejos parabólicos sobre un tubo por el que circula el
fluido que va a calentarse. En la forma de realización indirecta, en
este caso puede usarse, por ejemplo, un aceite térmico, una sal
fundida o vapor lográndose temperaturas de hasta 400ºC. En el caso
del procedimiento directo es adecuada agua que se encuentra a alta
presión para lograr en la fase líquida las temperaturas deseadas de
al menos 120ºC, especialmente de 160ºC a 180ºC.
La planta 1 de fabricación de cerveza presenta
además una unidad 27 de control y regulación que sirve para
transmitir de forma controlada o regulada el fluido calentado a los
distintos consumidores de energía térmica. En este caso, la planta
1 está diseñada de forma que la unidad 27 de control extrae la
corriente de fluido calentada bien directamente de los colectores
25 solares o mediante el tanque 11 de agua caliente a alta presión.
Para alternar entre las dos corrientes sirve, por ejemplo, una
válvula 29 de conmutación.
En la planta 1 de fabricación de cerveza
representada en la Figura 1 sólo se representan los elementos que
presentan un alto consumo de energía térmica. Se renunció a la
representación de otros elementos como la bodega de fermentación,
de almacenamiento, de filtración, etc.
El principio de funcionamiento según la
invención del suministro de energía térmica de la planta 1 de
fabricación de cerveza se describe ahora en detalle. El fluido
calentado directa o indirectamente por los colectores 25 solares a
una temperatura de al menos 120ºC, especialmente de 160ºC a 180ºC,
circula por las conducciones 31, 33 y 35 al tanque 11 de agua
caliente a alta presión. Allí puede almacenarse temporalmente la
energía térmica producida por los colectores 25 solares y
requerirse dependiendo de la necesidad. Si el consumo de energía
térmica no se cubre completamente mediante los colectores 25
solares, entonces la cantidad de calor que falta puede producirse
por procedimientos convencionales e introducirse al tanque de
almacenamiento.
Por la conducción 37 se comunica el tanque 11 de
agua caliente con el tanque 13 de agua templada. Así, mediante el
mezclado de agua fría del flujo 39 de agua fría con el agua 37
caliente a alta presión puede producirse el agua templada necesaria
de normalmente aproximadamente 80ºC. Igualmente, el agua en el
tanque 15 de agua fría puede llevarse a la temperatura deseada de
normalmente 15ºC por la conducción 41 y el flujo 39 de agua fría.
Además, en el alojamiento 9 de agua se prepara el refrigerante,
normalmente a una temperatura de 2ºC, en el tanque 17 de agua
helada. Además, según la invención se usa una planta 19 de
refrigeración sortiva que obtiene la energía térmica que necesaria
o del tanque 11 de agua caliente a alta presión o directamente de
los colectores 25 solares. De los distintos tanques de
almacenamiento de agua, las conducciones 43, 45 y 47 van por la
unidad 27 de control a los consumidores respectivos.
Dependiendo del ajuste de la válvula 29 de
conmutación, la unidad 27 de control y regulación introduce fluido
calentado directamente por la conducción 49 o bien por el tanque 11
de agua caliente a alta presión por la conducción 51. Entonces, la
unidad 27 de control y regulación distribuye la energía térmica
almacenada en el agua caliente a alta presión a los consumidores de
energía térmica de la planta 1 de fabricación de cerveza
dependiendo de la necesidad. Eventualmente, mediante la mezcla con
agua de los otros tanques 13, 15 y 17 de almacenamiento, la
cantidad de energía térmica necesaria puede introducirse
individualmente a cada elemento de la planta 1 de fabricación de
cerveza mediante el caudal y/o la temperatura de fluido.
Así, el recipiente 3 de maceración se suministra
con la energía térmica necesaria por la tubería 53, la cuba 5 de
clarificación por la tubería 55 y la caldera 7 de mosto por la
tubería 57. Igualmente, la planta 21 de CIP se suministra con
energía térmica por la conducción 59. La bodega 23 de botellas,
especialmente con la planta de limpieza de botellas (no mostrada),
se suministra por la conducción 61. Para una mejor visión general,
las recirculaciones de fluido necesarias no se representaron en la
Figura 1.
Evidentemente, otros elementos, como por ejemplo
la calefacción del edificio, también pueden suministrarse en caso
de necesidad con energía térmica de los colectores 25 solares.
Además, también es posible que en lugar de o adicionalmente al agua
caliente a alta presión se use un generador de vapor para
suministrar con energía térmica al menos partes de la planta 1 de
fabricación de cerveza mediante vapor, especialmente vapor con
mayores presiones. Además, también es posible usar adicionalmente
al calentamiento de un fluido para el suministro de energía térmica
elementos fotovoltaicos para el suministro eléctrico de la planta 1
de fabricación de cerveza.
La planta 25 de energía solar se instala en este
caso de manera ventajosa sobre el tejado de la planta 1 de
fabricación de cerveza o en sus paredes ya que entonces no se
necesita una superficie adicional para la planta 25 de energía
solar de la planta 1 de fabricación de cerveza.
La Fig. 2 muestra una posible forma de
realización de la presente invención conduciéndose el fluido
calentado por los colectores 25 solares, es decir, el agua caliente
a alta presión, inicialmente al tanque acumulador de calor, es
decir, al tanque 11 de agua caliente a alta presión, circulando el
agua en un circuito de manera que el agua caliente a alta presión
en el tanque 11 pueda mantenerse a una temperatura > 100ºC, por
ejemplo de 110 a 120ºC. Desde el tanque 11 de agua caliente a alta
presión, el agua caliente a alta presión puede conducirse a una
caldera 61 de vapor existente en la planta, por lo que el vapor
puede introducirse a los consumidores de calor que necesitan vapor
como medio de calefacción, como por ejemplo a la sala de
cocción.
La Fig. 3 muestra un concepto en el que una
planta de fabricación de cerveza existente presenta un suministro
de calor desacoplado con energía térmica solar. La Fig. 3 muestra
dispositivos esenciales para la fabricación de cerveza que
necesitan agua de la temperatura más diferente como, por ejemplo, el
triturador 63 de malta, que necesita agua fría y agua templada de
los tanques de almacenamiento de agua fría y agua templada
correspondientes. Además, los constituyentes esenciales de la sala
de cocción se representan con un recipiente 3 de maceración, una
cuba 5 de clarificación, un calentador 64 de mosto claro, un
multiplicador 65 de temperatura, una caldera 7 de mosto, así como
un tanque 8 de clarificación por efecto remolino que necesitan
principalmente vapor y/o agua caliente a alta presión como medio
térmico. Como consumidor de frío, el sistema 66 de enfriamiento de
mosto dispuesto después del tanque de clarificación por efecto
remolino necesita refrigerante del tanque 17 de agua helada. Como
se deduce de la Fig. 3, el suministro de calor desacoplado presenta
colectores 25 solares almacenándose como ya se describió
previamente agua caliente a alta presión en el acumulador 11 de
calor. En este caso, como tanque adicional al tanque 62 de agua
caliente que suministra energía térmica, por ejemplo, al calentador
64 de mosto claro, el acumulador de calor está previsto para el agua
caliente a alta presión calentada por los colectores 25 solares. El
agua caliente a alta presión que se almacena en el acumulador 11 de
calor suministra, por ejemplo, al multiplicador 65 con energía
térmica que calienta el mosto hasta 100ºC. Con 67 se representa un
condensador de vapor. Además, el recipiente 3 de maceración se
suministra con energía térmica en forma de vapor y/o agua caliente
a alta presión mediante el acumulador 11 de calor.
La Fig. 3 también muestra la conducción 80a de
vapor convencional, así como la conducción 80b de condensado, que
conducen la energía térmica al recipiente 3 de maceración, así como
a la caldera 7 de mosto. El suministro de calor mediante los
colectores 25 solares está desacoplado como se muestra en la Fig. 3
del suministro de calor convencional mediante vapor y agua
caliente.
Por el contrario, la Fig. 4 muestra un ejemplo
en el que el suministro de calor térmico solar está integrado.
Aquí, el acumulador 11 de calor, por ejemplo, un tanque de
almacenamiento estratificado, asume la función del tanque 62 de
agua caliente convencionalmente usado. Esto significa que aquí, por
ejemplo, el agua caliente que se introduce en el calentador 64 de
mosto claro se usa directamente del acumulador 11 de calor, es
decir, del tanque de agua caliente a alta presión. El agua caliente
a alta presión necesaria para el calentador 64 de mosto claro se
saca del tanque 11 de agua caliente a alta presión que es un tanque
de almacenamiento estratificado, en la zona superior, se introduce
en el calentador 64 de mosto claro y se devuelve en la zona inferior
del tanque 11 de almacenamiento estratificado. Para el condensador
67 de vapor se saca agua más fría del tanque 11 de agua caliente a
alta presión, se calienta y se devuelve en la zona superior al
tanque 11 de almacenamiento o tanque. Una disposición tal
simplifica considerablemente la construcción de una planta de
fabricación de cerveza ya que puede renunciarse a un tanque
acumulador de calor.
Las Fig. 5 y 6 muestran un concepto global de
una planta de fabricación de cerveza con consumidores 69 de calor
que necesitan vapor, así como consumidores 68 de calor que necesitan
agua caliente y para consumidores 76 de frío. A los consumidores de
calor que necesitan vapor pertenecen, por ejemplo, los
constituyentes individuales en la sala de cocción, como la caldera
7 de mosto y el recipiente 3 de maceración.
A los consumidores de calor que necesitan agua
caliente como medio de calefacción pertenecen, además de la sala de
cocción, por ejemplo, plantas 101 para la limpieza de botellas,
limpieza de barriles, la bodega de filtración, así como la planta
21 de CIP, así como algunos consumidores de agua caliente en la sala
de cocción como, por ejemplo, el recipiente de maceración, el
calentador de mosto claro, etc. En el alojamiento 9 de agua, el
tanque 13 de agua templada también necesita agua caliente.
A los consumidores de frío que necesitan como
refrigerante, por ejemplo, agua helada pertenecen, por ejemplo, el
tanque 17 de agua helada, el sistema 66 de enfriamiento de mosto,
las bodegas 24 de levadura, fermentación y almacenamiento, así como
las bodegas 23 de filtración y de tanques a presión.
La planta de fabricación de cerveza mostrada en
las Fig. 5 y 6 presenta colectores 25 solares, especialmente
colectores solares de tubos de vacío que producen agua caliente a
alta presión de una temperatura de al menos 120ºC, especialmente
una temperatura de 160 a 180ºC. Los colectores 25 solares producen
agua caliente a alta presión tanto para los consumidores 69 de
calor que necesitan vapor como medio de calefacción como para los
consumidores 68 de calor que necesitan agua caliente, como también
para la planta 19 de refrigeración por absorción que proporciona
agua helada para los consumidores 76 de frío. Así se cubren todas
las zonas mediante los colectores 25 solares. Para el suministro de
agua caliente, los colectores 25 solares están conectados con un
tanque 11 de agua caliente a alta presión de forma que el agua
caliente a alta presión que se calentó directa o indirectamente
mediante los colectores 25 solares circula entre los colectores
solares y el tanque de agua caliente a alta presión. El agua
caliente a alta presión en el tanque 11 de agua caliente a alta
presión que en este caso es un tanque de almacenamiento
estratificado presenta una temperatura que, como se deduce de la
Fig. 5, disminuye de, por ejemplo, 120ºC hacia abajo hasta una
temperatura de < 120ºC. De la zona superior del tanque de agua
caliente a alta presión puede conducirse entonces por una conducción
81 agua caliente a alta presión a los consumidores 68 de calor que
necesitan agua caliente. Por la conducción 82, el agua caliente
enfriada se devuelve en una zona inferior al tanque 11 de agua
caliente a alta presión. En lugar de vapor como medio de
calefacción, en el circuito también puede introducirse directamente
agua caliente a alta presión del tanque 11 de agua caliente a alta
presión a los consumidores en la sala de cocción por la conducción
98. También es posible introducir agua del tanque 13 de agua
templada por la conducción 99 a los consumidores en la sala de
cocción.
Para suministrar a los consumidores 69 de calor
que necesitan vapor como medio de calefacción, el agua caliente a
alta presión se introduce por una conducción 83 en un intercambiador
75 de calor que luego introduce el agua a alta presión en un tanque
72 de expansión. En el tanque 72 de expansión, el agua calentada por
los colectores solares se presenta tanto en fase líquida como
vapor. El vapor se extrae del tanque de expansión por la conducción
84 en la zona superior y se introduce en un compresor 71 de chorro
de vapor, después de lo cual se transmite a los consumidores 69 de
calor. El condensado puede guiarse, por ejemplo, por la conducción
88 al generador de vapor de alta velocidad en un recipiente
colector. En la zona inferior del tanque 72 de expansión se deriva
una conducción 85 que conduce a una válvula 78 de tres vías pudiendo
introducirse por la válvula 78 de tres vías o agua fresca o agua
del tanque 72 de expansión por el intercambiador 75 de calor a los
colectores 25 solares.
Para suministrar energía térmica a la planta 19
de refrigeración por absorción se introduce agua caliente a alta
presión de los colectores 25 solares por una conducción 86 de la
planta 19 de refrigeración por absorción que convierte de manera
conocida calor en frío. Aquí, el fluido o el agua calentado por los
colectores solares también se circula en el circuito y se hace
circular de nuevo por la conducción 87 a los colectores 25 solares.
El agua enfriada se almacena en un acumulador de frío, por ejemplo,
un tanque 90 de almacenamiento estratificado de refrigeración, y se
dirige como agua helada al tanque 17 de agua helada y a los
consumidores 76 de frío.
La planta comprende además un dispositivo 77 que
registra si la potencia de los colectores 25 solares es suficiente
para calentar suficientemente el fluido o el agua y para
proporcionar suficientemente el consumo de calor a los consumidores
69, 68, 76 de calor o frío a los que se suministran energía térmica
mediante los colectores solares. El dispositivo 77 que puede estar
integrado en un controlador del sistema puede comparar además, por
ejemplo, la temperatura en el tanque 11 de agua caliente a alta
presión con una determinada temperatura nominal por lo que, cuando
la temperatura en el tanque 11 de agua caliente a alta presión se
encuentre por debajo de una determinada temperatura límite, se
transmite una señal al dispositivo 70 de producción de vapor de
alta velocidad que entonces se conecta. Sin embargo, es posible
medir alternativa o adicionalmente la potencia de la radiación
solar sobre los colectores 25 solares, o medir la temperatura del
fluido calentado directa o indirectamente y, como se explica
previamente, compararla con una temperatura nominal correspondiente.
Así pueden compensarse oscilaciones en la radiación solar, por lo
que se hace posible un suministro invariable y constante de energía
térmica a los consumidores de calor individuales. Por tanto, cuando
el dispositivo 77 detecta que está presente un consumo de energía
térmica adicional, entonces mediante el dispositivo generador de
vapor de alta velocidad se produce vapor que se introduce, por
ejemplo, en la zona inferior del tanque de agua caliente a alta
presión y se hace circular de nuevo para elevar la temperatura en el
tanque 11 de agua caliente a alta presión en una cantidad
suficiente hasta que la temperatura en el tanque 11 de agua caliente
a alta presión se encuentre de nuevo en un determinado intervalo
nominal que se registra mediante sensores correspondientes no
representados.
Sin embargo, el dispositivo 70 de producción de
vapor de alta velocidad no sólo introduce energía térmica adicional
en el agua caliente en caso de necesidad, sino que también
suministra energía térmica adicional a los consumidores 69 de calor
que necesitan vapor como medio de calefacción introduciéndose por la
conducción B7 vapor en compresor 71 de chorro de vapor y a
continuación en el consumidor 69 de calor. El condensado enfriado
se devuelve por la conducción 88 de forma circular al dispositivo 70
de producción de vapor de alta velocidad. Así, en caso de
necesidad, es decir, en caso de radiación solar reducida o elevado
consumo de calor, se introduce la cantidad de calor necesaria que
falta.
A la planta de refrigeración por absorción
también puede introducírsele energía térmica adicional en forma de
vapor como se representa exclusivamente en la Fig. 6 por el
dispositivo 70 de producción de vapor de alta velocidad por la
conducción 89 y por la conducción 90 se devuelve de nuevo al
dispositivo 70 de producción de vapor de alta velocidad de manera
que pueda transformarse suficiente calor en frío.
La potencia del dispositivo 70 de producción de
vapor de alta velocidad se regula en función de la potencia de los
colectores 25 solares y en función del consumo de los consumidores
69, 68, 76 de frío o calor correspondientes. En la Fig. 5 y 6 sólo
se representa un dispositivo 70 de producción de vapor de alta
velocidad que suministra tanto a los consumidores 69, 68 de calor
como a los consumidores 76 de frío. Sin embargo, también es posible
que se prevean varios generadores 70 de vapor de alta velocidad
correspondientes que se controlan por separado por el
dispositivo
77.
77.
El dispositivo generador de vapor de alta
velocidad según la presente invención destaca porque presenta una
rápida disponibilidad de servicio con un tiempo de calentamiento
corto. Esto es especialmente importante ya que el generador de
vapor de alta velocidad se usa aquí como generador de vapor de
reserva o de límite de carga. El modo de operar de un generador de
vapor de alta velocidad se basa en el principio del tubo de agua
calentándose el agua introducida en un circuito y evaporándose.
Debido a la construcción del tubo de agua sin un espacio de vapor
definido, el contenido de agua es relativamente pequeño. El agua se
convierte rápidamente en vapor. Por tanto, no hay pérdidas en
reposo como se producen, por ejemplo, en las calderas con tubos de
llamas-tubos de humo. El generador de vapor de alta
velocidad puede presentar un quemador integrado que a su vez puede
funcionar mediante combustibles 91 alternativos. El generador de
vapor de alta velocidad puede producir de 80 a 2000 kg de vapor por
hora.
El dispositivo 70 de producción de vapor de alta
velocidad funciona de manera ventajosa mediante la combustión de
fuentes de energía renovables como, por ejemplo, aceite de colza,
biogás, etc. Por ejemplo, el dispositivo generador de vapor de alta
velocidad también puede funcionar mediante una central
termoeléctrica en bloques de biomasa para permanecer independiente
de fuentes de energía convencionales.
Dado que el fluido o el agua se calientan a
temperaturas altas de más de de 120ºC, lo que puede realizarse
especialmente de manera ventajosa con colectores 25 solares de tubos
de vacío, es posible suministrar energía térmica correspondiente a
consumidores 69, 68, 76, 19 de calor simultáneamente diferentes y
también considerar oscilaciones de la potencia mediante un
dispositivo generador de vapor de alta velocidad.
Las anteriores formas de realización se
describieron en relación con el agua como fluido, sin embargo no se
limitan al agua.
Claims (27)
1. Planta de fabricación de cerveza con por lo
menos un recipiente de maceración (3), una cuba de clarificación
(5), una caldera de mosto (7) y un alojamiento de agua (9), en la
que al menos una parte del consumo de energía térmica de la fábrica
de cerveza se cubre con colectores solares (25), en la que los
colectores solares calientan directa o indirectamente un fluido a
una temperatura de al menos 120ºC, especialmente a una temperatura
de 160ºC a 180ºC, caracterizada porque la energía térmica
producida en los colectores solares (25) puede almacenarse
temporalmente en un tanque de alta presión y, controlada por una
unidad de control (27), se introduce en los consumidores de energía
térmica, especialmente en el recipiente de maceración (3), en la
cuba de clarificación (5), en la caldera de mosto (7), en el
alojamiento de agua (9), en una planta de CIP (21) y/o en una bodega
de botellas (23), especialmente para la limpieza de botellas, en la
que el tanque de alta presión es un tanque de almacenamiento
estrati-
ficado.
ficado.
2. Planta de fabricación de cerveza según la
reivindicación 1, caracterizada porque para el suministro de
refrigeración está prevista una planta de refrigeración sortiva (19)
cuyo consumo de energía térmica está cubierto al menos en parte con
la energía térmica producida por los colectores solares (25).
3. Planta de fabricación de cerveza según una de
las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque el fluido
es agua a presión elevada.
4. Planta de fabricación de cerveza según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los
colectores solares (25) presentan colectores de ranuras
parabólicos.
5. Planta de fabricación de cerveza según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque para la
absorción de energía térmica durante el calentamiento indirecto del
fluido en los colectores solares (25) sirve un aceite térmico, una
sal fundida o vapor.
6. Procedimiento de fabricación de cerveza, en
el que el consumo de energía térmica de al menos una parte de las
etapas del proceso de fabricación de cerveza, especialmente durante
el macerado, el clarificado y/o la cocción del mosto, se cubre al
menos en parte con un fluido calentado directa o indirectamente por
colectores solares (25) a una temperatura de al menos 120ºC,
especialmente a una temperatura en un intervalo de 160ºC a 180ºC,
caracterizado porque la energía térmica producida en los
colectores solares (25) se almacena temporalmente en un tanque de
alta presión y, controlada por una unidad de control (27), se
introduce en los consumidores de energía térmica, especialmente en
el recipiente de maceración (3), en la cuba de clarificación (5),
en la caldera de mosto (7), en el alojamiento de agua (9), en una
planta de CIP (21) y/o en una bodega de botellas, especialmente
para la limpieza de botellas, usándose como tanque de alta presión
un tanque de almacenamiento estratificado.
7. Procedimiento de fabricación de cerveza según
la reivindicación 6, caracterizado porque el consumo de
energía térmica durante la limpieza de botellas se cubre al menos en
parte con un fluido calentado directa o indirectamente por
colectores solares (25) a una temperatura de al menos 120ºC,
especialmente a una temperatura en un intervalo de 160ºC a
180ºC.
8. Procedimiento de fabricación de cerveza según
la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el consumo de
energía térmica de una planta de refrigeración sortiva (19) durante
la fabricación de agua helada se cubre al menos en parte con un
fluido calentado directa o indirectamente por colectores solares
(25) a una temperatura de al menos 120ºC, especialmente a una
temperatura en un intervalo de 160ºC a 180ºC.
9. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque
la planta de fabricación de cerveza presenta adicionalmente un
dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) que puede
conectarse en caso de necesidad y que introduce adicionalmente
energía térmica en el fluido que va a calentarse mediante los
colectores solares (25).
10. Planta de fabricación de cerveza según la
reivindicación 9, caracterizada porque la planta comprende
un dispositivo (77) que registra si la potencia de los colectores
solares (25) es suficiente para cubrir el consumo de energía de
consumidores de calor a los que se les introduce energía térmica
mediante el fluido, especialmente para calentar el fluido a una
temperatura de al menos 120, especialmente de 160 a 180ºC, y que
permite conectar el dispositivo generador de vapor de alta velocidad
(70) cuando la potencia de los colectores solares (25) no es
suficien-
te.
te.
11. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizada
porque la potencia del dispositivo generador de vapor de alta
velocidad (70) puede adaptarse a la potencia de los colectores
solares (25).
12. Planta de fabricación de cerveza según al
menos la reivindicación 9, caracterizada porque el
dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) calienta
fluido en el tanque de alta presión (11).
\newpage
13. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada
porque una parte del agua calentada por los colectores solares (25)
se introduce como vapor en los consumidores de calor (69) que
necesitan vapor como medio de calefacción,
una parte del fluido calentado por los
colectores solares que está almacenado en el tanque de
almacenamiento a alta presión (11), se introduce en los
consumidores de calor (68) que necesitan agua caliente y
una parte del agua calentada por los colectores
solares se introduce en una planta de refrigeración por absorción
(19) que proporciona refrigerante a los consumidores de frío
(76).
14. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizada
porque el dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70)
conectado produce en caso de necesidad vapor para los consumidores
de calor (69) que necesitan vapor.
15. Planta de fabricación de cerveza según la
reivindicación 14, caracterizada porque el dispositivo
generador de vapor de alta velocidad (70) está conectado aguas
abajo a un compresor de chorro de vapor (71).
16. Planta de fabricación de cerveza según una
de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizada porque el
dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) conectado
conduce en caso de necesidad energía térmica a la planta de
refrigeración por absorción (19).
17. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizada
porque el agua calentada para los consumidores de calor (69) que
necesitan vapor como medio de calefacción se introduce en un tanque
de expansión (72) del que la fase vapor se introduce en un compresor
de chorro de vapor (71) antes de introducirse en el consumidor de
calor (69).
18. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 1 a 5 ó 9 a 18,
caracterizada porque el dispositivo generador de vapor de
alta velocidad (70) puede funcionar mediante una planta de
cogeneración mediante fuentes de energía renovables.
19. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 1 a 5 ó 9 a 18,
caracterizada porque el alojamiento de agua (9) comprende un
tanque de agua templada (13), un tanque de agua fría (15), un
tanque de agua helada (17) y un tanque de agua caliente (62), en la
que el fluido calentado por colectores solares (25) se almacena en
un acumulador de calor separado, el tanque de almacenamiento a alta
presión (11).
20. Planta de fabricación de cerveza según al
menos una de las reivindicaciones 9 a 19, caracterizada
porque el dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70)
comprende varios generadores de vapor de alta velocidad.
21. Procedimiento de fabricación de cerveza
según al menos una de las reivindicaciones 6 a 8,
caracterizado porque al fluido que va a calentarse mediante
los colectores solares (25) se le introduce en caso de necesidad
adicionalmente energía térmica mediante un dispositivo generador de
vapor de alta velocidad (70) que puede conectar-
se.
se.
22. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado porque se registra si la potencia de los
colectores solares (25) es suficiente para cubrir el consumo de
energía de consumidores de calor a los que se les introduce energía
térmica mediante el fluido, especialmente para calentar el fluido a
una temperatura de al menos 120ºC, especialmente de 160 a 180ºC, en
el que el dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) se
conecta cuando la potencia de los colectores solares (25) no es
suficiente.
23. Procedimiento de fabricación de cerveza
según al menos una de las reivindicaciones 21 a 22,
caracterizado porque una parte del fluido calentado por los
colectores solares (25) se introduce como vapor en los consumidores
de calor (69) que necesitan vapor como medio de calefacción,
una parte del fluido calentado por los
colectores solares que está almacenado en el tanque de alta presión
(11) se introduce en los consumidores de calor (68) que necesitan
agua caliente y
una parte del fluido calentado por los
colectores solares (25) se introduce en una planta de refrigeración
por absorción (19) que proporciona refrigerante a los consumidores
de frío (76).
24. Procedimiento de fabricación de cerveza
según al menos la reivindicación 23, caracterizado porque el
dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) conectado
proporciona vapor para los consumidores de calor (69) que necesitan
vapor.
25. Procedimiento de fabricación de cerveza
según al menos la reivindicación 23, caracterizado porque el
dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) conectado
conduce energía térmica a la planta de refrigeración por absorción
(17).
\newpage
26. Procedimiento de fabricación de cerveza
según al menos la reivindicación 23, caracterizado porque el
dispositivo generador de vapor de alta velocidad (70) conectado
calienta agua en el tanque de alta presión (11).
27. Planta de fabricación de cerveza según una
de las reivindicaciones 1 a 5 ó 9 a 11, caracterizada porque
la planta de fabricación de cerveza comprende además un dispositivo
generador de vapor que en caso de necesidad puede elevar la
cantidad de calor introducida para una zona de vapor, zona de agua
caliente y zona de refrigeración.
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