Chillery w produkcji winaCHILLERY W PRODUKCJI WINA. JAK OBLICZYĆ CIEPŁO FERMENTACJI?

W jednym z poprzednich artykułów poruszyłem kwestię znaczenia obliczania ilości chłodu potrzebnego podczas fermentacji wina, czyli:

– ile ciepła jest wydzielane podczas fermentacji wina czerwonego lub białego? I czy jest różnica?

– ile chłodu potrzeba do fermentacji?

– na jaką wydajność wybierać agregat chłodniczy (chillery)?

Zgodnie z cechą fizjologiczną drożdże wytwarzają ciepło podczas procesu fermentacji. Oznacza to, że każda komórka drożdży zużywa cukier i tlen O₂ i emituje węgiel CO₂, alkohol i ciepło (drożdże zużywają i emitują o wiele więcej, ale w tym artykule skupię się na głównych punktach). Klasyczne podręczniki technologiczne ubiegłego wieku wskazują, że ilość tego ciepła wynosi około 23,5 kcal z każdej gram-molekuły cukru. Jednak, i kcal, i gram-molekuły są przestarzałymi wielkościami,  z których korzysta dziś niewiele osób  (lub w ogóle nikt, zwłaszcza wśród inżynierów chłodniczych).

Na przykład zadanie znalezienia agregatu chłodniczego o wymaganej wydajności zawsze wiąże się z kwestią wymaganej wydajności chłodniczej, która jest mierzona w kW, a także wymaganej temperatury, który jest mierzony w stopniach Celsjusza °C.

Reżim temperaturowy jest mniej więcej  zrozumiały i można go zredukować do takich podstawowych poziomów:

Te zalecenia mają raczej charakter orientacyjny, ponieważ każdy winiarz już podchodzi do wyboru takiej czy innej temperatury na podstawie własnego doświadczenia lub doświadczenia innych osób i mogą one różnić się od podanych w tej tabeli. Ale generalnie temperatury będą zbliżone do wskazanych tutaj.

Ale pojawiają się pytania dotyczące wydajności chłodniczej. Ponieważ każdy winiarz musi podać dokładnie taką ilość chłodu, ile ciepła wydziela się podczas fermentacji, zapewniając tym samym utrzymanie stabilnej temperatury fermentacji na poziomie zaplanowanym przez winiarza. Oznacza to, że winiarz potrzebuje prostej formuły do ​​obliczenia zapotrzebowania na zimno. W tym artykule postawiłem sobie za cel przedstawienie tak prostej instrukcji dla winiarzy.

Ale przede wszystkim chcę zauważyć, że agregat chłodniczy, który zapewni chłód, powinien być dobrany nie tylko do potrzeb ilości ciepła uwalnianego podczas fermentacji, ale także powinien pokrywać te przepływy ciepła, które będą dodatkowo obecne, takie jak: ciepło z powietrza zewnętrznego i słońca, straty ciepła w rurociągach i magistralach, równoległe obciążenie z innych procesów technologicznych, które mogą być jednocześnie z fermentacją i itp..  Dlatego zwracam uwagę, że w tym artykule przeanalizuję tylko obciążenie cieplne fermentacji i na razie wszystkie pozostałe pominę, aby uprościć informacje.

Wróćmy więc do samego procesu fermentacji. Jak już wspomniano powyżej naukowcy zmierzyli ilość ciepła uwalnianego podczas fermentacji alkoholowej z jednej jednostki cukru. Dla każdego winiarza wygodnie jest zmierzyć ilość cukruw ​​% Brix lub wg/l. Według tych wartości należy podać ilość ciepła.

W trakcie badania tego pytania z dostępnych otwartych źródeł można stwierdzić,  że średnio 1 gram cukru wydziela około 0,56 kj ciepła podczas fermentacji drożdży.

Odpowiednio, mając objętość brzeczki/miazgi i ilość cukru na początku procesu fermentacji, mogę podać formułę na obliczenie całkowitej ilości ciepła, które powinno wydzielić się  podczas całkowitej fermentacji dostępnego cukru w dostępnej objętości brzeczki/miazgi:

∑ilość ciepła = ilość ciepła z 1 g. cukru * ilość cukru * objętość brzeczki/miazgi.

W związku z tym,  wykonując takie obliczenia, można zrozumieć, że na przykład początkowej zawartości cukru 22%  około 34 kW ciepła wydzieli się  na objętość 1 tysiąca litrów brzeczki/miazgi, і odpowiednio około 340 KW na objętość 10 tysięcy litrów.

Ale tutaj musimy zatrzymać się osobno i wyjaśnić, że tej mocy w żadnym wypadku nie można wykorzystać do wyboru agregatu chłodniczego, ponieważ jest to całkowita ilość ciepła,  która zostanie wygenerowana podczas całego procesu fermentacji od początkowej wartości cukru w brzeczce/miazdze do tak zwanego „suchego”. A ponieważ proces fermentacji jest rozciągnięty w czasie i zależy również od różnych czynników, odpowiednio moc na godzinę będzie różna.

Winiarze są przyzwyczajeni do dzielenia procesu fermentacji na dwa główne etapy: fermentację gwałtowną i fermentację cichą. Logiczne jest zrozumienie, że podczas gwałtownej fermentacji występuje główna część wytwarzania  ciepła, dlatego w celu uproszczenia problemu założymy, że musimy usunąć całkowitą moc ciepła w okresie gwałtownej  fermentacji. Również winiarz, rozumiejąc czas trwania, może również obliczyć wymaganą wydajność agregatu chłodniczego. Na przykład przy czasie trwania gwałtownej fermentacji wynoszącym 5 dni obciążenie agregatu chłodniczego wyniesie około 0,3 kW chłodu, a przy czasie trwania 10 dni odpowiednio 0,15 kW.

Więc – ta wartość jest niezbędnym parametrem do wyboru agregatu chłodniczego.

Ale zwracam uwagę, że nadal jest to model matematyczny, aw użyciu rzeczywistym istnieje wiele czynników, które mogą wpływać i nieznacznie zmieniać tę wartość. Na przykład część ciepła, która powstaje podczas żywotnej aktywności drożdży, jest absorbowana przez węgiel CO₂ i alkohole i ucieka z objętości brzeczki podczas fermentacji. Według różnych dokumentów wartość ta może stanowić do 10% całkowitej ilości ciepła fermentacji. Również, na przykład, wydajność agregatu chłodniczego może zostać zmniejszona o tę wartość

Ale w każdym razie podane wartości 0,56 kJ / g pozwalają wybrać agregat chłodniczy z marginesem, a tym samym zabezpieczyć się przed nadmiernym nagrzewaniem brzeczki/miazgi podczas fermentacji. Ale nadal prosze nie zapominać o kompleksowym obliczeniu wszystkich jednocześnie istniejących potrzeb na chłód, a następnie wybierać  dla siebie  agregat chłodniczy. W przypadku braku możliwości wykonania takich obliczeń proszę o kontakt z wykwalifikowanymi specjalistami lub bezpośrednio ze mną.

Na koniec chcę dodać, że oprócz chłodzenia pojawiają się przypadki, gdy podczas fermentacji konieczne jest podgrzanie brzeczki.Na przykład w dość zimną pogodę. Agregat chłodniczy z możliwością pracy w trybie pompy ciepła (to znaczy agregat chłodniczy z funkcją podgrzewania wody) pomoże również przy minimalnych zmianach w przewodach, ponieważ będzie dostarczanie ciepłej , a nie zimnej wody z agregatu chłodniczego do płaszcza zbiornika W ten sposób winiarz będzie w stanie zapewnić niezbędne ogrzewanie, w celu utrzymania wymaganej temperatury fermentacji.

Czy agregaty chłodnicze mogą pracować równolegle w celu ogrzewania i chłodzenia? Tak, jest taka możliwość, ponieważ technicznie agregat chłodniczy zawsze generuje jednocześnie ciepło i chłód. Pytanie brzmi, czy taki agregat jest wyposażony w opcję podgrzewania wody, ponieważ większość agregatów chłodniczych odprowadza ciepło do powietrza zewnętrznego, a zatem nie ma możliwości skierowania tego ciepła na korzyść winiarza.

Proszę również o tym pamiętać i odpowiednio zamówić agregat chłodniczy z niezbędnym zestawem opcji do swoich zadań.

W tym artykule skupiłem się na obliczaniu ciepła podczas fermentacji, ponieważ fermentacja jest jednym z najpotężniejszych i najdłuższych procesów,  technologicznych wymagających  chłodu. Ponadto opowiedział o możliwościach agregatów chłodniczych zarówno do chłodzenia, jak i podgrzewania wody na potrzeby winiarza.  Znajdziecie więcej informacji w naszych innych artykułach lub skontaktujcie się bezpośrednio ze mną w celu  konsultacji..