Estudio de la influencia del diseño de las fuerzas de corte en la filtrabilidad del mosto de cerveza

Abstract

RESUMEN: El primer paso en la fabricación de la cerveza es la obtención del mosto a partir de las materias primas principales, agua y cebada, normalmente junto con algún otro tipo de cereal, como el maíz. Una vez se forma la mezcla, se calienta hasta diferentes temperaturas en un proceso llamado maceración, y se separa la parte sólida formada principalmente por los trozos de cereal. Este proceso se llama filtración del mosto y es una parte muy importante en el proceso de fabricación. En el trayecto entre la caldera de maceración y el filtro, la mezcla pasa por un sistema de tuberías donde se encuentran bombas y codos, provocando unas fuerzas de corte en la mezcla. Experimentalmente se sabe que estas fuerzas tienen un efecto negativo en el tiempo que tarda el filtro en separar la parte sólida (formada por trozos de las cáscaras del cereal) del mosto, empeorando un parámetro definido como filtrabilidad. Este fenómeno se origina por una molécula que se encuentra en el cereal llamada β-glucano, la cual sufre transformaciones en las partes turbulentas de las tuberías, provocadas precisamente por esas fuerzas de corte. El proyecto analizará la influencia que tienen esas fuerzas de corte en la filtrabilidad, sin llegar a cuantificar ningún parámetro químico. El principal objetivo del proyecto es mejorar el proceso de fabricación en una fábrica de cerveza optimizando el sistema de tuberías para reducir el tiempo de filtración y aumentar la capacidad de producción. Para llevar a cabo el estudio, se realizarán diferentes pruebas, que consistirán en simular la filtración de una mezcla a la que previamente se le ha sometido a unas fuerzas de corte. En las pruebas se estudiará la influencia de los codos de las tuberías y las bombas. Por eso mismo, en cada prueba se hará pasar la mezcla por un circuito que incorpora estos elementos, cambiando factores como la velocidad dentro de las tuberías, o revoluciones de la bomba. Una vez se haya hecho pasar por el circuito, se simula la filtración y se mide los parámetros necesarios para cuantificar la filtrabilidad de cada una de las pruebas. Con los resultados de todas las pruebas se estudiará la influencia de cada elemento y el peso que tiene en la filtrabilidad de la mezcla.

ABSTRACT: The first step in making beer is to obtain the wort from the main raw materials, water and barley, usually together with some other type of cereal, such as corn. Once the mixture is formed, it is heated to different temperatures in a process called mashing, and the solid part formed mainly by the cereal pieces is separated. This process is called mash filtration and it is a very important part of the manufacturing process. On the way between the mash tun and the filter, the mixture goes through a pipe system where pumps and elbows are located, causing shear forces in the mixture. Experimentally it is known that these forces have a negative effect on the time it takes for the filter to separate the solid part (formed by pieces of cereal husks) of the wort, worsening a parameter defined as filtrability. This is caused by a molecule found in the cereal called β-glucan, which undergoes transformations in the turbulent parts of the pipes, caused precisely by these shear forces. The project will analyse the influence that these shear forces have on filtrability, without actually quantifying any chemical parameters. The main objective of the project is to improve the manufacturing process in a brewery by optimizing the piping system to reduce filtration time and increase production capacity. To carry out the study, different tests will be performed, which will consist of simulating the filtration of a mixture that has previously been subjected to shear forces. In the tests the influence of the pipes elbows and the pumps will be studied. For this reason, in each test the mixture will be passed through a circuit that incorporates these elements, changing factors such as the speed within the pipes, or revolutions of the pump. Once it has been passed through the circuit, the filtration is simulated and the parameters necessary to quantify the filterability of each of the tests are measured. With the results of all tests, the influence of each element and the weight it has on the filtrability of the mixture will be studied.