On a tendance à oublier l'existence d'un refroidisseur à glycol dans une brasserie lorsque tout fonctionne normalement. Il alimente discrètement en glycol froid les cuves de fermentation, les cuves de stockage et les autres équipements du circuit froid, tandis que l'équipe de brassage se concentre sur la production.
La situation évolue rapidement en cas de perte de puissance frigorifique.
La fermentation continue de dégager de la chaleur. Les cuves soumises à un refroidissement rapide peuvent commencer à se réchauffer. La bière en attente de conditionnement peut perdre la température souhaitée. Parallèlement, les opérateurs peuvent être amenés à déterminer quelles cuves doivent être refroidies en priorité et pendant combien de temps la capacité de refroidissement restante peut être maintenue.
C'est pourquoi le refroidissement au glycol doit être considéré comme un élément essentiel de l'ingénierie des procédés brassicoles, et non comme un simple service auxiliaire.
Comprendre les points de défaillance courants, les signes d'un problème de refroidissement et les options disponibles pour la conception du système peut aider les brasseries à réduire à la fois les temps d'arrêt et le risque de problèmes de production liés à la température.
À quoi sert un système de refroidissement au glycol dans une brasserie ?
Un système de refroidissement au glycol pour brasserie est un système en circuit fermé système de réfrigération utilisé principalement pour la fermentation et le contrôle de la température du circuit froid.
Une installation type comprend un refroidisseur à glycol, un réservoir ou un bac de stockage de glycol isolé, une pompe de circulation, des canalisations de distribution, des vannes de régulation, des capteurs de température et des chemises de refroidissement sur les cuves de fermentation ou de conditionnement.
Le principe de base est simple.
Le système de réfrigération évacue la chaleur de la solution de glycol et en abaisse la température. Une pompe de circulation achemine le glycol refroidi à travers les chemises de refroidissement des cuves de fermentation. La chaleur de la bière passe à travers la paroi de la cuve pour être transférée au glycol, et le glycol réchauffé retourne vers le système de refroidissement.
Dans la pratique, cependant, les besoins en refroidissement des brasseries varient en permanence.
Une cave où plusieurs fermentations sont en cours peut exercer une pression bien plus importante sur la système de réfrigération qu'une cave vide. Les écarts de température importants génèrent un besoin de refroidissement supplémentaire, tandis que des conditions ambiantes plus chaudes augmentent les apports thermiques provenant de l'environnement.
Le choix des refroidisseurs destinés aux brasseries industrielles ne repose donc généralement pas uniquement sur le volume total des cuves, mais aussi sur la charge thermique prévue, les températures de fonctionnement, la demande de refroidissement simultanée et le calendrier de production. Les refroidisseurs au glycol spécifiques aux brasseries sont conçus pour fonctionner à basse température et répondre aux exigences de débit plus élevées liées au refroidissement de la fermentation.
Pourquoi une panne du refroidisseur à glycol peut avoir des répercussions sur l'ensemble de la cave
Les conséquences d'une panne de réfrigération dépendent de ce qui se passe dans la brasserie à ce moment-là.
Fermentation active
Au cours de la fermentation, la levure transforme les sucres en alcool et dégage de la chaleur du fait de son activité métabolique.
Sans refroidissement suffisant, la température de la bière peut dépasser la plage de fermentation prévue. L'impact concret dépend de la souche de levure, du type de bière, du stade de fermentation et de la rapidité avec laquelle la température évolue.
C'est pourquoi les cuves en pleine fermentation doivent généralement être prioritaires lorsqu'un système de refroidissement fonctionne en dessous de sa capacité normale.
Cuves à refroidissement rapide
Une cuve qui a déjà atteint la température de refroidissement rapide souhaitée dispose d'une certaine réserve thermique, notamment lorsque la cuve est bien isolée.
Mais dès que le refroidissement cesse, la bière absorbe progressivement la chaleur ambiante.
Cela signifie qu'un réservoir déjà refroidi peut parfois être utilisé de manière stratégique en cas de pénurie temporaire de refroidissement, mais il ne faut pas partir du principe que les réserves de froid peuvent se substituer à un système en état de fonctionnement système de réfrigération pour une durée indéterminée.
Réservoirs Brite et autres cuves du côté froid
Les cuves à bière claire et autres cuves à température contrôlée peuvent être raccordées à la même boucle de glycol.
Si le système ne parvient pas à maintenir la température requise, les délais de conditionnement peuvent être retardés, même lorsque la fermentation elle-même est déjà terminée.
C'est pourquoi une brasserie doit tenir compte des priorités de refroidissement de chaque cuve raccordée, plutôt que de considérer toutes les charges de refroidissement comme équivalentes.
Problèmes courants liés au refroidissement au glycol dans les brasseries
Un problème de refroidissement ne signifie pas nécessairement que le compresseur est en panne.
Une approche utile pour le dépannage consiste à examiner l'ensemble du système : la réfrigération, la circulation du glycol, la distribution, le transfert thermique au niveau des réservoirs et les systèmes de régulation.
1. Le refroidisseur à glycol est sous-dimensionné
Un groupe frigorifique sous-dimensionné peut fonctionner normalement pendant les périodes de faible production, mais constituer néanmoins un frein important en période de pointe.
Cela peut se produire dans les cas suivants :
- Plusieurs cuves de fermentation fonctionnent simultanément
- Plusieurs cuves sont en phase de clarification à froid
- Augmentation du volume de production
- Des cuves de fermentation supplémentaires sont installées
- La brasserie augmente sa production de bière blonde
- Les températures ambiantes augmentent considérablement
- La fréquence des infusions augmente
Une brasserie peut donc donner l'impression de disposer d'un “ refroidisseur de taille adéquate ” d'après sa liste d'équipements d'origine, alors que sa production réelle a dépassé les hypothèses utilisées pour le calcul initial des besoins en refroidissement.
Les symptômes concrets apparaissent souvent progressivement :
- Le glycol met trop de temps à atteindre la température souhaitée.
- Les compresseurs fonctionnent pendant de longues périodes
- Le refroidissement du réservoir ralentit
- Certains navires ont du mal à atteindre leurs points de consigne
Dans ce cas, le remplacement de certains composants ne permettra peut-être pas de résoudre le problème sous-jacent. Il convient de recalculer la charge frigorifique en fonction du programme de brassage actuel.
2. Panne du compresseur
Le compresseur est le cœur du circuit frigorifique.
Un compresseur peut s'arrêter en raison de défauts électriques, de surcharges, d'une pression de condensation excessive, d'une défaillance mécanique ou de problèmes survenant ailleurs dans le système de réfrigération.
Avant de conclure que le compresseur lui-même est en panne, les opérateurs doivent vérifier les alarmes et les dispositifs de protection de l'unité et s'assurer que la cause du problème a bien été identifiée par du personnel d'entretien qualifié.
Il ne faut pas se contenter de redémarrer un compresseur qui se déclenche à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'il reste en marche. Des surcharges répétées ou des cycles courts et fréquents peuvent être le signe d'un problème plus grave.
Lorsqu'une brasserie ne dispose que d'un seul compresseur, une panne peut entraîner la perte de la majeure partie, voire de la totalité, de la capacité de réfrigération disponible. Pour les installations de plus grande envergure, il peut donc s'avérer justifié de prévoir plusieurs circuits de réfrigération ou d'autres formes de redondance, en fonction du coût des temps d'arrêt.
3. Mauvaise évacuation de la chaleur par le condenseur
Le refroidisseur doit évacuer la chaleur extraite de la brasserie.
Dans le cas d'un système à refroidissement par air, cela signifie que le condenseur doit bénéficier d'un débit d'air suffisant et d'un environnement de fonctionnement adapté.
Des surfaces de condenseur encrassées, une circulation d'air entravée, des températures ambiantes trop élevées ou un mauvais emplacement de l'équipement peuvent faire augmenter les températures de condensation et réduire les performances de réfrigération.
Les symptômes possibles sont les suivants :
- Alarmes de haute pression
- Baisse de la puissance frigorifique
- Température de fonctionnement élevée du compresseur
- Arrêts fréquents
- Des délais de récupération plus longs
Ce problème se pose tout particulièrement dans les brasseries situées dans des régions au climat chaud ou dans lesquelles les refroidisseurs sont installés dans des locaux techniques fermés.
L'emplacement du groupe frigorifique doit donc être pris en compte lors de la conception de l'agencement de la brasserie, notamment en ce qui concerne l'accès pour le nettoyage et l'entretien.
4. Problèmes liés à la pompe à glycol ou au débit
Il se peut que le circuit de réfrigération fonctionne correctement alors que la cave ne refroidit toujours pas correctement.
Cela peut s'expliquer par une circulation insuffisante du glycol.
Parmi les causes possibles, on peut citer :
- Panne de pompe
- Dimensionnement incorrect de la pompe
- Perte de charge excessive dans la tuyauterie
- Air emprisonné dans la boucle
- Filtres obstrués
- Positions incorrectes des vannes
- Mauvais équilibrage hydraulique
L'un des signes est un refroidissement inégal entre les réservoirs.
Un fermenteur situé près du collecteur de glycol peut refroidir relativement normalement, tandis qu'une autre cuve, située à l'extrémité d'une longue dérivation, peine à atteindre la température souhaitée.
C'est pourquoi la pompe et le réseau de distribution doivent être conçus en même temps que le groupe frigorifique.
5. Concentration incorrecte en glycol
Le mélange glycol-eau fait partie du système de transfert thermique et doit être choisi en fonction de la température de fonctionnement requise.
La concentration influe à la fois sur la protection contre le gel et sur les propriétés du liquide.
Une quantité insuffisante de glycol peut réduire la marge de gel du système. Une concentration excessive en glycol peut augmenter la viscosité et réduire les performances de transfert thermique ainsi que le rendement de pompage du fluide.
La concentration appropriée doit donc respecter les spécifications du fabricant du groupe frigorifique et tenir compte de la température de fonctionnement réelle du système.
Le fluide doit également être compatible avec l'application prévue. Dans les systèmes de refroidissement des brasseries, on utilise couramment des fluides à base de propylène-glycol pour réguler la température du circuit froid.
6. Les cuves de fermentation constituent la limite
Un groupe frigorifique peut disposer d'une puissance frigorifique suffisante alors même que les performances de refroidissement de la cuve restent insuffisantes.
Le transfert thermique dépend de l'interaction entre le circuit de glycol et la chemise de refroidissement de la cuve.
Parmi ces facteurs, on peut citer :
- Surface effective de la gaine
- Fabrication de la veste
- Débit de glycol
- Isolation des réservoirs
- Position du capteur de température
- Dispositif de vanne de régulation de température
Si la surface de refroidissement est insuffisante ou si la circulation du glycol dans la chemise est déficiente, l'augmentation de la puissance frigorifique peut ne pas apporter les améliorations escomptées.
C'est pourquoi la conception des cuves de fermentation et celle du système de glycol doivent être envisagées conjointement.
Que doivent vérifier les opérateurs lorsque les performances de refroidissement diminuent ?
Lorsqu'une brasserie constate que ses cuves refroidissent plus lentement que d'habitude, il est utile de comparer les conditions de fonctionnement actuelles au comportement normal du système.
Vérifier la température du glycol
Si le réservoir de glycol n'atteint pas sa température normale, le problème peut provenir du système de réfrigération.
Si le réservoir atteint la température prévue mais que certains réservoirs ne refroidissent pas, il convient alors de se pencher sur la circulation, les vannes, la tuyauterie ou le transfert thermique au niveau des réservoirs.
Vérifiez les pompes
Vérifiez que la pompe de circulation appropriée fonctionne et que le débit est suffisant.
Les alarmes de la pompe, les bruits inhabituels, une augmentation des vibrations ou une variation de pression peuvent fournir des indices utiles.
Vérifier les vannes et le système de commande
Un système de régulation de la température repose sur la coordination entre les capteurs, les vannes de régulation et les dispositifs d'automatisation.
Un capteur défectueux ou une vanne qui ne fonctionne pas correctement peut empêcher le glycol d'atteindre un réservoir, même lorsque le refroidisseur fonctionne normalement.
Vérifiez le condenseur
Dans le cas d'un système à refroidissement par air, vérifiez que le condenseur n'est pas encrassé et assurez-vous que la circulation d'air n'est pas entravée.
Toute réparation concernant le circuit frigorifique doit être effectuée par du personnel qualifié.
Comparer les performances des réservoirs
Si un ou deux réservoirs seulement sont touchés alors que le reste de la cave fonctionne normalement, le risque d'une panne de réfrigération à l'échelle de l'usine s'en trouve réduit.
L'enquête peut alors se concentrer sur le réservoir, la branche de tuyauterie, la vanne, le capteur ou le débit de la pompe concernés.
Que peut faire une brasserie en cas de panne temporaire du système de refroidissement ?
Il convient d'élaborer un plan de refroidissement d'urgence avant d'en avoir besoin.
En cas de perte de puissance frigorifique, la priorité immédiate consiste généralement à protéger les cuves dont la température est la plus sensible.
Un réservoir dont la température est inférieure à celle du glycol disponible ne doit pas rester automatiquement raccordé au circuit. La circulation de glycol plus chaud dans un réservoir plus froid peut entraîner un transfert de chaleur vers ce dernier au lieu de l'évacuer.
L'isolation individuelle des réservoirs s'avère donc extrêmement utile en cas de coupure de courant.
La brasserie peut réduire les charges de refroidissement non essentielles et concentrer la capacité de refroidissement disponible sur les fermentations en cours ou d'autres cuves critiques.
Certaines brasseries ont également recours à des refroidisseurs de location temporaires ou à d'autres équipements de refroidissement. D'autres installent des interconnexions entre les différents circuits de refroidissement afin qu'une partie de la cave puisse continuer à fonctionner lorsqu'une autre section est isolée.
La stratégie d'urgence précise dépend de la configuration de la brasserie et des équipements disponibles, mais le principe reste le même :
Le système de refroidissement doit offrir plusieurs options aux opérateurs lorsque le fonctionnement normal n'est pas possible.
Intégration d'une redondance dans le système au glycol d'une brasserie
La redondance ne signifie pas nécessairement qu'il faille installer deux groupes frigorifiques complets de taille identique.
La solution la plus adaptée dépend de la taille de la brasserie, du volume de production, de l'environnement d'exploitation et du coût des temps d'arrêt.
Parmi les approches possibles, on peut citer :
Pompes de secours
Une pompe de circulation de secours peut offrir une protection relativement simple contre une panne de pompe.
Circuits de réfrigération multiples
Les installations de plus grande envergure peuvent comporter plusieurs compresseurs ou circuits frigorifiques, de sorte qu'une panne ne se traduise pas nécessairement par la perte totale de la capacité de refroidissement.
Zones de refroidissement distinctes
La cave peut être divisée en zones à l'aide de vannes d'isolement, ce qui permet de gérer indépendamment différents groupes de cuves.
Connexions croisées
Le cas échéant, les interconnexions entre les circuits de refroidissement peuvent offrir une flexibilité supplémentaire en cas d'entretien ou de panne d'équipement.
Connexions d'urgence
Un point de raccordement stratégiquement situé peut faciliter le branchement d'équipements de refroidissement temporaires sans avoir à modifier la conception de la cave en cas d'urgence.
Il convient d'évaluer le niveau adéquat de redondance dès la phase de conception, plutôt que de le mettre en place après que la brasserie a déjà subi une panne coûteuse.
La puissance frigorifique doit être calculée en fonction de la demande de pointe
La charge frigorifique d'une brasserie est variable.
Pour qu'un calcul de conception soit pertinent, il ne suffit pas de tenir compte uniquement du volume nominal de la cave de fermentation.
Parmi ces facteurs, on peut citer :
- Nombre de cuves de fermentation en service
- Charge thermique liée à la fermentation
- Température de fermentation
- Exigences relatives à la clarification à froid
- Nombre de cuves refroidies simultanément
- Exigences relatives aux réservoirs Brite
- Exigences en matière de refroidissement du moût
- Température d'alimentation en glycol
- Conditions ambiantes
- Fréquence de brassage
- Développement futur
Une brasserie produisant une plus grande proportion de bières blondes peut avoir des besoins en réfrigération très différents de ceux d'une brasserie produisant principalement des bières de type « ale » à fermentation chaude.
De même, une brasserie qui effectue un brassage par jour peut avoir une demande de pointe différente de celle d'une usine qui effectue plusieurs brassages par jour.
Le groupe frigorifique, le réservoir de glycol, les pompes, la tuyauterie et les chemises des réservoirs doivent donc être considérés comme un seul et même système thermique.
Pourquoi un tampon ou un réservoir de glycol est-il important ?
Le réservoir de glycol ne sert pas uniquement à stocker du liquide.
Il sert de tampon thermique entre la capacité frigorifique et la demande variable du processus.
Lorsque plusieurs réservoirs nécessitent un refroidissement simultané, le glycol froid stocké fournit une source de refroidissement immédiate tandis que le système de réfrigération évacue la chaleur de la boucle.
Un réservoir de capacité adéquate peut également contribuer à stabiliser la température du glycol en cas de charges variables. C'est pour cette raison que les systèmes de refroidissement des brasseries associent généralement un réservoir de glycol au refroidisseur et aux pompes de circulation.
La taille du réservoir doit être choisie en fonction de la charge frigorifique, de la puissance du refroidisseur, de la température de fonctionnement et de la stratégie de régulation, plutôt qu'en appliquant un rapport fixe pour chaque brasserie.
La configuration du système de refroidissement est tout aussi importante que la puissance du groupe frigorifique
Une brasserie peut disposer d'une capacité de réfrigération suffisante et pourtant constater un mauvais fonctionnement de ses cuves en raison du système de distribution.
Des tronçons de tuyauterie trop longs, des tuyaux de section insuffisante, un nombre excessif de raccords, une isolation inadéquate ou un mauvais équilibrage des dérivations peuvent accroître les pertes de charge et réduire le débit disponible au niveau de chaque réservoir.
Dans le cas d'une nouvelle brasserie, le réseau de glycol doit être conçu en même temps que l'agencement de la cave de fermentation.
La conception doit tenir compte des éléments suivants :
- Distance entre le groupe frigorifique et la cave à vin
- Nombre de branches de refroidissement
- Emplacements futurs des réservoirs
- Tête de pompe
- Isolation des tuyaux
- Accès aux canalisations et aux installations techniques
- Isolement de vaisseaux individuels
Cela prend de plus en plus d'importance à mesure qu'une brasserie se développe.
Une cave naissante peut compter quatre cuves de fermentation. Quelques années plus tard, elle peut en compter quinze ou vingt. Si le réseau de distribution initial n’a pas été conçu en prévision d’une expansion, la tuyauterie elle-même peut alors constituer un frein.
Systèmes de refroidissement au glycol de la brasserie Tiantai
Tiantai conçoit le refroidissement au glycol comme faisant partie intégrante du processus complet de brassage, plutôt que de considérer le refroidisseur comme une machine autonome.
Un système de refroidissement pour brasserie peut comprendre :
- Réservoir d'eau glycolée
- Refroidisseur au glycol pour brasserie
- Pompes de circulation
- Réseau de distribution de glycol
- Chemises de refroidissement pour cuves de fermentation et cuves de clarification
- Capteurs de température et vannes de régulation
- Cuve de liqueur froide
- Échangeur de chaleur pour le refroidissement du moût
- Armoire électrique
La configuration finale dépend de la capacité de la brasserie, du calendrier de production, des exigences en matière de fermentation, de la configuration des locaux, du climat local et des projets d'extension.
Les projets de brasserie de Tiantai présentent différentes configurations de refroidissement, notamment des réservoirs de glycol, des refroidisseurs, des canalisations, des cuves de fermentation, des cuves de clarification et des équipements de refroidissement du moût, qui fonctionnent au sein d'un système de brasserie complet.
Par exemple, un projet de brasserie à Tiantai peut recourir à plusieurs refroidisseurs au glycol plutôt que de s'appuyer sur une seule unité de réfrigération, tandis que le réseau de refroidissement est conçu en fonction de la capacité de fermentation requise et du calendrier de production.
L'objectif n'est pas simplement de produire du glycol froid.
Notre objectif est de fournir la capacité de refroidissement nécessaire aux navires concernés, au moment opportun, tout en garantissant un niveau de contrôle et de flexibilité suffisant pour assurer le fonctionnement normal, la maintenance et les extensions futures.
