Weinkühlung

Kontrollierte Gärung bei der Weinherstellung durch BUCO-Wärmeaustauscherplatten

BUCO-Wärmeaustauschplatten haben den höchsten normierten Koeffizienten k (W/(K.mbar)) in Bezug auf den Druckverlust pro Flächeneinheit (mbar/m²) im gesamten Durchflussbereich, insbesondere bei niedrigen Durchflussraten, die wirtschaftlich am interessantesten sind. Wärmetauscherplatten können in fast allen möglichen Geometrien und nichtrostenden Stählen hergestellt werden, die in der Weinherstellung verwendet werden. Die Schweißverfahren für Wärmetauscherplatten sind entweder Laser- oder Widerstandsschweißen. Hier haben lasergeschweißte Nähte eine rauere Oberfläche als widerstandsgeschweißte Nähte und sind daher schwieriger zu reinigen, was die Gefahr von Bakterienwachstum mit sich bringt.

Die kontrollierte Weingärung hat international stark an Bedeutung gewonnen. Um diese erforderliche Technologie zu bewerten, bleibt es nicht aus, die Ausrüstungs- und Betriebskosten zu ermitteln, welche im Einsatz der BUCO-Wärmeaustauschplatte als Wärmetauscher in diesem Bereich entstehen. Eine Umfrage über die Erfahrungen der Winzer mit dieser Technologie wurde durchgeführt. Das Resümee der Untersuchungen lässt sich in folgenden Punkten zusammenfassen:

  1. Eine kontrollierte Gärung durch aktive Kühlung erhöht die Qualität des Produkts.
  2. Die wirtschaftlichste und effektivste aktive Kühlung wird durch BUCO-Wärmetauscherplatten im Inneren des Tanks erreicht.
  3. Der Übertragungskoeffizient k (W/(K.mbar)), der im Verhältnis zum Druckverlust pro Flächeneinheit (mbar/m²) angegeben wird, ist der wichtigste Parameter der Messung der Wirtschaftlichkeit.
  4. BUCO-Platten haben den höchsten normierten Koeffizienten k (W/(K.mbar)) in Bezug auf den Druckverlust pro Flächeneinheit (mbar/m²) im gesamten Durchflussbereich, insbesondere bei niedrigen Durchflussraten, die wirtschaftlich am interessantesten sind.
  5. Die kontrollierte Fermentation hat die geringsten negativen Auswirkungen auf die Umwelt.
  6. Die Kühlanlage kann entweder durch Absorption oder durch Kompression betrieben werden, je nach den verfügbaren Energiearten und den Bedürfnissen des Kunden.

Im Gegensatz zu Ländern mit warmem Klima wie Südafrika, Australien, Frankreich, Chile, Argentinien usw., in denen die temperaturgesteuerte Gärung bereits seit mehreren Jahrzehnten Standard ist, ist das Thema der kontrollierten Gärung in der Önologie in Europa erst seit zwei Jahrzehnten ein Thema. Gründe dafür waren die niedrigen Herbsttemperaturen und die geringe Tankkapazität in vielen kleinen, familiengeführten Weingütern, sowie die anfänglichen Lösungen der Oberflächenbewässerung der hier verwendeten Gärtanks. Durch die kontrollierte Gärung wird die Aromabildung maximiert und der Gärstoffwechsel positiv beeinflusst (z.B. Verlust von Aroma durch Freisetzung gelöster Gase wie Kohlendioxid – Stripp-Effekt).

Es ist international anerkannt, dass eine Senkung der Gärtemperatur auf 20°C zu einer großen Qualitätssteigerung führt. Ein weiterer Aspekt, der bei der aktiven Kühlung berücksichtigt werden muss, ist der ökologische Aspekt. Die Übertragungsfläche zur Senkung der Gärtemperatur kann durch externe Wärmetauscher, Doppelmanteltanks oder Austauschflächen innerhalb des Tanks (z. B. eingesteckte Wärmetauscherplatten) bereitgestellt werden. Externe Wärmetauscher sind für die Gärphase nicht geeignet, da die Würze durch den Wärmetauscher gepumpt werden muss. Doppelmantel-Wärmetauscher werden nur selten eingesetzt, da es aufgrund der dünnen Wände nicht immer möglich ist, die vorhandenen Tanks zu verändern. Außerdem muss die Umgebungstemperatur in der Nähe der Temperatur des Wasserkreislaufs liegen.

Bei Doppelmänteln ist die Austauschfläche sehr begrenzt. In der Praxis steht bei kleinen Tanks nur die obere Hälfte des Tanks für die Kühlung zur Verfügung, die somit stark vom Füllstand der Tanks abhängig ist. Außerdem bildet sich je nach Radius und Höhe des Tanks ein Temperaturgefälle. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass das Innere des Tanks nicht durch Geräte verstopft wird und somit eine schnelle und einfache Reinigung möglich ist. In Anbetracht all dieser Argumente stellen die Wärmetauscherplatten im Tank die beste Alternative dar.  In der Vergangenheit wurden eine Reihe von Messungen mit einigen Plattentypen durchgeführt. Diese Messungen wurden in einem Behälter mit quadratischem Querschnitt durchgeführt, der abwechselnd gärende Würze und Wasser enthielt, und zwar unter der Einwirkung eines Haspelrührers.

Es zeigte sich, dass die mit Wasser erzielten Werte 2 bis 3 Mal höher waren als die mit gärender Würze erzielten. Der Grund dafür war, dass die Strömungsverhältnisse durch die Verwendung eines Rührwerks zu gut waren. Unter Berücksichtigung der bisherigen Erfahrungen wurde versucht, die typischen Strömungsverhältnisse der Fermentationsphase zu simulieren. Trotzdem erreichte die Referenzplatte im Vergleich zu den vorherigen Ergebnissen Werte, die etwa 15 % höher lagen, als bei der Verwendung von gärender Würze zu erwarten war.

Die BUCO Wärmeaustauschplatte hat den besten Übertragungskoeffizienten, aber auch den höchsten Druckverlust pro Flächeneinheit Dp/A. Dies zeigt, wie wichtig der angegebene Koeffizient k als Funktion des auf die Fläche Dp/A normierten Druckverlusts ist, da er angibt, wie viel kW Wärmeleistung pro kW mechanischer Leistung in der Pumpe übertragen werden können. Wärmetauscherplatten können in fast allen möglichen Geometrien und nichtrostenden Stählen hergestellt werden, die in der Weinherstellung verwendet werden. Die ersten Tests zur Reinigung verschmutzter Platten zeigten, dass elektropolierte Platten am einfachsten zu reinigen sind. Die Oberflächenqualität, die dem Elektropolieren am nächsten kommt, kann eine gute Reinigungsleistung aufweisen, während die Oberflächenbeschaffenheit von kaltgewalzten Blechen nicht empfohlen wird. Die Schweißverfahren für Wärmetauscherplatten sind entweder Laser- oder Widerstandsschweißen. Hier haben lasergeschweißte Nähte eine rauere Oberfläche als widerstandsgeschweißte Nähte und sind daher schwieriger zu reinigen, was die Gefahr von Bakterienwachstum mit sich bringt.

Unsere Bewertung der Wirtschaftlichkeit einer Anlage mit kontrollierter Gärung ergeben, dass ihre Kosten etwa 2,5 mal höher sind als die einer Anlage mit Oberflächenbewässerung der Tanks. Ausgangspunkte für diese Bewertung waren eine kleine Anlage mit 12 kW Kühlleistung, eine 10-jährige Abschreibung und ein einfaches Steuerungssystem. Es wurden ausschließlich die Einsparungen bei den Abwasserkosten betrachtet, d.h. die Gewinnsteigerung durch die höhere Produktqualität wurde bei dieser Analyse nicht berücksichtigt, hier liegt der eigentliche Anreiz für die Durchführung der kontrollierten Gärung.

Fazit

Die Einsparungen bei den Frisch- und Abwasserkosten sowie die Steigerung der Weinqualität rechtfertigen den Einsatz einer Kühlanlage für die kontrollierte Gärung. Die Auswahl der verschiedenen Komponenten einer Anlage zur kontrollierten Gärung wird durch die individuellen Gegebenheiten eines jeden Weinbaubetriebs bestimmt.

Ingenieurwissenschaft und Thermodynamik optimal in die verschiedenen Fertigungstechniken überführen.

Thermodynamiker, Maschinenbauingenieure und Schweißfachingenieure definieren Auslegungen, Konstruktion und Herstellung kundenspezifisch gefertigter Wärmeaustauschplatten und -systeme aus Normalstahl und austenitischen Stählen bis zu Titan und gewährleisten den weltweit erfolgreichen Vertrieb Ihrer Leistung.

Dabei greift man zurück auf fertigungstechnische Erkenntnisse und Berechnungen, welche innerhalb der letzten 100 Jahre erarbeitet wurden und weiterhin stetig optimiert werden.

In der Wahrnehmung unserer Kunden steht ein Bucoprodukt für:

Technical and process-oriented consulting
Thermodynamic efficiency
Quality and longevity