Chiller de Imersão e Placas - Como dimensionar (grosseiramente)

Discussão em 'Equipamentos, Técnicas e Processos' iniciado por Guenther, 29/11/16.

  1. 29/11/16 #1

    Guenther

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    Pessoal,

    Agora há pouco eu ia responder um tópico aqui no fórum que perguntava sobre qual bitola usar, etc... e como comecei a responder e começou a ficar longo, resolvi fazer mais um post-fixo.

    Primeiro, deixa eu contar uma história... lá em 2011 eu tinha um equipamento de 100 litros, e estava encucado em que tamanho de chiller de imersão eu deveria usar, e também queria testar a eficiência de resfriamento chiller de imersão com whirlpool constante VS chillers de placa.

    Abaixo, seguem alguns e-mails lá de 2011 que resgatei da lista "CervejaArtesanalPoA" com minhas dúvidas, projeto, até a conclusão... vou modificar os textos pra deixar de forma resumida. Quem não tiver paciência, passe por todo esse texto em vermelho e vá direto lá pra baixo.

    -----------

    Guenther - 20/06/2011

    Aê..

    Alguém aqui usa chiller de imersão de alumínio? Que tal? Como é a limpeza? Chegaram a fervê-lo em água pura antes de usar para gerar oxidação passiva (deixá-lo preto)?

    Eu pergunto pq eu tô afim de fazer um chiller gigante para minhas levas de 100 litros.

    Eu fiz um contra-fluxo que funciona bem, mas mesmo assim, não me agrada.

    Se eu uso o contra-fluxo com retorno para a panela, com bomba, de forma que o mosto resfrie como um todo, fica lento. Demora quase 1 hora pra baixar dos 40.

    Se uso ele bombeando diretamente o mosto fervendo para os fermentadores, beleza, ele chega lá frio, mas demora uns 20 e tantos ou 30 minutos pra bombear tudo, e durante esse tempo o mosto que está dentro da panela continua em temperatura de fervura.. ou seja...... o lúpulo de aroma perde aroma pra KCT (notei uma diferença absurda) e, por continuar em contato com o mosto quente, acaba virando amargor.

    Comprar um chiller de placas não resolveria... a não ser que eu comprasse um muito cavalo que praticamente não tivesse restrição de fluxo, mas aí caio no problema do preço, pois um plate chiller grande não é barato, e no problema de mandar isso vir pelo correio lá de fora, pois é um trambolho.

    Tem uma thread no homebrewtalk.com onde o cara reclama justamente do que citei, perda de aroma, cold break, etc, e ele fez dois chillers de imersão de 15m e utilizando canos 5/8 e ele consegue esfriar 100 litros em 19 minutos.

    Abraço,

    Guenther


    -----------

    Guenther - 20/06/2011

    Dados técnicos de alguns chillers de placas - superfície de contato com o mosto:

    - ChillOut 20 (mashmaster.com.au) - 4140 cm²
    - ChillOut 30 (mashmaster.com.au) - 6440 cm²
    - Blichmann Therminator - 6038 cm²
    - Shirron (MoreBeer) - 2230 cm²
    - DudaDiesel - B3-23A 30 Plate - 6900 cm²
    - DudaDiesel - B3-12A 10 Plate - 1200 cm²


    Chillers de imersão - superfície de contato:

    - 15 metros - 3/8 polegada - 4485 cm²
    - 15 metros - 1/2 polegada - 5981 cm²
    - 15 metros - 5/8 polegada - 7477 cm²


    De modo geral, os chillers de placas são mais eficientes que os chillers de imersão porque nos chillers de placa todo o mosto (o mais quente possível) passa pelo chiller.

    No chiller de imersão, se o mesmo estiver parado, e o mosto estiver parado, o mosto que entra em contato com o chiller esfria mas demora até se mexer. Dessa forma, formam-se películas de mosto frio em torno das tubulações do chiller, e mosto ainda muito quente na medida que se afasta das tubulações. Além disso, se o chiller estiver no fundo da panela é mais ineficiente ainda, pois o líquido quente sobe e o frio desce.

    Resumindo, fazendo um whirlpool constante usando chiller de imersão é possível aproximar à eficiência de um chiller de placas.


    A Blichmann atesta que o Therminator esfria 10 galões (37,85 litros) em 5 minutos.

    O cara do HomebrewTalk usou 2 chillers de imersão de 15m 5/8 e resfriou 27 galões (102 litros) em 19 minutos. Se não me engano ele faz whirlpool.


    Em tese, o Therminator resfriaria os 102 litros em 14 minutos, com 6038 cm² de superfície de chiller, coisa que o cara levou 19 minutos com 14954 cm² de superfície.


    Minha maior pergunta no momento: algúem que tenha um Therminator pode dar um exemplo de resfriamento (X litros VS X tempo) para que eu possa analisar a teoria deles com a nossa realidade?


    -----------

    Guenther - 20/06/2011

    Pra quem quiser olhar a thread do cara que fez 2 chillers de 15 metros, com bitola 5/8: http://www.homebrewtalk.com/f11/immersion-chiller-big-batches-247016/index2.html


    -----------

    Guenther - 21/06/2011

    Bueno... botei a coisa em prática.

    Comprei 30 metros tubulação de alumínio 1/2 polegada, divido em 2 rolos de 15 metros.

    Resolvi pegar 1/2 porque fazendo as contas de cm2 de superfície por cada R$, valia bem mais a pena pegar 1/2. Gastei 130 pila.

    Seguem as fotos dos chillers. Assim como o cara do HomebrewTalk, fiz 2 chillers. Um com diâmetro bem largo, só que o segundo, do meio, acabei fazendo duplo, tipo aquele duplo da WE, pois minha convicção é que quanto melhor espalhado pela panela, melhor.

    Fiz 2 entradas de água e 2 saídas, dividindo na entrada e convergindo na saída.

    Acabei de fazer, finalmente, o teste. Seguem os dados:

    110 litros a 100 graus - água da torneira a 17 graus

    06m21s - 60 graus - Aqui já não gera mais DMS e evaporação bem reduzida
    09m00s - 50 graus - Evaporação quase nada
    12m35s - 40 graus - Evaporação já era
    18m35s - 30 graus
    24m10s - 25 graus
    25m40s - 24 graus - Inoculação


    Esse teste foi feito com a bomba fazendo whirlpool durante todo o tempo.

    Eu até tenho um pré-chiller acoplado numa bombona, de 10 metros de cobre 1/2 polegada, mas resolvi não usar para ver somente a performance do chiller.

    Fico imaginando como ficaria se eu usasse o pré-chiller.

    Amanhã vou fazer os cálculos pra comparar com os outros chillers. Agora... vou tomar uma Urquell pra comemorar e dormir bem.

    Abração,


    -----------

    Agora, vamos a alguns testes que fiz com chillers de placas quando trabalhava na WE:

    Exemplos de tempos de resfriamento utilizando água a 22 graus, com vazão de 10 litros por minuto, resfriando o mosto de 100 graus para 25 graus.

    - chiller de 10 placas (área: 2.252,25 cm2 = 0,22 m2): 25 litros em 11 minutos
    - chiller de 20 placas (área: 4.504,50 cm2 = 0,45 m2): 25 litros em 7 minutos
    - chiller de 30 placas (área: 6.756,75 cm2 = 0,67 m2): 25 litros em 5 minutos
    - chiller de 40 placas (área: 9.009,00 cm2 = 0,90 m2): 25 litros em 3m45s

    Placas de 31,5cm por 7,15cm.


    Ou seja.... dimensionar chiller de placas com dados como esses é uma barbada.

    ------------------------------------------------------------

    Bom, agora vou vários dados estatísticos aproximados, a gente pode prosseguir e fazer algumas estimativas com chillers de imersão que, apesar de meio grosseiras, podem ajudar muita gente.

    Resfriamento é questão de área de contato do metal com o mosto.

    Em termos de área de contato:

    12 metros em bitola 5/8" = 15 metros em bitola 1/2" = 20 metros em bitola 3/8"

    Agora vamos às áreas de contato por metro de cada bitola:

    1m de tubo 3/8": 299 cm2
    1m de tubo 1/2": 399 cm2
    1m de tubo 5/8": 499 cm2

    ------------------------------------------------------------

    Bom, pegando aquela estatística lá em cima, resfriei 110 litros em 25 minutos e pouco, com água a 17 graus (não sei a vazão) até 24 graus, fazendo whirlpool constante na panela com bomba, com 2 chillers de imersão de 15m cada em bitola 1/2 polegada.

    Vamos considerar algo um pouquinho mais pessimista que isso e vamos arredondar pra deixar nossa matemática mais fácil, ou seja:

    A) --- 30m de 1/2" (área: 11970 cm2 ou 1,197 m2) - 100 litros = 25 minutos ==========> 8,35 ml/cm2

    Já o cara no HomebrewTalk.com que fez 2 chillers de 15m 5/8", mais grosso, disse que resfriou em 19 minutos em torno de 100 litros, também com whirlpool, ou seja:

    B) --- 30m de 5/8" (área: 14961 cm2 ou 1,496 m2) - 100 litros = 19 minutos ==========> 6,68 ml/cm2

    Ou seja, notem que quanto menos mls (mililitros) cada cm2 de área do chiller tem que resfriar, menos tempo ele leva.

    Caso A) 25 minutos com 8,35 ml/cm2 ===> 25 / 8,35 = 2,994 (arredondando pra 3) ====> 3 minutos por cada ml/cm2
    Caso B) 19 minutos com 6,68 ml/cm2 ===> 19 / 6,68 = 2,844 (arredondando pra 2,8) ====> 2,8 minutos por cada ml/cm2

    Notem que tanto o meu teste quando o teste do cara deram resultados bem parecidos para resfriamentos COM whirlpool.

    E sem whirlpool durante o resfriamento? Bom, eu nunca fiz testes precisos sem whirlpool, mas obviamente demora bem mais, então para esse "artigo" aqui, e porque eu particularmente gosto de ser pessimista quando vou calcular coisas, vamos assumir que sem whirlpool leve pouco mais que o dobro do tempo. Depois, se alguém fizer um teste preciso, eu edito o post e coloco como atualização.

    Então vamos consolidar o que vimos até agora e resumir em uma regra simples pra fazermos estimativas:

    - 1 ml/cm2 COM whirlpool = 3 minutos
    - 1 ml/cm2 SEM whirlpool = 7 minutos (estimado)

    Ou seja, se o mesmo cm2 do chiller tiver que resfriar mais mls de mosto, aumenta o tempo.

    Exemplo: se eu uso um chiller pra uma certa quantidade de mosto que me dá uma relação de 5 ml/cm2, vou resfriar

    - fazendo whirlpool: 15 minutos
    - sem whirlpool: 35 minutos

    ----

    Um exemplo mais prático: digamos que eu use um chiller de 22m 3/8 pra resfriar 25 litros.

    Olhando lá em cima, cada metro 3/8 tem 299 cm2, então, 22 * 299 = 6578 cm2 de área total do chiller

    Temos 25 litros de mosto, então transformando pra ml e dividindo pela área total do chiller, 25000ml / 6578cm2 = 3,8 ml / cm2

    Com whirlpool - 3,8 ml/cm2 * 3 minutos = 11,4 minutos
    Com whirlpool - 3,8 ml/cm2 * 7 minutos = 26,6 minutos

    Agora, digamos que a gente aqui assuma que um resfriamento "bom" seria de 17 minutos COM whirlpool e uns 40 minutos sem whirlpool, fazendo as contas para várias litragens e tamanhos:

    Levas de 10 litros = 06,00 metros 3/8" - 04,50 metros 1/2" - 03,50 metros 5/8"
    Levas de 20 litros = 12,00 metros 3/8" - 09,00 metros 1/2" - 07,00 metros 5/8"
    Levas de 25 litros = 15,00 metros 3/8" - 11,00 metros 1/2" - 09,00 metros 5/8"
    Levas de 30 litros = 18,00 metros 3/8" - 13,00 metros 1/2" - 10,50 metros 5/8"
    Levas de 40 litros = 24,00 metros 3/8" - 18,00 metros 1/2" - 14,00 metros 5/8"
    Levas de 50 litros = 29,00 metros 3/8" - 22,00 metros 1/2" - 18,00 metros 5/8"
    Levas de 70 litros = 41,00 metros 3/8" - 31,00 metros 1/2" - 25,00 metros 5/8"
    Levas de 100 litros = 58,00 metros 3/8" - 43,00 metros 1/2" - 35,00 metros 5/8"

    Lembrando: pessoal, os dados acima não são regra nem nada.... são só exemplos. Vejam que no exemplo que dei eu resfriava 100 litros em 25 minutos com whirlpool, e sinceramente esse resfriamento pra mim tava ótimo. Já num outro equipamento de 25 litros que tenho eu uso um chiller de imersão de inox 3/8" com 22 metros, e normalmente leva por volta de uns 25 a 30 minutos pra resfriar SEM whirlpool, o que tá bom pra mim também.

    Por fim, fazendo um comparativo de eficiência de chillers de placas VS chiller de imersão COM whirlpool, pegando uma das estatísticas que citei ali em cima:

    - chiller de 40 placas (área: 6.756,75 cm2 = 0,67 m2): 25 litros em 5 minutos ====> vamos assumir 50 litros em 10 minutos

    Fazendo as contas, pra resfriar 50 litros em 10 minutos com chiller de imersão com whirlpool, precisaríamos de

    - 36m de 1/2" (14363 cm2)
    - 29m de 5/8" (14463 cm2)

    Ou seja, se pegarmos os 14363 cm2 dos chillers de imersão e compararmos com os 6756,75 cm2 do chiller de placa (14363 / 6756 =~ 2,12), os chillers de placa são mais que duas vezes mais eficientes que os chillers de imersão com whirlpool, o que é completamente natural já que não usamos bombas absurdamente fortes no whirlpool, nem seria prático fazer chillers em formatos difíceis de limpar, etc.

    Pessoal, é importante lembrar que esses testes aqui são aproximados, e que eles podem variar razoavelmente conforme o formato do chiller, a altura que ele fica na panela, e até por onde a água (preferencialmente deve entrar por baixo no chiller de imersão).

    MATERIAIS - Cobre/Alumínio/Inox: alguns provavelmente vão perguntar sobre a diferença de resfriamento entre esses materiais, e sim, todo mundo sabe que o coeficiente de transferência térmica do cobre é mais alto que o alumínio, e que ambos são muito mais altos que o inox, porém... eu já tive chillers de todos estes materiais, e a diferença é mínima pois a parede dos chillers é relativamente fina, e os chillers de inox tem parede mais fina ainda, o que acaba deixando tudo praticamente igual.


    Abraço,
     
    Última edição: 29/11/16
  2. 30/11/16 #2

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    Eu utilizo uma panela de 79 litros, comprei o tubo de 3/4 e enrolei o tubo de forma que ficasse na extremidade da panela.
    Dessa forma posso fazer o Whirlpool com a pá cervejeira, durante o resfriamento.

    Utilizando água em temperatura de aproximadamente 21C para resfriar, cheguei a 25C em aproximadamente 30 minutos.

    Na próxima brassagem faço medições mais precisas...

    Segue foto da panela com o Chiller enrolado
     

    Arquivos Anexados:

    SandroRibeiro, Partala e condor curtiram isso.
  3. 30/11/16 #3

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    Cara, tem certeza que esse tubo é 1/4? Tem como tirar uma foto com uma régua em cima do tubo?

    1/4 é bem fininho, mais fino que 3/8... e normalmente é fino demais.
     
  4. 30/11/16 #4

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    Me desculpe, está errado...não é 1/4, pois essa medida normalmente é a que utilizamos para extração de chopp do post mix e sim é bem fininha...

    Deve ser de 3/4 ou 5/8...vou confirmar e posto em breve...

    ...COMPLEMENTANDO O POST...a medida é de 3/4 que é de aproximadamente 19mm
     
  5. 30/11/16 #5

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    Aí sim. :)
     
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  6. 1/12/16 #6

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    E o chiller de contrafluxo? Como fica nesse jogo tava pensando em montar um de 12 metros (exagerado eu acho XD)


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  7. 1/12/16 #7

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    Amigo, qual seria o seu volume de fervura?

    Sinceramente acredito que para volumes que não ultrapassem 80~100 litros, um chiller de imersão com uma metragem adequada seja a melhor opção.

    Essa é minha opinião pessoal, pois o que eu tenho (está nas fotos acima) me atende perfeitamente para 60 litros... (mesmo passando água em temperatura ambiente por ele).

    Muita gente pensa somente na eficiência da redução da temperatura do mosto e acaba esquecendo as dificuldades na parte de higienização e sanitização do chiller...

    Um chiller de placas por exemplo, conforme os testes do Guenther na WE é extremamente eficiente, porém dê um procurada no fórum sobre a limpeza e sanitização desses chillers e você irá se assustar um pouco com a necessidade de passar água quente por ele logo após a utilização, além de precisar utilizar soda cáustica periodicamente para retirar a sujeira encrustrada.

    O Chiller de contra-fluxo não é tão difícil de limpar quanto o de placas, porém ainda terá alguma dificuldade

    Eu acho o chiller de imersão muito prático. (esse meu nem tanto mais, pois é grande e dá um certo trabalho para lavar, mas não é nenhum bicho de sete cabeças, até porque eu costumo usar a própria água quente que sai dele, para lavá-lo).

    O custo de um chiller de imersão também é um fator determinístico na minha preferência.
     
  8. 1/12/16 #8

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    Simples, meça o diâmetro interno, calcule a área de contato com o mosto, e compare com algum chiller de placas que citei acima com área total parecida.

    A performance deve ser a mesma.

    Abraço,
     
  9. 1/12/16 #9

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    Tá aí a minha maior dor de cabeça até agora. Tenho um chiller de aluminio de 1/2" de 15m e outro da mesma bitola de 7,5m. Normalmente, mergulho o maior na panela pouco antes do final da fervura e o outro, numa panela com água e gelo e os ligo em série. Nunca medi a temperatura da água ao sair do pré chiller, mas sai bem gelada. O problema é que pra resfriar aproximadamente 40L de mosto até 20ºC, mexendo o mosto o tempo todo, demoro em torno de uma hora. Até agora não consegui compreender o motivo dessa baixa eficiência no resfriamento. Não sei se poderia ser baixa vazão na passagem da água. Porém, se aumento a vazão, a água não resfria tanto no pré chiller. Ainda preciso fazer testes, deixando de lado a água gelada e mergulhando os dois na panela de fervura, com alta vazão de água. Não faço whirlpool, mas mexo o mosto com a pá.


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  10. 12/12/16 #10

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    tomazela, você não troca para agua gelada, usa somente agua da torneira, certo?

    Achei bem interessante a forma que posicionou o chiller, além de facilitar o whirlpool manual para melhorar a troca de calor durante o resfriamento também mantém o trub no seu devido local.

    [ ] 's
     
  11. 12/12/16 #11

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    Ainda não utilizei água gelada, pois teria que usar uma bomba, visto que minha panela já fica bem alta.

    Mas se usar certamente o resultado será ainda melhor...

    Dá para passar em um pré-chiller num balde com gelo, ligado em série com esse grande ...

    Eu usei o chiller dessa forma, justamente para o Whirlpool que acelera a troca de calor...

    Além de tudo, como o chiller pega o diâmetro todo da panela em sua extremidade, o próprio chiller por ser grosso, acaba fazendo uma barreira, evitando que o trub saia pela torneira.

    Esse meu chiller ficou ótimo...recomendo!
     
    FelGuara curtiu isso.
  12. 16/3/17 #12

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    @Guenther e demais,

    O diâmetro do chiller influência em sua eficiência caso se utilize a recirculação durante o resfriamento?
    Pergunto porque estou pensando em montar um que caiba tanto na bombona de 50l, que tem uma boca de apenas 23cm de diâmetro, quanto na panela de fervura nº 45, na qual ele teria um diâmetro bastante reduzido com relação ao tamanho da panela.

    Abraço,
    Marcelo.
     
  13. 16/3/17 #13

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    O que mais influencia é área de contato total do metal com o líquido.
     
  14. 26/5/17 #14

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    Achei bem interessante seu projeto com o chiller de imersão, e bem eficiente!
    Quantos metros de tubo você usou nesse caso Tomazela?
    Na imagem que você postou aqui, acredito que não estava ainda finalizada a confecção completa do chiller.. teria como deixar mais uma imagem de como ficou após finalizado? :mug:
     
  15. 26/5/17 #15

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    A foto já é dele finalizado.

    Cara, nem lembro de quantos metros eu utilizei.

    Mas para calcular eu medi o diametro da panela e a altura, estimando o quanto seria necessário.
     
  16. 28/5/17 #16

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    Boa noite, amigos.
    Sou iniciante. Vou fazer o meu de imersão e o tópico tá me salvando!
    Tomazela, vc conseguiu fazer o chiller sem emendas ou tem conexão?
    Pra mim será complicado arrumar os tubos sem ser pela net. Tem como comprar dois ou três "rolos" (as tais "panquecas", cujo padrão é 15m de comprimento) e ir emendando sem que haja risco de vazamento nem contaminação do mosto com solda?
    A consideração do Guenther a respeito da "irrelevância relativa do material/metal" me dissuadiu de comprar o de cobre, que além de mais pesado é bem mais caro que o alumínio, mesmo material de minhas panelas.
    Ainda assim refaço a pergunta que fiz em outro tópico (mil perdões) a respeito da tinta impressa com as medidas em alguns canos: Será que ela contaminaria o mosto? (um fornecedor me disse que não, mas sempre é bom um pezinho atrás...)
     

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