Le moût est vigoureusement porté à ébullition pendant 60 à 70 minutes. La bouilloire doit donc être équipée d'un dispositif de chauffage puissant. Avec l'évolution des systèmes de chauffage, la forme de la bouilloire a également changé au fil du temps. Les types de chauffage de marmites peuvent être divisés en marmites à chauffage direct au charbon, au gaz ou au mazout、marmites à chauffage à la vapeur、marmites à chauffage à l'eau chaude.
Bouilloires à moût à chauffage direct
La forme la plus ancienne de chauffage de la bouilloire est la combustion du charbon. Cette forme de combustion directe du combustible sous le fond de la marmite ne se rencontre plus que très rarement dans les anciennes salles de brassage. En raison de la courbure du fond de la marmite, le moût en ébullition bout rapidement du milieu vers l'extérieur. Plus tard, ces bouilloires ont souvent été converties au chauffage direct au gaz ou au mazout.
Bouilloires à moût chauffées à la vapeur
De nos jours, la forme la plus courante de chauffage des bouilloires est le chauffage à la vapeur. Pour comprendre l'utilisation de la vapeur, une petite explication est d'abord nécessaire.
Température et pression de la vapeur
L'eau bout à 100°C et la vapeur produite a la même température. Tous les enfants le savent, mais cela ne s'applique que dans des conditions atmosphériques normales. Si la pression dans le récipient est augmentée - par exemple si le récipient est fermé, comme dans une cocotte-minute - l'eau bout à une température plus élevée. Dans des conditions saturées en vapeur, chaque température d'ébullition = température de vapeur est associée à une pression définie.
Cela signifie que plus la température d'ébullition est élevée, plus la pression est élevée, des pressions et des températures beaucoup plus élevées sont utilisées dans les bouilloires. D'autre part, à très basse pression (sous pression, vide), l'eau bout à des températures encore plus basses. Ainsi, l'ébullition se produit à une pression de 0,06 bar à 36°C et à une pression de 0,02 bar à 17°C.
Dans la bouilloire, les températures d'ébullition dépassent 100°C en raison de la hauteur du moût. Avec un niveau de moût de 2,5 m de haut, le moût au fond de la bouilloire est en surpression de 0,25 bar, ce qui équivaut à une pression de vapeur de 1,25 bar, et le tableau montre que cela correspond à une température d'ébullition de 106°C.
Si la bouilloire est chauffée par le bas, il se forme des bulles de vapeur sur tout le fond de la bouilloire, qui remontent et provoquent le mouvement du moût et l'expulsion des composants indésirables. La vapeur est introduite à une surpression de 2 à 3 bars (= 133 à 143°C) dans la chemise de vapeur qui entoure le fond de la bouilloire. La vapeur transfère sa chaleur d'évaporation au moût et se condense tandis que le moût est porté à ébullition.
Une pression plus élevée, et donc une température plus élevée, pose des problèmes en raison de la température d'interface plus élevée qui se produit alors au fond de la bouilloire. Les particules de moût risquent de brûler à la surface et d'altérer le goût de la bière.
Equipement d'une bouilloire à double fond chauffée à la vapeur
Pour que le chauffage fonctionne correctement, quelques considérations de base sont nécessaires. La vapeur est acheminée vers la bouilloire dans une conduite de vapeur bien isolée (1) afin d'éviter les pertes de chaleur. Au-delà du robinet d'arrivée de la vapeur (2) se trouve un réducteur de pression (3) qui réduit la pression de la vapeur à la pression autorisée. Dans le cas des bouilloires couramment utilisées, il s'agit d'une surpression de 2 à 3 bars. Cette réduction de pression est essentielle car le fond de la marmite se romprait si de la vapeur vive d'environ 15 bars était introduite. La vapeur est introduite dans un canal circulaire isolé (4) et distribuée uniformément à la chemise de vapeur par plusieurs tuyaux d'alimentation (5).
L'enveloppe de vapeur est isolée à l'extérieur afin de réduire au maximum les pertes de chaleur. En tant que récipient sous pression, l'enveloppe de vapeur doit être équipée d'une soupape de sécurité (7) et d'un manomètre (9). Au début de l'ébullition, l'air contenu dans la chemise doit d'abord être chassé par la vapeur. À cette fin, 1 à 4 minces tuyaux de dégagement d'air sont soudés sur la partie supérieure de l'enveloppe de vapeur et chacun d'entre eux s'ouvre par sa propre vanne dans la partie supérieure de la salle de brassage. Ces vannes de dégagement d'air (8) restent ouvertes au début de l'ébullition et également pendant l'ébullition jusqu'à ce que la vapeur s'écoule librement. Il est alors certain que l'air est complètement évacué de l'enveloppe de vapeur. À la fin de l'ébullition, les soupapes sont ouvertes pour éviter qu'un vide ne se forme à la suite de la condensation de la vapeur et que le fond de la casserole ne s'effondre. De nos jours, cette opération est effectuée automatiquement. Il existe une différence de température entre le moût et la vapeur qui est compensée par le fond conducteur de chaleur de la bouilloire. Le moût est chauffé jusqu'à ébullition tandis que la vapeur fournit sa chaleur et se condense.
L'eau de condensation qui en résulte est plus lourde que la vapeur et s'accumule dans la partie inférieure de la chemise de vapeur. L'eau de condensation doit être évacuée par le tuyau d'évacuation des condensats (10) dans le pot de condensation (11). Le pot de condensation est situé sous l'enveloppe de vapeur et ne laisse passer que de l'eau, mais pas de vapeur. La plupart des pots de condensation fonctionnent selon le principe du flotteur.
L'eau de condensation est évacuée par le tuyau d'évacuation de l'eau de condensation (12). L'eau de condensation est de l'eau pure et est renvoyée dans la bouilloire, car celle-ci fournit de l'eau par l'intermédiaire d'un récipient collecteur.
Lors de la discussion sur la cuve de conversion de l'empâtage, il a été souligné que le double fond de vapeur autrefois habituel a largement disparu de nos jours et que le chauffage s'effectue par des tuyaux semi-circulaires soudés sur le fond ou le côté de la cuve. Il en va de même pour les cuves à moût. Les cuves à moût équipées d'une chaudière interne ou externe fonctionnant à basse pression ne sont plus dotées d'un système de chauffage de la cuve puisque la chaudière à basse pression fournit à elle seule l'énergie nécessaire.
Forme et matériau de la bouilloire
La forme de la bouilloire a connu de nombreuses évolutions au fil du temps. Les premières bouilloires chauffées à la vapeur ont été construites avec une forme sphérique en 1890. Plus tard, une modification a été apportée pour que le milieu du fond de la bouilloire soit plus élevé afin d'obtenir une meilleure ébullition du moût du milieu vers la périphérie.
Le même effet a été obtenu avec des chauffages auxiliaires intégrés et avec des bouilloires à zone d'ébullition interne. Dans ces dernières, le moût était chauffé par de la vapeur à une pression plus élevée (jusqu'à 5 bar 158°C) et l'évaporation était accélérée. Les surfaces de chauffe nécessaires ne pouvaient pas être augmentées proportionnellement à la charge en grains.
Vers 1950, une série de salles de brassage ont été construites sous forme de blocs dans lesquels les cuves de brassage étaient placées les unes au-dessus des autres. La bouilloire, située au fond, avait une surface rectangulaire, mais la moitié inférieure était semi-circulaire afin que le chauffage à la vapeur du côté assure une bonne circulation du moût.
Les bouilloires compactes apparues dans les années soixante étaient fabriquées en soudant des pièces découpées dans des feuilles de métal lisse. Il n'était donc plus nécessaire de battre à grands frais les belles hottes en cuivre qui ornent encore de nombreuses salles de brassage. En raison des différents angles d'inclinaison des murs et des tuyaux de chauffage, on obtenait ici aussi une bonne circulation, mais qui n'atteignait pas complètement les coins. Il était donc possible d'augmenter les surfaces de chauffe proportionnellement à la charge en grains.
Chauffage de l'eau chaude (ébullition hydraulique)
Il est également possible de chauffer de l'eau sous pression à une température élevée inférieure au point d'ébullition et d'utiliser cette eau chaude à 160 ou 170 °C pour chauffer la bouilloire. De cette manière, il n'y a pas de pertes liées à la condensation de la vapeur. En revanche, il faut un diamètre de tuyau beaucoup plus grand et plus d'énergie que la vapeur, car la vapeur est beaucoup plus facile à déplacer que l'eau liquide. Par conséquent, l'ébullition de l'eau chaude est moins fréquente aujourd'hui que le chauffage à la vapeur habituel. La chaleur est transférée au moût par des tuyaux semi-circulaires soudés, comme cela a déjà été décrit pour la cuve d'empâtage.
Bouilloire à moût avec ébullition à basse pression
L'idée de base de l'ébullition à basse pression est qu'une série de processus de conversion se déroulent plus rapidement si la pression et donc la température d'ébullition sont supérieures à 100°C.
Les cuves à moût avec ébullition à basse pression sont conçues comme des cuves à pression scellables pour une surpression maximale de 0,5 bar et sont équipées des dispositifs de sécurité nécessaires en cas de surpression ou de sous-pression. L'ébullition du moût se fait au moyen d'une chaudière interne ou externe. Le condensateur de vapeur de la bouilloire est situé dans la zone de pression de la bouilloire afin d'utiliser la température de vapeur plus élevée.
Dans le cas de l'ébullition à basse pression, le moût est bouilli pendant 50 à 60 minutes à une température de 102 à 104°C. L'évaporation totale lors de l'ébullition à basse pression est de l'ordre de 5-6 %. L'ébullition a lieu soit dans une chaudière externe située à l'extérieur de la bouilloire et dans laquelle le moût est pompé, soit dans une chaudière interne où le moût est chauffé dans la bouilloire.
Ébullition à basse pression avec une chaudière externe
Dans le cas des bouilloires à chaudière externe, le moût circule 7 à 8 fois par heure à travers une chaudière externe située à l'extérieur de la bouilloire. Pour ce faire, le moût est continuellement prélevé dans la partie inférieure de la bouilloire et acheminé par une pompe à travers la chaudière externe.
Les échangeurs de chaleur à tubes (évaporateurs à tubes) sont la forme la plus courante de chaudière externe, l'échangeur de chaleur à plaques étant moins souvent utilisé à cette fin. Le moût est acheminé à travers les tubes qui sont à leur tour entourés de vapeur provenant de l'extérieur. Pendant que le moût est chauffé, la vapeur se refroidit et se condense. Les chaudières externes sont construites soit en position debout, soit en position couchée ; dans ce dernier cas, elles sont légèrement inclinées pour permettre une meilleure évacuation du condensat. Les deux formes sont courantes.
La taille de la chaudière externe (échangeur de chaleur) est déterminée par la surface à chauffer. La surface à chauffer est déterminée par le nombre de tuyaux de chauffage, leur diamètre et leur longueur.
Si l'on laisse le moût s'écouler dans les tuyaux à une faible vitesse d'écoulement, le moût risque de brûler ou du moins de caraméliser et donc de prendre de la couleur. En outre, des températures trop élevées risquent de provoquer l'accumulation de protéines coagulées dans les tuyaux. Pour éviter cela, une vitesse d'écoulement plus élevée de 2,6 à 3,0 m/s est généralement requise aujourd'hui. Pour obtenir le même échange de chaleur, chaque particule de moût doit parcourir un plus long chemin. Comme la longueur de la chaudière est limitée pour des raisons d'espace, les extrémités de l'échangeur de chaleur sont souvent munies de chicanes, de sorte que chaque particule de moût traverse l'échangeur de chaleur plusieurs fois. Les chicanes provoquent toutefois des forces de cisaillement pour les particules de moût. Afin de réduire le nombre de chicanes, la chaudière extérieure peut être très longue.
Ébullition à basse pression avec ébullition interne
Les bouilloires modernes sont très souvent équipées d'une chaudière interne. La chaudière interne est un échangeur de chaleur tubulaire dans la bouilloire à travers les tubes verticaux desquels le moût monte, tout en étant chauffé de l'extérieur par la vapeur. La vapeur introduite par le haut se refroidit, se condense et est évacuée.
Dans un cône d'égouttage, le moût bouillant est accumulé au-dessus du niveau du moût de la bouilloire et est centrifugé contre un bouclier de distribution, qui répartit largement le moût et assure l'évaporation, tout en ramenant le moût au niveau du moût.
Alors que la température du moût pendant l'ébullition augmente jusqu'à 102 à 104°C, la température (et donc la pression) de la vapeur chaude doit bien sûr être considérablement plus élevée. Elle est d'environ 140 à 145℃ lors du chauffage et d'environ 130℃ lors de l'ébullition (= 2,8 bars).
Le moût s'écoule par le bas dans les tubes chauffants de la chaudière à une température inférieure à 100 °C et se réchauffe au fur et à mesure qu'il monte. Il en résulte très rapidement la formation d'une fourrure de bulles sur les parois intérieures qui, à mesure qu'elle s'élève, se transforme en ébullition nucléée sous-refroidie et finalement, dans la zone la plus large, en ébullition complète, tandis qu'à l'extérieur, la vapeur libère sa chaleur d'évaporation (enthalpie) et se condense. Le condensat s'écoule en une couche de plus en plus épaisse vers le fond, inhibant ainsi de plus en plus l'échange de chaleur.
Dans le cas de l'ébullition, l'eau se transforme dans une large mesure en vapeur dont le volume est bien supérieur à celui de l'eau à partir de laquelle elle a été formée. Le plus grand volume ainsi produit est élevé dans un cône de tige au-dessus des tubes chauffants, plus haut que le niveau du moût dans la bouilloire, puis, à l'aide d'un écran de distribution, renvoyé à la surface du moût. L'écran de distribution, qui peut avoir différentes formes, est réglé de telle sorte qu'une circulation complète du moût dans la bouilloire se produise sans qu'il y ait de zones mortes.
Conclusion
En conclusion, l'évolution des cuves à moût, qui sont passées de la cuisson directe au charbon au chauffage moderne à la vapeur et à l'ébullition à basse pression, reflète les progrès constants de la technologie brassicole. Ces innovations améliorent non seulement l'efficacité du brassage et la régularité du produit, mais soulignent également l'engagement de l'industrie en faveur de la durabilité et de l'excellence opérationnelle.
