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Cálculo de la cantidad de agua

aguaDado que la mayoría de las birras están constituidas por más del 90% de agua, se puede argumentar que no hay ingrediente más importante que el agua. En otros artículos de la web y de El Pimplón se han tratado aspectos de la química del agua, pero igual de importante y práctico es controlar la cantidad de agua a emplear. Son las dudas habituales de los cerveceros acerca del agua necesaria para macerar, lavar, etc.

Si empleas agua tratada o embotellada, o ajustas el contenido mineral, está claro que necesitas saber la cantidad total de agua necesaria para una jornada de fabricación. El volumen de agua también tiene su importancia en el diseño del equipo, ya que es un factor relevante a la hora de determinar el volumen de los recipientes. En cualquier caso, teniendo claros unos pocos conceptos y con cuatro operaciones, serás capaz de calcular de forma ajustada el volumen de agua necesaria para la elaboración de cerveza, tanto para el proceso completo como para cada uno de los pasos.

La mayoría de los programas de brewing disponibles tienen calculadoras de volumen de agua que pueden hacer estos cálculos por ti. También se puede hacer una hoja de cálculo que recoja las fórmulas. En cualquier caso, y aunque los cálculos los hagas en el ordenador, el conocimiento de estos principios te ayudará a ser un cervecero con más criterio y puede que te ayude a mejorar tu cerveza.

Empezando por el final

Lógicamente, para calcular la cantidad de agua debes tener presente el volumen final de birra que quieres hacer. Normalmente las recetas se expresan en cifras redondas, como 25 ó 50 litros, y que suelen reflejar el volumen final que termina embotellado o en barril. Durante la fermentación, trasiego a otros recipientes o en el embotellado (o pasar a barril), hay algo de cerveza que es absorbida por el lúpulo o la levadura, mientras que otra parte se evapora o se queda en los recipientes. Con la experiencia, el cervecero sabe más o menos cuanto mosto necesita en el fermentador para conseguir un determinado volumen de birra. A ese volumen de mosto le llamaremos “volumen de fermentador” y será el volumen de referencia de la receta. Así, el volumen de fermentador de una receta típica de 25-50 l, será entre uno y cuatro litros superior al volumen nominal de la receta.

Una vez que conoces el volumen de fermentador, puedes determinar el volumen total de agua necesaria, considerando las pérdidas de agua que se producen durante el proceso de fabricación. En orden inverso, serán muchas de las siguientes:

  • Mosto restante en tubos y equipos, tales como el enfriador, bomba, olla, etc.
  • Mosto absorbido por el lúpulo y la porquería proteica en la olla de hervido.
  • Evaporación en la olla durante el hervido.
  • Líquido restante en tubos y equipo (bomba, grant, etc.) entre el macerador y la olla.
  • Agua absorbida por el grano.
  • Evaporación durante el macerado.
  • Espacio muerto en el macerador.
  • Espacio muerto en el HLT.
  • Evaporación en HLT.

Obviamente, estas pérdidas se compensan con adiciones de agua, que suelen incluir, de las primeras a las últimas:

  • Agua inicial, la que se mezcla con el grano al inicio del macerado.
  • Cualquier infusión adicional durante el macerado.
  • Agua de lavado añadida al macerador para extraer los azúcares.
  • Agua añadida a la olla para alcanzar el volumen de antes de hervir requerido.
  • Agua añadida después del hervido, tanto a la olla como al fermentador, para alcanzar el volumen de fermentador deseado.

Algunos de estos valores se extraen de la receta y el método de elaboración, otras son función de relaciones entre valores, mientras que otros se determinan empíricamente en función del equipo y el método de elaboración. En este último grupo incluye los volúmenes que se quedan en tubos, recipientes, enfriador, bomba, etc. Los valores relacionados son las pérdidas por evaporación y las reposiciones en la olla o el fermentador. El resto de valores, agua inicial, agua absorbida por el grano, infusiones adicionales al macerado, agua de lavado, pueden ser calculadas a partir de la receta. Pronto veremos cómo se hace.

Prueba y error

Cuando tienes suficiente experiencia con el mismo equipo cervecero, deberías ser capaz de estimar las  pérdidas de equipo (el líquido que se queda en tubos, recipientes, etc.) con un cierto grado de precisión. Si tienes un equipo nuevo o quieres mayor precisión, siempre puedes hacer una prueba con agua y medir esas pérdidas. El agua debe estar a la misma temperatura que durante cada etapa de la elaboración, ya que el volumen del agua (o del mosto) varía con la temperatura, incrementándose en cosa de un 4% entre 20 ºC y 100 ºC.

Para el macerado y el lavado, es muy útil conocer la capacidad útil del macerador y el HLT. Es habitual que no sea igual a la capacidad total del recipiente. Los espacios muertos y otras consideraciones geométricas hacen que sea inferior. El mejor modo de determinar la capacidad útil es medir el volumen de agua necesario para llenar el recipiente y luego medir el volumen de agua que se extrae.

La pérdida durante el hervido depende de la fuente de calor, la geometría de la olla y las condiciones ambientales durante el hervido (temperatura y viento principalmente). Es un valor que se suele expresar en litros por hora. Puede determinarse durante una jornada de elaboración , o puedes hacer una prueba con agua. Es tan sencillo como medir el volumen evaporado y dividirlo por el tiempo de hervido (en horas, claro).

Más difícil resulta medir el líquido absorbido por el lúpulo y la porquería precipitada en la olla durante el hervido, que además puede variar bastante de receta a receta, por lo que un valor estimado promedio para todas las recetas puede ser suficientemente preciso al efecto del cálculo de agua.

Macerado

El volumen de agua inicial en el macerado es función de la cantidad de grano de la receta y de la densidad del macerado. La densidad puede variar con la receta, la configuración del macerador, el volumen de infusiones adicionales o las preferencias del cervecero, pero el valor habitual se sitúa entre dos y tres litros de agua por kilogramo de grano.

En consecuencia, el volumen de agua inicial se calcula: peso de grano x densidad del macerado

Por ejemplo, para una densidad de macerado de 3 l/kg y una receta con 5 kg de grano, el volumen de agua inicial será 3 x 5 = 15 l.

El volumen de agua que absorbe el grano varía con cada receta, siendo función del tipo de malta y adjuntos y su contenido en humedad, pero se puede estimar un valor medio de 1 litro de agua por kilogramo de agua, que es muy razonable en la mayoría de los casos. En la receta modelo que vimos arriba (5 kg de grano) en volumen de agua absorbida sería de 5 litros.

Para estar seguros de que tenemos bastante capacidad de recipientes para el macerado y/o lavado, es muy útil el conocer el volumen total de macerado. La siguiente fórmula es sencilla y bastante obvia:

Volumen total del macerado = volumen de agua + volumen de grano

Por supuesto, es necesario saber primero el volumen que desplaza el grano en el macerado (que no es el mismo que cuando está seco). Aquí también depende de los pormenores de grano de la receta, pero un valor de 0.67 litros por kilogramo es un promedio razonable. Así, en el ejemplo de arriba, el volumen de macerado sería: 15 + (5 x 0.67) = 15 + 3.35 = 18.35 l.

Lavado

El cálculo correcto del volumen de agua de lavado es de particular importancia, ya que determinar el volumen de antes de hervir, lo que es crítico para conseguir la densidad inicial deseada. Hay una vieja regla que habla de emplear unos cuatro litros de agua de lavado por kilogramo de grano, pero hay otros factores como la densidad del macerado o cualquier infusión adicional de agua al macerado que pueden modificar considerablemente esa cantidad.

Se está volviendo cada vez más popular entre los cerveceros caseros hacer el “batch sparge”, esto es, se añade el agua de lavado en una o más tandas, tras cada una de las cuales se remueve el macerado, se permite que asiente y se recircula hasta que está claro, antes de vaciar el macerador completamente a la olla.

Un valor que puede ser útil conocer es el volumen inicial que se extrae del macerador antes de añadir el agua de lavado, los “first runnings” que hablan por ahí. Se calcula con la siguiente expresión: Volumen inicial extraído = Volumen de agua inicial + volumen de cualquier infusión adicional añadida al macerado – volumen de agua absorbida por el grano – volumen de líquido remanente en el fondo del macerador – volumen de líquido remanente en tubos, bomba o grant.

En nuestro ejemplo anterior, y tomando valores de 1 litros para el líquido remanente en el macerador, y 0.2 litros para las pérdidas en tubos, bomba, etc., el volumen extraído inicial (first runnings) sería = 15.0 + 0 - 5.0 - 1.0 - 0.2 = 8.8 litros.

Al margen de si haces “batch sparge” o “continuous sparge”, el volumen total de lavado se calcula restando al volumen estimado antes de hervir el volumen extraído inicial. Es decir:

Volumen total de agua de lavado = Volumen en olla antes de hervir – volumen extraído inicial

En nuestro ejemplo, suponiendo que el volumen antes de hervir deseado sean 27 litros, si el volumen inicial extraído son 8.8 l,  el volumen total de agua de lavado será 27 – 8.8 = 18.2 litros. Con el objeto de conseguir la cantidad correcta de agua de lavado, deberás añadir al volumen calculado cualquier espacio muerto que tengas en el HLT o en las mangueras.

Si haces “batch sparge”, lo normal es que tu macerador no tenga capacidad suficiente para todo el volumen de agua de lavado del lote. En este caso, se hace el lavado en varias tandas. El procedimiento habitual es dividir el agua de lavado necesaria en tandas de igual volumen, en función de la capacidad útil del macerador y el volumen del macerado una vez lavado el volumen extraído inicial (first runnings). Para calcular el número de tandas de lavado:

Número de tandas de lavado = (volumen de agua de lavado – espacio muerto en el macerador) / (capacidad útil del macerador – volumen de grano – volumen de agua absorbido por el grano)

Redondeado al número entero superior.

En nuestro ejemplo, asumiendo una capacidad útil de 20 litros en el macerador, el cálculo sería:

(18.2 – 1.0) / (20 – 3.35 – 5.0) = 1.48

Que redondeado al número entero superior son dos tandas de “batch sparge” adicionales a la extracción del “first running”.

Para saber cuanta agua de lavado hay que añadir por tanda, simplemente divide el volumen de agua de lavado por el número de tandas, en nuestro ejemplo: 18.2 / 2 = 9.1 litros por tanda.

Hervido

Tenemos ahora los 27 l de mosto en la olla, y hasta que llegue al corni o a la botella todavía tenemos cambios de volumen.

En primer lugar, lógicamente, tenemos la pérdida por evaporación, que se produce durante la cocción del mosto. Este es un número propio de cada instalación, función de la geometría de la olla, si se realiza en exterior o interior, tapada o sin tapar, de la fuente de calor, etc. Hay que determinarlo de forma empírica, y se expresa en volumen evaporado por tiempo de hervido, es decir, en litros por hora. Conociendo este valor, podrás bien calcular el volumen antes de hervir que necesitas para conseguir una determinada cantidad de mosto después del hervido, o bien preparar el agua necesaria para reponer la evaporada.

Asumiendo que se repone el agua evaporada y volvemos a tener los 27 l después de hervir, habrá que descontar las pérdidas que se producen en el trasiego del mosto desde la olla al fermentador. Aquí incluimos el mosto que queda empapado en el lúpulo o el turbio, el que resta en el espacio muerto de la olla, en mangueras o en la bomba, la muestra para densidad, etc. También aquí hablamos de un valor propio de cada equipo.

Restando ese valor a los 27 l, tendremos el volumen de fermentador.

Fermentación y post-fermentación

Durante la fermentación no hay un cambio de volumen significativo, a menos que se quiera ajustar la densidad añadiendo agua. Sí que habrá unas mermas cuando se trasiegue a secundario o al embotellar, correspondiente a la cerveza que se queda con la levadura en el fondo del fermentador, o empapada en el lúpulo en caso de hacer dry-hopping. Es un volumen pequeño y que depende de la geometría del fermentador y de la receta (tipo de leva, tasa de inoculación, dry-hopping, etc.).

Resumiendo

Con toda esta información ya deberíamos ser capaces de calcular el volumen total de agua necesario para una jornada de elaboración. Recapitulando lo expuesto, vemos que el total de agua necesaria es la suma del agua inicial, las infusiones adicionales al macerado, el agua de lavado (incluyendo agua que pueda quedar “muerta” en el macerador), agua que se añada a la olla antes o después del hervido o al fermentador.

En nuestro ejemplo, sin infusiones adicionales al macerador, ni a la olla o fermentador, el total de agua necesaria sería la suma del agua inicial más el agua de lavado, es decir:

15 + 18.2 = 33.2 l

Si bien hemos visto los cálculos con una precisión de 0.1 l, en el caso de los cerveceros caseros, lo normal es hacerlo redondeando a la unidad, en litros vaya. Esto supone, para los lotes habituales de 25-50 l, una diferencia inferior al 5%, que a efectos prácticos es más que suficiente.

Por supuesto, puedes determinar la cantidad de agua necesaria por prueba y error, si bien eso te llevará a veces a quedarte sin agua para lavar o a que te sobre.

Antoineitor