Diagnosi e Proposte di Ottimizzazione del Sistema Cleaning-in-Place dei Fermentatori = Diagnosis and Optimization Proposals for the Cleaning-in-Place System of Fermenters.

Questa tesi si propone di analizzare e ottimizzare il sistema di pulizia Cleaning-in-Place (CIP) applicato ai fermentatori in un contesto industriale, con un focus sul birrificio Menabrea. La prima parte introduce il processo produttivo della birra, descrivendo le materie prime principali (acqua, orzo maltato, luppolo e lievito) e le varie fasi della sua produzione, tra cui macinazione, mashing, bollitura, fermentazione e maturazione. Particolare attenzione è dedicata ai fermentatori, serbatoi fondamentali per il controllo preciso della fermentazione. La gestione dei parametri operativi, come temperatura e pressione, garantisce la stabilità e la qualità del prodotto finale. Successivamente, il lavoro si concentra sul fenomeno dello sporcamento (fouling) nei fermentatori. Vengono analizzate le principali tipologie di depositi che si formano durante la produzione di birra, tra cui biofilm microbici e incrostazioni di ossalato di calcio, note come “pietra di birra”. Questi depositi possono compromettere la qualità del prodotto e l'efficienza degli impianti, rendendo necessarie operazioni di pulizia specifiche. Il cuore della tesi è dedicato al sistema di Cleaning-in-Place (CIP), una tecnologia che permette la pulizia degli impianti senza necessità di smontaggio. Dopo una panoramica generale sui vantaggi e svantaggi del CIP, vengono analizzati i parametri chiave che influenzano l'efficacia del processo, come temperatura, tempo, sostanze chimiche utilizzate e forze meccaniche applicate. Viene approfondita la scelta dei detergenti più adatti per rimuovere i vari tipi di depositi, nonché l'importanza di calibrare le condizioni operative per ottimizzare i cicli di pulizia. Un capitolo specifico è dedicato al caso di studio del birrificio Menabrea, dove viene analizzato il sistema di fermentazione e il relativo sistema CIP. La diagnosi del sistema include l’analisi della pressione richiesta dalle static spray ball, la valutazione delle ricette CIP utilizzate, il funzionamento dei dispositivi di spruzzatura e dei sistemi di prelievo dei campioni, evidenziando una serie criticità che necessitano un intervento. Vengono quindi proposte delle possibili soluzioni di miglioramento volte a ottimizzare le operazioni di pulizia e garantire la qualità del prodotto. La tesi si conclude con una prospettiva sulle future implementazioni tecnologiche nel campo della pulizia industriale, tra cui l’utilizzo della fluidodinamica computazionale (CFD) per simulare i flussi di pulizia, l’impiego di soluzioni enzimatiche, ultrasuoni, acqua elettrolizzata e ozono come alternative ecologiche ai detergenti tradizionali. Inoltre, vengono suggeriti metodi per prevenire lo sporcamento, come l’applicazione di rivestimenti protettivi sulle superfici interne dei fermentatori e una migliore gestione delle condizioni dello spazio di testa.