Инструменты пользователя

Инструменты сайта


steam_mashing

Различия

Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.

Ссылка на это сравнение

steam_mashing [2014/03/17 10:43] (текущий)
evgen создано
Строка 1: Строка 1:
 +====== Паровое затирание ======
  
 +перевод статьи [[http://​www.brewingtechniques.com/​library/​backissues/​issue2.4/​jones.html|Direct Injection of Steam for Mash Temperature Control ]]
 +
 +[[http://​www.brewingtechniques.com/​library/​authors/​jones.html|Kelly E. Jones]]
 +
 +Перепечатка с BrewingTechniques'​ July/August 1994. 
 +
 +//
 +**Простая,​ несложная в изготовлении паровая система может обеспечить точную манипуляцию температурой во время затирания. Эта система может непосредственно применяться в домашних пивоварнях,​ а также, возможно,​ в коммерческих пивоварнях.**// ​
 +
 +Впервые я узнал о паровом затирании из HomeBrew Digest – новостной рассылки в интернете. Оглядываясь назад я был удивлён,​ что эта идея не пришла мне в голову раньше. Я вспомнил эксперимент по использованию пара для контроля температуры на лабораторной работе на курсе химии. В этом групповом эксперименте одной из моих задач было контролировать температуру 500-галлонного (чуть меньше 2 кубометров) танка с водным раствором посредством пропускания пара через трубу, которая была погружена непосредственно в танк под поверхность жидкости. Пар практически мгновенно конденсировался,​ когда касался более холодного раствора,​ таким образом передавая тепловую энергию раствору. Меня мог бы заменить несложный автоматический контроллер!
 +
 +===== БЕЗОПАСНОСТЬ =====
 +Прежде,​ чем я буду ковыряться в гайках и болтах парового затирания,​ я хочу подчеркнуть необходимость соблюдать безопасность. Пар несёт во много раз больше тепла, чем кипящая вода, даже если вода имеет близкую к пару температуру. Это тепло делает пар не только более применимым,​ но и более опасным. При контакте с кожей кипящая вода быстро теряет тепло, и температура её падает;​ пар остаётся 100-градусным до тех пор, пока вся его энергия не перейдёт в кожу, поэтому он сильнее ошпаривает,​ чем кипяток. Таким образом,​ пар вызывает значительно более тяжёлые ожоги, чем кипяток,​ и поэтому с ним надо быть значительно осторожнее,​ нежели с водой.
 +Также следует помнить,​ что пар — почти невидимый газ; «пар», который мы видим подымающимся из открытой кастрюли,​ на самом деле сконденсированная вода. Убедитесь,​ что ваша система не имеет скрытых дырок или протечек,​ которые могут стать причиной ошпаривающих струй. ​
 +
 +Учитывая такие предостережения можно сказать,​ что система,​ описанная в этой статье,​ довольно безопасна. Не используется высокого давления — используется только 0,5 psi (3,5 кПа) избыточно давления,​ чтобы перегнать пар в затор. Если трубка забьётся,​ то давление в парогенераторе будет не выше 15 psi (100 кПа, 1 атм), прежде чем регулятор пара начнёт делать своё дело.
 +
 +===== ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРА =====
 +Впрыск пара непосредственно в заторный чан имеет множество преимуществ,​ особенно для домашних пивоваров,​ затирающих в изотермических контейнерах или других неметаллических заторниках. Одним из основных недостатков неметаллических заторных чанов является сложность любого типа ступенчатого затирания. Возможно,​ конечно,​ соблюдать температурные паузы добавляя вычисленное количество кипящей или очень горячей воды или с помощью отварок. Добавление воды, однако,​ имеет нежелательный (обычно) эффект разбавления затора,​ что иногда даже неприемлемо,​ а отварки занимают много времени. Домашние пивовары,​ которые используют кулеры для пикников обычно применяют однопаузный метод затирания. Пар обеспечивает метод добавления тепла в любые типы заторных чанов и позволит вам начать затирание на белковой паузе, поднять температуру до заторных температур и, в конце, выполнить mash-out, и всё это без разбавления затора.
 +
 +Пар применим как с использованием газовых горелок,​ так и при использовании электричества. Пар замечательно уменьшает риск карамелизации и фактически устранят возможность пригорания затора,​ т. к. пар имеет температуру,​ близкую к 100С (в этой системе используется пар низкого давления,​ который лишь на несколько градусов горячее 100). Хотя перемешивание остаётся необходимым для обеспечения равномерного распределения тепла, небольшая оплошность в перемешивании не даст почернение массы затора (и его порчу).
 +
 +Пар также может привнести некоторые усовершенствования в коммерческие пивоварни. Для заторов в ненагреваемых чанах непосредственный впрыск пара может быть дешёвым методом для нагрева затора в ступенчатом затирании. Это может быть особенно экономично для тех пивоварен,​ которые уже используют пар как источник тепла для нагрева варочного котла. Более того, непосредственный впрыск пара даёт некоторые преимущества перед чанами,​ нагреваемыми паровыми рубашками. Коэффициент переноса тепла будет выше, т. к. отсутствует перегородка между паром и затором. Также, из-за того, что пар впрыскивается непосредственно во всю массу затора,​ а не нагревает его с боков, улучшается распределение тепла в заторе и требуется менее интенсивное перемешивание.
 +
 +===== ПРИНЦИПЫ =====
 +Энергия пара — это следствие того, что молекулы воды расположены очень близко друг к другу. Из-за этой близости требуется много энергии для разрушения межмолекулярных связей и создания пара. С другой стороны,​ когда испарённые молекулы воды конденсируются,​ большое количество энергии высвобождается в форме тепла.
 +Теплоёмкость воды примерно 4,2 кДж/​(кг*К). Это значит,​ чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1 градус Кельвина (или Цельсия) требует 4,2 кДж энергии. 1 кДж — это количество тепла, которое вырабатывает киловаттный нагреватель в 1 секунду. Для сравнения,​ энергоёмкость испарённой воды составляет 2260 кДж/​кг. Это значит,​ что требуется 2260 кДж энергии для превращения 1 кг воды в пар, а также и то, что этот килограмм сконденсированного пара высвободит 2260 кДж.
 +
 +Когда пар впрыскивается в затор, пар конденсируется,​ перенося свою энергию в затор. При конденсации пар переходит в жидкую воду с температурой 100С. Эта горячая вода также нагревает затор; однако,​ тепло, переданное затору за счёт конденсации значительно больше,​ чем переданное этой водой, поэтому тепло, переданное водой можно игнорировать в предварительных расчётах. Основываясь на отношении энергии испарения к теплоёмкости,​ к примеру,​ количество тепла в паре примерно в 540 раз больше,​ чем в воде в расчёте на 1 К (или 1С). Переформулируем:​ 1 кг пара имеет возможность поднять температуру 540 кг воды на 1К (или 1С). К примеру,​ предположим,​ что мы вычислили количество тепла, которое необходимо для поднятия температуры всего затора до 73С. Если мы будем использовать кипящую воду при 100С, то температура этой воды упадёт на 27С (100-73), когда она будет в заторе. Необходимое количество кипящей воды будет в 540/27, или в 20 раз больше количества пара, необходимого для переноса того же количества тепла.
 +
 +Когда пар конденсируется в заторе он, конечно же, немного его разбавляет. Однако,​ этот эффект близок к нулю. Предположим,​ к примеру,​ что вы начинаете затирание на белковой паузе 50С, используя (для 5-галлонной варки, или 19 литровой) 3,5 кг солода и 7 кг воды. Простые термодинамические вычисления покажут нам, что чтобы поднять температуру затора с 50С (белковая пауза) до 76С (мэш-аут) требуется около 0,4 кг воды в форме пара. Это количество воды даст незначительный эффект разбавления,​ конечно же меньший,​ чем добавление кипящей воды.
 +
 +===== ВПРЫСК ПАРА ДЛЯ ДОМАШНИХ ПИВОВАРОВ =====
 +**Конструкция:​** для постройки паровой системы я начал со старой алюминиевой скороварки с грузом на верху для контроля над давлением. Такую скороварку можно легко найти на барахолках или рынках за 10-15 долларов. Моя скороварка также имеет металлический предохранительный диск, который выгнется,​ если давление или температура в скороварке станут слишком высокими.
 +
 +При постройке парогенератора очень важно не убирать предохранительные устройства и регуляторы давления. Поэтому я сделал ещё одну дырку в крышке скороварки для забора пара. Я просверлил отверстие диаметром 11/16 дюма и вставил туда фитинг с резьбой. Это позволило мне установить цанговое соединение. Когда я не использую скороварку в качестве парогенератора,​ я закрываю этот фитинг крышкой,​ и тогда скороварка может использоваться по прямому назначению.
 +
 +В день варки парогенератор ставится на 2,1кВт электрический нагреватель (также купленный на блошином рынке). Обычно я затираю в прямоугольном изотермическом контейнере,​ достаточном для 10-галлонной варки. Медная трубка соединяет цангу скороварки с шаровым краном,​ а от шарового крана отходит другой кусок медной трубки,​ оборудованный с другого конца паровым барботёром (рис. 1). Барботёр сделан с помощью сверления 1/16 дюймовых (примерно 1,5 мм) дырок, отстоящих друг от друга на расстоянии в ½ дюйма (примерно 13 мм), в последних 12 дюймах (30 см) медной трубки. Конец трубки герметично зажат.
 +
 +{{:​pics:​jonesfig1.gif|}}
 +
 +Барботёр находится около дна заторного чана, прямо над моей медной фильтровальной системой. Я рассматривал возможность впрыска пара через медную фильтровальную систему,​ но отказался от этого, т. к. пар будет передавать энергию не затору,​ а пластиковому контейнеру.
 +
 +**Применение:​** для использования системы я наполняю скороварку тремя квартами (чуть меньше трёх литров) чистой воды. Хотя для нагрева затора используется всего несколько чашек воды, значительно лучше начинать с бОльшим объёмом воды, чтобы уменьшить риск быстрого выкипания. Затем я закрываю крышку,​ присоединяю медную выходную трубку и включаю электроплитку. В это время я не устанавливаю груз на скороварку //(в современных скороварках,​ надо полагать,​ просто не следует закрывать плотно крышку — пер.)//.
 +Тем временем я делаю затор на температуре белковой паузы (или какой-либо другой температуре — в зависимости от расписания затирания). Ко времени,​ когда я готов поднимать температуру затора,​ парогенератор готов, что доказывается струёй пара над скороваркой. Этот период разогрева служит для удаления всего воздуха из скороварки,​ что исключает любые беспокойства о горячей аэрации от пузырьков воздуха,​ проходящих через затор. В это время я помещаю регулирующий груз на верх скороварки //​(современные скороварки,​ надо полагать,​ просто необходимо плотно закрыть — пер.)// и открываю кран для начала парового нагрева. Пар может быть услышан как «бурление» внутри заторного чана, и я в это время часто мешаю затор для равномерного распределения тепла. В основном,​ я могу поднимать температуру затора на 1С в минуту без проблем.
 +
 +Вернувшись к вопросу о нагреве необходимо помнить,​ что термодинамика — это не та вещь, которая обещает бесплатный сыр. Пар — это не источник энергии;​ он всего лишь посредник в переносе тепла от основного истоника энергии (электрическая или газовая плитка) к затору. Если основной источник тепла не имеет достаточно мощности для генерации достаточного количества пара, уровень роста температуры затора с использованием парового впрыска не будет сколько-нибудь выше, чем если бы истоник тепла нагревал затор непосредственно.
 +
 +Когда мне необходимо остановить нагрев для температурной паузы, я просто выключаю нагрев и закрываю кран. Лучше убрать регулировочный груз со скороварки (открыть её — пер.); иначе конденсация пара в ней может создать отрицательный перепад давления. Этот перепад давления может засосать сусло из затора,​ если открыт кран. Если длина трубки между скороваркой и заторным чаном значительна,​ обмотайте трубку теплоизолирующим материалом для уменьшения теплопотерь.
 +
 +Если бы мой заторный чан не вёл вторую жизнь в качестве кулера для пикника,​ я бы просверлил дырку в его стенке около дна для того, чтобы подключать систему непосредственно. В этом случае я бы пустил трубку сверху вниз //(надо полагать,​ по внешней стороне кулера — пер.)// и использовал бы кусок пенопласта (с дыркой для паровой трубки) для изоляции. Если бы я использовал эту систему с металлическим заторным чаном (таким,​ как стальной кег с фальш-дном),​ я бы просто подвёл пар через дренажную трубку,​ подключив через фильтрационную систему или под фальш-дно. Независимо от использованного метода парогенератор должен находиться выше уровня жидкости в заторном чане — или паровая трубка должна быть замкнута сама на себя на уровне чуть выше уровня жидкости в заторнике — для предотвращения затекания сусла в парогенератор.
 +
 +**Другие моменты:​** возможной модификацией этой установки может стать использование какого-либо теплообменника для пара, такого как стальной или медной трубки,​ погруженной в затор заместо распределения по затору пара. Хотя эта модимикация и устраняет добавления какого бы то ни было количества воды в затор, она имеет два основных недостатка. Во-первых,​ перенос тепла будет идти медленнее,​ т. к. между паром и затором появляется посредник — стенки трубки;​ стенки трубки являются термическим сопротивлением,​ которое отсутствует при непосредственном впрыске. Во-вторых,​ относительно большая площадь должна быть обеспечена контактом с теплообменником из-за относительно низкой температуры пара (по сравнению с электроплитой или газовой горелкой). Распределение пара непосредственно в заторе обеспечивают паровые пузырьки,​ которые растекаются по большей ​ площади,​ чем может обеспечить контакт с теплообменником. То, что может быть достигнуто 12 дюймовым барботёром (30 см) непосредственного впрыска потребует,​ вероятно,​ многих футов трубки для теплообменника. Поскольку перенос паром воды в затор очень мал, я не вижу действительных преимуществ использования теплообменника.
 +
 +===== КАЖДЫЙ ЭТО МОЖЕТ =====
 +Паровая система может быть добавлена фактически к любой продвинутой домашней системе пивоварения. Стоимость материалов,​ особенно если у вас есть несколько полезных навыков,​ не превысит 50 долларов. Время конструирования 1-2 часа. Гибкость,​ которую добавляет эта система в вашу домашнюю пивоварню с лихвой покроет временные и финансовые издержки.
 +
 +В микропивоварнях и в пивоварнях при пабах паровое затирание находится в экспериментальной стадии. Мой ранний опыт с температурным контролем 500-галлонного танка предполагает,​ что паровое затирание в скором времени будет протестировано и начнёт использоваться профессиональными пивоварами.
steam_mashing.txt · Последние изменения: 2014/03/17 10:43 — evgen