User Tools

Site Tools


Sidebar

Содержание

История

Ингредиенты

Технология

Кулинария, блюда к пиву и из пива

Остальное

паровое_затирание

Паровое затирание

перевод статьи Direct Injection of Steam for Mash Temperature Control

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.

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.

паровое_затирание.txt · Last modified: 2011/04/25 10:22 by инженер