HOE WERKT HET?

Deze pagina bouwt voort op het algemene verhaal over RIMS / HERMS en is als volgt opgedeeld:

Alle afzonderlijke fasen, evenals de overgangen hiertussen, worden geregeld door het brouwprogramma. De beschrijving van de gebeurtenissen, zoals hieronder vermeld, zijn dus volledig geautomatiseerd.

INTRODUCTIE

De huidige brouwinstallatie is een redelijk uitgebreide installatie. Heel iets anders dan de twee pannetjes en de luierdoek (als filter), die ik in het begin gebruikte. De brouwinstallatie bestaat uit een aantal componenten (voor meer detail over deze componenten, zie brouwinstallatie):

De werking van de gehele installatie wordt duidelijker door die schematisch weer te geven:

Schema van de brouwinstallatie

We spreken hier van een HERMS brouwinstallatie.

Op de foto zie je het grootste deel van de brouwinstallatie, de warmwaterketel (HLT) zie je links, in het midden de maischketel (MLT) en rechts de kookketel. De pomp en de CFC zijn op deze foto niet goed te zien (ze liggen achter de koperen pijpen en de groene slang in het onderste schap).

TERMEN EN DEFINITIES

Om te beginnen een aantal termen, die we in het schema tegenkomen:

STARTEN VAN HET BROUWPROCESS

Bij de start van het brouwproces zorg ik ervoor dat alle leidingen goed zijn doorgespoeld. Daarna zet ik alle kleppen dicht, behalve klep Vx. Deze heeft een speciale functie, namelijk die van by-pass voor de pomp. Hiermee kun je het aantal liters per minuut regelen dat door de leidingen stroomt (gemeten zijn waarden tussen 3 en 12 liter per minuut). Daarna controleer ik alle leidingen. De meeste zitten vast met snelkoppelingen en ik check of ze allemaal dicht zijn.

Daarna vul ik de HLT met water en start ik het brouwprogramma op de PC. Als eerste laad ik het juiste maisch-schema bestand in. Dit is een tekstbestand wat met iedere teksteditor, maar ook met de ingebouwde editor aangepast kan worden. Na het drukken op 'Save as default' worden deze waarden in het brouwprogramma gebruikt.

Nadat op de knop 'HLT PID Controller' gedrukt is (de LED wordt dan groen), begint het programma met het opwarmen van het water in de HLT tot de eerste temperatuur uit het maischschema (65 °C in dit geval), plus een ingestelde parameterwaarde (via Options -> Brew Day Settings... -> Mashing).

Als deze waarde nu ingesteld staat op 6.0 °C is, dan wordt de referentie voor de HLT temperatuur gelijk aan 71.0 °C. Deze setpoint temperatuur wordt in het HLT temperatuurblokje weergegeven.

Het label dat de toestand aangeeft (Current STD State) geeft in dit geval de volgende informatie:

Nadat de temperatuur in de HLT de juiste waarde bereikt heeft, wordt overgegaan naar de volgende toestand, 'Pump prefill'. In deze toestand worden de kleppen V1, V2 en V4 alvast opengezet, terwijl de pomp zelf nog uit staat. Hierdoor komt er alvast water alvast in de pomp terecht. De flowmeter flow1 wordt groen en geeft een flow-rate aan.


Na 1 minuut wordt overgegaan naar de volgende toestand 'Fill MLT with 76 L water'. Deze 76 L komt ook weer uit het maisch-schema bestand. Het programma zet vervolgens de pomp aan, waardoor de gewenste hoeveelheid water in de MLT wordt gepompt. Tijdens dit pompen wordt ook klep V1 al geopend, zodat er ook al water uit de MLT stroomt, via de pomp door klep V4 gaat, dan door de warmtewisselaar stroomt (in de HLT) en weer terug in de MLT stroomt. Het volume in de HLT wordt dit steeds kleiner en tegelijkertijd wordt het volume in de MLT steeds groter. Na het bereiken van het juiste volume in de MLT wordt klep V2 weer dicht gezet, zodat er geen water uit de HLT meer toegevoegd wordt. Het water circuleert nu continu vanuit de MLT via V1 naar pomp P1, dan naar V4 en via de MLT retourleiding komt het weer terug in de MLT.


Nu is het nog wachten op de juiste temperatuur in de MLT en wanneer dit bereikt is, verschijnt de volgende toestand: '19. Ready to add Malt to MLT (M)'. Ik laat meestal de temperatuur een paar graden hoger oplopen, zodat na het storten van de mout direct de juiste temperatuur bereikt wordt. Als dat moment bereikt is, wordt met een druk op 'M' de volgende toestand ('15. Add Malt to MLT (M)') bereikt. Alle kleppen en de pomp worden nu uitgezet en de vooraf gemalen mout kan nu toegevoegd worden.


Na het toevoegen van de mout en goed doorroeren, wordt met een druk op 'M' de volgende toestand ('18. Mash Rest (xx/300 sec.)') bereikt. Deze maisch-rust wordt alleen uitgevoerd wanneer een vinkje gezet wordt bij 'Enable Mash Rest (5 minutes)' in het menu Options -> Brew Day Settings... -> Mashing. Het wordt aangeraden om dit standaard aan te zetten, zodat het filterbed niet vast kan slaan. Als namelijk na het storten van de mout direct de pomp aangezet wordt, dan kan het filterbed dichtslaan. Deze optie aanvinken voorkomt dat.


HET MAISCHEN

Na de maischrust van 5 minuten, wordt de maischfase zelf bereikt ('04. Mash-Timer Running'). Het maischwater wordt nu continu rondgepompt (MLT -> V1 -> pomp P1 -> V4 -> HLT warmtewisselaar -> MLT). In het screenshot is dit te zien door de gekleurde pijpen te volgen. In principe wordt de maischtemperatuur (65 °C) 90 minuten aangehouden en al die tijd wordt het wort rondgepompt.

Het programma berekent ook wanneer de brander van de HLT weer aangezet moet worden om de volgende temperatuur te bereiken. In het maisch-schema bestand is deze tweede temperatuur gelijk aan 75 °C, het programma heeft uitgerekend dat het hiervoor 16 minuten nodig heeft. Dat betekent dat na 74 minuten de HLT brander alvast weer aangezet wordt, zodat direct na afloop van de huidige 90 minuten, de MLT opgewarmd kan worden naar deze hogere temperatuur. Dit is te zien in het volgende screenshot:

In deze toestand ('13 Mash Preheat HLT'), staan de kleppen en de pomp allemaal uit, wordt de HLT opgewarmd naar de volgende temperatuur en blijft de MLT redelijk op temperatuur (nu 64.72 °C). Na de timeout van 90 minuten, wordt de pomp en de kleppen V1 en V4 weer aangezet, dit gebeurt in de toestand '03. Wait for MLT Temperature'. De MLT wordt nu via de warmtewisselaar opgewarmd naar de volgende temperatuur (75 °C) in dit geval.

Nadat deze temperatuur bereikt is, wordt de volgende maischfase bereikt, dit is dezelfde toestand als hiervoor ('04. Mash-Timer Running'). Als er in het maisch-schema bestand vijf temperatuur-tijd paren voor het maischen gedefinieerd zijn, dan wordt deze cyclus dus ook vijf keer doorlopen. Na de time-out van de laatste temperatuur (in dit geval de 75 °C), is het maischen klaar en wordt overgegaan naar het spoelen.

HET SPOELEN

Nadat het maischen klaar is, wordt als eerste een deel van het wort naar de kookketel gepompt. Dit gebeurt in de toestand '06. Pump from MLT to Boil-kettle', zie screenshot hieronder. Het wort komt via V1 en pomp P1 terecht bij flowmeter 2 en komt via V7 in de kookketel terecht. Flowmeter 2 moet dan ook een flow-rate gaan zien en hier is dat ook het geval. Uiteindelijk zal flowmeter 2 het totale volume laten zien dat naar de kookketel gepompt is.

De voortgang van het spoelen kan zichtbaar gemaakt worden met het 'Mash & Sparge Progress' scherm (View -> Mash & Sparge Progress or with Ctrl-P). Hier is te zien dat er in totaal vijf spoelfasen zijn, dat er bij de eerste spoelfase 19.0 L naar de kookketel gepompt wordt en bij de andere spoelfasen 7.6 L. Ook wordt er bij iedere spoelfase 7.6 L vers water uit de HLT naar de MLT gepompt. In het maisch-schema bestand is aangegeven dat de totale hoeveelheid spoelwater gelijk moet zijn aan 38 L. Er is verder ingesteld dat er vijf spoelfasen zijn, dus kom je per spoelfase uit op 7.6 L

Behalve de informatie uit het maisch-schema bestand, zijn ook de parameter voor het spoelen van belang. Deze worden ingesteld via Options -> Brew Day Settings... -> Sparging. De laatste parameter ('Volume Multiply factor for first Sparge run-off') bepaalt het aantal liters dat de eerste keer naar de kookketel gepompt wordt. In dit geval was al uitgerekend dat bij iedere spoelfase 7.6 L naar de kookketel gepompt moet worden, het aantal liters voor de eerste keer wordt dus 7.6 L * 2.5 = 19.0 L.

Nadat er wort van de MLT naar de kookketel gepompt is, wordt er weer vers water vanuit de HLT naar de MLT gepompt. Het waterpeil in de HLT zal dan weer kleiner worden en het volume in de MLT zal juist weer stijgen. Dit gebeurt in de toestand '07. Pump fresh water from HLT to MLT').

Nadat de juiste hoeveelheid water (7.6 L in dit geval) naar de MLT gepompt is, wordt de eigenlijke spoelfase bereikt (toestand '05. Sparge-Timer Running'). In dit geval wordt er weer continu rondgepompt vanuit de MLT naar V1, naar de pomp P1, naar V4 en via de warmtewisselaar in de HLT weer terug in de MLT. Het wort in de MLT wordt dus ook tijdens deze spoelfase continu op de juiste temperatuur gehouden. Na time-out van deze spoelfase wordt er weer wort vanuit de MLT naar de kookketel gepompt. Deze cyclus herhaalt zich dus in totaal vijf keer, omdat er vijf spoelfasen ingesteld zijn. Het voortgangsscherm laat dit mooi zien, inclusief de tijden waarop gespoeld is:

HET KOKEN

Na de laatste keer spoelen wordt alle wort uit de maischketel naar de kookketel gepompt. Dit gebeurt in toestand '09. Empty MLT'. In deze toestand wordt ook de brander onder de kookketel op 100 % gezet, zodat alles zo snel mogelijk aan de kook gebracht wordt.

Nadat al het wort uit de MLT naar de kookketel gepompt is, wordt de pomp uitgezet. Het programma detecteert automatisch wanneer er geen wort meer uit de MLT stroomt en zal dan overgaan naar de toestand 'Waiting for Boil (M)'. Het wachten is nu op het bereiken van de kooktemperatuur. Wanneer dit bereikt wordt, wordt de kooktimer gestart. Als er hopgiften gedefineerd zijn in het maisch-schema bestand, dan wordt dit ook aangegeven met piepjes en met een melding op het scherm. Dit gebeurt voor iedere hopgift.

Omdat het wort meestal minimaal 60 minuten moet koken, is dit een handig moment om de mout uit de MLT te halen en de MLT schoon te maken. Ook spoel ik meestal de leidingen door met warm water uit de HLT. Ik zorg dat er genoeg in zit en door de pomp en de kleppen handmatig te bedienen, kan ik een voor een schoonspoelen. Na afloop druk ik op 'A' ('Auto all pumps and valves') en wordt alles weer door het programma geregeld.

HET KOELEN

Als het koken afgelopen is, laat ik het hete wort vijf minuten staan. Dit wordt ingesteld door een vinkje te zetten bij 'Apply time-rest of 5 minutes after Boiling' (Options -> Brew Day Settings... -> Boiling). Hiermee voorkom je dat het filterbed in de kookketel dichtslaat. Advies is dan ook om deze optie standaard aan te zetten. Na deze vijf minuten wordt de volgende toestand, '12. Boil Finished, prepare Chiller (M)' bereikt. Na het indrukken van 'M' zijn er nu twee mogelijkheden, afhankelijk van de optie 'Start Chilling with recirculating through Boil-kettle':

In toestand 35 wordt het wort uit de kookketel gepompt en via de pomp en V6 door de tegenstroomkoeler gepompt. De koelwatertoevoer van de tegenstroomkoeler staat nu nog uit ('Cooling OFF') en de slang van de tegenstroomkoeler wordt in de kookketel geplaatst. Het effect hiervan is dat de tegenstroomkoeler gedurende vijf minuten steriel gemaakt wordt.

Na de timeout van 5 minuten, wordt de koelwatertoevoer van de tegenstroomkoeler aangezet en wordt het wort in de kookketel gekoeld. Dit wordt gekoeld tot de temperatuur, zoals ingesteld bij 'Lower-Limit Temperature for Boil-kettle recirculation' (Options -> Brew Day Settings... -> Boiling). Zet deze temperatuur niet te laag, want onder 65 °C wordt het bevattelijk voor infecties. De temperatuur in de kookketel moet nu gaan dalen, een teken dat de tegenstroomkoeler zijn werk doet. Het koelwater, dat nu flink heet is, kan opgevangen worden om straks gebruikt te worden bij het schoonmaken.

Wanneer deze temperatuur bereikt is, wordt toestand 34 actief en wordt de pomp uitgezet. De slang van de tegenstroomkoeler moet nu uit de kookketel gehaald worden en in het gistvat geplaatst worden. Na het indrukken van een 'M' wordt de nieuwe toestand "16. Chill & Pump to Fermentation Bin'.

In toestand 16 'Chill & Pump to Fermentation Bin' wordt het wort uit de kookketel door de tegenstroomkoeler gepompt en vervolgens naar het gistvat gepompt. De temperatuur van het uitstromende wort kan afgelezen worden bij Tcfc (in dit geval is dat 22.88 °C) en ook het aantal liters dat het gistvat in stroomt kan afgelezen worden (in dit geval was dat 27.3 L). Als de temperatuur van het wort nog te hoog is, kun je of de pomp wat minder hard laten pompen (hier was dat 2.6 L/minuut), of de kraan van het koelwater wat verder open zetten. Wanneer alle wort uit de kookketel gepompt is (dit wordt ook weer automatisch gedetecteerd), is de brouwdag klaar en kan begonnen worden met het schoonmaken van de leidingen en van de kookketel.

EN? HOE WERKT HET?

In één woord: geweldig! Ik heb een aantal kinderziekten moeten overwinnen, zoals een lekkende pomp en niet werkende thermometers, maar het hebben van een pomp is een groot voordeel. Ook het instellen van een bepaalde temperatuur is veel beter te regelen. Ik hoef niet meer met zware pannen te sjouwen waar heet water in zit. Ook hoef ik geen uur meer te wachten totdat het bier gekoeld is, waarna ik nog eens een half uur moet wachten voordat het ook nog eens in het gistvat zit. Ik win dus een aantal uren t.o.v. de situatie in mijn beginjaren. Wat ik zelf ook als een groot voordeel zie, is de flexibiliteit van het computerprogramma. Ik heb het programma zodanig geschreven dat alle parameters instelbaar zijn, zoals bijv. het aantal keer spoelen, of de P, I en D waarden van de regelaar. Eenmaal ingestelde parameters worden automatisch opgeslagen in het Register van Windows, zodat bij opnieuw starten van het programma deze waarden direct weer goed staan. En als ik een keer andere functionaliteit wil, die niet direct met de bestaande parameters te realiseren valt, dan maak ik een update van het brouwprogramma. Inmiddels zijn er zo al heel wat updates geweest!

Behalve dat het goed werkt, moet het ook betrouwbaar werken. De hardware en software is inmiddels zodanig volwassen dat er al vele brouwdagen geweest zijn zonder problemen. Een paar jaar geleden heb ik nog een keer een uitval gehad van een temperatuursensor. Maar dat was het dan ook wel. En zelf zoiets wordt goed opgevangen door de software.

Hier zie je een grafiek die afkomstig is van een log file. Deze grafiek laat zien hoe de verschillende temperaturen veranderen tijdens een brouwsessie. Het programma schrijft iedere 5 seconden alle relevante gegevens naar een log file.

Uitleg van de grafiek:

Wat opvalt aan deze grafiek zijn de golfjes bij de HLT temperatuur (gele lijn). Hier valt aan te zien dat de PID regelaar nog niet goed ingesteld was. Hieronder staat een tweede grafiek, waarin de PID regelaar wel goed staat ingesteld. De HLT temperatuur is in dit geval de dikke blauwe lijn. De rimpelingen, zoals je die nog op de bovenste grafiek kon zien, zijn hier vrijwel volledig weg. De temperatuur wordt in dat geval binnen 0.05 °C stabiel gehouden. Er zijn nog slechts 5 kleine piekjes te zien (rechts in de grafiek). Dat zijn de momenten waarop spoelwater uit de HLT naar de MLT gepompt werd. Maar de PID regelaar heeft totaal geen moeite met deze verstoring, zoals je ziet.

Meer recent heb ik een Python script geschreven om de logfile, die het brouwprogramma maakt, weer te kunnen geven. Ik run het script in Thonny en dat geeft dan de volgende output:

In een logfile zijn meerdere sessies opgeslagen. Ik kies hier sessie 001, omdat dat de sessie van de brouwdag zelf is geweest: van 06:09 tot 14:59 uur. Vervolgens geeft dit python script een aantal interessante zaken weer, zoals de gemiddelde tijd om 1 °C in temperatuur te stijgen: 84.1, 81.5 en 86.0 seconden per °C. In toestand 16 "Chill and Pump to Fermentation Bin" wordt het wort met gemiddeld 3.2 liter per minuut gekoeld en in het gistvat gepompt. Verder worden de starttijd en tijdsduur gegeven van de belangrijkste processtappen. Hierna volgen de grafieken van temperaturen, volumes en toestanden.

Legenda: TsetM = Referentie temperatuur voor de MLT, Tmlt = actuele temperatuur in de MLT. TsetH = Referentie temperatuur voor de HLT, Thlt = actuele temperatuur in de HLT. Tboil = Actuele temperatuur van de kookketel, Tcfc = actuele temperatuur aan de uitgang van de tegenstroomkoeler. Gma_hlt = PID-regelaar output voor de HLT, Gma_boil = PID-regelaar output voor de kookketel

Legenda: Vmlt = Volume in de MLT, Vhlt = volume in de HLT, Vboil = volume in de kookketel.

Legenda: sp_idx = sparge-index, loopt van 0 tot maximaal aantal spoelbeurten, ms_idx = mash-index, loopt van 0 tot max. aantal temperatuurstappen, std = actueel toestandsnummer van toestandsdiagram.

Terug naar boven