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Upgrade matérielle : Un variateur de fréquence

Il y a environ un mois, ma pompe de moût est morte… J’en ai racheté une autre. Cette pompe est très sollicitée, et génère un débit bien trop élevé dans la plupart des cas. Mais vu qu’elle est ON-OFF, on ne peut que la bridée est fermant des vannes ou en installant un bypass. Dans les deux cas, la pompe force.

2015-11-18 22.49.55Çà m’a décidé à acheter un Variateur de Fréquence, aussi appelé Variable Frequency Drive ou Inverter. C’est un appareil qui génère un signal AC avec un voltage variant entre 0 V et 380 V et une fréquence entre 0 Hz et 400 Hz. Çà permet de faire tourner un moteur à différentes vitesses.

J’ai trouvé cela sur AliExpress, pour la somme de 115 CHF frais de port inclus. J’ai commandé un dimanche tard le soir, et il a été livré le mardi matin par DHL (oui !!! vous lisez bien, j’ai jamais vu plus rapide). Le prix fluctue souvent. Au moment où j’écris cet article, il est plutôt à 140 CHF…

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Assemblage de la cuve matière

La cuve matière, c’est la cuve dans laquelle on crée le moût. Le moût nécessite d’être brassé, en étant maintenu à des températures précises, puis d’être filtré avant de passer en ébullition. C’est cette cuve dans laquelle on fait ces deux opérations. Voici les schéma de ces deux opérations :

Le brassage

SchemaBrassage

Le rincage

SchemaFiltration

La marmite

La marmite de brassage est une marmite de qualité, en Inox brossé 316 (ou 18/10). J’ai percé 3 trous de 20 mm dedans :

  • Deux pour faire passer des vannes à boules
  • Un pour installer une jauge permettant de voir à quelle hauteur est le liquide (et donc, le volume de moût)

Les vannes à boule

Les deux vannes à boule sont montées identiquement à ce que j’avais fait pour la marmite d’ébullition. Celle du bas possède un petit tube permettant d’aspirer jusqu’au fond de la marmite (fabriqué à partir d’une chute du tube de 15 mètres que j’avais acheté pour faire l’échangeur thermique dans la cuve d’eau chaude), et côté extérieur de la marmite, elle est équipée d’un thermomètre.

Celle du haut débouche sur un tuyau silicone de 1,5 m qui offre la possibilité de faire circuler le moût à l’intérieur de la cuve en faisant un petit tourbillon.

Le fond filtrant

Pendant le brassage, comme pendant le rinçage, il faut faire attention à ne pas laisser passer des grains dans les tuyaux et les pompes. Cette fonction est assurée par un fond filtrant. Il s’agit d’un grand disque en Inox 316 découpé au laser qui présente de petites fentes qui laissent passer le moût mais pas les grains.

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Pendant le rinçage, les grains (ça s’appelle « les drêches » à ce niveau la des opérations) reposent sur le fond filtrant et seul un léger filet d’eau vient les noyer. Le but du rinçage, c’est d’extraire le maximum des résidus de sucres. Çà se fait lentement, avec une température plutôt élevée aux alentours de 80°C.  Il faut noter qu’il y a eu pas mal d’études pour trouver la bonne disposition des fentes dans le fond filtrant, afin d’empêcher que ne forme des chemins prioritaires pendant l’écoulement de l’eau de rinçage à travers les drêches.

La jauge

Le montage est assez similaire à ce que j’ai fait pour les vannes à boules, à savoir un trou de 20,6 mm, deux joints et un écrou pour la base. Puis sur cette base, on vient visser un tube de verre de 16″ protégé par un tube d’inox ouvert. Je n’ai rien inventé, j’ai acheté cela tel quel…

C’est très pratique, l’étape suivante sera de le calibrer en versant de la flotte dans la marmite litre par litre (ou 2 litres par 2 litres) et de marquer le tube, afin d’avoir une mesure précise du volume.

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Utilisation

C’est relativement simple. Pendant le brassage, le moût est aspiré par le bas, chauffé par échange thermique dans la cuve d’eau chaude, puis réinjecté dans la marmite de brassage par le tuyau silicone. La force de la pompe permet de créer un tourbillon dans la marmite, met les grains en suspension et remplace donc le brassage traditionnel au fourquet (la grande cuillère qu’utilise normalement un brasseur).

Pendant le rinçage, le moût est laissé reposé pour faire tomber les grains sur le filtre, puis très lentement aspiré par la pompe et mis de coté dans la cuve d’ébullition. En même temps, on envoie très lentement (avec le même débit que l’aspiration) de l’eau chaude depuis la cuve d’eau chaude pour rincer les drêches, et atteindre le volume d’ébullition.

Contrôle et Interface

L’interface

Mon système utilise des boutons et des interrupteurs physiques pour certaines opérations de base : allumer des pompes ou sélectionner lequel des corps de chauffe est actif.  Tout le reste passe par l’interface graphique.

Le logiciel affiché est grandement inspiré du design d’un de ceux que j’utilise chez Cybelec (l’entreprise ou je travaille). Je rappelle qu’on vends des commandes numériques pour presses plieuses, et que je suis en fait edsan train de réaliser une commande numérique pour le brassage de la bière. C’est finalement assez similaire…

Le Raspberry Pi (le micro ordinateur qui est intégré dans mon système) affiche donc le logiciel que j’ai écrit en C#. Ce même  logiciel, en réaction à des actions sur l’interface envoie des ordres à l’Arduino (le microcontrolleur qui actionne/vérifie les entrées-sorties sur mon système) Les deux communiquent ensemble par liaison série.

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Le Raspberry Pi (à gauche) et l’Arduino (à droite), communiquent ensemble par liaison Série (la nappe de câbles jaune-orange-rouge-marron juste sous l’Arduino qui passe par un convertisseur de tension)

L’interface graphique affichée est relativement épurée. On peut éditer des recettes, et les exécuter. Un mode manuel permet de prendre directement contrôle des éléments de chauffe ou des pompes. Et enfin d’autres menus permettent de voir l’état du système (software, hardware et électronique), de le configurer ou de le tester. La plupart des éléments d’interface sont fait pour être touché.

L'interface du BrewManager
L’interface du BrewManager
BrewManagerLogWindow
La fenêtre qui permet de voir le statut des I/Os et du microcontrôlleur.
BrewManagerPIDTuning
La fenêtre affichée lorsqu’on souhaite tuner les paramètres de l’algorithme de régulation des corps de chauffe.

Deux principaux modes de travail sont disponibles (directement empruntés au monde des commandes numériques pour machines industrielles) :

  • Le mode manuel qui permet de commander tous les éléments individuellement
  • Le mode automatique qui exécute un programme de brassage bien défini, et évite donc de rentrer des valeurs à la main.

Le mode manuel est parfaitement fonctionnel pour exécuter un brassage de A à Z. On peut choisir d’activer ou de désactiver les pompes, et sélectionner les modes des deux corps de chauffe. On a aussi accès à un compte à rebours qui permet de faire sonner l’alarme au bout d’un certain temps. Et le tout en gardant un œil sur les 5 sondes de températures.

Le mode manuel du BrewManager.
Le mode manuel du BrewManager.
Vous allez me dire : « mais pourquoi un mode automatique ??? »

Tout simplement parce que mon objectif est d’intervenir le minimum sur le processus de brassage. Mon rêve serait de programmer la recette, d’appuyer sur Start, et de revenir 6 heures plus tard pour mettre les levures et fermer la cuve de fermentation. Mais, çà c’est l’objectif à moyen terme (cet été ??)…

Pour l’instant, je voudrais au moins pouvoir programmer par exemple  :

  1. Atteindre 55°C, faire sonner l’alarme (pour m’indiquer de transférer l’eau et le grain, puis de brancher les tuyaux correctement pour le brassage).
  2. Commencer à brasser en actionnant les deux pompes et en exécutant ces palier de températures:
    1. 20 minutes à 55°C
    2. 20 minutes à 62°C
    3. 30 minutes à 68°C
    4. 10 minutes à 74°C
    5. Puis sonner l’alarme pour m’indiquer de faire la phase de rinçage.
  3. etc.

Avoir un mode automatique permet donc de réaliser les paliers sans mon intervention. En mode manuel, il me faudrait choisir la température, programmer l’alarme, puis une fois que celle-ci sonne, il me faudrait alors revenir programmer la température suivante et le compte à rebours.

J’ai identifié 6 phases principales, et chacune aura son menu :

  1. La phase de remplissage de la cuve d’eau chaude avec de l’eau (froide) qui vient du robinet (quelques minutes)
  2. Le préchauffage de l’eau chaude dans cette même cuve (quelques minutes)
  3. Le transfert d’une partie de l’eau chaude dans la cuve de brassage (quelques minutes)
  4. Le brassage à proprement parler (de une à deux heures)
  5. Le rinçage des drêches (les restes des grains de malt qui doivent être lavés avec de l’eau très chaude pour en extraire le reste des sucre). Cette phase est lente et réalise le transfert du moût depuis la cuve de brassage vers la cuve d’ébullition.(de une à deux heures)
  6. Et enfin l’ébullition (de une à deux heures)

Actuellement l’interface graphique du mode automatique n’est pas encore complètement finalisée, mais en voici une ébauche pour la phase 2 et la phase 3:

L'interface affichée en mode automatique pour préchauffer l'eau de la cuve d'eau chaude.
L’interface affichée en mode automatique pour préchauffer l’eau de la cuve d’eau chaude.
L'interface affichée en mode automatique pour transférer l'eau depuis la cuve d'eau chaude vers la cuve de brassage.
L’interface affichée en mode automatique pour transférer l’eau depuis la cuve d’eau chaude vers la cuve de brassage. On remarque que le système calcule automatiquement la durée de transfert en fonction de la quantité et du débit de la pompe.

Il me faudra encore quelques heures de travail pour finaliser cela correctement.

Le contrôle

Le contrôle est assuré par l’Arduino. Ce dernier est programmé en C++. Je ne vais pas rentrer trop dans les détails d’architecture logicielle, mais je vais tout de même présenter les aspects « régulation ». La régulation c’est par exemple, « faire chauffer » ou non le corps de chauffe pour maintenir une température mesurée par une sonde.

Un des avantages de programmer moi-même l’Arduino, c’est que je peux vraiment faire ce que je veux avec. Un Arduino ne coûte que quelques sous (5 environ), et me permet de remplacer trois éléments (2 PID + Chrono) dont le prix est bien plus élevé. En plus c’est plus marrant et plus gratifiant.

Le PID pour les corps de chauffe

Le PID, dans un langage d’automaticien, c’est (pour faire simple) un bloc qui prends en entrée une valeur X et qui fait varier une sortie Y. En principe, les variations sur Y sont supposées influer sur X. Le but du PID est de s’assurer que X prenne la valeur que l’on souhaite qu’elle prenne (le X visé). Y’a plein d’applications possibles. Voici des exemples:

  • Dans mon cas, le X, c’est la température de la cuve en °C (entre 10°C et 100°C), et le Y, c’est la puissance à appliquer sur le corps de chauffe en Watts (entre 0 W et 6000 W). Je souhaite que la cuve soit à une température précise X visé, et le PID se charge de trouver la puissance Y pour atteindre rapidement ou maintenir précisément cette température. Le PID va automatiquement prendre en considération la dissipation thermique.
  • L’exemple historique se trouve dans la marine, et dans les auto-pilotes. Un bateau  doit généralement maintenir un cap précisément (c’est le X visé). Une boussole lui fournir le X. Le PID calcule la position du gouvernail pour maintenir le cap sur X visé. Le PID va automatiquement prendre en considération le vent ou les courant qui font dévier le cap.

Trois paramètres (gains) influencent le PID :

  • Le gain proportionnel P, qui prends l’erreur et calcule un Y. Dans mon cas, c’est 1 kW par dizième de degré. (Si la température mesurée est trop basse par rapport à celle visée de 0.3°C, on applique 3 kW sur le corps de chauffe)
  • Le gain intégral I, qui prends en compte le cumul des erreurs précédentes et le multiplie par I, puis l’ajoute au résultat des calculs précédents. Son but est de maintenir une certaine puissance de maintien lorsque l’erreur est nulle.
  • Enfin, le gain dérivé D, qui prends en compte la pente des erreurs précédentes. Son but est de tenir compte de la dynamique du système dans les phase ou l’on minimise cherche à atteindre une nouvelle température visée.

Le PID est principalement utilisé pour chauffer l’eau de la cuve d’eau chaude. Dans la cuve d’ébullition mes premiers tests ont montré que le manque de brassage d’eau faisait que la température n’était pas homogène au sein de la cuve. Donc réguler sur une température arbitraire n’aurait pas vraiment de sens. C’est pour cette raison que je contrôle la cuve d’ébullition directement en puissance, en appliquant directement la valeur qui maintient une ébullition constante et suffisante (autour de 4 kW selon mes premiers tests).

Les pompes

Je ne régule pas les pompes à proprement parler, vu que je ne vérifie pas la quantité de liquide pompé (ceci viendra plus tard). Par contre, mon système me permet de calculer le débit dans des situations courantes, comme par exemple le passage de l’eau depuis la marmite d’eau chaude vers la marmite de brassage. A terme je souhaite que les volumes soient automatiquement gérés et que je n’aie pas à les mesurer systématiquement.

Conclusion

C’est vraiment cette partie qui me distingue de tout ce que les autres ont fait. Et y’a encore beaucoup de place pour des améliorations. Mais on verra surement ce qu’il faut faire en priorité après un ou deux brassages…

Construction de l’armoire électrique (partie 2)

Dans la première partie de cet article, je m’étais concentré sur la réalisation de la platine arrière. Dans cette seconde partie, c’est du panneau avant qu’il est question.

Le panneau avant contient les éléments avec lesquels j’interagirai. Grosso-modo, je dois pouvoir :

  • Allumer le système. J’ai choisi un interrupteur à clef pour cela.
  • Allumer les pompes. J’ai choisi des switch à deux positions.
  • Sélectionner quel corps de chauffe est actif (ou aucun des deux). Ceci est une sorte de sécurité qui m’empêche d’activer les deux corps de chauffe en même temps.  Un switch à trois position tient ce rôle.
  • Et j’avais envie d’un bouton rapidement accessible, pour diverses actions. Arrêter l’alarme, quittancer des erreurs ou des événements.
  • Et surtout, je dois pouvoir brasser. Toutes ces opérations passent par l’utilisation de l’écran tactile.

Je voulais aussi voir directement plusieurs informations :

  • Si le système est allumé. Ceci passe par une lampe.
  • La tension de la phase 1, et l’ampérage qui est tiré dessus. Grâce à deux afficheurs à 4 chiffres.
  • Si les deux pompes sont activées ou non. Grâce à des lampes témoins.
  • Si les corps de chauffe chauffent 🙂 … Encore avec des lampes.
  • Si il y a une erreur ou quelques actions à exécuter. Et çà, je veux non seulement le voir, mais aussi l’entendre… Donc une alarme.
  • Pour tout le reste, il y aura l’écran.

Une fois tous ces éléments identifiés, j’ai cherché à les disposer élégamment :IMG_0364

Puis j’ai passé quelques heures à percer des trous ronds. Ce qui est faciles car les forêts sont ronds. Et des trous rectangulaires… ce qui l’est beaucoup moins car je n’ai pas trouvé de mèches rectangulaires…IMG_0371

Donc, on doit aussi se servir de la scie sauteuse et au final on arrive à çà :IMG_0378

Ensuite, j’ai fait un coup de peinture, puis j’ai fixé les divers éléments :IMG_0383

Et enfin j’ai réalisé le câblage à l’arrière du panneau avant:IMG_0386

Il reste donc à finaliser ce boitier en assemblant toutes les parties ensemble. (Désolé pour la qualité de cette photo, une meilleure suivra…)2015-01-27 07.42.13Et là.. vos yeux avertis se demanderont ou est passé le Raspberry Pi ??? et bien il a grillé :(… Un mauvais schéma au niveau de l’électronique de mon ampèremètre l’a fait grillé. Au passage, il a envoyé 240V sur la ligne de 5V. Le Raspberry Pi na pas survécu, et en a aussi profiter pour griller l’écran 🙁

Petit contretemps donc… J’ai déjà tout racheté mais il faudra le temps que çà arrive.

 

Construction de l’armoire électrique (partie 1)

L’armoire électrique est le cœur de mon système. Elle joue plusieurs rôles :

  • Fournir la puissance au divers éléments électriques
  • Réagir aux diverses actions de l’utilisateur (moi)
  • Assurer la protection de l’ensemble du système et des gens qui sont autour

J’ai cherché à la rendre simple d’utilisation et assez facilement modifiable/reconfigurable. Vu que je ne m’y connais pas vraiment en électrique industriel, j’ai câblé çà à partir de conseils et de ce que je pu observer lors de mes divers déplacement professionnels.

La mécanique

Je suis parti d’un gros boitier électrique en acier de dimension 400 mm par 400 mm par 300 mm de profondeur. Sur la plaque arrière, j’ai installé les divers éléments électriques sur des rails DIN. Comme je manquais un chouia de place sur la plaque, j’ai aussi intégré des rails DIN directement à l’intérieur du boitier, pour accueillir les relais statiques (SSR). Au passage, cela améliore la dissipation thermique.

IMG_0264

La trappe du fond du boitier supporte la prise électrique générale, les 2 prises IEC 60309 pour les deux corps de chauffe, les prises euro pour les deux pompes, et les cinq connecteurs GX16 pour les sondes de température.

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La porte avant du boitier supportera les divers éléments électriques avec lesquels on peut interagir, à savoir clef de contact, lampes témoins 240 V, interrupteurs 2/3 positions, alarme, bouton. Il y aura aussi l’écran tactile qui présente l’interface graphique.

Le câblage

Pour le câblage, j’ai d’abord dessiné le schéma électrique. Ceci m’a permis d’identifier le matériel dont j’avais besoin et surtout de comprendre la façon dont on doit câbler une armoire électrique (éviter de sectionner le neutre, isoler certains composants, connecter les 0V DC à la masse, etc.).

ElectricalSchema

J’ai ensuite commandé une partie du matériel. Puis Electropoint à Lausanne-Venne m’a gracieusement fourni le reste (contre des bières !). Au passage, je recommande vivement ce magasin qui fournit tout ce qui est nécessaire pour l’électricité industrielle (et domestique) pour des prix similaires à ceux que j’ai eu en Chine ou aux Etats-Unis. Je regrette juste de n’y être rentré qu’après avoir déjà commandé pas mal de trucs.

Une fois le matos sur la table, et le schéma fait, il faut trouver comment le disposer sur la plaque arrière correctement afin de minimiser les câbles. Çà m’a donné çà :

IMG_0185

En haut, les 2 alimentations 5 V (maintenant, il y en a une de 12 V en plus). Sur la plaque verte l’Arduino, le Raspberry Pi et une carte avec 4 relais. En bas, les 3 contacteurs à trois-pôles. Et éparpillé au milieu de tout cela : de simples bornes avec des ponts.

Plusieurs heures de câblage plus tard, on obtient cela : IMG_0276

A ce stade, la prise n’a encore jamais été branchée. Et donc, on espère que le schéma sur le papier est bon. Je vous rassure tout de suite : tout s’est bien passé ! Vous remarquerez que j’ai choisi de tout câbler de la même couleur et de numéroter chaque fil (tout est en jaune, oui, j’ai appris par la suite que c’est une des couleurs interdites, car anciennement réservée au neutre). C’est bizarre de dire cela mais l’avantage c’est que c’est contraignant ! çà oblige à faire systématiquement attention car plus de la moitié de ces fils sont des phases, et donc à ne pas se fier bêtement à une couleur. Çà permet de n’acheter qu’une seule couleur aussi !

J’ai donc commencé par relier tous les câbles de puissance (ceux qui ont l’air bien organisé), puis ensuite tous les petits câbles de contrôles. Vous l’aurez remarqué, c’est encore le bordel à ce niveau là.

Voici quelques « photos détails ». Les deux contacteurs pour la puissance des corps de chauffe :

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Leur fermeture (laisse passer le courant) est commandé par un seul switch à trois positions. 1 – Gauche fermé, 2 – les deux ouverts, 3 – droite fermé. Ceci permet de les rendre électriquement mutuellement exclusif et donc même en cas de bug de mon logiciel de contrôle, je suis certain de ne jamais avoir les deux corps de chauffe qui chauffent en même temps (ce qui fera disjoncter le tout). Au dessus, et à droite des deux contacteurs, on voit le rack de bornes sur lequel on viendra connecter les six relais SSR qui sont suspendus en haut du boitier (voir la première photo de l’article).

Voici une photo de ces 6 relais fixés sur leurs radiateurs :

IMG_0215

Voici une photo montrant le contacteur général commandé par un switch à clé :

IMG_0279

La plaque de contrôle du système (décrite ci-dessous) :

IMG_0280

Le panneau avant

Pour l’instant, afin de tester mon câblage, mon « Panneau Avant » c’est çà :

IMG_0288

La partie « contrôle »

Le contrôle est principalement assuré par un élément : un microcontrôleur ATmega 328P, fabriqué par Atmel, qui est le cœur de la plateforme Arduino. Cette plateforme définie tout ce qu’il doit avoir autour de ce microcontrolleur et « normalise » aussi la forme du petit circuit imprimé sur laquelle il est posé et des pâtes de fixation. En voici deux en photos : un Arduino UNO R3 (fondu dans un flou artistique), et un Arduino Nano que j’utilise dans la brasserie. Techniquement ils sont équivalents, seul le facteur de forme change:

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Le ATmega 328P est un microcontrôleur programmable au même titre que le processeur de votre PC ou de votre smartphone. Il est  cependant beaucoup moins rapide et puissant (1000 fois moins ?? dur à juger). Par contre, contrairement à un processeur (et c’est en partie la que se joue la différence de terminologie), il a la possibilité de commander des signaux et possède une vingtaine d’entrées-sorties qu’on peut utiliser/programmer à notre guise. Et c’est justement pour cela que je l’utilise. Dans mon cas, j’ai :

  • Trois entrées qui sont commandées par des boutons (2 boutons pour les pompe, 1 pour arrêter l’alarme). D3-D4-D5.
  • Une entrée qui est utilisée pour lire les valeurs des 5 sondes de températures, relié à D6.
  • 3 sorties utilisées pour commander les relais à faible puissance (ceux des pompes et de l’alarme). D9-D10-D11-D12
  • 2 sorties utilisées pour commander les deux triplettes de relais statiques pour les corps de chauffe. D7 et D8.
  • 1 couple entrées/sorties pour communiquer avec mon PC (ou avec le Raspberry Pi qui est dans l’armoire). D1 et D2.

Voici une photo de l’Arduino intégré dans mon système :

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Le programme qui tourne en permanence analyse les variations des entrées pour activer des sorties. Exemple : si j’actionne l’interrupteur de la pompe 1, j’ai un signal d’entrée (le D3, sur mon schéma) qui passe de 0 V à 5 V (ou inversement), mon programme le détecte et sait qu’il faut donc actionner le relais de la pompe 1 en mettant 5 V (ou 0 V) sur la sortie D11. Un example plus compliqué : Si je veux 45°C dans la marmite HLT et que la sonde de cette même marmite lit 44°C (en faisant transiter cette information sur le fil D6), mon programme sait alors qu’il faut qu’il faut chauffer un peu et donc activer la triplette de relais statique branchée sur le signal D7 (cependant mon programme fait cela intelligemment et prends en compte l’inertie du corps de chauffe, la constante de temps dans la prise de mesure, etc).

Le second élément pour le contrôle du système est le Raspberry Pi :

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C’est grosso modo un PC, avec un tout petit processeur (un ARM à 950Mhz), un peu de mémoire (512 Mo), un « disque dur » qui est en fait la carte SD qu’on voit en bleu sur la photo (8 Go). Il y a un système d’exploitation Linux. On peut y brancher des claviers/souris par les ports USB et un écran sur le port HDMI. En bonus par rapport à un PC, il y a quelques entrées-sorties digitales. Je me sers d’ailleurs de deux d’entre-elles pour réaliser la communication série avec le petit Arduino.

Ce mini-pc sera connecté à un écran tactile et fera tourner une petite interface graphique permettant de contrôler les différentes étapes du brassage. Ceci fera l’objet d’un autre article prochainement.

Verdict

C’est encore à tester… Certaines choses sont bien faites, d’autres moins. Y’a beaucoup de place pour des améliorations, mais on verra çà à l’utilisation…

Assemblage de la cuve d’ébullition

Dans le processus final, c’est la dernière cuve à être utilisée. Mais, c’est celle que j’ai voulu terminer en premier, car elle me permettait de brasser à partir de kit de malt industriel comme je le faisais avant, mais en plus grosse quantité.

Je rappelle le schéma de principe de l’ébullition qui présentent les divers composants utilisés :

Schema d'Ebullition

On peut voir que j’ai besoin :

  • d’une marmite avec un corps de chauffe, un capteur de température, et un filtre à houblon
  • d’une pompe
  • d’un échangeur thermique à plaque

Ces divers éléments sont décris plus bas…

La marmite

La marmite d’ébullition est une marmite de 70 litres, en INOX 304 (ou 18-8) avec une paroi d’environ 0.8mm d’épaisseur. J’ai dû percer trois trous pour passer les divers eléments. Un trou de 62mm de diamètre pour le corps de chauffe. Et deux de 13/16″ (soit environ 20.6mm) pour faire passer la vanne et la sonde de température.

La vanne à boule

Pour fixer la vanne à boules dans la cuve, j’ai utilisé une technique d’assemblage sans soudure. L’idée est d’étanchéifier grâce à un joint torique. D’utiliser une rondelle pour éviter de trop comprimer le joint, et pour rendre le montage rigide. Le raccord à compression sert à serrer à l’intérieur de la marmite, et l’écrou à l’extérieur. Je me suis inspiré de la technique et des composants utilisés par Electric Brewery.

Voici les éléments en vrac, puis un schéma, puis la vanne une fois assemblée :

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VanneMontage

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Les filetages utilisés sont coniques et ont l’avantage de faire l’étanchéité en serrant. Mais j’ai remarqué qu’il fallait serrer comme une brute. Il y a deux grands standards de filetage dans le monde. Et j’ai choisi de prendre des vannes avec un standard de plomberie américaine, le NPT. Et ce, malgré le fait que chez nous, en Suisse et en Europe, on soit au filetage gaz. Electric Brewery détaille très bien les composants utilisés et n’y connaissant rien, j’ai préféré commander sur internet la même chose. Mais malheureusement, cela ne m’a pas évité de mauvaises surprises. Les tolérances dans la norme du filetage NPT sont très larges. Deux mêmes produits achetés au même moment et au même endroit ne sont pas vraiment pareils : il peut y avoir deux tours de serrage de différence. Autre exemple, un écrou de 1/2″ NPT va parfois faire 7 mm d’épaisseur, et parfois 9 mm…

Mes premiers tests d’étanchéité ont tous échoués jusqu’à ce que je trouve la bonne technique :  8 tours de bande téflon, un serrage des divers éléments dans un certain ordre (d’abord l’écrou sur le tube fileté, puis la vanne, puis de nouveau l’écrou et encore la vanne, puis l’assemblage sur la marmite), mais surtout 200 Nm de couple de serrage, soit le maximum que mes petits bras me permettent d’appliquer avec des clefs plates de 35 cm.

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La sonde de température

Le montage de la sonde de température est détaillé dans un autre article. L’assemblage dans la marmite est réalisé grâce à un raccord à compression fabriqué sur mesure en Chine chez Hikelok. Le raccord permet de glisser et de serrer un tube de 6 mm de diamètre, et présente un filetage 1/2″ NPT qui me permet de le fixer sur la marmite de la même manière que les vannes à boules.

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Le corps de chauffe

Le choix du corps de chauffe était un des points cruciaux de l’installation. Pour ceux que çà intéresse voici quelques calculs :

  1. Une (petite) calorie de symbole cal. est une unité d’énergie pratique pour nos besoin qui vaut 4.18 Joules.
  2. 1 cal, c’est la quantité d’énergie nécessaire pour faire monter la température d’1 gramme d’eau (1 millilitre) de 1 degré Celsius. Il faut donc 1000 cal pour faire monter la température d’1 litre de 1°C.
  3. J’ai environ 80 litres d’eau à chauffer (le cumul des 40 litres de la cuve d’eau chaude qui eux-mêmes doivent chauffer les 40 litres de moût qui sont dans la cuve de brassage).
  4. En général les paliers de température font des bonds de 5°C. Ces bonds doivent être le plus rapide possible.
  5. A chaque bond je dois donc fournir 1000 * 80 * 5 = 400’000 cal d’énergie, soit 1.67 millions de joules.
  6. 1 Watt, c’est un joule par seconde.
    • Avec un élément de chauffe de 1 kW (un grille-pain), il faudrait donc 1670 secondes pour apporter les 1.67 millions de joules, soit presque 30 minutes.
    • Avec une bouilloire de 2.4 kW, il faut 700 secondes, un peu plus de 11 minutes.
  7. Bien que 10 minutes reste acceptable, l’idéal est un bond qui prends moins de 5 minutes, soit 300 s et pour cela il faut donc 5600 W, ce qui est une relativement grande puissance pour une installation domestique. (Un gros four puissant, c’est 3500 W et une bonne plaque électrique  à induction c’est 5 kW)

Prenons donc une puissance de 5,6 kW. Sur une seule prise électrique 240 V, c’est 24 ampères !!! Çà dépasse la plupart des normes suisses qui sont à 16 A. J’ai donc du chercher des corps de chauffe triphasés, qui me permettraient de monter en 400 V ou d’utiliser les 3 phases de la maison. C’était la principale contrainte dans la recherche du bon matériel de chauffe…

Une seconde contrainte s était de trouver des corps de chauffe dont la dissipation surfacique étaient faible. J’ai lu, çà et là, qu’il ne fallait pas dépasser 100 W par pouce carrée et même idéalement 50 W/pouce², soit 7.5 W/cm², car il y a des risque de caramélisation. En clair : le corps de chauffe doit être le plus grand possible ou le plus entortillé possible, bref, doit présenter une surface maximale.

Une troisième contrainte était la taille : il devait pouvoir rentrer dans une marmite de 45 cm de diamètre. Et le type de filetage devait être suffisamment standard pour que je puisse m’approvisionner en matériel pour la fixation de l’élément dans la marmite.

Une quatrième contrainte était le matériaux qui devait être résistant aux acides (car le moût est acide).

Et enfin, dernière contrainte : le prix, que je voulais raisonnable. Un brûleur à gaz équivalent en terme de chauffe (donc d’environ 12 kW, car le gaz a un mauvais rendement) coûte environ 150 CHF. Il fallait qu’un corps  de chauffe ne soit pas exagérément plus cher que çà. J’en ai trouvé dans des magasins industriels français qui semblaient correspondre en partie à mes attentes pour environ 300 euros par pièce d’après catalogue. Mais on n’a jamais daigné me répondre car je ne voulais en acheter que deux…

Au final, j’ai dialogué directement avec un fabricant chinois, Detai Heater, qui m’a fait les deux éléments plus ou moins sur mesure, après un échange de 15 mails :

  1. 6000 W réparti en 3 éléments 240 V de 2000 W pour « seulement » 9 A par phase.
  2. 800 cm carré d’élément de chauffe, donc 7.4 W/cm².
  3. 41 cm de longueur en cuve, avec un pas de vis en 2″ NPT (norme américaine un peu pénible)
  4. Tout en Inox 316
  5. Pour la modique somme de 50 CHF par pièce + 60 CHF de livraison (çà pèse 4 kg tout de même).

Toutes les contraintes sont donc parfaitement remplies. Et le mieux, c’est que j’ai vraiment tout reçu sans problème environ 3 semaines après paiement… Pour l’instant, je suis entièrement satisfait.

Chose marrante : le vendeur m’a aussi indiqué que si je les voulais en grosse quantité, fallait que je me gaffe car ils étaient limités à une capacité de fabrication de 10’000 pièces par semaine… J’ai dis que « d’accord, j’allais prendre cela en compte » 🙂

En voici un. On ne se rend pas vraiment compte, mais çà fait environ 2 kg et 40 cm de long :

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Pour fixer le corps de chauffe dans la cuve, j’ai aussi utilisé une technique d’assemblage sans soudure. J’ai donc du trouver un o-ring (un joint torique en bon français) de 2-1/4″ (environ 60 mm), un écrou de 2″ NPT et une rondelle de diamètre interne 67 mm et de 2 mm d’épaisseur en Inox 316. Mon problème fut la rondelle dont la dimension n’est de loin pas standard ! Il fallait la faire sur mesure… Heureusement une connaissance d’un ami qui travaille chez Bystronic, société suisse, un des 4 plus gros fabricants mondiaux de machines pour le travail de la tôle (et donc de découpeuses laser) m’en a découpé 3 sur mesure, gratuitement (pour quelques bières) !

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 Assemblage dans la marmite

Le trou de 62 mm dans la marmite a été percé par un professionnel : Mr. Jovica Sojic à Yverdon (encore une fois en échange de quelques bières), ainsi que les trous dans le boitier qui alimente le corps de chauffe.

Les deux trous de 20 mm ont été percés par moi, grâce à une perceuse à colonne et un forêt au Cobalt de 10 mm, puis un emporte pièces de 13/16″.

Voici les éléments en place dans la marmite:

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Pour visser l’écrou du corps de chauffe, Mr. Sojic m’a prêté sa pince multiprise. Elle est un chouia plus grosse que les miennes !

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Le filtre à Houblon

Mon filtre à houblon est un modèle américain bien réputé. Il viendra se fixer dans la cuve grâce au raccord à compression qui sert à tenir la valve en place.

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La pompe

La pompe est un modèle Novax 20 de chez Rover à entrainement magnétique, équipée d’un joint au Viton® qui résiste aux hautes températures.  Elle fait environ 350 W, et pompe 1700 litres par heure.

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 L’échangeur thermique à plaque

Et enfin, avant de mettre en cuve de fermentation, il faut refroidir rapidement le moût de 90°C jusqu’à 20°C. Ceci est réalisé par l’échangeur à plaque. Celui-ci possède un circuit d’eau froide et un circuit pour le moût. Le moût transfère sa chaleur à l’eau qui ressort chaude. Il faut à priori 20 minutes pour transférer 40 litres.

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 Premiers tests

Tout prochainement…

Construction des sondes de température

J’ai besoin de 5 sondes. J’ai choisi de les fabriquer à partir d’un petit composant de chez Maxim : le DS18B20. Il est archi-connu et présente les caractéristiques que je recherche : pas cher (environ 1 dollar pièce si on les achète par 10) précis entre 0°C et 110°C, et relativement simple à mettre en oeuvre avec le microcontrolleur que j’utiliserai. Et c’est un petit composant d’environ 5mm avec trois pattes, donc il ne prend pas trop de place…

Vous pouvez les voir au milieu de cette photo au milieu de colle et de pate thermique et des thermowell dans lesquels ils seront glissés. Les thermowell sont de simples petits tubes d’inox creux, fermé d’un coté… Ceux-ci font 100mm par 6mm.

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Je soude donc les DS18B20 sur un cable à 3 conducteurs (4 en réalité, mais bon…) :IMG_0193IMG_0195

Et les fixe à l’autre bout sur un connecteur M12.IMG_0196

Une soirée télé plus tard, j’ai mes cinq sondes :IMG_0198

Ces cinq sondes se glisseront dans les raccords à compression que j’ai fait fabriquer en Chine. 3 serviront à mesurer les températures internes des cuves, et 2 serviront à mesurer la température des flux de liquide dans la cuve d’eau chaude et dans la cuve de brassage.

Réception du matos pour la brasserie

Ca y’est ! j’ai reçu la plupart du matos nécessaire… Je vous poste quelques photos.

Pour commencer, les marmites de 70 litres. J’en ai pris 2 « pas chères » à 100CHF pour la cuve d’eau chaude et la cuve d’ébullition, et une « chère » à 280 CHF pour la cuve de brassage. Ce qui les distingue, c’est l’épaisseur de l’inox et leur fabrication. Les deux minces auront un corps de chauffe à l’intérieur.

Une des deux fines…2014-11-16 14.00.37

La plus épaisse, avec l’accessoire qui va bien pour se rendre compte de la taille :IMG_0159

Voici maintenant quelques images du matos de « plomberie », à savoir des vannes à boule, des raccords, des écrous, des joints, et autres petits accessoires qui pèsent lourd : IMG_0167

Ces petites pièces en INOX 316 ont été faite « sur demande » en Chine. Elle servent à serrer des tubes. Je suis impressionné par la qualité.IMG_0174

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J’ai aussi commandé un boitier étanche destiné à recevoir le tableau electrique :IMG_0170

Et j’ai commencé à réaliser le cablage du tableau (merci à Electropoint.ch pour la fourniture de la plupart de ce que vous voyez sur cette photo) :IMG_0185

Pour percer mes marmites, j’ai utilisé une perceuse à colonne avec des mèches au cobalt, puis un emporte-pièce de 13/16″. Il faut 10 minutes pour faire le premier trou de 10mm avec la perceuse (il fallait 30 minutes avec des « simples » mèches HSS). Puis environ 2 minutes avec l’emporte-pièce pour finir le travail à la main ! C’est magique…

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Voici aussi quelques photos du tube inox 316 de 15 mètres qui circulera au milieu de la cuve d’eau chaude. Je l’ai recu avec un diamètre de 75cm, et je l’ai recourbé à la main avec un diamètre de 35cm. Ca m’a pris 3 fois une heure (de muscu) pour faire cela… A postériori je me suis rendu compte que j’aurais pu le faire faire pour une cinquantaine de dollars à l’endroit ou je l’ai acheté (ce qui double le prix du tube)… Et non vous ne rêvez pas, il n’est pas plié parfaitement…IMG_0178

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Voila, d’autre photos suivront tout prochainement…

 

 

Appel aux « dons » pour la brasserie Alereno

Çà y’est l’appel de dons est lancé… Si vous êtes là, sur ce site, c’est probablement que vous l’avez reçu.

I’appel est déjà fermé (30 novembre 2014)

Je pars du principe que :

J’ai finalement récolté :

2850CHF

J’ai besoin de soutien financier. Mon installation va chercher dans les 3000 francs. Par contre, je ne demande pas la charité à 100%. M’inspirant fortement des techniques de financement participatif qu’on fleurir voit un peu partout actuellement, je souhaite rétribuer vos dons… en boisson !!!

Ci-dessous, un petit tableau présentant diverses options pour les dons. Chacune comprends une inscription à une newsletter ainsi qu’un droit de vote sur le style des bières brassées.

Je te donne…

En retour j’ai…

20 CHF

DonsOption0

  • L’inscription à la newsletter qui donne le droit de voter le style des bières brassées.
  • Une invitation à l’inauguration et à d’autres Events de la brasserie Alereno.org (avec forcément des dégustations).

PS : Si vous ne pouvez pas venir le jour de l’inauguration, je mettrais tout de même de côté les bières que vous auriez pu boire ce jour-là…

50 CHF

2.70CHF / 33cl

DonsOption1

  • L’inscription + l’invitation…
  • Plus : 6l de bière que Reno choisira parmi les 10 premières cuvées…

100 CHF

2.20CHF / 33cl

DonsOption2

  • L’inscription + l’invitation…
  • Plus : 15l de bière que Reno choisira parmi les 12 premières cuvées…

200 CHF

1.90CHF / 33cl

DonsOption3

  • L’inscription + l’invitation…
  • Plus : 5l de bière à choisir parmi les cuvées existantes (pour comprendre les styles).
  • Et surtout : La possibilité de venir faire deux cuvées avec moi, et d’imposer 2 recettes, puis de repartir avec 15l de chacune de ces recette (quelques semaines plus tard).

500 CHF

1.85CHF / 33cl

DonsOption4

  • L’inscription + l’invitation…
  • Plus : 10l de bière à choisir parmi les cuvées existantes (pour comprendre les styles).
  • Et surtout : La possibilité de venir faire une cuvée avec moi, et d’imposer 4 recettes, puis de repartir avec 20l de chacune de ces trois recettes (quelques semaines plus tard).

Les pseudos conditions générales

  • Il est bien évident que tout ce qui est mentionné ci-dessus, c’est ce que je m’engage à vous donnerau minimum. Si ça tourne bien, ou que je reçois l’intégralité des 3000 CHF dont j’ai besoin en dons, je donnerais plus de bières à tout le monde.
  • Je vais me fixer de vous fournir les bières en 2015 (à partir de mars), probablement réparti en plusieurs fois. Si je reçois les 3000 CHF de dons, ça voudra dire que je devrais probablement fournir 400l de bière à mes donateurs, ce qui veut dire qu’il faudra que je brasse environ 600l sur 2015, ce qui signifie une fois par mois au minimum. Je pense pouvoir tenir ce rythme.
  • Il est aussi bien évident que si vous choisissiez de ne rien donner (ce que je comprendrais tout à fait), cela ne signifiera pas que je ne vous offrirais jamais des bières!
  • Si vous souhaitez me verser des montants différents (notamment plus élevé !), vous pouvez aussi…
  • Ces dons ne sont PAS déductibles de vos impôts !
  • Il y aura une consigne sur les bouteilles et les caisses que je vous fournirais.
  • Si le projet ne se fait pas ou ne démarre pas, car on n’a pas atteint la limite de don, vous n’aurez bien évidemment rien à verser.

Vous préférez aider ?

Pas de souci ! Si vous pensez aussi avoir des compétences, ou si vous avez de l’outillage que je pourrais emprunter (emporte-pièces, perceuse à colonne), ou si vous pouvez me fournir du matos d’électricité ou d’électronique (contacteur, câbles de puissance, disjoncteur FI) je serais aussi très intéressé et je vous ferais rentrer dans une des catégories de don ci-dessus en fonction du service rendu …

 

Les documents pour le projet de brasserie sont en ligne

Je vais bientôt lancer ma levée de fonds.

J’ai mis en ligne plusieurs documents qui peuvent en intéresser certains. J’attends d’ailleurs des retours 🙂

Le schéma général des éléments constituants la brasserie

Schéma Mécanique

Le schéma électrique de l’armoire de contrôle

Schéma Electrique

Le projet détaillé en PDF

Projet de Brasserie en PDF (500 Ko)

Le site web qui m’a inspiré

Une ressource en anglais d’une qualité inestimable.

TheElectricBrewery