Преднагрев и PID. Повышение термостабильности рожковых кофеварок.

Пост обновлен 18 июля 2019 г.

В кофеварках среднего и высшего сегмента с большими латунными бойлерами и группами проблема термостабильности практически решена. Падение температуры в ходе пролива компенсируется теплом накопленным в толстом латунном корпусе бойлера и объемом самой нагретой воды.


Бюджетными кофеваркам не досталось меди и латуни, а есть лишь бойлер из алюминия или в лучшем случае нержавейки — и им проблема термостабильности более чем знакома.


В статье описываются методы повышения термостабильности домашних рожков. Во первых, конечно это pid регулирование, во вторых — преднагрев. Рассмотрим их по отдельности, а так же их сочетание.


Любая кофеварка, независимо от материала бойлера, без pid контроля оснащена термо-реле. Разница температур замыкания и размыкания контактов реле существенна и в среднем в кофеварках составляет 7-12 градусов. В качестве примера приведем иллюстрацию работы термо реле. График показывает изменение температуры во времени для итальянской рожковой кофеварки с латунным бойлером объемом 200мл.


"Температурный серфинг" кофеварок с термо-реле в прогретом состоянии.

В таком варианте пользователю предоставляется широкий диапазон температур, при которых можно начать приготовление. Однако, нужно каждый раз засекать время и ждать достижения нужной температуры от момента выключения нагревателя в верхней температурной точке.


Pid решает задачи установки точной температуры воды в бойлере, а так же ее поддержания во времени. И решает ее очень хорошо, но только лишь до момента начала приготовления.


На просторах популярного видео-хостинга выложено много материалов по pid контроллерам кофеварок (в т.ч. Auber). Из них видно что данные контроллеры хорошо держат температуру лишь в статике, до начала пролива. Во время пролива pid не удается компенсировать снижение температуры в бойлере за счет притока холодной воды вплоть до конца пролива.


Пролив одинарного эспрессо. Saeco Nina PID на 94 градуса. Давление в бойлере на момент начала пролива отсутствует

Немного лучше ситуация будет если перед вставкой подготовленного рожка с кофе сделать небольшой пролив и подождать пока pid догонит температуру. В этом случае в бойлере уже присутствует некоторое давление и после начала пролива в бойлер попадет чуть меньше холодной воды.



Пролив одинарного эспрессо. Saeco Nina PID на 94 градуса. В начале пролива бойлер под давлением около 4-6 атм.

Латунный бойлер, латунная группа и рожок позволяют частично решить данную проблему, отдавая часть своего тепла поступающей в бойлер свежей холодной воде.


При тех же условиях латунный бойлер на 200мл просядет по температуре до 87-89 градусов.


Преднагрев.


Идея предварительного нагрева воды до ее подачи в бойлер не нова, и на кофейных форумах можно встретить довольно много постов о таких доработках машин. Зачастую это пассивный нагрев — добавление отрезка медной трубки между выходом помпы и входом бойлера, обернутого вокруг бойлера и дополнительной теплоизоляцией сверху. Следует заметить, что эффективность пассивного предварительного нагрева будет определяться объемом воды в трубке, а так же временем необходимым на передачу тепла от корпуса бойлера к трубке и нагреву до требуемой температуры. Требуемая температура будет всегда ниже температуры воды в бойлере, т. к. трубка касается бойлера лишь малой частью своей поверхности. При этом, к примеру, медная трубка внутреннего диаметра 5 мм, имеет площадь поперечного сечения в 19.6 мм^2 и объем трубки длиной 1м будет составлять всего около 20мл. Напомним, что пролив на одинарный эспрессо составит около 30 мл и 60мл на двойной.


Активный преднагрев подразумевает установку дополнительного бойлера перед основным.


Тестовый стенд преднагрева

На фотографии показан тестовый стенд преднагрева. В качестве кофеварки использована Saeco Nina, в качестве бойлера преднагрева — проточный термоблок от капсульной кофеварки Krups. Входной и выходной патрубки бойлера Krups оказались достаточно тонкие (около 4.2мм в диаметре) и для присоединения к шлангам высокого давления Нины пришлось выточить и припаять латунные переходники.


Стенд изначально оборудован pid регуляторами для обоих бойлеров, поэтому температуры поддерживаются достаточно точно что и видно на графике.


Красный - температура основного бойлера. Голубой - температура бойлера преднагрева. Сетка по горизонтальной оси - 30 секунд

Для улучшения термостабильности домашнего рожка без pid можно использовать бойлер предварительного нагрева, так же с термо-реле. Это позволит иметь гладкую полку температуры во время пролива. Ее изменение будет плавным в пределах нескольких градусов, без скачков. Так же возможен вариант использования преднагрева с pid на основном бойлере и с термо-реле на дополнительном. В любом случае термостабильность системы будет намного лучше.


Описанные результаты с одновременным применением pid регулирования и преднагрева должны позволить получать напиток по качеству не ниже чем на кофеварке более высокого класса с латунным бойлером и PID при том, что бойлер Нины из нержавейки, а группа алюминиевая.


В теории алюминиевая группа будет хуже отдавать тепло рожку, и на прогрев потребуется больше времени. Однако, при использовании бездонных рожков, где контакт напитка с поверхностью рожка отсутствует, а пятно контакта рожка с корзиной невелико - данную потерю тепла можно не учитывать. В конечном итоге, в данную группу можно установить латунный рожок от Gaggia и на его прогрев потребуется лишь чуть больше времени.


В дальнейшем будет опубликована информация по изготовлению нового корпуса кофеварки и установки в него бойлеров, помпы и всего остального оборудования, т. к. в корпус Нины установить все необходимые компоненты не представляется возможным.


Жду комментарии и предложения. Заинтересованные лица могут обращаться за дополнительной информацией )


p.s. Вспомним физику. Вопрос: Кто может объяснить небольшой рост температуры основного бойлера в начале пролива ? )


С Уважением, А.Лавров

Просмотров: 969Комментариев: 1

©2019 by Кофейный дом Perfetto.