Den perfekte monitoren for gjærlåser
Da Steinar og jeg begynte å hjemmebrygge, var en «ploppteller» noe av det første vi følte behov for. Behovet tapte for tidsklemma og prioriteringer, men det var alltid der, selv nå ti år etter. Dette er historien om letingen etter den perfekte løsningen … og vegringen for å implementere noe som ikke var perfekt.
Motivasjonen var – og er – at gjæringen i en batch øl kan monitoreres ved å telle antall «plopp» i gjæringslåsen. Antallet plopp forteller noe om hvor langt ølet har gjæret, antallet plopp pr minutt forteller noe om hvor fort gjæringen går akkurat på det tidspunktet. En ploppteller ville vært svært nyttig: vi kan si noe om når primærgjæringen går mot slutten. Vi kan bruke det som input til temperaturstyring.
Det første vi tenkte på, var å koble en mikrofon på en tradisjonell norsk gjæringslås av den typen som plopper. Sålenge det ikke er mye bakgrunnsstøy, ville frekvensen ramle ut med litt fourieranalyse eller noe slikt. Skjønt, strengt tatt ville det vel være tilstrekkelig å sette en terskelverdi for lydnivå og definere at det var et plopp når den verdien ble overskredet, og så ignorere lyd inn det neste sekundet (for å unngå at ett plopp ble talt som to).
Det er et design som fremdeles ville virke, og kanskje blir det noe av. Men i jakten på plopptelleren er det perfekte blitt det godes fiende. Vi har ikke villet implementere noe som ikke ville bli godt nok, og slik har årene gått. Her kommer en liste over ulike angrepsvinkler.
Problemet med plopptelleren var at vi brukte gjæringsbøtter, de er notorisk fuzzy på ploppingen. Saken er at etterhvert som trykket bygger seg opp inne i gjæringsbøtta, blåser lokket seg litt opp – kall det ballongeffekten. Når trykket er blitt stort nok, kommer ploppet. Men når lokket på gjæringsbøtta først kommer i retur, kommer det flere plopp i rask rekkefølge. Det er lettere med vindunker fordi de ikke har noen rette flater, og alt i glass eller stål er så stivt at det selvfølgelig heller ikke er et problem. Nylig har vi gått over til gjæringsdunkene til Speidel, og de har minimalt av denne ballongeffekten.
Det neste problemet med plopptelling har med progresjonen i gjæringen å gjøre. Bryggere lufter vørteren, enten med luft eller med oksygen. Når gjæringen starter, vil gjæren bruke opp oksygen og generere CO2. Men ploppingen starter ikke før det er et overskudd av CO2 i ølet og gassen begynner å boble ut, og det skjer ikke før gjæringen har kommet igang. Plopptellingen kan nok fortelle noe om hvordan progresjonen i gjæringen forløper, men den forteller ikke så mye om den tidlige starten av gjæringen. Hvem har vel ikke stått og sett på et gjæringskar man tror gjæren har startet i, selv om det ikke plopper?
Dermed startet vi jakten etter en annen måte å måle gjæringen. Vi tenkte at metabolismen i gjæringen ville være målbart som en økt temperatur i forhold til omgivelsene. Vi brukte temperatursensorer under og på siden av gjæringsbøtta, men selv om vi isolerte så godt vi kunne mot lufttemperaturen rundt bøtta, så fikk vi svingninger i målt temperatur som fulgte oppvarmingen i skapet. Dessuten er starten av gjæringen ofte preget av at temperaturen på vørteren skal justere seg inn på temperaturen i skapet der bøtta står. Det er mulig at gjæringen starter før dette har gått seg helt til, og dermed har vi ikke den perfekte løsningen. Vi kunne selvfølgelig vente med å pitch'e gjæren til temperaturen hadde stabilisert seg … men alvorlig talt!
Noen har foreslått å veie gjæringsbøtta. Det er faktisk ikke så dumt, siden sukkeret i praksis blir til omtrent like menger (målt i masse) av alkohol og CO2. Dessverre er det tre problemer med dette. For det første er det måleteknisk vanskelig å måle forskjeller i gram på en gjæringsbøtte som veier over 20 kilo. Dernest har vi igjen problemet med at den første CO2-en ikke forlater gjæringsbøtta, slik at ikke den gir oss så mye nytt. Dessuten er det en ny komplikasjon: I starten av gjæringen, mens det fremdeles er oksygen tilstede, bruker gjæren energien på å formere seg. Det er først når oksygenet er uttømt at det hovedsaklig dannes kun alkohol og CO2. Dermed kan vi kanskje si noe om gjæringens progresjon, men lite om hvor mye av det som blir gjær og hvor mye som blir alkohol.
Dermed måtte vi ut på ny leting, og det var tilbake til ny plopptelling. Vi tenkte å bruke en IR bevegelsesdetektor foran gjærlåsen, kalibrert slik at den kun trigget på den raske bevegelsen under et plopp. Det burde fungere. Da vi gikk over til Speidel-gjærlåser (den typen med to kopper inni hverandre), endret vi design til en ultralys-avstandsmåler over gjærlåsen, slik at den målte avstand ned til toppen av den indre koppen når den ramlet litt ned.
Så snublet vi over noen ideer på BrewPi. Det var idéer som er implementert i Beerbug, og som personene bak BrewPi mer enn antyder at folkene bak Beerbug har hentet derifra. Tanken er å bruke enslags oeschevekt. Tenk deg en vekt som er tyngre enn både vann, øl og vørter. Når en nedsenkes i vørteren, blir den lettere enn om den veies i luft. Differansen i vekt mellom måling i luft og nedsenket i vørteren er en god indikator på vekta på vørteren – dvs SG. Etterhvert som gjæren spiser opp sukkeret i vørteren veier den nedsenkede vekta mer og mer, ettersom den får mindre og mindre oppdrift.
Tanken vår nå, er en vekt på 300g med 250ml volum. Den henger i en vekt og veier 50g ved SG 1,000, mens den veier 25g ved SG 1,100. Dersom vi bare klarer å finne en passende fjær, vil utdragningen av den vertikalt opphengte fjæren være proporsjonal med utgjæringen. Dersom vi kobler den bevegelige delen av fjæren til et linær potensiometer av den typen man bruker i syntezisere, så er vi i mål og kan indirekte måle SG i væsken.
Men det er problemer. Glidefriksjonen i potensiometeret må være lav nok, vi må finne en fjær med et passende operasjonsområde. Dessuten er det praktiske problemer rundt monteringen. Installasjonen tar litt plass, og av hensyn til infeksjon vil vi ha færrest mulig dingser inne i gjæringsfatet. Dessuten er det høy luftfuktighet der inne, og det er kanskje ikke kompatibelt med elektronikken.
Hvilke andre muligheter finnes? Vi har tenkt på å måle brytningsindeksen i væsken, men det er vanskelig å se hvordan det kan gjøre på en enkel måte. Det er også mulig at man kan måle elektrisk ledningsevne, men jeg er usikker.
Dernest ville det vært mulig å bruke en trykkmåler langt nede i gjæringskaret, kombinert med en nivåmåler. Til sammen vil de kunne registrere tyngden (og dermed SG) på et visst volum av væsken. Det samme ville forresten være mulig med to trykkmålere på ulik, men forhåndsbestemt dybde – en langt enklere måte å implementere det på. Dersom vertikal forskjell er 20cm, blir trykkforskjellen rundt 1/50 atmosfære eller rundt 0,3psi og fullt målbart. Forskjellen i differensialt trykk mellom vørter SG på 1,060 og øl på 1,010 med 20cm høydedifferanse synes å være noe à la 2,050kPa kontra 1,950kPa. Det er jeg mer usikker på om er lett å måle, for ikke å si forskjellene for hver °P (dvs endring på 0,004 i SG) nedover mot ferdig utgjæring. Kanskje noe slikt som dette kunne fungere?
En mulighet for å måle den vanskelig førstefasen av gjæringen, er å ha en CO2-måler inne i gjæringsfatet. Selv om CO2 i den første fasen vil løses opp i ølet, så vil det være en uveksling av gass mellom headspace og gassen som er oppløst i væsken. Med sensoren MG811 kan man måle mellom 350 og 10.000 ppm. Dersom headspace er luft, ligger den på 400 ppm eller litt over. Etterhvert som det genereres CO2, vil dette stige noe. Rett nok gir MG811 seg rundt 10.000 ppm ifølge spesifikasjonene, men inntil da kan man kanskje få interessante data, og litt kan man vel forsøke å presse spek. Kanskje det holder inntil man begynner å få plopping og kan gå over til å måle på en annen måte?
Men heller ikke dette er perfekt. Det er en god del utfordringer med kalibrering. CO2 som bobler opp til overflaten er tyngre enn luft, og vil tendere til å ligge nederst som et lokk, mens sensoren av praktiske grunner bør monteres lengre opp. Luften vil nok etterhvert mikses, men på en måte som er vanskelig å beregne teoretisk. Dersom man skal bruke denne metoden, må man kjøre noen testbrygg og opparbeide data som fremtidige kjøringer kan tolkes i forhold til. Dernest er MG811 laget for å detektere CO2 i luft, og sånn sett er den ypperlig i for eksempel møterom og eksamenslokaler. Inne i gjæringsboksen er det antakeligvis både høyere luftfuktighet og et forhold mellom oksygen og nitrogen som er raskt fallende. Det er ikke innlysende hvordan det vil påvirke målingene.
Så der står vi. Egentlig burde vi bare gitt f* og kjøpt en Beerbug. Men hjemmebrygging er en hobby, og det handler ikke bare om fornuftige valg. Det handler om å gjøre det rett og om at veien er målet. Sannsynligvis ender vi med et multiløsning som implementerer flere mekanismer: multiple temperatursensorer, en CO2-sensor og plopptelling. Og egentlig hadde det vært artig å forsøkt å implementere SG-måling basert på differensielt trykk fra to steder i gjæringskaret. Vi får se.