Lämmönsiirron salat
Lämmönsiirron merkitys kotiolutlaitteistossa on huomattava: laitteiden lämmöneristys, lämmitysteho ja vierteen jäähdytyksen tehokkuus leikkaavat huomattavasti oluenvalmistukseen kuluvaa odotteluaikaa, oli kyse sitten vierteen keitosta tai valmiin vierteen jäähdytyksestä hiivauslämpötilaan.
Propaanipoltinta käytettäessä lämmönsiirto tapahtuu kattilan pohjan välityksellä ja lämmönsiirtopinta-ala on kotioluthommia ajatellen hyvä. Kaasupolttimen hyviä puolia on lisäksi mahdollisuus säätää tehoa liki portaattomasti. Haittapuoliin kuuluu palokaasujen hallinta, eli kaasu ei sovellu kovinkaan hyvin esimerkiksi kerrostalokämppään.
Sähkölämmitys sopii kohtuu näppärästi kaikkiin olosuhteisiin. Satsikoon kasvaessa yli 10 litraan perinteinen sähköliesi ei sovellu enää kovinkaan hyvin tehonsa puolesta kotiolutkäyttöön. Kattilan seinämän läpi asennettua sähkövastusta käytettäessä olennainen huomioitava tekijä on vastuksen pinnan tehotiheys, eli miten paljon tehoa vastus antaa pinta-alayksikköä kohden. Liian pieni mutta suuritehoinen vastus käytännössä polttaa sokeripitoisen vierteen kiinni vastuksen pintaan, mikä tuottaa sekä ei-toivottua sokerin palamista ja/tai karamellisoitumista ja toisaalta vastukseen palaessa heikentää lämmönsiirtotehoa.
Tehotiheys kannattaa pyrkiä pitämään kohtuullisena hankkimalla joko useamman vastuksen, jota ajetaan sarjassa tehontarpeen mukaan, tai hankkimalla suuripinta-alaisen vastuksen, jonka tehoa pystytään mielellään säätämään lämpötilanostojen ja jatkuvan kiehumisen tilojen välillä. Esimerkiksi kotimaisista oluttarvikeliikkeistä yleisesti saatava 2,4 kW sähkövastus riittää tehonsa puolesta hyvin esimerkiksi 20-litraisen vierresatsin lämpötilan nostoon kiehuvaksi, mutta jatkuvan kiehumisen vaiheessa vastuksesta lähtee täydellä teholla turhankin paljon tehoa. Kaupallisissa kattiloissa ohjataan sarjassa useampaa lämpövastusta tai ajetaan yhtä vastusta tehonsäätimellä halutulla tehotasolla. Erillisiä tehonsäätimiä on myös saatavilla yhden vastuksen DIY-kattiloita rakenteleville. DIY-kattiloita rakennellessa kannattaa pitäytyä valmiissa kaupallisissa komponenteissa, joissa maadotukset ja muut sähköturvallisuustekijät ovat kunnossa: kyseessä on kuitenkin kosteissa olosuhteissa käytettävä laite, jonka äärellä lutrataan nesteillä hyvin vaihtelevissa lämpötiloissa. Sanomattakin on selvää, että maadoitettua kattilaa pitää käyttää suojamaadoitetun pistorasian perässä, jotta turvallisuustekijöistä on hyötyä.
Halpa DIY-ratkaisu: retkipatja kiedottuna kattilan ja/tai mäskäimen ympärille. Kiinnitys hoituu esimerkiksi retkeilyliikkeeistä saatavilla pikaklipseillä varustetuilla kuormansidontaremmeillä. Plussaa halvasta hinnasta ja heikosta vedenimukyvystä.
Rakentajan ratkaisu: mineraalivilla. Materiaalina erinomaisen hyvin lämpöä eristävää ja halpaa. Vaatii ikävien kuidunpätkien pölyämisen ja nesteiden imukyvin johdosta muovin tai vastaavan pintamateriaalin, joten ei sovellu oikein muuhun kuin pysyväisasennukseen esimerkiksi kaksoiskuorellisen mäskäimen seinämien väliin. Toinen vaihtoehto on alapohjaeristyksistä tuttu valkoinen EPS styrox, jonka hyötyjä on pölyämättömyys, halpa hinta ja heikko nesteiden imukyky.
Putkimiehen ratkaisu: solukumieriste (esimerkiksi Armaflex/Armacell). Erinomainen lämmöneristyskyky, helppoa asentaa ja tarvittaessa irroittaa. Miinuksena kallis hinta.
Lämmönsiirtimen tehokuutta voidaan kuvata niin kutsutulla rekuperaatioasteella, joka on suuremman lämpötilamuutoksen kokevan nesteen lämpötilamuutos jaettuna suurimmalla nesteiden välisellä ämpötilaerolla. Alla olevan kuvitteellisen esimerkin siirtimeltä vaadittu rekuperaatioaste olisi siis (95-25) / (95-10) = 0,82, eli melko korkea. Siirtimen kyky päästä haluttuihin lämpötiloihin on hyvä pyrkiä varmistamaan etukäteen, eli valitan tarkoitukseen sopiva siirrin tiedossa olevien lämpötilojen, virtaamien ja tehojen kautta.
Seuraavassa käsitellään kolme yleisintä jäähdytintyyppiä.
Koska lämmönsiirto tapahtuu kattilassa olevasta virteestä putkeen, olennaista on että sekä putken sisä-, että ulkopuolinen neste on liikkeessä materiaalin pinnalla tapahtuvan lämmönsiirtotehon maksimoimiseksi. Käytännössä tämä tarkoittaa, että jäähtysvettä tulee ajaa kieppiin riittävän suurella virtausnopeudella ja että kattilassa olevaa vierrettä sekoitetaan koko jäähdytysvaiheen ajan esimerkiksi sekoitusmelalla.
Toinen olennainen vaikuttava tekijä on jäähdytyskiepin putkimateriaali: kuparin lämmönjohtavuus on erinomainen, n. 400 W/(K, m), mutta teräksen vain 20...50 W/(K, m). Kupari on huomattavasti kalliimpaa, mutta muutaman kympin investoinnilla pidempään putkeen ja/tai parempaan putkimateriaaliin säästät huomattavan ajan vierteen jäähdyttelyssä. Itse väkerretyissä jäähdytyskiepeissä kupari on myös parempi valinta muokattavuutensa johdosta, sillä hehkutettua kupariputkea on helppo taivutella.
Hyödyt: edullinen hinta, yksinkertainen käyttää: vain 2 letkua, helpohko pitää puhtaana
Haasteet: tilantarve: suuritehoinen jäähdytin syö paljon kattilatilavuutta, liian pieneksi mitoitettu jäähdytin pidentää jäähdytysaikaa
Hyödyt: suhteellisen edullinen, hyvä lämmönsiirtoteho
Haasteet: vaatii lämpöä kestävän pumpun vierteen kierrätykseen, yleensä vain kemiallinen puhdistua mahdollista
Hyödyt: suuri teho pienessä paketissa
Haasteet: hieman hintavampi (100...300 €), vaatii tyypillisesti lämpöä kestävän pumpun vierteelle, yleensä vain kemiallinen puhdistus mahdollista
Esimerkki 1: vierteen kierrätys. Vierrettä kierrättämällä riittävän kauan saadaan suurikin oluterä jäähdytetyksi, vaikka jäähdytysvesi olisi hieman lämpimämpääkin. Vierteen lämpötilaa tarkkaillaan kattilan lämpömittarista ja jäähdytystä jatketaan, kunnes ollaan saavutettu haluttu hiivauslämpötila. Tällä toteutuksella jäähdytysaikaa kuluu hieman enemmän, kuin jatkuvatoimisella jäähdytyksellä (esimerkit 2 ja 3).
Esimerkki 2: vierteen jäähdytys suoraan käymisastiaan. Jos jäähdytysvesi ei ole erityisen kylmää, voidaan joutua rajoittamaan vierrepuolen virtausta siirtimen jälkeisellä venttiilillä, jotta vierre saadaan riittävän viileänä (lämpömittaus TI) käymisastiaan. Tämä voi hidastaa hommaa jonkin verran.
Esimerkki 3: nopein tapa hoitaa jäähdytys on järjestää jäähdytyspuolelle riittävän kylmää vettä ja/tai hankkia suuritehoinen siirrin, jolloin vierre saadaan ajettua kohtuullisessa ajassa ja riittävän viileänä käymisastiaan. Siirtimen jälkeistä venttiiliä säädetään ja tarkkaillaan samalla lämpötilamittausta TI. Jäähdytysveden viilennyksen voi hoitaa esimerkiksi käyttämällä immersiojäähdytintä jäävesiastiassa.
Esimerkki 4. Levylämmönsiirtimen toiminta käytännössä. Testasin aiemmassa kuvassa esitettyä juuri hankkimaani 36-levyistä lämmönsiirrintä n. 10 litran vesimäärän jäähdytyksessä. Mittasin lämpötilat ja massavirrat karkealla tasolla lämmönsiirtimen tehon määrittämiseksi. Kytkentä vastasi siis kutakuinkin esimerkin 2 kytkentää, eli jäähdytysvesi otettiin suoraan hanasta ja vierrepuolen neste ajettiin suoraan kattilasta siirtimen läpi. Lähtevän vierteen lämpötilamittaukseen vaikutti soveltuvan kivasti Blichmannin ThruMometer, joka on käytännössä helposti puhdistettava alumiininen putkenpätkän mallinen lämpömittari, joka kytketään poistoletkuun. Kuumaa vierrettä kyseinen mittari ei kuitenkaan kestä, joten se on desinfioitava erikseen kemiallisesti.
Alla olevassa kuvassa on esitetty mitatut lämpötilat ja vesiastiaan lasketusta kokonaisvesimäärästä lasketut tilavuusvirrat. Vesimäärän siirtoon kului aikaan. 3,5 minuuttia eli 210 s. Veden ominaislämpökapasiteetilla 4,18 kJ/kgK laskettuna siirtimen tehoksi tulee P = (m cp ΔT) / t = (0,05 kg * 4,18 kJ/kgK * (93 - 30) K ) / 210s = 13 kW. Rekuperaatioaste aiemmin esitetyn erimerkin tapaan laskettuna olisi n. 0,77.
Tämän kokoluokan siirrintä mainostettiin valmistajan brosyyrissä soveltuvaksi 45...60 litran satsin jäähdyttämiseen 10...15 minuutissa 20-asteiseksi jäähdytysveden lämpötialla 10 °C ja massavirtojen suhteella 1:2. Tämän kokeilun lämpötiloilla ja virtaamilla 45 litran nestemäärään läähdytykseen 30-asteiseksi menisi n. 15,8 minuuttia, eli speksattu tehokkuuden saavuttamiseksi tulisi jäähdytyspuolen massavirtaa kasvattaa reippaasti ja lämpötilaa laskea. Jotta vierteen saisi tällä järjestelyllä 20-asteiseksi suoraan kattilasta, tulisi jäähdytyksen menovettä viilentää esimerkiksi jäähauteessa. Vierrepuolen virtausta voisi toki myös pienentää, mutta tässä testissä havaitsin, ettei virtausta ollut enää kovinkaan helppo säätää pienemmäksi laitteistoni mini-kuulaventtiilillä sulkematta virtausta kokonaan.
Joka tapauksessa levysiirtimellä toteutettu setuppi vaikutti oikein näppärältä, ja vierteen lasku suoraan käymisastiaan nopeuttaa tekemistä huomattavasti. Lisäksi whirlpool-tyyppistä vierteen kierrätystä harrastettaessa kattilassa oleva kiintoaines saadaan ajettua kattilan keskelle kohtuu nätiksi kakuksi, jolloin tällä jäähdytystyylillä saataneen hyvä saanto ja vähennetään kiintoaineksen päätymistä käymisastiaan. Seuraavalla kerralla voisin testata jäähdytysveden esijäähdytystä käyttämällä Bulldog Breweristä yli jäänyttä immersiojäähdytintä kylmävesihauteessa. Isojen vierremäärien jäähdyttely 30-asteisesta huoneen lämpöön käymisastiassa ottaa yllättävän paljon aikaa, sillä lämpötilaero on pieni ja nestemäärä suuri. Tästä johtuen vierteen saaminen ulos suoraan siirtimeltä 20...22-asteisena olisi iso plussa.
Vierteen lämmittäminen
Kotioluthommissa vierrettä lämmitetään yleensä joko kaasupolttimella tai sähköllä.Propaanipoltinta käytettäessä lämmönsiirto tapahtuu kattilan pohjan välityksellä ja lämmönsiirtopinta-ala on kotioluthommia ajatellen hyvä. Kaasupolttimen hyviä puolia on lisäksi mahdollisuus säätää tehoa liki portaattomasti. Haittapuoliin kuuluu palokaasujen hallinta, eli kaasu ei sovellu kovinkaan hyvin esimerkiksi kerrostalokämppään.
Sähkölämmitys sopii kohtuu näppärästi kaikkiin olosuhteisiin. Satsikoon kasvaessa yli 10 litraan perinteinen sähköliesi ei sovellu enää kovinkaan hyvin tehonsa puolesta kotiolutkäyttöön. Kattilan seinämän läpi asennettua sähkövastusta käytettäessä olennainen huomioitava tekijä on vastuksen pinnan tehotiheys, eli miten paljon tehoa vastus antaa pinta-alayksikköä kohden. Liian pieni mutta suuritehoinen vastus käytännössä polttaa sokeripitoisen vierteen kiinni vastuksen pintaan, mikä tuottaa sekä ei-toivottua sokerin palamista ja/tai karamellisoitumista ja toisaalta vastukseen palaessa heikentää lämmönsiirtotehoa.
Tehotiheys kannattaa pyrkiä pitämään kohtuullisena hankkimalla joko useamman vastuksen, jota ajetaan sarjassa tehontarpeen mukaan, tai hankkimalla suuripinta-alaisen vastuksen, jonka tehoa pystytään mielellään säätämään lämpötilanostojen ja jatkuvan kiehumisen tilojen välillä. Esimerkiksi kotimaisista oluttarvikeliikkeistä yleisesti saatava 2,4 kW sähkövastus riittää tehonsa puolesta hyvin esimerkiksi 20-litraisen vierresatsin lämpötilan nostoon kiehuvaksi, mutta jatkuvan kiehumisen vaiheessa vastuksesta lähtee täydellä teholla turhankin paljon tehoa. Kaupallisissa kattiloissa ohjataan sarjassa useampaa lämpövastusta tai ajetaan yhtä vastusta tehonsäätimellä halutulla tehotasolla. Erillisiä tehonsäätimiä on myös saatavilla yhden vastuksen DIY-kattiloita rakenteleville. DIY-kattiloita rakennellessa kannattaa pitäytyä valmiissa kaupallisissa komponenteissa, joissa maadotukset ja muut sähköturvallisuustekijät ovat kunnossa: kyseessä on kuitenkin kosteissa olosuhteissa käytettävä laite, jonka äärellä lutrataan nesteillä hyvin vaihtelevissa lämpötiloissa. Sanomattakin on selvää, että maadoitettua kattilaa pitää käyttää suojamaadoitetun pistorasian perässä, jotta turvallisuustekijöistä on hyötyä.
 |
| Yksinkertainen 30 litran vetoinen RST-kattila jälkiasenteisella 2,4 kW sähkövastuksella. |
Eristeet kuntoon
Lämpöhäviöiden pienentämiseksi sekä mäskäin että keittokattila on hyvä eristää. Eristeen hinnan ja lämmönjohtavuuden lisäksi kannattaa miettiä, miten helppo eriste on kiinnittää, tarvittaessa irroittaa ja miten helposti eriste imee itseensä panohommissa roiskuvia vierre- ja vesiroiskeita. Seuraavassa lueteltuna muutamia helposti saatavilla olevia eristysmateriaaleja ja niihin liittyviä huomioita.Halpa DIY-ratkaisu: retkipatja kiedottuna kattilan ja/tai mäskäimen ympärille. Kiinnitys hoituu esimerkiksi retkeilyliikkeeistä saatavilla pikaklipseillä varustetuilla kuormansidontaremmeillä. Plussaa halvasta hinnasta ja heikosta vedenimukyvystä.
Rakentajan ratkaisu: mineraalivilla. Materiaalina erinomaisen hyvin lämpöä eristävää ja halpaa. Vaatii ikävien kuidunpätkien pölyämisen ja nesteiden imukyvin johdosta muovin tai vastaavan pintamateriaalin, joten ei sovellu oikein muuhun kuin pysyväisasennukseen esimerkiksi kaksoiskuorellisen mäskäimen seinämien väliin. Toinen vaihtoehto on alapohjaeristyksistä tuttu valkoinen EPS styrox, jonka hyötyjä on pölyämättömyys, halpa hinta ja heikko nesteiden imukyky.
Putkimiehen ratkaisu: solukumieriste (esimerkiksi Armaflex/Armacell). Erinomainen lämmöneristyskyky, helppoa asentaa ja tarvittaessa irroittaa. Miinuksena kallis hinta.
 |
| Retkipatjalla eristetty keittokattila, kylmälaukkumäskäin ja keväinen pano takapihalla. |
Erilaisia jäähdytysratkaisuja
Jäähdytys on tyypillisesti kinkkisin oluenvalmistuksen vaihe ratkottavaksi. Keiton jälkeen vierre on alttiina kaikenlaisille ilmasta laskeutuville kontaminanteille, joten se halutaan jäähdyttää mahdollisimman nopeasti hiivauslämpötilaan ja peittää ilmatiiviin kannen alle käymisastiaan. Nestemäärät ja lämpötilat ovat suuria, joten jäähdyttimeltä kaivataan tyypillisesti suurta jäähdytystehoa. Käytännössä tämä johtaa jonkin tyyppisen nestekiertoisen jäähdyttimen käyttöön. Koska lämmönsiirtimen toisella puolella liikutellaan sokeripitoista vierrettä, joka halutaan pitää steriilinä, on myös siirtimen puhdistettavuudella paljon merkitystä.Lämmönsiirtimen tehokuutta voidaan kuvata niin kutsutulla rekuperaatioasteella, joka on suuremman lämpötilamuutoksen kokevan nesteen lämpötilamuutos jaettuna suurimmalla nesteiden välisellä ämpötilaerolla. Alla olevan kuvitteellisen esimerkin siirtimeltä vaadittu rekuperaatioaste olisi siis (95-25) / (95-10) = 0,82, eli melko korkea. Siirtimen kyky päästä haluttuihin lämpötiloihin on hyvä pyrkiä varmistamaan etukäteen, eli valitan tarkoitukseen sopiva siirrin tiedossa olevien lämpötilojen, virtaamien ja tehojen kautta.
 |
| Kuvitteellisen vastavirtalämmönsiirtimen lämpötilat mitoitustilanteessa. |
Seuraavassa käsitellään kolme yleisintä jäähdytintyyppiä.
Jäähdytyskieppi, eli immersiojäähdytin
Jäähdytyskieppi on käytännössä vierteeseen dipattava kiepille taivutettu lämpöä johtava putki, jonka läpi ajetaan viileää nestettä. Tyypilliset kaupalliset ratkaisut ovat ruostumattomasta teräksestä tai kupariputkesta taivutettu kieppi, jossa on letkuliittimet sisään menevälle ja ulos tulevalle jäähdytysvedelle. |
| Teräksinen, suhteellisen maltillisen tehoinen immersiojäähdytin. Putken päihin kannattaa valita muoviset tai metalliset pikaliittimet. |
Koska lämmönsiirto tapahtuu kattilassa olevasta virteestä putkeen, olennaista on että sekä putken sisä-, että ulkopuolinen neste on liikkeessä materiaalin pinnalla tapahtuvan lämmönsiirtotehon maksimoimiseksi. Käytännössä tämä tarkoittaa, että jäähtysvettä tulee ajaa kieppiin riittävän suurella virtausnopeudella ja että kattilassa olevaa vierrettä sekoitetaan koko jäähdytysvaiheen ajan esimerkiksi sekoitusmelalla.
Toinen olennainen vaikuttava tekijä on jäähdytyskiepin putkimateriaali: kuparin lämmönjohtavuus on erinomainen, n. 400 W/(K, m), mutta teräksen vain 20...50 W/(K, m). Kupari on huomattavasti kalliimpaa, mutta muutaman kympin investoinnilla pidempään putkeen ja/tai parempaan putkimateriaaliin säästät huomattavan ajan vierteen jäähdyttelyssä. Itse väkerretyissä jäähdytyskiepeissä kupari on myös parempi valinta muokattavuutensa johdosta, sillä hehkutettua kupariputkea on helppo taivutella.
Hyödyt: edullinen hinta, yksinkertainen käyttää: vain 2 letkua, helpohko pitää puhtaana
Haasteet: tilantarve: suuritehoinen jäähdytin syö paljon kattilatilavuutta, liian pieneksi mitoitettu jäähdytin pidentää jäähdytysaikaa
Vastavirta(letku)lämmönsiirrin
Putki-putkessa -periaatteella toteutettu vastavirtalämmönsiirrin koostuu tyypillisesti metalliputkesta joka on ujutettu muoviputkeen, minkä jälkeen kokonaisuus on taitettu tilan säästämiseksi kiepille ja päihin on lopuksi lisätty sopivat liittimet sisään ja ulos virtaavalle vierteelle sekä sisään ja ulos virtaavalle jäähdytysnesteelle. Nestevirrat halutaan virtaamaan toisiaan vastaan, jolloin lämpötilaero ja sitä kautta lämmönsiirtoteho saadaan mahdollisimman suureksi. Koska siirrintä ei voida helposti purkaa, joudutaan vierrepuoli desinfioimaan lämmöllä ja/tai kemiallisesti.Hyödyt: suhteellisen edullinen, hyvä lämmönsiirtoteho
Haasteet: vaatii lämpöä kestävän pumpun vierteen kierrätykseen, yleensä vain kemiallinen puhdistua mahdollista
Levylämmönsiirrin
Levylämmönsiirrin on kompakteihin mittoihin puristettu vastavirtalämmönsiirrin, jossa jäähdytettävä vierre ja jäähdyttävä neste kiertävät ohuiden levyjen väleissä omissa kanavistoissaan. Levylämmönsiirtimellä saadaan aikaan erittäin suuri teho erittäin kompaktissa paketissa. Parhaimmillaan riittävän pitkällä ja riittävän monesta levystä koostuvalla lämmönsiirtimellä saadaan vierre kiehuvasta hiivauslämpöiseksi yhdellä jäähdytyskierroksella, eli vierre voidaan ajaa kattilasta suoraan lämmönsiirtimen läpi käymisastiaan. Lämmönsiirtimen vierrepuoli steriloidaan pumppaamalla kiehuvaa vierrettä siirtimen läpi esimerkiksi 20 minuutin ajan ennen keiton loppua. Panopäivän lopuksi siirrin pitää puhdistaa kemiallisesti. Mukavaa olisi, jos levypakan saisi myös purettua mekaanista puhdistusta varten, mutta useimmat edulliset levysiirtimet on yleensä juotettu kasaan. | |
| 36-levyinen lämmönsiirrin. |
Hyödyt: suuri teho pienessä paketissa
Haasteet: hieman hintavampi (100...300 €), vaatii tyypillisesti lämpöä kestävän pumpun vierteelle, yleensä vain kemiallinen puhdistus mahdollista
Esimerkkitoteutuksia
Seuraavassa vielä muutamia esimerkkejä vastavirtalämmönsiirtimen hyödyntämisestä jäähdytyksessä. Jäähdytyspuolen veden voi laskea talteen esimerkiksi tyhjään huuteluvesi/käymispönttöön, jolloin laitteiston tiskaukseen on käytössä reippaasti kuumaa vettä. Toinen vaihtoehto on toteuttaa suljettu jäähdytysvesikierto, jossa kylmän puolen kierto ajetaan ainakin osan ajasta kylmävesipöntön kautta.Esimerkki 1: vierteen kierrätys. Vierrettä kierrättämällä riittävän kauan saadaan suurikin oluterä jäähdytetyksi, vaikka jäähdytysvesi olisi hieman lämpimämpääkin. Vierteen lämpötilaa tarkkaillaan kattilan lämpömittarista ja jäähdytystä jatketaan, kunnes ollaan saavutettu haluttu hiivauslämpötila. Tällä toteutuksella jäähdytysaikaa kuluu hieman enemmän, kuin jatkuvatoimisella jäähdytyksellä (esimerkit 2 ja 3).
 | |
| Esim. 1: vierteen kierrätys levylämmönsiirtimen läpi. |
Esimerkki 2: vierteen jäähdytys suoraan käymisastiaan. Jos jäähdytysvesi ei ole erityisen kylmää, voidaan joutua rajoittamaan vierrepuolen virtausta siirtimen jälkeisellä venttiilillä, jotta vierre saadaan riittävän viileänä (lämpömittaus TI) käymisastiaan. Tämä voi hidastaa hommaa jonkin verran.
 |
| Esim 2: vierteen lasku suoraan käymisastiaan. |
Esimerkki 3: nopein tapa hoitaa jäähdytys on järjestää jäähdytyspuolelle riittävän kylmää vettä ja/tai hankkia suuritehoinen siirrin, jolloin vierre saadaan ajettua kohtuullisessa ajassa ja riittävän viileänä käymisastiaan. Siirtimen jälkeistä venttiiliä säädetään ja tarkkaillaan samalla lämpötilamittausta TI. Jäähdytysveden viilennyksen voi hoitaa esimerkiksi käyttämällä immersiojäähdytintä jäävesiastiassa.
 |
| Esim. 3: vierteen lasku käymisastiaan suoraan siirtimen läpi. Jäähdytysveden esijäähdytys kylmävesihauteessa. |
Esimerkki 4. Levylämmönsiirtimen toiminta käytännössä. Testasin aiemmassa kuvassa esitettyä juuri hankkimaani 36-levyistä lämmönsiirrintä n. 10 litran vesimäärän jäähdytyksessä. Mittasin lämpötilat ja massavirrat karkealla tasolla lämmönsiirtimen tehon määrittämiseksi. Kytkentä vastasi siis kutakuinkin esimerkin 2 kytkentää, eli jäähdytysvesi otettiin suoraan hanasta ja vierrepuolen neste ajettiin suoraan kattilasta siirtimen läpi. Lähtevän vierteen lämpötilamittaukseen vaikutti soveltuvan kivasti Blichmannin ThruMometer, joka on käytännössä helposti puhdistettava alumiininen putkenpätkän mallinen lämpömittari, joka kytketään poistoletkuun. Kuumaa vierrettä kyseinen mittari ei kuitenkaan kestä, joten se on desinfioitava erikseen kemiallisesti.
Alla olevassa kuvassa on esitetty mitatut lämpötilat ja vesiastiaan lasketusta kokonaisvesimäärästä lasketut tilavuusvirrat. Vesimäärän siirtoon kului aikaan. 3,5 minuuttia eli 210 s. Veden ominaislämpökapasiteetilla 4,18 kJ/kgK laskettuna siirtimen tehoksi tulee P = (m cp ΔT) / t = (0,05 kg * 4,18 kJ/kgK * (93 - 30) K ) / 210s = 13 kW. Rekuperaatioaste aiemmin esitetyn erimerkin tapaan laskettuna olisi n. 0,77.
 |
| 36-levyisen edullisen levylämmönsiirtimen mitatut lämpötilat. |
Tämän kokoluokan siirrintä mainostettiin valmistajan brosyyrissä soveltuvaksi 45...60 litran satsin jäähdyttämiseen 10...15 minuutissa 20-asteiseksi jäähdytysveden lämpötialla 10 °C ja massavirtojen suhteella 1:2. Tämän kokeilun lämpötiloilla ja virtaamilla 45 litran nestemäärään läähdytykseen 30-asteiseksi menisi n. 15,8 minuuttia, eli speksattu tehokkuuden saavuttamiseksi tulisi jäähdytyspuolen massavirtaa kasvattaa reippaasti ja lämpötilaa laskea. Jotta vierteen saisi tällä järjestelyllä 20-asteiseksi suoraan kattilasta, tulisi jäähdytyksen menovettä viilentää esimerkiksi jäähauteessa. Vierrepuolen virtausta voisi toki myös pienentää, mutta tässä testissä havaitsin, ettei virtausta ollut enää kovinkaan helppo säätää pienemmäksi laitteistoni mini-kuulaventtiilillä sulkematta virtausta kokonaan.
Joka tapauksessa levysiirtimellä toteutettu setuppi vaikutti oikein näppärältä, ja vierteen lasku suoraan käymisastiaan nopeuttaa tekemistä huomattavasti. Lisäksi whirlpool-tyyppistä vierteen kierrätystä harrastettaessa kattilassa oleva kiintoaines saadaan ajettua kattilan keskelle kohtuu nätiksi kakuksi, jolloin tällä jäähdytystyylillä saataneen hyvä saanto ja vähennetään kiintoaineksen päätymistä käymisastiaan. Seuraavalla kerralla voisin testata jäähdytysveden esijäähdytystä käyttämällä Bulldog Breweristä yli jäänyttä immersiojäähdytintä kylmävesihauteessa. Isojen vierremäärien jäähdyttely 30-asteisesta huoneen lämpöön käymisastiassa ottaa yllättävän paljon aikaa, sillä lämpötilaero on pieni ja nestemäärä suuri. Tästä johtuen vierteen saaminen ulos suoraan siirtimeltä 20...22-asteisena olisi iso plussa.
Kommentit
Lähetä kommentti