Автономное охлаждение и автоматика самогонного аппарата
Очень давно закралась мысль об автоматике для дистиллятора, но как то всё отодвигал на потом. А тут перебрались в дом, водопровода нет а в колодце вода не бесконечная. Встал еще один вопрос - как охлаждать?
И тут понеслось, форумы, видео, кто во что горазд %)
В итоге мысль то росла и развивалась, нужно было с чего то начать.
Я как и все новички хотел на#ать систему.
"Кипение спирта 78.5 по Цельсию, значит нужно просто держать температуру кипения спирта и будет норм, на дистилляторе получу 96.6%! Офигеть я мозг!"
Но! не тут то было) И вот собственно мой опыт по вопросу, точнее его теоретической части полученной практическим путем (опытным винокурам покажется очевидным).
1. Температура кипения раствора спирта с водой тем выше чем ниже содержание спирта в нём.
2. Дистилляции без кипения нет и точка.
3. Процесс кипения саморегулирующийся. Испарение на нагревателе его же охлаждает. Точка кипения стационарна для определённой концентрации(атмосферное давление тоже влияет но сильно меньше).
4. Скорость отбора и подводимая мощность напрямую связаны с возможностями охладителя(змеевика).
5. Дистиллят это не про чистый спирт даже близко нет. Про чистый спирт - ректификация, а это совсем другой процесс как по технологии так и по вложениям.
Моей целью было поупражняться в arduino программировании и собрать автономную систему перегонки для получения дистиллятов, в особенности абсента и подобных напитков.
Итак, куплен простой аппарат с сухопарником(не панацея но помогает) "Новичок". Выглядит так:
По ТТХ - объем 14л, без ТЭНа с дном под нидукционку. Заявленная производительность 1л/час.
Что по факту, где то так и есть. Цена примерно 4.5тыс рублей.
И первое что было сделано - вкручен ТЭН на 1.5кВт от чайника(600руб). Куплен на я-маркете. На фото без изоляции контакты, но я за технику безопасности и потом естественно их затянул термоусадкой. так же был куплен клапан предохранительный на 1.5 атм., трубки там тонкие и "на всякий" лишним не будет.
Далее были мучительные эксперименты с водой, точнее с ее охлаждением.
В качестве насоса взята центробежная помпа с али для водяного охлаждения ПК.
Тут была и водянка от ПК с 360мм радиатором - не эффективна от слова совсем;
элемент Пельтье на 130Вт через водоблок - идея говно, ест 130Вт электричества, отводить надо 160Вт. Вода же греется гораздо большей мощностью.
Чуть не купил наружный блок кондиционера за копейки, но габариты явно сказали "а сам где жить будешь?"
Снизошло прозрение пока ехал в электричке - автомобильный радиатор именно тот, что на охлаждение двигателя. Там отводить надо кВт-ы. И примеров на ютубе полно с такой конструкцией.
На авито нашел неподалеку радиатор от renault logan по максимально низкой цене в 2к деревянных. И тут же поставлен эксперимент с карлсоном =)
По результатам всё супер, при дистилляции воды на полной мощи ТЭН-а (а это максимальная нагрузка на холодильник) получил тепловое равновесие в 42 градуса при 28 в помещении. Решено - делаю на этой базе.
Нарезал 3/4" резьбу метчиком из хозмага. Там же купил переходник с 3/4 на 1/2 и штуцеры под 10мм шланг, и его тоже.
Для охлаждения думал найти вентилятор так же от автомобиля, но цены и шумовые показатели меня что то не порадовали.
Нашел 120мм кулеры, точнее даже вентиляторы на 85 CF/M (2.4 кубометра в минуту) потока и 12В питания(250р штука). Приятным бонусом оказался распаянный на плате, но не выведенный проводом PWM контроллер, которому достаточно подавать управляющий ШИМ сигнал а дальше он всё сделает сам. Собрал из фанеры 6мм вот такую раму.
Затем прикрутил это всё к радиатору, благо там есть всякие крепежные штуки и отверстия за которые можно зацепиться. Нарезал в некоторых резьбу М5 и притянул болтами. Пластик там достаточно прочный. Кулеры установлены на выдув, и не случайно. Зазоры заклеил в дальнейшем армированным скотчем.
Кулеры создают разряжение в камере образованной зазором между рамой и бортами радиатора в 1см. В итоге мы получаем всасывание воздуха по всей поверхности радиатора, тогда как если бы дули на него то обдув был бы точечный по площади самого кулера.
Едем дальше...
Первый перегон пробной браги без регулировки мощности ТЭН показал отвратительный результат)) Холодильник тупо не может столько вывезти даже при нормальной температуре воды в 35 градусов. И на выходе идет волшебный нектар с севухой и половиной таблицы Менделеева.
Возникла необходимость регулировки мощности... но как?
Первая мысль - твердотельное реле, arduino и низкочастотный ШИМ, что собственно и реализовано было.
В качестве термо датчиков были резистивные 10кОм, их пришлось юстировать с эталонным термометром и писать преобразование значений. Такое себе занятие, так как зависимость там не линейная.
В качестве блока питания - БП от ПК, универсальная вещь, за копейки на авито можно найти множество! Подойдет любой от 150Вт. Главное чтобы было 12В и 5В.
За схемотехнику тут не буду писать, любой кто держал паяльник и работал с arduino сможет понять как собрать эту достаточно простую схему, типовых статей на просторах полно. Ну а кто не в курсе и не хочет паяльником работать - тому наверно и думать о схемотехнике тут не нужно)
Было сделано три режима, "первый перегон", "второй перегон" и полностью ручной.
Опытным путем получено, что зависимость крепости выхода "гвоздями прибита" к температуре в самом кубе и соответствует примерно таким цифрам: 40% на 96 градусах и 20% на 98 градусах.
Был реализован самописный ШИМ который задавал тактирующий сигнал с периодом 1секунда а регулировка мощности производилась изменением времени включения твердотельного реле от 0 до 1сек с разрешением в 1мс.
Так же была подобрана примерная подводимая мощность (по температуре выхода спирта из холодильника) для первого и второго перегона. Для первого составила 60% для второго 50% (для 1.5 кВт ТЭНа).
После экспериментов стало понятно что так регулировать плохо, при уменьшении периода сложнее ловить нужную мощность, при 1секунде вполне слышно и видно что рывками идет процесс.
Тут на помощь пришел известный в узких кругах самодельщик Alex Gyver который в своих видео и на сайте оооочень подробно рассказал о симисторных диммерах и привел пример кода и схемы. Кому интересно - гугл приведет первой же ссылкой куда надо.
В "закромах родины" был найден LCD дисплей 20х4, который валяется там уже год, и я пустился во все тяжкие...
Собрал регулятор по схеме с сайта Алекса Гайвера. Профукал момент с распиновкой симистора (BTA41600) по этому вывел его на проводах потом.
Потратил несколько часов на понимание работы с дисплеем из ардуинки, упорно боролся с багом дисплея.. который ска оказался непропаем одной ноги i2C конвертера %)
Затестировал регулировку.. Поправил один момент в коде Алекса - ноль на управление симситором надо посылать сразу после "1" и стопа таймера не дожидаясь прохода синусоиды через 0. Симистор не может выключится на полуволне(как тиристор под напряжением), только на нуле, а прерывание от оптопары не всегда успевает обработаться до роста напряжения.(кому интересно смотрите в коде, в конце поста ссыль)
Проверил на лампочке) Результат порадовал. Плавное регулирование мощности! Как ребенок радовался.
Корпус для поделки напечатал на 3д принтере. ИМХО - незаменимая вещь для самодельщика, решает все вопросы с крепежом, корпусами, кнопками, ручками и прочим...
Собрал всё это навесным монтажом внутри коробки. Наружу вывел только управление симистором и радиатор MOSFET на управление помпой (можно было и не выводить - не греется).
Датчики температуры DS18B20 - цифровые, на выходе выдают сразу температуру с точкой и точностью до сотых. Примеры работы с ними есть у того же Алекса, и в гугле.
А теперь о логике работы!
3 режима, I перегон, II перегон и ручной
Помпа включается при достижении 60 градусов в емкости куба не зависимо от режима.
Режимы переключаются нажатием кнопок, слева направо - 1,2, ручной.
Ручками потенциометров регулируется мощность нагрева и скорость вентиляторов только в ручном режиме.
Скорость вентиляторов зависит от температуры в емкости с охлаждающей водой(режимы 1 и 2). Линейно зависит через map() функцию. Чем достигается автоматическое плавное регулирование дающее тепловое равновесие на самых жарких режимах около 35 градусов.
На режиме 1 идет "разгон" температуры в кубе до 75 градусов без регулировки мощности. Симистор просто открыт.
Затем после 75 включается регулировка мощности от 55% на 75 градусах до 65% на 98 градусах.
Выключается система на 98 градусах в кубе что +/- соответствует крепости в струе 20%. На первом режиме получаем спирт-сырец.
На режиме 2, более медленный выгон, так же разгон до 75 градусов в кубе, затем снижение мощности и регулировка от 45% на 75 градусах до 55% на 96 градусах (примерно 40% в струе).
Ручной режим предназначен для особых моментов, например перегона абсента, экспериментов, выгона "хвостов" и ограничен лишь фантазией с аварийной остановкой.
Есть аварийные остановки - по температуре воды охлаждения >45 градусов и по температуре в кубе больше 99 (если поставил на ручной и забыл).
На дисплей выведены: температура в кубе, температура воды охлаждения, мощность ШИМ на кулеры(%), мощность подаваемая на ТЭН (%), режим работы, состояние помпы(on/off) и индикатор работы контроллера в виде мигающей звездочки в углу.
Для прокачки охлаждения выведен тумблер включающий помпу в обход MOSFET.
После обкатки автоматики были куплены быстросъемные штуцеры и шланги 10мм внешним диаметром для удобства эксплуатации.
В целом участие человека сводится к сборке, заливке, включению, отбору голов (примерно 50мл с 1кг сахара), и действий после завершения процесса. То есть - собрал, включил, пошел смотреть сериал на 40 минут, пришел поменял емкость под "тело", ушел дальше сериал смотреть, пришел через 2,5 часа забрал продукт.
Прошу гурманов воздержаться от всяких там "сухопарник слить", святой воды заправить и прочего... Тут не про это.
Вот законченный вид установки на полу в нише под лестницей. Умещается всё на 1.5 кв.метрах.
По таймингам процесса: Первый перегон примерно 3 часа с разгоном(около 35 минут на 12л браги). Второй перегон 3.5 часа с разгоном, зависит от % спирта и объема жидкости.
Устройство получилось достаточно компактное и гибкое в управлении. Если что не так - можно поправить в коде и перепрошить))
После нескольких опытов пришел к такому алгоритму:
Брага 21.5 литр воды + 7кг сахара + 135г спиртовых турбо дрожжей (48). Всего получается 25 литров браги. Через 3-4 дня можно перегонять. Два первых перегона по 12.5 литров, и один второй перегон с разбавлением сырца до 30% получается примерно 12л в кубе.
Выход - 1 перегон (по факту два перегона браги по 12.5л) 3.5л в абсолютном спирте (6,8л крепостью 52%); второй перегон 3,1литра в абсолютном спирте, крепость отбирал разную - 2.5л 80% и 1.9л 60%.
После первого перегона очистка углем БАУ + аквафор фильтр, после второго просто через фильтр бытовой аквафор.
По моим ощущениям вполне пригодный продукт, в сравнении с тем что гнали родители в далекие 90-ые для личных нужд. Запах сивухи остается но достаточно слабый и немного другой(спасибо сухопарнику), более легкий, по интенсивности как привкус у воды из под крана в большом городе например, точнее не знаю как описать, но факт - он есть и никуда от него при дистилляции через такой аппарат не убежать.
Я честно был удивлен на сколько много товаров сейчас для домашнего самогона и на сколько шагнули технологии вперед. Возможно если бы не поторопился то собрал бы автоматику сразу для бражной колонны, как наиболее оптимальному способу перегона по цене/качеству. Но в силу того что употреблять надо в меру и это количество еще много месяцев будет понемногу расходоваться - смысла переходить на колонну не вижу, да и не ради продукта была затея а для получения знаний и опыта!
Вот и результаты "экспериментов", настойки, слева направо - абсент, егерьмейстер, лимонный бренди, кальвадос, копченый виски. Куплены исходники (травы и всякое) для настоек в разных магазинах на я-маркете, средний ценник 150р за пачку (на 1л 70%-ой настойки). А так же по бокам 60% и 77% растворы пока не знаю что в них "замочу".
Кому интересно, прошивка(скетч) тут https://github.com/eugen1384/auto-sam/blob/main/Automation_d...
Постарался максимально подробно расписать в комментариях всё.
Спасибо за внимание!
Надеюсь кому то будет интересно и даже полезно.
Конструктив в комментариях приветствуется =)
