Como refrigerar a cerveja na semana de fermentação - Parte II (ou, Final)

Semana de fermentação

No artigo anterior relacionado, me ative em apresentar a parte física, as dificuldades encontradas e as soluções, além de explicar o propósito do projeto. Dessa vez vamos para a finalização, mas devo citar respostas para algumas das questões levantadas além de discorrer sobre a semana de fermentação.

Temperatura inicial

A temperatura inicial dentro do isopor é: isopor =  Tamb + 2

Isso porque o mosto fermentando tem uma média de 2 graus acima da temperatura de saída do mosto para o fermentador.

Resfriar o ar ou o mosto?

É mais eficiente refrigerar o liquido, mas o mosto não pode ter contato com ar nem com qualquer tipo de contaminação, portanto a melhor opção é refrigerar o ar dentro do isopor. Alguém disse que "refrigerar o ar é fácil". Ótimo, porque o ar refrigerado vai trocar calor com o mosto e a pastilha de peltier fará o trabalho de conversão para frio novamente.

Eficiência

Gostaria de obter mais das pastilhas, aliás, eu esperava um resultado realmente melhor. Não que esteja ruim, mas eu queria resfriar o mosto o suficiente para dispensar geladeira, mas não dá. O isopor de 100 litros é muito grande para o meu fermentador de 10 litros, cabem 2 fermentadores nesse isopor. Reduzir essa área seria uma grande vantagem, sem dúvida. Além disso, está pingando água gelada das pastilhas de Peltier, o que significa que ela está cumprindo seu trabalho; a dissipação está ótima, ficando em torno de 30 graus no dissipador. Acredito que o sensor de temperatura esteja mal posicionado, mas isso não significa que está mais frio do que ele marca, na verdade o ar não está circulando adequadamente dentro do isopor. Essa constatação eu fiz ao abrir o isopor, deixando sair um ar realmente frio; o plástico do fermentador também está frio, então considero apenas que a área a refrigerar está muito grande, de resto está tudo como esperado.

Temperatura

A temperatura marcada no sensor DS18B20 chegou no mínimo de 27 graus, porém estava mais frio que isso, sem dúvida, porque 27 graus é quente e dentro do cooler estava frio, por isso suponho que por alguma razão o sensor não está trabalhando corretamente (fio muito longo desde a controladora até o ponto dentro do cooler, tensão de 3v3 não está ideal, ficar muito próximo do isopor está influenciando na medição etc).

Para resolver esse problema, terei que aferir com um termômetro de mercurio e um termômetro laser. O teste mais rápido é obviamente o termômetro laser, que devolve imediatamente um resultado. E consegui tirar algumas conclusões.

A temperatura medida pelo termômetro laser foi de 26.5 enquanto a medição pelo DS18B20 marcava 28. Porém, a medição com o termômetro laser foi feita apontando-o para o fermentador após abrir o cooler de isopor. Esse já foi um indício significativo de um problema aparente; ou o termômetro está em uma posição ruim, ou o ar não está circulando adequadamente dentro do cooler. Por fim, apontando o termômetro laser para a fan, a temperatura estava próximo dos 30 (localizado, não distribuido). Isso é péssimo, porque a fan que está sendo utilizada para circular o ar também está gerando calor, e assim o é. O facebook produz suas próprias placas-mãe e a dissipação é através de tubulações de ar refrigerador, não tem nenhuma ventoinha justamente porque ela própria gera calor e também precisa ser dissipada. Porém, se não ligá-las, o ar não circulará. É mais eficiente?  Para responder a essa questão, desliguei os relés das fans.

Enquanto isso, o termômetro de mercúrio estava dentro do cooler e após alguns minutos o retirei para ver qual era a temperatura interna. O termômetro de mercúrio é incontestável e marcava 28 graus na base do fermentador. Partindo para o teste com as fans desligadas, o resultado foi nulo, marcando os mesmos 28 graus. Apesar de um dia de 34 graus, 28 está longe de satisfatório e mesmo os 26.5 marcados no termômetro laser sobre o fermentador ainda é muito. Logo, a melhor opção para baixar a temperatura sem dúvida é reduzir o cooler. Se você estiver usando uma bombona para mais de 20 litros, sinto informar, mas é melhor comprar no mínimo um frigobar.

Pra finalizar o raciocínio, o máximo de eficiência tirada na condição atual é 27 graus em um isopor de 100 litros. A melhor solução será embutir as pastilhas sobre a tampa do fermentador - coisa que farei tão logo eu compre outro fermentador exclusivamente para esse teste. E nesse caso, sim, deve chegar aos 20 graus que é o ideal.

Áreas menores

com certeza absoluta áreas menores são melhor refrigeradas, tanto que existem geladeiras portáteis que fazem uso de pastilhas de peltier para algumas poucas latas. Ainda assim estou satisfeito com o resultado e apenas vou reduzir o espaço interno desse cooler mesmo, utilizando mais isopor invés de comprar outro cooler menor, mas estou certo de que a melhor opção é embutir as pastilhas de Peltier no fermentador.

Eficiência das pastilhas de Peltier

O primeiro teste foi justamente obter o melhor das pastilhas, utilizando a melhor dissipação possível. Esses testes podem ser vistos nesse artigo que escrevi a respeito, mostrando inclusive o gelo se formando sobre as pastilhas.

As pastihas estão gelando e formando água, está pingando dentro do isopor, o que mostra claramente seu funcionamento e já há dois dias que está rodando direto, portanto a dissipação se mostrou 100% eficaz e foi possível mensurar os limites.

Automação

Supondo que fosse o suficiente como está, concluí a parte lógica, definindo a rotina do programa que controla a temperatura para que não baixe além de um limite predefinido.

• O módulo AFSmart inicia com todos os relés ligados. A tarefa inicial é derrubar esses relés. Para tal, basta executar a rotina de subida dos relés utilizados pelo sistema
• Deve ser possível definir um limite de temperatura para o desligamento. Um valor inicial é definido e então posteriormente o controle deve ser permitido por MQTT.
• O desligamento deve ser feito de forma gradativa, iniciando pelas fans dentro do cooler e então a pastilha de Peltier mas distante do dissipador. Isso porque o calor remanescente deve ser dissipado para que não volte para dentro do cooler. 30 segundos deve ser o suficiente, após isso, a segunda pastilha é desligada. O calor remanescente dessa segunda pastilha também precisa ser dissipada, portanto a fan do dissipador permanecerá ligada por mais 1 minutos ainda que com ambas as pastilhas desligadas.

Nada mais complexo do que isso. Para tal, fiz uma classe simples para ter o controle periférico total, auxiliado pela AFLib. Essa classe possui os métodos descritos em seguida.

Métodos da classe de gerenciamento

Para ter um controle transparente e rápido fiz uma classe para abstrair ainda mais o background da coisa, com alguns poucos métodos conforme descrito:

Classe Cooler

downAll()

Esse método desliga todos os relés. Na verdade é fácil, porque a classe AFLib manipula os bits do PCF8574 de forma a desligá-los inicialmente, basta ligar ou desligar qualquer relé.

start(choice)

Inicia um relé ou um conjunto deles. Se a escolha for self.ALL, todos os relés relacionados à inicialização do sistema serão disparados. Se outra macro for utilizada, então apenas ela será modificada (ex.: self.PELTIER_UP).

stop(choice)

Pára um determinado relé (ex.: self.FAN_TURBO).

peltier_sink_side(state)

Desliga ou liga o peltier próximo ao dissipador. O state pode ser af.OFF ou af.ON.

peltier_box_side(state)

Tal qual a opção anterior, porém para a pastilha diretamente exposta dentro do cooler de isopor.

    def fan_sink(self,state):
        self.af.relay(self.COOLER_ONE, state)

    def fan_box(self,state):
        self.af.relay(self.PELTIER_UP, state)

    def fan_turbo(self,state):
        self.af.relay(self.FAN_TURBO, state)

Controle das fans. Se deseja ver as funcionalidades da AFLib, leia esse outro artigo a respeito.

temperature(loop, interval)

Devolve informações sobre a temperatura.

help()

Mostra tudo que a classe oferece, caso você se esqueça. Assim não precisa ficar consultando online esse artigo. Veja na imagem abaixo:

Rotina

A rotina é simples:

• liga o sistema
• monitora temperatura
• desliga o sistema

Se implementar MQTT, a interação manual será possível, sem influenciar na rotina principal. Vamos ver como colocar MQTT no sistema em outro artigo. Além disso, seria interessante utilizar um controlador PI (Proporcional e Integral), mas como a temperatura ainda está discrepante com o pretendido, vou deixar para o próximo modelo com o sistema embutido direto no fermentador. O código inicial é justamente para fazer o processo automático e fica assim:

import cooler
import time

cool = cooler.Cooler()

cool.start(cool.ALL)

OFF = 0
ON  = 1

system = OFF

while True:
    #pega 10 amostras com intervalo de 20ms entre cada pra fazer a media
    temp = cool.temperature(10,20)

    if temp > 26.5 and system == OFF:
        cool.start(cool.ALL)
        system = ON

    if temp < 24.5 and system == ON:
        cool.fan_box(cool.OFF)
        cool.fan_turbo(cool.OFF)
        cool.peltier_box_side(cool.OFF)

        #Agora espera dissipar o calor remanescente do peltier externo...
        acum  = time.ticks_ms()
        delta = 0
        #espera 20 segundos para desligar o segundo peltier
        while delta < 20000:
            delta = time.ticks_diff(time.ticks_ms(),acum)
        cool.peltier_sink_side(cool.OFF)

        #agora espera dissipar o calor do ultimo peltier antes de desligar a fan externa
        acum = time.ticks_ms()
        delta = 0
        while delta < 20000:
            delta = time.ticks_diff(time.ticks_ms(),acum)
        cool.fan_sink(cool.OFF)
        system = OFF

Esse código, a classe Cooler e a AFLib podem ser pegos no git do bB, clicando aqui.

Em breve escrevo sobre o sistema de refrigeração melhorado, caros. Ao menos a cerveja já não está mais participando da temperatura ambiente desse verão (e "que" verão, hum?).

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