Pico-Brasserie

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Le projet

Le but est de monter une pico-brasserie, d'une capacité d'environ 50L par brassins, pour permettre aux membres du LOG de brasser leur propre bière dans de bonnes conditions. À terme, il sera possible d'organiser des ateliers autour du brassage, mais également de brasser la bière du LOG, dont la revente (uniquement aux membres) pourrait financer des activités annexes.

L'équipe

Le fonctionnement

Les personnes souhaitant utiliser la pico-brasserie devront être formées. L'utilisation de la pico sera soumise a validation par un des responsables de l’équipe.

Le dimensionnement

Pour un brasseur amateur, un volume de 20L par brassin est raisonnable. Cela permet d'avoir une bonne quantité de bière tout en ayant un peu de variété si on brasse plusieurs fois au cours de l'année. Sachant que brasser 50L prend quasiment autant de temps que de brasser 20L, on souhaite partir sur un fonctionnement de ce type: - 20L pour le brasseur - 30L pour la buvette du LOG Bien évidemment, ce fonctionnement est une proposition de fonctionnement, il n'a pas de caractère obligatoire.

Le budget

Le coût du matériel sera pris en charge par les porteurs du projet. Le coût du fonctionnement (eau et électricité) reste à définir, mais devrait être pris en charge par le LOG. Le coût des matières premières sera pris en charge par les brasseurs et le LOG, au prorata du volume final.

Timeline

  • Fin octobre 2014 : Spécifications fixées, Commande du matériel
  • Novembre 2014 : Réception des commandes, Début de l'assemblage.
  • Décembre 2014 : Fin de l'assemblage, Premiers brassins de test.
  • Janvier 2015 : Pico opérationnelle !

Les ressources

Le brassage

Pour les personnes curieuses à propos du brassage en lui même, nous avons donné une présentation sur le sujet lors des RMLL 2014. La vidéo (environs 30 minutes) est disponible ici : http://video.rmll.info/videos/brassez-votre-propre-biere/ ainsi que le PDF de la présentation : ici

Pour des informations détaillées, nous conseillons le site http://univers-biere.net/

La production de bière à titre personnel est parfaitement légale. En revanche la production destinée à la vente est réglementée et doit faire l'objet d'une déclaration aux douanes.

Le prix de revient de la bière est généralement compris entre 1 et 2€ le litre. Cela dépend du degré d'alcool, mais surtout de la quantité et du type de houblon utilisé.

Pour une APA à 5% à ~40 IBU, les quantités pour brasser 50L sont :

  • 12 kg de malt (~1.25€/kg) : 15€
  • 200gr de Houblon (~4€ les 100gr) : 8€
  • 2 sachet de levure de 11gr (~2.5€ le sachet) : 5€

Soit un coût de 28€ (0.56€/L) pour une recette très basique. À noter que des économies d’échelle peuvent être réalisées très facilement en commandant le malt en grande quantité (à partir de 200kg, directement à la malterie). La culture de levure est également possible, mais demande une bonne gestion de la banque de levure.

La brasserie

Description

La pico sera constituée d'un système 3 cuves à chauffage électrique (inspiré par http://www.theelectricbrewery.com/).

Ce système a plusieurs avantages :

  • Il minimise les manipulations à faire à la main.
  • Il est entièrement automatisable.
  • Il permet de paralléliser les brassins (attaquer l’empâtage du brassin n+1 lors de l'ébullition du brassin n)

Les 3 cuves sont :

  • Cuve eau chaude
    • Porter à température l'eau pour l’empâtage (65°C en général) puis porter à température l'eau de rinçage (78°C)
  • Cuve matière
    • Réaliser l’empâtage avec les différents paliers de température.
    • Réaliser la filtration et le rinçage des drêches.
    • Modifier la chimie de l'eau par ajout de sels minéraux et d'acide
  • Cuve ébullition
    • Porter à ébullition le moût
    • Réaliser le houblonnage

Le process

Pour un brassin, le process est séquentiel. On peut le résumer comme suit (pour un brassin de 20L avec 5kg de grain) :

  1. On remplit la cuve eau chaude avec 30L d'eau.
  2. On porte à 65°C cette eau.
  3. On en transfert 15L dans la cuve matière.
  4. On ajoute les 5kg de grain moulu dans la cuve matière (qu'on mélange avec les 15L d'eau), et on attaque l’empâtage (1h30). On ajuste la chimie de l'eau en fonction de la recette.
  5. Pendant ce temps, on porte a 78°C l'eau restante dans la cuve eau chaude.
  6. À la fin de l’empâtage, on filtre le contenu de la cuve matière, pour séparer le moût du grain, et on transfère le moût (environs 7-8L, car le grain absorbe de l'eau) dans la cuve ébullition. On commence a porter à ébullition ces 8L.
  7. On transfert les 15L d'eau de rinçage de la cuve eau chaude à la cuve matière pour effectuer le rinçage (15 minutes).
  8. On filtre et on obtient 15L de moût supplémentaire, qu'on transfère dans la cuve ébullition. Elle est donc remplie avec 23L de moût.
  9. On porte à ébullition et on commence le houblonnage (1h).
  10. Après évaporation, on obtient environ 20L de bière non-fermentée.
  11. On refroidit à 20°C (15 minutes) et on transfère dans un fût de fermentation.

Le process complet dure entre 3 et 4h

Conception

Le schéma global

Pico-pipe.png

Voici le schéma global du système. Les choix sont en partie argumentés sur cette page : Pico-Brasserie choix design

Légende :

  • E* : Electrovannes
  • R* : Résistances chauffantes
  • Db* : Débitmetres
  • M* : pompes
  • Pt* : Sonde de temperatures

Cuves

3 cuves inox de 70L vont être utilisées. Pour acheter les cuves, nous allons suivre ce process qui à l'air de bien marcher: http://www.brassageamateur.com/forum/viewtopic.php?f=72&t=19352&hilit=bergland&start=220#p238634

Les 3 cuves seront expédiées d'Allemagne et seront réexpédies par un intermédiaire. C'est de loin la solution la moins chère. Nous nous inspirerons de ce tutoriel pour percer les cuves : http://www.bierealamain.fr/18/03/2012/comment-fixer-un-robinet-sur-sa-marmite-de-brassage/

Fond filtrant

La cuve matière sera munie d'un fond filtrant. Les modèles qui s'adaptent exactement à la cuve choisie coûtent autour de 200€, ce qui est assez prohibitif. Nous en avons repéré une d'occasion à 100€, frais de port inclus.

Afin de réduire les coûts, nous allons partir sur cette solution: http://www.rolling-beers.fr/fond-filtrant-inox-300mm-p-929.html. Le diamètre du fond est inférieur à la cuve, mais sa forme (dôme) permet de le plaquer au fond pour s'assurer que le grain ne s'infiltre pas dessous.

Système de chauffe

Cuve eau chaude et cuve ébullition

La chauffe des cuves eau chaude et ébullition se fera par chauffage direct. Des résistances chauffantes (R1 et R3) seront placées à l’intérieur des cuves. Nous utiliserons des résistances ULWD (Ultra Low Watt Density) de 5.5 kW. Ce sont des résistances de chauffe eau, très utilisées pour le brassage, dont la puissance par cm² est suffisamment faible pour ne pas caraméliser le moût, ou être détériorées si elles sont allumées à sec.

RIMS Tube

Pour la cuve matière, nous allons utiliser un système RIMS. L'idée est de placer la résistance chauffante dans un tube, et de faire circuler le moût à l’intérieur. Ce système a de nombreux avantages. Pour plus d'info, c'est ici. Le plan de montage que nous allons suivre va s'inspirer de ce tutoriel. http://www.instructables.com/id/Build-your-own-portable-Stainless-Steel-RIMS-tube-/

Les résistances (R1, R2 et R3) que nous projetons d'acheter sont celles ci : http://www.amazon.com/Camco-02933-Screw--Foldback-Element/dp/B001RD7MK0/ref=sr_1_2?ie=UTF8&qid=1412003045&sr=8-2&keywords=camco+5500w

Refroidissement

Notre choix s'est porté sur le refroidisseur à contre-courant. Nous nous baserons sur ce tutoriel pour le construire: http://www.youtube.com/watch?v=DVf-lTFpR2c

De plus, le refroidisseur sera conservé rempli d'eau. Ce remplissage en eau sera automatisé lors du process de nettoyage de la cuve afin d'éviter les oublis. De même, grâce au hop-dropper, il sera possible d'automatiser l'étape de désinfection.

Effecteurs

Electrovannes

Nous avons besoin de 7 électrovannes au total. Il y a plusieurs type de technologie. On utilisera des solénoides là où il y a de la pression (sur les arrivées d'eau), et des vannes à bille motorisées là où on utilise la gravité pour les transferts.

  • E1, E2 et E3 : Solénoide, commande en tout ou rien
  • E3, E4 et E5 : Vanne à bille motorisée 2-way. Ça se commande comme un moteur avec inversion de polarité. Il est possible d'avoir des vannes avec capteur de position pour le même prix. exemple
  • E7 : Vanne à bille motorisée 3 way. Commande identique au 2 way exemple
Pompe

La seule pompe utilisée (M1) sera au niveau du système RIMS. La pompe doit avoir un débit de fonctionnement autour de 4L/min. La pompe sera une pompe 12V, commandée en PWM.

Résistances Chauffantes

Les 3 résistances (R1,R2,R3), seront des résistance de 5.5kw. La commande se fera par l'intermédiaire de relais SSR. Les relais seront commandés en PWM. L’idéal est d'implémenter une commande en zero-crossing (on switch le relay quand la phase passe à zéro), qui minimise les pertes par commutation dans les relais.

Capteurs

Sondes de températures

Les sondes de températures seront des sondes PT100. C'est ce qu'il y a de plus précis et de plus adapté pour le brassage. Les PT100 sont des sondes dont la résistance varie en fonction de la température (100ohm + 0.38 ohm/°C). La mesure se fait généralement par pont de Wheatstone. Nous avons dejà travaillé le montage pour la pico actuelle. Par sonde il faut une entrée ADC 10bits mimimum.

Débitmètre

On utilisera 2 débitmètres :

  • Db1 servira à mesurer le volume d'eau injecté dans le système.
  • Db2 servira à asservir le débit de circulation dans le RIMS.

Un débitmètre est en essence un capteur à effet Hall monté sur un rotor. Pour mesurer le volume d'eau qui passe à travers, il faut donc compter des impulsions. Il faut une Interruption par débitmètre. Pour un dosage précis du volume d'eau injecté, Db1 pourrait être couplé à l’électrovanne E1.

Position des électrovannes

En fonction des électrovannes choisies, il y aura des capteurs de fin de course intégrés, avec 2 positions : vanne complètement ouverte et vanne complètement fermée. Je pense qu'il est important de choisir les vannes avec capteurs, car sans ça on ne saura pas en quelle position la vanne est (elle ne se referme pas automatiquement). On aura donc potentiellement 4*2 entrées logiques.

Résumé des E/S

  • 4 sorties PWM (M1, R, R2 et R3)
  • 3 sorties TOR (E1, E2 et E3)
  • N sorties TOR (vannes à billes motorisées, N à définir)
  • 3 entrées analogiques (Pt1, Pt2 et Pt3)
  • 2 entrées logiques avec interruption (Db1 et Db2)
  • 8 entrées logiques classiques (2 par vanne à bille)

Coût du matériel

Le budget est à compléter au fur est à mesure. Nous avons essayé de minimiser le budget au maximum, sans trop rogner sur la qualité. Le budget de l’électronique est encore à définir.

Matériel relatif à la pico-brasserie

Item Quantité Prix unitaire FDP Taxes Total Liens
Cuves 70L 3 44,9 34,9 0 169,6 http://www.brassageamateur.com/forum/viewtopic.php?f=72&t=19352&hilit=bergland&start=220#p238634
Résistances chauffantes 5500W 3 26,47 19,23 19,33 117,97 http://www.amazon.com/Camco-02933-Screw--Foldback-Element/dp/B001RD7MK0/ref=sr_1_2?ie=UTF8&qid=1412003045&sr=8-2&keywords=camco+5500w
Fond filtrant RB 1 39,9 9,9 0 49,8 http://www.rolling-beers.fr/fond-filtrant-inox-300mm-p-929.html
Electrovanne 12V 3 4,2 0 12,6 http://www.ebay.fr/itm/1-2-DC-12V-Electrovanne-Solenoide-Valve-Vanne-Electrique-Eau-N-C-Automatique-/291142365605?pt=FR_YO_Maison_ChauffageClimatisation_Climatiseurs&hash=item43c96ff1a5
Vanne à bille 2 way 3 19,5 0 58,5 http://www.ebay.fr/itm/1-2-To-1-DC12V-Motorized-Ball-Valve-Electrical-Ball-Valve-CR-01-02-05-/161241272567#shpCntId
Vanne à bille 3 way 1 20 0 20 http://www.ebay.fr/itm/1-2-DN15-DC12V-3-Way-T-Port-Brass-Motorized-Ball-Valve-2-5-Wire-Control-/151206197533?pt=LH_DefaultDomain_0&var=&hash=item233497791d
Pompe 12V 1 24,99 8,99 33,98 http://www.ebay.fr/itm/DC-12V-Solaire-Circulation-deau-Chaude-Pompe-Brushless-Pompe-a-eau-du-Moteur-/171373426701?pt=FR_JG_Bateaux_Pi%C3%A8ces&hash=item27e6a6f80d
Sonde PT100 3 6 0 18 http://www.ebay.fr/itm/RTD-PT100-Temperature-Sensors-with-Lead-Wire-/250785290219?pt=FR_YO_MaisonJardin_Bricolage_ElectroniqueComposants&hash=item3a63f7d7eb#shpCntId
Débitmètre 2 7,5 15 http://www.seeedstudio.com/depot/G12-Water-Flow-Sensor-Enclosure-p-1915.html?cPath=25_32
Couronne cuivre 10m 12x14 1 38,75 0 38,75 http://www.bricoman.fr/m015/bricolage/plomberie/alimentation-en-eau/tubes-et-couronnes-cuivre/couronne-de-cuivre-recuit-sans-carbone.html#26168
Tuyau >10m diamètre 25 1 10,5 0 10,5 http://www.leroymerlin.fr/v3/p/produits/tuyau-d-arrosage-long-25m-diam-19-mm-e20503#&xtmc=tuyau_d_arrosage&xtcr=9
Total 544.7

Matériel relatif à l'aménagement du local

Logiciel de Commande

Le logiciel s'appelle OpenplacOS, c'est un logiciel libre que nous avons créé (Vincent et moi) et que nous développons depuis plusieurs années.

C'est un logiciel généraliste dédié à l'automatisation de petits systèmes. Il permet de gérer un ensemble de capteurs et d'effecteurs de manière simple et efficace. A titre d'exemple, on a utilisé Opos (le surnom du logiciel) sur plusieurs de nos projets perso :

  • Mur Végétalisé (régulation du pH, de l'arrosage, des lumières)
  • Domotique (gestion des lumières, mesure de consommation électrique, température)
  • Aquarium (gestion des pompes, de la lumière, etc)
  • Pico-Brasserie (régulation de température, etc)
  • Distributeur de sirop (dosage du sirop, remplissage du verre)

L'idée générale du logiciel est de limiter au maximum l’intelligence au niveau du hardware et de tout déporter au niveau du PC. Les capteurs et le effecteurs sont esclaves de l'ordinateur, et c'est le logiciel qui s'occupe de la plupart des tâches (remontée d'informations, envoi des ordres, calcul des consignes, etc).

Au niveau architecture, le logiciel est composé de 3 groupes de programmes :

  1. Les composants, des briques logicielles qui s'occupent de l'interface hardware/software (par exemple le composant Arduino, qui gère la communication entre le PC et l'arduino), de l'abstraction des capteurs/effecteurs (par exemple le composant température PT100, qui convertit la valeur de l'ADC en valeur de température) et de la logique de commande (par exemple le composant régulation PID, qui calcule l'ordre à appliquer en fonction de la consigne à atteindre).
  2. Le serveur, qui s'occupe de l’interconnexion des composants entre eux, ainsi que d'exposer les méthodes qui vont bien pour que le tout soit pilotable depuis une IHM
  3. Les clients (généralement une IHM), qui se connectent au serveur via une interface REST, et qui permettent à l'utilisateur de piloter le tout.

Pour ceux qui sont interessés, on a donné une conférence sur le soft aux RMLL 2013. la vidéo est ici : http://video.rmll.info/videos/openplacos-automatisez-votre-systeme-diy/ et les slides ici : http://www.pingwho.org/pub/gentoo/ftp/devel/openplacos/rmll2013/presentation_opos.pdf

Les tâches à réaliser pour la pico sont :

  • Designer les modules hardware (capteurs, effecteurs)
  • Choisir l'interface Hardware / PC
  • Coder les composants qui vont bien.
  • Coder une IHM dédié à la pico. Openplacos dispose d'un client web générique, mais ce serait pas du luxe d'avoir un truc spécifique.

Emplacement

L'installation est fixe (compter une surface de 200x80cm), à proximité de l’évacuation d'eau et d'un évier.

L'emplacement de la pico est à définir, idéalement à coté de la cuisine. Il faut que cela soit au RDC, car il y a beaucoup de manipulations de matériel lourd (sac de grain de 25kg, seau de fermentation allant jusqu’à 50L). Passer par l'escalier n'est pas envisageable.

Notre proposition serait de caler ça en bas, avec le chauffe-eau sous l'escalier et la pico contre le mur entre l'escalier et l'évier (la pico est symbolisée par 3 cylindres) :

Pico prop1 details-mod.png

Nuisances

La pico ne fait pas vraiment de bruit, par contre, cela génère pas mal d’humidité s'il n'y a aucune ventilation (le taux d’évaporation est d'environs 15%, soit environ 7L d'eau pour un brassin de 50L). Il faut prévoir une hotte ou une ventilation au-dessus, pour évacuer la vapeur (et les bonnes odeurs de malt et de houblon par la même occasion)

Fermentation

La fermentation prend environ 3 semaines. Idéalement, elle doit se faire dans un endroit à température constante et contrôlée (~20°C), dans le noir.

la fermentation dégage du CO2 et un peu d'odeurs (Pain/brioche).

Les sous-projets

Étagère basculante pour pico

On aimerait éviter autant que possible les manipulations pour vider et nettoyer nos cuves. L'idée serait que les cuves soient fixées sur une structure basculante. Ce qui nous permettrait de vider le grain et de nettoyer avec une douchette hyper facilement.

Pico-Brasserie Hop-Dropper

Objectifs

Le besoin est de lâcher à un temps défini dans la recette un petit sachet de houblon dans la cuve. On trouve des trucs comme ca:

Par rapport à la pico, je ne vois pas de contraintes particulières, quel que soit le design que l'on choisit, il "suffit" de lâcher le sachet au moment convenu.

Informations complémentaires

  • dimension de la cuve : je n'ai pas les dimensions exactes de la cuve, je vais essayer de me renseigner. Miaouf Kirsh mentionne 45cm de diametre par 45cm de hauteur. Sinon, nos cuves devraient faire 70L, pour un volume par brassin de 50L.
  • temps max entre chaque lâché de sachet : Je n'ai jamais vu au dessus de 90min.
  • nombre maximum de sachets par recette : On va dire 4, ça me semble vraiment bien. alors effectivement, j'ai annoncé à Fabien 10 additions maximum. C'est vrai que c'est un peu overkill. Pour autant, 4 me parait assez limitant. Si on pouvait viser 8 ça serait pas mal. Et je dirais 6 minimum.
  • volume max et poids d'une dose individuelle : Au niveau du poids, on doit être au maximum à 700-800g. Au niveau des dimensions, en général on met le houblon dans une espèce de chaussette de diamètre 10cm et de hauteur 20cm. Je ne sais pas ce qu'ils mettent dans la kro, mais nous on est plutôt sur du 3 à 5gr/l en moyenne. Bref, le poids de 700 à 800gr au total me parait bon. On dépassera pas le kg.
  • est-ce que les doses sont constituées du même houblon: Non. Il y a un ordre bien précis. On stocke la recette en général sur un site. Nous avons un soft que nous devrions réutiliser pour la pico qui peut aller chercher cette recette. Ça peut être une bonne idée d'utiliser la même source pour programmer le robot. Un exemple de recette pour que tu voies: https://www.brewtoad.com/recipes/nugget-nectar-15