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Lo scopo del progetto è costruire un impianto per la produzione di birra artigianale, scegliendo fra le varie tipologie quello più adatto alle nostre esigenze.

Cenni di tecnologia brassicola

Senza voler scendere in dettagli troppo tecnici per questa sezione, per la produzione di una birra partendo dal malto d'orzo in grani occorrono una serie di passaggi. Questi passaggi si definiscono "cotta" per la prima parte, effettuata ad alta temperatura, e fermentazione e maturazione per quella successiva a temperatura ambiente (o leggermente più bassa).

  • Ammostamento: è una cottura in acqua per un tempo variabile in funzione della birra che si vuole ottenere. L'ammostamento avviene a temperature variabili, comprese fra i 40 e i 78°C. Migliore è il controllo della temperatura in questa fase migliore è il risultato finale.
  • Filtratura e sparging: il mosto viene filtrato dalle trebbie (i grani di malto cotti). Le trebbie vengono lavate con acqua calda (idealmente 78°C) in modo da estrarre gli zuccheri rimasti verificando contemporaneamente che la densità del liquore non sia troppo bassa.
  • Cottura e luppolatura: il mosto così ottenuto viene bollito per almeno 60-70 minuti. In questa fase si aggiungono i luppoli che renderanno la birra più o meno amara e permetteranno la formatura della schiuma e la conservazione della birra stessa.
  • Raffreddamento: il mosto così bollito deve essere raffreddato il più velocemente possibile fino a una temperatura di 20-25°C. Raggiunta quella temperatura si inocula lo lievito per la fermentazione
  • Fermentazione primaria: la birra verrà fatta riposare in un fusto per fermentazione alcuni giorni a una temperatura che dipende dallo stile (da 4-6°C per le Lager/Pils e altre birre a bassa fermentazione a 22-25°C per le birre "da meditazione")
  • Si travasa in un secondo fusto per una fermentazione secondaria di alcuni giorni sempre a temperatura controllata filtrando l'eccesso di proteine che si deposita sul fondo del fermentatore.
  • Si imbottiglia o si infusta e si lascia maturare ancora almeno 3-4 settimane sempre a temperatura.

Le temperatura di ammostamento sono critiche: variazioni di 1-2 gradi cambiano completamente il sapore finale. La temperatura di 78°C ad esempio è quella di liquefazione degli zuccheri: temperature più basse rendono il mosto troppo denso per essere filtrato rendendo l'estrazione degli zuccheri inefficiente e quindi la birra meno alcolica o con meno corpo, temperature superiori agli 80°C caramellano gli zuccheri alterando il gusto della birra finita.

Tipologie di impianti

Esistono varie tipologie di impianto possibili tra cui scegliere:

  • Il più semplice dal punto di vista meccanico e di conseguenza anche il più economico, è l'impianto a caduta con riscaldamento elettrico o a gas. In questo tipo di impianto occorrono 3 caldaie (in pratica dei pentoloni) sovrapposti su una struttura metallica. Il limite principale per questo tipo di impianti è che non sono funzionali per produzioni superiori a 50-60 litri perchè l'impianto diventa troppo alto per poter essere gestito comodamente senza soppalchi o strutture che gli girino intorno (una caldaia da 100 litri di cotta è alta oltre 70cm quindi l'impianto diventa circa 2,5 metri di altezza)
  • impianti con pompe di travaso e riscaldamento elettrico o a gas: in questo caso i 3 pentoloni possono essere affiancati permettendo ottenere impianti anche da ettolitri. Ma lo spazio occupato aumenta fino a 2-2,5 volte rispetto al sistema a caduta. Inoltre occorrono tubazioni per alimenti e pompe uso alimentare adatte a liquidi da 100°C facendo lievitare i costi non di poco.
  • impianti a ricircolo continuo (RIM): in questo caso si possono usare solo 2 pentoloni (o 1 in impianti particolari) in cui il mosto viene fatto circolare continuamente durante le varie fasi con una pompa che pesca dal fondo della caldaia e ributta dall'alto. Il riscaldamento è effettuato scaldando direttamente il pentolone. Dal punto di vista dell'ingombro occupa poco spazio in meno rispetto al sistema tradizione con 3 caldaie e ha costi simili. Permette però un miglior controllo sulle temperature. C'è il rischio di blocco delle pompe che dovendo funzionare per 2-3 ore di seguito ad alta temperatura si usurano più rapidamente.
  • impianti a ricircolo continuo e scambiatore di calore (HERMS): la Rolls Roice dei microimpianti, è come un RIM ma il riscaldamento avviene attraverso uno scambiatore di calore (ad acqua) immerso nel pentolone. Qui la temperatura è controllata regolando il flusso di acqua e la temperatura della stessa e regolando il ricircolo della pompa RIM. I costi sono più alti rispetto al RIM poichè occorre uno scambiatore in acciaio inox o rame e 2 pompe.

Un impianto di tipo a caduta può essere costruito con materiali di "recupero" abbassando la spesa a una cifra intorno ai 400-500€ per impianti da 40-50 litri, gli altri impianti richiedono l'uso di attrezzature e componenti piuttosto costosi. Un RIM da 50 litri monocaldaia finito costa oltre 3000€ e un HERMS può arrivare anche a 4000€. L'autocostruzione è più complessa dal punto di vista meccanico/idraulico e i costi pur diminuendo rispetto ad una soluzione chiavi in mano non possono essere molto bassi: solo la pompa in inox costa minimo 150€ e ne servono da 1 a 3 a seconda dell'impianto.

Se si sceglie il riscaldamento elettrico una resistenza da 2,5KW (il massimo che sopporta un impianto elettrico domestico) permette di gestire cotte fino a 35-45 litri mentre un bruciatore a gas da 6-7KW è abbastanza normale.

Dimensionamento dell'impianto

Per il dimensionamento dell'impianto occorre fare alcune considerazioni. Un impianto piccolo permette di variare i tipi di birra prodotti durante l'anno e minimizza i rischi in caso di una cotta mal riuscita, per contro un impianto più grande permette di soddisfare un maggior numero di persone e riduce i costi di produzione. Le tipologie standard di micro impianto vanno dai 25 litri ai 200. 25 litri sono adatti solo ad un consumo famigliare e richiederebbero troppe cotte all'anno per soddisfare un circolo di 15-20 persone. Per contro un impianto superiore ai 50-80 litri richiede una quantità di lavoro e di spazio molto elevato. Inoltre i costi salgono in modo non lineare: un pentolone da 50/60 litri è ancora abbastanza standard e costa relativamente poco, contenitori da 100/200 litri si trovano solo nei negozi di articoli per mense e i costi sono molto maggiori. Anche l'energia necessaria per riscaldare e mantenere le temperature cresce non linearmente con la dimensione dell'impianto. Secondo me un impianto da 50-60 litri è sufficiente almeno all'inizio: quando l'impianto sarà a regime si potrà affiancarlo ad uno nuovo di pari o maggiore capacità, oppure aumentare il numero di cotte o ancora rivenderlo e sostituirlo con uno di maggiore capacità. La capacità massima teorica (avendo tempo di seguirlo e spazio per mantenere le birre in maturazione) di un impianto da 50 litri usato da 2-3 persone è di 10/12.000 litri l'anno ma realisticamente difficilmente si superano le 1-2 cotte al mese quindi 500-1000 litri l'anno.

Progetto dell'impianto

A seconda del tipo e delle dimensioni dell'impianto scelto qui andranno elencati i componenti necessari e gli schemi per la costruzione della parte meccanica e elettronica.

Parte meccanica

Un impianto a caduta necessita di 3 caldaie disposte in modo che sia possibile per caduta passare dalla prima alla seconda e dalla seconda alla terza, e opzionalmente di passare anche dalla prima alla terza.

  • La caldaia chiamata Hot Liquor Tank (HLT) è quella più in alto e conterrà solo acqua che serve per le varie fasi. La dimensione di questo contenitore può essere inferiore a quello degli altri 2 e necessita unicamente di un controllo di temperatura collegato al bruciatore.
  • La seconda caldaia è il Mash Tun dove avviene l'ammostamento del malto con l'acqua. Qui serve sia un controllo di temperatura che un agitatore che mantenga il mosto in movimento. Il fondo della caldaia deve avere un doppio fondo forato per filtrare i grani al travaso o meglio ancora un "filtro bazooka" (concettualmente sono una serie di tubi forati, o ancora meglio un flessibile di inox, posti sul fondo della caldaia e collegati al rubinetto di travaso). Occorre anche una "doccia" collegabile all'HLT per sciacquare le trebbie rimaste sul fondo con acqua alla giusta temperatura
  • L'ultima caldaia è semplicemente un bollitore in cui il liquore ottenuto dall'ammostamento viene fatto bollire con il luppolo e le eventuali spezie. Un collegamento con l'HLT può essere utile per rabboccare l'acqua persa in evaporazione e per facilitare le operazioni di lavaggio finali. Qui il controllo di temperatura non è necessario al 100% (la birra deve bollire e basta) ma potrebbe essere utile per monitorare le temperature. Anche per questa caldaia potrebbe essere utile un doppio fondo a maglia fine per filtrare i luppoli. Ma può essere sostituito da un filtro a colino posto sulla bocca del fusto di fermentazione.

Il mash tun deve poter contenere tutto il malto (10-20Kg per 50 litri di birra) e l'acqua necessaria. Qui si apre una digressione: il rapporto acqua/malto necessario è legato a diversi aspetti. Idealmente le ricette chiedono 2-3 litri/Kg ma è possibile salire anche oltre per casi particolari. Maggiore è il rapporto acqua/malto più lenta è la conversione degli enzimi e più lungo sarà il mash (ma più veloce sarà lo sparging) con schiuma meno densa e qualche problema di torbidezza, viceversa un mosto concentrato convertirà più velocemente gli amidi e spezzerà anche le proteine (cosa che favorisce la schiuma) ma richiederà uno sparging più lento. Il risultato in temrini di gusto è diverso e dipende dalle caratterstiche che si vogliono ottenere e dal tipo di malto. Detto questo si ottiene che con un pentolone da 50 litri si riescono ad ammostare bene al massimo 10-12Kg di malto al massimo ratio e 15-16 al minimo. Volendo ottenere birre più alcoliche si dovrà ridurre la quantità finale di birra ottenibile.

Il tino di bollitura deve contenere quanto più liquore possibile poichè una parte si perde in evaporazione. L'ideale è avere almeno 50 litri.

Senza prevedere l'impiego di pompe di alcun tipo le 3 caldaie devono essere sovrapposte in altezza. Siccome sotto l'ultima si deve poter mettere il filtro di raffreddamento e il fusto per la fermentazione le 2 strade possibili senza usare pompe sono prevedere una distanza da terra dell'ultima caldaia tale da permettere di mettere filtro e fusto di fermentazione al di sotto (poco pratico perchè dovrebbe essere rialzata di almeno 1 metro da terra rendendo la struttura troppo alta per essere funzionale), oppure usare la forza bruta e mettere il bollitore al posto del mash tun o su altra struttura sufficientemente rialzata (parliamo di 50-60Kg di peso a 100°C da mettere a almeno 1 metro da terra).

Preventivo di spesa

Elenco dei materiali necessari e relativi costi stimati. L'elenco qui sotto è per un impianto a caduta da 45/50 litri con bruciatori a gas. I prezzi sono stati presi in parte da rscomponents in parte da ebay (in particolare per i fusti e le caldaie). L'unico materiale di "recupero" previsto al momento è una pentolona di inox artigianale da circa 50 litri che essendo molto spessa è l'ideale per il tino di ammostamento. Ho segnato 2 caldaie da 50 litri ma in effetti una serve solo per l'acqua calda per il risciaquo delle trebbie e per il rabbocco del liquore dopo bollitura quindi potrebbe bastare anche più piccola (30-35 litri). Per i fusti di fermentazione si potrebbero usare quelli in PVC da 25/30 litri (io ne ho 2 da 25l che posso mettere a disposizione): se qualcuno ne ha altri si faccia avanti. I fusti in PVC hanno il vantaggio di essere più maneggevoli e costare decisamente meno (il fusto in inox da 50 litri pieno pesa oltre 65Kg contro i 26-27 di quello in plastica)

Categoria di spesa commenti
Elettronica 100-150€ Arduino + componenti necessari (stima basata sul progetto brewtroller)
Termocoppie 50€ almeno 3 sensori di temperatura i in inox
Fusti per fermentazione 120€ 2 x 50 litri
Frigorifero 60-80€ per i fermentatori. Prezzo di un usato
resistenza per il riscaldamento 5-10€ per i fermentatori (lampada a infrarossi da 100w)
Caldaie 100€ 2x50 litri + 1 disponibile da Ercole
Cappotto di coimbente per le caldaie 20€ fatto con lana di roccia in rotoli
Doppio fondo in lamiera 5€ Filtro per le trebbie
Agitatore 5€ Ricavabile da un motorino elettrico e 2 palette in inox
rubinetti inox 30€ servono per svuotare le caldaie
struttura di supporto 60€ struttura in ferro saldata con ruote
Bruciatori 80€ n.3 bruciatori da 7/10KW
Elettrovalvole per il gas 100€ n.3 con fiamma pilota
tubi e raccordi per il gas 10€
Bombole del gas 50€ 2 bombole con riduttori di pressione
Serpentina in inox a controflusso 60€ Per il raffreddamento del mosto
Ferramenta varia 15€ fascette, guarnizioni, ecc...
TOTALE 945 €

Consuntivo

Categoria di spesa commenti
Elettronica Arduino + componenti necessari (stima basata sul progetto brewtroller)
Termocoppie almeno 3 sensori di temperatura i in inox
Fusti per fermentazione 2 x 50 litri
Frigorifero per i fermentatori. Prezzo di un usato
resistenza per il riscaldamento per i fermentatori (lampada a infrarossi da 100w)
Caldaie 2x50 litri + 1 disponibile da Ercole
Cappotto di coimbente per le caldaie fatto con lana di roccia in rotoli
Doppio fondo in lamiera Filtro per le trebbie
Agitatore Ricavabile da un motorino elettrico e 2 palette in inox
rubinetti inox servono per svuotare le caldaie
struttura di supporto struttura in ferro saldata con ruote
Bruciatori n.3 bruciatori da 7/10KW
Elettrovalvole per il gas n.3 con fiamma pilota
tubi e raccordi per il gas
Bombole del gas 2 bombole con riduttori di pressione
Serpentina in inox a controflusso Per il raffreddamento del mosto
Ferramenta varia fascette, guarnizioni, ecc...
TOTALE

Software

Il software di controllo dovrà essere diviso in 2 parti: la prima che gestisce gli step di temperatura dell'ammostamento e la cottura della birra e la seconda che sovraintende alla fermentazione e alla maturazione delle birre. Magari con un ethershield in modo da monitorare da casa l'andamento delle fermentazioni. Le considerazioni da fare sono se usare un software scritto ad hoc oppure appoggiarci a qualcosa di prefabbricato da adattare alle nostre esigienze. Esistono progetti abbastanza maturi tipo brewtroller dove hanno già sviluppato schede e software, oppure soluzioni nostrane comextremebrewing che è un progetto italiano per un software in java da interfacciare a arduino per il controllo di un impianto simile al nostro. Segnalo il forum di brewtroller dove si possono trovare idee e chiarimenti sulle varie fasi di costruzione di un impianto di home brewing. Anche per il controllo della fermentazione, per quanto non sia estremamente complesso da realizzare, c'è un progetto (in continua evoluzione) che si chiama odino. Conosco telematicamente i ragazzi che lo hanno creato e possiamo attingere alla lo esperienza liberamente in quanto sono molto disponibili.

Inoltre potrebbe essere interessante creare un'applicazione online dove salvare le ricette usate, con i grafici di ammostamento e i dati di fermentazione sul tipo del defunto cyberbrau. Ho trovato un alternativa a cyberbrau che si chiama brewtoolz: è mantenuta, completa e opensource (sviluppata in ruby on rails)

Considerazioni varie

Se dimensioniamo bene l'impianto è possibile ottenere un rientro delle spese di costruzione e fare anche un po' fund raising sia per noi che per CoProMa che ci ospita cedendo le birre dietro offerta ai soci. Il costo di una cotta di birra da 4-6 gradi da 50 litri si assesta intorno a 1-1,5€//litro più il costo della bottiglia di vetro. Chiedendo un offerta minima da 1,5/2€ bottiglia da 0.5L si può rientrare delle spese sostenute in poche cotte

Dati progetto

Reponsabile del progetto: Ercole Carpanetto

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Tecnologie: arduino, birra, home brewing

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