Koolzuur, druk en lengte bierleidingen

[Adrie]

Zoals elders gemeld heb ik een aantal soda-kegs op de kop getikt en wil ik een tapinstallatie maken. Het idee is een koelkast met twee kegs en een koolzuurfles. Op de koelkast staan twee tapzuilen.

Tappers weten natuurlijk dat de druk een cruciaal punt is met zo'n opzet. Zet je teveel druk op je vat dan verzadigt je bier teveel met koolzuur en tap je schuim, zet je er te weinig op dan verdwijnt koolzuur uit je bier en heb je een plat bier. De oplossing is om de juiste combinatie van bierleidingdikte en -lengte te vinden zodat het drukverschil tussen vat met bier en buiten net niet wordt opgeheven. Zo blijft je bier op de juiste druk (met de juiste koolzuurverzadiging) en is het bier tapbaar. De variabelen die een rol spelen zijn: gewenste aantal volumes koolzuur in je bier, de temperatuur van het bier in het vat, het hoogteverschil tussen vat en tappunt, de koolzuurdruk die je op het vat zet, de dikte van de bierleiding en de lengte van de bierleiding.

Voordat ik een bestelling van aansluitingen en leidingen ga doen, moet ik uitvinden welke dikte en lengte bierleiding ik nodig heb om goed te kunnen tappen. Uiteraard zijn er formules om het een en ander te berekenen, maar die zijn allemaal in prehistorische (lees: Amerikaanse) eenheden. Ik heb dus maar een excelbestand gemaakt met de berekeningen in metrische eenheden.

In het bestand vul je in welke koolzuurdruk je in je bier wilt (kun je vinden in BrouwHulp en BrouwVisie of in de biertypengids) en op welke temperatuur je bier tapt. Er wordt dan berekend hoeveel druk je op je vat moet zetten om de juiste koolzuurverzadiging te krijgen.

Vervolgens geef je de afstand tussen (het midden van) het vat en de tapkraan op en de diameter van de bierleiding (inwendig). Er wordt dan berekend hoe lang je bierleiding moet zijn en wat het volume bier is in die leiding. Dat is handig om te weten, want als het bier lang in de leiding staat wil je het misschien eerst weg laten lopen.

Ik kan niet garanderen dat het allemaal klopt, ik heb het ook maar van formules op internet, maar je mot wat, nietwaar? Ik ga in ieder geval wel op basis van deze berekeningen bepalen wat voor bierleiding ik bestel en hoeveel. Mochten jullie berekeningsfouten vinden, laat dat dan weten, dan pas ik het aan.

Voorbeeld: de meeste bieren hebben een koolzuurverzadinging van rond 2,5 volumes CO2 en ik zet ze weg bij 10 graden in de koelkast. Dan moet ik 1,19 bar op het vat zetten. De afstand tussen vat en tapkraan is 50 cm en ik gebruik 4mm plastic leidingen. Dan heb ik 158 cm leiding nodig en die bevat dan 20 ml bier.

Wow, tappen was nog nooit zo makkelijk!

[Anton]

De afstand tussen vat en tapkraan is 50 cm

Ik neem aan dat je met "afstand" het hoogteverschil bedoelt?
Per meter moet je 0,1bar (overdruk) tellen.

Anton

[Adrie]

Inderdaad, Anton, dat is juist.

[Adrie]

Ik heb nog wat veranderd. Je kunt nu gewoon de (binnen)diameter van de slang invullen en dan worden de berekeningen gedaan. Geen keuze meer dus uit voorgeprogrammeerde slangen.

Wat me opvalt is dat je nogal wat lengte slang nodig hebt voor een redelijk gesatureerd bier. Wat gebruiken de meeste sodakeggers hier? 7 mm? Bij 7 mm en een goed gesatureerd bier (2,5 vol. CO2) kom ik uit op dik 12 meter slang.  Gebruiken jullie dunnere slangen of gewoon minder druk?

[Herman]

Ik heb een standaard picknicktap met naar ik meen slechts 30 cm 7 mm slang, ik wil dit verlengen tot zo'n 1,5-2 meter. Bij het tappen verlaag ik de druk naar zo'n 0,5 bar. Bij langer gelagerde bieren tot max zo'n 1 bar. Na tappen hoog ik de druk weer op naar ca 2 bar.

[jacob]

Ik gebruik 4 mm slang met een druk tussen de 0.8 en 1.2 bar en ze zijn ongeveer 1.5 meter lang.
Dat gaat meestal goed alleen de temperatuur van de koelkast is niet erg stabiel maar er is mee te werken.
Jacob

[Adrie]

Bedankt, Jacob. Wat voor koppelingen gebruik je dan en waar heb je die vandaan? Waar heb je trouwens die 4 mm slang vandaan? Bij een 4 mm slang kom ik uit op zo'n 84 cm slang om met 1,2 bar te kunnen tappen (2,5 volumes CO2 in het bier). Dat lijkt te kort als ik jouw 1,5 meter lees.

[edit] Laat maar, bij Candirect hebben ze alles.

[wiwi]

Alvast bedankt voor dit hulpmiddeltje, kan nog van pas komen.

[Edgar]

Verrassende getallen! Op één of andere manier dacht ik dat de druk in het fust bij een bepaalde verzadiging veel hoger zou zijn, nl. min of meer dezelfde waarde als de volumewaarde. Ik begrijp nu ook niet zo goed waarom het bier op fust, onder druk, zijn koolzuur lijkt te verliezen. Noch waarom het bier bij aanslaan altijd veel te veel druk heeft. Bij 2 vol. op 5° zou het 0,5 bar moeten zijn maar het lijkt in de praktijk veel meer. Heb jij een suggestie?

[Adrie]

Verkeerde berekeningen? 

Ik weet het niet, ik heb tot nu toe geen enkele ervaring met druk en tappen, dus het is voor mij een puur theoretische exercitie.

[William]

Bij 2 vol. op 5° zou het 0,5 bar moeten zijn maar het lijkt in de praktijk veel meer. Heb jij een suggestie?

Ik weet het niet, ik heb tot nu toe geen enkele ervaring met druk en tappen, dus het is voor mij een puur theoretische exercitie.

Ik heb een tijdje geleden een soortgelijke file op dit forum (link) gepost en daar komt ook uit dat je voor 2 vol% CO₂ bij 5 ºC ongeveer 0.5 bar nodig hebt. Ook theorie maar mijn meting van de hergisting in de fles met een manometer klopt aardig met de theorie.

[Adrie]

Ik heb een tijdje geleden een soortgelijke file op dit forum...

[Jacques modus]
Ik dacht dat files alleen op de weg voorkwamen...
[/Jacques modus]

Toch fijn dat de theorie klopt met de theorie!

[hansHalberstadt]

Ik gebruik zelf al jaren een tap met een tapdruk van ca 1.2 bar bij een temperatuur van ca 8 ºC. (0.5% koolzuur in het bier [edit] =2.56 VOL [edit]) Ik heb de tapleiding afgestemd op de afbouw van 1.2 bar aan het begin van de tapleiding tot 0 bar aan het eind met een stroomsnelheid welke hoort bij het normaal tappen van een biertje. Ik gebruik daarvoor aquarium luchtslang van 4mm inwendig met een lengte van ca 2 meter.
Daarmee kun je prima bier tappen. Iets langer mag ook, dan tapt het nog wat rustiger met minder schuim.
RVS in plaats van plastic is natuurlijk nog beter. Het beste is ook om je tapleiding zelf te koelen. Bij mij zit de tapleiding en fust in dezelfde koelkast. Voordeel van 4mm leiding vind ik dat je minder bier in de leiding hebt staan. (Dat eerste beetje moet je steeds weggooien als het meer dan enkele uren in de leiding staat)
Zie ook "vakboek voor de bierslijter van Gilbert Baetslé"

HansH

[wiwi]

Het beste is ook om je tapleiding zelf te koelen.
HansH

Indien de tapkraan niet rechtstreeks op de koelkast is gemonteerd, de leiding die buiten de koelkast zit isoleren helpt ook naar 't schijnt.

[Adrie]

In de VS is tappen min of meer een moetje voor de hobbybrouwer, lijkt het soms. Daar hebben sommigen de koelkast met vaten in de kelder en een geisoleerde leiding naar boven naar de huiskamer of keuken. Isolatie is dan niet genoeg. Dus laten ze een extra leiding meelopen waardoorheen zij gekoeld water uit de bierkoelkast pompen met een klein pompje. Zo blijft het bier in de leidingen ook op koelkasttemperatuur.

[thibolleke]

Wat een verschil in bierleidinglengte zeg, als je 0,4 of 0,7 cm binnendiameter gebruikt.

[Adrie]

Ik gebruik zelf al jaren een tap met een tapdruk van ca 1.2 bar bij een temperatuur van ca 8 ºC. (0.5% koolzuur in het bier) Ik heb de tapleiding afgestemd op de afbouw van 1.2 bar aan het begin van de tapleiding tot 0 bar aan het eind met een stroomsnelheid welke hoort bij het normaal tappen van een biertje. Ik gebruik daarvoor aquarium luchtslang van 4mm inwendig met een lengte van ca 2 meter.
Daarmee kun je prima bier tappen. Iets langer mag ook, dan tapt het nog wat rustiger met minder schuim.

Hmmm. Als ik jouw gegevens invul in het werkblad, dan kom ik (bij een hoogteverschil van 50 cm) uit op 78 cm. Dat is toch aanmerkelijk minder dan de 2 meter die jij gebruikt. De gebruikte weerstandformule is afgeleid uit gegevens van plastic leidingen in het interval van 0,48 cm en 1,27 cm. Extrapolaties naar grotere of kleinere diameters zijn natuurlijk altijd gevaarlijk. Bij een diameter van 0,49 cm kom ik uit op een bierleidinglengte van ongeveer 2 meter.

[Adrie]

Nou, ik heb mijn vloeistofdynamica maar weer eens opgepoetst en nog wat gerekend. Als ik met behulp van het Reynoldsgetal, de frictiefactor van Swamee-Jain en de vergelijking van Darcy-Weisbach reken en uitga van een ruwheidshoogte van 2,5E-6 (typische ruwheidshoogte voor plastic), dan kom ik op een paar centimeter na op dezelfde uitkomsten als de berekeningen in het werkblad.

Weer een theorie die met de theorie klopt dus.

Krijgen we er al vertrouwen in?

Overigens heb ik over het onderwerp gisteravond nog een ARTIKEL geschreven. De site van de Roode Toren moet toch vol, nietwaar?

In ieder geval ga ik mijn bestelling baseren op de berekeningen.

Nu nog op zoek naar een tafelmodel koelkast zonder vriesvak waar de vaten in passen.

[hansHalberstadt]

Je kunt er erg ingewikkelde berekeningen op loslaten, maar je kunt het ook heel simpel houden. Bij een bepaalde stroomsnelheid hoort gewoon een bepaalde drukafbouw per meter lengte. Als je weet hoeveel tapdruk je hebt om een bepaalde hoeveelheid koolzuur in je bier te houden bij een gewenste temperatuur, dan kom je vanzelf op een bepaalde lengte van je tapleiding. De praktijk wijst uit hoeveel lengte je dan moet nemen, in dit geval dus ca 2 meter bij 4 mm inwendig, 8grC en 1.2 Bar.
Het is wel van belang om een beetje gevoel voor de materie te hebben. De binnendiameter is van groot belang voor de benodigde lengte. Dat betekent dat een wat langere leiding niet zo erg is, (tapt alleen wat langzamer) maar een te korte leiding tov de dikte is wel erg, want dan tap je alleen maar schuim omdat het dan veel te snel stroomt. Voor je iets gaat aanschaffen zou ik toch niet alleen op de theorie vertouwen, maar toch ook het boek van Baetsle raadplegen met praktijkgegevens.   
HansH 

[Adrie]

De berekeningen zijn ook gestoeld op praktijkervaring, in de VS worden ze met succes gebruikt. Er wordt ook opgemerkt dat je wel echte bierslang moet gebruiken, omdat deze zodanig behandeld zijn dat zij veel minder snel koolzuur uit oplossing doen gaan dan andere plastic slangen.

Maar je hebt gelijk: beter wat langere slangen bestellen dan te korte.

[hansHalberstadt]

Ok, maar 78 cm is denk ik echt te kort. Dat heb ik al uitgeprobeerd en stroomt veel te snel.
Hans.

[hansHalberstadt]

Ik heb nog even wat getallen opgezocht uit "Vakboek voor de bierslijter" van Baetslé:

Afgelezen waarden uit grafiekje blz 39: drukverlies per meter lengte bij 3 liter per minuut tapsnelheid 8 ºC:
4 mm ca 0.5 a 0.6 bar/m (valt buiten de grafiek)
5 mm     0.23 bar/m
6 mm     0.11 bar/m
7 mm     0.05 bar/m
8 mm     0.025 bar/m
Voor de uitstroming uit de tap wordt nog 0.15 Bar gerekend

Voor 4.1 l  per minuut (zie blz 54)
4 mm  0.64 bar/m
5 mm  0.32 bar/m
6 mm  0.16 bar/m
7 mm  0.08 bar/m
8 mm  0.04 bar/m
9 mm  0.02 bar/m
10 mm 0.01 bar/m

Je ziet dus dat de drukafbouw per meter dus grofweg halveert voor elke mm extra binnendiameter.

als rekenvoorbeeld:
taptemperatuur 8grC=> in te stellen tapdruk= 1.14 bar bij 0.52% CO2 (zie blz 36)
1.14 bar-0.15 bar tapuitstroming=0.99 bar
hoogteverschil midden fust tot tapkraan=0.75m=0.075 bar
benodigde drukafbouw=0.99-0.075=0.915 bar
benodigde lengte bij 3l/min tapsnelheid:
4 mm slang=0.915/0.5=1.85m (23 ml bier in de leiding)
5 mm slang=0.915/0.23=4.0m (78 ml bier in de leiding)
6 mm slang=0.91/0.11=8.3m   (235 ml bier in de leiding)
7 mm slang=0.91/0.05=18.2m (700 ml bier in de leiding)

Het valt dus op dat de lengte van de leiding sterk toeneemt bij toenemende diameter. Het restant bier in de leiding (wat je weg moet gooien als je het eerste glas op een dag tapt) neemt nog sterker toe.

Daarom gebruik ik 4 mm leiding. Hoe meer je drinkt doe dikker je leiding kan zijn zonder verspilling van bier.

HansH

[EBC]

Uit de praktijk:

Aan mijn Homepub zit 60 cm leiding van 3 mm inwendig. De slang is in een spiraal opgerold met een diameter van 3 cm, 5 windigen en een stukje recht.
Ik zet ca 1,2 bar druk op het vaatje.
De tapkraan is een Ventmatic forward seal. De uitstroomopening van deze kraan is 12 mm. Het bier komt er ook uit in een straal van 12 mm dik.
Ik heb nog nooit gemeten hoeveel liter per minuut dit oplevert...

Dit geheel tapt perfect. Zelfs het eerste glas van een vat is meestal in één keer ok...

[hansHalberstadt]

3 mm leiding levert, als je het verhaal van Baetsle doorzet ca 1.2 bar /m drukverval op (factor 2 per mm dunnere leiding). Als je dan ook nog spiraalvormige slang gebruikt ipv rechte slang, waarbij volgens Baetsle ruwweg 1.5 keer zoveel drukverval optreedt als bij rechte leiding (1.8 bar /m) dan heb je bij 1.2 bar dus inderdaad ca 1.2/1.8=66 cm leiding nodig. Als dit systeem dus inderdaad zo perfect tapt, dan kun je dus net zo goed 3 mm leiding gebruiken met als voordeel dat het nog compacter kan met nog minder bierverlies in de leiding oplevert. Dit voorbeeld geeft voor mij duidelijk aan waarom de optimum installatie voor een cafe duidelijk anders is dan de optimum installatie voor de thuistapper.
Je zou kunnen denken dat je dan ook wel 2 mm of 1 mm slang kunt nemen. Ergens zal het wel fout gaan en 3 mm zal dan wel het minimum zijn ewat nog goed werkt.
HansH

[Adrie]

Ha Hans en Jasper,

Dat zijn inderdaad andere getallen, de gegevens die ik had komen grofweg uit op het dubbele (weerstand). Gezien jullie ervaring denk ik dat de getallen van Baetslé betrouwbaarder zijn. Ik zal één dezer dagen het artikel daarop aanpassen, denk ik.