Topic: CO2 meten met turbine flowmeter

[hansHalberstadt]

Vanavond even uitgeprobeerd of dit idee werkt. 45 liter gistend bier met daarop aangesloten een slangetje met een sproeier van een aardgasbrander en dat gericht op een oud schoepenrad van een pompje wat hangt aan een speld met de scherpe kant aan een magneet. De rotatiesnelheid is dan een maat voor de koolzuurproductie en na ijking kun je dan hieruit het verloop van de gisting volgen. (Via een fotosensor en verwerking daarna)


 Op dit moment maakt hij ca 5 omwentelingen per seconde tijdens de gistingspiek.

[BrouwMout.nl]

Mooi idee! maar hoe lineair is het?

[hansHalberstadt]

Mooi idee! maar hoe lineair is het?

Dat ben ik nu aan het onderzoeken. Hetzelfde idee wordt gebruikt voor windsnelheidsmeting. via 3 van die halve ballen of via een klein propellertje. In dit geval is het windsnelheid van een dun straaltje lucht en windsnelheid x diameter van het gaatje is CO2 flow. Als het werkt is het een simpeler constructie dan meten via klepjes en balgjes en waarschijnlijk nauwkeuriger dan bellen tellen. evt niet lineariteit kun je in de software compenseren of via een tabelletje.
 

[seed7]

Heeft Albert niet eens zoiets gedaan met een pitotbuis, of een electronische versie daarvan? Dan ben je in ieder geval de massatraagheid van je "propeller" kwijt, voor zover dat al een rol speelt,

Ingo

[Oscar]

Als het werkt is het een simpeler constructie dan meten via klepjes en balgjes en waarschijnlijk nauwkeuriger dan bellen tellen. evt niet lineariteit kun je in de software compenseren of via een tabelletje.

En wat als de CO2 flow nu dermate langzaam is dat het systeem een snelheid van 0 meet... En hoe gaat het systeem om met het 'uitdraaien' van de propeller? Dus de CO2 flow geeft de propeller een kracht. Maar als de CO2 flow stopt, stop dan tegelijk de propeller ook? 

[hansHalberstadt]

Heeft Albert niet eens zoiets gedaan met een pitotbuis, of een electronische versie daarvan? Dan ben je in ieder geval de massatraagheid van je "propeller" kwijt, voor zover dat al een rol speelt,

Ingo

Massatraagheid is geen probleem, immers het maakt niet uit of de propeller langzaam op toeren komt. Een pitotbuis vraagt een omzetter die hoogteverschil omzet in signaal. Dat is nogal een stuk complexer dan pulsjes tellen.

[hansHalberstadt]

En wat als de CO2 flow nu dermate langzaam is dat het systeem een snelheid van 0 meet... En hoe gaat het systeem om met het 'uitdraaien' van de propeller? Dus de CO2 flow geeft de propeller een kracht. Maar als de CO2 flow stopt, stop dan tegelijk de propeller ook? 

De tijdconstantes waamee de CO2 af of toeneemt zijn vele malen groter dan de tijdconstantes waarmee de propeller zijn toerental varieert. dus speelt het uitdraaien van de propeller geen rol.
Tegen het einde van de gisting gaat de flow naar 0. Hoe lang de propeller dat kan volgen hangt af van de wrijving in het mechanisme.
Een propeller die opgehangen is op een naald met een scherpe punt heeft heel weinig wrijving. Hoever die het kan volgen ga ik zien als de gisting ten einde loopt.

[hansHalberstadt]

Mocht wrijving een probleem zijn dan is er nog de mogelijkheid voor een zwevende constructie met geregeld magneetveld:

maar dan met zwevende propeller ipv zwevend bierflesje

[hansHalberstadt]

Nog even wat verder nagedacht over het principe. Als het goed is is de kracht waarmee het koolzuurstraaltje tegen de propellerbladen drukt evenredig met het kwadraat van de snelheid. Verder is de wrijving van de bladen met de lucht ook evenredig met het kwadraat van de snelheid van de bladen. Dus als het goed is stelt zich dan een evenwicht in waarbij de snelheid van de bladen evenredig is de snelheid van het straaltje koolzuur, dus lineair verband. dat verband wordt bij kleine snelheden wel verstoord door de wrijving van de propellerophanging. Die geeft nl een constante kracht als wrijving. Dus moet die zo klein mogelijk gemaakt worden. 

[hansHalberstadt]

Vanavond de flowmeter verder verbeterd:
1) gassproeier vervangen door een oude buitenkant van een vulpotlood 0.7mm. Dat vormt een prima gaatje als sproeier
2) de onnodige delen van het schoepenrad verwijderd en er een speld doorheen geprikt en kort afgeknipt
3) de speld via een microscoopglaasje aan de magneet gekoppeld. De magneet met een plaatje ertussen zo afgesteld dat de naald net blijft plakken. Dan heb je de minste wrijving, is nu vrijwel wrijvingsloos.


Ik ben nu de gistingssnelheid aan het volgen met zowel de refractometer als met de flowmeter. Ga ik doen tot het einde van de gisting. Dan kunnen we ze naast elkaar vergelijken.

PS ook een waterslot aangesloten via een Tstuk zodat ik kan zien of er overdruk is. De overdruk is maar ca 0.5 cm waterkolom.

[hansHalberstadt]

Het telmechanisme is simpel te realiseren dmv een goedkoop laserpointertje en een fotocel. Dat is ook wat ze zeer waarschijnlijk gebruiken in de Platoo. Je zou dus dat deel van de Plato inclusief de software van de Plaato kunnen hergebruiken en dan heb je waarschijnlijk een veel nauwkeuriger methode dan de originele plaato als de resultaten uit mijn metingen dat aan zouden tonen.

[hansHalberstadt]

Hier wat eerste meetresutaten

de turbineflowmeter geeft de momentane vergistingssnelheid aan met daarnaast het verrekende SG via de refractometer en het daaruit berekende percentage van de vergistbare suiker wat nu is vergist.
als je een lijn trekt door de turbineflow meting dan kom je op het einde van de gisting op het begin van dag 7.
Het betreft een donker bier met ondergist wat nu staat te gisten op 16 graden in de kelder met roervlo.
Vandaag ga ik extra suiker toevoegen. Dan zou de vergistingssnelheid moeten gaan toenemen.

[hansHalberstadt]

Gisteren 1 kg extra suiker toegevoegd. Het resultaat was binnen 1 minuut als te zien aan het toenemende toerental van de flowmeter. En na een kwartier was het toerental behoorlijk toegenomen en na nog 1.5 uur stabiel ingesteld op de nieuwe suikerconcentratie.
Voor mij was dat gelijk een mogelijkheid om te zien of het verband tussen toerental en suikerconsumptie lineair is of niet, immers ik volg met de refractometer de gisting ook en kan via de refractometer en het refractometertooltje uitrekenen hoeveel % van de vergistbare suiker is vergist en dus hoeveel suiker er nog is. Via het CO2 volume (de turbo) kan ik ook het verband berekenen tussen toerental en suikerconsumtie (= koolzuurproductie)
Omdat ik nu 2 verschillende gistingssnelheden heb gezien kan ik zowel de schalingsfactor als de exponent bepalen van de turbine:

toerental=a x suikerverbruik^b
a en b heb ik getuned zodat het berekende suikerverbruik volgens het refracto tooltje klopt met de uitkomst van de turbo.
Daaruit blijkt dat de CO2 flow toch evenredig is met het de wortel van het toerental lijkt te zijn. Dat betekent dat de snelheid bij hele kleine flow, tegen het einde van de gisting het makkelijker is om de turbo aan het draaien te houden, bv teruglopen naar 1% van de gistingssnelheid levert dan nog wortel(0.01)=0.1 =10% van het toerental op.

Nu eens kijken hoe eea zich verder ontwikkelt.

[Albertus]

Prachtig experiment. Hier hou ik van.

Bert

[hansHalberstadt]

Prachtig experiment. Hier hou ik van.

Bert

Dank je. voor mij zijn dit soort uitdagingen ook de leukere kanten van het brouwen. vooral ook leuk als het iets oplevert wat nog niet eerder als zodanig is toegepast. Leuk als compensatie voor het schoonmaken zal ik maar zeggen.

[tdp]

Prachtig experiment. Hier hou ik van.

Bert

Ik lees ook altijd met veel genoegen de experimenten van Hans, maak keer op keer een buiging voor zijn denk- en zienswijze!

Teun

[Brouwerij De Stichting]

Hier hetzelfde. Prachtige experimenten! Ga zo door.
Engels mag hier niet toch? (Keep up...) 

[Rinus]

Sorry, niet exact dit topic, maar zou een meting met een CO2 sensor icm een arduino kunnen werken?

[hansHalberstadt]

Sorry, niet exact dit topic, maar zou een meting met een CO2 sensor icm een arduino kunnen werken?

Zeker een goede vraag. Je bent al bezig met het volgende deel. Natuurlijk is Arduino het perfecte verlengstuk hiervan.
Pulsen tellen kan prima met de Arduino en omzetten naar een flow ook, inclusief evt niet linear gedrag. Daarna kun je het uitlezen met een display, oversturen naar de computer, etc. alles is mogelijk.

[hansHalberstadt]

De gisting loopt nu op zijn einde. Als de meting klaar is ga ik de turbine meter ijken met deze opstelling die ik ook nog heb liggen:
https://www.hobbybrouwen.nl/forum/index.php/topic,28917.msg444397.html#msg444397
Die meet via een glazen injectiespuit een nauwkeurig volume per slag. als de turbineflowmeter werkt is dat natuurlijk een veel simpeler constructie dan die met injectiespuit. 

[Rinus]

Zeker een goede vraag. Je bent al bezig met het volgende deel. Natuurlijk is Arduino het perfecte verlengstuk hiervan.
Pulsen tellen kan prima met de Arduino en omzetten naar een flow ook, inclusief evt niet linear gedrag. Daarna kun je het uitlezen met een display, oversturen naar de computer, etc. alles is mogelijk.

Ik bedoelde eigenlijk een CO2 gas sensor via I2C uitlezen.
Het aantal CO2 ppm zou toch moeten afnemen gedurende de vergisting.
De vraag us alleen hoeveel ppm uitstoot er is om de passende sensor te selecteren.

[hansHalberstadt]

Ik bedoelde eigenlijk een CO2 gas sensor via I2C uitlezen.
Het aantal CO2 ppm zou toch moeten afnemen gedurende de vergisting.
De vraag us alleen hoeveel ppm uitstoot er is om de passende sensor te selecteren.

Als het goed is het je 100%  koolzuur in je vat tijdens de gisting. Dus een CO2 sensor kun je niet gebruiken. Het gaat om de hoeveelheid koolzuur die het vat verlaat. De concentratie is altijd 100%.

[Rinus]

Als het goed is het je 100%  koolzuur in je vat tijdens de gisting. Dus een CO2 sensor kun je niet gebruiken. Het gaat om de hoeveelheid koolzuur die het vat verlaat. De concentratie is altijd 100%.

Daar was ik al bang voor vandaar mijn vraag.
Maar ik bedenk mij nu dat er niet constant bubbels vrijkomen uit het waterslot.
Ik zou het toch eens een keer willen proberen, ik zal alvast een sensor bestellen.

[hansHalberstadt]

Daar was ik al bang voor vandaar mijn vraag.
Maar ik bedenk mij nu dat er niet constant bubbels vrijkomen uit het waterslot.
Ik zou het toch eens een keer willen proberen, ik zal alvast een sensor bestellen.

Wat je wel zou kunnen proberen is een constante flow te maken met lucht, bv via een aquariumpompje en daar dan de CO2 uitstroom van je vat bijmengen. dat mengsel heeft dan wel een koolzuurconcentratie evenredig met de gistingssnelheid, dus kun je met een CO2 sensor meten. Ben benieuwd wat je er dan uitkrijgt.

[hansHalberstadt]

Hier nog een kleine update.
Het bier is nu vrijwel uitgegist. Sinds gisteren draait de flowmeter nog maar heel langzaam, slechts ca 0.5 omw/s. Het bleek dat ik een klein foutje had gemaakt in de berekening na toevoegen van extra suiker. Dat is nu gecorrigeerd. Nu de curve beter zichtbaar wordt bij hele kleine flow blijkt dat de CO2 productie en het toerental toch simpel evenredig zijn met elkaar, zoals ik ook oorspronkelijk had voorspeld.



Het toerental is erg gevoelig voor omgevingstemperatuur. Dat komt omdat de kopruimte krimpt en uitzet.
Als je continue pulsen meet en verwerkt compenseert dat natuurlijk weer, maar nu doe ik met de hand af en toe een meting. Als je bv je hand op het deksel van het gistingsvat legt gaat het toerental gelijk flink omhoog. Maar dat corrigeert zichzelf daarna natuurlijk weer want de koolzuurproductie zelf verandert natuurlijk niet.

Ik ga nu verder kijken hoe lang de flowmeter het nog kan volgen.