Le brassage tout grains ⇒ Capacité thermique massique du malt

[bastok]

En fait c'est le "T_cuve - T_palier" qui fait changer le signe de l'influence de la cuve sur la température finale, pas son m*cp

C'est ça que l'entend par "mCp négatif", je ne l'ai pas encore implémenté donc pour simuler le changement de signe j'ai mis un nombre négatif. Mais effectivement, la façon correcte de de le faire est un truc du genre
If (chauffe_directe) xxx - mCp.yyyy else xxx + mCp.yyyy
Mais ça revient au même

[bastok]

@Batsok (et aux autres)
Par contre, si je me réfère à : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf ... .tb04689.x

d'où est sortie la formule du dT, l'auteur dit que le slacking effect entraîne une nécessité d'augmenter la température de l'eau d'empatage de 3 à 3.5°F soit 1.7 à 2°C. (p125)
Hors avec ta formule, j'arrive à un dT de 2.3°C.

De plus, sa formule est :

1/2H / (S+R)

Et il me semble comprendre que :
- Le H est la slacking heat en "gram calories Fahrenheit." et déterminée empiriquement
- Le S est la cp du malt
- le R est le ratio d'empatage ("weight of water corresponding to unit weight of malt.")

Alors que dans la "tienne" est :

1/2H * Mmalt / (Mmalt * Cpmalt + Meau * Cpeau)

Or j'ai l'impression qu'elles ne sont pas équivalente et ne se rapportent pas aux même variables... mais peut-être me trompe-je...

C'est parce que dans sa formule le H est exprimé en gram calorics Fahrenheit. Or la calorie est la quantité d'énergie à fournir pour augmenter 1g d'eau de 1°C, donc elle inclu déjà le Cp de l'eau dedans.

[bastok]

Je n'ai pas encore eu le courage/temps de lire la publication. Comme ça à l'instinct les deux degrés de "slacking heat" me semblent vraiment énormes, bien que l'existence de l'effet paraisse pas déconnant.

Qu'il y ait un échange de chaleur correspondant à 2° pour hydrater 5Kg de malt, la valeur ne semble pas si énorme, si on compare avec le dH de fusion de l'eau qui est de 330J/g par exemple.

Mais du coup tu as mis quoi comme m*cp de la cuve ?
Ça fait comme si ton correctif "m*cp" contrebalançait ton correctif "slacking heat", et dans ce cas tu arrives à une formule proche de celle de Penn-Maen qui ne tient compte ni de l'un, ni de l'autre.

Une précision, je ai intégré le slacking, uniquement parce qu'il dépend du taux d'humidité.
Donc si on utilise toujours du grain le même taux d'humidité (ou si on néglige ce paramètre), on peut effectivement inclure tout ça dans un coefficient global constant.

[Jinac]

Ok ok

Du coup, pourquoi on ne tombe pas, toi et moi, qui utilisons la même formule normalement...on obtient pas les mêmes valeurs ?

Et je suis largement pas compétent niveau maths et physique mais t'es sûr de ta conversion du calcul ? L'auteur dit que généralement ça fait que 3 à 3.5°F...ça questionne...

[Jinac]

Ok ok

Du coup, pourquoi on ne tombe pas, toi et moi, qui utilisons la même formule normalement...sur les mêmes valeurs ?

Et je suis largement pas compétent niveau maths et physique mais t'es sûr de ta conversion du calcul ? L'auteur dit que généralement ça fait que 3 à 3.5°F...ça questionne...

[bastok]

Ok ok

Du coup, pourquoi on ne tombe pas, toi et moi, qui utilisons la même formule normalement...on obtient pas les mêmes valeurs ?

Et je suis largement pas compétent niveau maths et physique mais t'es sûr de ta conversion du calcul ? L'auteur dit que généralement ça fait que 3 à 3.5°F...ça questionne...

Alors effectivement en me re-penchant sur les calculs, je crois que j'avais pas zappé la conversion en °F...
Donc avec l'ancienne formule (si tu veux vérifier pourquoi on avait pas les même valeurs)
Cp = 23,9246M+1585,0029
Avec M = 4%
Cp = 23.946 * 4 + 1582.0029 = 1677,7869

H=418.128 * M² - 13448.0728 * M + 115198,2794 = 68096,0362

Cpeau = 4185

dT_slack = 1/2H * Mmalt / (Mmalt * Cpmalt + Meau * Cpeau)
dT_slack =0,5 * 68096,0362 * 6,45 / (6,45 * 1677,7869 + 20,6 * 4185) = 2,26°

T0 = 17,5
Mmalt = 6,45
Meau = 20,6
MCpcuve = 4000
Tcible = 63

// ici on prend Mmalt*CpMalt - MCpcuve car on ajoute le malt à la cuve + eau
Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt - MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) + dT_slack
Teau = 63 + (6,45*1677,7869 - 4000)*(63 - 17,5)/(20,6 *4185) + 2,26 = 68.9°

La nouvelle formule de calcul du H en Kg.J.K
H = 232.2934*M² - 7471.1515*M + 63999.0441

=> H=232.2934*M² - 7471.1515*M + 63999.0441 = 37831,1325

Cpeau = 4185

dT_slack = 1/2H * Mmalt / (Mmalt * Cpmalt + Meau * Cpeau)
dT_slack =0,5 * 37831,1325 * 6,45 / (6,45 * 1677,7869 + 20,6 * 4185) = 1,25°C
Teau = 63 + (6,45*1677,7869 - 4000)*(63 - 17,5)/(20,6 *4185) + 1,25 = 67.8°C

Et pour comparer avec la formule en g.cal.F°
S = 0,4 (dans la table de conversion pour 4%)
H = 15,8 (dans la table de conversion 4%)
Ratio = 3,2
dT_slack 1/2H /(S + R) = 0,5*15,8 / (0,4 + 3,2) = 2,2°F = 1.22°C

Du coup il faut re-determiner le mCp_cuve, disons 3000 pour être plus proche de la valeur réelle du Cp de l'inox
Teau = 63 + (6,45*1677,7869 - 3000)*(63 - 17,5)/(20,6 *4185) + 1,25 = 68,4°C

et avec
T0 = 17,2
Mmalt = 5,45
Meau = 17,4
MCpcuve = 3000
Tcible = 68
dT_slack =0,5 * 37831,1325 * 5,45 / (5,45 * 1677,7869 + 17,4 * 4185) = 1,25°C
Teau = 68 + (5,45*1677,7869 - 3000)*(68 - 17,2)/(17,4 *4185) + 1,25 = 73,5°C

[Jinac]

Wahou !

Vachement mieux du coup !

Par contre, dans ta formule :

Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) + dT_slack

j'ai mal compris ce qui était attendu et ai "développé" en me disant que la T0 était différente pour le malt et pour la cuve et donc je suis passé à :

Teau = Tcible + [(Mmalt*CpMalt *(Tcible - T0)+(MCpCuve*(Tcible-T0)/(Meau *Cpeau) + dT_slack


et du coup la valeur de mCPT cuve passe en négatif "toute seule" mais ça majore la température d'eau d'empatage...et je sais pas quel calcul est le plus juste...encore une fois. Mais ça me fait bizarre de mettre le McpCuve sans mettre la T° de la cuve où que ce soit...


Du coup dans cet exemple, la cuve se retrouve à la température de l'eau d'empatage (je procède par essai erreur deux-trois fois pour être le plus proche)

On aurait :

T = 63 + [6,45*1677,7869 *(63 - 17,5)-3000*(63-69.7)/(20,6 *4185) + 1,26 = 69.7°C

Si on compare avec la formule de Penn-Maen du wiki :
T°eau empat = T°cible – (Masse Malt * Cpmalt ( T°malt-T°cible)/(masse d'eau * 4.185) )

On a T = 63-(6.45*1677.7869)*(17.5-63)/(20.6*4.185) = 68.7°C


Si maintenant je mets ça en parallèle avec mes deux brassins, en prenant les température que j'ai vraiment atteinte comme température cible et avec mes paramètres on aurait :

Brassin 1 :
- Malt : 6,450 Kg à 17.5°C
- Eau : 20,6L (ratio 3.2)
- Cuve inox : 5.83kg chauffée en même temps que l'eau d’empâtage donc à température d'eau d’empâtage => MCp = 2915
- T° cible 65°C
- Humidité 4% donc Cpmalt = 1677,7869 et dT = 1.16°C
=> Formule bastok 2.0 = 70.4°C soit un delta de -0.4°C
=> Formule Penn-Maen = 70.7°C soit un delta de -0.1°C
=> Formule Jinac = 71.5°C soit un delta de +0.7°C
=> Eau chauffée en réalité à 70,8°C


Brassin 2 :
- Malt : 5,450 Kg à 17.2°C
- Eau : 17.4L (ratio 3.2)
- Cuve inox : 5.83kg chauffée en même temps que l'eau d’empâtage donc à température d'eau d’empâtage=> MCp = 2915
- T° cible du premier palier 69.5°C
=> Formule bastok 2.0 = 74.7°C soit un delta de -1.5°C
=> Formule Penn-Maen = 75.5°C soit un delta de -0.7°C
=> Formule Jinac = 76.4°C soit un delta de +0.2°C
=> Eau chauffée à 76.2°C


Bien sûr il faudrait faire d'autres relevés et expériences mais ça donne des pistes de réflexion...

Je sais pas trop ce que tu/vous pensez au niveau théorique de ce que j'avais compris de la formule à la base, mais j'avoue que ça me turlupine de ne renseigner le McpCuve sans sa température... et les résultats que j'obtiens sont plutôt honorables ^^

En tout cas merci beaucoup pour ce post passionnant et ces calculs savants...

Bastok (et Penn-Maen), vous êtes au top !

[Penn-Maen]

j'ai quand même peur que ce soit compliqué pour un résultat pas forcément ultra-précis ou ultra-utilisable. Compliqué pour le dev, compliqué pour l'utilisateur, pour un service rendu moins efficace que la simple "expérience du brasseur".

Cette formule ne s'appliquera que dans des conditions définies (cf " faire un brassin test en condition,").
Or les conditions varient énormément. Simplement par exemple la température ambiante, qui va influer sur le flux thermique "sortant" de la cuve, qu'il faudra de fait compenser plus ou moins. Et il n'y a pas qu'une variable unique, ce serait trop simple : condition de vent, niveau d'humidité ambiante, ratio d’empâtage, type de grains (la conversion de certains est plus exothermique que d'autres), ensoleillement (si on brasse à l'extérieur), etc. On ne peut pas déterminer de façon fiable un coefficient de "réchauffage de cuve" sans tenir compte des apperds et déperds de ladite cuve (courage sur les calculs de convection et rayonnement ← c'est le thermicien qui parle, parce que ṁ.Cp.ΔT, c'est uniquement la partie conduction). On s'approchera de la vérité dans certains cas, et on s'en éloignera dans d'autres.

Second point : la démarche intellectuelle est très intéressante, et à supposer qu'une solution soit trouvée pour des volumes de brassams*, il reste ce point →

D'un brassin sur l'autre - toutes choses égales par ailleurs - cette valeur ne devrait pas bouger, et c'est d'ailleurs pour ça que cette donnée propre au couple recette + matériel, parce que naturellement, brasser dans une glacière remplie à 50% ou à 90% les déperditions ne seront pas les même.

. Si j'ai bien compris, il faudra 1 profil de déperditions en plus du profil matériel pour chaque recette. Lesquels profils seront déterminés par approximation depuis un brassin test pas forcément reproductible (parce que non, faire le test uniquement avec de l'eau ne sera pas assez précis). Mouais

3eme point : l'utilisateur et son équipement. Je veux bien qu'on trouve une formule/méthode permettant de faire des calculs au dixième de degré. Mais le thermomètre et son utilisateur sont rarement aussi précis. De même sur les volumes d'eau. Quand le soft dit 17.36 l à 71.85°C, le brasseur ne s'emmerde pas trop : ~17.5 l @ 72°C. Sachant que selon la précision du graduage on peut être à 16.8 ou 18 l, et selon la précision du thermomètre** et de sa lecture on est sur +/- 1°C... Je ne parle pas du refroidissement de la maische pendant l'empâtage (ie mélangeage eau+grains+touillage, pas de la saccharification : pas pareil selon que le ratio soit à 3.5 ou à 2.2 )

Si la démarche est intéressante, j'ai peur qu'au final cela se résume à fournir un micromètre à un maçon ...

**note volume : la formule sera plus facilement "juste" sur des installations à forte inertie (gros volume, cuve épaisse), faiblement deperditives (isolées), et dans des conditions ambiantes stables (pro).

**note thermomètre : j'utilise d'anciens régulateurs professionnels, précision au 0.1°C, pour mes prises de température. Or la même sonde, selon le régulateur auquel elle est branchée, peut sortir une valeur différente de 0.4°C. Or on est sur de l'appareillage pro (Carel). Alors avec des chinoiseries ou un thermomètre à alcool.

[bastok]

Par contre, dans ta formule :

Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) + dT_slack

j'ai mal compris ce qui était attendu et ai "développé" en me disant que la T0 était différente pour le malt et pour la cuve et donc je suis passé à :

Bah les données était pourtant écrites juste au dessus
T0 = 17,2
Mmalt = 5,45
Meau = 17,4
MCpcuve = 3000
Tcible = 68

et du coup la valeur de mCPT cuve passe en négatif "toute seule" mais ça majore la température d'eau d'empatage...et je sais pas quel calcul est le plus juste...encore une fois. Mais ça me fait bizarre de mettre le McpCuve sans mettre la T° de la cuve où que ce soit...

Du coup t'as fait n'imp
Il n'y avait rien à développer. La température de la cuve c'est T0.

Si on compare avec la formule de Penn-Maen du wiki :
T°eau empat = T°cible – (Masse Malt * Cpmalt ( T°malt-T°cible)/(masse d'eau * 4.185) )

Beh en fait il n'y a pas à comparer les formules. C'est les mêmes.
T = ∑(m.Cp.T) / ∑(m.Cp) c'est le cas général.

A la base je cherchais juste à déterminer la valeur du Cp du malt.
Grace à l'etude j'ai découvert qu'il dépendait du taux d'humidité.
Ensuite j'y ai ajouté de dT_slack.

Si maintenant je mets ça en parallèle avec mes deux brassins, en prenant les température que j'ai vraiment atteinte comme température cible et avec mes paramètres on aurait :

En fait tu peux pas faire ça comme ça
"La formule de Penn-Maen" ne peut pas s'utiliser "telle que", puisqu'elle ne prend rien en compte. C'est un cas particulier de la formule où on considère que la cuve ne joue aucun role (en pratique c'est quasi le cas si on préchauffe un glacière)
Il le dit lui même "avec ma feuille je tombe toujours à +-1°C de la cible aux conditions que je mette ma cuve (isolée) en température avant et que ma maische occupe au moins 90% du volume de cuve. Sinon, je rajoute 4C à la température de chauffe et basta (avec plus ou moins de succès dans ce cas)"
Pour pourvoir faire des tests il faudrait que tu fasse plusieurs brassins, en faisant varier le taux d'humidité du malt. Il faudrait également calculer plus précisément le mCp de ta cuve (pour l'exemple j'ai pris 3000 au pif)

[bastok]

j'ai quand même peur que ce soit compliqué pour un résultat pas forcément ultra-précis ou ultra-utilisable. Compliqué pour le dev, compliqué pour l'utilisateur, pour un service rendu moins efficace que la simple "expérience du brasseur".

Compliqué pour de le dev, non c'est déjà implémenté
Compliqué pour l'utilisateur, pas plus que dans BS.
BS demande le poids et le Cp du matériau et en tant qu'utilisateur je me suis toujours dit que ça ne pouvait pas marcher comme ça, rentrer le poids d'une glacière n'a aucun sens.
Je demande le "mCP" et il est tout à fait possible de mettre des valeurs par défaut pas trop déconnantes en fonction du type de cuve.

Cette formule ne s'appliquera que dans des conditions définies (cf " faire un brassin test en condition,").

Oui, comme toutes les formules. Cf mon précédent message, ne pas tenir compte du Cp de la cuve est un cas particulier, que l'on adresse en faisant préchauffer la cuve par exemple.
Et dans ce cas, si l'utilisateur ne veux pas s'en occuper, il suffit de mettre un mCp_cuve à 0 et on retombe sur le cas général.

Second point : la démarche intellectuelle est très intéressante, et à supposer qu'une solution soit trouvée pour des volumes de brassams*, il reste ce point ?

D'un brassin sur l'autre - toutes choses égales par ailleurs - cette valeur ne devrait pas bouger, et c'est d'ailleurs pour ça que cette donnée propre au couple recette + matériel, parce que naturellement, brasser dans une glacière remplie à 50% ou à 90% les déperditions ne seront pas les même.

. Si j'ai bien compris, il faudra 1 profil de déperditions en plus du profil matériel pour chaque recette. Lesquels profils seront déterminés par approximation depuis un brassin test pas forcément reproductible (parce que non, faire le test uniquement avec de l'eau ne sera pas assez précis). Mouais

Je ne vois pas ce qui te gènes là. C'est ni mieux ni pire que ne rien prendre en compte. Ce sont juste 2 approches différentes, mais dans les 2 cas, si on veut pouvoir calculer/estimer une températures de mash, il faut se mettre dans certaines conditions, et de fait, accepter que si on est pas dans ces conditions le résultat soit faux.

C'est exactement la même démarche pour l'atténuation des levures ou le rendement d'empatage. On rentre des nombres au pif, et en fonction des résultats obtenus on affine les valeurs

On peut également, avoir une 3ème approche qui consiste à dire que quoi qu'il arrive, les méthodes d'estimation ne peuvent pas marcher (pour toutes les raisons que tu évoques) et ne pas tenir compte de la valeur. C'est d'ailleurs ce que font beaucoup de gens avec BS, en disant que pour eux ça n'a jamais marché.

3eme point : l'utilisateur et son équipement. Je veux bien qu'on trouve une formule/méthode permettant de faire des calculs au dixième de degré. Mais le thermomètre et son utilisateur sont rarement aussi précis. De même sur les volumes d'eau. Quand le soft dit 17.36 l à 71.85°C, le brasseur ne s'emmerde pas trop : ~17.5 l @ 72°C. Sachant que selon la précision du graduage on peut être à 16.8 ou 18 l, et selon la précision du thermomètre** et de sa lecture on est sur +/- 1°C... Je ne parle pas du refroidissement de la maische pendant l'empâtage (ie mélangeage eau+grains+touillage, pas de la saccharification : pas pareil selon que le ratio soit à 3.5 ou à 2.2 )
Si la démarche est intéressante, j'ai peur qu'au final cela se résume à fournir un micromètre à un maçon ...

Attention, je n'ai jamais prétendu que prendre en compte le Cp de la cuve était une formule ultra précise. Et d'ailleurs dans BYOB, je j'essaye de bien faire attention à ne pas afficher trop de chiffes significatifs. Effectivement j'affiche les T° en 1/10 °C, pour 2 raisons. Pour moi parce que ça me permet de débugger plus facilement (voir une variation d'un 1/10 est plus facile qu'1°) mais aussi pour l'utilisateur, parce que si on lui affiche des données arrondies, il a l'impression que le soft est moins bon que celui qui donne des valeurs au 1/100...
Pour s'en convaincre il suffit de voir les questions du style "je comprend pas, j'aurai du avoir une DF de 1010 et je mesure 1012, help !", mais c'est un autre débat.

Il faut bien faire la part des choses. Dans ce post il y a 3 points différents :
1) Le calcul du Cp du malt en fonction du taux d'humidité
Cp = 23,9246M+1585,0029

2) Le calcul du slacking heat
H = 232.2934*M² - 7471.1515*M + 63999.0441

3) Et ensuite, oui dans mon soft, j'ai fait le choix de prendre en compte le Cp de la cuve, mais c'est un autre problème