壓差計|你所使用的風門夠精準嗎? (盧貝思專欄#2)

什麼是壓差計

測量兩端點壓力差的稱之為差壓壓力計,在排風管內裝設壓差計感測點,可量測烘豆機鍋爐內與外界的壓力差,單位為Pa。

可以簡單分為機械式壓差計與數位壓差計

  • 機械式壓差計(如附圖),以指針對應刻度來判斷即時的壓力差
  • 數位壓差計,即為利用電子數位顯示即時的壓力差,以小數點為單位,能更精準的顯示壓力差,還能使用電腦紀錄下壓差的變化。

壓力差如何產生

抽風

熱風式烘豆機,從燃燒室產生熱風吹入鍋爐,會產生正壓差;而直火式、與半直火式的滾桶烘豆機,以抽風馬達抽取鍋爐中的空氣,產生負壓,因而將機身外的冷空氣導入燃燒室中加熱。

烘豆反應

在烘焙的過程中,自由水慢慢的蒸散產生水氣,內部會慢慢產生氣體,經過脫水期、梅納反應期、發展期,種種的化學反應使細胞內的水蒸氣和二氧化碳在短時間內排出,會使濕度、氣壓上升,也會使鍋爐內與外界的產生壓力差。

為何要觀察壓差

*全參數化,將資訊都整合於系統內

壓差與風量關係

白努利定律:

  • v=流體速度
  • g=重力加速度、
  • h=流體處於的高度
  • p=流體所受壓力強度
  • =流體質量密度
  • constant=常數

從白努利定律可以得知,在大氣壓力固定的情況下,變因是(1)與(3),所以可得v^2(流體速度)與p(流體壓力)成正比,也就是說壓差會與風流速(排風量) 的平方成正比關係。

盧貝思紅外線數位烘豆機為例,當風門開50%跟100%時,所測得的壓差約為10pa跟40pa,可以得到非常精準的對應關係,因此烘豆時我們就能利用壓差來準確推估即時的風流大小

 

監控風量

*傳統風門

*傳統風門角度與風量關係

如果烘豆機本身沒有一個精準風量的控制方式,通常以風門的刻度來做為依據,但風門刻度與風量並沒有呈現線性關係,導致風量調整結果並不精確。

不同構造的烘豆機在運轉時時排風管內會產生正或負壓,因為白努利定律的關係,我們知道可以透過壓差讀數觀察風流的大小,數值可以反應馬達抽風的力道,因此可以將之當作是一種風門的刻度,讓烘豆師隨時掌控當下的抽風值,以用來穩定抽、送風的風量。

穩定烘焙

銀皮收集桶及排氣風扇在使用的過程中,油汙及粉塵逐漸附著,抽風量會因為阻塞而減少,造成排氣負擔,導致排氣效果慢慢的減弱,這樣的排氣衰退現象,會進而對烘焙效果造成莫大的影響。如果是傳統風門刻度,通常只能反覆測試熟豆結果才有機會發現,可能會浪費掉許多生豆。

當然還是建議烘豆機要固定的清潔才能治本,壓差計的好處是當粉塵影響到排風,使壓差與風量關係有異常的狀況,或是有狀況影響抽風時,可以立即從壓差計的數值判斷是否排風路徑有所堵塞,以便做出風量的調整,讓壓差維持在正常的數值,至少可以讓這鍋正常的完成烘焙,結束時再清潔排風管路、排除阻塞的情況。

壓差變化的影響

鍋爐內外壓差足以影響烘焙效果嗎

1個標準大氣壓等於101325Pa,假設以盧貝思紅外線全自動烘豆機開到150%風門,會產生約114Pa的壓差,以烘焙機來說壓差不算小,而鍋爐內外壓力真正的氣壓變化計算出來相差為0.112%(114Pa/(101325Pa-114Pa)=0.001126),也就是大約僅千分之一的差異,因此當有人生動得描述"烘焙室失壓可能造成豆子烘不透",如此細微的影響應該是難以觀察與察覺到才是!(在此感謝凹仔底烘豆人提出的觀點)

山上、颱風天的影響

烘焙咖啡豆時水氣的氣化與沸騰也是相當重要,例如在高山上水雖然滾了,但水溫卻未達攝氏100度,導致泡麵煮不爛、肉品煮不熟的情況發生,主要就是因為山上的壓力比平地小很多,大氣壓力會隨高度增加而減小,水的沸點亦隨高度增加而減小。
3000公尺的高山大氣壓力大概只有70000Pa(約為地面大氣壓力的7/10),當大氣壓力減少100Pa,水的沸點溫度約降低攝氏0.03度,沸點溫度從100降到91度(100-30000/100*0.03)。


而台灣遭遇颱風天的時候,氣壓有機會從100200Pa(台灣夏天通常測得氣壓)降至94000Pa,約為6%的壓力變化(100200Pa-94000Pa)/100200Pa=0.0618),沸點溫度也從100度降到98.14度(100-0.03*(100200-94000)/100),因此對烘豆的影響,不容小覷