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浅谈咖啡烘焙中的压力差

2019年09月18日 | 作者: 重庆百瑞斯特咖啡西点调酒学院 | 分类: 咖啡知识 | 

培训

什么是压差计

测量两端点压力差的称之为差压压力计,在排风管内装设压差计感测点,可量测烘豆机锅炉内与外界的压力差,单位为Pa。

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可以简单分为机械式压差计与数位压差计:

机械式压差计(如上图),以指针对应刻度来判断即时的压力差

数位压差计,即为利用电子数位显示即时的压力差,以小数点为单位,能更精准的显示压力差,还能使用电脑纪录下压差的变化。

压差如何产生

压差:在排气风管装设压差计量测点,以便透过压差计量测烘焙机排风管路(或说烘焙筒内)与外界的压力差,单位为Pa,以被动抽风型式的滚桶式烘焙机而言,通常抽风越强,压差越大(即滚筒内压力越小)

抽风

热风式烘豆机,从燃烧室产生热风吹入锅炉,会产生正压差;而直火式、与半直火式的滚桶烘豆机,以抽风马达抽取锅炉中的空气,产生负压,因而将机身外的冷空气导入燃烧室中加热。

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烘豆反应

在烘焙的过程中,自由水慢慢的蒸散产生水气,内部会慢慢产生气体,经过脱水期、梅纳反应期、发展期,种种的化学反应使细胞内的水蒸气和二氧化碳在短时间内排出,会使湿度、气压上升,也会使锅炉内与外界的产生压力差。

为何要观察压差?

压差与风量关系

白努利定律:

v=流体速度

g=重力加速度、

h=流体处于的高度

p=流体所受压力强度

ρ=流体质量密度

constant=常数

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从白努利定律可以得知,在大气压力固定的情况下,变因是(1)与(3),所以可得v^2(流体速度)与p(流体压力)成正比,也就是说压力差会与风流速(排风量)的平方成正比关系。

例如,当风门开50%跟100%时,所测得的压差约为10pa与40pa,那么就可以得到非常精准的对应关系,使得我们在烘豆时能利用压差来准确推算即时的风流大小。

监控风量

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*传统风门

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*传统风门角度与风量关系

如果烘豆机本身没有一个精准风量的控制方式,通常以风门的刻度来做为依据,但传统的风门刻度与风量并没有呈现线性关系,很容易导致风量调整结果并不精确。

不同构造的烘豆机在运转时时排风管内会产生正或负压,因为白努利定律的关系,我们知道可以透过压差读数观察风流的大小,数值可以反应马达抽风的力道,因此可以将之当作是一种风门的刻度,让烘豆师随时掌控当下的抽风值,以用来稳定抽、送风的风量。

稳定烘焙

银皮收集桶及排气风扇在使用的过程中,油污及粉尘逐渐附着,抽风量会因为阻塞而减少,造成排气负担,导致排气效果慢慢的减弱,这样的排气衰退现象,会进而对烘焙效果造成莫大的影响。如果是传统风门刻度,通常只能反覆测试熟豆结果才有机会发现,可能会浪费掉许多生豆。

当然还是建议烘豆机要固定的清洁才能治本,压差计的好处是当粉尘影响到排风,使压差与风量关系有异常的状况,或是有状况影响抽风时,可以立即从压差计的数值判断是否排风路径有所堵塞,以便做出风量的调整,让压差维持在正常的数值,至少可以让这锅正常的完成烘焙,结束时再清洁排风管路、排除阻塞的情况。

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压差变化的影响

锅炉内外压差足以影响烘焙效果吗?

1个标准大气压等于101325Pa,假设某烘豆机在一爆后风门尽开,会产生约114Pa的压差(通常而言这个压差不算小了),而锅炉内外压力真正的气压变化计算出来相差为0.112%(114Pa/(101325Pa-114Pa)=0.001126),也就是大约仅千分之一的差异,因此当有人生动地描述”烘焙室失压可能造成豆子烘不透”,如此细微的影响应该是难以观察与察觉到才是!

山上、台风天的影响

烘焙咖啡豆时水气的气化与沸腾也是相当重要,例如在高山上水虽然滚了,但水温却未达100℃,导致泡面煮不烂、肉煮不熟的情况发生,主要就是因为山上的压力比平地小很多,大气压力会随高度增加而减小,水的沸点亦随高度增加而减小。

3000公尺的高山大气压力大概只有70000Pa(约为地面大气压力的7/10),当大气压力减少100Pa,水的沸点温度约降低0.03℃,所以在3000公尺的高山上,沸点温度将从100降到91℃(100-30000/100*0.03)。

而遭遇台风天的时候,气压有机会从101325Pa降至94000Pa,约为7%的压力变化(101325Pa-94000Pa)/101325Pa=0.0723),沸点温度也从100度降到97.8℃(100-0.03*(101325-94000)/100),因此对烘豆的影响,不容小觑。

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