Bojler grupy kawowej - DIY

[hi_aro]

Dzisiaj popełniłem pierwsze testy bojlera.
Zestaw testowy widoczny poniżej w kuchennym laboratorium. Zestaw zawierał wszystkie części składowe grupy:
- bojler
- grzałki
- zawór trójdrożny
- gniazdo kolby.

Zasadniczo bez niespodzianek w postaci przecieków. Jednak dość zaskakująco wyglądają dane. Wykres poniżej.

Wykres jest dość czytelny, jednak kwoli jasności
- oś X, czas w sekundach. Nie chciało mi się tego formatować. Wartość należy /60 aby mieć minuty
- oś Y (lewa), "PID". moc w % jaką PID wyliczył na podstawie ustawień (P-20,I-0,D-0), zadana temperatura 93st.C
- oś Y pomocnicza (prawa) temperatura "T1" czujnik w bloku między grzałkami, "T2" czujnik w bojlerze nad kryzą

Co wynika z tego wykresu:
-

stał nierdzewna, czy aluminium - wszystko jedno, mają ciepło właściwe dziesięć razy mniejsze niż woda

Czyli co byśmy nie zrobili w samym bojlerze, ile nie wspawali śrub, dali większe grzałki, nie ma to znaczenia. 
- po około 7'30s blok oraz gniazdo kolby uzyskuje zadaną temperaturę,
- bojler grupy musi być wpięty w obieg grzewczy HX, ponieważ trzeba ponad 25min aby samodzielnie nagrzać wodę w bojlerze,
- czujnik temperatury musi być zainstalowany pomiędzy bojlerem a gniazdem kolby. La Marzocco to już wie, my też... Czyli po raz kolejny firmy stosują "sztuczki"...

Wnioski:
- śruba trapezowa wraz z czujnikiem temperatury w połowie długości bloku grupy to najważniejsze elementy całego ekspresu. Jeżeli w tym miejscu osiągnie się zadaną temperaturę można zacząć proces parzenia,
- raczej nie będzie potrzebny PID do sterowania tego,
- w moim przypadku, układ będzie sprawniejszy, ponieważ dodatkowo wspomagany HX. Oceniam że ekspres będzie gotowy do pracy w mniej niż 8min

[hi_aro]

Po wczorajszym hura optymizmie, dzisiaj kubeł wody...

Rozmontowałem grupę, wyjąłem grzałki i ukazał się obraz z pierwszego zdjęcia. Jak widać, jedna z grzałek jest przegrzana. Jest to spowodowane gorszym spasowaniem otworu i grzałki. Musiałem powiększyć otwór, ponieważ po spawaniu coś się zwichrowało i grzałka nie chciała się wsunąć. Na szybko znalazłem metalową tulejkę, przekładkę, mającą na celu lepsze spasowanie.

Wykonałem kolejny test, aby zweryfikować, czy nie stanowi to problemu. Poprawiony i lepiej sformatowany wykres poniżej. Nie ma znaczących różnic jak dla mnie. Tzn, jakieś są, jednak z powodu ekscytacji popełniłem 2 błędy w pierwszej procedurze pomiarowej.

Na chłodno również analizowałem pozostałe parametry. W szczególności temperaturę gniada kolby, będącego również mocowaniem prysznicu. No i w tym zakresie totalna porażka, dyskwalifikująca tą wersję bojlera. Temperatura jest znacząco niższa. Nie znam dokładnej wartości, lecz po 12 min jest różnica z 20-30st.C. Jest to spowodowane złym rozwiązaniem konstrukcyjnym jakie przyjąłem. Widoczne na wcześniejszych zdjęciach. Otóż do bloku bojlera jest przyspawane mocowanie gniada kolby. Powierzchnia styku jest zdecydowanie za mała i samo gniazdo kolby i prysznic znacząca będzie schładzać wodę.

Czy to ma aż tak duże znaczenie? Dla mnie ma. Założeniem było szybkie nagrzewanie całej grupy i stabilna temperatura. Z czasem ta temperatura się wyrówna, lub można zrobić flash, a ja tak nie chciałem....

Kolejnym etapem będzie nowy bojler Z bezpośrednim stykiem z gniazdem kolby. Jedynie muszę kupić blok nierdzewki 133/80/15mm. Reszta materiałów została z prototypu. Wyeliminuję też kilka innych niedociągnięć

[piomic]

edna z grzałek jest przegrzana. Jest to spowodowane gorszym spasowaniem otworu i grzałki

Pasta termoprzewodząca nie byłaby lepsza?

[Bacek]

Przy dużym spasowaniu do otworu może być problem z aplikacją/złożeniem. Musiał by być coś "rzadkiego" jak np ciekły metal, ale to chyba dość toksyczne i mogło by uciekać.

[piomic]

No pasta jest rzadka. Stosunkowo. Na pewno rzadsza niż metalowa tuleja.

[Biff]

Aż szkoda całej tej włożonej pracy. Może jednak w celach poznawczych rozważysz zamontowanie grzałki opaskowej na gnieździe kolby?
Włączenie bojlera w obwód HX na pewno przyspieszy nagrzewanie, ale wszystko wskazuje na to, że układ będzie się przegrzewał. Zadaniem Twojego bojlera jest utrzymywanie optymalnej temperatury do parzenia kawy, a cały czas będziesz dostarczał wody o dużo wyższej temperaturze. W efekcie będziesz miał smoka ziejącego ogniem. Włosi z południa byliby zachwyceni .
Wątek ze śrubą trapezową mnie zaciekawił i analizując schemat, wgryzłem się trochę w rozwiązania techniczne w LMLM. Okazuje się, że tam właśnie woda z wymiennika jest mieszana z zimną. Nie ma zatem termosyfonu za to grzałki patronowe są mocniejsze od Twoich. Co nie zmienia faktu, że nadal jest to blok z nierdzewki, która kiepsko oddaje ciepło. No ale internety piszą też, że czas do pierwszego shota to 15 minut więc wszystko wskazuje na to, że to czas do pełnego nagrzania grupy i wody w nim zawartej, a potem wpada już woda o optymalnej temperaturze a i śruba trapezowa robi robotę.

Dla zainteresowanych, link do schematu poniżej, trzeba tylko zamienić hxxp na http.

hxxp://www.lamarzoccousa.com/wp-content/uploads/2015/10/Lineamini_Parts_Catalog_V1.3COLOR.pdf

[hi_aro]

Aż szkoda całej tej włożonej pracy.

Zaledwie kilka godzin w "drewutni"...

Gdyby nie czynniki wizualne, pomysł z grzałką na gnieździe, już bym testował. Zważywszy, że jest to spory kloc mosiądzu jest to rozsądne rozwiązanie.

Widocznie słabo szukałem, bo nie dotarłem do tego manuala, który jednoznacznie pokazuje budowę. Mieszanie zimnej wody przez kryzę 1.5mm i znacznie większe grzałki po 250W.

Jednak nie poddaję się i mówię "full in". Jak pokazują wykresy, wąskim gardłem jest równomierne rozchodzenie ciepła. Czy to w bojlerze czy gnieździe. Przegrzana grzałka pokazała również, jak nie równomiernie się rozgrzewa. Jej długość to 80mm i oceniam że 60-70% tej długości to efektywne grzanie pod bojlerem. Reszta ciepła musi przeniknąć.
Plan jest następująca:
- jutro gniazdo kolby idzie do tokarza na lekkie odchudzenie.
- wstępnie niby głupi pomysł ze śrubami w bojlerze, chyba nie jest tak głupi. Ty razem wspawam lub bardziej zgrzeję, wszystkie wzdłuż osi grzałek.
- zastosowane zostaną grzałki fi6 120mm długie, 300W każda. Tak aby jak największa cześć grzałki była bezpośrednio nad gniazdem. Właściwie będzie to 50% pod bojlerem 50% nad gniazdem. Wiercenie po spawaniu, nie jak to zrobiłem tym razem, czyli wiercenie przed spawaniem.
- śruba trapezowa T8 skon 14mm, jako dodatkowy wymiennik.
- czujnik temperatury w śrubie, jednak przetestuję również sterowanie na podstawie temperatury wody w bojlerze, pomiar nad kryzą i odpowiednio spreparowany PID.
- odnośnie termosyfonu to już sam nie wiem, temat otwarty. W przypadku mieszania wody może być problem. W mojej Astorii mam profilowanie ciśnienia i zwykły trójnik ze stałą kryzą do mieszania, może nie zadziałać. 
- ograniczyć spawanie, tylko w absolutnie niezbędnych miejscach, nierdzewka bardzo mocno wygina się w kierunku spawania.

Do usłyszenia za jakiś miesiąc, bo inne prototypy w kolejce czekają...

[Bacek]

nierdzewka bardzo mocno wygina się w kierunku spawania.

Po spawaniu można część odpowiednio wygrzewać żeby naprężenia trochę puściły. Rozmiar nie duży więc dowolny piec się nada może znajdziesz w okolicy kogoś kto dorzuci do innego wkładu.

[hi_aro]

@Bacek
Mieszkam w technologicznej czarnej dziurze. Jest ciężko.... Zresztą coś mi kołacze w głowie, że nierdzewka średnio nadaje się do odpuszczania. Można wstępnie podgrzać do pewnej temperatury, coś około 200st.C, spawać w krótkich odcinkach, a potem kontrolować powolne schładzanie. Pamiętam sporo problemów z tym związanych, podobnie jest z mieszankami mosiądzu i chromu, podczas regeneracji śrub okrętowych w mojej ex-"hucie". . 

Gniazdo kolby wróciło z toczenia. Jakoś wcześniej nie zwracałem uwagi na oryginalną powierzchnię styku w blokiem. Okazało się, iż ta powierzchnia została świadomie ograniczona przez CMA. Domyślam się, że po to, aby gniazdo się nie przegrzewało. Zdjęcie pierwsze.

Po małym rekonesansie mojego ulubionego złomowca, znalazłem kawałem nierdzewnego płaskownika o wymiarach 80x80x20mm. Idealnie nadaje się do mojej najnowszej-ostatecznej koncepcji. Trochę przeanalizowałem wykresy i aby zmieścić się 10 min, pełnej gotowości do pracy, zadana temperatura 93st.C musi być osiągnięta w śrubie trapezowej, w przeciągu pierwszych 3-4min. Pozostałe 6 min będzie się nagrzewać woda w bojlerze i stabilizować temperatura układu. Droga jest jedna, zmniejszyć masę, zwiększyć moc, uprościć budowę.

Ten pomysł już mi chodził po głowie wcześniej, ale jakoś wydawał mi się bardziej skomplikowany w wykonaniu. Po wykonaniu prototypu nabrałem przekonania że dam radę.

Koncepcja jest widoczna na drugim zdjęciu. 
- bojler, blok grzewczy, gniazdo kolby jest w jednej osi. Zapewni to szybsze nagrzewanie, mniejsze straty.
- grzałki 2x250W, fi8x80mm, więcej o 66% w stosunku do prototypu
- śruba trapezowa t12 skok 12mm
- poprzez takie rozwiązanie zmniejsza się objętość bloku grzewczego o 35%. Spawanie tylko czołowe, które prawie wyeliminuje naprężenia i zniekształcenia.

Ostatnie zdjęciu wklejam w celu porównania gabarytów, obu rozwiązań.

[siewcu]

PONOĆ mniej się krzywi przy spawaniu gdzie powierzchnie stykają się pod kątem +/- 45 stopni, ale to może być ciężkie do zrobienia...

[hi_aro]

Witam ponownie po dłużej przerwie.

Bojler grupy jest skończony i dzisiaj wykonałem kilka testów.

Samo wykonanie bojlera w moich warunkach warsztatowych było upierdliwe. Kilka uwag w podpunktach,
- pomimo czołowego podstawa zdeformowała się lekko, 5 dych, ale jednak, podstawa została "zabielona" na tokarce
- wiercenie w nierdzewne otworów fi8 na grzałki, fi12 pod śrubę trapezową o długości 80mm jest ciężkie. Głównie chodzi o odprowadzania wiórów. Pomimo smarowania wiertła zacierały powierzchnię otworów, co skutkowało koniecznością wykonania dodatkowego szlifowania otworów. W przypadku otworu pod śrubę trapezową, wykorzystałem rozwiertak nastawny.       
- jak widać na zdjęciach, elementy konstrukcyjne bojlera są w "osi". Takie rozwiązanie spowodowało znacznie skomplikowanie jego wykonania. Dodatkowo miałem takie widzimisie, a właściwie wymusiło to na mnie koncepcja sterowania mojej Astorii, pomiar ciśnienia li tylko nad ciastkiem, nie w obwodzie HX, jak ma 90% producentów (nawet LM). Z powodu zastosowania śruby trapezowej, która powoduje spory opór dla przepływającej wody, musiałem wywiercić dodatkowy kanał pomiarowy.   
- wewnątrz bojlera wspawałem dodatkowe szpilki, które stanowią rodzaj dodatkowych radiatorów, zwiększających powierzchnię wymiany o 45%.
- po dwóch testach grzałki wyglądają jak poniżej. Bez przegrzań i przebarwień. Czyli spasowanie grzałka-otwór jest idealne.
- śruba trapezowa jaką zastosowałem to fi12 skok 14mm, głębokość studnie 2mm, długość 100mm. Nawiercona fi4mm i w połowie długości umieszczony czujnik temp.
- powierzchnia gniazdo kolby idealnie spasowana z podstawą bojlera

Teraz pomiary, widoczne na wykresie. Uważam, że nie można ich w sposób bezpośredni porównywać do poprzednich ponieważ:
- całkowicie inna konstrukcja,
- większa moc grzania
- pomiar sterujący grzałkami (PID) jest realizowany wewnątrz śruby trapezowej, mniej więcej w połowie jej długości, czyli w miejscu gdzie najbardziej grzeją grzałki.
- wykres pokazuje drugi test, przed którym wstawiłem bojler do zlewu w celu schłodzenia i jak widać na wykresie start pomiaru temperatury zaczyna się od 10st.C, wcześniejszy pomiar zaczynał się od 20st.C.
- T1 to temperatura wody w bojlerze mierzona DS18020
- TS to temperatura wewnątrz śruby, mierzona PT100 + przetwornik do 0-5VDC.
- PID to % mocy dostarczony do grzałek.

Aby mieć jakieś potwierdzenie, czy mocowanie kolby rozgrzewa się odpowiednio szybko w stosunku do reszty bojlera, robiłem pomiary pirometrem, jednak jak gdzieś wcześniej pisałem, pirometr nadaje się najlepiej do pomiaru szpary w tyłku... Gładkie błyszczące powierzchnie całkowicie go znieczuliły. Powiem tak, po 5 min mocowanie kolby nie da się dotknąć na dłużej nić 1s. Czyli ponad 50-55st.C. Po 8 min parzy. Następny pomiar zrobię z dodatkowym czujnikiem umieszczonym wewnątrz nałów dolotowych wody, wewnątrz kocowania kolby.

Na koniec sama interpretacja pomiarów. Hmm, z jednej strony dobrze, z drugiej nie. Temperatura śruby 93st. uzyskujemy po 5 1/2 min i teoretycznie grupa jest gotowa do pracy, jednak temperatura wody jest zaledwie 40-50st.C. Czyli raczej lipa...

Zastanawiam się co teraz robić, czy dalej statyczne testy na stole i jakieś manipulowanie programem? Np. zrobić grzanie bojlera 2 etapowo. Etap I , grzanie do uzyskania w śrubie 120st.C. Etap II włączenie PID i stabilizacja temperatury układu do momentu uzyskania 93 st w śrubie. A może zamontować wszystko na Astorii, podpiąć obieg grzewczy i mierzyć wodę na prysznicu i ewentualnie modyfikować program?

[Biff]

Szkoda, że nie porobiłeś fotek jak wszystko jest rozkręcone, bo jeśli mam być szczery to nie wiem jak to działa... Mimo wszystko jak na domowe warunki wygląda zacnie .

[hi_aro]

@Biff
Jakie fotki Ciebie interesują?.

Na robienie projektu w 3D nie mam czasu. Mogę porobić takie poglądowe rysunko-zdjęcia, jak to wygląda w środku.

[Biff]

No bez przesady z tym 3D, ale po prostu widzę wszystko poskręcane i nie bardzo wiem do czego się odnieść, gdzie mierzysz temperaturę i jak wygląda droga przepływu wody od wejścia do głowicy grupy. Wydaję mi się, że nadal masz wielki kawałek mosiądzu na dole i kiepski transfer ciepła ze stali nierdzewnej w dół. To jedyne mankamenty na pierwszy rzut oka więc bez szerszej wiedzy ciężko cokolwiek powiedzieć poza tym, że fajne dla oka.

[hi_aro]

kiepski transfer ciepła ze stali nierdzewnej w dół

W dół jest bardzo dobrze, jutro zrobię odpowiedni pomiar.

Na ten moment widzę tylko problem z transferem w górę, "do wody". Jednak w tym zakresie nie da się zrobić nic więcej, pod kątem konstrukcyjnym.