Le brassage tout grains ⇒ Capacité thermique massique du malt

[bastok]

soit vous estimez que +-1° c'est "tomber juste"

c'est pas faux ....

On triche pas avec la thermodynamique

[bastok]

Bon alors, j'ai pris mon courage à 2 mains j'ai tout lu et converti les formules issues du traité https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf ... .tb04689.x
Et voici le calcul exacte !

La capacité thermique du malt en fonction du taux d'humidité est donnée par la formule suivante (que j'ai obtenu par régression linéaire, à partir de la table II p126):
Cp = 23,9246M+1585,0029
avec M : le taux d'humidité du malt (par ex 4).
On retrouve la valeur 1675 avec les malts modernes à 4% d'humidité.

Ensuite, il y a un effet qu'ils appellent "slaking heat" qui décrit - grosso modo - la quantité d'énergie perdue à faire gonfler le gain. Cette perte d'énergie se traduit par une baisse de a T° de la maishe et se calcule avec la formule suivante :
dT = 1/2H * Mmalt / (Mmalt * Cpmalt + Meau * Cpeau)

avec H qui dépend lui aussi du taux d'humidité du malt et est calculé par la formule
H=418.128 * M² - 13448.0728 * M +115198,2794 (que j'ai obtenu par regression polynomiale, coef de correlation 0.9988, à partir de la table III p126)

Et Cpeau = 4185 J.K.Kg-1

Un petit ex :
J'ai 2kg de malt à 4% d'humidité à 20°C, je veux le faire monter à 67°C avec 6L d'eau (ratio eau/grain 3L/Kg)
4% -> Cpmalt = 23.9246*4+1585.0029 = 1680 J.K.Kg-1
4% -> H =418.128 * 4² - 13448.0728 * 4 +115198,2794 = 68096 J.K

dT = 0.5 * 68096 * 2 / (2*1680 + 6*4185) = 2.4° C

Pour faire mon empâtage je devrais donc perdre 2.4° de plus.

A noter que ce dT est à ajouter à la formule de base
Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau)
et donc au final on arrive à

Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) + 1/2H * Mmalt / (Mmalt * Cpmalt + Meau * Cpeau)

Dans la pratique, comme je le disais dans un précédant message, les logiciels ont tendance à surévaluer la valeur MCpcuve, en considérant MCpcuve = Mcuve * Cpcuve, or dans le cas d'une cuve isolée, l'ensemble de la cuve ne monte pas en température. Ce qui explique qu'ils ne soient pas complètement à coté de la plaque et "tombent plus ou moins juste" à +-1°

[Jinac]

Hello !

Super intéressant comme travail.
Par contre, ça me fait tombé pour une de mes bière à 3°C au dessus de BS ce qui me semble quand même un peu exagéré...

Je suis pas (trop) scientifique, mais mon doute vient du facteur dT. (j'ai pas lu le doc, je rebondis sur ce que tu dis)
En effet, à mes yeux,

"slaking heat" qui décrit - grosso modo - la quantité d'énergie perdue à faire gonfler le gain

doit être compris dans la chaleur massique/capacité thermique du grain.D'ailleurs, elles dépendent toute deux du taux d'humidité du malt.

Arrête moi si je me trompe mais la capacité thermique se définit comme la capacité d'énergie qu'il faut dépenser pour augmenter la température d'une masse donné de substance.
Du coup, si dT existe bel et bien, ça signifierait que pour certains matériaux, la capacité thermique suffit à elle même, dans d'autres elle est fausse ?

[bastok]

Je suis pas (trop) scientifique, mais mon doute vient du facteur dT. (j'ai pas lu le doc, je rebondis sur ce que tu dis)
En effet, à mes yeux,

"slaking heat" qui décrit - grosso modo - la quantité d'énergie perdue à faire gonfler le gain

doit être compris dans la chaleur massique/capacité thermique du grain.D'ailleurs, elles dépendent toute deux du taux d'humidité du malt.

Arrête moi si je me trompe mais la capacité thermique se définit comme la capacité d'énergie qu'il faut dépenser pour augmenter la température d'une masse donné de substance.
Du coup, si dT existe bel et bien, ça signifierait que pour certains matériaux, la capacité thermique suffit à elle même, dans d'autres elle est fausse ?

La capacité thermique massique est la quantité d'énergie nécessaire à augmenter la T° d'1Kg d'un matériau de 1°. Pour le malt à 4%, c'est donc environ 1675 J.K.Kg-1
Donc si tu prends 1 kg de malt, dans une enceinte sans échange thermique avec l'extérieur (adiabatique). En faisant juste chauffer avec un résistance par exemple. Il faudra 1675J pour l'augmenter la T° de 1g.
Or quand on fait un empâtage, ce n'est pas du tout la même chose, on ne fait pas juste que chauffer, on ajoute de l'eau.
C'est plus ou moins la même chose qui se produit quand on met un glaçon dans de l'eau. La fonte du glaçon va utiliser de l'énergie et la t° sera alors plus basse.
Un très bonne vidéo pour expliquer le phénomène

Super intéressant comme travail.
Par contre, ça me fait tombé pour une de mes bière à 3°C au dessus de BS ce qui me semble quand même un peu exagéré...

Je me suis posé les mêmes questions
Il y a plusieurs hypothèses et le 2 plus probables sont :
1) Ceux qui ont établi les formules se sont complètement lourdé où ont utilisé des données approximatives etc... (mais j'en doute)
2) BS surestime grandement la capacité thermique de la cuve.

Si on ne tient pas compte du "slacking heat" (en utilisant du sable à la place du malt par ex), le calcul de la différence de température se fait avec la formule
dT = (mCp_malt + mCp_cuve)(Tc - T0)/mCp_eau

avec
mCp_xxx = masse_xxx * Cp_xxx
Tc : T° Cible
T0 : T° initiale (en considérant que le malt et la cuve sont à la même T° ambiante, ce qu est le cas dans la pratique)

J'ai fait pas mal d'essais, à partir d'un batch test de 10L & 2Kg de malt, T° empâtage 65°, Tinitale 20°.BS me donne une infusion initiale de 5.22L, sachant qu'il utilise un Cp_malt de 1590 (0.38 cal.g/deg)
J'ai ensuite fait varier les valeur "Mash tun Weight" et "Mash tun specific heat"
""" il semblerait """ (je met plein de guillemets parce que je n'en sais rien), que BS utilise un ratio de l'ordre 27% pour déterminer la capacité thermique de la cuve.


Je déduis donc que BS surestime ce ratio, ce qui lui permet d'inclure le "Slacking heat".
Je suppose qu'il est parti d'un jeu de données du type Tinitiale -> matériaux -> Tfinale, pour déterminer le ratio de 27%

Note 1 : utiliser un ratio a du sens, puisqu'il est évident que l'ensemble de la cuve ne monte pas en T°.
Le problème tient plus au fait que les calculs de BS semblent complètement empiriques.

Note 2 : je n'invente rien, je n'ai fais qu'adapter les formules au système SI et déterminé les 2 équations donnant le rapport entre le taux d'humidité, le Cp et le H

Note 3 : Pour pousser le raisonnement et le valider, il faudrait a minima effectuer les étape 1,2&3 que je proposais dans mon post initial (ce que je compte faire dans pas longtemps )

[Jinac]

ok ok je comprends mieux (je me sens un peu bête de pas y avoir penser avant d'ailleurs ^^)

""" il semblerait """ (je met plein de guillemets parce que je n'en sais rien), que BS utilise un ratio de l'ordre 27% pour déterminer la capacité thermique de la cuve.
Note 1 : utiliser un ratio a du sens, puisqu'il est évident que l'ensemble de la cuve ne monte pas en T°.
Le problème tient plus au fait que les calculs de BS semblent complètement empiriques.

Du coup, si je comprends bien, BS considère que seulement 27% du poids de la cuve monte en température, ce qui aurait tendance à diminuer la T° de l'eau d'empatage, pas à l'augmenter...non ?
Hors, plusieurs brasseurs (dont moi) tombent plutôt juste en suivant BS, je crains que ce ne ce soit pas le cas avec ta formule complète. C'est ça qui me chifonne.

[bastok]

Du coup, si je comprends bien, BS considère que seulement 27% du poids de la cuve monte en température, ce qui aurait tendance à diminuer la T° de l'eau d'empatage, pas à l'augmenter...non ?

Oui c'est bien ce qui se passe. Pour atteindre la T° cible on met de l'eau plus chaude que la T° cible -> A temérature baisse
Le 27% ce n'est qu'un calcul pour determiner la baisse par rapport à une cuve qui chaufferait de manière uniforme et instantanée.
Donc en gros, si on considère un cuve en inox dans un milieu idéal parfaitement isolé du monde extérieur, en laissant suffisamment longtemps, la cuve devrait absorber une quantité X de chaleur, correspondant à 100% de de sa capacité thermique pour se mettre à l'équilibre thermique avec l'eau et le malt.
Dans la pratique, seule une portion de cette chaleur est utilisée puisqu'on ne laisse pas la cuve complètement monter en temperature, cela inclut - contrairement à ce que je pensais - le fait que la cuve soit isolée (mais ça ne change pas le fait que les calculs soient faux, avec cette nouvelle donnée, c'est la T° cible d'une cuve non isolée qui serait alors faux)

Hors, plusieurs brasseurs (dont moi) tombent plutôt juste en suivant BS, je crains que ce ne ce soit pas le cas avec ta formule complète. C'est ça qui me chifonne.

Oui je suis tout à fait d'accord, la solution est alors de trouver une méthode pour déterminer la capacité thermique réelle de la cuve, qui sera alors inférieure à cette estimée par BS (ie : celle que je décris dans mon premier message).

Pour faire simple, il existe plusieurs méthodes pour déterminer la T° de l'eau à ajouter, chacune ayant des degré de précision différents
1) dT = constante
2) dt = f(Cp_malt)
3) dt = f(Cp_cuve) + f(Cp_malt)
4) dt = f(Cp_cuve) + f(Cp_malt) + f(slacking_heat)

Dans le cas 1) Pour quelqu'un qui brasse toujours dans la même cuve, toujours la même quantité de malt, la méthode 1, peut marcher. On peut très bien arriver à un résultat avec une formule du type "j'ajoute 8° à la T° cible".
Dans le cas 2) Ca peut marcher si on brasse une quantité énorme de malt, dans une cuve préchauffée, on pourrait alors négliger le Cp_cuve
Dans le cas 4) f(Cp_cuve) sera alors inférieure à celle de 3)

[Jinac]

Oui c'est bien ce qui se passe. Pour atteindre la T° cible on met de l'eau plus chaude que la T° cible -> A temérature baisse

Non je me suis mal exprimé : puisque BS utilise"rait" un facteur de 27% pour la chaleur massique de la cuve, cela diminue la température de l'eau d'empatage par rapport à une méthode de calcul considérant 100% de la cuve comme montant en température.
Donc avec des valeurs identiques :
T°eau BS < eau = T°cible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) < Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) + dT

Sachant que la différence entre BS et la formule sans DT plutôt faible (environ 0.7°C pour mes brassins)


Après, y'a un facteur qui je pense peut jouer, c'est que pour ma part, je chauffe mon eau sur un tripate, puis ajoute mon grain en laissant ma cuve sur le tripate. Je sais pas si après la coupure y'a pas une inertie qui tend à "garder un peu chaud" le bas de la cuve et limite donc la diminution de la température...

[bastok]

Oui c'est bien ce qui se passe. Pour atteindre la T° cible on met de l'eau plus chaude que la T° cible -> A temérature baisse

Non je me suis mal exprimé : puisque BS utilise"rait" un facteur de 27% pour la chaleur massique de la cuve, cela diminue la température de l'eau d'empatage par rapport à une méthode de calcul considérant 100% de la cuve comme montant en température.
Donc avec des valeurs identiques :
T°eau BS < eau = T°cible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) < Teau = Tcible + (Mmalt*CpMalt + MCpcuve)*(Tcible - T0)/(Meau *Cpeau) + dT

Sachant que la différence entre BS et la formule sans DT plutôt faible (environ 0.3°C pour mes brassins)


Après, y'a un facteur qui je pense peut jouer, c'est que pour ma part, je chauffe mon eau sur un tripate, puis ajoute mon grain en laissant ma cuve sur le tripate. Je sais pas si après la coupure y'a pas une inertie qui tend à "garder un peu chaud" le bas de la cuve et limite donc la diminution de la température...

Non non, le 27% n'as en fait rien à voir avec le calcul final. C'est juste - a priori - la méthode qu'il utilise pour calculer de manière empirique le Cp de la cuve.
Cela n'intervient pas dans la formule ensuite.

[Jinac]

BS demande qu'on renseigne la chaleur massique de la cuve, et son poids...

J'ai l'impression (après quelques essais) qu'il utilise une formule qui se rapprocherait tout simplement de :
"T°cible + (Mmalt*1590)*(Tcible - T0 grains)/(Meau *Cpeau) "

=> J'ai mis une cuve de 400kg avec un Cp très très haut pour un brassin de 26L...aucune modif de la température d'infusion

du coup j'ai pas pigé le 27% à quoi il fait référence...

[bastok]

BS demande qu'on renseigne la chaleur massique de la cuve, et son poids...

J'ai l'impression (après quelques essais) qu'il utilise une formule qui se rapprocherait tout simplement de :
"T°cible + (Mmalt*1590)*(Tcible - T0 grains)/(Meau *Cpeau) "

=> J'ai mis une cuve de 400kg avec un Cp très très haut pour un brassin de 26L...aucune modif de la température d'infusion

du coup j'ai pas pigé le 27% à quoi il fait référence...

Le 27% vient du calcul du Cp.
Si on renseigne une cuve de 3Kg en plastique à 0.3 cal.K.g-1 (soit 1256 J.K.Kg-1) elle devrait avoir une Cp de 3768 J.K
Or BS semble considérer que dans ce cas là elle n'a une Cp que de 1017. mCp_Cuve = (T1-Tc) * (m_eau * Cp_eau) / (Tc-T0) - (m_malt * Cp_malt)

Note pour que BS prenne en compte le Cp de la cuve il faut cocher la case "Adjust Temp for Equip", dans l'onglet "Mash" de la recette, et également il faut bien faire les modifs de la masse et de la chaleur spécifique dans le recette (et non dans les equipements)