Đo lường liên tục: Áp dụng IoT để sản xuất bia tốt hơn?

Phương pháp đo trọng lực riêng thủ công đã có từ rất lâu đời. Hãy khám phá các cách để thực hiện các phép đo liên tục với các thiết bị kết nối internet.

0

Bia là một loại đồ uống phổ biến trên khắp thế giới, nhưng ở đây tại Grand Rapids, Michigan, nó không chỉ là một loại đồ uống nữa. Có một lý do khiến Grand Rapids được gọi là Thành phố Bia của Hoa Kỳ.

Lên men là tên của quá trình sinh hóa trong đó đường trong chất lỏng, thường có nguồn gốc từ ngũ cốc hoặc các nguồn hữu cơ khác, được chuyển thành rượu và fizz (carbon dioxide) bằng men. Nó là chìa khóa để làm rượu vang, bia và rượu táo. Không cần phải nói, với 37 nhà máy bia (năm 2018) và đang phát triển, có rất nhiều quá trình lên men đang diễn ra ở Grand Rapids. Do quá trình lên men đóng vai trò trung tâm và rất quan trọng trong sản xuất bia, việc theo dõi quá trình lên men rất quan trọng đối với các nhà máy bia.

Chúng tôi đã tìm thấy nhiều nhà máy bia sử dụng kết hợp các hệ thống máy tính và các cách làm thủ công để làm điều này. Nhưng những cách thủ công này có thể được tự động hóa và cải thiện hiệu quả? Đó là câu hỏi mà chúng tôi quyết định xem xét kỹ.

Một trong nhiều chỉ số mà các đội đảm bảo chất lượng sử dụng để giám sát bia là trọng lượng riêng. Trọng lượng riêng là một phép đo mật độ rắn lỏng so với nước. Vì vậy, nếu một loại bia có trọng lượng riêng cao hơn loại khác, điều đó có nghĩa là nó có khối lượng cao hơn với một thể tích không đổi. Khi bia lên men và chuyển đổi các loại đường này thành rượu và khí, trọng lượng riêng giảm xuống và bia trở nên ít đậm đặc hơn, cuối cùng đến gần một điểm có rất ít đường còn lại và quá trình lên men từ từ dừng lại.

Theo dõi trọng lượng riêng trong quá trình lên men

Trọng lượng riêng chỉ ra giai đoạn của quá trình lên men; nó cho bạn biết khi nào mọi thứ đang đi đúng hướng hoặc khi nó gần như hoàn thành. Nó cũng chỉ ra khi mọi thứ đang đi sai, như nếu quá trình lên men bị mắc kẹt và men sẽ ngừng chuyển hóa đường. Có nhiều cách để giải cứu một mẻ và khởi động quá trình lên men, nhưng bạn cần biết về chúng. Nhập các phép đo trọng lực cụ thể tự động, một ứng dụng hoàn hảo để tận dụng lợi ích IoT trong ngành sản xuất bia.

Phương pháp thủ công đo trọng lực riêng đã có từ rất lâu đời. Mục tiêu là khám phá các cách để thực hiện các phép đo liên tục với các thiết bị kết nối internet. Nghiên cứu đã phát hiện ra một số cách sáng tạo để làm điều này, nhưng có hai cách tiếp cận cụ thể mà chúng tôi thấy có triển vọng nhất.

Giám sát lưu lượng khí qua khóa khí

Đầu tiên là giám sát việc sản xuất carbon dioxide trong quá trình lên men bằng cách theo dõi khí chảy qua khóa khí. Ý tưởng là, nếu bạn biết lượng chất lỏng trong thùng và có thể theo dõi chính xác lượng khí được tạo ra trong quá trình lên men, thì có thể ước tính trọng lượng riêng của chất lỏng. Khi đường được chuyển thành rượu và khí, quá trình này khá nhất quán và tỷ lệ thuận. Điều đó có nghĩa là một khối lượng khí nhất định tương đương với một lượng đường nhất định được tiêu thụ, và điều này sẽ tương đương với một sự thay đổi nhất định trong mật độ chất lỏng.

Khi nói đến các giải pháp kỹ thuật, cách tiếp cận này thường được nhắc đến về vấn đề chi phí. Nhiều nhà máy vi sinh vật đã có một vòi linh hoạt đi ra khỏi bể lên men của chúng để dẫn khí vào thùng nước 5 gallon (một loại van một chiều, ngăn không cho các chất ô nhiễm xâm nhập qua ống vào thùng). Lắp ống đó với máy theo dõi lưu lượng khí sẽ khá đơn giản và tiết kiệm chi phí. Điều này giả định rằng việc theo dõi dòng chất lỏng vào thiết bị lên men hoặc xấp xỉ lượng hiện tại sẽ khá đơn giản.

Đọc thông số áp lực

Thứ hai là đọc áp suất chênh lệch, nghĩa là lấy áp suất đo được trong chất lỏng ở hai độ cao dọc khác nhau. Khi bạn biết khoảng cách dọc và sự thay đổi áp suất giữa hai lần đọc, nó sẽ khá đơn giản để tính toán mật độ chất lỏng và trọng lực riêng.

Giải pháp thứ hai này là tuyệt vời vì nó có thể được thực hiện với các cảm biến áp suất ngoài giá và không cần phép đo nào khác, chẳng hạn như thể tích của chất lỏng. Tuy nhiên, những cảm biến này sẽ cần được lắp đặt bởi một thợ hàn chuyên nghiệp vì hầu hết các thùng lên men được làm từ thép không gỉ, do đó làm tăng chi phí đầu tư của phương pháp này.

Chúng tôi đã không có cơ hội để thử nghiệm một trong hai giải pháp, nhưng nó không quá sớm để làm nổi bật những lợi ích mà chúng tôi tin rằng các nhà sản xuất bia sẽ thấy nếu họ có thể nắm bắt cuộc cách mạng IoT trong việc giám sát lên men. Hãy tưởng tượng về hoạt động QA tự động, giảm lao động thủ công, giảm lỗi của con người, thuật toán hỗ trợ AI phát hiện sớm các vấn đề từ trước khi con người có thể, đưa ra dự đoán sớm về ngày hoàn thành và còn nhiều điều hơn nữa.

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây