Iogurte em um controlador PID

Como você altera o ajuste de um controlador PID para lidar com a alteração das propriedades térmicas?

O projeto: estou fazendo iogurte. Cultiva a 110 graus F por cerca de meio dia; você coloca leite e um pouco de cultura inicial e pega iogurte. Economize um pouco para iniciantes no próximo lote e coma o resto. Fácil e delicioso.

A configuração: estou pegando um recipiente seguro para alimentos (panela com tampa), colocando-o sobre um aquecedor, adicionando um termopar tipo k, controlador SSR e PID, todos conectados de acordo com a implementação de referência de qualquer controlador PID que você queira nomear. Isso funciona bem se eu estiver usando uma panela elétrica (225W, aproximadamente 3/4 gal) como panela e como elemento de aquecimento, mas quero fazer lotes maiores (1 gal).

O problema: com uma proporção maior de aquecedor para massa térmica (placa de aquecimento de 1000 W e panela de aço inoxidável em vez de cerâmica). Há instabilidade aumentada durante a parte posterior do ciclo. O controlador PID é sintonizado com água (o leite é um pouco mais caro) e mantém a temperatura dentro de 2 graus F durante as primeiras duas horas, mas, como as culturas de iogurte, estou observando variações acentuadas de temperatura e, ao contrário do uso da panela elétrica, vejo separação de soro de leite (presumivelmente devido a temperatura excessiva ou aumento da condensação na tampa devido à mesma). Estou bastante certo de que a massa térmica maior estava atenuando o ruído da alteração da condutividade térmica durante a cultura, mas não tenho certeza de como proceder para controlar com mais precisão a temperatura durante as fases posteriores sem comprometer excessivamente a regulação de temperatura no início.

O verdadeiro problema parece ser sua configuração mecânica, não os detalhes do controle PID. O controle PID pode até não ser o que você deseja.

Eu começaria colocando o recipiente da cultura de iogurte dentro de um banho de água e depois tentava regular a temperatura do banho de água. A massa térmica extra da água aumentará a constante de tempo dominante e não dependerá muito do que está acontecendo dentro do contêiner.

Com uma constante de tempo mais longa, o controle simples de temperatura liga / desliga do termostato deve funcionar bem o suficiente. Você quer que a energia do aquecedor seja baixa o suficiente para que o banho de água mude apenas um pouco, como talvez 2 a 4 graus, dentro de uma vez constante. O controle simples de ligar / desligar com detecção de limite funcionará muito bem.

Em vez de adicionar histerese para evitar oscilações rápidas no ponto de ajuste, mantenha a saída fixa por um curto período de tempo, como 1/50 do tempo constante.

Há muito tempo, fiz um banho de água com temperatura controlada para o processamento de filmes fotográficos. A configuração mecânica era uma daquelas banheiras de plástico do tipo "Rubbermade", uma bomba de tanque de peixes para manter a água circulando e um aquecedor de imersão de 300 W fora da prateleira destinado a uma xícara de café. Dois termistores em série, colocados em lados opostos da banheira, forneceram o feedback da temperatura. Isso foi antes da era dos microcontroladores, então um flip-flop amostrou e manteve o sinal liga / desliga a cada 64 ciclos de linha. Isso controlava um relé, que ligava e desligava o aquecedor de imersão. Funcionou muito bem. Quando chegou à regulação, a temperatura permaneceu fixa em uma fração de grau F.

Você está pensando demais nisso com um controlador PID.

Imagino que seu lote se torne mais viscoso à medida que fermenta. A transferência de calor por convecção fica mais fraca, diminuindo a condutividade térmica geral.

Uma solução possível seria usar aquecedores de imersão, que seriam distribuídos uniformemente por todo o volume. A distância média que a energia térmica teria que percorrer diminuirá e sua configuração dependerá menos da condutividade térmica.

Outra solução possível é ter vários conjuntos de constantes PID. O primeiro conjunto seria ajustado para o leite cru mais fino. O segundo conjunto seria ajustado para iogurte mais espesso. Você pode alternar de um conjunto de constantes para outro após um período fixo de tempo conhecido a priori .

Como o segmento já se afastou do PID ao usar a energia elétrica para fazer iogurte, pensei em sugerir outra abordagem ...

Coloque o leite e o fermento na panela e ligue-o alto. Quando a temperatura da mistura atingir 160 graus F, retire a panela da panela e coloque a tampa. Sem demora, embrulhe a panela com uma toalha ou duas e coloque-a dentro do seu melhor refrigerador de bebidas.

"Você está pensando demais nisso com um controlador PID" (Olin Lathrup, acima) e com vários controladores (e seus circuitos aéreos), aquecedores de imersão ou COTS (eu, aqui).

Se você absolutamente precisa ter uma pegada de EE no processo, pode projetar um detector de temperatura que detecte 160 graus Fahrenheit e provoque bipes ou zumbidos.

Eu posso estar um pouco atrasado para o jogo aqui, mas estava procurando algo e me deparei com esse tópico. Eu faço iogurte usando isso - não é necessário banho de água:

https://github.com/CapnBry/HeaterMeter/wiki

que eu montei (mas agora ele também os vende; é tudo de código aberto). A intenção original era controlar um churrasco, mas eu achei que ele funciona perfeitamente para o sous vide e também para o iogurte. Eu controlo a panela mais burra que existe (desligada, baixa, alta) e tenho uma tampa com um buraco; você pode obtê-los na Sears etc. se o seu ainda não tiver um.

Eu uso a sonda que ele recomenda, mas também tenho uma segunda sonda independente apenas para ter paz de espírito! Deixo a instalação funcionando por dez horas, despejo a mistura de iogurte / soro de leite em uma peneira forrada com uma toalha de papel comum e deixo escorrer. O tempo de drenagem varia e você pode parar de drenar quando atingir a consistência desejada.

Apenas para dar um resumo completo do processo:

1) despeje 1 galão de leite em uma panela grande e, lentamente, leve-o a 170F no fogão, deixe descansar nessa temperatura por 5 a 10 minutos

2) ligue o forno e coloque a tigela da panela de barro, para aquecer cerca de 230F, apenas para matar todos os insetos (meio opcional, às vezes sou preguiçoso, mas nunca tive um lote ruim)

3) esfrie o caldeirão na pia, flutuando-o em água fria, até a temperatura atingir 100F

4) puxe a tigela da panela elétrica do forno e coloque-a na panela elétrica, deixe esfriar, mas ligue o controlador PID e a panela elétrica (baixa)

5) no leite esterilizado, misture cerca de metade de uma panela pequena de iogurte grego (eu prefiro Chobani, mas praticamente qualquer iogurte de cultura ao vivo fará e é divertido experimentar, Fage é bom)

6) despeje todo o lote na panela de barro (eu tenho uma panela de barro que magicamente aceita 1 galão - engraçado como isso funciona!)

7) Coloque a tampa, insira as sondas, deixe-a funcionar por 10 horas

8) fique todo nerd com o servidor da web no HeaterMeter! (não se preocupe com os números reais da imagem - há uma boa razão para que eles sejam diferentes do que mencionei, muitos detalhes para entrar aqui)

9) quando estiver pronto, drene o iogurte como descrito acima (o soro de leite líquido é ótimo para panificação em uma máquina, aliás)

10) coloque em pequenos recipientes, leve à geladeira, coma!

Espero que isso ajude alguém em algum lugar a gostar de usar alta tecnologia para fazer a comida mais básica - eu certamente aprecio isso!