DIY évaporateur électrique avec des éléments chauffants submergés

Bonjour, j'aimerais avoir votre avis sur mon plan de système d'évaporateur électrique maison.
Notez que je n'ai pas beaucoup d'expérience à la cabane donc svp n'hésitez pas à me reprendre.
Selon mes calculs de coin de table, on devrait avoir 1.2 G/h par module de 4500W, incluant 25% de pertes d'énergie et entrée d'eau à 15°C
Si on vise bouillir à X gallons par heure, on installe X/1.2 = N modules.

Cette année je compte tester un évaporateur électrique maison avec des éléments chauffants. En utilisant un élément chauffant 240V submergé dans l'eau et similaire à ceux qui sont dans un chauffe-eau de maison.
Ces éléments chauffants approchent 100% efficacité. C'est seulement une grosse petite résistance.
Ceux utilisés pour le prototype sont recouverts d'un alliage de stainless 804, supérieur au stainless 304 ou 316 habituel. C'est ce que les gars qui font leur propre alcohol utilisent.
L'élément a une grande surface pour que la chaleur ne soit pas concentrée sur une petite surface. Le terme utilisé est ULWD (Ultra Low Watt Density) et ça signifie 50W d'énergie transmise par pouce carré de surface de l'élément.
Camco 02955 ou sa version 5500W out of stock Camco 02965.

Si l'input est de l'eau à 15°C et aucune perte d'énergie, on devrait approcher 1.6 G/h par élément de 4500W.
Dans la vraie vie, j'approxime 25% de moins à cause de pertes d'énergie, surtout par radiation de la panne. Donc je m'attends à 1.2G/h.
Le 25% est un peu arbitraire mais conservateur. En plus, on pourra très bien isoler la panne dans le futur.

La limite de puissance de bouillage dépend de la quantité d'éléments installés.
La quantité d'éléments installés dépend de la place dans la panne mais aussi de combien de courant les breakers et le fil peuvent fournir en continu.
Pour l'instant, notre contrainte est le fil et le breaker 240V 20A (4800W), qui correspond à la prise d'air clim extérieure.
Je pense installer des stations de chargement de voitures électriques haute puissance qui serviront en même temps pour l'évaporateur.

Considérant la contrainte de 4800W, le premier prototype est composé de deux éléments 4500W (9000W max total).
Pour contrôler la chaleur ou la puissance du système, un SSR (Solid State Relay, un relais analogique donc sans mouvement mécanique) avec un potentiomètre devrait permettre de varier la puissance totale.
Donc le plan est de placer tous les éléments en parallèle et d'avoir un ou plusieurs SSR pour le contrôle.
Avec un contrôleur aussi simple, ce sera relativement simple d'automatiser avec un autre sensor.
Par exemple, selon le niveau de l'eau dans la panne ou la quantité de mousse, chauffe moins.

Utiliser l'électricité est selon-moi la façon la plus conviviale de bouillir.
C'est difficile pour moi de déterminer si ce sera moins cher que les autres combustibles.
Par contre, on peut estimer combien ça coûterait pour un galon de sirop. Encore selon calcul de coin de table, si l'eau entre dans le système à 15°C et 3°Bx et que le sirop sort à 66°Bx, assumant 100% efficacité et 0.08$/kWh, on aurait environ 4.60$/G de sirop. Ou 6.13$/G avec 25% de pertes d'énergie.
Avec osmose cheap, entrée à 6°Bx et 25% de pertes, j'estime 3$/G.

C'est 50$ par élément et avec les fittings de stainless et le filage, disons entre 80$ et 150$ total par module, excluant l'assemblage.
Un module similaire est vendu ici: lien Edit: Mon compte est trop jeune pour poster un lien. Google "electric brewery heating element kit"
Ce kit n'est pas optimal et est trop cher. Mais c'est un bon point de départ pour un prototype.
J'utiliserai des pièces similaires commandées sur McMaster et le réservoir est un plateau de buffet.

Pour résumer, mon estimation pessimiste serait 150$ par module permettant de bouillir à 1.2G/h et coûterait 0.36$/h.
Si on veut X G/h, on installe X/1.2 = N modules.

Pour finir, ce genre de module pourrait être ajouté à une panne chauffée par un autre combustible.
Il faut seulement un trou dans la panne pour chaque module...
Certains éléments chauffants peuvent être accrochés sur le côté (pas besoin de trou) mais sont plus cher.
On pourrait développer un module plus coûteux qui ne nécessiterait pas de trou dans la panne.


Je vous tiendrai au courant des résultats mais j'aimerais beaucoup savoir ce que vous en pensez!


Annexe:
L'élément chauffant submergé transmet presque 100% de l'énergie électrique vers l'eau.
Le prochain niveau d'efficacité énergétique serait d'utiliser une thermopompe pour profiter de la chaleur dans l'air... ce sera pour une prochaine année!

Une autre façon d'augmenter la vitesse de bouillage est de changer la pression athmosphérique.
Les évaporateurs électriques sur le marché ont la hotte directement sur le réservoir et provoquent probablement une baisse de pression pour bouillir plus facilement l'eau.
J'ai l'impression que ça affecte beaucoup le goût du sirop mais je connais rien.

Schéma brouillon pour montrer que c'est super simple

J'aime bien l'usage de l'électricité et son coût ; est-ce que le sucre sur les éléments est un facteur à prendre en considération rendu à 50 ou 60 BRIX ? ?

Remi Le Coq a écrit:est-ce que le sucre sur les éléments est un facteur à prendre en considération rendu à  50 ou 60 BRIX ? ?

C'est certain qu'il faudra faire attention. J'espère que les éléments ULWD ont une surface assez grande pour éviter le problème.
Le SSR sera utile pour diminuer la puissance si on a un problème à cette concentration.

Ce serait possible d'utiliser 4-5 éléments chauffants moins chers et les réguler en basse puissance pour une plus grande surface au même prix total.
Mais c'est beaucoup moins élégant.

Est-ce que quelqu'un connaît les specs des éléments chauffants des évaporateurs électriques commerciaux?

Et a induction serait-ce pas mieux ?

5/16 a écrit:Et a induction serait-ce pas mieux ?

C'est une bonne idée. Au début j'ai considéré une armée de poêles à induction portatifs ikea à 60$ (1800W).
Malheureusement ce n'est pas plus efficace et ça demanderait beaucoup plus de matériel.

Induction est moins efficace que élément submergé parce que le transfert d'énergie du poêle vers l'eau doit passer par le chaudron. C'est le chaudron qui chauffe l'eau.
Il faut réchauffer le chaudron avant de réchauffer l'eau donc on a plus de pertes en radiation de chaleur par le chaudron que si on utilisait un élément submergé.
Aussi il y a des pertes significatives en génération du champ magnétique. Si je me souviens bien, c'était autour de 15% de pertes.
15% vs 0% de perte, le choix est facile.

J'ai déjà essayé de créer une bouilloire qui chauffe un verre d'eau par induction avec un grosse bille de métal dans l'eau...
Le projet n'a pas été complété parce qu'on aurait eu besoin d'un générateur d'onde un peu trop cher pour une simple bouilloire!

De quel grandeur de pannes compte tu avoir et avec combien d'éléments ??

Pas certain que ca va être économique ??? Faut aussi considérer la perte d'énergie causé par la pierre a sucre qui va s'accumuler sur les éléments assez rapidement !!!

Si jamais tu te lance dans le projet, tien nous au courant, on va suivre ca !!

Goudrelle a écrit:De quel grandeur de pannes compte tu avoir et avec combien d'éléments ??

Aucune idée de grosseur mais ça ne dépassera pas 6*4500W pour cette année sinon il faudra que Hydro Québec s'en mêle!
C'est certain que passé 10G/h ou 20G/h ce serait plus simple d'utiliser des éléments chauffants beaucoup plus puissants et plus gros.

Hier j'ai assemblé le premier élément. Pas testé encore, nos érables ont trop coulé!

En trouant le stainless, j'ai changé d'idée. Ce sera un seul élément pour l'instant parce que le deuxième servira au deuxième prototype qui sera sans trou.
Ça prend un système qui n'a pas besoin d'un trou dans une panne. Il faut que ce soit non destructif. En même temps il pourra être retiré plus facilement pour le lavage.

Des éléments chauffants industriels existent "Over-the-Side Immersion Heater" mais les prix ne sont pas affichés.



J'aurais mieux aimé placer le trou plus bas mais pas possible avec la boîte de fils.

Sur un des site de sucre sur Facebook l an dernier, un gars a essayé cela. Il avait mis dans un gros chaudron à blé d inde deux éléments a chauffe-eau. Si je me souvient bien c avait été assez concluant

Faut que tu me trouves le nom du groupe!

Serait il bien d y inclure qque chose pour faire circuler l eau pour que ça soit uniforme?
J aime bien ton idée, a suivre.

Hey allo.

Tu vois... moi je fais un teste live là avec une friteuse que j’avais en stock et qui ne sert plus. Je peux mettre presque 35L d’eau. 3 brûleurs ultra puissant et la valve est en dessous du bac. Je fais un teste seulement avec de l’eau très froide pour voir le temps d’ébullition. À suivre. Mal pris quand plus rien d’abordable est disponible tous les moyens sont bons !

Bonne idée la friteuse!

Justement je magasinais les friteuses hier soir.
Je trouve que c'est un peu cher pour la puissance mais ça pourrait être une super bonne alternative clé en main!
Il faudrait valider que l'élément chauffant peut fonctionner en continu et au maximum de sa capacité.

C'est combien de Watts ta friteuse?

Friteuse au propane ! Sérieusement c’est réellement violent la force des brûleurs. Le problème c’est que ça fonctionne avec un thermostat... étant donné que c’est fait pour de l’huile... même si je le met au plus bas c’est encore trop fort. Alors là je vais mettre un régulateur comme sur les poêles à blé dinde pour baiser le débit parce que ça aucun sens la force. . Ça bouille c’est effrayant.
C’est certain que le prix ce n’est pas avantageux, tu es mieux d’avoir un vrai évaporateur rendu là. C’est juste que je l’avais et que ça ne servait plus. À suivre. Je vais mettre des photos ce week-end.

Bonjour,

J'ai un setup extrêmement similaire à ton concept, mais en format beaucoup plus petit

Tel qu'une autre personne a mentionné, mon système est fait avec une vieille friteuse des années 70 qui n'étaient pas faites comme celles d'aujourd'hui. Les éléments ne sont pas submergés, mais fixé en dessous.

L'utilisation de l'électricité est effectivement un bon choix, surtout dans des capacités plus petites où le contrôle du chauffage au bois, propane ou huile est parfois trop puissant (pas possible d'avoir un système de chauffage avec ces combustibles à petite dimension)... Ce qui ne veut pas dire que l'électricité ne peut pas convenir à de grandes capacités.

Bref, j'arrive à faire ma production personnelle avec un système électrique et c'est super !

La seule chose que je te conseil fortement serait d'avoir des éléments chauffants non submergés, mais installés en dessus de ton réservoir (collé/fixé/soudé). La pierre (sédiments dans l'eau) et le sucre vont se coller après tes éléments et ça ne fera pas long.

Style de vieille friteuse: https://www.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=V%2FUqRtSF&id=A1A8EF6C87B71E2A2C79947D212EE45027AB2621&thid=OIP.V_UqRtSFpTw5DnZ0VwoY-wHaFj&mediaurl=https%3A%2F%2Falbrechtauction.s3.amazonaws.com%2F0%2F2019%2F4%2Flarge%2F471411caba0ebb100b7b1a5b43e230e2&exph=1500&expw=2000&q=old+fryer&simid=608027529344216279&ck=145D9E0F22BC59243DCA3B932657CEAD&selectedindex=1&form=EX0023&adlt=demote&shtp=GetUrl&shid=4b096fe4-58c6-481e-aca1-5f87903cd3f4&shtk=QWxicmVjaHQgQXVjdGlvbnMgfCBPbGRlciBLZW5tb3JlIERlZXAgRnJ5ZXI%3D&shdk=VHJvdXbDqWUgc3VyIEJpbmcgc3VyIGJpZG5vdy51cw%3D%3D&shhk=eOYWG0Ptf2D%2FK4DPwk3JMRnXyRMO2%2FFK9YK518FC6js%3D&shth=OSH.gTum4pW2l5DJqyZJO7qj9g

Moi c’est industriel mon affaire

https://i.servimg.com/u/f28/20/32/45/92/7c351410.jpg

Le site c est érablière pour debutant un certain Matthieu Meloche a mis un video en ligne le 17 avril 2018

lpasselin a écrit:Faut que tu me trouves le nom du groupe!

As tu pense a le faire en systeme bain marie....comme ca les elements ne toucherait jamais a l eau d erable

Polo a écrit:Le site c est érablière pour debutant un certain Matthieu Meloche a mis un video en ligne le 17 avril 2018

Merci je l'ai trouvé! Il a le même genre de setup. Pas de commentaire par rapport au goût ou au sucre sur l'élément chauffant.
Ça bouille en maudit son affaire! Ça me donne espoir que un seul élément chauffant c'est assez.
Il a fait ça dans un keg de bière en stainless. Super bonne idée de contenant pas cher. Je vais copier son idée cette année.

steevesb a écrit:As tu pense a le faire en systeme bain marie....comme ca les elements ne toucherait jamais a l eau d erable

C'est une bonne idée mais c'est pas autant efficace. On a même pensé faire un bain marie dans du glycol.
Trop une grosse perte d'énergie en chauffage d'eau. Aussi, le réservoir d'eau est un tampon de chaleur et ça ralentit la réponse du contrôleur de chauffage (quand on arrête de chauffer l'eau, ça prend longtemps avant qu'elle refroidisse). Avec l'élément chaufant directement dans le sirop, ça arrête de chauffer dès qu'on tire la plug.

Désolé j'ai complètement oublié de vous partager des photos.


Branché sur une plug de sécheuse.




La dernière photo c'est environ une minute après avoir parti le chauffage à 50%. On voit que ça commence à bouillir autour de l'élément chauffant.
Le contenant en métal était super froid même si ça bouillait. Ça évapore avant même que le réservoir soit chaud!


Mon plan pour cette année est d'automatiser l'entrée et la sortie avec des valves automatiques.


Un contrôleur mesure la température des sondes et j'espère pouvoir vider à distance et automatiquement.
Le contrôleur pourra contrôler l'élément chauffant à distance aussi. En cas d'oubli, il se fermera automatiquement (l'élément chauffant n'est pas sur le dessin).

La tête du keg sera coupée sinon trop de condensation et lavage difficile.
Aussi tout le système sera isolé pour garder la chaleur dans le keg.

Qu'est-ce que vous en pensez? Comment améliorer ça?

Tu est le seul avec qui je connais qui va testé ca, alors tien nous au courant du fonctionnement !!!

Ça avance! J'y vais all-in pour ce projet.

Les kegs découpés:


Le keg principal est celui avec la sortir en dessous. C'est du 2" tri-clover. La valve motorisée sera connectée sur cette sortie, sous le keg.
Le deuxième keg est un backup (ou un deuxième système si le premier fonctionne bien?).

Le PCB a été commandé hier soir.
C'est fou le prix des PCB a tellement descendu! 18$ CAD,  livraison incluse.
Le total de tout l'électronique (excluant les valves et mes heures de design et soudure) revient à environ 100$.


C'est le motherboard du système. Il contrôle les valves (2 relais), l'élément chauffant (SSR), un petit écran et un site web.
Il servira surtout à mesurer:
- 2x Température dans le keg (MAX31865)
- Température ambiante, pression et humidité (BME280)
- Température ambiante, pression précision ±3 Pascals (BMP390)

La mesure d'humidité servira à savoir si c'est humide dans la cabane.
La pression j'espère pouvoir estimer la température du sirop à 66 bx (je ne m'attends pas à une bonne accuracy).
Toutes les mesures et les règles et boutons de contrôle seront sur un site web pour contrôler à distance.

On pourra ajouter des règles du genre: "Si je ne me connecte pas sur le site web depuis 15 minutes, ferme l'élément chauffant" ou "quand la température atteint 106 ou plus, ouvre les valves durant 2 secondes", etc.
Et des recettes automatiques: "Ouvre valve input durant 1 minute. Bouille 30 minutes. Ouvre valve de sortie 1 minute. Recommence"


Par rapport à la valve, smokylakemaple vend une valve automatique 3/4" pour 170$ US.

Si je ne me trompe pas, c'est une valve chinoise pour du liquide à une température maximale de 95°C. C'est pas assez pour le sirop! Donc j'ai contacté un fournisseur directement sur alibaba pour trouver une alternative. Pour résister à 110°C, il faut ajouter ce genre d'adaptateur, qui coûte 3$ de plus.


Ma commande est de 150$ CAD, livraison incluse, pour deux valves motorisée avec plusieurs ajouts:

A20-T25-S2-B:
2 way stainless steel 316 motorized ball valve
1''NPT female thread
CR202 wire control
AC110-230V
longer connector resistant with higher temperature
manual override
open indicator
0.5m cable length
$48/PCS

J'espère qu'ils vont envoyer tout ça avant le début des festivités du nouvel an chinois.

Très beau projet vraiment hâte de voir ça

Presque terminé!

Voici le pcb assemblé


Brouillon de la boîte de contrôle (manque des composants sur cette photo).


Site web dashboard en ligne pour les commandes et feedback facile. J'en ai un autre avec des graphiques de l'historique de chaque mesure et commande.


Aussi je vais essayer de calibrer les sensors de pression pour estimer en temps réel, selon la pression dans la cabane et la température du sirop, quelle est la concentration de sucre actuelle.
Si quelqu'un qui est pas aussi débutant que moi avec la chimie du sirop d'érable pouvait me confirmer ma fonction, j'apprécierais beaucoup:

Code:

def percentage_sugar(solution_bp, pressure) -> float:
    """ returns sugar concentration as a percentage"""
    # bp = boiling point
    # solution_bp = water_bp + bp_increase_from_sugar
    # boiling_point_increase = Kbp * m
    # [degC] = [degC/m] * [m]
    # m = mol_solute / kg_solvent

    WATER_KBP = 0.5121 # [degC/m]

    water_bp = water_boiling_point(pressure)
    bp_increase_from_sugar = solution_bp - water_bp
    sucrose_molality = bp_increase_from_sugar / WATER_KBP

    sucrose_weight_with_1000g_water = (sucrose_molality * 342.30)
    percentage_sugar = sucrose_weight_with_1000g_water / (1000 + sucrose_weight_with_1000g_water)
    percentage_sugar *= 100

    return percentage_sugar

Le sensor de pression est supposément très précis mais doit être calibré pour être accurate (offset constant). Je ne sais pas trop avec quelle référence je vais calibrer ce sensor mais au pire ce sera à partir de la concentration de sucre, avec un réfractomètre.
Honnêtement je n'ai pas beaucoup d'espoir pour cette mesure automatique de concentration.

Le keg est prêt. Il reste seulement à assembler la sortie (après avoir patenté un support en bois) et à connecter et installer les sensors au board de contrôle.





Les valves électroniques avec le long cou, pour résister à 110°C.
La valve en entrée n'est pas nécessaire avec la flotte mais je veux pouvoir contrôler l'entrée, pour séparer en batchs et faire des tests.
(sortie à gauche et entrée à droite)


En passant, une valve flottante en stainless comme ça, c'est hyper cher: 1000$+. J'ai trouvé la mienne sur ebay pas cher par chance.
Ce serait mieux un sensor de niveau et contrôler l'entrée avec une valve électronique. Ou simplement utiliser un système comme sur les vrais évaporateurs.

Test avec de l'eau, en utilisant l'ancien SSR avec potentiomètre. Comme prévu, un élément chauffant ça ne bouille pas assez. Le deuxième sera ajouté bientôt.


Aussi j'ai réalisé que les éléments chauffants ont le même alliage que ceux dans notre vieux lave vaisselle.Je crois qu'ils sont utilisés pour chauffer l'eau mais surtout pour sécher à l'air, après le nettoyage. Preuve que l'élément chauffant ne se briserait pas si il n'est pas submergé au complet?

Je compte quand même essayer de déduire quand il n'y a pas assez d'eau en comparant la température des deux thermomètres. J'espère que celui du haut sera moins chaud que celui du bas si le premier est dans l'air. Celui du bas n'est pas installé sur les photos.

Pour finir, j'ai refait une plus petite boîte pour protéger les fils de l'élément chauffant. Même pas 10$ chez Canac.
Donc j'update mon estimé. Ça coûte environ 100$ par module d'élément chauffant (élément 65$, fil de sécheuse 20$, JB-Weld 5$ et la boîte 10$).
Beaucoup moins cher si vous faites ça en redneck sans boîtier, avec un élément chauffant à 10$, et du vieux fil récupéré.


Quand tout sera assemblé je vous partagerai des vidéos du fonctionnement.

C'est une réussite! Ma saison a tellement été facile!






Infos intéressantes:

Premièrement, le goût est aussi bon. C'est impossible de distinguer entre une batch de l'an passé et une de cette année. Sauf pour le jour #6 qui est de loin le meilleur sirop qu'on a fait jusqu'à maintenant (3 ans). 90 litres cette année.

Le relais SSR a fondu. Pas assez de dissipation de chaleur. C'est pas grave, ça coûte 2$ et j'avais prévu le coup, j'avais 3 backups. Le problème est que l'électronique de puissance, ça fond fermé... il ne pouvait pas s'arrêter et j'ai dû débrancher la plug 240V directement. Je m'en suis rendu compte à temps heureusement. J'ai ajouté un check software pour pas que ça se reproduise et aussi augmenté la dissipation de chaleur.

Les thermomètres, même après calibration, ne sont pas assez constants pour permettre d'estimer le taux de sucre. Il y en a un qui est super mais l'autre varie de 5 degres selon la journée... dommage!

Par contre, le check pour le niveau d'eau avec deux thermomètres a super bien fonctionné. Quand le thermomètre du haut descendait en bas de 75 degrés et celui du haut restait en haut de 100, ça veut dire que le niveau d'eau est trop bas et ne touche pas le thermomètre du haut. On arrête de bouillir et ça m'envoie une notification sur mon cell. Ça m'a permis de bouillir des batchs pendant la nuit sans avoir besoin de me réveiller. C'est le auto shutdown.

Un problème est que je me suis trop fié au auto shutdown... En début de saison il fallait finir au propane car parfois il n'y avait pas assez de liquide pour couvrir les éléments chauffants. J'étais habitué à des petites batchs qui évaporaient sans atteindre 66bx dans la machine. En fin de saison, durant un jour de grosse coulée, il y a eu assez de sucre et un assez gros volume d'eau pour atteindre 66bx dans l'évaporateur. J'avais oublié de coder l'arrêt automatique quand la température approchait 104. On a fait de la tire, presque du sucre ce jour là. Et ça a collé sur les éléments chauffants. J'ai fait une batch avec le sucre brûlé sur les éléments cuffants sans m'en rendre compte (pas de goût). Après avoir lavé avec l'acide à pannes, la croûte noire est partie avec un jet d'eau.

J'espèrais pouvoir coder un mode "batch" qui aurait coupé l'entrée d'eau après 2-3h et output pour la finition plus tard. Malheureusement en début de saison j'ai laissé de l'eau dans une des valves électroniques. Elle a gelé et pop durant la nuit. Perdu ma valve d'input. Donc je n'ai pas pu tester le bouillage par batch automatique.

La finition est vraiment idéale avec le contrôle variable du SSR. Pour l'arrêt c'est aussi très avantageux utiliser des éléments chauffants: ça bouille, tu coupes le power, ça bouille pu 3 secondes après.

L'an prochain j'upgrade avec deux autres éléments chauffants pour bouillir encore plus rapidement.

Je pense vraiment que je pourrais commercialiser cet évaporateur. Faites moi signe si ça vous intéresse.

Merci du partage et du travail de recherche et développement. Je ne comprend qu'a 1/3 car zéro en électronique.