Yogur en un controlador PID

Question

¿Cómo se modifica la sintonía de un regulador PID para hacer frente a los cambios en las propiedades térmicas?

El proyecto: Estoy haciendo yogur. Se cultiva a 110 grados F durante aproximadamente medio día; se pone la leche y un poco de cultivo iniciador y se obtiene el yogur. Guarda un poco para un iniciador para el siguiente lote y come el resto. Fácil y delicioso.

El montaje: Tomo un recipiente seguro para los alimentos (cacerola con tapa) y lo coloco sobre un calentador, añadiendo un termopar tipo k, un SSR y un controlador PID, todo ello conectado más o menos según la implementación de referencia de cualquier controlador PID que se quiera nombrar. Esto funciona bien si estoy usando una olla de barro (225W, aproximadamente 3/4 gal) como mi sartén y elemento de calentamiento, pero quiero hacer lotes más grandes (1 gal).

El problema: Con una mayor relación entre el calentador y la masa térmica (placa de 1000W y bandeja de acero inoxidable en lugar de cerámica). Hay una mayor inestabilidad durante la última parte del ciclo. El controlador PID está ajustado con agua (la leche es un poco más cara) y mantiene la temperatura dentro de los 2 grados F durante el primer par de horas, pero a medida que el yogur se cultiva estoy notando pronunciadas oscilaciones de temperatura, y a diferencia del uso de la olla de cocción lenta estoy viendo la separación del suero (presumiblemente debido a un exceso de temperatura o el aumento de la condensación en la tapa debido a la misma). Estoy bastante seguro de que la mayor masa térmica estaba amortiguando el ruido del cambio de la conductividad térmica durante el cultivo, pero no estoy seguro de cómo proceder para controlar con más precisión la temperatura durante las etapas posteriores sin comprometer excesivamente la regulación de la temperatura al principio.

Answer 1

El verdadero problema parece ser su configuración mecánica, no el detalle del control PID. Puede que el control PID ni siquiera sea lo que quieres.

Yo empezaría poniendo el recipiente del cultivo de yogur dentro de un baño de agua, y luego intentaría regular la temperatura del baño de agua. La masa térmica adicional del agua alargará la constante de tiempo dominante, y no dependerá mucho de lo que ocurra dentro del recipiente.

Con una constante de tiempo más larga, un simple control de temperatura de encendido y apagado del termostato debería funcionar lo suficientemente bien. Se desea que la potencia del calentador sea lo suficientemente baja como para que el baño de agua sólo cambie un poco, tal vez 2-4 grados, dentro de una constante de tiempo. Un simple control de encendido/apagado que detecte el umbral funcionará muy bien.

En lugar de añadir histéresis para evitar oscilaciones rápidas en el punto de consigna, basta con mantener la salida fija durante un tiempo breve, como 1/50 de la constante de tiempo o así.

Hace mucho tiempo, hice un baño de agua con temperatura controlada para el procesamiento de películas fotográficas. La configuración mecánica era una de esas tinas de plástico estilo "Rubbermade", una bomba de pecera para mantener el agua en circulación, y un calentador de inmersión de 300 W de la estantería destinado a una taza de café. Dos termistores en serie colocados en lados opuestos de la bañera proporcionaban la información sobre la temperatura. Esto fue antes de la era de los microcontroladores, así que un flip-flop muestreaba y mantenía la señal de encendido/apagado cada 64 ciclos de línea. Eso controlaba un relé, que encendía y apagaba el calentador de inmersión. Funcionaba muy bien. Una vez que se regulaba, la temperatura se mantenía fija en una fracción de grado F.

Usted está pensando demasiado en esto con un controlador PID.

Answer 2

Imagino que su lote se vuelve más viscoso a medida que fermenta. La transferencia de calor por convección se vuelve más débil, por lo que la conductividad térmica general disminuye.

Una posible solución sería utilizar calentadores de inmersión, que se distribuirían uniformemente por todo el volumen. La distancia media que tendría que recorrer la energía térmica disminuirá, y su instalación dependerá menos de la conductividad térmica.

Otra posible solución es tener varios conjuntos de constantes PID. El primer conjunto se ajustaría para la leche cruda más fina. El segundo conjunto se ajustaría para el yogur más espeso. Se podría cambiar de un conjunto de constantes a otro después de un período de tiempo fijo que se conoce a priori .

Answer 3

Dado que el hilo tiene ya se aventuró a alejarse del PID en el uso de la energía eléctrica para hacer el yogur, pensé que podría sugerir otro enfoque ...

Ponga la leche y el fermento en su olla de cocción lenta y póngala a temperatura alta. Cuando la temperatura de la mezcla llegue a 160 grados F, saca la olla de la crock pot y ponle la tapa. Sin demora, envuelva la olla con una o dos toallas y póngala dentro de su mejor nevera para bebidas.

"Estás pensando demasiado en esto con un controlador PID" (Olin Lathrup, arriba) y con múltiples controladores (y sus circuitos generales), calentadores de inmersión o COTS (yo, aquí).

Si es absolutamente necesario tener una huella de EE en el proceso, puede diseñar un detector de temperatura que detecte 160 grados Fahrenheit y provoque pitidos o zumbidos.

Answer 4

Puede que llegue un poco tarde al juego, pero estaba buscando algo y me encontré con este hilo. Yo hago el yogur usando esto - no requiere baño de agua:

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

que monté yo mismo (pero ahora también los vende; todo es de código abierto). La intención original era controlar una barbacoa, pero he descubierto que funciona perfectamente para sous vide, y también para el yogur. Controlo la Crock Pot más tonta que existe (Off, Low, High), y tiene una tapa con un agujero; puedes conseguirlas en Sears, etc. si la tuya no tiene ya una.

Utilizo la sonda que él recomienda, pero también tengo una segunda sonda independiente para estar tranquilo. Dejo la instalación en marcha durante diez horas, y luego vierto la mezcla de yogur y trigo en un colador forrado con papel de cocina normal y lo dejo escurrir. El tiempo de escurrido varía, y puedes dejar de escurrir cuando hayas alcanzado la consistencia deseada.

Sólo para dar un resumen completo del proceso:

1) vierta 1 galón de leche en una olla grande, y lentamente llévela a 170F en la estufa, déjela reposar a esa temperatura por 5-10 minutos

2) encender el horno y meter el recipiente de la Crock Pot, para que se caliente a unos 230F, sólo para matar cualquier bicho (un poco opcional, a veces me da pereza pero nunca he tenido un lote malo todavía)

3) enfriar la olla de caldo en el fregadero haciéndola flotar en agua fría, hasta que la temperatura alcance los 100F

4) saca el bol de la Crock Pot del horno y colócalo en la Crock Pot, deja que se enfríe pero enciende el regulador PID y la Crock Pot (Low)

5) en la leche esterilizada, batir aproximadamente la mitad de un bote pequeño de yogur griego (yo prefiero Chobani, pero prácticamente cualquier yogur de cultivo vivo servirá y es divertido experimentar, Fage es bueno)

6) vierte todo en la Crock Pot (tengo una Crock Pot que mágicamente acepta 1 galón - ¡es curioso cómo funciona!)

7) Poner la tapa, insertar las sondas, dejar que funcione durante 10 horas

8) ¡hazte el friki con el servidor web en el HeaterMeter! (no te preocupes por los números reales en la imagen - hay una buena razón por la que son diferentes de lo que he mencionado, demasiado detalle para entrar aquí)

9) cuando esté listo, escurrir el yogur como se ha descrito anteriormente (el suero líquido es estupendo para hacer pan en una máquina, por cierto)

10) Poner en pequeños recipientes, refrigerar, ¡comer!

Espero que esto ayude a alguien, en algún lugar, a disfrutar del uso de la alta tecnología para hacer la comida más básica - ¡yo ciertamente lo disfruto!