home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Colossal Cookbook / ColossalCookbook.cdr / beer / 2879 / rims.txt < prev    next >
Text File  |  1991-01-20  |  22KB  |  419 lines

  1. Rodney Morris [75046,350]
  2.  
  3. Recirculating Infusion Mashing System
  4. by Rodney Morris
  5.  
  6. Introduction
  7.  
  8. I developed this mashing system because I was dissatisfied with the ì
  9. traditional "pot on a stove" which I had used previously. 
  10.  
  11. This system was developed to have the following features:
  12.  
  13. 1.  Precise temperature control to within +/- 0.1! C so as to give repeatable ì
  14. mashing conditions from batch to batch.  If a particular beer made with thisì
  15. system is a bit too dry, I could precisely adjust the mash temperature a fewì
  16. degrees on the next batch  to change the ratio of fermentable to non¡
  17. fermentable carbohydrates.
  18.  
  19. 2.  Uniform temperature throughout the mash.  The old system heated the maltì
  20. in the pot in a non-uniform manner, with precise temperature controlì
  21. difficult.
  22.  
  23. 3.  Reduction of labor in mashing.  There is no need to stir the pot during aì
  24. temperature boost.
  25.  
  26. 4.  Faster mashing than the old method.
  27.  
  28. 5.  Recirculation of the wort in the new method produces a brilliantly clearì
  29. liquid by the end of the final temperature rest.  Formerly, it was necessaryì
  30. to transfer the mash to a lauter vessel and then drain and recycle some of theì
  31. wort repeatedly until the wort ran clear.
  32.  
  33. 6. Mashing and sparging is done in one vessel.
  34.  
  35. Items Required
  36.  
  37. Igloo Legend 36 quart cooler- If you mash 8 to 10 gallon batches, use a 48ì
  38. quart cooler.
  39.  
  40. A stainless steel open bottomed box which just fits in the cooler.  I bought aì
  41. sheet of 20 guage stainless steel, nine inches wide and long enough to bendì
  42. into the box shape for $12 from a local sheet metal supplier.  A flange 3/8"ì
  43. wide was bent inwards on the bottom of the box to support an 18 mesh stainlessì
  44. steel screen which was held in place by pop rivets.  
  45.  
  46. Two 5/16" diameter rods were run lengthwise of the box below the screen andì
  47. welded to the bottom of the box to hold it just above the cooler surface.  Theì
  48. bolting grade type 304 stainless steel screen has 70% open area, allowing aì
  49. very fast recirculation of the wort.  If you use any other type of mashì
  50. support, be certain it allows rapid recirculation. The screening is availableì
  51. from :
  52.  
  53. McMaster-Carr (main office)
  54. P. O. Box 4355
  55. Chicago Il 60680-4355
  56. Orders: 312-833-0300
  57. Los Angeles, CA office sales 213-692-5911
  58. Dayton, NJ office sales 201-329-3200
  59. Catalog # 9230T72, $4.42 per square foot
  60.  
  61. The screening comes in 3 or 4 foot wide rolls and is sold in linear feet.  Iì
  62. bought enough to make several mash boxes.  This company prefers purchaseì
  63. orders.  Ask for their 1000 page catalog of industrial products, which hasì
  64. many items useful for microbrewery construction.
  65.  
  66. A small magnetic drive pump with a heat resistant pump housing was used toì
  67. recirculate the wort.  Check surplus dealers in your city for such pumps.  Theì
  68. selection criteria are:
  69.  
  70. 1. Magnetic drive, no shaft to leak wort into the motor.
  71. 2. Pump housing connections for 1/2" diameter hose.
  72. 3. Pump capacity of four to eight gallons per minute at a one foot head.
  73. 4. Universal type motor capable of being speed controlled by a triac motorì
  74. controller.  All pumps I have examined can be speed controlled.
  75. 5. Motor power of 1/50 to 1/20 horse power, with 1500 to 3000 RPM.
  76. 6. Shut off pressure of pumping at 6 to 20 feet of head.
  77. 7.Heat resistant pump head.
  78.  
  79. Companies which make suitable pumps include March Manufacturing Co., Miltonì
  80. Roy, and Little Giant.  I recommend those made by March if possible.
  81.  
  82. The original recirculating pump was bought from:
  83. Edmund Scientific Co.
  84. 101 E. Gloucester Pike
  85. Barrington, NJ  08007-1380
  86. Orders: 609-573-6250
  87.  
  88. The surplus pump, which cost $24, is no longer available.
  89.  
  90. After searching for some time, I found that a similar low-cost surplus pumpì
  91. was available from:
  92.  
  93. H&R Corporation
  94. 401 E. Erie Ave.
  95. Philadelphia, PA 19134
  96. Orders: 214-425-8870
  97.  
  98. Unfortunately, this pump has also been sold out. They do get in additionalì
  99. surplus pumps from time to time, so you might request a catalog from themì
  100. which has pumps listed in it.
  101.  
  102. I have finally located two companies which routinely carry such pumps, but notì
  103. at surplus prices.
  104.  
  105. Cole Palmer Instrument Co.
  106. 7425 North Oak Park Ave.
  107. Chicago, Il  60648
  108. Orders 800-323-4340
  109.  
  110. They have the biggest variety of pumps anywhere at full retail price.  Theyì
  111. also sell service kits for the magnetic drive pumps.  A March MDX pump, Cat.ì
  112. No.  N-07004-10 sells for $104.00.
  113.  
  114. If you mash 8-10 gallon batches in a 48 quart cooler, use the higher capacityì
  115. MDX-3 pump, Cat. No. N-07004-30, price $111.00.  Cole Palmer accepts creditì
  116. card phone orders. 
  117.  
  118. W. W. Grainger, Inc.
  119. 5959 W. Howard St.
  120. Chicago, Il 60648
  121. 800-323-0620
  122.  
  123. They sell pumps and many industrial items at wholesale prices.  They have overì
  124. 225 branches nationwide.  Call them for the nearest branch to you.  Also askì
  125. for their 1600 page catalog, which has many items of use to microbreweries. ì
  126. They sell the March MDX pump, Cat. No. 1P676 for $60.87, and the MDX-3 pump,ì
  127. Cat. No. 1P677 for $66.82.
  128.  
  129. The mash heating element, R5 in the circuit diagram, is a nickel alloy lowì
  130. density 240 volt, 4500 watt heating element for electric water heaters.  It isì
  131. run at 120 volts, giving 1100 watts of heat.  Use only this type of heater,ì
  132. with a 15" long element, with the loop folded back most of its length to haveì
  133. a low heat density.  Tin plated copper heating elements are not recommendedì
  134. because of their high heat density which can scorch the wort on the heatingì
  135. element.  I purchased the heating element form a local buildingì
  136. supply/hardware store for $11.78.  Use the screw-in type.  If you mash 8-10ì
  137. gallon batches of beer, use a 5500 watt heater with a March MDX-3 pump and aì
  138. 48 quart cooler.
  139.  
  140. Use a 1-1/2" diameter by 15-1/2" long copper plumbing pipe to hold the heater. ì
  141. The ends of the pipe are closed with copper pipe caps. One cap has a 1" holeì
  142. to admit the heating element. A 1" copper threaded coupling is mounted on this 
  143. end to accept the screw-in heating element.  At one end, a copper 1/2" T isì
  144. attached to receive the wort from the pump.  The other end has a 1/2" elbowì
  145. attached at the top to carry the heated wort back to the top of the grain inì
  146. the cooler.  All of the copper parts cost me  a total of $12.  Some plumber'sì
  147. suppliers quoted me much  more than the one from which I finally bought theì
  148. copper items.  See figures 3 and 4 for construction details of the heaterì
  149. tube.  Do not use a larger diameter tube, since it would result in the wortì
  150. flowing more slowly past the heater element and being over heated.  
  151.  
  152. Figure 1 is a circuit diagram of the temperature controller.  At points A andì
  153. B you may connect either of the two power indicator circuits shown at the top. ì
  154. The meter circuit will show the average power being used to heat the mash. ì
  155. H&R corporation sells surplus meters for about $5.  If you use this meterì
  156. power circuit, the scale must be recalibrated to show the average powerì
  157. accurately.  The motor speed controller circuit shown in figure 2 may beì
  158. constructed using the components shown or a similar controller may beì
  159. purchased from H&R Corporation for $4.  Do not use a light dimmer since theì
  160. inductive load may cause it to fail.  You can convert a light dimmer to aì
  161. motor speed controller by connecting a snubber consisting of R15 and C7 acrossì
  162. the triac.  Use only a low power CMOS type 555 timer in the circuit, since the 
  163. current available from the CA3059 is insufficient to power a conventional 555ì
  164. timer.  The TLC 555  CMOS timer is available from Radio Shack.  The 120 voltì
  165. neon indicator is also available from Radio Shack.  Most of the components are 
  166. available from:
  167.  
  168. Digi-Key Corporation
  169. 701 Brooks Ave South
  170. P. O. Box 677
  171. Thief River Falls, MN  56701-0677
  172. 800-344-4539
  173.  
  174. GFCI is a 15 ampere ground fault circuit interruptor wall outlet which Iì
  175. obtained from a local hardware store for $8. Do not pay more than $20 for thisì
  176. item.  
  177.  
  178. R3 may be a single turn potentiometer (Radio Shack) or a 10-turn precisionì
  179. potentiometer and counter knob from a surplus dealer ($5 each).  The 10-turnì
  180. potentiometer allows one to precisely set the desired temperature, but isì
  181. expensive unless purchased from a surplus dealer.  R4 is the thermistor whichì
  182. allows the CA 3059 to control the temperature of the wort.  Use a small sizeì
  183. (0.1" diameter) bead type thermistor available from Digi-Key.  Solder theì
  184. leads of the thermistor to two small wires.  Coat the thermistor and bareì
  185. leads with a thin layer of epoxy cement. When the epoxy has hardened, insertì
  186. the thermistor into a short piece of thin wall brass tubing which is slightlyì
  187. larger in diameter than the thermistor bead.  The brass tubing is filled withì
  188. epoxy and allowed to harden. Use only brass tubing which is slightly largerì
  189. than the thermistor bead so that a rapid response to temperature changes inì
  190. the wort is possible.  Make certain that the wire leads of the thermistor areì
  191. not shorted to the brass tubing.  A convenient source of small size brassì
  192. tubing is from ball point pens.  The thermistor is inserted through a smallì
  193. hole in a rubber stopper at the inlet to the heater.  An accurate digitalì
  194. temperature display is available from Radio Shack, Cat. No. 63-841 for $13. ì
  195. Remove the circuit board from the case and unsolder the tiny thermistor beadì
  196. which is located underneath the slots in the front panel of the unit.  Mountì
  197. this thermistor in another piece of brass tubing as was done with the otherì
  198. thermistor.  Mount this thermistor in another hole in the rubber stopper.  Runì
  199. the wire leads back to the themometer board and solder the ends to theì
  200. location from which you removed the thermistor.  This thermometer will displayì
  201. Celsius or Fahrenheit.  It will also show the time with a push of a button. ì
  202. My unit has an error of of 0.3! C.  There is no temperature calibrationì
  203. adjustment in this unit.  The maximum temperature displayed is 69.9! C.  Aì
  204. larger digital thermometer with a remote probe included is available fromì
  205. Edmund Scientific for $20.  This unit reads to 199.9! (Fahrenheit only) andì
  206. has a temperature calibration potentiometer on the circuit board.
  207.  
  208. Parts List
  209. All resistors are 1/4 watt, 10% unless indicated otherwise.
  210. R1    8.2 K, 2 watt film type
  211. R2    5.6 K
  212. R3    50 K linear potentiometer, single or 10 turn
  213. R4    100 K NTC thermistor, Digi-Key Cat. No. KC009N-ND, $2.04
  214. R5    4500 watt, 240 volt nickel alloy (Incoloy) low heat density hot water 
  215.         heater element
  216. R6    130 K
  217. R7    100 ohm
  218. R8    47 K
  219. R9    10 M ohm
  220. R10    1.8 K
  221. R11    510 K, adjust for full scale on meter at maximum heating
  222. R12    2.2 K, 1/2 watt
  223. R13    100 K linear potentiometer
  224. R14    15 K
  225. R15    1 K, 1/2 watt
  226. C1    220 uF, 16 volt electrolytic
  227. C2    22 uF, 16 volt low leakage electrolytic or tantalum type
  228. C3    .01 uF, 50 volt ceramic
  229. C4    10 pF, 50 volt ceramic
  230. C5    0.1 uf, 200 volt mylar
  231. C6    0.1 uf, 100 volt mylar
  232. C7    0.1 uf, 250 volt mylar
  233. C8    0.1 uf, 250 volt mylar
  234. C9    2200 uf, 6 volt electrolytic
  235. D1    1 amp, 600 volt rectifier
  236. D2    Diac trigger for triac, or use a triac with a built in diac (quadrac)
  237. S1    15 amp SPST switch
  238. T1    15 amp, 400 volt triac with an isolated tab, Digi-Key Cat. No. 
  239.         Q4015L5, $2.25  
  240. T2    4 amp, 400 volt triac or quadrac, Digi-Key Cat. No. Q4004LT, $1.75
  241. M1    100 uA DC meter
  242. MOT    pump motor
  243. L1    100 uH choke (200 turns of 20 ga. wire wound on 1- 1/2" x 1/2" ferrite 
  244.         rod)
  245. Neon    120 volt panel mount neon indicator with built-in resistor
  246. GFCI    15 amp Ground Fault Circuit Interruptor Outlet
  247. CA 3059    Temperature controller, Digi-Key Cat. No. CA3059,  $1.53
  248. TLC 555    CMOS type 555 timer, Radio Shack Cat. No. 276-1723, $1.19
  249.  
  250. Mount the T1 triac on a 2" x 4" finned aluminum heat sink with thermalì
  251. compound between the triac and the heat sink, since it dissipates considerableì
  252. heat.  Use an isolated tab type of triac so that the heat sink does not becomeì
  253. electrically live. The CA 3059 temperature controller uses zero voltageì
  254. switching to eliminate radio frequency interference.  It operates directly ofì
  255. of the 120 volt AC line, with no transformer power supply needed.  Theì
  256. temperature controller circuit uses proportional control to hold the wortì
  257. temperature within +/- 0.1! C, actually better than is necessary.  Theì
  258. controller anticipates the set point temperature when you boost it after aì
  259. mash rest, and automatically starts to reduce the heating power at 1.5! Cì
  260. before the set point, preventing over shooting the desired wort temperature. ì
  261. At the set point, the average power needed to maintain temperature is about 60ì
  262. watts.  The wort should be recirculated at least 2.5 gallons per minute duringì
  263. maximum heating in the temperature boost periods.  The temperatureì
  264. differential between the input and output of the heater should be 2! C. orì
  265. less with maximum power.  Recirculation may be slowed during the rest periods. ì
  266. A sheet of 1/8" thick styrene plastic with 250 1/8" holes drilled in it is cutì
  267. to just fit the box and  is laid on top of the mash.  This prevents the streamì
  268. of wort from the heater from stirring up the mash.
  269.  
  270. Figure 6 shows the connector made from copper tubing to replace the plasticì
  271. spigot which comes with the cooler.
  272.  
  273. Safety Considerations
  274.  
  275. Use this RIMS unit only on three wire grounded circuits.  The unit must have aì
  276. ground wire attached to the heater tube and the case of the pump motor.  Theì
  277. ground will protect against shorts in the equipment.  Use a GFCI type outlet,ì
  278. since it will trip at about 5 milliamperes, unlike a conventional circuitì
  279. breaker.  If a GFCI is not used, touching a 120 volt wire in the RIMS unit mayì
  280. allow enough current to flow through your body to ground to kill you withoutì
  281. tripping a conventional circuit breaker or fuse.
  282.  
  283. Assemble the copper tubes with only lead free solder.  KMart sells smallì
  284. spools of lead free 96% tin/4%silver or 95%tin/5% antimony solder.
  285.  
  286. Tips For a Better Beer
  287.  
  288. Now that you can have precise temperature control for mashing, here are someì
  289. suggestions for improving your beers.  The ratio of water to grain in yourì
  290. mash will affect the mash enzymes.  Measure the water and weigh the grain soì
  291. as to produce the style of beer you like.  Check and adjust the pH of theì
  292. mash, as the pH level will affect the enzymatic reactions.  I recommend theì
  293. plastic "colorpHast" strips sold in better brewing supply stores.  Use Cat.ì
  294. No. 9582, pH range of 4.0 to 7.0.  The indicator dye does not wash out of theì
  295. test strips.  With weakly buffered solutions such as wort, immerse the testì
  296. strip for one minute before reading.  You can also buy boxes of 100 testì
  297. strips from scientific supply houses for $8.  I do not recommend the pen typeì
  298. pH meters which sell for about $80.  They have no temperature compensation andì
  299. have considerable drift, making them no more accurate than pH test strips.  Aì
  300. decent pH meter with stability and temperature compensation costs about $200.
  301. The salts in your mash and sparge water will also affect the type of beer youì
  302. make.  Adjust the sparge water to the same range as wort (around pH 5-5.5)ì
  303. with phosphoric or lactic acid to reduce the amount of tannins leached fromì
  304. the barley husks during runoff.  Two row rather than six row barley for allì
  305. barley malt beers is preferred, since the high proportion of husks in the sixì
  306. row variety produces excessive tannins in the wort.
  307.  
  308. Do not grind the grain too finely in a hand mill.  Excess flour slows theì
  309. recirculation rate too much, resulting in scorching of the wort on the heater. ì
  310. I use a roller mill with 8" rollers to give a medium crush.  I monitor theì
  311. mash development with a hand-held refractometer to determine when to cease andì
  312. start sparging. The refractometer is faster and more convenient than aì
  313. hydrometer.  Unfortunately, refractometers are expensive, with a price aroundì
  314. $175.  A refractometer is unsuitable for determining the gravity of aì
  315. fermented beer, due to the dramatic effect the alcohol has on the refractiveì
  316. index.  I  can use this effect to measure a fermented beer with aì
  317. refractometer and hydrometer to determine the residual gravity, the originalì
  318. gravity, the alcohol content and the final gravity of a beer.  Do not exceedì
  319. 75! C with the sparge water, since very hot water may warp the plastic of theì
  320. cooler and gelatinize remaining starch which could then cloud the wort runoff. ì
  321. A decoction mash has little problem with hot (80! C) sparging, since portionsì
  322. of the mash are boiled and little starch remains at the end of mashing.  I useì
  323. a 1 kilowatt stainless steel heater unit which hangs on the rim of my spargeì
  324. water pot and has a thermostatic probe to maintain the sparge water at 72! toì
  325. 75! C.  I bought this nice heater from H&R Corporation for $9.95.
  326.  
  327. Leave the hot break trub and cold break behind when you fill the fermenter. ì
  328. Aerate (rouse) the cold wort so the yeast fermentation will get a fast start.ì
  329. Use a clean, vigorous yeast starter and do not ferment at too high aì
  330. temperature.
  331.  
  332. Projects Underway
  333.  
  334. I am now developing a boil over detector which clips on the side of the wortì
  335. boiling pot and sounds an alarm when the foam rises at the beginning of theì
  336. boil.  This battery powered detector costs under $5 and should preventì
  337. boilovers from unwatched brew pots.  I am also developing a 2750 wattì
  338. immersion heater for my brew pot that has adjustable heating power from 0 toì
  339. 100%.  This heater is expected to cost under $30. With my electric rates, itì
  340. will cost 10 cents an hour to operate.   Good luck in your brewing! 
  341.  
  342. Additional information on the RIMS system
  343.  
  344. 1. The circuit diagram for the system is accurate.  Various homebrewers haveì
  345. constructed the device and found it to work.  Check your circuit boardì
  346. carefully for wiring errors before turning it on and doing a smoke test.
  347.  
  348. 2. Use a ground fault circuit interruptor (GFCI) type of outlet for safety,ì
  349. since an electrical hazard will result if you spill wort onto the electronicì
  350. components, etc.  A GFCI  outlet sells for $7.88 on sale at an area hardwareì
  351. store, so safety is not expensive.
  352.  
  353. 3.  Cheap recirculating pumps are not readily available.  Do not substitute aì
  354. pump with a slow flow rate for the suggested types, even if they are cheapì
  355. (for example, a pump used in evaporative coolers for homes).  Check industrialì
  356. surplus stores for good, inexpensive pumps.  I have found another surplusì
  357. company that sells a pump, when modified, will work.
  358.  
  359.      C&H Sales Co.
  360.      2176 E. Colorado Blvd.
  361.      Pasadena, CA  91107
  362.      Phone 800-325-9465
  363.      Stock #PC8402      $39.95
  364.  
  365. This magnetic drive pump has a brass, heat-resistant head which pumps at 2.3ì
  366. GPM, a little slow.  You can use an autotransformer to increase the flow rateì
  367. sufficiently  for use with the RIMS system.  Buy a small 120 to 12 volt center 
  368. tapped transformer rated at 2 amperes on the low voltage side.  Connect the 12ì
  369. volt windings in series with the 120 volt windings.  Wire the transformer withì
  370. the line voltage connected to the 120 volt terminals, and connect the pump toì
  371. the series connected windings through a switch to select 120 volts, 126 volts,ì
  372. or 132 volts as needed to control the speed of the pump motor.  Do not use theì
  373. electronic speed controller with this setup.
  374.  
  375. 4.  Add about 1.3 quarts of water per pound of grain to the cooler and heat itì
  376. to about 6 degrees Celsius above the desired strike point.  When you haveì
  377. reached the desired temperature, turn off the heater, then add the grain whileì
  378. pumping.  Continue to pump for about 10 minutes, whereupon the grain will packì
  379. down and the flow rate will decrease.  Stir up the grain bed with a largeì
  380. spoon, continue pumping for about 2 minutes, then turn the heater back on.  Iì
  381. do not need to stir up the grain bed more than twice during a mashing sessionì
  382. to keep a high flow rate through the grain bed.  Mash out about 10-20 minutesì
  383. after the starch particles have digested and the recirculating liquid isì
  384. clear.  
  385.  
  386. 5.  If the barley was ground too fine,the result will be a "set mash", whichì
  387. is a mash in which the lauter run-off is slow or stopped.  Crush the grain, doì
  388. not grind too finely. 
  389.  
  390. 6.  If a large, strong suction pump is used without a box to hold the grain,ì
  391. it can cause the grain bed to be compacted, reducing the flow rateì
  392. excessively.  Also,if the pump is too far below the grain bed,it may result inì
  393. a strong hydrostatic head suction which compacts the grain bed and reduces theì
  394. flow of wort through the grain.  The inlet of my pump is two inches above theì
  395. bottom of the screen.  Also, I designed the RIMS unit so the box has a smallì
  396. gap between the box and the walls of the cooler.  The maximum hydrostatic headì
  397. is limited by the depth of the grain bed, never more than 9 inches.  The wortì
  398. flows through the grain without suction into the bottom of the cooler to aì
  399. depth of about 1-2 inches, where it is drawn into the pump.
  400.  
  401. 7.  If a box is not used to hold the grain in the insulated cooler, you canì
  402. limit the hydrostatic head to the depth of the grain bed by verticallyì
  403. securing a piece of 1-1/2 inch diameter by one foot long piece of PVC sinkì
  404. tailpiece to the false bottom screen with wire to exclude grain inside theì
  405. tube.  If the pump runs too fast, air will be drawn into the pump, but theì
  406. grain bed should not be compacted.
  407.  
  408. 8.  Use sufficient water for mashing.  Various technical homebrewing books byì
  409. Noonan, Miller, Dr. Fix, etc. recommend a ratio of 1.25 to 1.5 quarts of waterì
  410. per pound of grain as typical for mashes.  The RIMS unit works well with aboutì
  411. 1.25 to 1.33 quarts of water per pound of grain.  Miller considers 1.33 quartsì
  412. per pound of grain in his step infusions to be a "stiff" mash.
  413.  
  414. 9.  Do not have the grain bed over one foot deep.  Commercial brewers may haveì
  415. deeper beds during the lauter period, but they continually stir the top of theì
  416. mash beds during the lauter operation to keep the liquid flowing fast enough.
  417.  
  418. 10.  I have some extra CA3059 I. C.s for those who need them  (until they runì
  419. out).