Kalibreer je hydrometer en gistvat

KALIBREER JE HYDROMETER EN GISTVAT

In deze aflevering over techniek zullen we een fysieke eigenschap van water – zijn dichtheid – gebruiken om brouwerij apparatuur te kalibreren.

De dichtheid van water

Dichtheid is het gewicht van een object gedeeld door het volume wat het bezit. Water heeft een dichtheid van een kilogram (kg) per liter (l) bij 4 °C. Met andere woorden, als jee precies een liter water van 4 °C hebt en je zet het op een (goed gekalibreerde) weegschaal dan zou dat precies 1 kg wegen. Bij 4 °C is water op zijn maximale dichtheid. Boven deze temperatuur zet het een beetje uit. Merkwaardig genoeg zet het ook een beetje uit als jet het water verder afkoelt. Als we onze hydrometer gebruiken meten we de dichtheid van het extract in onze wort of bier. (“Extract”betekent hier opgeloste stoffen en niet moutextract, hoewel moutextract een deel van je totale extract kan zijn.) Amateurbrouwers zijn geneigd dit aan te geven als soortelijk gewicht, wat de dichtheid is van een vloeistof ten opzichte van zuiver water. Vloeistoffen die dezelfde dichtheid hebben als water hebben een soortelijk gewicht

van 1.000.

Brouwers geven het soortelijk gewicht aan met drie decimalen. Omdat het soortelijk gewicht de verhouding aangeeft van een vloeistof ten opzichte van water heeftr soortelijk gewicht geen eenheden. Met andere woorden het soortelijk gewicht van water is 1.000 en niet 1.000 gevolgd door een gewicht en volume (zoals kg/l).

Een-punts kalibratie

Als je hydrometer goed gekalibreerd is moet het 1.000 aan moeten geven als het drijft in zuiver water. Omdat de dichtheid van water verandert met de temperatuur moeten hydrometers op een bepaalde temperatuur gebruikt worden (ofwel 16 °C of 20 °C). Deze temperatuur staat bijna altijd op het briefje wat in de hydrometer zit. Correctietabellen die de afwijking aangeven zijn in de meeste zelfbrouwboeken te vinden.

Om te controleren of je hydrometer nauwkeurig het soortelijk gewicht van water meet, laat hem dan eenvoudig in water drijven (gedistilleerd of omgekeerd osmosewater) op de juiste temperatuur.

 Draai de hydrometer om de luchtbelletjes los te maken die er eventueel aan vast kunnen zitten en breng het instrument op ooghoogte.

Je zult zien dat het water in het glas in het midden vlak is. Aan de kant van het glas en tegen de hydrometer zal het water afgebogen worden in een U-vorm. Deze boogvorm van het water tegen het wandoppervlak noemen we de meniscus. Als je de hydrometer af wilt lezen neem dan het laagste punt van de meniscus. Als je geluk hebt lees je op de hydrometer 1.000 af op de juiste temperatuur. Als je een iets hogere (1.001 of meer) of een lagere waarde (0.999 of minder) afleest dan kun je de afwijkende waarde optellen of aftellen van jet metingen in wort of bier. Stel dat je in zuiver water 0.998 afleest op de juiste temperatuur. Dat betekent dat je 2 “punten” te laag zit en dus 2 punten af moet tellen van je meting in wort of bier. Met andere woorden: je aflezing van 1.050 wordt dan gecorrigeerd naar 1.048.

Een twee-punts kalibratie

Het aflezen van je hydrometer in zuiver water is een een-puntscalibratie, wat alle amateurbrouwers wel eens ooit zullen doen. Maar wat moet je nu doen als de aflezing precies 1 is, maar het papiertje binnen in de hydrometer is samengedrukt of juist langer geworden? Om te bepalen of je hydrometer ook goed afgelezen kan worden in een ander bereik moet je de twee-punts kalibratie toepassen. En om de twee-puntsbepaling te kunnen doen moet je iets weten over Plato. Niet de Griekse filosoof, maar een maat van extractgewicht die meestal door professionele brouwers wordt gebruikt.

Graden Plato (°Plato) is het gewichtspercentage van sucrose (tafelsuiker) opgelost in een wateroplossing. Bijvoorbeeld, als je 10 gram suiker laat oplossen in 90 gram water dan heb je een 10 °Plato oplossing, dat wil zeggen 10 gram suiker in een oplossing die in totaal 100 gram weegt is 10% suiker (gewicht/gewicht).

Er is een vlugge en iets onnauwkeurige manier om graden Plato en soortelijk gewicht om te rekenen. Vermenigvuldig de graden Plato met vier en je krijgt de waarde in soortelijk gewicht. Andersom als je het aantal punten van het soortelijk gewicht deelt door vier dan krijg je het aantal graden Plato. Bijvoorbeeld de hierboven genoemde oplossing van 10 °Plato geeft 40 “soortelijk gewicht punten”, dus 1.040.

Deze “maal 4”regel is alleen een benadering, omdat het soortelijk gewicht en graden Plato geen lineaire verhouding hebben. Een wort van 10 °Plato heeft echt een soortelijk gewicht van 1040. Als je verder wegraakt van 10 °Plato wordt deze benadering minder nauwkeurig. In een aantal brouwboeken vind je een tabel met de verhouding tussen graden Plato en soortelijk gewicht. In zijn boek, “New Brewing Lager Beer” (1996, Brewers Publications), geeft Greg Noonan een vergelijking waarmee soortelijk gewicht kan worden omgerekend in graden Plato.

De vergelijking is:

P(°Plato) = 135.997(SG)3 - 630.272(SG)2 + 1111.14(SG) - 616.868

Waarin P het extractgewicht in °Plato is en SG het soortelijk gewicht.

Het tweede punt

Als je een (gekalibreerde) schaal hebt, kun je een suikeroplossing maken met een dichtheid die overeenkomt met de gemiddelde dichtheid van je wort. Je kunt dat gebruiken om te controleren of je hydrometer goed afgelezen kan worden in dat bereik. Stel dat je meestal pale ales of porters brouwt met een soortelijk gewicht van 1048. Het soortelijk gewicht van 1048 komt overeen met 12 °Plato. (Eigenlijk is 12 °Plato 1.04838, maar het verschil is hier slechts 0,38 “soortelijk gewichtpunten”.)

Als je 12 gram sucrose oplost in 88 gram water krijg je een oplossing van 12 °Plato of een SG van 1.048. (Om genoeg vloeistof te hebben om je hydrometer te kunnen laten drijven, zul je 24 gram sucrose en 176 gram water moeten gebruiken.)

Als je deze suikeroplossing maakt moet je wel sucrose (tafelsuiker) gebruiken en geen maissuiker. Waarom? Omdat maissuiker vermengd is met water. De meeste maissuiker die in thuisbrouwwinkels wordt verkocht is dextrose (D-glucose) monohydraat. Dit betekent dat het water is gemengd met de suiker en dus een deel van het gewicht uitmaakt. Terwijl sucrose alleen sucrose is.

Je kunt waarschijnlijk de volgende stap al raden: laat de hydrometer drijven in de testoplossing. Onthoud dat je een correctie moet toepassen vanuit de aflezing van zuiver water. In het vorige voorbeeld lazen we op de hydrometer twee punten te weinig af, dus moeten we twee punten van het af te lezen soortelijk gewicht af trekken.

Als de schaal van je hydrometer correct is moet de (verbeterde) aflezing 1.048 zijn (of 12 °Plato). Als je tweede aflezing goed is hoef je alleen de eerste correctie (meting van water) toe te passen. Als je hydrometer ook bij de tweede aflezing afwijkt zul je een grafiek moeten maken. In ons voorbeeld is de aflezing 1.047 is in plaats van 1.048 (12 °Plato). Dit betekent dat de totale aflezing 1.045 (11,2 °Plato) is, terwijl het 1.048 had moeten zijn.

Het maken van de grafiek

Begin met de x-as (de horizontale lijn) te verdelen van 1.000 tot het soortelijk gewicht van je zwaarste bier. Als je zwaarste bier een Scotch ale is van 1.080, dan laat je de x-as lopen van 1.000 tot ,pakweg, 1.090.

Op de y-as (de verticale lijn) begin je bij de waarde die je afgelezen hebt in zuiver water. In ons voorbeeld loopt de schaal op de y-as van 0.998 tot 1.090. Trek nu met een liniaal een rechte lijn tussen de punten van de zuiver watertest en de test van de sucroseoplossing. Deze lijn is de kalibratiecurve.

Om de juiste aflezing van je hydrometer te krijgen neem je de gemeten waarde en telt er niets bij of af. Zet de afgelezen waarde op de (verticale) y-as en trek een horizontale lijn naar de kalibratiecurven en van dat snijpunt een verticale lijn naar de (horizontale) x-as. Hier vind je het verbeterde soortelijk gewicht.

Was dat nou gemakkelijk? Om eerlijk te zijn niet. Als je hydrometer veel afwijkt lijkt het verstandiger een nieuwe hydrometer te kopen. Toch is het kalibreren van je hydrometer met de twee-puntskalibratie nuttig om te controleren of je aflezing wel klopt.

Volume

Amateurbrouwers willen het soortelijk gewicht meten zodat ze hun rendement kunnen schatten – hoeveel extract ze krijgen uit hun graankorrels en andere toevoegingen. Ze drukken dat dikwijls uit in punten per kilo per liter. Met andere woorden: hoeveel soortelijk gewichtspunten zij halen uit het gewicht van hun ingrediënten, gedeeld door het volume van hun wort. Hoe je dit berekent vind je elders in je brouwboeken. Om dit zo nauwkeurig mogelijk te schatten moet je in staat zijn het volume van het wort goed te meten. Bovendien is het nuttig het volume van je brouwketels te kalibreren, omdat je dan tijdens het brouwen het juiste volume van je vloeistof kunt meten. Het basis idee om je ketels te kalibreren is simpel. Doe een bekende hoeveelheid water in een ketel en teken het af op de wand. Doe bijvoorbeeld vijf liter water in je emmer en plak aan de buitenkant een stukje tape dat overeenkomt met die hoeveelheid water. Herhaal dit proces een paar keer om de 10, 15 en 20 liter te markeren. Het enige probleem bij het bovenstaande is: hoe meet ik precies 5 liter water af?

Standaard maatbekers in de keuken zijn niet heel nauwkeurig. Je hebt dus iets nodig waar je wel nauwkeurig mee kunt meten. Wetenschappers gebruiken hier volumetrisch glaswerk voor. Helaas is goed volumetrisch glaswerk erg duur.

Voor amateur brouwers is er iets wat redelijk nauwkeurig is, maar veel goedkoper. Gelukkig wordt zo’n ding in de brouwwinkel verkocht – een cilinder met maatverdeling. Scheikundigen gebruiken deze maatcilinder als ze een nauwkeurig volume nodig hebben wat nauwkeuriger is dan op bekers en flessen staat aangegeven, maar niet zo nauwkeurig dat ze hun dure (en kwetsbare) volumetrisch glaswerk moeten gebruiken.

Voor amateurbrouwers is een 250 mL maatcilinder voldoende (en kan ook als hydrometerglas gebruikt worden. Op een goede maatcilinder staat aangegeven hoe nauwkeurig het is. Op de mijne staat 250 mL +/- 2 mL bij 20 °C. De nauwkeurigheid is ongeveer 1%, wat goed genoeg is voor de meeste brouwtoepassingen. Om een 20 litervat te kalibreren door er steeds 250 mL in te schenken wordt een vervelende zaak. Je moet dit 80 keer doen om het 20 literteken te krijgen. Om grotere vaten te kalibreren kun je gebruik maken van een tussenliggend gekalibreerd vat van bijvoorbeeld 2,5 liter. Om brouwemmers te kalibreren kun je een permanent teken maken op de buitenkant van de emmer. Voor glazen flessen kun je stukjes tape plaatsen voor elke twee liter. Bij watertanks en andere vaten met peilglas kun je het markeren op het peilglas. En voor alle ketels die niet doorzichtig zijn kun je een peilstok maken.

Schalen en gewichten

Met een redelijk nauwkeurige maatcilinder van 250 mL kun je makkelijk een liter water afmeten. Onthoud dat 1 liter water  van 4 °C (koelkasttemperatuur) precies 1 kilogram weegt. Met deze informatie kun je alle schalen en weegschalen in je brouwerij kalibreren. Als je de apparatuur hebt gekalibreerd dan weet je dat metingen van temperatuur, soortelijk gewicht, volume en gewicht nauwkeurig zijn. Dat helpt je om steeds bier van goede kwaliteit te brouwen.

Chris Colby

Bron: Brew Your Own, maart/april 2006, vertaald en bewerkt door Frits Haen

Chris Colby

Bron: Brew Your Own, maart/april 2006, vertaald en bewerkt door Frits Haen