הרכבת מערכת אוסמוזה הכרת החלקים ועקרונות העבודה

מים הם המרכיב העיקרי בבירה, מבחינת כמות.
לכן, יש חשיבות למים איתם אנו מבשלים, או יותר נכון – להרכב ויחסי המינרלים בהם, המשפיע על תפיסת הטעם והגוף של הבירה.
תיקון הרכב המלחים, שנקרא גם "פרופיל מים" במים קיימים, או בניה של פרופיל המים מאפס, הוא ניואנס שלרוב לא נדרש בהתחלה, אך מבשלים מתקדמים מגיעים אליו.
במאמר זה נדון בבניית מערכת סינון מים מסוג אוסמוזה הפוכה, לצורך קבלת מים נטולי מינרלים המאפשרים הוספה עצמאית שלהם בהתאם למתכון.

קיימות מספר דרכים להרחיק מינרלים ממים, כשהזמינה ביותר למבשל הביתי, הן מבחינת מחיר והן מבחינת גודל, היא מערכת אוסמוזה הפוכה. ישנן גם דרכים רבות לבנות מערכות אוסמוזה, ומדריכים ותרשימים רבים קיימים ברשת, כשרובם מכוונים למערכות שתיה, ולא לאגירה, ולכן מעט שונים מהדרוש למבשל הביתי.
במדריך זה אסקור את המערכת כפי שבנויה במבשלה הביתית שלנו: מערכת הכוללת מיכל אגירה קבוע ועצירת עבודה אוטומטית.

מה זה אוסמוזה בכלל ואיך זה עובד?

אנסה להסביר את התהליך בצורה המתומצתת ביותר, מבלי להיכנס יותר מדי למדע שמאחוריו.
מי ברז הם למעשה תמיסה: מים אשר מצויים בהם מינרלים, מלחים. בתהליך האוסמוזה ההפוכה, כאשר מפעילים לחץ על המים, הם עוברים דרך קרום (ממברנה) חדיר למחצה, אשר פועל כמו מסננת בקנה מידה מולקולרי: מאפשר למים לעבור, אך לא למינרלים המומסים בהם. כך נוצר מצב בו מצד אחד של הממברנה אנו מקבלים מים נקיים כמעט לחלוטין ממינרלים, ובצד השני – מים עם ריכוז מינרלים גבוה יותר.

אוסמוזה הפוכה: עקרון הפעולה

כפי שניתן לראות באיור, מים יוצאים לא רק בצד הנקי, אלא גם בצד המלוכלך. זה אומר שהמערכת מבזבזת מים.
למעשה, יש יותר מים שיוצאים בצד המלוכלך מאשר בצד הנקי, ובזבוז המים במערכת הוא לא קטן.
ישנן דרכים להקטין את הבזבוז, כמו הגברת הלחץ בצד הכניסה על ידי שימוש במשאבה, או על ידי הוספת ריסטריקטור – מגביל זרימה – ביציאת המים המלוכלכים. הריסטריקטור יאט את יציאת המים ובכך יאפשר ללחץ לגדול, ליותר מים להסתנן, ולמים המלוכלכים לצאת עם ריכוז מינרלים גבוה יותר.

למה לא משתמשים בממברנה בלבד?

הממברנה עצמה, כאמור, מסננת חלקיקים ברמה האטומית-מולקולרית, ולכן היא רכיב רגיש במיוחד – גם לחלקיקים פיזיים כמו חול ואבנים קטנות שנמצאים במים, וגם לכימיקלים, כמו כלור המשמש פעמים רבות לחיטוי מי ברז.
לכן, תמיד יהיו ממקומים פילטרים לפני הממברנה, במטרה להגן עליה.
פעמים רבות, יהיה גם פילטר קוקוס אחרי הממברנה, ומטרתו לטייב את טעמם של המים.

  • פילטר 1: הנפוץ הוא סנן פוליפרופילן בחירור 5 מיקרון, מרחיק מהמים חלקיקי חול וקוורץ, ברזל, מיקרואורגניזמים ושאר מזהמים הגדולים מ-5 מיקרון ומטרתו להגן על הממברנה משחיקה ונזק מכני.
  • פילטר 2: סנן זה, המכיל פחם פעיל סופח ומרחיק את הכלור וכימיכלים נוספים מהמים. כלור עשוי לפגוע בחומרים מהם עשויות ממברנות רבות.
  • פילטר 3: גם סנן זה מכיל פחם פעיל, בתצורה אחרת, ומטרתו להרחיק תרכובות אורגניות.
  • פילטר קוקוס: רכיב אופציונלי שלרוב משמש למי שתיה. מטרתו לספוח טעמים וריחות נוספים, מהפלסטיק וכדומה, שעשויים להמצא במים, ולהפוך אותם לנעימים יותר לשתיה.

איך לחשב ממברנה וריסטריקטור

כאמור, תפקיד הריסטריקטור הוא להאט את קצב יציאת המים המלוכלכים מבית הממברנה, ובכך לשמור על לחץ גבוה, הנחוץ לתהליך הסינון. במילים אחרות: ללא ריסטריקטור, המים שנכנסים  לבית הממברנה לא יפעילו מספיק לחץ על הממברנה, ויצאו מיציאת המים המלוכלכים. זה יאט מאוד את קצב אגירת המים, וכמובן יעלה משמעותית את הפחת ובזבוז המים.
אפשר לחשוב על הדרך בה הוא עובד כמו רצף פסי האטה על כביש, שנועד לוודא שהתנועה לא עולה מעל מהירות מסויימת.
לכן, יש להתאים בין הריסטריקטור לממברנה שברשותנו ליחס התוצר:אובדן (מים נקיים לעומת מלוכלכים) שאנחנו מכוונים אליו (יחס של 1:3 הוא נפוץ).

ריסטריקטור אוסמוזה הפוכה

על הריסטריקטור מופיעים מספרים, המציינים את הספיקה – כמות המים העוברים בו בזמן נתון, במ"ל לדקה (mLPM), לעומת זאת, על הממברנה מצויינת הספיקה בגלון ליום (GPD).
אם שמתם לב, יש לנו כאן ערבוב יחידות בין השיטה המטרית לשיטה האימפריאלית. לא ניכנס לחישובים המעצבנים, אלא נחתוך לשורה התחתונה:
מחשבון ריסטריקטור ניתן למצוא בלינק הזה.
יחסים פופולאריים הם:

  • ממברנה 18 GPD – ריסטריקטור 200
  • ממברנה 25 GPD – ריסטריקטור 250
  • ממברנה 36 GPD – ריסטריקטור 250-360
  • ממברנה 50 GPD – ריסטריקטור 420-550
  • ממברנה 75 GPD – ריסטריקטור 550-800
  • ממברנה 100 GPD – ריסטריקטור 800

רכיבי עצירה אוטומטית

המעוניינים לעצור באופן אוטומטי את הזרימה במערכת האוסמוזה, יזדקקו לשני רכיבים: שסתום צף במיכל האגירה, ומנגנון עצירה אוטומטית Auto Shut Off Valve המכונה לרוב ASO, או SOV, או פשוט "שאטוף" בעגה העברית.

שסתום צף

"<yoastmark

רכיב זה ממוקם בראש מיכל האגירה, ופועל למעשה בדיוק כמו השסתום הצף בניאגרה של אסלת שירותים או במיכל של מכשירי תמי 4 ודומיהם.
ברגע שפני הנוזל מגיעים אל המצוף – הוא עולה כלפי מעלה וסוגר את הברזון. זה עוצר את כניסת המים אל מיכל האגירה שלכם. מה שזה לא עושה, זה לעצור את זרם המים המלוכלכים.
לשם כך יש צורך ב- Auto Shut Off.

Float-Valve

Float-Valve

Auto Shut Off Valve

מנגנון זה, המכיל 2 כניסת ושתי יציאות, משמש לעצירת הזרם כולו במערכת האוסמוזה.
בתוך המגנון עוברים למעשה שני נתיבי זרימה: מי אוסמוזה נקיים, והמים שאחרי הפילטר.
הצורה בה השסתום עובד דומה באופן מפתיע לעצירה של זרימה בצינור גינה על ידי דריכה עליו או כיפוף שלו. כאשר מיכל האגירה מתמלא, והשסתום הצף עולה ונסגר – עולה הלחץ בצינור המים הנקיים. עליית הלחץ הזו מזיזה מגוף קטן בגוף ה-ASO, אשר עוצר את הזרימה בצינור מי הפילטר.

Auto Shut Off Valve

Auto Shut Off Valve

ישנם מספר סוגי ASO הנבדלים בסידור המנגנון הפנימי שלהם, ולכן במיקום החיבורים. וודאו שאתם מחברים את הצינורות בהתאם למסומן על הדגם שרכשתם וההוראות שבאו איתו, לא לפי איורים ברשת, כי הם לא בהכרח מתאימים.

להלן איור מאוד סכמטי שמדגים את עקרון הפעולה:

עקרון הפעולה של Auto Shut Off Valve

עקרון הפעולה של Auto Shut Off Valve

במערכת שלנו המנגנון ממוקם לפני הממברנה (צנור הכניסה הוא בין הפילטר לממברנה), כדי לעצור את זרימת המים המלוכלכים, אך להשאיר את בתי הפילטר מלאים. ניתן, לבחירתם, גם למקם אותו במקום אחר, למשל לפני הפילטרים ובכך לעצור את כניסת המים ישירות מברז ההזנה ולכל המערכת.

מבנה מלא של מערכת

במדריך זה אני מדגים את המערכת כפי שהיא בנויה במבשלה הביתית שלנו. זה מבנה די מקיף ומאסיבי, שתופס חלל גדול וקבוע וכולל את כל החלקים. מבשלים רבים המוגבלים במקום בוחרים, למשל, לוותר על מיכל האגירה ולאגור ישירות לסיר, או לג'ריקנים או דליי תסיסה, כך שגם אינם זקוקים לשסתום הצף ולרכיב ה-ASO אלא פשוט עוצרים את המערכת כשמגיעים לכמות הנחוצה. מבשלים אחרים משתמשים רק בשני פילטרים מקדימים לממברנה, ויש כאלו שלא עושים שימוש בפילטר הקוקוס, ישם גם מערכות אוסמוזה עם פילטרים הרבה יותר קטנים, שתופסים משמעותית פחות מקום.
בנו את המערכת בהתאם לשיקולכם, לצרכים ולמקום שלכם.

מערכת אוסמוזה הפוכה מלאה

מערכת אוסמוזה הפוכה מלאה

במערכת כזו, האוגרת את המים לאורך זמן, חשוב לוודא שכל הרכיבים שאחרי הממברנה עשויים פלסטיק. אינני מטלורג ולכן אני לא יכול לתת את ההסבר המלא, אך מי אוסמוזה אינם מיטיבים עם מתכות ואף עשויים לגרום להחלדה של נירוסטה, היות והם שואפים, למיטב הבנתי, להשלים יונים וכך משלימים אותם מהמתכת.
חדי העין יוכלו להבחין גם בנשם במכסה מיכל האגירה. זהו למעשה חור קטן המאפשר לאוויר לצאת בעת שהמיכל מתמלא, ולהיכס חזרה בזמן ריקון, על מנת להמנע מיצירת לחץ או וואקום. אצלנו ממוקמת בקדח צינורית מכופפת קטנה כדי שלא יכנסו לכלוכים וחרקים.

איך יודעים שהמערכת עובדת? מתי מחליפים חלקים?

על מנת לדעת מה איכות המים המתקבלים בסיום התהליך, יש צורך להשתמש במכשיר מדידה הנקרא TDS-EC.
מכשיר זה מודד את ריכוז המומסים במים – Total Dissolved Solids (TDS), ואת מוליכות המים (מוליכות תלויה בכמות המלחים המומסים) Electric Conductivity (EC). ישנם גם דגמים המודדים טמפ' וחומציות – pH.
כלל המומסים במים (TDS) נמדדים ביחידות ריכוז של חלק למליון Parts Per Million (PPM).
מערכות אוסמוזה הפוכה אינן יעילות ב-100 אחוז בהסרת המינרלים מהמים, ולכן אנחנו לא אמורים לצפות לקבל קריאה של 0 PPM. פעילות תקינה של מערכת אוסמוזה אמורה להרחיק כ-90% או קצת יותר מהמומסים במים, לכן, אם מי הברז שלכם נמדדים ב- 200 PPM, מדידה של 20 PPM או נמוך מכך תצביעה על פעילות תקינה של המערכת. אין צורך לבצע מדידה בכל שימוש במערכת, אך מומלץ לבצע זאת באופן תקופתי כל כמה בישולים, על מנת לוודא תקינות.

מד TDS

עם הזמן, עם שחיקת הממברנה והסננים – הקריאה תעלה עד שיגיע המועד להחליפם (לא את בית הסנן, אלא רק את התכולה). לרוב יצויינו על הסננים ועל הממברנה מועדי ההחלפה או בחודשים או בכמות מים שעוברת במערכת. מדד הזמן פחות רלוונטי לנו כמבשלי בירה ביתיים, היות והמערכות לא מתפקדות על בסיס יומיומי כמו מערכות שתיה. מדד הליטרים יכול להיות רלוונטי אם אתם טורחים לתעד כמה ליטרים חלפו במערכת שלכם. אני חושב שמדידת PPM תקופתית תספיק.

איך מחשבים מי אוסמוזה לבניית פרופיל מים?

אם הגדרנו את מי האוסמוזה כמים שאינם נקיים ב-100% ממינרלים, צריך לקחת את זה בחשבון כאשר ניגשים לבנות פרופיל מים למתכון, ולא לציין 0 PPM לכל מינרל.
אם נדלג לשורה התחתונה, אני משתמש בפרופיל הזה למי אוסמוזה, לאחר בירור במקורות שונים:

  • Ca: 1
  • Mg: 0
  • Na: 8
  • Cl: 4
  • SO4: 1
  • HCO3: 16

עד כאן המדיך לבניית מערכת אוסמוזה.
לקריאה נוספת, מומלץ לעבור על המאמרים הבאים באתר:

פרופיל מים בבישול בירה – מאת רועי קריספין וגיל זוננרייך
pH במאש ותיקון פרופיל מים – מאת תמיר באני

התחילו את השיחה באתר talk.beergeeks.co.il