No English version
Phần 1: Hôm nay chúng ta cùng đi qua 3 khái niệm để từ đó tìm câu trả lời cho câu hỏi mà chúng mình để ở phần cuối bài nha.
Flow restrictor là gì? Ở đây mình dịch là tiết lưu cho đơn giản. Tiết lưu là gì?
Nó chính là một phần của ống dẫn với đường kính cực bé (thông thường ở khoảng 0,8 mm), được đặt ở đâu đó giữa bơm và group trong máy pha cà phê. Nó trông giống như một đai ốc rỗng có một lỗ bé xíu xuyên qua. Đường kính bé của đai ốc cản nước này sẽ giới hạn dòng nước đi qua, làm thời gian đi đến và làm ướt bánh cà phê kéo dài, sau đó làm đầy khoảng trống giữa bánh cà phê và lưới tản nước (khoảng trống này gọi là headspace), tạo ra một cửa sổ bé của áp lực thấp trong giai đoạn pre-infusion.
Và nó có các tên gọi như là: flow restrictor hoặc gicleur hoặc group jet
Áp suất được tạo ra thế nào?
Áp suất được tạo ra nhờ vào 2 thứ: vật tạo ra sự chuyển động của nước (chính là bơm) và cái gì đó ở phía đầu ra cố gắng cản lại. Bơm tạo ra sự di chuyển dòng nước, và lực cản mà nó gặp phải sẽ xác định giá trị áp suất trong toàn chu trình, không có lực cản thì không có áp lực.
Bơm tạo ra một áp lực thông thường là 9 bar (với điều kiện đường nước đầu vào không vượt quá con số này). Tuy nhiên, còn 1 thứ giúp duy trì áp suất 9 bar này tại các đầu group khác nhau của 1 máy pha cà phê. Chính là ống tiết lưu, ống tiết lưu tạo ra một phản lực cần thiết giúp duy trì áp lực do bơm tạo ra.
Ống tiết lưu có vai trò điều tiết dòng nước nhỏ lại, và vì thế mà cần thiết trong giai đoạn đầu chiết xuất pre-infusion. Nhưng sau khi nước trong brew chamber (buồng chiết xuất) được fill đầy, nó cũng sẽ có chức năng tạo ra phản lực giúp duy trì áp suất trong toàn bộ quy trình. Chính vì vậy, khi không lắp portafilter có cà phê (tay cầm chiết xuất) vào đầu group, dòng nước chảy xuống không đạt áp suất đủ 9 bar (theo dõi đồng hồ đo áp suất trên máy sẽ thấy) do không có lực cản.
Nguyên liệu tạo ra lực cản thêm còn có thể là: ống dẫn nhỏ hơn, các đường dẫn và tấm đĩa khuếch tán nước (diffuser plate), lưu lượng kế, thậm chí là đường kính của van điện từ (solenoid valve orifice) – mặc dù là không phải máy nào cũng có tất cả các bộ phận này.
Flow rate là gì?
Tốc độ dòng chảy đơn giản là lượng nước chảy ra khỏi đầu group trong một khoảng thời gian kể từ khi bơm được kích hoạt. Nó đo lường sự nhanh chậm của dòng nước chảy trong quá trình chiết xuất.
Tiết lưu thì có nhiều kích cỡ, tiết lưu càng nhỏ dòng nước đi qua trong giai đoạn đầu càng chậm và dẫn đến thời gian pre-infusion càng dài, và ngược lại.
Câu hỏi: Có tiết lưu trong máy của tôi có nghĩa là tôi luôn có tốc độ dòng chảy ổn định, bất kể áp lực bơm thay đổi?
Nguyên bản tiếng Anh: Does having flow restrictors in my machine mean I get the same flow rate regardless of where I have my pump pressure set to?
Hết phần 1
Phần 2:
Câu hỏi: Có tiết lưu trong máy của tôi có nghĩa là tôi luôn có tốc độ dòng chảy ổn định, bất kể áp lực bơm thay đổi?
Nguyên bản tiếng Anh: Does having flow restrictors in my machine mean I get the same flow rate regardless of where I have my pump pressure set to?
Câu trả lời đơn giản là: không. Dòng chảy và áp suất có liên kết gần với nhau. Vì vậy khi các thông số khác bằng nhau, áp lực tăng lên thì cũng có nghĩa dòng chảy qua tiết lưu cũng sẽ tăng lên.
Tuy nhiên, tính chất vật lý xung quanh dòng chảy trở nên phức tạp hơn, đặc biệt là khi nhắc đến nhân tố: bánh cà phê.
Đường nước đi vào máy sẽ được tạo áp lực nhờ vào bơm, sau đó đi qua ống dẫn kết nối bơm và tiết lưu. Tiết lưu được đặt đâu đó giữa bơm và đầu group, thường thì sẽ nằm gần đầu group hơn. Tại đầu group, nước sẽ phải đi qua các lỗ nhỏ trên đĩa khuếch tán nước và lưới khuếch tán nước (diffuser và shower screen) đi xuống headspace (khoảng trống giữa bánh cà phê và lưới tản nước gọi là headspace), và cuối cùng là chạm vào bánh cà phê.
Bây giờ thử nghĩ, trường hợp bơm được khởi động nhưng không có cà phê trong đầu group. Áp lực làm cho nước chảy qua các ống dẫn về phía tiết lưu, tạo ra áp suất trong các ống dẫn cho đến khi đạt được áp suất mà bơm đã được cài đặt. Ở phía đầu ra của tiết lưu, nước dễ dàng thoát ra ở đầu group. Điều này có ý nghĩa là không có áp lực nào được tạo ra trong đầu group.
Tiết lưu thực ra là một ống dẫn nhỏ, điều này có nghĩa chúng ta có thể xem dòng chảy đi qua nó là dòng chảy tầng (laminar). Các phân tử đi nước đi qua nó ở dạng đường thẳng thay vì dòng chảy hỗn loạn. Trong dòng chảy tầng, tốc độ dòng chảy tỷ lệ thuận với độ dốc áp suất, có nghĩa là khi bạn tăng hai lần áp lực bơm thì cũng là tăng hai lần tốc độ dòng chảy.
Dòng chảy hỗn loạn (Turbulent flow) xảy ra khi nước đi qua khẩu độ rộng hơn (trường hợp ví dụ là trong nồi hơi chuyên dụng). Dòng chảy sẽ càng xoáy khi áp lực càng tăng, có nghĩa là dòng chảy chỉ tăng một mức độ bằng với căn bậc hai của áp lực. Tuy nhiên điều này vẫn có nghĩa là áp lực tăng thì dòng chảy tăng.
Khi xét đến yếu tố bánh cà phê, mọi chuyện sẽ trở nên phức tạp hơn.
Hãy suy nghĩ về tình huống này:
Hãy xem xét tình huống khi dòng chảy đi qua bánh cà phê rất chậm (gần bằng 0), lúc này, bánh cà phê sẽ ướt và headspace đã đầy nước,
Áp suất trong đầu group sẽ được tạo ra tăng lên hoặc giảm xuống sao cho bằng với áp lực được chỉnh tại bơm.
Dù sao thì tiết lưu cũng là 1 đường ống rỗng, nước đi qua tiết lưu sẽ dễ dàng hơn đi qua bánh cà phê. Lúc này này, bánh cà phê chính là bộ phận cản nước.
Tốc độ dòng chảy ra cuối cùng được xác định bằng tốc độ chảy nhanh chậm của dòng nước đi qua bánh cà phê. Tại đây, chúng ta có 2 tình huống xảy ra
Tình huống 1: Áp suất tăng cũng sẽ giúp tốc độ dòng chảy tăng lên đến một điểm nhất định.
Tình huống 2: Nhưng áp suất cao cũng có thể làm ép các hạt cà phê trong bánh cà phê lại với nhau, và không có nhiều khoảng trống cho nước đi qua và do đó làm giảm dòng chảy.
Trong thực tế:
Trong thực tế, thì vấn đề sẽ xảy ra đâu đó ở giữa 2 tình huống trên. Áp lực tạo ra trước tiết lưu sẽ luôn luôn là nhiều hơn hoặc ít hơn so với áp suất bơm. Ban đầu, bánh cà phê sẽ tạo ra một lực cản lớn đến dòng nước, cho phép áp suất tích tụ ở phía đầu ra của tiết lưu, tạo ra một tình huống giống như tình huống 2 ở trên -> dòng chảy chậm.
Khi áp suất tích tụ trong group, dòng chảy đi qua bánh cà phê sẽ tăng lên đến một điểm nhất định, và trong tình huống này thì tốc độ dòng chảy được xác định bởi sự chuyển hóa (make up) của bánh cà phê. Tuy nhiên thì, chất rắn trong bánh cà phê bắt đầu tan trong nước, bánh cà phê sẽ có xu hướng yếu dần trong quá trình chiết xuất, làm cho lực cản ngày càng yếu dần. Điều này có nghĩa là tốc độ dòng chảy đi qua bánh cà phê sẽ tăng lên cho đến khi nó đạt tốc độ tương tự như khi không có cà phê trong group. Tại thời điểm này, chúng ta thấy nó tương tự tình huống 1 ở phía trên -> dòng chảy nhanh.
Có một điều thú vị ở đây là thậm chí với một áp lực bơm ổn định, áp suất tại bánh cà phê vẫn giảm đi theo thời gian chiết xuất, còn tốc độ dòng chảy thì tăng lên. Đây là một trong những lý do khiến cho hồ sơ dòng chảy (flow profiling) trái ngược với hồ sơ áp lực (pressure profiling) và cũng rất thú vị - nó có thể đền bù cho sự không ổn định trong bánh cà phê, đặc biệt là khi bánh cà phê dần bị yếu đi theo thời gian chiết xuất.
Hết
Nguồn tham khảo: Barista Hustle Blog
Comments