AUTOWASH GP 42

Construction d’une laveuse de fûts DIY
AUTOWASH GP 42

Le concept

Pour les brasseurs artisanaux qui produisent de la bière en fûts inox, le lavage des fûts est contraignant. Sans équipement adapté, on se pète le dos et le résultat peut être incertain. Et une laveuse professionnelle basique coûte dans les 10000€.
Nous avons choisi de concevoir une machine relativement simple à construire pour un modèle semi-automatisé, assez solide pour tenir le coup plusieurs années, pour 1000€ environ.
Voici un tutoriel pour fabriquer soi-même la formidable laveuse de fûts AUTOWASH GP 42 !
L'AUTOWASH GP 42



Protocole détaillé de lavage d’un fût

Démontage du plongeur

Préalablement au lavage des fûts avec l’AUTOWASH GP 42, il faut impérativement les dépressuriser et en démonter le plongeur pour les ouvrir. Dans l'idéal, cette opération nécessite un outillage spécialisé (extracteur, tête de fût spéciale).

 Mise en place du fût
Une fois le plongeur démonté, on rince le fût pour éliminer le fond de bière restant puis on le place au dessus de la boule de lavage, ouverture vers le bas.

Protocole du nettoyage

Voici l'ordre des opérations de nettoyage d'un fût :
  1. Dépressurisation du fût
  2. Ouverture du fût (démontage du plongeur)
  3. Pré-rincage du fût
  4. Nettoyage du plongeur (+ vérification du joint)
  5. Cycle 1 (nettoyage alcalin + rincage)
  6. Cycle 2 (désinfection + rincage)
  7. Désinfection du plongeur
  8. Remontage du plongeur sur le fût (clé Dynamométrique 70Nm)
Entre les cycles 1 et 2, il faut rincer tout le circuit de la machine. On lance un cycle avec un réservoir d'eau claire à la place du produit. Pour réduire le temps total de lavage des fûts, le mieux est de laver
plusieurs fûts en même temps : d’abord le cycle 1 pour tous les fûts, ensuite on rince la machine et on repasse tous les fûts sur le cycle 2.

Cycle 1 (nettoyage alcalin)

  • Pré-rincage 10s
  • Vidange circuit 5s
  • Ecoulement 15s
  • Produit 30s + Ecoulement 30s (6x de suite)
  • Rincage 10s + Ecoulement 15s (3x de suite)
  • Vidange circuit 5s
  • Ecoulement 15s

Cycle 2 (désinfection)

  • Produit 30s + Ecoulement 30s (2x de suite)
  • Vidange circuit 5s
  • Rincage 3s
  • Vidange circuit 5s
  • Ecoulement 30s
Pour les détails des ouvertures/fermetures des électrovannes pour chaque phase des cycles, voir le code : https://github.com/tgirod/laveuse/blob/master/laveuse.ino
 Produits
  • L'alcalin est une solution de soude caustique à 2,5 %, chauffée à 60°C minimum.
  • Le désinfectant est une solution d'acide péroxy-acétique à 2 %, à température ambiante.

 Matériel nécessaire (Budget approximatif)

Matériel
Modèle
Prix unitaire
Nombre
Coût total
Pompe auto-amorçante, 25L/mn
Tellarini ALM 20 ''Viton''
330€
1
330
Electrovanne 12V
Motorized ball valve 12V, G3/4"
63€
4
250
Tuyau EPDM
Bergalav diamètre 19x29
8€/m
2 à 3m
25
Boule de lavage
CIP, fixe ou rotatif G-3/4F
110€
1
110
Raccords inox
Divers
x
x
200
Meuble support
Occasion
20€
1
20
Bac d'écoulement
Récupération
x
1
x
Boîtier électrique
220x170mm, étanche
13€
1
15
Stérilisateur
27L avec thermostat
70€
1
70





Arduino
Uno ou Nano
5
1
5
Relais
min 220V, 10A, 5 canaux
5
1
5
Câble électrique
section 1.5mm²
x
1m
x
breadboard

5

5
divers élec
dominos, prises, transfo USB 5v, boutons poussoir
30

35
Divers



30
TOTAL (arrondi)

1100€

Pour chauffer la soude, on utilise un stérilisateur,de préférence en inox (chauffage électrique avec thermostat) indépendant, sur lequel a été adapté une vanne inox simple. C’est le “réservoir produit”.

Principe général

La machine fonctionne par phases alternées de lavage (projection d'un produit) et de rincage (projection d'eau). Pendant le lavage, le produit est récupéré dans un réservoir pour être réutilisé, tandis que l'eau du rinçage part tout de suite à l'égoût. Notre laveuse est donc construite pour pouvoir alterner entre deux modes :
  • le circuit fermé, qui pompe le produit depuis un réservoir et achemine l'écoulement vers ce même réservoir,
  • et le circuit ouvert, qui prend l'eau du réseau et achemine l'écoulement vers l'égoût.
     

A partir de là, la différence entre un cycle de nettoyage et un cycle de désinfection tient au produit présent dans le réservoir et à la durée des phases.
La machine émet un signal sonore lorsqu'un cycle est achevé. Elle dispose aussi d'un bouton d'arrêt d'urgence.


La structure
Notre modèle de laveuse est volontairement compact (65x50x132cm). Le support de fût est à 110cm de haut. La structure est sur roulette afin d’en faciliter le déplacement.

Bac d’écoulement / support de fût

Le bac d'écoulement est un ancien lave-verre de restaurant. Le meuble support (à roulettes) a été acheté d'occasion. Il a été découpé pour en supprimer la partie haute, et 2 tiges inox ont été montées comme support de fûts.



La plomberie

Tout le circuit de passage des liquides a été réalisé en diamètre 20, c'est à dire que les raccords sont tous en ¾ (20x27) et les tuyaux sont de diamètre intérieur 19mm.
Du fait des produits utilisés et de la chaleur, tous les éléments de plomberie (raccords, vannes, corps de pompe, réduction,...) sont en INOX et les tuyaux utilisés sont en EPDM de qualité alimentaire. La pompe, les électrovannes et les tuyaux doivent résister à des températures supérieures à 80°C, à la soude caustique et à l'acide péroxy-acétique.
Les raccords des tuyaux à la pompe et au réservoir de produit sont des CAMLOCK afin d'en faciliter le démontage rapide.

Raccords inox

Chaque tuyau (19mm) s'emboite sur un embout cannelé (20mm). L'alimentation de la boule de lavage et l'évacuation du bac d'écoulement se montent soit avec des embouts filetés + écrous, soit par des soudures.

Liste des pièces de plomberie de la laveuse :
  • 2 Tés (20x27)
  • 7 embouts cannelés (20x27 -> 20mm )
  • 1 jeu de raccords Gardena Mâle + Femelle (arrivée eau du réseau)
  • 4 embouts filetés Mâle Mâle (20x27)
  • 1 Tube 200mm MM (pour la boule de lavage)
  • Réductions EVACUATION bac d'écoulement (-> Cannelé 20mm)
  • Raccords CAMLOCK ( 3 “Adaptateurs Femelle type A” + 3 “Coupleurs cannelés Type C” )
  • Passe-paroi pour alimenter la boule de lavage (femelle 20x27 -> Cannelé 20mm)
  • Divers (coudes, réductions, joints...) selon le montage
  • Vanne + passe-paroi pour le stérilisateur (si besoin)
  
Cette liste n’est pas exhaustive, et peut varier en fonction des choix de raccordement des différents éléments, des diamètres choisis, et de la possibilité de souder certaines parties entre elles.

 

Câblage, électronique et programmation

L’électronique contrôlant la laveuse est basée sur des composants électroniques courants et des logiciels libres. Boutons poussoirs, buzzer, électrovannes et pompe sont connectés à une carte Arduino, qui endosse le rôle de chef d’orchestre, déroulant les cycles de lavages programmés.

Montage électronique / électrique

Le gros du montage électronique consiste à brancher les électrovannes, la pompe, le buzzer et les boutons poussoirs sur l’Arduino. Le buzzer et les boutons sont connectés directement. En revanche, les électrovannes et la pompe sont connectées via des relais : des interrupteurs à commande électrique dont on contrôle l’ouverture depuis l’Arduino.

    relais.png
  • C : arrivée de l’alimentation 220v (phase)
  • NO : pompe ou électrovanne
  • NC : rien du tout
  • ctrl : sortie arduino
  • +5v : alimentation arduino
  • gnd : masse arduino
Note : NC signifie «Normally Connected», et NO «Normally Opened». Ca signifie que lorsque le relais ne reçoit pas de signal sur ctrl, NC est connecté (mais pas NO). Inversement, quand ctrl reçoit un signal (+5v), NO est connecté (mais pas NC).
 Bien entendu, alimenter la pompe et les électrovannes nécessite de refermer le circuit : le second fil est donc connecté directement au neutre.
La connexion entre les relais et l’Arduino se fait via ses «pin». Chaque pin est numéroté - pour retrouver lequel se branche ou, il suffit de se reporter au code :
/* asservissement */
#define PIN_RESEAU A0  // prise d'eau du réseau (fil blanc)
#define PIN_EGOUT 3    // écoulement vers l'égout (fil gris)
#define PIN_BAC 4      // entrée circuit fermé (fil violet)
#define PIN_RECUP 5    // écoulement circuit fermé (fil bleu)
#define PIN_POMPE 6    // pompe électrique (fil orange)
On voit ici que le relais de la vanne réseau doit être connecté au pin A0 de l’Arduino.
Note : le choix des pin est arbitraire, vous pouvez le changer si vous le souhaitez. Mais dans ce cas, changez aussi le code, qu’il corresponde à votre montage ! Et un conseil : évitez les pin 0 et 1 (ils servent parfois à d’autres choses).
Le reste est beaucoup plus simple : les boutons poussoirs et le buzzer ont un fil connecté à un pin de l’Arduino, tandis que l’autre est connecté à la masse. Ici encore, le code nous renseigne sur les pin à utiliser :
/* interface utilisateur */
#define PIN_ARRET 2         // arrêt d'urgence (fil jaune) -- interruption
#define PIN_NETTOYAGE A2    // lancement du nettoyage (fil rouge)
#define PIN_DESINFECTION A1 // lancement de la désinfection (fil orange)
#define PIN_BEEP 11         // avertisseur sonore
Note : encore une fois le choix des pin est arbitraire, vous pouvez le changer si vous le souhaitez.

Le programme

Pour que l’Arduino remplisse son rôle, il faut lui charger le programme, qui décrit les cycles de lavage et contient un peu de logique pour lancer/arrêter les cycles quand on appuie sur les boutons.
Vous pouvez télécharger le programme ici. Pour charger le programme sur l’Arduino, vous trouverez des centaines de tutoriels sur internet qui vous expliqueront comment faire.
Sans entrer dans les détails du code, il est possible de modifier les cycles de nettoyage et de désinfection pour les adapter à vos besoins. Le programme définit 8 actions de base pour contrôler la laveuse :
  • VANNE_PRODUIT : place les vannes en position «circuit fermé»
  • VANNE_RINCAGE : place les vannes en position «circuit ouvert»
  • VANNE_FERME : referme toutes les vannes
  • COUPER_RESEAU : ferme uniquement la vanne réseau (utile pour laisser un temps de vidange)
  • COUPER_BAC : ferme uniquement la vanne bac (pareil)
  • POMPER X: allume la pompe pour X secondes
  • ATTENDRE X: attendre X secondes
  • FIN : terminer le cycle de lavage, toutes vannes fermées sauf la vanne égoût pour la vidange)
Ces 8 actions sont combinées en séquences pour construire les deux cycles de lavage : le cycle de nettoyage et le cycle de désinfection. Remarquez que toutes les actions sont écrites sur le format suivant :
{POMPER, 30}
La première partie est l’action, la deuxième son paramètre (ici, 30 secondes). Seules les actions POMPER et ATTENDRE utilisent le paramètre. Les autres actions l’ignorent (on le met donc à zéro).
Vous pouvez modifier ces séquences à votre convenance : changer les durées, ajouter ou supprimer des actions. Normalement ça devrait marcher, tant la séquence se termine par l’action FIN. Mais attention ! Vous éditez du code : la syntaxe doit être respectée scrupuleusement.
Notez que lorsque la machine termine un cycle de lavage, elle reste dans l’état «FIN», c’est à dire toutes vannes fermées sauf la vanne d’écoulement vers l’égoût. En revanche, lorsque le courant est coupé, toutes les vannes se referment automatiquement. Pensez à bien vidanger la laveuse avant de l’éteindre !

Retour d’expérience d’utilisation

En plusieurs mois d’utilisation, le bilan d’utilisation de l’AUTOWASH GP 42 à la Microbrasserie GRENAILLE est très satisfaisant :
Les fûts ressortent bien lavés et désinfectés, la consommation d’eau est acceptable et son utilisation n’est pas très fatigante, beaucoup moins qu’un lavage manuele en tous cas ! On peut estimer qu’on passe une trentaine de fûts au lavage (cycle 1) en une demi-journée, et la même série en désinfection (cycle 2) en 2 heures.
Je pense que ce modèle convient à long terme pour une microbrasserie qui utilise quelques dizaines de fûts.

Améliorations possibles

Quelques problèmes mineurs subsistent sur la laveuse:
  • Sur notre modèle de laveuse, les liquides ont tendance à stagner dans certaines parties du circuit (corps de pompe, parties coudées des tuyaux, bac d’écoulement) ce qui entraine une dilution des produits après les phases de rincage. Pour limiter ce phénomène, il faudrait réduire autant que possible la longueur des tuyaux et les positionner de façon à limiter les possibilités de rétention d’eau. Sur une machine industrielle, l’eau est éjectée par injection d’air, mais ce serait trop compliqué à construire pour notre petite laveuse ...
  • Il faut penser à bien protéger les parties électriques des éventuelles éclaboussures de liquide !
  • Le nettoyage du plongeur de fût n’étant pas assuré par la machine, il faut prévoir de le faire manuellement.
  • Les durées des différents cycles pourraient probablement être optimisées - surtout si l’écoulement du bac se faisait plus rapidement.
  • La pompe est bruyante et ça représente une nuisance sonore non négligeable sur plusieurs heures d’utilisation en continu. Mais pour équipée la laveuse d’une pompe relativement silencieuse, il faut doubler le budget “pompe”.

fourquet.jpg
Cette machine a été conçue dans un esprit de “Matériel Libre“ (“OpenSource Hardware”, nous en rendons les plans publics de façon que quiconque puisse les fabriquer, modifier, distribuer et utiliser).

Voilà, on espère que ça vous sera utile … Et surtout, si vous en construisez une, si vous avez des améliorations, faites nous signe !


Tutoriel sous licence Creative Commons CC BY 4.0 (distribution autorisée sans restriction, à condition de l’attribuer à son l’auteur en citant son nom)

Novembre 2015, La Grenaille et le Bricosicien


ANNEXE : liste de fournisseurs


Electrovannes
Tuyau EPDM
Raccords inox
Boule de lavage
Extracteur de plongeur
Arduino
Sur ebay, chercher «Arduino Nano» ou «Arduino Uno»
Relais
Sur ebay, chercher «Arduino Relay»: module avec 5 voies ou plus.

 

ANNEXE 2 : Photos de différents éléments

 


Bouledelavage.JPG
Boule de lavage
Bac details.JPG
Raccords sous le bac d’écoulement
Details ENTREE.JPG
Electrovannes d’alimentation

Details SORTIE.JPG
Electrovannes d’évacuation
boitier.JPG
Boitier de commande (ouvert, panneau de contrôle au dessus)
electroniquetamere.JPG