«Самовар» — это open-source контроллер на базе ESP32 для автоматизации домашнего самогонного аппарата, пивоварни и сыроварни. Проект начался в 2020 году как попытка собрать удобную и безопасную автоматику для ректификации — и за пять лет вырос в платформу, которая умеет вести и перегонку, и пивоварение, и даже сыроварение по заданной программе.
Что умеет контроллер
«Самовар» измеряет температуры в пяти точках (пар, царга, куб, вода на выходе, ТСА) и давление в колонне, управляет нагревом через внешний регулятор мощности, реле, клапанами, насосом воды и шаговым двигателем с перистальтическим насосом для точного отбора. Сервопривод позволяет раскладывать фракции по разным ёмкостям — это одна из ключевых идей проекта.
Управлять можно с локального дисплея с энкодером, из встроенного веб-интерфейса по Wi-Fi, из мобильных приложений для Android и iOS или со страницы на сайте samovar-tool.ru. Лог процесса и тревожные сообщения сохраняются на облачном сервере, доступны на сайте и в приложениях. Выход параметров за допустимые пределы — процесс останавливается, тревога уходит на дисплей, в веб-интерфейс и в мобильные уведомления.
Прошивка написана на C++ под Arduino/PlatformIO, лицензия — GPL-3.0, репозиторий открыт на GitHub (LKosoj/Samovar). Актуальная версия — 7.00.
Режимы работы
С момента первой публикации статьи в 2021 году проект сильно расширился. Сегодня «Самовар» поддерживает семь режимов:
- Ректификация — отбор голов, тела и хвостов по программе. Встроенный детектор проскока примесей следит за трендом температуры пара с поправкой на давление, сам подбирает порог по шуму колонны, при росте температуры снижает скорость отбора, а при критическом росте ставит отбор на паузу и сам возобновляет после возвращения в норму.
- Дистилляция — по температуре в кубе или по изменению спиртуозности в кубе или в паре, с прогнозом времени до конца строки и всего процесса.
- БК (бражная колонна) — управление водой охлаждения по уставке температуры пара, автоматическое или ручное.
- НБК (непрерывная бражная колонна) — прогрев, настройка, оптимизация и работа; подача браги регулируется автоматически, найденные параметры можно принять как оптимальные.
- Пивоварение — засыпь солода, температурные паузы, кипячение, охлаждение, брожение, варочные порядки, управление мешалкой и насосом воды, ручная пауза.
- Сувид — поддержание температуры воды по программе.
- Сыроварение — нагрев, выдержки, охлаждение, контроль кислотности по датчику pH, мешалка, клапан слива рассола.
- Lua — режим, в котором весь процесс ведёт пользовательский скрипт.
Подробнее о режимах — в README проекта и документации на сайте.
Что лежит в основе автоматики ректификации
Идея «Самовара» родилась из практики. Ниже — разбор того, как устроен типичный процесс работы с ректификационной колонной. Терминология и значения скоростей взяты из открытых источников по домашнему винокурению (DistillAcademy, AlcoProf, Alcofan, профильные форумы) и из исходного кода прошивки.
Что попадает в колонну и как это разделить
Ректификация — это разделение многокомпонентной смеси за счёт многократного противоточного массообмена между паром и жидкостью. В отличие от простой перегонки, ректификационная колонна возвращает часть конденсата обратно в колонну (флегму), и за счёт этого получаются десятки условных ступеней очистки. На выходе — нейтральный спирт крепостью до 96–98% об., из которого удалена большая часть примесей. Этиловый спирт кипит при 78,37 °C, и именно вокруг этой температуры «работает» ректификационная колонна; всё, что кипит ниже, идёт в головы, всё, что выше — в хвосты.
Сырьём для ректификации служит спирт-сырец крепостью обычно до 40%, полученный после первой перегонки браги. Высота бытовой колонны — не менее метра; диаметр царги задаёт предельную производительность, высота — степень очистки.
Спирт-сырец, который мы заливаем в куб, — это смесь этилового спирта, воды и примесей. Примеси делятся на три группы по температуре кипения:
- Головы — легкокипящие: ацетон, метиловый спирт, альдегиды, часть эфиров. Кипят до этилового спирта.
- Тело — этиловый спирт с водой, основная питьевая фракция.
- Хвосты — тяжёлые примеси, в первую очередь сивушные масла (смесь высших одноатомных спиртов C3–C10, сложных эфиров и других соединений, всего около 40 компонентов).
Между основными фракциями в домашней практике принято выделять подголовники (промежуточная фракция между головами и телом) и предхвосты (между телом и хвостами). Чёткой границы между ними в бытовых условиях не измерить — её покажет только хроматограмма, — поэтому отбор ведут по косвенным признакам: температуре, скорости и запаху. Слой, который иногда называют «ароматной водой» при перегонке фруктовой браги, — это дистиллят с лёгкими эфирными компонентами сырья; в академической литературе такой же продукт называют гидролатом.
Шаг за шагом по процессу
1. Разгон и работа «на себя». Включается нагрев, колонна выходит на рабочий режим. Сначала колонну прогревают «на себя» — при включённом нагреве и полностью закрытом отборе. Пар поднимается, конденсируется в дефлегматоре и возвращается флегмой вниз, колонна выходит на стабильный режим. В коде «Самовара» это состояния «разгон завершён / стабилизация»: температура пара устоялась, фоновый шум тренда набран, детектор примесей готов реагировать. Условный ориентир — 10–15 минут стабильной температуры пара перед началом отбора тела.
Рабочий режим подбирают под конкретную колонну. Для насадки СПН рекомендуемая скорость пара — 0,2–0,3 м/с. Для 2-дюймовой царги (5,08 см) это соответствует чистой мощности около 900 Вт, а с учётом теплопотерь — около 1100 Вт при отборе голов. На таких режимах колонна разделяет смесь эффективно и не захлёбывается.
2. Отбор голов. Головы отбирают в плёночном режиме: пар конденсируется на стенках дефлегматора и почти полностью возвращается в колонну, а в отбор идёт минимум. Ориентировочная скорость — около 50 мл в час на каждый киловатт подводимой мощности, в сумме обычно не более 350 мл/ч, либо 1/10 от скорости отбора тела. На практике это 1–4 капли в секунду. Долю голов в сырце оценивают так: для сахара — 3–5% от абсолютного спирта (АС), для зерна — 5–8%, для фруктов — до 10%; на практике встречаются и более консервативные значения 8–15% от АС. Контроль — по расчётному объёму и по запаху. Полагаться только на температуру при отборе голов нельзя: цифры 63–77 °C относятся к обычной перегонке и зависят от места установки термометра; для ректификации важнее стабильность режима и скорость отбора, а не одно показание термометра.
3. Подголовники. Сразу за головами идёт промежуточная фракция. Термометр уже показывает спиртовую «полку», но хроматограмма ещё выявит следы лёгких примесей. Подголовники отбирают медленно — иначе они «размажутся» по погону и испортят тело. Часть винокуров отбирает их порционно (например, по 17–20 мл каждые 10 минут), часть объединяет с телом и отделяет только по запаху. На фруктовом и зерновом сырье подголовники часто содержат ценные ароматические компоненты.
4. Тело. Основная питьевая фракция, ориентировочно 2/3 от объёма абсолютного спирта в сырце. Отбор ведут в предзахлебном (эмульгационном) режиме — колонна работает на пределе производительности, но ещё не захлёбывается. Синонимы — «на струе», «работа на себя». Скорость тела — от 300 до 3000 мл/ч в зависимости от диаметра царги и подводимой мощности; практическое правило — около 1 л отбора на 1 кВт мощности. На 2-дюймовой царге (диаметр 5,08 см) реалистичная скорость — порядка 600–1200 мл/ч: больше — тело не успевает «прорабатываться», меньше — падает производительность.
5. Предхвосты. Появляются, когда к телу начинают подмешиваться тяжёлые примеси. Делить тело и предхвосты по температуре в бытовых условиях нельзя — чёткой границы нет. Ориентируются на температуру в зоне пара и в 2/3 царги: пока пар стабилен, а рост идёт только в нижней зоне колонны, идёт ещё тело. Одного-единственного «правильного» числа градусов в царге нет — температура меняется по высоте колонны и зависит от состава, давления, мощности и орошения; универсального критерия перехода «тело → предхвосты» по температуре не существует. Скорость отбора снижают на 30–40% относительно тела и уменьшают мощность, чтобы не допустить захлёба — состояния, при котором восходящий пар начинает мешать нормальному стеканию флегмы через насадку.
6. Хвосты. Как только температура пара начинает подниматься, отбор предхвостов прекращают и переходят к хвостам. Хвосты горькие и резко пахнут сивушными маслами — их в пищевых целях не используют. На сахарном сырье хвосты пускают на повторную ректификацию, на фруктовом и зерновом — это сырьё для ароматных дистиллятов или для технических нужд.
7. Конец процесса. Когда из куба выходят последние порции спирта, температура в кубе и в царге растёт, скорость отбора падает. Процесс завершают по достижении заданной температуры в кубе (обычно до 98–99 °C) или по минимальной скорости отбора. «Самовар» в этой фазе отслеживает динамику и сам останавливает нагрев, если дистилляция выходит на «сухой» режим.
Зачем всё это автоматизировать
Процесс занимает часы. За это время через колонну проходят легковоспламеняющиеся пары спирта и примесей — за аппаратом нужно следить, иначе можно пропустить момент, когда в тело начнут попадать хвосты, или допустить захлёб. Главное допущение, на котором построен «Самовар»: автоматика не сделает продукт лучше, чем позволяет оборудование, — но она уберёт рутину, удержит точные условия отбора и остановит процесс, если что-то пошло не так (пропала вода, скакнуло напряжение, начался захлёб).
Раздельный отбор по ёмкостям — отдельная головная боль. Если колонна физически умеет разделять фракции, но вручную подставлять банки каждые 20–40 минут несколько часов подряд — значит, разделение фактически пропадает. «Самовар» решает это сервоприводом с несколькими ёмкостями и программой, в которой для каждой строки задан свой объём, скорость и условие перехода к следующей.
Что ещё важно знать
Безопасность. Контроллер следит за температурами, давлением, наличием воды, ошибками регулятора и датчиков; при аварии процесс останавливается, а сообщение уходит на дисплей, в веб-интерфейс, в мобильные приложения и на сайт. После аварийной перезагрузки прошивка восстанавливает программу и, если процесс перезапущен в течение 30 минут, продолжает ту же сессию лога.
Расширяемость. Встроенный интерпретатор Lua позволяет описывать собственную логику поверх базовых режимов: доступ к датчикам, нагреву, насосам, мешалке, реле. Это превращает «Самовар» из контроллера отбора в платформу для экспериментов.
Конфигуратор. Для Windows, macOS и Linux есть конфигуратор, который собирает прошивку, прошивает ESP32 по USB или по Wi-Fi (OTA), редактирует файлы на устройстве и формирует отчёт о конфигурации. Локальные настройки, включая реквизиты Wi-Fi, хранятся в user_config_override.h и не уходят дальше вашей машины.
Документация и сообщество. Полная документация — на сайте проекта. По любым вопросам можно обратиться в раздел поддержки на сайте или в профильные форумы по домашнему винокурению.
Что изменилось с 2021 года
Первая версия этой статьи была написана в марте 2021 года — тогда контроллер поддерживал ректификацию, дистилляцию и пивоварение, и это уже было заметным шагом для домашней автоматики. С тех пор проект прошёл семь мажорных версий, добавились режимы БК, НБК, сувид, сыроварение, полноценный Lua-интерпретатор, облачный лог и мобильные приложения, MQTT-интеграция, конфигуратор для трёх ОС и второй I2C-насос отбора голов. Архитектурно основа осталась прежней: ESP32, пять датчиков DS18B20, датчик давления, регулятор мощности, реле, клапаны, насосы, сервопривод и шаговый двигатель с перистальтическим насосом для точного отбора. Но логика выросла, и сегодня это уже не контроллер «только для ректификации», а небольшая платформа домашнего производства.