Historie a konstrukce espresso kávovarů: bojlery, čerpadla a extrakce

U jednobojlerového kávovaru se zásobníkem posílá čerpadlo vodu ze zásobníku do bojleru. Topné těleso uvnitř ji ohřeje. Po otevření extrakčního ventilu prochází horká voda hlavou a sprchou ke kávovému loži. Káva potom protéká drobnými otvory ve dně misky a výpustí portafiltru do šálku.

Voda pro extrakci a pára po opuštění bojleru proudí odlišným potrubím. Voda míří k hlavě, pára z horní části bojleru přes ruční ventil do parní trysky. Jednobojlerový stroj mění teplotu téhož bojleru podle toho, zda připravuje kávu, nebo páru.

Také tlaková regulace plní dvě různé úlohy. Přetlakový ventil při překročení nastaveného tlaku vrací část vody do zásobníku. Třícestný elektromagnetický ventil během extrakce propojuje bojler s hlavou. Po zastavení uzavře přívod a současně spojí hlavu s odtokem. Zbytkový tlak a voda z hlavy se tak uvolní do odkapávací misky.

Zásobník vody a přímé připojení k vodovodu

• Stroj se zásobníkem se snadno instaluje, vyžaduje však častou kontrolu dostatku vody a péči o čistotu zásobníku i odstraňování dlouho stojící vody.
• Přímé připojení k vodovodu vyhovuje provozům s mnoha objednávkami. Součástí návrhu musí být přívodní tlak, uzavírací ventil, ochrana proti zpětnému toku, odpad a kapacita filtrace.
• Snímač hladiny a automatický napouštěcí ventil brání ohřevu bojleru bez vody. Typy snímačů a podmínky jejich činnosti se podle stroje liší.

Termoblok a průtokový ohřev

Termoblok ohřívá kovové těleso s úzkým kanálkem, kterým prochází voda. Umožňuje krátké předehřívání a kompaktní konstrukci, ale při změně průtoku se může měnit také výstupní teplota vody.

Teplotní stabilitu společně ovlivňují tepelná kapacita ohřívacího tělesa, výkon ohřevu, umístění snímače, způsob regulace i návrh potrubí.

Jeden bojler

Jeden bojler střídavě připravuje vodu pro extrakci a páru. Protože tyto úlohy vyžadují odlišné teploty, musí se po extrakci zahřát více a po použití páry znovu ochladit. Při přípravě několika rostlinných latté za sebou tak může být nutné čekat, než bojler přejde od jedné úlohy ke druhé.

Tepelný výměník

U výměníkového systému vede voda pro extrakci samostatnou trubicí uvnitř velkého bojleru udržovaného na teplotě pro tvorbu páry. Extrakce a šlehání párou mohou probíhat současně. Teplota vody v trubici však závisí na době nečinnosti, množství po sobě připravené kávy a teplotě přiváděné vody.

Odpouštění přehřáté vody ze stroje po delší nečinnosti se nazývá chladicí proplach, cooling flush. Potřebné množství závisí na konstrukci výměníku a hlavy, délce nečinnosti i způsobu regulace teploty.

Dva bojlery a vícebojlerové stroje

Oddělení extrakčního a parního bojleru umožňuje regulovat jejich teploty nezávisle. Každý má vlastní topné těleso, takže lze připravovat kávu a používat páru současně. Významným raným příkladem je La Marzocco GS z roku 1970, spojující samostatný extrakční a parní bojler se saturovanou hlavou.

Vícebojlerový kávovar může nastavit odlišnou teplotu pro každou hlavu nebo zvládnout více úloh při náporu objednávek. Současně však roste počet součástí, spotřeba elektřiny a náklady na instalaci i opravy. Důležitější než počet bojlerů je výkon odpovídající objednávkám a menu provozu.

Vibrační čerpadlo

Vibrační čerpadlo dopravuje vodu rychlým pohybem malého pístu ovládaného elektromagnetem. Je malé a levnější, proto se často používá v domácích strojích se zásobníkem. Je slyšitelné, vytváří pulzující průtok a může mít omezenou dobu nepřetržitého provozu. Skutečný tlak v hlavě závisí na regulačním ventilu a podmínkách přívodu vody.

Rotační lamelové čerpadlo

Vodu přemísťují rotující lamely. Tento typ je rozšířený v komerčních strojích připojených k vodovodu, bývá poměrně tichý a snadno zajišťuje souvislý průtok. Viditelný seřizovací šroub neopravňuje uživatele k nahodilému otáčení. Chybné vyhodnocení přívodního tlaku nebo tlaku měřeného při uzavřeném průtoku může narušit nastavení a způsobit bezpečnostní problém.

Zubové čerpadlo a proměnný průtok

Zubové čerpadlo umožňuje jemnou změnou otáček motoru upravovat průtok nebo tlak v průběhu extrakce. Tomu se říká průtokový či tlakový profil. Zachováte-li stejná zrna, hrubost mletí a dávku a potom změníte nastavení, můžete porovnat, která změna tlaku ovlivnila chuť.

Páka a píst

U ručního pákového kávovaru člověk přímo pohání píst nebo stlačuje pružinu. U pružinového systému se při klesání pístu přirozeně mění tlak. Jeho průběh se liší od stroje s elektrickým čerpadlem, proto samotné udržování stálých 9 bar není dostatečným měřítkem pro porovnání obou konstrukcí.

Význam hodnot na manometru

Čerpadlo uvádí vodu do pohybu. Tlak vzniká, když jejímu průchodu klade odpor upěchovaná vrstva jemně mleté kávy. Prázdnou miskou může protékat stejné množství vody, aniž vznikne vysoký extrakční tlak.

Statický tlak měřený se slepou miskou, tlak na vstupu do hlavy a tlak měnící se během extrakce uvnitř kávového lože nejsou totožné veličiny. Větší tlakový rozdíl podporuje průtok, zatímco větší odpor lože při stejném tlaku množství protékající vody snižuje.

Jemnější mletí obvykle zvyšuje odpor lože. Pokud však vzniknou mezery a kanálkování, voda se soustředí do některých cest a extrakce bude nerovnoměrná. Proto se chuť může lišit podle mletí a rozložení kávy, i když manometr ukazuje stejnou hodnotu.

Hlava kávovaru

Hlavu tvoří několik součástí, které přivádějí ohřátou vodu nad portafilter a rozvádějí ji po ploše.

• Hlava spojená s bojlerem a saturovaná hlava těsně propojují hlavu s vodou v extrakčním bojleru, aby omezily teplotní rozdíly.
• Hlavy typu E61 jsou známé oběhem horké vody mezi bojlerem a hlavou a řízením extrakce mechanickými ventily. Původní model z roku 1961 měl objemové čerpadlo, manometr a systém tepelné rovnováhy. Ne všechny dnešní stroje označené E61 mají stejné teplotní vlastnosti nebo průběh předspaření.
• Elektricky vyhřívaná hlava reguluje vlastní teplotu pomocí vestavěného topného tělesa a snímače.

Portafilter

Portafilter, tedy držák filtrační misky, upevňuje misku v hlavě a směruje hotovou kávu do šálku. Verze s výpustmi snadno rozděluje kávu do dvou proudů a omezuje rozstřik. Bezedná verze umožňuje přímo sledovat, zda káva pod miskou stříká nebo vytéká převážně na jedné straně.

Pokud v bezedném portafiltru pozorujete jednostranný proud nebo boční rozstřik, úpravou mletí a rozložení kávy můžete hledat příčinu.

Filtrační miska

Průměr a hloubka misky i počet a tvar otvorů určují plochu, kterou může voda procházet. Skutečná dávka kávy ovlivňuje odpor lože. Označení „58 mm“ je spíše názvem rozměrové řady portafiltrů. Nezaručuje, že všechny misky a tampery označené 58 mm budou přesně pasovat. Je třeba ověřit skutečný vnitřní průměr a tvar okraje.

Volnému prostoru nad kávou se říká headspace. Je-li příliš malý, může se lože nadměrně dotýkat sprchy; je-li příliš velký, voda může lože rozrušovat. V rámci rozsahu dávky určeného výrobcem misky je vhodné sledovat hmotnost suché kávy i otisky na loži po extrakci.

Sprcha a difuzor

Sprcha a difuzor rozvádějí vodu z hlavy po celé ploše nad miskou. Při nerovnoměrném proudění je třeba vedle sprchy zkontrolovat také čerpadlo, ventily, vodní kámen a mletí.

• Napouštěcí elektromagnetický ventil na elektrický signál otevírá přívod vody do bojleru nebo extrakčního okruhu.
• Zpětný ventil brání proudění vody opačným směrem.
• OPV neboli přetlakový či bypassový ventil při překročení nastaveného tlaku vrací nebo odvádí vodu.
• Expanzní ventil snižuje tlak vznikající tepelnou roztažností vody.
• Pojistný ventil je poslední bezpečnostní prvek při abnormálně vysokém tlaku v parním bojleru. Místo úniku se nesmí svévolně ucpávat.
• Podtlakový ventil omezuje vznik nežádoucího podtlaku a nesprávných tlakových údajů při ohřívání nebo chladnutí bojleru.
• Třícestný elektromagnetický ventil při extrakci přivádí vodu k hlavě a po jejím skončení uvolňuje zbývající tlak do odpadu.

Termostat a tlakový spínač

Mechanický termostat zapíná a vypíná topné těleso kolem nastavené teploty. V parním bojleru může ohřev řídit také tlakový spínač snímající tlak. U syté páry jsou tlak a teplota propojené, skutečný stav však mohou ovlivnit hladina vody, chyba snímače, atmosférický tlak a intenzita používání.

Regulace PID

PID upravuje výkon ohřevu podle vypočteného rozdílu mezi cílovou a měřenou teplotou. Zohledňuje nejen aktuální odchylku, ale také její nahromadění v čase a rychlost změny teploty.

Skutečný účinek PID závisí na umístění snímače, tepelné kapacitě bojleru a hlavy, parametrech regulace, korekci zobrazované teploty a stavu předehřátí.

Význam údaje 93 °C na displeji

Zobrazených 93 °C většinou pochází ze snímače v bojleru nebo topném bloku. Teplota vody dopadající na kávu závisí na poloze snímače a korekci displeje, teple získaném či ztraceném při cestě k hlavě a na studené vodě doplňované během extrakce.

Extrakční poměr a průměrný průtok

• Extrakční poměr: Pokud z 18 g suché kávy získáte 36 g espressa, poměr je 1:2.
• Průměrný průtok: Pokud získáte 36 g espressa za 27 sekund, průměr činí přibližně 1,3 g za sekundu.

Káva v šálku obsahuje vodu i rozpuštěné látky. Objem cremy se časem výrazně zmenšuje, proto je pro kontrolu opakovatelnosti užitečnější hmotnost v g změřená váhou než objem v mL.

Nedostatečnou nebo přílišnou extrakci nelze určit jen podle času. I při stejných 28 sekundách může být chuť jiná kvůli rozložení velikosti částic, kanálkování, dávce, teplotě a skutečné výtěžnosti. Čas slouží ke kontrole stálosti výsledku při opakování stejného receptu.

Předspaření

Předspaření neboli preinfuze navlhčuje lože nízkým tlakem nebo malým průtokem před plným zatížením tlakem. Může pomoci vytlačit vzduch mezi suchými částicemi a rozvést vodu. Konstrukce sahají od mechanického využití vodovodního tlaku po samostatné řízení čerpadla, takže neexistuje jediná doba platná pro všechny stroje.

Tři způsoby ukončení extrakce

• Objemové řízení zastaví extrakci po odpočítání signálů z průtokoměru. Kvůli vodě zadržené kávou nebo odvedené do odpadu nemusí výsledek přesně odpovídat hmotnosti v šálku.
• Časové řízení zastaví extrakci po uplynutí nastavené doby.
• Hmotnostní řízení váží kávu v šálku a zastaví extrakci při nastaveném množství nápoje.

Parní bojler ohřívá vodu a vytváří páru pod tlakem, kterou po otevření ventilu posílá do parní trysky. Počet a průměr otvorů v koncovce, tlak bojleru a dostupné množství páry ovlivňují rychlost ohřevu rostlinného nápoje i jeho vířivý pohyb.

Parní tryska může způsobit vážné popáleniny. Obvykle se těsně před použitím krátce odpustí zkondenzovaná voda, ihned po použití se tryska otře vyhrazeným vlhkým hadříkem a krátkým vypuštěním páry se odstraní zbytky uvnitř koncovky. Přesný postup a čištění musí odpovídat návodu daného stroje. Do potažené trysky ani automatického parního zařízení nevkládejte kovové nástroje a svévolně je nerozebírejte.

U vody pro kávu je vedle TDS třeba sledovat tvrdost, alkalitu, chloridy a další složky. TDS vyjadřuje celkové množství rozpuštěných látek; při stejné hodnotě se proto může lišit zastoupení vápníku, hořčíku, sodíku a dalších iontů.

• Příliš vysoká tvrdost a alkalita mohou vést k usazování vodního kamene v ohřevu a úzkých vodních cestách.
• Vysoký obsah chloridů nebo příliš korozivní voda mohou poškodit některé kovy.
• Použití samotné destilované nebo téměř úplně demineralizované vody může kromě chuti způsobit potíže se snímáním hladiny i se součástmi stroje. Některé kávovary se zásobníkem využívají při detekci hladiny minerály rozpuštěné ve vodě.

Požadavky výrobce na vodu se liší podle kovů a součástí stroje, záručních podmínek a trhu. Filtr je třeba vybrat porovnáním požadovaných hodnot konkrétního modelu s rozborem vstupní vody.

Pro bezpečnou péči postupujte následovně.

1. Nechte zjistit tvrdost, alkalitu, pH, chloridy a TDS vstupní vody.
2. Ověřte požadované rozmezí složení vody a výluky ze záruky v návodu kávovaru.
3. Kapacitu filtru a interval výměny stanovte podle denní spotřeby a sezonních změn vstupní vody.
4. Vodu před filtrem i za ním testujte stejnou metodou a výsledky zaznamenávejte.
5. Do bojleru svévolně nepřidávejte kyselý čisticí prostředek jen proto, že vidíte vodní kámen. Odvápnění vnitřku bojleru musí probíhat podle postupu výrobce nebo odborného technika.

Po každé extrakci

• Vyhoďte použitou kávu a opláchněte misku.
• Kávový prach ulpělý na hlavě odstraňte krátkým proplachem nebo kartáčkem v rozsahu povoleném návodem.
• Parní trysku ihned po použití otřete a krátce vypusťte páru, abyste odstranili zbytky uvnitř.
• Odkapávací misku vyprázdněte dříve, než přeteče.

Po skončení provozu nebo v určeném intervalu

• Kávové oleje z misky a portafiltru umyjte určeným přípravkem. Namáčení může poškodit dřevo, pryž, pokovené díly a elektroniku.
• Zpětný proplach se slepou miskou provádějte pouze u hlav, které tuto funkci podporují.
• Dávkování přípravku, dobu chodu a počet oplachů dodržujte podle návodu stroje a etikety přípravku.

Zpětný proplach využívá konstrukci, která odvádí vodu přivedenou do hlavy do odpadu. Nasazení slepé misky a zpětný proplach stroje bez tohoto odtokového systému mohou způsobit poruchu.

Příznaky možné potřeby servisu

• Při stejném receptu se průtok vody soustavně snižuje.
• Zvětšují se rozdíly teploty nebo množství nápoje mezi hlavami.
• Změní se zvuk čerpadla nebo se prodlouží napouštění bojleru.
• Kolem pojistného nebo podtlakového ventilu nepřetržitě uniká voda či pára.
• Opakovaně vypíná jistič nebo proudový chránič.
• Hladina v bojleru neobvykle kolísá nebo z parní trysky vychází nadměrné množství vody.

Při těchto příznacích nezasahujte do stroje jen na základě odhadu příčiny a nepokračujte tak v provozu. Zaznamenejte model, příznaky, čas výskytu, údaje o vodě a chybové kódy a požádejte odborného technika o kontrolu.

Uvnitř espresso kávovaru se současně nacházejí horká voda, pára pod tlakem a elektrické obvody s vysokým proudem.

• Před otevřením krytu nemusí stačit vypnutí tlačítkem. Je třeba vytáhnout zástrčku nebo odpojit přívod jističem a vyčkat na dostatečný pokles tlaku a teploty i vybití vnitřních elektrických součástí.
• Neuvolňujte ventily, sondy ani potrubní spoje, pokud je bojler horký nebo v něm zbývá tlak.
• Neucpávejte únik z pojistného ventilu ani neměňte jeho pružinu za silnější.
• Netěsný stroj znovu nezapínejte ve snaze zjistit příčinu úniku.
• Staré plynem ohřívané stroje a pákové kávovary se silnou pružinou mají každý svá zvláštní rizika.

Servisní technik musí podle dokumentace modelu a pravidel bezpečnosti pracoviště úplně uvolnit tlak a použít postup uzamčení a označení odpojeného zařízení, aby je nikdo jiný nemohl zapnout.

Za vynálezce espresso kávovaru lze jen těžko označit jediného člověka. Zařízení pro rychlou přípravu velkého množství kávy, samostatné hlavy na jednotlivé šálky, vysokotlaké pákové systémy i elektrická čerpadla totiž vznikaly v různých obdobích.

Domácí kávovar

• Kolik šálků denně připravíte bezprostředně po sobě
• Zda častěji pijete espresso, nebo rostlinné latté
• Jak dlouho můžete čekat na předehřátí
• Jak snadno se zásobník plní a čistí
• Zda je dostupný filtr nebo způsob úpravy minerálů vhodný pro místní vodu
• Jak snadno lze získat těsnění, sprchy a misky
• Zda je dostupný servis v zemi používání a jak dlouho budou dodávány náhradní díly
• Zda jmenovitý příkon a požadavky na zásuvku a jistič odpovídají domácí instalaci

Kávovar pro kavárnu

• Kolik nápojů zákazníci objednají během nejrušnějších 15 minut a kolik z nich jsou rostlinná latté
• Jak rychle se stroj zotaví při současné extrakci, odběru páry a horké vody
• Jak stabilní jsou teplota a množství nápoje u jednotlivých hlav
• Zda vyhovují přívodní tlak, spád odpadu a kapacita filtrace
• Jak dlouho trvá čištění po provozu a co zvládá automatické čištění
• Zda lze při poruše pokračovat s některými hlavami a jak rychle přijede technik
• Zda výška prostoru pro šálky, hmotnost portafiltru a poloha parní páky nepřetěžují obsluhu
• Kolik elektřiny spotřebuje pohotovostní a úsporný režim

Důležitější než jediný parametr typu „velký bojler“, „čerpadlo 20 bar“ nebo „PID“ je stabilita teploty a průtoku i během náporu objednávek. Posuďte také snadnost péče o vodu a čištění i dostupnost oprav při poruše.

Je čerpadlo 15 bar lepší než stroj s 9 bar?

Podle tohoto údaje to rozhodnout nelze. Maximální tlak čerpadla, nastavení regulačního ventilu, tlak měřený při uzavřeném průtoku v hlavě a tlak při průchodu kávou jsou odlišné hodnoty. Důležitější je stabilní a opakovatelný tlak i průtok odpovídající skutečnému receptu.

Musí se espresso extrahovat při 9 bar?

Hodnota kolem 9 bar je u moderního espressa rozšířeným výchozím bodem, nikoli jediným způsobem přípravy. U ručních pákových strojů nebo strojů s regulací průtoku se tlak během extrakce mění. Při porovnávání je třeba znát také místo a způsob měření.

Jsou dva bojlery vždy lepší?

Mohou být výhodou při současné extrakci a použití páry i při nezávislém řízení obou teplot. Rostou však také cena, spotřeba elektřiny, doba předehřátí a počet součástí, které mohou vyžadovat opravu. Při malém využití může lépe vyhovovat jeden bojler nebo dobře navržený výměníkový stroj.

Zajišťuje PID přesnou teplotu?

PID je jeden ze způsobů regulace teploty. Pokud nevyhovuje umístění snímače, nastavení, tepelné řízení hlavy, předehřátí nebo korekce displeje, může se zobrazená hodnota lišit od teploty kávového lože.

Je balená voda pro kávovar bezpečná?

Samotná značka to neurčuje. Složení stejného výrobku se může lišit podle zdroje nebo doby výroby. Tvrdost, alkalitu, chloridy a pH z etikety či rozboru porovnejte s požadavky výrobce kávovaru.

Mohu kávovar sám odvápnit octem nebo kyselinou citronovou?

Pokud to návod výslovně nepovoluje, nedoporučuje se to. Může dojít k poškození bojleru, ventilů, pokovení nebo těsnění a uvolněný vodní kámen může ucpat úzké průchody.

Potřebují všechny stroje denní zpětný proplach?

Ne. Nejprve je třeba ověřit, zda má stroj třícestný ventil a konstrukci umožňující zpětný proplach. I u vhodných strojů se intervaly proplachu vodou a čištění přípravkem liší podle používání a pokynů výrobce.

Zlepší bezedný portafilter chuť?

Sám o sobě chuť nezlepšuje. Ukazuje proudění pod miskou, a tím usnadňuje hledání problémů s rozložením kávy a kanálkováním.

Je předehřátí hotové, jakmile displej ukáže cílovou teplotu?

Ne vždy. Snímač v bojleru může cílové hodnoty dosáhnout dříve, zatímco hlava, portafilter a šálek zůstávají chladné. Sledujte doporučenou dobu předehřátí výrobce i výsledky opakovaných extrakcí.

V podniku Mahina si můžete vychutnat samotné espresso nebo veganské affogato, při němž se espresso nalévá na rostlinnou zmrzlinu.