펌프 압력과 플로우 리스트릭터

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(사진 출처: colonnaandsmalls)

나와 타 커피인들의 경험에 따르면 낮은 압력/ 유량은 그라인더와 관계없이 에스프레소 추출을 향상시킬 수 있는 것 같다.

약배전 원두를 에스프레소로 추출하는 것은 어려운데 낮은 유량으로 추출하면 조금 더 수월해진다.

하지만 유량과 압력은 개념적으로 다르기 때문에 위에서 말한 이론은 쉽게 설명하기 어렵다.

먼저 유량은 오직 물을 통해서만 적용이 가능하고 반대로 압력은 펌프를 통해서만 적용 가능하다.

에스프레소 머신의 압력은 유량에 영향을 미치나 이 압력은 수압이 아니라 펌프에서 나오는 압력이다 (머신에 무슨 펌프가 탑재되어 있든지 간에 말이다).

커피 추출에 있어 유량과 압력에 가장 중요한 개념은 물이 얼마만큼의 속도로 포터 필터에 담긴 원두를 통과하냐는 것이다.

물리학적으로 에스프레소 추출을 살펴보기 전 물이 에스프레소 머신 내부에서 어떻게 순환하는지 알아보자.

에스프레소 추출을 시작하자마자 물은 펌프로 인해 그룹 헤드 쪽으로 끌어 올려진다.

물에 압력이 적용되기 때문에 끌어 올려지는 힘이 생기는 것이다.

하지만 물이 가압된 것은 아니다.

그렇다면 에스프레소 머신의 ‘압력’은 어디서 나온 말일까?

압력은 에스프레소 머신에 있어 펌프를 이용해 물을 끌어올리는 힘의 수치화하는데 매우 중요하다.

이는 물에 ‘압력’을 적용하는 것과는 매우 다르다.

그룹 헤드 쪽으로 물이 이동하고 샤워 스크린을 통해 배출된다.

그다음 물은 저항 물질(커피 퍽)과 닿게 된다.

하지만 물은 커피 퍽에 스며들지 않고 커피 퍽과 샤워 스크린 사이의 공간에 차게 된다.

공간 전체에 물이 채워지고 나서야 물은 커피 퍽을 통과하게 된다.

커피 퍽과 필터 바스켓의 구멍은 물의 마지막 배출구인데 이는 단순히 물의 저항 요소다.

따라서 유속은 물이 저항 요소들을 얼마나 빠른 속도로 통과하는지를 측정한 수치를 통해 쉽게 정의된다.

에스프레소를 만들기 위해서는 사용되는 물은 액체 상태이기 때문에 압력을 설명하기가 더 쉬워진다.

압력이 가해진 공기 압축이 되는 것과는 다르게 물은 완전히 압축되지 못한다.

예를 들어 심해 4km에서 부피는 1.8% 압축된다. 따라서 유압 크레인은 무거운 짐을 옮길 때도 물에 압력을 저항할 수 있는 금속으로 겉면을 칠한다.

과학적으로 물은 섭씨 4도에서 벗어나면 팽창한다.

하지만 에스프레소 머신 상에서 물의 농도는 압력이 아닌 온도의 역할을 수행해 따라서 유량 L/min 단위로 표기할 수 있다.

흐르는 물 사이에 있는 무엇이든지 저항값만큼 유속을 늦출 것이다.

여기서 애매한 점이 있다면 오픈 시스템 (예를 들어 물이 바스켓을 통과해 배출되는 것)에서는 배수량까지도 고려해야 한다는 것이다.

에스프레소 추출 시 바스켓에 유입되는 물은 이미 채워져 있던 물을 밀어낸다.

앞서 말했듯이 바스켓(커피 퍽을 포함)은 물의 저항 물질이며 배수 속도는 바스켓의 ‘압력’을 뜻한다.

바스켓에 적용된 압력은 유속에 의해 단순히 측정될 수 있다.

따라서 펌프 압력이 감소하면 유속도 감소한다.

이는 수압이 감소해서가 아니라 물을 끌어올리는 힘이 감소해서이다.

반대로 펌프 압력이 높아지면 유속 또한 증가한다.

유속을 감소시키는 방법은 모터 펌프 외에도 그룹 헤드에 달린 유량 제한기 (플로우 리스트릭터)를 통해서도 가능하다.

쉽게 말해 유량 제한기는 물이 커피 퍽에 닿기 전까지 흐르는 물길을 조절하는 조그만 관이다.

이는 고속도로에서 한 차선에 차를 모는 것처럼 물을 더 좁은 관으로 이동시킨다. 이러하면 같은 양의 물이더라도 통과하는데 더 오랜 시간이 걸린다.

추출 시 펌프에서 9바의 압력으로 추출이 진행되는 머신일 경우 물이 통과하는 길에 더 좁은 유량 제한기를 설치한다. 그러하면 유량 제한기를 통과하면서 유속이 감소된다.

펌프의 압력은 높은 상태로 유지되나 커피를 추출할 때 유속은 감소한다. 유량 제한기를 통해 펌프 압력을 낮추지 않고 유속을 조절 가능하다.

다른 점도 고려해야 하지만 큰 그림으로 보자면 유량 제한기와 펌프 압력은 유속에 같은 영향을 미친다. 펌프를 압력을 조절하는 것이 유량 제한기를 사용하는 것보다 쉽지만 말이다.

아래의 이미지를 보면 유량 제한기의 지름이 더욱 좁아질수록 유입되는 펌프 압력과 조절된 압력의 차가 더욱 커진다.

첫 번째 이미지는 각각 다른 지름의 유량 제한기에 다른 펌프 압력을 적용되었을 때 유속이 어떻게 달라지는지 보여준다.

(사진 출처: colonnaandsmalls)
(사진 출처: colonnaandsmalls)

두 번째 이미지는 유입되는 유속은 다르더라도 이에 따라 각기 다른 지름의 유량 제한기를 사용해 나오는 유속을 동일하게 할 수 있는 것을 보여준다.

(사진 출처: colonnaandsmalls)
(사진 출처: colonnaandsmalls)

앞서 말했듯이 압력과 유량 제한기에 대해 논하는 것은 참으로 복잡하다.

이 기사를 통해 에스프레소 머신에 탑재된 펌프와 유량 제한기의 관계에 대해 더 깊은 이해가 기능해졌기를 바란다.

*분쇄도, 원두량 등 다른 변수들은 여기에 포함되어 있지 않다.

 

인용 기사 출처: https://colonnaandsmalls.wordpress.com/2015/05/26/pressure-flow-restriction/