Durante el tostado, el calor se transfiere a los granos de café en el tostador por conducción, convección y radiación.
En los tostadores de tambor, el 70% del calor se transfiere por convección y el 30% por conducción.
Transferencia de calor por conducción (tocar)
Los granos de café verde se calientan primero por conducción (contacto directo) en tostadores de tambor de calentamiento directo que transfieren el calor directamente a los granos, es decir, el calor llega a los granos cuando entran en contacto con las paredes calientes del tambor.
La capa exterior del tambor se calienta con un quemador, mientras que las entradas de aire caliente en la parte posterior del tambor permiten que el aire caliente entre en contacto con los granos de café verde.
La temperatura interna del tostador de café debe alcanzar un cierto nivel de temperatura que es preferiblemente superior a 180 ° C antes de tostar.
Inmediatamente después de cargar los frijoles en el tambor, el calor se transfiere a los frijoles por conducción (toque) en los primeros minutos.
Después de cargar los granos, el nivel de temperatura interior comienza a bajar. La mayor parte de la transferencia de calor primaria se realiza por convección.
Transferencia de calor por convección (reflexión)
Los granos de café calientes que transfieren su propio calor a otros granos por reflexión es la transferencia de calor por convección.
La fuente de calor no tiene contacto directo con el tambor en los tostadores de tambor de aire caliente. El aire caliente se genera en un calentador separado y calienta los granos a medida que fluyen. La temperatura de la superficie del tambor es baja durante el tueste.
En los tostadores de aire caliente, la mayor parte del calor se transfiere por convección.
Transferencia de calor y temperatura
Al menos los primeros 2/3 del proceso de tostado es endotérmico, es decir, los granos absorben energía y el calor se mueve de afuera hacia adentro de los granos.
El cambio de temperatura (∆T) determina la relación de transferencia de calor. Un valor más alto de «HigT» cambia el calor dentro del frijol más rápido.
El valor «∆T» es aproximadamente 50 ° C al comienzo del tueste. Este valor permanece fijo o aumenta muy ligeramente, luego disminuye a medida que avanza el ciclo de tueste. En otras palabras, la temperatura interior del frijol aumenta hasta
se iguala a la temperatura exterior del grano durante los primeros minutos de tueste. Generalmente, el valor de ∆T se encuentra en el nivel superior en el tueste rápido, mientras que es más bajo en el tueste lento.
Transferencia de calor y masa dentro del frijol
Durante el ciclo de tostado, la humedad del interior del grano comienza a evaporarse de la capa exterior y la evaporación se expande a las capas interiores a medida que avanza el tostado.
La matriz de celulosa del frijol interior, que es más fría que la exterior, permanece sin cambios y atrapa la humedad en el centro. El agua atrapada en el frijol se calienta, se convierte en vapor, se expande y hace que el frijol se hinche aumentando la presión en el interior.
Los resultados de las mediciones de los expertos indican que la presión interior, que varía de 5,4 atm a 25 atm, aumenta lo suficiente como para romper la matriz de celulosa del frijol, y luego se produce el primer estallido. El calor central del grano aumenta mientras que el vapor de agua presurizado y el gas CO2 escapan de la grieta.
Transferencia de calor y humedad
Durante el tueste, la humedad dentro del tambor, así como el grano, afectan la transferencia de calor.
Después del primer retraso, la humedad dentro del tambor aumenta el efecto de la transferencia de calor y acelera la pérdida de humedad dentro del grano.
Sin embargo, la humedad interna del frijol tiene efectos más complicados durante el tueste.
Tres efectos fundamentales de los altos niveles de humedad en la transferencia de calor son:
1. La alta humedad acelera la transferencia de calor porque aumenta la conductividad del calor,
2. La alta humedad aumenta la capacidad de absorción de calor del frijol, lo que hace que el frijol necesite más energía para calentarse.
3. La alta humedad proporciona una descarga de humedad más vaporizada del frijol al bloquear la transferencia de calor al frijol.
Los frijoles húmedos deben exponerse a un calor más alto, mientras que los frijoles secos deben exponerse a temperaturas más bajas, ya que los frijoles húmedos ciertamente se calientan más lentamente que los secos.
