Durante el tueste, 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 (contacto)

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 al entrar en contacto con las paredes calientes del tambor.

La capa exterior del tambor se calienta mediante 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 interior del tostador de café debe alcanzar un determinado nivel, preferiblemente superior a 180 °C, antes del tueste.

Inmediatamente después de introducir los granos en el tambor, el calor se transfiere a los granos por conducción (contacto) durante los primeros minutos.

Una vez introducidos los granos, la temperatura interior comienza a descender. La mayor parte de la transferencia de calor primaria se produce por convección.

Transferencia de calor por convección (reflexión)

Los granos de café calientes transfieren su propio calor a otros granos por reflexión, lo que constituye una transferencia de calor por convección.

En los tostadores de tambor de aire caliente, la fuente de calor no entra en contacto directo con el tambor. El aire caliente se genera en un calentador independiente y calienta los granos a su paso. La temperatura superficial 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 las dos terceras partes del proceso de tueste son endotérmicas, es decir, los granos absorben energía y el calor se traslada del exterior al interior de los granos.

El cambio de temperatura (∆T) determina la proporción de transferencia de calor. Un valor «∆T» más alto cambia el calor dentro del grano más rápidamente.

El valor «∆T» es de aproximadamente 50 °C al comienzo del tueste. Este valor se mantiene fijo o aumenta muy ligeramente, y luego disminuye a medida que avanza el ciclo de tueste. En otras palabras, la temperatura interna del grano aumenta hasta
igualarse a la temperatura externa del grano durante los primeros minutos del tueste. Por lo general, el valor ∆T es más alto en el tueste rápido y más bajo en el tueste lento.

Transferencia de calor y masa dentro del grano.

Durante el ciclo de tueste, la humedad dentro del grano comienza a evaporarse desde la capa exterior y, a medida que avanza el tueste, la evaporación se expande hacia las capas internas.

La matriz de celulosa del interior del grano, que es más fría que el exterior, permanece inalterada y atrapa la humedad en el centro. El agua atrapada en el grano se calienta, se convierte en vapor, se expande y obliga al grano a hincharse al aumentar la presión en su interior.

Los resultados de las mediciones de los expertos indican que la presión interior, que varía entre 5,4 atm y 25 atm, aumenta lo suficiente como para romper la matriz de celulosa del grano, y entonces se produce el primer estallido. El calor central del grano aumenta mientras el vapor de agua presurizado y el gas CO2 escapan por la grieta.

Transferencia de calor y humedad.

Durante el tueste, la humedad dentro del tambor y del grano afecta a la transferencia de calor.

Tras el 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 grano tiene efectos más complejos durante el tueste.

Los 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 térmica.

2. La alta humedad aumenta la capacidad de absorción de calor del grano, lo que hace que este necesite más energía para calentarse.

3. La alta humedad proporciona una mayor descarga de vapor del grano al bloquear la transferencia de calor al interior del mismo.

Los granos húmedos deben exponerse a un calor más alto, mientras que los secos deben exponerse a un calor más bajo, ya que los granos húmedos se calientan más lentamente que los secos.