Kavurma sırasında, ısı iletkenlik, konveksiyon ve radyasyon yoluyla kavurma makinesindeki kahve çekirdeklerine aktarılır.
Tamburlu kavurma makinelerinde ısının %70’i konveksiyon, %30’u ise iletkenlik yoluyla aktarılır.
İletim yoluyla ısı transferi (temas)
Yeşil kahve çekirdekleri ilk olarak, ısıyı doğrudan çekirdeklere aktaran doğrudan ısıtmalı tamburlu kavurma makinelerinde iletim yoluyla (doğrudan temas) ısıtılır, yani ısı, çekirdekler sıcak tambur duvarlarına temas ettiklerinde çekirdeklere ulaşır.
Tamburun dış tabakası brülör tarafından ısıtılırken, tamburun arkasındaki sıcak hava girişleri sıcak havanın yeşil kahve çekirdekleriyle temas etmesini sağlar.
Kahve kavurma makinesinin iç sıcaklığı, kavurma işleminden önce tercihen 180 °C’nin üzerinde belirli bir sıcaklık seviyesine ulaşmalıdır.
Çekirdekler tambura yüklendikten hemen sonra, ilk birkaç dakika içinde ısı iletme (temas) yoluyla çekirdeklere aktarılır.
Çekirdekler yüklendikten sonra, iç sıcaklık seviyesi düşmeye başlar. Birincil ısı transferinin çoğu konveksiyon yoluyla gerçekleşir.
Konveksiyonla (yansıma) ısı transferi
Sıcak kahve çekirdeklerinin kendi ısısını yansıma yoluyla diğer çekirdeklere aktarması, konveksiyonla ısı transferidir.
Sıcak hava tamburlu kavurucularda ısı kaynağı tamburla doğrudan temas etmez. Sıcak hava ayrı bir ısıtıcıda üretilir ve içinden geçerken çekirdekleri ısıtır. Kavurma sırasında tamburun yüzey sıcaklığı düşüktür.
Sıcak hava kavurucularda ısının çoğu konveksiyonla aktarılır.
Isı transferi ve sıcaklık
Kavurma işleminin en azından ilk 2/3’ü endotermiktir, yani çekirdekler enerjiyi emer ve ısı çekirdeklerin dışından içlerine doğru hareket eder.
Sıcaklık değişimi (∆T) ısı transferinin oranını belirler. Daha yüksek “∆T” değeri, çekirdeğin içindeki ısıyı daha hızlı değiştirir.
“∆T” değeri, kavurma işleminin başında yaklaşık 50 °C’dir. Bu değer sabit kalır veya çok hafifçe artar, ardından kavurma döngüsü ilerledikçe azalır. Diğer bir deyişle, çekirdeğin iç sıcaklığı, kavurma işleminin ilk birkaç dakikası boyunca çekirdeğin dış sıcaklığına eşitlenene kadar artar.
Genel olarak, ∆T değeri hızlı kavurmada en yüksek seviyededir, yavaş kavurmada ise daha düşüktür.
Çekirdeğin içindeki ısı ve kütle transferi
Kavurma döngüsü sırasında, çekirdeğin içindeki nem dış tabakadan buharlaşmaya başlar ve kavurma devam ettikçe buharlaşma iç tabakalara doğru yayılır.
Dış kısmından daha soğuk olan çekirdeğin iç kısmındaki selüloz matrisi değişmeden kalır ve nemi merkezde hapseder. Çekirdeğin içinde hapsolmuş su ısınır, buhara dönüşür, genleşir ve iç basıncı artırarak çekirdeğin şişmesine neden olur.
Uzmanların ölçüm sonuçları, 5,4 atm ile 25 atm arasında değişen iç basıncın, çekirdeğin selüloz matrisini yırtacak kadar arttığını ve ardından ilk patlamanın meydana geldiğini göstermektedir. Basınçlı su buharı ve CO2 gazı çatlaktan kaçarken çekirdeğin merkezi ısısı artar.
Isı transferi ve nem
Kavurma sırasında, tamburun içindeki nem ve çekirdeğin içindeki nem ısı transferini etkiler.
İlk gecikmeden sonra, tamburun içindeki nem ısı transferinin etkisini artırır ve çekirdeğin içindeki nem kaybını hızlandırır.
Ancak, çekirdeğin iç nemi kavurma sırasında daha karmaşık etkilere sahiptir.
Yüksek nem seviyelerinin ısı transferine üç temel etkisi şunlardır:
1. Yüksek nem, ısı iletkenliğini artırdığı için ısı transferini hızlandırır.
2. Yüksek nem, fasulyenin ısı alım (emilim) kapasitesini artırır, bu da fasulyenin ısıtılması için daha fazla enerjiye ihtiyaç duymasına neden olur.
3. Yüksek nem, fasulyeye ısı transferini engelleyerek fasulyeden daha fazla buharlaşmış nem tahliyesi sağlar.
Nemli fasulye, kuru fasulyeden daha yavaş ısındığı için, nemli fasulye daha yüksek ısıya, kuru fasulye ise daha düşük ısıya maruz bırakılmalıdır.