Nuevo modelo de calentamiento de los granos de café durante el tostado

Abstract

El tostado del café es analizado principalmente con modelos basados en transferencia de calor y masa, cuyas soluciones son complejas. Una solución práctica se deriva del calentamiento continuo de los granos; que puede analizarse como la derivada de la temperatura con respecto al tiempo. El objetivo del presente trabajo fue determinar un modelo matemático de calentamiento de los granos de café durante el proceso de torrefacción. Fueron utilizados granos de café C. arabica, en masas de 400, 600, 800 y 1000 g y contenido de humedad de 8,73 %b.h. Se utilizó un tostador convencional con quema a gas directo y una temperatura interna de 280 °C. La temperatura de los granos se registró mediante un termómetro infrarrojo sobre la superficie de la masa de los granos. El modelo matemático se definió a partir de la razón de calentamiento de los granos, la cual derivó en una ecuación no lineal con ajuste decreciente exponencial simple con tres parámetros. Las constantes del modelo fueron obtenidas por regresión no lineal para cada masa (R2 > 88%). Al integrar la ecuación de la razón de calentamiento con los valores iniciales de tiempo y temperatura de los granos, se obtuvo la ecuación que describe el calentamiento de los granos en función del tiempo con coeficiente de determinación mayor que 98,7%. El modelo desarrollado es muy práctico porque además de ajustar adecuadamente la temperatura final de los granos también es sensible a la cantidad de masa colocada en el tostador.

Coffee roasting is mainly analyzed with models based on heat and mass transfer, whose solutions are complex. A practical solution is derived from the continuous heating of the grains; which can be analyzed as the derivative of temperature related to time. The objective of the present work was to determine a mathematical model of heating of coffee beans during the roasting process. C. arabica coffee beans were used, in masses of 400, 600, 800 and 1000 g and moisture content of 0.0873 kg kg-1. A conventional roaster with direct gas burning and an internal temperature of 280 °C was used. The temperature of the surface grains was recorded by an infrared thermometer. The mathematical model was defined based on the heating rate of the grains, which resulted in a non-linear equation with a simple exponential decay adjustment with three parameters. The coefficients of the model were obtained by non-linear regression for each mass (R2>88%). By integrating the equation of the heating ratio with the initial values of time and temperature of the grains, the equation described the heating of the grains as a function of time with coefficient of determination greater than 98.7%. The model developed is very practical because in addition to properly adjusting the final temperature of the beans is also sensitive to the amount of mass grains placed in the roaster.