Теплопередача при обсмажуванні кави

Аппараты для обжарки кофе (ростеры) передают тепло кофейным зернам тремя механизмами передачи тепла:

• кондукцией (контактная энергия);
• конвекцией;
• излучением (радиацией).

Каждый ростер передает тепло с помощью различных комбинаций. Ниже приведен обзор того, как конструкция ростера влияет на теплообмен. Классические барабанные ростеры, которые применяет тепло непосредственно к барабану, обжаривает зерна, главным образом, конвекцией, а затем – теплопроводностью.

Нагрев излучением от поверхностей горячей обжарки и между соседними зернами также вносит небольшой вклад в теплообмен.

Многие представители известных производителей кофе оценивают теплопередачу в барабанных ростерах своей компании на 70% конвекцией и 30% кондукцией.

Во время обжарки тепло передается кофейным зернам в жаровне за счет проводимости, конвекции и излучения.

Есть мнение, что оптимальное соотношение энергий в барабанных ростерах это когда 70% тепла передается конвекцией, а 30% теплопроводностью.

Кондукция (контактная энергия)

По сути это передача тепла между двумя объектами, которые непосредственно соприкасаются друг друга, барабан ростера и зерна кофе. Когда вы дотрагиваетесь до горячей сковородки и обжигаете себе руку, вы имели дело с теплопроводностью или контактной энергией.

При обжарке кофе проводимость происходит, если какой-либо нагревательный элемент касается барабана, когда кофейные зерна вступают в контакт с поверхностью барабана, лопастями или лицевой панелью.

Зеленые кофейные зерна сначала нагревают путем прямой теплопередачи (прямого контакта) в обжарочных барабанах прямого нагрева, которые передают тепло непосредственно к зернам, то есть тепло достигает зерен, когда они контактируют с горячими стенками барабана.

Теплопередача конвекцией (отражением)

Горячие кофейные зерна, передающие свое собственное тепло другим зернам путем отражения, являются теплопередачей посредством конвекции. Источник тепла не имеет прямого контакта с барабаном в насадках горячего воздуха. Горячий воздух генерируется в отдельном нагревателе и нагревает бобы по мере их прохождения. Температура поверхности барабана низкая при обжиге.

В ростере конвекция работает от горелки, которая подаёт поток горячего воздуха. Это мягкий и эффективный способ передачи энергии, с помощью которого мы получаем чистую, яркую и кислотную чашку.

Плюсы: получаем чистую, яркую и кислотную чашку.

Минусы: часто не хватает плотности тела, а слишком сильная конвекция пересушивает зерно.

Излучение (радиация) при обжарке кофе

Излучение это высвобождение энергии через процесс электромагнитного излучения из-за колебательного и вращательного движения молекул и атомов. Вероятно, наиболее известным примером излучения является солнечное тепло, проходящее через космический вакуум, чтобы нагреть нашу планету.

С современной технологией радиационное тепло трудно измерить и практически невозможно контролировать при обжарке кофе. Даже ростеры, оснащенные инфракрасными горелками, используют инфракрасное тепло для нагрева барабана (проводимость) и воздуха (конвекция), не применяя излучение напрямую. Поэтому, когда дело доходит до радиации, лучше всего признать, что она есть, и оставить все как есть.

Как же различные виды теплопередачи влияют на процесс обжарки кофе. 

Каждый ростер использует проводимость и конвекцию в разной степени и позволит вам по разному контролировать их. Однако есть определенные переменные, которые вы всегда можете принять во внимание.

Температура зарядки

Для барабаных ростеров это количество проводящей энергии, которое вы можете хранить в своем барабане. Возможно, вы захотите учесть это при работе с более компактным жарким, чтобы подчеркнуть более светлые тона. Наружный слой барабана нагревается горелкой, а впускные отверстия для горячего воздуха в задней части барабана позволяют горячему воздуху контактировать с зелеными кофейными зернами. Внутренняя температура ростера должна достигать определенного уровня температуры, который предпочтительно выше 180 ° C перед обжариванием. Сразу после загрузки бобов в барабан тепло передается бобам посредством проводимости (касания) в первые минуты.

После загрузки бобов уровень внутренней температуры начинает падать. Большая часть первичного теплообмена осуществляется конвекцией.

Каждая машина будет использовать проводимость и конвекцию в разной степени и позволит вам по-разному контролировать их. Однако есть определенные переменные, которые вы всегда можете принять во внимание: