Un guide de base pour mieux comprendre le transfert de chaleur sur un torréfacteur à tambour
n tant que torréfacteurs, l’une des choses les plus importantes que nous essayons toujours d’obtenir est de mieux contrôler le processus de torréfaction.
Et un aspect de ceci est une meilleure compréhension du transfert de chaleur (HT).
Comprendre le HT implique de comprendre les mécanismes et les facteurs qui déterminent et contrôlent les taux de HT lors de la torréfaction.
Forts de ces connaissances, nous pouvons ensuite déterminer comment modifier et contrôler en conséquence les profils de rôti, les temps de cuisson et les réactions de torréfaction.
Alors passons un peu au geek!
La torréfaction est le transfert de chaleur dans le temps et, en raison du transfert de chaleur, consiste en une série de réactions chimiques soigneusement contrôlées et de transformations physiques du haricot vert en un produit soluble et savoureux.
Jours heureux!
L’application de chaleur lors de la torréfaction détermine la vitesse à laquelle les réactions de torréfaction du café se produisent pendant la torréfaction, ce qui affecte la nature de la saveur, de l’arôme et de la couleur générés par ces réactions, également en fonction du taux de HT et de la durée de la torréfaction.
Les taux de réaction de HT dans et à l’intérieur du haricot affectent également la façon dont la température du haricot change pendant la torréfaction, en fonction des concentrations de réactif / composants du haricot vert (par exemple: humidité, taille de l’écran, densité, etc.) et des propriétés thermiques des haricots.
Par conséquent, dans l’ensemble, la connaissance de la «science» à la base du transfert de chaleur est essentielle pour nous aider en tant que torréfacteurs à rôtir plus efficacement et plus rentablement.
CONDUCTION, CONVECTION ET RAYONNEMENT :
Les 3 formes de transfert de chaleur sont des concepts scientifiques d’une simplicité trompeuse qui, une fois mieux comprises dans un torréfacteur à tambour, nous permettront de contrôler et de créer efficacement un produit cohérent et plus reproductible.
CONDUCTION:
La conduction est le transfert de chaleur d’un contact direct entre les molécules d’une substance plus chaude à une autre plus froide – comme lorsque vous sentez l’odeur des grains torréfiés dans la sonde et que vous appuyez sur la sonde chaude sur vos lèvres (ou votre nez) pour les brûler! Ceci est conduite chaleur!
Dans les torréfacteurs à tambour, nous avons trois sources potentielles de chaleur par conduction: le tambour, la plaque frontale et les haricots.
Tambour / plaque frontale à la torréfaction des haricots:
Le contrôle de la conduction du tambour au grain est une question de temps de préchauffage et de contrôle du transfert de chaleur au début du rôti en fonction de la taille du lot approprié.
Les temps de préchauffage / démarrage représentent l’énergie stockée – et nous devons toujours commencer un rôti avec la bonne quantité d’énergie!
Plus la température de démarrage / préchauffage est élevée, plus le torréfacteur est chaud, plus il est possible de transférer de l’énergie par conduction. Un préchauffage / démarrage constant avec la même quantité d’énergie emmagasinée vous permettra de faire rôtir de manière plus uniforme, produisant ainsi un produit plus homogène.
Pour les petits lots, baissez les températures de démarrage / préchauffage si vous souhaitez suivre le même profil que lorsque vous rôtissez un lot complet. Moins de café nécessite moins d’énergie.
Pour faire correspondre le profil complet du lot, utilisez le point de retournement comme moyen d’égaliser ou de trouver le bon temp de démarrage / préchauffage. Si le point de retournement du lot le plus petit est supérieur au lot complet, baissez alors la température de départ / préchauffage pour correspondre à la prochaine fois; rappelez-vous, avec des lots plus petits, il est toujours plus facile d’ajouter de l’énergie que de l’enlever une fois le rôti a commencé.
CONVECTION:
La convection est le transfert de chaleur à travers des courants ou un liquide ou un gaz. Dans la torréfaction du café, la substance transférante est l’air et la substance réceptrice est le grain de café.
Il existe 2 principaux types de convection: la convection naturelle et la convection forcée.
La convection naturelle se produit lorsque l’air se réchauffe, provoquant des changements de densité. Lorsque l’air devient plus chaud, il devient plus léger et monte, tandis que l’air plus dense et plus froid tombe. Cet écoulement permet ensuite à la chaleur de transférer par le mouvement naturel ou la flottabilité.
La convection forcée est la chaleur transférée par des courants qui sont déplacés par une force extérieure telle qu’une pompe ou un ventilateur. Il s’agit d’une méthode de transfert de chaleur plus rapide et plus efficace que la convection naturelle.
Dans les torréfacteurs à tambour comme dans les torréfacteurs, la convection forcée est le principal mode de transfert de chaleur.
Les torréfacteurs d’air forcent / soufflent de l’air avec une pression positive à travers la chambre de torréfaction et les torréfacteurs à tambour utilisent une pression négative, aspirant de l’air à travers la chambre de torréfaction.
Le taux et le ratio de convection dans un torréfacteur à tambour sont directement affectés par le flux d’air et l’énergie fournie par les brûleurs. C’est-à-dire que plus le débit d’air est élevé et que l’énergie du brûleur est élevée, plus le rôti est rapide.
Par conséquent, il est impératif de surveiller la température ambiante (des gaz d’échappement) pour décider quand contrôler les brûleurs pendant un rôti, en particulier à la fin du rôti. Si vous n’avez pas assez d’argent à la banque ou d’essence dans le réservoir, vous ne pouvez pas partir en vacances ou terminer votre voyage!
Si vous souhaitez supprimer la chaleur conductrice en réduisant les brûleurs, vous devez avoir accumulé suffisamment de chaleur convective dans l’environnement / les gaz d’échappement pour pouvoir le faire et pouvoir terminer le reste du rôti sur une chaleur convective et radiante sans aide. de la chaleur conductrice des brûleurs.
RADIATION:
Dans la majeure partie du rôti, les 2 sources d’énergie thermique sont le tambour (conduction) et l’air (convection). Juste avant la première fissure, il existe une troisième source d’énergie – les haricots eux-mêmes – radiants.
À l’approche du café, le café devient exothermique et rejette chaleur / énergie en se fissurant. À ce stade, le torréfacteur doit contrôler cette libération d’énergie en ajustant le brûleur vers le bas ou vers le bas, d’augmenter le débit d’air ou les deux. Cela manipulera le taux de convection (HT) afin de contrôler l’énergie totale (et le profil général du rôti) en diminuant l’impact de l’énergie rayonnante (grain à grain) des grains exothermiques.
La chaleur rayonnée est le type de transfert de chaleur le plus complexe à comprendre et à maîtriser lors du rôtissage. Il est également affecté par la couleur, la température, la densité, la surface, la finition et l’orientation par rapport à d’autres corps thermo-produisant.
La chaleur rayonnée est également un rayonnement thermique défini comme des ondes électromagnétiques. Il se produit naturellement entre deux corps de températures différentes. Par conséquent, lorsque les haricots entrent en contact avec la chaleur chaude du gaz de rôtissage, ils se mélangent avec la chaleur et la transfèrent en haricots légèrement plus froids en piles au fond du tambour.
Mouvement des haricots dans les tambours à rôtir
Lors de la torréfaction, il est également très important de noter que la plupart des fèves se trouvent dans un tas de culbutage situé près du fond du tambour.
Les « palettes » métalliques en spirale à l’intérieur du tambour sont espacées de manière à favoriser un bon mélange des grains de l’avant vers l’arrière le long de l’axe du tambour lors de sa rotation. Ce type de mélange axial augmente l’uniformité du transfert de chaleur par convection et du chauffage fève-haricot.
Et bien sûr, ce transfert de chaleur est également affecté par la taille du lot et de l’écran des haricots, la taille du tambour, la vitesse du tambour, les matériaux du tambour et la conception / l’espacement des pales.
LE TRANSFERT DE CHALEUR CONCERNE L’ENERGIE TOTALE
TAMBOUR, haricot d’air
AIR, tambour, haricot
BEAN, Drum, Air
L’image ci-dessus et l’image ci-dessous représentent les périodes du rôti au cours desquelles chaque type de transfert de chaleur est le plus influent.
Au début du rôti, il s’agit de l’énergie conductrice stockée dans le tambour – régie par la température de préchauffage / démarrage.
L’AIR ou la convection devient important pour le transfert de chaleur et la formation du corps, de la douceur et de la saveur dans le reste du rôti.
Vers la fin du rôti, les BEANS deviennent eux-mêmes une source importante d’énergie radiante – et le principal mode de transfert de chaleur.
À la fin de la journée, la torréfaction du café est un processus dynamique qui change constamment tout au long du rôti.
En tant que torréfacteurs, notre travail consiste à mieux comprendre chaque source de transfert de chaleur, son fonctionnement et la manière d’obtenir les meilleurs résultats en fonction de notre propre système de torréfaction.
