Méthodes de transfert de chaleur

05 Kasım 2018 Pazartesi


Dans le tambour du torréfacteur,  70% de la chaleur est transférée par convection et 30% par conduction.

Transfert de chaleur par conduction (toucher)

Les grains de café vert sont d'abord chauffés par conduction (contact direct) dans des torréfacteurs à tambour qui transfèrent la chaleur directement aux grains, c'est-à-dire que la chaleur atteint les grains lorsqu'ils entrent en contact avec les parois chaudes du tambour.

La couche extérieure du tambour est chauffée par le brûleur tandis que les entrées d’air chaud à l’arrière du tambour permettent à l’air chaud d’entrer en contact avec les grains de café vert.

La température interne du torréfacteur doit atteindre un certain niveau de température, qui est de préférence supérieur à 180 ° C avant la torréfaction.

Juste après le chargement des grains de café vert dans le tambour, la chaleur est transférée aux grains par conduction (toucher) dans les premières minutes.

Une fois les grains chargés, la température intérieure commence à se baisser. La majeure partie du transfert de chaleur primaire se fait par convection.

Transfert de chaleur et température

Au moins les deux premiers tiers du processus de torréfaction sont endothermiques, c’est-à-dire que les grains absorbent l’énergie et que la chaleur se déplace de l’extérieur vers l’intérieur.

Le changement de température (∆T) détermine le rapport de transfert de chaleur. La haute différence de température (∆T) change la température la dedans des grains très  rapidement.

La valeur "T" est d'environ 50 ° C au début de la torréfaction. Cette valeur reste fixe ou augmente très légèrement, puis diminue au fur et à mesure du cycle de torréfaction. En d’autres termes, la température interne des grains augmente jusqu’à ce qu’elle soit égale à la température externe des grains durant les premières minutes de torréfaction. En général, la valeur ∆T est au plus haut niveau lors de torréfaction rapide, tandis que inférieure lors du torréfaction lente.

Transfert de chaleur et transfer de masse à l'intérieur des grains

Pendant le cycle de torréfaction, l'humidité à l'intérieur des grains commence à s'évaporer de la couche externe et l'évaporation s'étend aux couches internes à mesure que la torréfaction se poursuit.

La matrice de cellulose interne des grains de café, qui est plus froide que l'extérieur, reste inchangée et emprisonne l'humidité au centre. L'eau emprisonnée dans les grains se réchauffe, se transforme en vapeur, se dilate et oblige le grain à gonfler en augmentant la pression à l'intérieur.

Les résultats de mesure des experts indiquent que la pression intérieure, variant de 5,4 atm à 25 atm, augmente suffisamment pour rompre la matrice de cellulose du grain, puis un premier pop-up se produit. La chaleur centrale des grains augmente alors que de la vapeur d'eau sous pression et du CO2 s'échappent de la fissure.

Transfert de chaleur et humidité

Pendant la torréfaction, l'humidité à l'intérieur du tambour ainsi qu’a l’intérieur des grains affectent le transfert de chaleur.

Après le premier délai, l'humidité à l'intérieur du tambour augmente l'effet du transfert de chaleur et accélère la perte d'humidité à l'intérieur du grain.

Cependant, l’humidité interne des grains a des effets plus complexes lors de la torréfaction.

Les trois principaux effets des niveaux d'humidité élevés sur le transfert de chaleur sont les suivants:

1. L’humidité élevée accélère le transfert de chaleur car elle augmente la conductivité thermique,

2. L’humidité élevée augmente la capacité d’absorption de chaleur (absorption) du grain, ce qui oblige le grain à avoir besoin de plus d’énergie pour être chauffé.

3. L’humidité élevée fournit plus d'évacuation d'humidité vaporisée de le grain en bloquant le transfert de chaleur la dedans.

Les grains humides doivent être exposés à une chaleur plus élevée tandis que les grains secs doivent être abaissés, car les grains humides se chauffent certainement plus lentement que les grains secs.


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