Kahve kavurma makinelerinde kavurma yapılırken dokunma (kondüksiyon), yansıma (konveksiyon) ve ışınım (radyasyon) yoluyla çekirdeklere ısı yayılır.
Kazanlı kahve kavurma makinelerinde ısı transferinin %70’i konveksiyon, %30’u ise kondüksiyon yoluyla gerçekleşmektedir.
Dokunma (kondüksiyon) ile ısı iletimi
Isıyı direkt olarak kahveye ileten direkt transferli kazanlı kahve kavurma makinelerinde yeşil kahve çekirdekleri ilk olarak dokunma (kondüksiyon) ile ısınırlar. Yani ısı kahve çekirdeklerine sıcak kazan duvarları vasıtasıyla ulaşır.
Brülör alevi kavurma kazanının dıştaki katmanını ısıtır. Aynı anda kazanın arka kısmında bulunan sıcak hava delikleri sıcak havanın yeşil kahveyle temas etmesini sağlar.
Kavurma işlemine başlamadan önce, kahve kavurma makinesinin belirli bir sıcaklığa getirilmesi gerekir. Bu sıcaklık tercihan 180 °C üzerinde olmalıdır.
Kazanlı kahve kavurma makinelerinde çekirdekler kazana alındıktan hemen sonra, kavurmanın ilk dakikalarında, sıcak kazanın ısısı çekirdeklere kondüksiyonla (dokunarak) geçer.
Kazanın içindeki sıcaklık, yeşil kahvenin kazana alımından sonra düşer. Bu ilk andaki ısı aktarımının büyük kısmı konveksiyon yoluyla olur.
Yansıma (konveksiyon) ile ısı iletimi
Isınan kahve tanesinin kendi içindeki ısıyı diğer tanelere aktarmasına, yansıma ile ısı iletimi denir. 1
Sıcak havayla ısıtılan kazanlı kavurucularda, ısı kaynağı kazana direkt temas etmez. Sıcak hava ayrı bir bölümde, ısı kazanında üretilir. Kazan içindeki yeşil tanelerin arasından ve içinden geçen sıcak hava taneleri ısıtır.
Kavurma işlemi boyunca kazan ısısı daha düşük olur.
Sıcak hava sistemli kahve kavurma makinelerinde ısı transferinin büyük bölümü konveksiyon yoluyla gerçekleşir.
Isı transferi ve sıcaklık derecesi
Kavurma işleminin en az ilk üçte ikilik kısmı endotermiktir, yani çekirdekler enerjiyi emerler. Sahip oldukları ısı da çekirdeğin dışından içine doğru hareket eder.
Isı değişimi (∆T) yüksek ölçüde ısı transferinin oranını belirler. Daha yüksek değerdeki “∆T” ise iç çekirdeğin sıcaklığını daha hızlı şekilde değiştirir.
Kavurmanın başlangıcındaki “∆T” değeri yaklaşık 50 °C’dir. Bu değer ya sabit kalır ya
da çok az artar ve kavurma işlemi sürdükçe azalır. Başka bir deyişle çekirdeğin iç ısısı kavurmanın ilk birkaç dakikası boyunca çekirdeğin dış ısısına eşit oluncaya dek artar. Genel olarak hızlı kavurma işlemlerinde “∆T” zirvedeyken, yavaş olanlarda daha düşüktür. 1
Çekirdek içinde ısı ve kütle transferi
Kavurma sırasında kahve çekirdeğindeki nem en dış katmandan başlayarak buharlaşır ve kavurma sürdükçe buharlaşma iç katmanlara doğru yayılır.
Dışa oranla daha soğuk olan iç çekirdeğin selüloz yapısı bozulmadan kalır ve nemi çekirdeğin merkezine hapseder. Bu kapana kısılmış su ısınarak buhara dönüşür, genleşir ve çekirdek içindeki basıncı artırarak çekirdeği genişlemeye zorlar.
Uzmanlar tarafından ölçülüp 5,4 atm. ilâ 25 atm. arasında değiştiği saptanan bu basınç, çekirdeğin selüloz yapısını bozmaya yetecek kadar artar ve sonunda ilk patlama (pop) oluşur. Basınçlı su buharı ve CO2 gazı, patlamada oluşan çatlaktan (crack) dışarı çıkarken çekirdeğin merkez sıcaklığı da artar. 2
Isı transferi ve nem
Kavurma sırasında hem kavurma kazanındaki, hem de çekirdek içindeki nem ısı transferini etkiler.
İlk gecikmeden sonra, kavurma kazanındaki nem ısı transferinin etkisini artırır, çekirdekteki nem kaybını hızlandırır.
Çekirdeğin içindeki nem oranı ise kavurma süresince daha karmaşık etkiler yapar.
Çekirdekteki yüksek nem oranının ısı transferine üç ana etkisi vardır:
1. Isı transferini hızlandırır çünkü nem ısı iletkenliğini arttırır,
2. Çekirdeğin ısı alım kapasitesini arttırır. Bu da çekirdeğin ısısını artırmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulmasını sağlar,
3. İç çekirdeğe olan ısı transferini engelleyerek çekirdekten dışarı doğru daha fazla buharlaşmış nem atılmasını sağlar.
Nemli çekirdeklerin sıcaklığı kuru olanlara göre kesinlikle daha yavaş artar. Bu yüzden makine operatörleri nemli çekirdekleri kavururken ısıyı daha şiddetli bir şekilde vermeli, kuru çekirdekleri kavururken ise daha sağduyulu davranmalıdırlar.
