Principios de termodinámica aplicadas en el tueste

Conducción y convección

Con frecuencia se usan términos como conducción y convección cuando se habla de perfiles de tueste, pero ¿qué significa esto realmente? Antes de abordar este tema es necesario hacer un paréntesis y recapitular el concepto de tueste que hemos presentado en la entrada del blog titulada “La consistencia es la clave”. Hemos hablado de que el tueste de café es una etapa clave y crítica dentro de la cadena de operaciones del café en la que se transforma el café verde o crudo en café tostado, desarrollando sus aromas y sabores a través de la aplicación de calor de forma controlada. El término controlada es de suma importancia ya que del control de la  temperatura depende el correcto desarrollo de los aromas y sabores de un café en particular. 

Ahora sí, entremos de lleno a conducción y convección. Hablar de estos dos conceptos es hablar de termodinámica. Termodinámica es una palabra con las raíces griegas Thermos, que significa energía, calor, y Dynamis que significa fuerza o movimiento. Termodinámica es entonces la ciencia que estudia la interconexión de la energía y el movimiento. Ahora bien, este concepto aplicado al proceso del tueste es muy importante por la siguiente razón. El café verde o café oro está compuesto por una gran cantidad de compuestos orgánicos y precursores de aromas y sabores que se encuentran dentro de cada grano de café, y estos a su vez están siendo protegidos por la corteza o capa externa del grano. Estos son azúcares, ácidos orgánicos, proteínas, etc. Durante el tueste, estos compuestos se transforman en aromas y sabores. Para poder llegar a estos compuestos y hacer que reaccionen químicamente entre ellos hay que introducir calor al centro de cada grano. Es por esto que se hace necesario comprender la termodinámica.  

Durante el proceso de tueste, para que el calor alcance estos compuestos debe primero penetrar la corteza del grano y luego viajar a través de él hasta llegar al centro. Está penetración de calor ocurre a lo largo de todo el proceso de tueste y ocurre de forma gradual. La idea de un tueste exitoso se define cuando este movimiento de calor al centro del grano es eficiente y el grado de tueste, tanto en la corteza o parte externa del grano como en la parte interna es igual. En palabras más sencillas es cuando el grano tiene el mismo color por dentro y por fuera. Si el café en grano se ve más oscuro que el café molido nos dice que el calor tuvo problemas para poder entrar al grano y está más tostado por fuera que por dentro. Surge la pregunta, ¿de qué depende que el calor pueda entrar de forma eficiente y consistente hacia el centro del grano? La respuesta no es difícil pero si es compleja.

La primera variable teórica la conceptualizamos como una buena relación entre conducción y convección. Conducción es la forma de transmisión de calor a través del contacto, es decir, que cuando dos objetos con temperaturas diferentes hacen contacto, la energía se mueve del objeto más caliente al objeto menos caliente. Siempre se va a mover de está forma y no al revés. Convección es el movimiento del calor a través de un fluido o flujo que la transporta, puede ser a través del aire o de un líquido. Por ejemplo, una secadora de pelo transmite el calor a través de un flujo de aire caliente. Dentro del tostador existe una interacción entre estas dos formas de transmitir calor y gracias a ellas el café absorbe la temperatura. La conducción (A en la imagen) sucede cuando el grano de café en masa está en contacto con cualquier parte caliente del tostador como el cilindro, las aspas, o cualquier parte de metal caliente, incluso otros granos que estén más calientes. La convección (B en la imagen) ocurre cuando, por la rotación del cilindro, las aspas agitan el café y lo dispersan en el aire y éste entra en contacto con el flujo de aire caliente que se mueve dentro del cilindro. 

Convección

Ambas formas de transmisión de calor son importantes durante el proceso de tueste pero es la convección la que juega un papel crucial. Es la convección la que se encarga de aplicar calor homogéneamente a todo el grano y le permite absorber calor y secar de forma más eficiente. La convección sirve para dos propósitos, el primero es aplicar calor a todo el grano y la segunda es remover del ambiente todo el humo, tamo, humedad, vapores y volátiles que se están desprendiendo del grano. Esto genera una taza muy limpia en sabor. La convección aplica calor homogéneamente en el grano por aerodinámica ya que el aire caliente cubre toda la superficie del grano a pesar de su forma. El grano de café tiene una forma ovalada o redonda con una superficie plana y una superficie redonda al otro lado. Cuando el grano está en contacto con el aire caliente toda su superficie está expuesta al aire caliente como se muestra en la siguiente imagen. También pueden ocurrir errores al incrementar mucho o bajar mucho el flujo de aire. Un flujo de aire muy alto, en lugar de calentar el grano, se robará la energía necesaria para que este se tueste. El aire debe estar siempre en relación con la capacidad de los quemadores o flama del tostador. Un flujo de aire muy bajo ahúma el café.

Conducción

Al contrario de la convección, en la conducción el grano absorbe calor únicamente a través del área que está en contacto con un objeto más caliente. Si la parte redonda del grano entra en contacto con el cilindro, absorberá calor más rápidamente en la superficie en la que hacen contacto. En la conducción el calor se mueve más lento hacia el centro del grano, necesita más tiempo y menos temperatura para tostarse ya que si la temperatura es muy alta la superficie se quema. También pueden haber errores con exceso o falta de conducción. El exceso de conducción puede quemar la superficie del grano, un defecto que conocemos como scorching. La falta de conducción no permite que el grano tenga suficiente calor y este se hornee. 

La importancia de conocer la relación entre conducción y convección en un tostador es importante para entender el tiempo en el que un grano se va a tostar. Algunos tostadores tienen una convección muy eficiente, y el tiempo en el que cada grano está expuesto a un flujo de aire es mayor, por consiguiente se puede tostar en menos tiempo con más eficiencia. En un tostador con baja convección el grano necesitarás más tiempo para tostarse. Un tueste rápido en un tostador con baja convección, aunque el grano haga crack, sus cualidades sensoriales son bajas en desarrollo, y el resultado son sabores planos y levemente vegetales, mientras que tostarlo durante más tiempo le dará al calor el espacio de tiempo para llegar al centro y desarrollar de mejor forma los sabores. Una convección muy baja impide que el grano se desarrolle bien y se hornee, muy posiblemente dará aromas ahumados o cenizos ya que tampoco succiona el humo del cilindro. 

Un ejemplo de un tostador con alta convección es la Ikawa o un tostador de lecho fluido. En este tostador el flujo de aire es muy alto y como resultado tenemos cafés muy bien desarrollados en pocos minutos. En un tostador de cilindro, en el que la convección es más baja, los perfiles tomarán más tiempo. 

El tiempo en el tueste es muy importante ya que marca el ritmo en el que los sabores se crean. Tuestes demasiado rápido no desarrollan bien sus cualidades resultando en una taza con sabores vegetales, cereales, y poco expresivos. Si el tiempo es muy largo el café resulta poco expresivo, con una acidez opaca, dulzura opaca y bastante genérico. Un tueste bien desarrollado y con tiempo suficiente nos da una taza brillante, dulce, compleja, jugosa y muy agradable. 

¿Cómo saber si mi tostador de cilindro tiene suficiente convección? Existe un truco simple para probarlo: Mientras estés tostando, quita el chuzo o muestrero y coloca un encendedor frente al hoyo del chuzo, si la llama de fuego se va hacia adentro del tostador es que si hay suficiente flujo de aire. Si la llama de fuego se aleja del tostador es que no hay flujo de aire y muy posiblemente verás que sale humo y tamo del tostador. Si la llama no se mueve es que el flujo es mínimo. 

Espero que está pequeña explicación de conducción y convección les sirva para comprender mejor su maquinaria y puedan tomar buenas decisiones para mejorar sus perfiles. 

FIN