¿Por qué nadie ha fabricado todavía un pequeño molino de rodillos asequible? ¿Qué tan difícil puede ser?

Los molinillos industriales, de los que se utilizan para producir monodosis de café expreso o paquetes de supermercado de café premolido, son más o menos exclusivamente molinos de rodillos. El más sofisticado de estos molinillos puede moler café sin calentar significativamente los posos, y en el proceso producir distribuciones de tamaño de partícula muy estrechas con un mínimo finos. Esto hace molinos de rodillos ideales para moler café, salvo el inconveniente de que son muy caras, demasiado grandes y complejas para ser utilizadas en cafés o pequeñas tostadoras.

Cuáles son Molinos de rodillo?

Un molino de rodillos muele café pasándolo entre un par de cilindros de acero ranurado que giran uno contra el otro, forzando el café a través del espacio intermedio. Pueden moler grandes volúmenes de café, normalmente medidos en kg / h, lo que los hace esenciales para aplicaciones industriales.

Molinos de rodillos también puede producir partículas de café relativamente esféricas, con una distribución de tamaño de partícula muy definida y estrecha, lo cual es parte de la razón por la que las cápsulas de espresso pueden producir extracciones tan altas en poco tiempo (J. Hoffmann, 2015). Multietapa molinos de rodillos También se puede configurar para producir distribuciones de tamaño de partículas multimodales específicas, por ejemplo, si se prefiere una distribución bimodal para el espresso.

Molinos de rodillos utilizados en el café siempre tienen al menos 2 pares de rollos: el primer par son los pre-rompedores, que trituran aproximadamente los granos en trozos más pequeños de aproximadamente 1 mm de tamaño. El segundo par luego se aplica cortar estrés para 'cortar' estas piezas al tamaño deseado (M. Petracco, 2005). El tamaño de molienda más uniforme se logra mediante el uso de múltiples etapas de molienda que reducen progresivamente el tamaño de las partículas (RJ Clarke, 1987).

Los rodillos de molienda tienen ranuras en sus superficies llamadas corrugaciones, diseñadas para sujetar y cortar los granos de formas específicas. Los rollos deben fundirse y cortarse con gran precisión, lo que significa que la fabricación de los rollos en sí es costosa.

Se debe utilizar una técnica especial llamada fundición a presión centrífuga, explica el Dr. Stefan Schenker, jefe de la Unidad de Negocio de Café en Bühler: el metal fundido se vierte en un molde, que luego se hace girar a altas velocidades para forzar el metal hacia los bordes del molde y eliminar las burbujas o huecos microscópicos.

Una vez que se ha fundido el rollo, las corrugaciones en los rollos deben cortarse, por lo general, en un ligero ángulo con el eje para que giren alrededor del rollo, a fin de evitar enganchar toda la longitud de una corrugación a la vez. Debido a los complejos procesos de fabricación involucrados, el costo de los rollos de reemplazo asciende a miles de dólares, si no a decenas de miles, dice Schenker.

Trituración y corte

Lograr una distribución de tamaño de partícula estrecha y partículas más esféricas requiere fuerzas de corte (cortar) en lugar de triturar el frijol (compresión). Si los rodillos se mueven a la misma velocidad, las partículas se trituran a medida que se introducen en el espacio cada vez más estrecho entre los rodillos, creando una amplia gama de tamaños de partículas a medida que los granos se rompen.

Para producir el movimiento de corte que produce un tamaño de partícula más definido, los rodillos deben moverse entre sí a diferentes velocidades. Cuando esto sucede, las superficies de los rodillos se mueven entre sí, lo que genera cortar fuerzas sobre las partículas de café. Molinos de rodillos utilizados para el café suelen tener corrugaciones inclinadas en forma de U que producen bordes muy afilados, por lo que este tipo de cortar Las fuerzas creadas generalmente se describen como 'cortar' y funcionan de manera similar al movimiento de corte de un par de tijeras, en oposición al movimiento puro 'cortar'fuerzas que serían creadas por rollos contundentes o suaves.

Triturar y cortar molinos de rodillos. Cuando los rollos se mueven a la misma velocidad (a), los granos son triturados por compresión fuerzas (mostradas por flechas rojas) a medida que son forzadas a través del espacio entre los rodillos. Cuando los rodillos se mueven a diferentes velocidades (b), las partículas son 'cortadas' por cortar fuerzas en direcciones opuestas (mostradas por flechas rojas). Aunque ambos rodillos giran hacia el centro, la diferencia de velocidad entre ellos significa que las fuerzas sobre las partículas actúan en direcciones opuestas, creando la cortar fuerza necesaria para crear la acción de corte de los rodillos.

Controlar la velocidad relativa de cada uno de los rodillos individualmente es un desafío técnico y es un factor importante que contribuye a la complejidad y el tamaño de molinos de rodillos. “Los molinillos modernos de 3 etapas son costosos porque el mundo de las cápsulas de espresso ha exigido un salto tecnológico”, explica un técnico en molinillos de una importante empresa tostadora. "La calidad de la molienda depende de modular la velocidad de los rodillos, lo que requiere nueva tecnología, como inversores y nuevos motores, y los rodillos requieren nuevos materiales y una construcción de alta precisión".

Ajuste del tamaño de molienda

Porque molinos de rodillos triturar en varias etapas, ajustar correctamente el tamaño de la trituración significa no solo ajustar el espacio entre el último par de rodillos, sino también ajustar el espacio entre cada par. Ajustar el tamaño del espacio es mucho más complejo que ajustar el espacio entre concéntricos molino, y requiere mecanismos complejos y costosos para controlarlo (M. Petracco, 2005).

Mantener la alineación es un problema particular. En trituradoras de rebabas, donde el molino son pequeñas y solo hay dos ejes de alineación, la alineación es relativamente simple y no se ve afectada por los cambios de tamaño de molienda. En un par de rodillos, ambos extremos deben moverse exactamente la misma cantidad para mantener la alineación. La distancia entre los puntos de alineación, y el hecho de que cada extremo debe estar perfectamente alineado en tres dimensiones, hace que la alineación en molinos de rodillos mucho más complicado que en las amoladoras de fresas, y las herramientas de alineación de rodillos son toda una industria en sí mismas.

Para mantener una distribución estrecha del tamaño de partícula, también es necesario ajustar muchos otros factores, incluidas las velocidades de los rodillos, la diferencia de velocidad entre ellos, la velocidad de alimentación de los granos de café desde la tolva, el número de etapas de molienda utilizadas e incluso el tipo de rodillos. usó. La mejor configuración para un tamaño de molienda dado se debe encontrar mediante prueba y error (M. von Blittersdorff y C. Klatt, 2017). Por lo tanto, ajustar la molienda no es a menudo una simple cuestión de ajustar el espacio entre los rodillos, sino un proceso que requiere mucho tiempo y requiere un operador experto y puede implicar cambiar los rodillos y ajustar muchas otras configuraciones.

Tamaño de rollo

El primer paso para producir un molino de rodillos compacto sería reducir el tamaño de los rodillos. Sin embargo, existen dos limitaciones importantes sobre el tamaño del rollo:

En primer lugar, el diámetro está limitado debido a la forma en que los granos de café entran en el rollo. “Necesita un cierto ángulo [entre los rollos] llamado ángulo de alimentación, que limita lo pequeño que puede ser el rollo”, dice Schenker. Esto significa que los rollos efectivos más pequeños para café tienen 200 mm de diámetro, dice, lo que pone un límite estricto a la capacidad de estos molinillos para reducir la escala.

El ángulo de alimentación, también llamado ángulo de pellizco, es el ángulo entre los rollos en el punto en que entran en contacto con el frijol (mostrado en rojo). Los rollos más pequeños (b) tienen un ángulo de alimentación más grande, lo que afecta su capacidad para introducir el café en el espacio entre los rollos.

La segunda limitación está relacionada con los sistemas de refrigeración. Debido a que el diámetro de los rollos tiene que ser mucho mayor que el espesor de molino, se expanden mucho más cuando se someten al calor que molino hacer. En los molidos de espresso, el espacio entre los rollos es de solo unas pocas micras, por lo que incluso una pequeña expansión en el acero puede causar problemas, explica Schenker.

Molinos de rodillos normalmente se enfrían con agua que corre a través del núcleo del rollo. Este tipo de mecanismo de enfriamiento solo es posible con una cierta longitud de rollo, lo que limita lo pequeños que pueden llegar, dice. "Si realmente quisieras un resultado consistente, sería necesario enfriar".

¿Qué tan pequeña puede Molinos de rodillo ¿Ser?

El tamaño de los mecanismos necesarios para establecer y ajustar el espacio y la velocidad de molienda, y la complejidad involucrada en obtener los ajustes correctos, significa que incluso los más pequeños molinos de rodillos no son prácticos en entornos de café.

Sin embargo, hay algunos ejemplos de molinos de rodillos allí afuera. Molinos de rodillos se utilizan comúnmente para triturar granos para la elaboración de cerveza, por ejemplo, y para este propósito incluso es posible comprar pequeños molinos de manivela. Sin embargo, los requisitos particulares de la molienda de café significan que este tipo de molino no funcionará bien para el café. “El café es uno de los procesos de molienda más desafiantes que se pueden encontrar en la industria alimentaria”, dice Schenker. "La distribución del tamaño de las partículas es muy importante y el café tiene propiedades engañosas: se adhiere a todas partes debido a los aceites y la estática".

Debido a que la distribución del tamaño de partícula no es tan importante en la elaboración de cerveza, estos molinos se pueden fabricar con mecanismos mucho más simples que simplemente trituran los granos; sin embargo, esto los hace inútiles para su uso en café, donde un molinillo de rebabas equivalente puede producir una mejor calidad de molienda.

“Bühler está trabajando ahora mismo en un molino de rodillos a menor escala llamado Grindprecise, diseñado para alta precisión pero menor rendimiento, por ejemplo, para sistemas de llenado de cápsulas”, dice Schenker. Incluso este molino a pequeña escala, sin embargo, estará diseñado para volúmenes de alrededor de 50-200 kg por hora. los molino de rodillos comercial más pequeño disponible para café tiene dos pares de rollos en lugar de los tres habituales, y utiliza rollos inusualmente pequeños de 140 mm, pero el cuerpo principal todavía tiene más de un metro de alto y medio metro de ancho, incluso sin incluir el soporte y la tolva.

Tambien hay molinos de rodillos diseñados para uso en laboratorio, que tienen los mismos mecanismos que sus primos de tamaño completo, y utilizan rollos del mismo diámetro pero de longitud mucho menor. Estos se pueden usar para probar diferentes configuraciones para lograr la distribución ideal del tamaño de partícula. Sin embargo, debido a los complejos mecanismos requeridos, estos siguen siendo equipos muy grandes en comparación con las amoladoras de disco.

"Molinos de rodillos se necesitan tres pares de rollos para molidos finos, varios motores potentes, raspadores para mantener los rollos despejados y un mecanismo de alimentación para asegurarse de que los granos se alimenten de manera uniforme a los rodillos ”, explica Schenker. "En una amoladora de disco, todo este trabajo se realiza en una sola etapa".

El futuro

Dadas no solo las limitaciones de tamaño y costo, sino también los complejos ajustes involucrados en el establecimiento de un tamaño de molienda, molinos de rodillos siguen siendo poco prácticos para el uso a pequeña escala. Sin embargo, esto no significa que sea imposible construir un molino de rodillos más pequeño en el futuro, dice Schenker. “Si me preguntaran si es posible, en teoría diría que sí. Sin embargo, seguiría siendo voluminoso y caro, pero al mismo tiempo tendría que comprometerse con las cosas ".

La precisión de fabricación está mejorando todo el tiempo, y los revestimientos y materiales novedosos, como la cerámica, ofrecen una mayor dureza y rigidez. El espacio entre rodillos y la alineación en la moderna molinos de rodillos puede ser controlado por computadora, lo que permite realizar ajustes menores en el tamaño del molido durante el funcionamiento en lugar de con el molinillo apagado (D Efraín, 2006), que es un paso importante para facilitar su uso.

Vale la pena señalar que el enfoque en la calidad de la molienda es un fenómeno relativamente reciente, señala Schenker. “Cada vez más fabricantes se han dado cuenta de que la distribución del tamaño de las partículas realmente importa; con la aparición de los sistemas de cápsulas, esto ha cambiado drásticamente”, dice. “En los últimos 5 a 7 años, esto se ha vuelto más importante, pero realmente depende de la aplicación: para los paquetes minoristas de café de filtro, a nadie realmente le importa [la distribución del tamaño de partículas]”. Incluso algunos grandes fabricantes han tardado en cambiar a molinos de rodillos, él dice. "Incluso he visto grandes fábricas que utilizan alrededor de 30 amoladoras de disco en lugar de un molino de rodillos".

Quizás esto signifique que como molinos de rodillos se adopte más ampliamente, el costo podría reducirse un poco, incluso si existen limitaciones en el tamaño. Sin embargo, la calidad de molienda disponible en las amoladoras de fresas también está mejorando, por ejemplo con nuevos materiales y diseños de rebabas, o un mejor control sobre velocidad de molienda y temperatura, lo que podría reducir la brecha que existe actualmente entre las amoladoras y molinos de rodillos.