Scienza della torrefazione

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Trasferimento di calore

RS 4.05 Calore specifico e conducibilità

Calore specifico è una misura della quantità di energia termica necessaria per modificare la temperatura di una sostanza. Il calore specifico di una sostanza può cambiare a diverse temperature. L'acqua ha un più alto calore specifico di ghiaccio, per esempio, perché molecole di acqua liquida hanno più modi di muoversi, e quindi più modi per immagazzinare energia nel loro movimento, rispetto all'acqua molecole nel ghiaccio fare.

Nel ghiaccio solido, l'acqua immagazzina la sua energia termica sotto forma di vibrazioni. Nell'acqua liquida, molecole possono muoversi più liberamente (e quindi avere più 'gradi di libertà'). L'acqua liquida ha quindi più modi per immagazzinare l'energia termica e quindi una maggiore calore specifico capacità rispetto al ghiaccio.

I processi esotermici ed endotermici in un chicco di caffè (vedi lessons 3.093.10) contribuiscono al modo in cui un chicco risponde al calore mentre si trova all'interno della tostatrice: i processi esotermici riducono la quantità di energia necessaria per aumentare la temperatura del chicco, mentre i processi endotermici la aumentano.

Poiché l'energia di questi processi non può essere misurata separatamente durante la tostatura, sono generalmente combinati in un'unica misurazione (nella modellazione, questo è indicato come un "parametro concentrato"), che chiameremo "efficace calore specifico'. L'efficace calore specifico include il calore specifico del materiale stesso, nonché eventuali contributi derivanti dall'evaporazione dell'acqua e dalle reazioni chimiche all'interno del chicco.

Prima della tostatura, i chicchi contengono una notevole quantità di umidità, che a sua volta ha un effetto elevato calore specifico. Un contenuto di acqua più elevato aumenta quindi il calore specifico del caffè (Chandrasekar e Viswanathan 1999). Le stime del calore specifico di chicchi di caffè verde prima della tostatura variano da circa 1,0 (Chandrasekar e Viswanathan 1999) a 1,9 kJ kg-1 K-1 (Cardoso et al 2018).

L'iniziale calore specifico di un caffè dipende dal suo contenuto di umidità e dalla sua composizione. Uno studio ha confrontato i fagioli di diverse fattorie all'interno di un unico comune in Colombia,