Scienza della torrefazione

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Trasferimento di calore

RS 4.12 Flusso d'aria

I torrefattori spesso trascurano un parametro critico nel trasferimento di calore: il flusso d'aria. La velocità di trasferimento del calore dipende non solo dalla differenza di temperatura tra l'aria e i chicchi, ma anche dal flusso d'aria attorno ai chicchi.

Il flusso d'aria spiega perché un forno ventilato (chiamato anche forno a convezione) cuoce il cibo più rapidamente di uno convenzionale: il flusso continuo di aria calda che soffia oltre il cibo trasferisce il calore in modo più efficiente rispetto all'aria calda statica in un forno convenzionale. La stessa cosa accade al contrario quando esci in una giornata ventosa: l'aria che ti soffia davanti sembra più fredda perché può assorbire il calore dal tuo corpo più rapidamente.

In un forno convenzionale (a sinistra), il calore viene trasferito al cibo dall'aria. Di conseguenza, l'aria più vicina al cibo diventa leggermente più fredda, riducendo la velocità di trasferimento del calore. In un forno ventilato (a destra), la ventola fornisce un flusso costante di aria calda fresca, quindi il cibo cuoce più rapidamente.

È quindi possibile che l'aria a temperatura più bassa che si muove ad alta velocità trasferisca ai chicchi la stessa quantità di calore dell'aria a temperatura più alta che si muove a velocità inferiore (Fernandes 2019). A qualsiasi temperatura dell'aria, l'aumento del flusso d'aria aumenta la velocità di trasferimento del calore per convezione.

Nella tostatura industriale, il flusso d'aria è solitamente descritto in termini di "rapporto aria/chicchi": il rapporto tra la massa totale di aria soffiata nella tostatrice e la massa dei chicchi da tostare. L’aumento del rapporto aria/chicchi per una data temperatura dell’aria consente una tostatura più rapida, e quindi molti torrefattori industriali utilizzano rapporti aria/chicchi elevati per aumentare l’efficienza in termini di costi e tempo del processo.

Nella maggior parte delle tostatrici a tamburo, tuttavia, l'operatore non controlla direttamente la temperatura dell'aria in entrata. L'operatore, invece, regola la quantità di potenza erogata dal bruciatore modificando la pressione del gas. Aumentando il flusso d'aria in una tostatrice a tamburo è possibile abbassare la temperatura dell'aria nel tamburo perché il bruciatore deve riscaldare il volume maggiore di aria che passa attraverso la tostatrice.