Determination of thermal properties of coffee beans at different degrees of roasting

Abstract

The aim in this study was to determine the main thermal properties of the granular mass of coffee (specific heat, thermal conductivity, and thermal diffusivity) for different degrees of roasting, as well as to model and simulate thermal conductivity at different degrees of roasting. For determination of specific heat, the mixing method was used, and for thermal conductivity, the theoretically infinite cylinder method with a central heating source. Thermal diffusivity was simulated algebraically using the results of the properties cited above and of the apparent specific mass of the product. Thermal conductivity was also simulated and optimized through finite element analysis software. As results, at darker roasting there was an increase in specific heat and a reduction in thermal conductivity and thermal diffusivity. Comparing thermal conductivity determined in relation to simulated and optimized conductivity, the mean relative error was 1.02%, on average.

Este trabalho teve como objetivo determinar as principais propriedades térmicas da massa granular de café (calor específico, condutividade e difusividade térmica), para diferentes pontos de torra bem como modelar e simular a condutividade térmica em diferentes graus de torração. Para a determinação do calor específico utilizou-se o método das misturas e para a condutividade térmica o método do cilindro teoricamente infinito com fonte de aquecimento central. A difusividade térmica foi simulada algebricamente utilizando-se os resultados das propriedades citadas anteriormente e da massa específica aparente do produto. Condutividade térmica foi, também, simulada e otimizada através do software de análise por elementos finitos. Como resultado foi observado que em torras mais escuras houve um aumento do calor específico e uma diminuição de condutividade e difusividade térmica. Através da comparação entre a condutividade térmica determinada e a condutividade simulada e otimizada verificou-se que o erro médio relativo, em média, foi de 1,02%.