Directo al grano: un minisensor de temperatura ayuda a ahorrar energía en la producción de café

La industria alimentaria alemana dedica cada año cerca de mil millones de kilovatios/hora de energía a secar y tostar café en grano, frutos secos y fruta. La clave para conseguir ahorros de energía importantes pasa por determinar las temperaturas y tiempos de procesamiento óptimos. El Instituto Alemán de Metrología (PTB), ha desarrollado un nuevo proceso para medir la conductividad térmica y la difusividad térmica de objetos pequeños como los granos de café. Para ello, ha utilizado un sensor compacto  de temperatura de HBM.

Hasta la fecha, la capacidad térmica del café únicamente se podía determinar empleando café molido y prensado, lo cual no constituía ningún problema porque la estructura del material no influye en esta constante. En cambo, las propiedades de transporte térmico sí que dependen de la estructura. Por lo tanto, estas propiedades solo se pueden medir con suficiente precisión si se utilizan granos de café enteros. Sin embargo, los granos de café eran demasiado pequeños para la tecnología de medición existente con anterioridad, así que la conductividad y la difusividad térmicas solo se podían calcular de forma aproximada.

Extremadamente pequeño y potente

El sensor de temperatura TT-3/100 de HBM tiene un espesor de tan solo 50 µm, y una superficie de medición de 3,1 mm x 3,0 mm. Con estas dimensiones, puede asimilarse a un sensor "puntiforme". De hecho, es así como se le representó en la modelización matemática de este nuevo método. Un amplio intervalo de temperatura de aplicación, comprendido entre -50 °C y +180 °C, permite utilizar el sensor tanto en los procesos de liofilización como de tueste de los granos de café.

Un método de medición innovador

Gracias a la miniaturización del sensor TT-3/100, el PTB pudo desarrollar un método de medición innovador con el que es posible determinar las propiedades térmicas de los granos de café. Este método consta de varios pasos. En primer lugar, el grano de café se divide en dos mitades y se coloca el sensor entre ambas. Las superficies de contacto tienen que ser regulares para garantizar un buen contacto térmico. El sensor no se pega con un adhesivo: simplemente, se coloca en su posición aplicando presión al grano de café con unas pinzas, y funciona al mismo tiempo como sensor de temperatura y como fuente de calor definida.

El sensor TT-3/100 recibe una alimentación de entre 8 y 10 mA y se calienta durante el proceso de medición. Cuanto peor es la conducción del calor desde el interior del grano hacia el exterior, más rápida e intensamente aumenta la temperatura y la resistencia eléctrica del sensor.

Los resultados de medición de la difusividad y la conductividad térmicas se obtienen en apenas unos minutos. Si se conoce la densidad del grano también se puede calcular su capacidad térmica específica. La densidad se puede calcular de modo sencillo aplicando el principio de Arquímedes. En lugar de la conductividad térmica, también se puede calcular la humedad del grano.

Resultados fiables y precisos

La fiabilidad del método se ha comprobado utilizando muestras de referencia cuyas propiedades de transporte térmico se conocían con precisión. El calor específico medido para el café en grano se puede comparar con el del café molido. La correlación es excelente.

Un método de medición eficiente para diversas aplicaciones

El Dr. Ulf Hammerschmidt, del PTB, está seguro de que este nuevo método abrirá la puerta a nuevas aplicaciones en sectores muy variados. La importancia de la conductividad y la difusividad térmicas como parámetros materiales va mucho más allá del sector de la alimentación. Este método también puede acelerar los procesos de ensayo, seguimiento y aprobación de nuevos materiales aislantes en el sector de la construcción, ya que ofrece resultados fiables en cuestión de minutos, en lugar de días. La evaluación de los materiales de construcción existentes podría complementarse con mediciones de campo sencillas.

La cooperación como base de la innovación

El PTB ofrece  su tecnología a terceros a través de licencias. HBM, a su vez, colabora con titulares de licencias del PTB. La estrecha colaboración entre el PTB, los titulares de las licencias y HBM conforma una base ideal para el desarrollo innovador. El Dr. Hammerschmidt manifiesta su satisfacción: "Nos gusta colaborar con HBM. Nos aportan competencia técnica y nos suministran los productos fiables y de alta calidad que necesitamos para desarrollar métodos de vanguardia".

El cliente: PTB

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