Departamento de Ciencias Exactas e Ingeniería
Carrera de Ingeniería Química/ Industrial/Comercial
Producción del café
Proyecto en Procesos Automatizados
Ingrid Alba Nina
Cochabamba – Bolivia
Junio de 2021
PRODUCCION DEL CAFÉ
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Elaboracion del cafe, Guías, Proyectos, Investigaciones de Procesos de Producción
El proyecto describe la elaboracion del cafe y contiene una simulacion.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2020/2021
1 / 16
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Departamento de Ciencias Exactas e Ingeniería
Carrera de Ingeniería Química/ Industrial/Comercial
Producción del café
Proyecto en Procesos Automatizados
Ingrid Alba Nina
Cochabamba – Bolivia
Junio de 2021
PRODUCCION DEL CAFÉ
INTRODUCCION
La historia menciona al café con datos provenientes de la Etiopía antigua, sin embargo la costumbre de tomar la bebida derivada del grano de café es originaria de Arabia, y fueron los habitantes de esta región los primeros en descubrir las potencialidades de este fruto y extender sus beneficios a lo largo de Europa en principio y posteriormente a otras regiones del globo. El café es una de las bebidas mas consumidas en el mundo, deriva de los frutos de una planta originaria del África que pertenece a la familia de las Rubiáceas y al genero "Coffea", cuyas especies comercialmente conocidas son: la Arabica (Coffea Arábica que se desarrolla entre 800 y 1.800 m.s.n.m), y Robusta ( Coffea Canesphora , con cultivos a altitudes de menos de 800 m.s.n.m.). Las características principales del café están en el grano mismo que se encuentra dentro del fruto de la planta, denominado cereza que según la zona de cultivo, el sistema de post cosecha y hasta la forma y nivel de tueste del mismo hasta llegar a la taza, pueden influir en las características organolépticas del mismo. Es una bebida estimulante y se han realizado una serie de estudios sobre las ventajas para la salud en el consumo regular y moderado del café, no solo por el nivel de cafeína que contiene el fruto si no por que contiene otras substancias como ácidos clorogénicos, sales minerales, aminoácidos, lípidos, niacina, azúcares complejos y otros, los resultados de esas investigaciones en los principales sistemas del cuerpo humano indican que su consumo favorece al Sistema Urinario, Sistema Nervioso, Sistema Circulatorio, Sistema Respiratorio, Sistema Digestivo. Otros estudios no menos confiables, adhieren además la posibilidad de que el café controla los ataques de asma y hasta previene algunos tipos de cáncer. En Bolivia el cultivo de café se remonta al año 1780 introducido por los esclavos de la realeza africana que huían del Brasil, en principio el café servia como cultivo de lindero para marcar los límites de la propiedad rural, recién a partir del año 1950 se constituye como producción rentable, con excedentes que son destinados a la exportación. El sector cafetalero es considerado uno de los pilares más importantes dentro de la política agropecuaria de Bolivia, con una producción anual de 170.000 sacos de 60kg de café oro. Siendo el departamento de La Paz el principal productor de café en el país, con una producción que abarca el 95,5% de la producción nacional, abarcando una superficie cultivada de 22.920Has. El restante 4,5% es producido en los departamentos de Santa Cruz, Cochabamba, Tarija, y Beni. Esta producción genera ingresos al país por un monto promedio de $US 17.480.000, siendo el café un producto no tradicional que genera más divisas al país después de la joyería en oro, madera y castaña. Los principales mercados del café boliviano son: Alemania, Holanda, España, Bélgica y Estados Unidos.
La calidad y la especie vegetal permiten diferenciar las variedades de café entre los cuales predominan: Arábica (Coffea arábica) considerado como de mejor calidad y menor contenido en cafeína; Robusta (Coffea canéphora) señalada como de menor calidad, pero con más contenido en cafeína y acidez. El 93% del café de origen boliviano es la Arábica tales como la Typica o Criolla, Caturra y Catuai con un 7%. Bolivia está clasificada como país productor del tipo de café “Otros suaves”. El proceso de preparación del café boliviano es por vía húmeda, es decir se inicia con la cosecha que debe ser selectiva - solo de frutos maduros-; posteriormente y en forma inmediata el despulpado, o pelado, chutado o desmucilaginado; luego fermentado anaeróbico (realizado por bacterias anaerobias) sin oxígeno dentro de los tanques o bateas de fermentación; luego el lavado con agua limpia finalmente el secado en tarimas, patios de cemento (cachis) o secado mecánico (guardiolas). Ilustración 2 Evolución del precio internacional del café (Otros Suaves) Fuente: (Ministerio de Relaciones Exteriores, 2019) Actualmente, en un contexto internacional caracterizado por precios fluctuantes, la cotización del café experimentó un ascenso a diciembre de 2019, fluctuando en 1, dólares por libra. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Con el presente proyecto se pretende proponer alternativas de automatización de los distintos procesos que conlleva la producción de café, tanto el café en grano como el molido, esto con el fin de mejorar la calidad y eficiencia de producción del producto.
DIAGRAMA DE PROCESOS
Diferentes soluciones de almacenamiento en silos para el grano verde, grano tostado y café molido, se adaptan a necesidades individuales de cada proceso. El aroma del café está protegido por inyección de gas inerte. Silos BUHLER de café en grano Sistema de control de manejo del grano de café, que controle: o Interruptor o Sensor de retardo a la conexión/desconexión del compresor de aire o Compresor de aire o Sensor de retardo a la conexión del compresor de gas inerte o Compresor de gas inerte o Sensor de retardo a la conexión/desconexión del compresor de aire o Compresor de aire Nota: Los silos mantienen un nivel de humedad, para que no entren agentes patógenos, la inyección del gas inerte mantiene seco el grano. Tostado La tecnología de tostado, permite control preciso de la generación de aroma y propiedades físicas del grano a través de perfiles de tostado. Cabe recalcar que antes de establecer el tueste es importante establecer el punto de partida del tueste al analizar varios factores como; la densidad, el contenido de humedad, el tamaño de malla y el peso del lote, estos influyen en el perfil de tueste final. Los cafés de baja densidad y dureza necesitarán una temperatura de carga inicial menor, ya que pueden sobre tostarse fácilmente. Los cafés de mayor densidad necesitan una temperatura inicial mayor para secar el café más rápido y experimentar un mejor desarrollo. La variedad juega un papel crucial en la forma de tostar el café. Todas las variedades tienen densidades diferentes, sin importar la altitud y la ubicación de la finca. Algunas variedades tienen formas redondeadas, lo cual facilita el tueste, mientras que otras son alargadas o puntiagudas. Estas últimas son muy difíciles de tostar, ya que hay que tener cuidado de no quemar las puntas de los granos. Ilustración 4 Esquema del tostado de café
Fuente: Arnez, 2018 TNB – 25 PRO (Tostadora de café automática) Sistema de control de tostado, que controle: o Interruptor o Bomba o Turbina crudo (Proporciona la energía mecánica) o Sensor de retardo a la conexión/desconexión o Registro crudo (cantidad de grano de café) o Sensor de retardo a la conexión o Quemador de la tostadora o Compresor de aire o Turbina tostadora o Controlador de temperatura (180֯ C- 240֯ C) o Sensor de retardo a la conexion/desconexion o Puerta de la tostadora o Sensor de radiacion o Sensor de retardo a la conexión o Turbina de enfriado o Sensor de retardo a la conexión/desconexión o Registro enfriador Nota: La temperatura es un parámetro importante a tomar en cuenta, ya que de esto depende el aroma y sabor. Una vez tostado disminuye la humedad y crece en volumen. Ilustración 5 TNB-15 PRO
Fuente: Innoenvas, 2018 Envasado del café en grano El envasado de café se hace al vacío para conservar sus propiedades organolépticas. Maquina envasadora o Interruptor o Linea de transporte o Dosificador volumétrico de café o Máquina de envasado al vacío REEPACK o Grupo aplicador de gas inerte o Grupo válvula desgasificación (aplicador de válvula de desgasificación) Ilustración 7 Grupo válvula desgasificación Fuente: Baques, 2016 Etiquetado o Interruptor o Linea de transporte
o Maquina etiquetadora o Contadores de producción o Sistemas de visión In-Sight con tecnología de extracción de características (identifican errores y defectos como etiquetas rotas, rasgadas o torcidas) Molido El molido es una operación clave dentro de la cadena de elaboración de un buen café, a la que se le da muy poca importancia. El grano molturado debe tener una granulometría perceptible al tacto y no llegar a tener una consistencia harinosa. Si está poco molturado, al realizar la infusión, no se extraerán todos los sabores, y si lo está excesivamente, se disolverán excesivamente los componentes menos aromáticos y más amargos, además de formarse una pasta que dificultará el proceso. Es importante el control de la temperatura del café molido: esta no puede estar por encima de 50ºC (lo ideal es conseguir que no supere los 35ºC) ya que a partir de aquí podemos notar gustos de café requemado y además tendremos más pérdidas de gases y aromas de lo habitual. La velocidad del motor, el estado de las fresas o rodillos y la refrigeración del sistema son elementos que hay que tener en cuenta para preservar la calidad del café. MFI-300 (Molido de café industrial) Interruptor Motor del MFI- Controlador de temperatura Alimentador sinfín SERIE-1 (para el transporte del café molido hasta la envasadora) Ilustración 8 MFI- Fuente: Innoenvas, 2019 Envasado del café en molido Sistema de control de proceso de envasado o Interruptor o Pesadora electrónica lineal PL-
Fuente: Innoenvas, 2018 Ilustración 12 Alineador de band SERIE- Fuente: Innoenvas, 2018 Ilustración 13 Tecnología SERVO-MOTORES Fuente: Innoenvas, 2018 Ilustración 14 Mordazas electrónicas con control de posición
Fuente: Innoenvas, 2018 SIMULACION EN LOGO SOFT DEL PROCESO DE TOSTADO DEL CAFÉ
Pasando los 20 seg de retardo a la conexión del T005, se acciona: T005 (temporizador retardo conexión/desconexión de 20 seg de la turbina de enfriado).