Modelación matemática del equilibrio de la humedad relativa del aire en contacto con los granos de café recién tostados - Pérez Fernández, Amanda (2025)
La investigación analizó la rapidez en que se estabiliza la humedad relativa del aire en contacto con los granos de café recién tostados como un método indirecto para para determinar el equilibrio higroscópico mediante el método semiestático. El café ha sido crucial para la economía de Costa Rica, que cuenta con más de 38000 familias productoras y 93697 hectáreas cultivadas, en el periodo 2022-2023 se exportaron aproximadamente 705000 sacos de 60 kg de café tostado mundialmente, de los cuales 9000 provinieron de Costa Rica (INSTITUTO DEL CAFÉ DE COSTA RICA, 2023). El estudio de la cinética de la humedad relativa permitió ajustar modelos matemáticos para representar la transferencia de masa. Se determinó un criterio técnico basado en la derivada de la ecuación para establecer el tiempo y la humedad relativa de equilibrio del sistema que contiene los granos de café tostados. Se analizó la rapidez del equilibrio higroscópico del café en siete niveles de tueste, establecidos según la temperatura de extracción del tostador, desde 210 °C hasta 240 °C, en intervalos de 5 °C, almacenados a tres temperaturas: 10, 25 y 35 °C. Se determinó que las ecuaciones de secado en capa delgada representaron eficazmente la transferencia de masa en granos de café tostado, siendo el modelo de Page el más adecuado para representar la cinética de la humedad relativa del aire en contacto con los mismos, debido a su adecuado ajuste estadístico, simplicidad y amplio uso en productos agrícolas. El coeficiente cinético k reflejó la rapidez del equilibrio. Esta variable y el tiempo que tardó el sistema en estabilizarse dependieron de la temperatura de almacenamiento y el nivel de tueste de los granos. El equilibrio térmico se alcanzó más rápido que el equilibrio higroscópico. El equilibrio térmico se alcanzó en menos de 5 h y la humedad relativa de equilibrio del aire se alcanzó en 9 h para todos los niveles de tueste. En los niveles de tueste entre 210 y 220 °C, la humedad relativa de equilibrio fue mayor conforme aumentó la temperatura de almacenamiento. En los tuestes entre 225 y 240 °C, la temperatura de almacenamiento no afectó la humedad relativa de equilibrio y fue determinada por el nivel de tueste de los granos. El nivel de tueste de los granos determinó su contenido de humedad. La relación entre contenido de humedad y actividad de agua en el café tostado se modeló mediante ecuaciones de equilibrio higroscópico, siendo los modelos de Vargas y el propuesto los más adecuados. La temperatura de almacenamiento no afectó la relación de equilibrio entre el contenido de humedad y la actividad de agua. Se demostró la equivalencia entre actividad de agua del café tostado y humedad relativa de equilibrio del aire. La humedad relativa óptima para el almacenamiento del café tostado se encontró entre 20 y 35 %, correspondiente a un contenido de humedad de 2,5 a 5,0 % b.s. Se recomienda utilizar esta investigación para establecer normativas de comercialización del contenido de humedad del café tostado de especialidad de Costa Rica.