Moinho de rolos de bancada? – Barista Hustle

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Por que alguém ainda não fez um pequeno moinho de rolos acessível? Quão difícil isso pode ser?

Os moedores industriais, do tipo usado para produzir cápsulas de café expresso ou embalagens de café em pó para supermercados, são mais ou menos exclusivamente moinhos de rolos. O mais sofisticado desses moedores pode moer café sem aquecer significativamente o terreno e, nesse processo, produz distribuições de tamanho de partícula muito estreitas com finos mínimos. Isso torna os moinhos de rolos ideais para a moagem de café, exceto pelo fato inconveniente de serem muito caros e grandes e complexos demais para serem usados ​​em cafés ou pequenas torrefações.

O que são moinhos de rolos?

Um moinho de rolos mói café passando-o entre um par de cilindros de aço ranhurado que giram um contra o outro, forçando o café através da abertura entre eles. Eles podem moer grandes volumes de café, normalmente medidos em kg / h, o que os torna essenciais para aplicações industriais.

Os moinhos de rolos também podem produzir partículas de café relativamente esféricas, com uma distribuição de tamanhos de partículas muito definida e estreita, o que é parte do motivo pelo qual as cápsulas de café expresso podem produzir extrações tão altas em pouco tempo (J. Hoffmann, 2015) Os moinhos de rolos de múltiplos estágios também podem ser configurados para produzir distribuições multimodais específicas de tamanho de partícula, por exemplo, se uma distribuição bimodal é preferida para café expresso.

Os moinhos de rolos usados ​​no café sempre têm pelo menos 2 pares de rolos: o primeiro par são os pré-rompedores, que esmagam os grãos em pedaços menores, com cerca de 1 mm de tamanho. O segundo par aplica tensão de cisalhamento para “cortar” essas peças no tamanho desejado (M. Petracco, 2005) O tamanho de moagem mais uniforme é alcançado usando vários estágios de moagem que reduzem progressivamente o tamanho das partículas (R.J. Clarke, 1987)

Os rolos de moagem têm ranhuras em suas superfícies chamadas ondulações, projetadas para reter e cortar os grãos de maneiras específicas. Os rolos devem ser fundidos e cortados com grande precisão, o que significa que fazer os rolos é caro.

Uma técnica especial chamada fundição centrífuga deve ser usada, explica o Dr. Stefan Schenker, chefe da Unidade de Negócios de Café da Bühler: o metal derretido é derramado em um molde, que é girado em alta velocidade para forçar o metal nas bordas do molde e eliminar quaisquer bolhas ou lacunas microscópicas.

Depois que o rolo é fundido, as ondulações nos rolos precisam ser cortadas, normalmente em um ângulo ligeiramente em relação ao eixo, para que elas girem em torno do rolo, a fim de evitar engatar todo o comprimento de uma ondulação de uma só vez. Devido aos complexos processos de fabricação envolvidos, o custo dos rolos de substituição chega a milhares de dólares, senão dezenas de milhares, diz Schenker.

Britagem e Corte

Conseguir uma distribuição estreita de tamanho de partícula e partículas mais esféricas requer forças de corte (cisalhamento) em vez de esmagar o feijão (compressão). Se os rolos se moverem na mesma velocidade, as partículas serão esmagadas à medida que são arrastadas para o espaço estreito entre os rolos, criando uma ampla variedade de tamanhos de partículas à medida que os grãos se quebram.

Para produzir o movimento de corte que produz um tamanho de partícula mais definido, os rolos precisam se mover uns contra os outros em velocidades diferentes. Quando isso acontece, as superfícies dos rolos se movem uma em relação à outra, o que gera forças de cisalhamento nas partículas de café. Os moinhos de rolos usados ​​para café geralmente têm ondulações inclinadas em forma de u que produzem arestas muito afiadas – portanto, esse tipo de força de cisalhamento criada é geralmente descrito como ‘corte’ e funciona de maneira semelhante ao movimento de corte de uma tesoura, em oposição às forças puras de “cisalhamento” que seriam criadas por rolos contundentes ou suaves.

Moinho de rolos de bancada? - Barista Hustle 2

Moinho de rolos de bancada? - Barista Hustle 3Britagem e corte em moinhos de rolos. Quando os rolos se movem na mesma velocidade (a), os grãos são esmagados pelas forças de compressão (mostradas pelas setas vermelhas) à medida que são forçados através do espaço entre os rolos. Quando os rolos se movem em velocidades diferentes (b), as partículas são ‘cortadas’ por forças de cisalhamento em direções opostas (mostradas por setas vermelhas). Embora ambos os rolos estejam girando em direção ao centro, a diferença de velocidade entre eles significa que as forças nas partículas agem em direções opostas, criando a força de cisalhamento necessária para criar a ação de corte dos rolos.

Controlar a velocidade relativa de cada um dos rolos individualmente é tecnicamente desafiador e é um dos principais contribuintes para a complexidade e o tamanho dos moinhos de rolos. “Os modernos trituradores de três estágios são caros porque o mundo das cápsulas de café expresso exigiu um salto tecnológico”, explica um técnico de trituradores de uma grande empresa de torrefação. “A qualidade da moagem depende da modulação da velocidade dos rolos, o que requer novas tecnologias, como inversores e novos motores, e os rolos exigem novos materiais e construção de alta precisão.”

Ajustando o tamanho da moagem

Como os moinhos de rolos moem em vários estágios, ajustar corretamente o tamanho da moagem significa não apenas ajustar o espaço entre o último par de rolos, mas também ajustar o espaço entre cada par. Ajustar o tamanho do espaço é muito mais complexo do que ajustar o espaço entre rebarbas concêntricas e requer mecanismos complexos e caros para controlá-lo (M. Petracco, 2005)

Manter o alinhamento é um problema específico. Em rebarbadoras, onde as rebarbas são pequenas e existem apenas dois eixos de alinhamento, o alinhamento é relativamente simples e não é afetado pelas alterações no tamanho da rebarbação. Em um par de rolos, as duas extremidades precisam ser movidas exatamente na mesma quantidade para manter o alinhamento. A distância entre os pontos de alinhamento e o fato de que cada extremidade precisa estar perfeitamente alinhada em três dimensões, torna o alinhamento em moinhos de rolos muito mais complicado do que em retificadoras de rebarbas, e as ferramentas de alinhamento de rolos são uma indústria inteira em si.

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Para manter uma distribuição de tamanho de partícula estreita, vários outros fatores também precisam ser ajustados, incluindo a velocidade do rolo, a diferença de velocidade entre eles, a taxa de alimentação dos grãos de café da tremonha, o número de estágios de moagem usados ​​e até o tipo de rolo usava. A melhor configuração para um determinado tamanho de moagem deve ser encontrada por tentativa e erro (M. von Blittersdorff e C. Klatt, 2017) Portanto, o ajuste da moagem geralmente não é uma simples questão de ajustar a folga entre os rolos, mas um processo demorado que requer um operador qualificado e pode envolver a troca de rolos, bem como o ajuste de muitas outras configurações.

Tamanho do rolo

O primeiro passo na produção de um moinho de rolos compacto seria reduzir o tamanho dos rolos. No entanto, existem duas restrições principais no tamanho do rolo:

Primeiro, o diâmetro é restrito, devido à maneira como os grãos de café entram no rolo. “Você precisa de um certo ângulo [between the rolls] chamado ângulo de alimentação, que limita o tamanho do rolo ”, diz Schenker. Isso significa que os menores rolos efetivos para café têm 200 mm de diâmetro, diz ele, o que impõe um limite rígido de quão bem esses moedores podem ser reduzidos.

O ângulo de alimentação, também chamado de ângulo de aperto, é o ângulo entre os rolos no ponto em que eles entram em contato com o feijão (mostrado em vermelho). Os rolos menores (b) têm um ângulo de alimentação maior, o que afeta sua capacidade de atrair o café para o espaço entre os rolos.

A segunda limitação está relacionada aos sistemas de refrigeração. Como o diâmetro dos rolos precisa ser muito maior que a espessura das rebarbas, eles se expandem muito mais quando submetidos ao calor do que as rebarbas. Nas máquinas de café expresso, o espaço entre os rolos é de apenas alguns mícrons, portanto, mesmo uma ligeira expansão do aço pode causar problemas, explica Schenker.

Os moinhos de rolos são normalmente resfriados com água que passa pelo núcleo do rolo. Esse tipo de mecanismo de resfriamento só é possível com um determinado comprimento de rolo, o que limita o tamanho que eles podem ter, diz ele. “Se você realmente deseja um resultado consistente, o resfriamento seria necessário.”

Quão pequenas podem ser as usinas de rolos?

O tamanho dos mecanismos necessários para definir e ajustar a folga e a velocidade de moagem, e a complexidade envolvida na obtenção das configurações corretas, significa que mesmo os menores moinhos de rolos não são práticos em ambientes de café.

No entanto, existem alguns exemplos de moinhos de rolos menores por aí. Os moinhos de rolos são comumente usados ​​para triturar grãos para fabricação de cerveja, por exemplo, e para esse fim é até possível comprar pequenas moinhos de manivela. No entanto, os requisitos específicos da moagem de café significam que esse tipo de moinho não funciona bem para o café. “O café é um dos processos de moagem mais desafiadores que você pode encontrar na indústria de alimentos”, diz Schenker. “A distribuição do tamanho das partículas é tão importante e o café tem propriedades complicadas: fica grudado em todos os lugares por causa de óleos e estática”.

Como a distribuição do tamanho de partícula não é tão importante na fabricação de cerveja, esses moinhos podem ser feitos com mecanismos muito mais simples que simplesmente esmagam os grãos – no entanto, isso os torna inúteis para uso no café, onde um moedor de rebarbas equivalente pode produzir muito melhor. moer qualidade.

“A Bühler está trabalhando agora em um moinho de rolos de menor escala chamado Grindprecise, projetado para alta precisão, mas menor produtividade, por exemplo, para sistemas de enchimento de cápsulas”, diz Schenker. Mesmo este moinho de pequena escala, no entanto, será projetado para volumes de cerca de 50 a 200 kg por hora. o menor moinho de rolos comercial disponível para café tem dois pares de rolos em vez dos três habituais, e usa rolos invulgarmente pequenos de 140 mm, mas o corpo principal ainda tem mais de um metro de altura e meio metro de largura, mesmo sem incluir o suporte e a tremonha.

Há também moinhos de rolos projetados para uso em laboratório, que possuem os mesmos mecanismos que seus primos em tamanho real e usam rolos do mesmo diâmetro, mas de comprimento muito menor. Eles podem ser usados ​​para testar diferentes configurações para obter a distribuição ideal de tamanho de partícula. No entanto, devido aos complexos mecanismos necessários, esses equipamentos ainda são muito grandes em comparação com as retificadoras de discos.

“Os moinhos de rolos precisam de três pares de rolos para moagens finas, vários motores fortes, raspadores para manter os rolos limpos e um mecanismo de alimentação para garantir que os grãos sejam alimentados uniformemente aos rolos”, explica Schenker. “Em um triturador de discos, todo esse trabalho é realizado em um único estágio.”

O futuro

Dadas não apenas as limitações de tamanho e custo, mas também os ajustes complexos envolvidos na definição de um tamanho de moagem, os moinhos de rolos continuam impraticáveis ​​para uso em pequena escala. No entanto, isso não significa que seria impossível construir um moinho de rolos menor no futuro, diz Schenker. “Se você me perguntasse se é possível, eu diria teoricamente, sim. Ainda seria volumoso e caro, mas ao mesmo tempo você teria que se comprometer com as coisas. ”

A precisão da fabricação está melhorando o tempo todo, e novos revestimentos e materiais como cerâmica oferecem maior dureza e rigidez. A folga do rolo e o alinhamento nos modernos moinhos de rolos podem ser controlados por computador, permitindo pequenos ajustes no tamanho da moagem durante a operação, e não com o moedor desligado (D Ephraim, 2006), que é um passo importante para facilitar o uso.

Vale ressaltar que o foco na qualidade da moagem é um fenômeno relativamente recente, ressalta Schenker. “Cada vez mais fabricantes estão cientes de que a distribuição do tamanho das partículas realmente importa – com a aparência dos sistemas de cápsulas isso mudou drasticamente”, diz ele. “Nos últimos 5 a 7 anos, isso se tornou mais importante, mas realmente depende da aplicação – nos pacotes de café com filtro de varejo, ninguém realmente se importa. [about particle size distribution]. ” Até alguns grandes fabricantes demoraram a mudar para as usinas de rolos, diz ele. “Eu já vi grandes fábricas usando mais ou menos trituradores de disco em vez de um moinho de rolos”.

Talvez isso signifique que, à medida que os moinhos de rolos se tornem mais amplamente adotados, o custo possa cair um pouco, mesmo que haja limitações no tamanho. No entanto, a qualidade da retificação disponível nas retificadoras também está melhorando, por exemplo, com novos materiais desenhos de rebarbas, ou melhor controle sobre velocidade de moagem e temperatura, o que pode reduzir a lacuna existente atualmente entre as retificadoras de rebarbas e os moinhos de rolos.

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