BR112021009941A2

BR112021009941A2 - aparelho e método para torrefação de grãos de café parcialmente pré-torrados, e unidade de processamento

Info

Publication number: BR112021009941A2
Application number: BR112021009941-7A
Authority: BR
Inventors: Flavien Florent Dubief; Stefano Ceccaroli
Original assignee: Société des Produits Nestlé S.A.
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-08-17
Also published as: AU2019406448A1; ZA202104749B; WO2020127360A1; CN113194754A; CA3123751A1; KR20210102229A; MX2021005978A; EP3897217A1; SG11202104928SA; JP7356502B2; US20220079203A1; IL282931A; CN113194754B; JP2022511560A

Abstract

"MÉTODO PARA TORREFAÇÃO DE GRÃOS DE CAFÉ. A presente invenção refere-se a um aparelho para torrefação de grãos de café parcialmente pré-torrados, que compreende: - um recipiente (1) para conter os grãos de café, - um aquecedor elétrico (13) para aquecer os grãos de café contidos no recipiente, - ao menos um sensor de temperatura (23) para medir a temperatura no recipiente, - um sistema de controle (180) operável para controlar o aquecedor, em que o sistema de controle é configurado para: - aplicar uma receita de torrefação dedicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados que compreende ao menos um perfil de temperatura em função do tempo, - medir a concentração de ao menos um componente orgânico volátil (volatile organic component, VOC) na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada, - detectar um aumento da concentração medida em função do tempo, - interromper o aquecimento se nenhum aumento da concentração medida ocorrer após um tempo de referência definido t1.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA TORREFAÇÃO DE GRÃOS DE CAFÉ".

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se à torrefação de grãos de café com ar aquecido e, mais especificamente, à torrefação de grãos parci- almente pré-torrados, de preferência, em quantidades relativamente pe- quenas de grãos de café, particularmente adequadas para uso domés- tico ou em lojas e cafés.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Geralmente, a torrefação de grãos de café consiste na torre- fação de grãos de café verdes. Essa torrefação exige um certo tempo e gera um certo volume de fumaça, particularmente no primeiro estágio da torrefação. Além disso, a torrefação exige um certo conhecimento para se obter a melhor torrefação de vários grãos verdes diferentes e para corresponder às preferências dos clientes finais.

[0003] Como uma alternativa mais simples para a torrefação de grãos verdes, foi proposto torrar grãos parcialmente torrados. Esses grãos foram parcialmente torrados em uma instalação de torrefação de fabricação até um ponto que permite uma segunda torrefação final antes do consumo. A primeira torrefação parcial fornece a vantagem de en- curtar a torrefação final, que pode durar apenas alguns minutos. Uma outra vantagem é que menos fumaça é gerada durante a torrefação fi- nal. O uso de grãos parcialmente torrados foi descrito nos documentos WO 03/082705, US 2013/180406, WO 2015/110337, WO 2015/162021.

[0004] Graças a essa alternativa, a torrefação se torna mais fácil para especialistas em não torrefação e uma nova faixa de aparelhos para torrefação pode ser proposta para uso doméstico ou em lojas e cafés. Tais aparelhos de torrefação podem ser automatizados o sufici- ente para que os operadores sem experiência na torrefação possam ini- ciar a operação de torrefação.

[0005] Quando um aparelho para torrefação é configurado para tor- rar apenas grãos parcialmente pré-torrados, há um risco de que o usu- ário introduza erroneamente grãos verdes no aparelho, particularmente se o usuário não for especializado. O problema é que o perfil de aque- cimento para grãos parcialmente pré-torrados é diferente do perfil de aquecimento iniciando de grãos verdes. O uso de um perfil de aqueci- mento que não é adaptado aos grãos verdes apresenta a consequência de que, ao final do processo de torrefação, os grãos verdes podem não ser suficientemente torrados com o risco associado de que esses grãos danifiquem o dispositivo usado para moer o torrado em uma etapa sub- sequente e que o café extraído desses grãos torrados e moídos apre- sente um alto teor de acrilamida.

[0006] De modo similar, quando um aparelho de torrefação é ope- rado por um não especialista, há um risco de que o usuário se esqueça de remover grãos completamente torrados do aparelho no final da ope- ração de torrefação e inicie uma nova torrefação sem esses grãos já torrados. A consequência é que esses grãos podem queimar e criar um incêndio dentro do aparelho. Também pode acontecer de o usuário ini- ciar uma operação de torrefação com grãos parcialmente pré-torrados e interromper o processo de torrefação antes de ter atingido seu fim por uma razão imprevisível. O usuário reinicia a torrefação mais tarde com um novo ciclo de torrefação iniciado a partir do início. Essa reinicializa- ção da torrefação pode levar ao risco de incêndio mencionado acima ou ao problema de uma torrefação que não é adaptada aos grãos, levando a uma qualidade final insatisfatória.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] Um objetivo da presente invenção é melhorar a torrefação de grãos de café em aparelhos que implementam a torrefação de grãos parcialmente torrados.

[0008] Seria vantajoso fornecer um aparelho para torrefação que evite o risco de incêndio devido à carga de grãos de café errôneos, como grãos verdes ou grãos completamente torrados.

[0009] Os objetivos da invenção são alcançados pelo aparelho para torrefação de grãos de café como definido na reivindicação 1, pelo mé- todo como definido na reivindicação 9 e pelo programa de computador como definido na reivindicação 11.

[0010] No presente pedido, por "grãos de café parcialmente pré-tor- rados" entende-se grãos que foram obtidos aquecendo-se grãos de café verdes e interrompendo-se o dito processo de aquecimento antes do final da primeira rachadura. Essa definição inclui grãos que foram obti- dos aquecendo-se grãos de café verdes e parando-se o dito processo de aquecimento antes do início da primeira rachadura.

[0011] No presente pedido, o termo "grãos completamente torra- dos" significa grãos que foram torrados após a segunda rachadura.

[0012] Em um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um apare- lho para torrefação de grãos de café que compreende: - um recipiente para conter os grãos de café, - um aquecedor para aquecer os grãos de café contidos no recipiente, - ao menos um sensor de temperatura para medir a tempe- ratura no recipiente, - um sistema de controle operável para controlar o aquece- dor, sendo que o sistema de controle é configurado para: - aplicar uma receita de torrefação dedicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados que compreende ao menos um perfil de temperatura em função do tempo, - medir a concentração de ao menos um componente orgâ- nico volátil (VOC) na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada,

- detectar um aumento da concentração medida em função do tempo, - interromper o aquecimento se nenhum aumento da concen- tração medida ocorrer após um tempo de referência definido t1.

[0013] No recipiente, os grãos de café são aquecidos e, de prefe- rência, misturados para homogeneizar o aquecimento através dos grãos.

[0014] A mistura pode ser obtida com um leito fluidizado de ar quente ou mecanicamente com pás de agitação ou através da rotação de um tambor giratório.

[0015] De preferência, o recipiente é uma câmara de leito fluidizado de ar quente. Dentro deste recipiente, o ar aquecido é forçado através de uma tela ou uma placa perfurada sob os grãos de café com força suficiente para levantar os grãos. O calor é transferido para os grãos conforme eles revolvem e circulam dentro desse leito fluidizado.

[0016] Alternativamente, o recipiente pode ser uma câmara de tam- bor na qual os grãos de café são revolvidos em um ambiente aquecido. A câmara de tambor pode consistir em um tambor giratório horizontal ou a câmara de tambor pode compreender pás de agitação para revol- ver os grãos de café em um ambiente aquecido.

[0017] Como fonte de aquecimento, o aparelho compreende, de preferência, um aquecedor elétrico. Esse aquecedor elétrico compre- ende geralmente uma resistência elétrica. Além disso, de preferência, o aquecedor compreende um acionador de ar para circular o ar aquecido pelo aquecedor. Em alguns aparelhos, o acionador de ar não é neces- sário, por exemplo, quando o aparelho compreende lâminas de agitação ou é um tambor giratório.

[0018] Um aquecedor alimentado eletricamente apresenta a vanta- gem de que os poluentes do ar produzidos durante a torrefação são po- luentes gerados a partir do aquecimento dos próprios grãos de café e não a partir da queima de gases como ocorre quando a fonte de aque- cimento é um queimador a gás que usa gás natural, propano, gás lique- feito de petróleo (liquefied petroleum gas, LPG) ou mesmo madeira.

[0019] O aparelho compreende ao menos um sensor de tempera- tura para medir a temperatura no recipiente. O sensor pode ser posicio- nado dentro do volume do recipiente ou próximo à entrada de ar aque- cido no recipiente.

[0020] O aparelho compreende um sistema de controle operável para controlar o aquecedor elétrico a fim de aplicar um perfil de tempe- ratura em função do tempo dentro do recipiente. Geralmente, esse con- trole é implementado com base na medição de ao menos um sensor de temperatura posicionado no recipiente no controle do circuito de reali- mentação.

[0021] O perfil de temperatura em função do tempo corresponde a uma receita de torrefação dedicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados. Geralmente, o período de tempo de tal perfil é mais curto que o período de tempo do perfil dedicado à torrefação de grãos de café verdes.

[0022] Além disso, o sistema de controle é configurado para medir a concentração de ao menos um componente orgânico volátil (VOC), de preferência ao menos um componente da lista de: CO, CO2, NO, NO2, SO2, formaldeído na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada.

[0023] De preferência, o sensor de VOCs é posicionado dentro do recipiente ou a jusante do recipiente, por exemplo, na saída do recipi- ente.

[0024] O sistema de controle é configurado para detectar um au- mento da concentração medida em função do tempo.

[0025] Na modalidade preferencial, a concentração de CO e/ou CO2 é medida.

[0026] No processo de torrefação de grãos de café a partir de grãos de café verdes até um nível de torrefação que possibilita a preparação de uma bebida de café por infusão com água, os grãos de café passam por vários estágios e, em particular, através de: - um primeiro estágio em que o nível de emissões permanece baixo, então - uma primeira etapa de rachadura onde ocorrem reações internas exotérmicas e componentes como CO, CO2 e outros VOCs são produzidos e emitidos, então - um segundo estágio no qual o nível de emissões diminui, - uma segunda etapa de rachadura onde ocorrem reações internas exotérmicas e VOCs são emitidos novamente.

[0027] Dependendo se os grãos verdes ou grãos parcialmente pré- torrados forem aquecidos, o tempo durante o qual ocorre a primeira etapa de rachadura é diferente: - ele é mais longo para os grãos verdes do que para os grãos parcialmente pré-torrados, geralmente dura ao menos 2 minutos, - não há primeira rachadura para grãos completamente tor- rados.

[0028] Isso significa que os grãos verdes e os grãos completamente torrados podem ser diferenciados dos grãos parcialmente pré-torrados pelo fato de que, mediante a aplicação do mesmo perfil de torrefação, a primeira rachadura ocorre mais tarde para os grãos verdes em compa- ração aos grãos parcialmente torrados ou simplesmente não torrados para os grãos completamente torrados. Como resultado, mediante o es- tabelecimento de um tempo de referência no qual a primeira rachadura de grãos parcialmente pré-torrados geralmente ocorre, é possível de- tectar se são os grãos parcialmente pré-torrados que estão presentes no recipiente e estão sendo torrados.

[0029] O sistema de controle é configurado para interromper o aquecedor se nenhum aumento da concentração medida de CO, CO2,... acontecer após um tempo de referência definido. Na verdade, ajus- tando-se o tempo de referência até o momento em que ocorre a primeira rachadura de grãos parcialmente pré-torrados, se nenhuma diminuição do consumo ocorrer nesse momento, isso significa que grãos verdes ou grãos completamente torrados foram introduzidos ou mesmo nenhum grão foi introduzido dentro do recipiente. Por segurança, o aquecimento é interrompido.

[0030] Uma mensagem pode ser exibida para informar ao operador e induzí-lo a ele verificar a natureza dos grãos introduzidos no recipi- ente.

[0031] Vantajosamente, os objetivos da invenção são resolvidos uma vez que a detecção acima do tempo que a primeira diminuição do consumo de energia elétrica pelo aquecedor ocorre permite verificar a natureza dos grãos introduzidos no recipiente.

[0032] O tempo de referência t1 pode ser definido de acordo com a natureza dos grãos parcialmente pré-torrados produzidos para serem usados no aparelho de torrefação que aplica a receita de torrefação de- dicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados. De preferência, o tempo de referência para o primeiro aumento da concentração medida é definido em 5 minutos.

[0033] De fato, observou-se que para grãos verdes, o primeiro au- mento da concentração medida é geralmente de ao menos 5 minutos.

[0034] Pode ser possível que, erroneamente, o operador introduza no recipiente grãos pré-torrados até um ponto entre o final da primeira rachadura e o início da segunda rachadura, ou que se esqueça de re- mover grãos de uma operação de torrefação anterior do recipiente. Nesse caso, aplicando-se o perfil de torrefação, não há primeira racha- dura, mas a segunda rachadura ocorre muito rapidamente após o início do aquecimento desses grãos. No caso de tal erro ocorrer, a questão do fogo é menos crítica do que para grãos completamente torrados, mas a torrefação final não leva a um produto otimizado e tal torrefação não é recomendada.

[0035] Em uma modalidade preferencial, a fim de evitar tal torrefa- ção, o sistema de controle pode ser configurado para interromper o aquecedor elétrico se o primeiro aumento da concentração medida ocor- rer antes de um tempo de referência definido t0. De preferência, esse tempo de referência t0 pode ser ajustado para 3 minutos.

[0036] Em uma modalidade, o sistema de controle é configurado para obter a identificação dos grãos de café introduzidos no recipiente pelo usuário. A identificação dos grãos se refere à natureza dos grãos que tem impacto direto sobre o processo de torrefação dos grãos. Em geral, a natureza se refere à origem dos grãos (Arábica, Robusta,...).

[0037] A identificação dos grãos pode ser obtida: - por entrada manual de dados pelo usuário, - a partir de um dispositivo de identificação configurado para ler automaticamente meios de identificação de um pacote de grãos apresentado pelo usuário.

[0038] Em todos os casos, os grãos são introduzidos no interior do recipiente pelo usuário, o que explica o problema de que os grãos no recipiente podem não ser grãos parcialmente pré-torrados.

[0039] O sistema de controle pode ser configurado para obter a re- ceita de torrefação que corresponde aos grãos de café identificados an- tes da etapa de aplicar a receita de torrefação. A receita de torrefação pode ser obtida: - de uma memória, - de um servidor, - do dispositivo de identificação.

[0040] Os aspectos acima da invenção podem ser combinados em qualquer combinação adequada. Além disso, várias características da presente invenção podem ser combinadas com um ou mais dos aspec- tos acima para fornecer combinações além daquelas especificamente ilustradas e descritas. Objetivos adicionais e características vantajosas da invenção serão evidentes a partir das reivindicações, da descrição detalhada e dos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0041] As características e vantagens da invenção serão mais bem compreendidas em relação às seguintes figuras:

[0042] - A Figura 1 é um desenho esquemático de um aparelho de torrefação geral que possibilita a implementação do método da presente invenção,

[0043] - A Figura 2 mostra um diagrama de blocos de um sistema de controle do aparelho geral de acordo com a Figura 1,

[0044] - A Figura 3 representa esquematicamente curvas do perfil de aquecimento aplicado aos grãos verdes e aos grãos parcialmente pré-torrados,

[0045] - A Figura 4 representa esquematicamente uma primeira curva do consumo de energia elétrica do aquecedor durante a etapa de torrefação de grãos de café parcialmente pré-torrados e uma segunda curva do consumo de energia elétrica do aquecedor durante a etapa de torrefação de grãos verdes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0046] A Figura 1 mostra uma vista ilustrativa parcial de um apare- lho de torrefação 1. Funcionalmente, o aparelho de torrefação 1 tem por finalidade torrar grãos de café retidos em um recipiente 11 por meio de um fluxo de ar quente introduzido nesse recipiente. Em um primeiro ní- vel, o aparelho compreende: um gabinete 15, uma unidade de torrefa- ção 10 e um sistema de controle 180. Esses componentes serão agora descritos sequencialmente. Gabinete do aparelho de torrefação

[0047] O gabinete 15 abriga e sustenta os componentes supracita- dos e compreende uma base 151 e um corpo 152. A base 151 estando em contiguidade com uma superfície de apoio, de preferência através de pés 154 que fornecem um vão entre a base e a superfície de apoio. O corpo 152 é destinado à montagem dos componentes no mesmo. Unidade de torrefação do aparelho de torrefação

[0048] A unidade de torrefação 10 tem por finalidade receber e tor- rar grãos de café.

[0049] A unidade de torrefação 10 compreende tipicamente em um segundo nível do aparelho de torrefação 1: um recipiente 11, um acio- nador de fluxo de ar 12, um aquecedor 13, que são descritos sequenci- almente.

[0050] O recipiente 11 é configurado para receber e reter os grãos de café introduzidos pelo operador. Uma tampa removível 17 permite a introdução e a remoção dos grãos. O fundo do recipiente é configurado para possibilitar a passagem de ar, especificamente pode ser uma placa perfurada 14 sobre a qual os grãos podem se situar e através da qual o ar pode fluir para cima.

[0051] Um coletor de palha 16 está em comunicação fluida com o recipiente 1 para receber as palhas que se separam progressivamente dos grãos e devido à sua baixa densidade são sopradas para o coletor de palha.

[0052] O recipiente 11 compreende um cabo 112 para possibilitar que o usuário remova o recipiente do gabinete 15 e obtenha os grãos torrados.

[0053] O acionador de fluxo de ar 12 tem por finalidade gerar um fluxo de ar em direção ao fundo do recipiente. O fluxo gerado é configu- rado para aquecer os grãos e agitar e levantar os grãos que está criando um leito fluidizado de ar. Como resultado, os grãos são aquecidos ho- mogeneamente. Especificamente, o acionador de fluxo de ar pode ser um ventilador alimentado por um motor 121. As entradas de ar 153 po- dem ser fornecidas dentro da base 151 do gabinete para alimentar ar dentro do gabinete, o acionador de fluxo de ar soprando esse ar na di- reção do recipiente 11.

[0054] Em uma modalidade alternativa do torrador, não represen- tada, o recipiente pode compreender um dispositivo giratório para girar os grãos dentro do recipiente. Nesse caso, pode ser fornecido um fluxo de ar simples, sendo que o dispositivo giratório permite o aquecimento homogêneo dos grãos.

[0055] O aquecedor 13 tem por finalidade aquecer o fluxo de ar ge- rado pelo direcionador de fluxo de ar 12. Na modalidade ilustrada, o aquecedor é uma resistência elétrica posicionada entre o ventilador e a placa perfurada 14, fazendo com que o fluxo de ar seja aquecido antes de entrar no recipiente 11 para aquecer e levantar os grãos.

[0056] O aquecedor 13 e/ou o acionador de fluxo de ar é/são ope- rável(is) para aplicar um perfil de torrefação aos grãos, sendo que esse perfil de torrefação é definido como uma curva de temperatura em fun- ção do tempo. Sistema de controle do aparelho de torrefação

[0057] Com referência às Figuras 1 e 2, o sistema de controle 180 será agora considerado: o sistema de controle 180 tem por finalidade controlar os componentes da unidade de torrefação para torrefação de grãos de café. O sistema de controle 180 compreende tipicamente, em um segundo nível do aparelho de torrefação: uma interface de usuário 20, uma unidade de processamento 18, ao menos um sensor 23, uma fonte de alimentação 21, uma memória 19, opcionalmente um leitor de código, opcionalmente uma interface de comunicação para conexão re- mota.

[0058] A interface de usuário 20 compreende hardware para possi- bilitar que um usuário se comunique com a unidade de processamento

1 por meio de um sinal de interface de usuário. Mais particularmente, a interface de usuário recebe comandos de um usuário, e o sinal de inter- face de usuário transfere os ditos comandos para a unidade de proces- samento 18 como uma entrada. Os comandos podem, por exemplo, ser informações sobre a natureza dos grãos introduzidos no recipiente (como origens, referência do fornecedor), uma instrução para executar um processo de torrefação (iniciar o processo) e/ou para ajustar um pa- râmetro operacional (nível desejado de torrefação final, quantidade de grãos a serem torrados) do aparelho para torrefação 1 e/ou para ligar ou desligar o aparelho de torrefação 1. A unidade de processamento 18 pode fornecer também retroinformação à interface de usuário 20 como parte do processo de torrefação, por exemplo, para indicar que o pro- cesso de torrefação teve início ou que um parâmetro associado ao pro- cesso foi selecionado, ou para indicar a evolução de um parâmetro du- rante o processo ou criar um alarme.

[0059] O hardware da interface de usuário pode compreender quaisquer dispositivos adequados, por exemplo, o hardware compre- ende um ou mais dentre os seguintes: botões, como um botão de joys- tick, botão giratório ou botão de pressão, joystick, diodos emissores de luz (LEDs - "light-emitting diodes"), conversores de luz para digital (LDCs - "light-to-digital converters") gráficos ou de caracteres, tela grá- fica com sensores de toque e/ou botões de borda de tela. A interface de usuário 20 pode ser formada como uma unidade ou como uma plurali- dade de unidades distintas.

[0060] Uma parte da interface de usuário pode também estar em um aplicativo móvel quando o aparelho é dotado de uma interface de comunicação 24, conforme descrito abaixo.

[0061] O ao menos um sensor 23 se destina a fornecer um sinal de entrada à unidade de processamento 18 para monitorar o processo de torrefação e/ou o estado do aparelho de torrefação. O sinal de entrada pode ser um sinal analógico ou um sinal digital. Os sensores 23 com- preendem tipicamente ao menos um sensor de temperatura 231 e, op- cionalmente, um ou mais dos seguintes sensores: sensor de nível de grãos associado ao recipiente 1, sensor de posição associado ao reci- piente 11 e/ou ao coletor de palha 16.

[0062] Além disso, os sensores 23 compreendem um sensor 232 para medir a concentração de ao menos um componente de VOC. Esse sensor 232 é geralmente posicionado na saída do recipiente. Se a saída do recipiente estiver conectada a uma unidade de tratamento de fu- maça, esse sensor 232 é posicionado a montante de qualquer filtro ou conversor catalítico de modo que a medida não seja alterada pelo trata- mento de fumaça.

[0063] A unidade de processamento pode compreender um leitor de código 3 associado, por exemplo, a um sistema para ler o código na embalagem de grãos.

[0064] A unidade de processamento pode compreender uma inter- face de comunicação 24 para a comunicação de dados do aparelho de torrefação 1 com um outro dispositivo e/ou sistema, como um sistema servidor e/ou um dispositivo móvel. A interface de comunicação 24 pode ser usada para fornecer e/ou receber informações relacionadas ao pro- cesso de torrefação de grãos de café, como informações do processo de torrefação, natureza dos grãos, quantidade de grãos. A interface de comunicação 24 pode compreender uma primeira e uma segunda inter- faces de comunicação para comunicação de dados com vários disposi- tivos simultaneamente ou para comunicação através de diferentes mí- dias.

[0065] A interface de comunicação 24 pode ser configurada para mídia cabeada ou mídia sem fio ou uma combinação das mesmas, por exemplo: uma conexão com fio, como RS-232, USB, I2C, Ethernet de- finida por IEEE 802.3, uma conexão sem fio, como LAN sem fio (por exemplo IEEE 802.11) ou comunicação de campo próximo (near field communication, NFC) ou um sistema celular como GPRS ou GSM. A interface de usuário 24 faz interface com a unidade de processamento 18 por meio de um sinal de interface de comunicação. Em geral, a inter- face de comunicação compreende uma unidade de processamento se- parada (exemplos das quais são fornecidos acima) para controlar o hardware de comunicação (por exemplo, uma antena) para fazer inter- face com a unidade de processamento mestre 18. Entretanto, podem ser usadas configurações menos complexas, por exemplo uma conexão cabeada simples para comunicação serial diretamente com a unidade de processamento 18.

[0066] A unidade de processamento 18 compreende geralmente uma memória e componentes de entrada e saída do sistema dispostos como um circuito integrado, tipicamente como um microprocessador ou um microcontrolador. A unidade de processamento 18 pode compreen- der outros circuitos integrados adequados, como: um circuito integrado de aplicação específica (application specific integrated circuit, ASIC), um dispositivo lógico programável, como uma lógica de arranjo progra- mával (programmable array logic, PAL), um dispositivo lógico programá- vel complexo (complex programmable logic device, CPLD), um arranjo de porta programável em campo (field-programmable gate array, FPGA), um sistema em um chip programável (programmable system on a chip, PSoC, um sistema em um chip (system on a chip, SoC), um cir- cuito integrado analógico, como um controlador. Para tais dispositivos, quando apropriado, o código de programa anteriormente mencionado pode ser considerado uma lógica programada ou para compreender adi- cionalmente uma lógica programada. A unidade de processamento 18 pode compreender também um ou mais dos circuitos integrados menci- onados anteriormente. Um exemplo disso é vários circuitos integrados dispostos em comunicação um com o outro de forma modular, por exemplo: um circuito integrado escravo para controlar a interface de usuário 20 em comunicação com um circuito integrado mestre para con- trolar a unidade de torrefação 10.

[0067] A unidade de processamento 18 compreende, de modo ge- ral, uma unidade de memória 19 para armazenamento de instruções como código de programa e, opcionalmente, dados. Para esse fim, a unidade de memória compreende tipicamente: uma memória não volátil, por exemplo, memória apenas de leitura programável apagável (EPROM - "erasable programmable read-only memory"), memória ape- nas de leitura programável eletricamente apagável (EEPROM - "electri- cally erasable programmable read-only memory") ou Flash, para o ar- mazenamento de código de programa e de parâmetros operacionais como instruções, memória volátil (RAM) para armazenamento de dados temporário. A unidade de memória pode compreender uma memória se- parada ou integrada (por exemplo, em uma matriz do semicondutor). Para dispositivos lógicos programáveis, as instruções podem ser arma- zenadas como lógica programada.

[0068] As instruções armazenadas na unidade de memória 19 po- dem ser idealizadas como compreendendo um programa de torrefação de grãos de café. O programa para torrefação de grãos de café pode ser executado pela unidade de processamento 18 em resposta à dita entrada, como os comandos enviados pela interface de usuário 20 e/ou o sinal dos sensores 23 como sensor de temperatura 231, sensor de concentração 232, sensor de nível ou quantidade de grãos, leitor de có- digo 3. A execução do programa de torrefação de grãos de café faz com que a unidade de processamento 18 controle os seguintes componen- tes: o aquecedor 13 e o acionador de fluxo de ar 12.

[0069] A unidade de processamento 18 tem por finalidade: - receber uma entrada, isto é, os comandos da interface de usuário 20 e/ou o sinal dos sensores (por exemplo, o sensor de tempe- ratura 231 associado ao recipiente 1, o sensor de nível de grãos) e/ou o leitor de código 3, - processar a entrada de acordo com o código do programa de torrefação (ou lógica programada) armazenada na unidade de me- mória 19 e/ou imputado a partir de uma fonte externa, como a interface de comunicação 24), - fornecer uma saída, que é o processo de torrefação. Mais especificamente, a saída compreende a operação do ao menos o aque- cedor 13 e/ou o acionador de fluxo de ar 12.

[0070] A operação da unidade de torrefação é geralmente um con- trole de circuito fechado que usa o sinal de entrada proveniente do sen- sor de temperatura 231 como retroinformação para aplicar o perfil de temperatura em função do tempo aos grãos de café.

[0071] O sistema de controle 80 tem por finalidade aplicar esse pro- cesso de torrefação de grãos de café mediante o controle do acionador de fluxo de ar 12 e/ou do aquecedor 13 geralmente com o uso do sinal da sonda de temperatura 231.

[0072] A temperatura medida pela sonda de temperatura 231 é usada para adaptar a potência do aquecedor 13 e/ou a potência do aci- onador de ar 12 em um circuito de retroinformação para aplicar a receita de torrefação R aos grãos.

[0073] Dependendo do tipo de controle, o aquecedor 13 pode ser alimentado em uma potência predeterminada, o que significa que sua temperatura é constante e, nesse caso, a potência do acionador de ar 12 pode ser controlada com base na temperatura monitorada na sonda 231 para variar o tempo de contato do ar de fluxo através do aquecedor durante seu movimento.

[0074] Alternativamente, o acionador a ar 12 pode ser alimentado a uma potência predeterminada, o que significa que a vazão de ar é cons- tante e, nesse caso, a potência do aquecedor 13 pode ser controlada com base na temperatura monitorada na sonda 231 para aquecer mais ou menos ar durante sua passagem através do aquecedor.

[0075] Em uma última alternativa, tanto o aquecedor 13 como o con- dutor de ar 12 podem ser controlados com base no monitoramento da temperatura pela sonda 231.

[0076] Uma parte do programa de torrefação se baseia em uma re- ceita de torrefação que compreende um perfil de temperatura em função do tempo a ser aplicado aos grãos. O programa de torrefação de grãos de café é configurado para torrefação de grãos parcialmente pré-torra- dos.

[0077] A Figura 3 ilustra os perfis de aquecimento (temperatura em função do tempo) para torrefação de grãos de café verdes (curva Averde) e grãos parcialmente pré-torrados da mesma origem (curva Apré-torrado) no aparelho 1. T1.rachadura.início é o tempo correspondente ao início da pri- meira rachadura, T1.rachadura-final é o tempo correspondente ao final da pri- meira rachadura, T2.rachadura-início é o tempo correspondente ao início da segunda rachadura.

[0078] Conforme ilustrado na curva Apré-torrado, quando os grãos tive- rem sido parcialmente pré-torrados, o perfil de aquecimento é mais curto no tempo: a primeira parte da curva Averde não é aplicada, ainda assim o perfil de aquecimento começa antes da t1.rachadura-final. Consequente- mente, no aparelho de torrefação 1, o sistema de controle é configurado para aplicar uma receita de torrefação ou programa de torrefação dedi- cado à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados, conforme ilus- trado pelo perfil de aquecimento da curva Apré-torrado.

[0079] A fonte de alimentação 21 é operável para fornecer energia elétrica aos ditos componentes controlados e à unidade de processa- mento 18. A fonte de alimentação 21 pode compreender vários meios,

como uma bateria ou uma unidade para receber e condicionar uma ali- mentação elétrica principal. A fonte de alimentação 21 pode ser conec- tada operacionalmente à parte da interface de usuário 20 para ligar ou desligar o aparelho de torrefação 1.

[0080] Com base em outra parte das instruções armazenadas na unidade de memória 19, a unidade de processamento 18 é operável para: - medir a concentração de ao menos um componente VOC na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada, - detectar um aumento da concentração medida em função do tempo, - interromper o aquecimento se nenhum aumento da concen- tração medida ocorrer após um tempo de referência definido t1.

[0081] Durante a operação de torrefação, a entrada 230 da concen- tração de ao menos um componente VOC, de preferência na lista de: CO, CO2, NO, NO2, SO2, formaldeído, na fumaça produzida no recipi- ente é monitorada pela unidade de processamento 18.

[0082] Com base na medida da concentração durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada, a unidade de processamento 18 é configurada para detectar um aumento dessa concentração em fun- ção do tempo.

[0083] De preferência, o aumento da concentração a ser detectada é suficientemente importante para corresponder à produção de compo- nentes de VOC durante a primeira rachadura de grãos de café.

[0084] Com base no acompanhamento da concentração, a unidade de processamento 18 é configurada para interromper o aquecedor elé- trico se nenhum aumento de concentração ocorrer após um tempo de referência definido t1.

[0085] De fato, se nenhum aumento de concentração ocorrer em um tempo relativamente curto após o início do processo, isso significa que nenhum grão parcialmente pré-torrado foi introduzido no interior do aparelho e que o recipiente 11 retém grãos verdes ou grãos completa- mente torrados ou mesmo nenhum grão.

[0086] Conforme ilustrado nas curvas da Figura 3, durante a aplica- ção do mesmo perfil de aquecimento aos grãos de café parcialmente pré-torrados e aos grãos verdes das mesmas origens (ou seja, os grãos de café parcialmente pré-torrados foram obtidos a partir dos ditos grãos verdes), a primeira rachadura dos grãos verdes ocorre depois da pri- meira rachadura dos grãos de café parcialmente pré-torrados.

[0087] A Figura 4 ilustra esquematicamente a concentração medida Q de CO na fumaça produzida no recipiente durante o aquecimento de: - grãos verdes (Curva Bverde), e - grãos de café parcialmente pré-torrados obtidos a partir da mesma origem que os grãos verdes (curva Bpré-torrado) de acordo com o perfil de aquecimento (temperatura versus tempo) da curva Apré-torrado da Figura 3.

[0088] Em ambos os casos, a curva mostra um pico correspondente à emissão de CO. A concentração de CO começa a aumentar no mo- mento em que a primeira rachadura dos grãos ocorre e continua até atingir seu máximo após a segunda rachadura.

[0089] O aumento da concentração de CO correspondente à pri- meira rachadura dos grãos parcialmente pré-torrados ocorre no tempo tpré-torrado, que é anterior ao tempo tverde correspondente ao aumento da concentração de CO e à primeira rachadura dos grãos verdes.

[0090] Definindo-se um tempo de referência t1 maior que tpré-torrado, porém menor que tverde, é possível discriminar grãos parcialmente pré- torrados de grãos verdes. Em geral (mas pode depender de um tipo de grão parcialmente pré-torrado para outro), o tempo de referência t1 é ajustado para 5 minutos.

[0091] Se grãos completamente torrados até após a segunda racha- dura tiverem sido introduzidos no recipiente no lugar dos grãos parcial- mente torrados, então nenhum aumento da concentração de CO seria detectada antes ou depois do tempo t1 de modo similar aos grãos ver- des.

[0092] Se os grãos são torrados até um ponto entre o final da pri- meira rachadura e o início da segunda rachadura, então a emissão de CO seria imediatamente detectada, ou seja, antes de t pré-torrado. Conse- quentemente, ao definir um tempo de referência t0 menor que tpré-torrado, é possível discriminar esses grãos de grãos parcialmente pré-torrados. Em geral (mas pode depender de um tipo de grão parcialmente pré- torrado para outro), o tempo de referência t0 é ajustado para 3 minutos.

[0093] Finalmente, dependendo do tipo de grão identificado no re- cipiente, o sistema de controle é configurado para continuar ou parar o aquecedor 13.

[0094] Se os grãos forem identificados como grãos parcialmente pré-torrados, pode-se buscar o aquecimento de acordo com a receita de torrefação.

[0095] Se os grãos forem identificados como grãos verdes ou grãos completamente torrados, o aquecimento é interrompido e um alerta é enviado ao usuário, por exemplo, através da interface de usuário 20.

[0096] Como resultado, os grãos são introduzidos dentro do recipi- ente pelo usuário e informações sobre seu tipo podem ser fornecidas pelo usuário à unidade de processamento no modo mais avançado (ma- nual ou automaticamente com um código). Ainda assim, qualquer que seja o modo, uma vez que os grãos são introduzidos manualmente den- tro do recipiente, há um risco de que o usuário não introduza grãos par- cialmente pré-torrados dentro do recipiente e, em particular, se esqueça de remover os grãos completamente torrados de uma operação anterior ou introduza grãos verdes dentro do recipiente.

[0097] O aparelho da presente invenção apresenta a vantagem de evitar qualquer risco de incêndio devido à imprudência do usuário sem a implementar dispositivos complexos e caros.

[0098] Na etapa de aplicação de uma receita de torrefação que compreende ao menos um perfil de temperatura em função do tempo mediante o controle do aquecedor elétrico e/ou do acionador de fluxo de ar com base na medição do sensor de temperatura, a receita de tor- refação pode ser uma receita por padrão para torrefação de grãos par- cialmente pré-torrados ou pode ser uma receita dedicada aos grãos par- cialmente pré-torrados identificados na etapa de identificação opcional e derivados de uma etapa opcional de obtenção da receita de torrefação dedicada para esses grãos identificados.

[0099] Essa receita de torrefação dedicada pode ser obtida a partir da unidade de memória 19 do aparelho de torrefação ou transferida por download de um servidor através da interface de comunicação 24 ou lida pelo leitor de código durante a etapa opcional de leitura de código, sendo que a receita faz parte das informações relacionadas à identifica- ção dos grãos.

[0100] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades ilustradas acima, deve-se compreender que a invenção, conforme reivindicada, não está limitada, de qualquer modo, por essas modalidades ilustradas.

[0101] Variações e modificações podem ser realizadas sem se afas- tar do escopo da invenção, como definido nas reivindicações. Além disso, se existirem recursos específicos equivalentes conhecidos, tais equivalentes são incorporados como se fossem tivessem sido especifi- camente mencionados neste relatório descritivo.

[0102] Como usado neste relatório descritivo, as palavras "compre- ende", "compreendendo" e palavras similares não devem ser interpre- tadas em um sentido exclusivo ou exaustivo. Em outras palavras, elas se destinam a significar "que inclui(em), mas não se limita(m) a". Lista de referências nos desenhos: torrador 1 unidade de torrefação 10 recipiente 11 cabo 112 ventilador 12 motor 121 aquecedor 13 placa perfurada 14 gabinete 15 base 151 corpo 152 entrada de água 153 pés 154 coletor de palha 16 tampa 17 unidade de processamento 18 sistema de controle 180 memória 19 interface de usuário 20 fonte de alimentação 21 sensor 23 entrada 230 sensor de temperatura 231 sensor de concentração 232 interface de comunicação 24 leitor de código 3

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para torrefação de grãos de café parcialmente pré-torrados, caracterizado por compreender: - um recipiente (1) para conter os grãos de café, - um aquecedor elétrico (13) para aquecer os grãos de café contidos no recipiente, - ao menos um sensor de temperatura (23) para medir a tem- peratura no recipiente, - um sistema de controle (180) operável para controlar o aquecedor, em que o sistema de controle é configurado para: - aplicar uma receita de torrefação dedicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados que compreende ao menos um perfil de temperatura em função do tempo, - medir a concentração de ao menos um componente orgâ- nico volátil (volatile organic component, VOC) na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada, - detectar um aumento da concentração medida em função do tempo, - interromper o aquecimento se nenhum aumento da concen- tração medida ocorrer após um tempo de referência definido t1.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração de ao menos um componente da lista de: CO, CO2, NO, NO2, SO2, formaldeído ser medida.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado por o tempo de referência t1 ser ajustado para 5 minutos.

4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações antecedentes, caracterizado por o sistema de controle ser configurado para interromper o aquecedor elétrico se o primeiro aumento da con- centração medida do ao menos um componente orgânico volátil (VOC)

ocorrer antes de um tempo de referência definido t0.

5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações antecedentes, caracterizado por o tempo de referência t0 ser ajustado para 3 minutos.

6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações antecedentes, caracterizado por o sistema de controle ser configurado para obter a identificação do tipo de grão introduzido no recipiente pelo usuário.

7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações antecedentes, caracterizado por a identificação dos grãos poder ser ob- tida: - por entrada manual de dados pelo usuário, - a partir de um dispositivo de identificação configurado para ler meios de identificação de um pacote de grãos apresentado/digitali- zado pelo usuário.

8. Método para torrefação de grãos de café com o uso do aparelho, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, ca- racterizado por compreender: - aplicar uma receita de torrefação dedicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados que compreende ao menos um perfil de temperatura em função do tempo, - medir a concentração de ao menos um componente orgâ- nico volátil (VOC) na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada, - detectar um aumento da concentração medida em função do tempo, - interromper o aquecimento se nenhum aumento da concen- tração medida ocorrer após um tempo de referência definido t1.

9. Método, como definido em qualquer uma das reivindica-

ções antecedentes, caracterizado por compreender interromper o aque- cedor elétrico se o primeiro aumento da concentração medida do ao menos um componente orgânico volátil (VOC) ocorrer antes de um tempo de referência definido t0.

10. Programa de computador de uma unidade de processa- mento de um sistema de controle de um aparelho para torrefação de grãos de café, que compreende um recipiente para conter grãos de café, um aquecedor elétrico para aquecer grãos de café contidos no recipi- ente e ao menos um sensor para medir a concentração de ao menos um componente orgânico volátil (VOC) na fumaça produzida no recipi- ente, caracterizado por compreender um código de programa e/ou ló- gica de programa que, quando executado na unidade de processa- mento, executa as etapas de: - aplicar uma receita de torrefação dedicada à torrefação de grãos parcialmente pré-torrados que compreende ao menos um perfil de temperatura em função do tempo, - medir a concentração de ao menos um componente orgâ- nico volátil (VOC) na fumaça produzida no recipiente durante o tempo em que a receita de torrefação é aplicada, - detectar um aumento da concentração medida em função do tempo, - interromper o aquecimento se nenhum aumento da concen- tração medida ocorrer após um tempo de referência definido t1.

11. Programa de computador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o código de programa e/ou a lógica de programa efetuar as etapas de interromper o aquecedor elétrico se o primeiro au- mento da concentração medida do ao menos um componente orgânico volátil (VOC) ocorrer antes de um tempo de referência definido t0.