Uso de sensores para modelamiento matemático durante el tostado de granos de cacao (Theobroma cacao) de la variedad Chuncho

Abstract

Simples innovaciones del control de temperatura durante el tostado de cacao pueden ayudar a mejorar la calidad del chocolate elaborado por pequeños empresarios de los valles andino amazónicos del Perú. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la temperatura del horno en la temperatura de granos de cacao (Theobroma cacao) durante el tostado, mediante seis modelos matemáticos. Granos de cacao en las cantidades de 100 y 200 g fueron colocados una bandeja en un horno eléctrico convencional programado a 250 °C. Se introdujo una termocupla tipo K con su respectivo lector en el centro geométrico de un grano de cacao y otro a 5 cm de la superficie. Las lecturas fueron registradas a cada 5 min y ajustados a los modelos matemáticos de Sistema Concentrado, Ley de Fourier, Peleg, Page, Weibull y Midilli. Se determinó el coeficiente convectivo de transferencia de calor (h), la difusividad térmica (α), y las constantes de los modelos empíricos. El h fue de 7,04 y 7,74 W/m2 °C para el tostado de 100 y 200 g, respectivamente. La α fue de 3,09 x 10-8 y 3,28 x 10-8 m2/s para el tostado de 100 y 200 g, respectivamente. Las constantes de velocidad de los modelos empíricos mostraron diferencia en el tostado de 100 y 200 g. Todos los modelos representaron muy bien los datos experimentales, pues los valores de R2, MRSE y MA%E fueron próximos de 1, próximos de 0 y menores a 10%, respectivamente. El mejor modelo matemático fue el de Peleg.

Simple innovations in temperature control during cocoa roasting can help improve the quality of chocolate made by small entrepreneurs in the Andean-Amazonian valleys of Peru. The objective of this research was to evaluate the effect of oven temperature on the temperature of cocoa beans (Theobroma cacao) during roasting, using six mathematical models. Cocoa beans in the amounts of 100 and 200 g were placed in a tray in a conventional electric oven set at 250 °C. A K-type thermocouple with its respective reader was introduced in the geometric center of a cocoa bean and another 5 cm from the surface. The readings were recorded every 5 min and exported via Bluetooth to a computer. The temperature data were fitted to the mathematical models of the Concentrated System, Fourier’s Law, Peleg, Page, Weibull and Midilli. The convective heat transfer coefficient (h), the thermal diffusivity (α), and the constants of the empirical models were determined. The h was 7.04 and 7.74 W/m2 °C for the toast of 100 and 200 g, respectively. The α was 3.09 x 10-8 and 3.28 x 10-8 m2/s for the 100 and 200 g toast, respectively. The rate constants of the empirical models showed a difference in the roasting of 100 and 200 g. All models represented the experimental data very well, since the values of R2, MRSE and MA%E were close to 1, close to 0 and less than 10%, respectively. The best mathematical model was that of Peleg.