같은 프로파일이 여름에 달라지는 이유

결론은 이렇습니다.

여름에 같은 가스 눈금과 같은 풍량으로 볶아도 결과가 달라지는 것은 기계가 아니라 공기가 달라졌기 때문입니다. 더운 공기는 가볍고, 가벼운 공기는 같은 열을 받아도 더 뜨거워지며, 흐르는 공기의 양도 달라집니다.

가스를 몇 눈금 내려야 하는지는 기계마다 달라 계산으로 정할 수 없습니다. 흡기와 배기 온도, 실온과 습도, 생두 수분을 기록하고 커핑으로 확인하십시오.

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여름에는 무엇이 달라집니까?

같은 프로파일로 볶았는데 여름에는 1차 크랙이 빨리 오거나 배출 온도가 달라지는 경험이 흔합니다.

기계 설정은 그대로인데 결과가 달라지니 센서나 버너를 의심하기 쉽습니다. 하지만 여름에는 기계를 지나가는 공기 자체가 달라집니다. 공기가 가벼워지고, 같은 열을 받아도 더 뜨거워지고, 흐르는 양도 달라집니다. 비교 기준은 봄의 20도, 습도 50%와 여름의 30도, 습도 70%입니다.

여름 공기는 왜 가볍습니까?

더운 공기와 습한 공기는 모두 같은 부피에서 더 가볍습니다.

공기는 데워지면 부풀어 같은 부피에 든 알갱이가 줄어듭니다. 습한 공기가 가벼운 이유는 공기를 이루는 알갱이의 무게에 있습니다. 질소는 28, 산소는 32인데 물 분자는 18이라, 수증기가 섞이면 무거운 알갱이 자리를 가벼운 알갱이가 차지합니다. 습한 날 몸이 무겁게 느껴지는 것은 공기가 무거워서가 아니라 땀이 덜 마르기 때문입니다.

공기가 가벼워진 몫의 92%는 온도, 8%는 습도입니다.

20도, 습도 50%의 공기는 1세제곱미터에 1.1988 kg입니다. 30도로 온도만 오르면 1.1551 kg으로 43.7 g 가벼워지고, 습도까지 70%로 오르면 1.1515 kg으로 3.7 g 더 가벼워집니다. 모두 합쳐 1세제곱미터당 47 g, 약 4.0% 가벼워지며 대부분은 온도 몫입니다.

위에서 아래로 봄, 온도만 오른 여름, 습도까지 오른 여름의 공기 무게입니다. 가벼워진 몫은 대부분 온도에서 옵니다.

가벼운 공기는 콩에 열을 어떻게 옮깁니까?

같은 부피의 공기가 담는 열이 약 3% 줄어듭니다.

공기 1세제곱미터를 1도 올리는 데 드는 열은 1.213 kJ에서 1.177 kJ로 줄어듭니다. 냄비에 물을 반만 담으면 같은 불에서도 빨리 끓는 것처럼, 같은 열을 받은 가벼운 공기는 더 뜨거워집니다.

버너의 실제 열출력과 팬이 옮기는 부피가 같다면 흡기 온도는 약 16도 오릅니다.

이 16도는 두 조건이 같다는 가정 위에서만 성립합니다. 가스 눈금이 같다고 버너의 실제 열출력이 같은 것은 아니고, 기계의 공기 흐름 방식에 따라 부피 유량도 달라집니다.

콩이 받는 대류열은 콩이 뜨거울수록 크게 늘어납니다.

같은 가정에서 흡기 온도가 16도 오르면, 공기와 콩의 온도 차이가 콩 120도에서 100도가 116도로, 150도에서 70도가 86도로, 180도에서 40도가 56도로 벌어집니다. 열전달계수가 약 2.4% 줄어드는 몫을 빼도, 콩이 받는 대류열은 각각 약 13%, 20%, 37% 늘어납니다. 차이가 가장 크게 나타나는 때는 1차 크랙 전후입니다.

연한 막대는 봄의 온도 차이, 주황 막대는 여름의 온도 차이입니다. 콩이 뜨거울수록 원래 온도 차이가 작아, 같은 16도가 더 크게 작용합니다.

공기 흐름은 어떻게 달라집니까?

연통으로 공기가 빠지는 기계에서는 흐름을 미는 압력이 약해집니다.

안팎 공기의 무게 차이로 생기는 연통의 구동 압력은 여름에 약 10.5% 줄어듭니다. 하지만 흐름은 그만큼 줄지 않습니다. 빨대를 두 배 세게 빨아도 두 배 빨리 나오지 않는 것처럼, 저항이 같을 때 흐름은 압력의 제곱근을 따르기 때문입니다. 부피 유량은 약 3.6%, 질량 유량은 약 7.4% 줄어듭니다.

팬으로 공기를 미는 기계는 부피가 같아도 무게로 옮기는 공기가 약 4% 줄어듭니다.

팬은 같은 부피를 밀어내지만 공기가 가벼워진 만큼 콩 쪽으로 옮기는 공기의 무게가 줄어듭니다. 차압계로 풍량을 맞추는 기계에서 평소와 같은 질량 유량을 되찾으려면 압력을 평소보다 약 4.1% 높게 잡아야 합니다. 평소 눈금에 맞추면 여전히 모자랍니다.

위 두 막대는 연통으로 빠지는 기계, 아래 막대는 팬으로 미는 기계입니다. 같은 여름이라도 기계의 공기 흐름 방식에 따라 줄어드는 양이 다릅니다.

습도는 건조를 얼마나 늦춥니까?

여름 공기는 기계 안으로 들여오는 물이 두 배 넘게 많습니다.

10분 동안 흐른 공기	봄 20도, 습도 50%	여름 30도, 습도 70%
분당 2 m³	물 173 g	물 425 g
분당 6 m³	물 519 g	물 1,274 g
분당 10 m³	물 864 g	물 2,124 g

하지만 콩의 건조를 늦추는 몫은 콩 표면 온도가 오를수록 작아집니다.

콩 표면을 물이 증발하는 수면으로 놓고 계산하면, 여름 습도로 줄어드는 증발 속도는 표면 60도에서 약 9.6%, 80도에서 약 3.9%, 100도에서 약 1.8%입니다. 표면이 마른 뒤에는 콩 속의 물과 수증기가 이동하는 속도가 건조를 정하므로, 바깥 습도의 몫은 더 줄어듭니다. 이 수치는 단순 모형의 계산이며 1% 미만이라고 단정할 수는 없습니다.

드럼과 버너에는 무슨 일이 생깁니까?

드럼 쇠는 공기의 변화를 부드럽게 만듭니다.

두꺼운 냄비가 불의 변화를 천천히 전하듯, 데워진 드럼은 공기의 변화를 곧바로 콩에 전하지 않습니다. 드럼과 열풍이 콩에 주는 열의 비율은 드럼 두께, 버너 위치, 투입량, 회전수, 공기 속도에 따라 계속 달라지므로 드럼 70%, 열풍 100% 같은 고정 비율로 말할 수 없습니다.

기계 밖으로 새는 열과 버너의 산소도 조금씩 달라집니다.

새는 열이 온도 차이에 비례한다는 단순 모형에서는 여름에 약 5.6% 줄지만, 복사는 온도의 네제곱을 따르므로 이 값을 모든 기계에 그대로 쓸 수는 없습니다. 공기 속 산소 비율은 20.71%에서 20.34%로 약 1.8% 줄어드는데, 보통 버너에 넣는 여유 공기 안에 들어가 영향은 대체로 작지만 정확히 0은 아닙니다.

생두도 여름에 달라집니까?

생두 쪽 변화는 서로 방향이 반대입니다.

창고가 더워 투입 온도가 10도 높아지면 생두 1 kg당 약 18 kJ의 열이 덜 필요합니다. 반대로 습한 곳에서 생두 수분이 1%p 오르면 생두 1 kg당 최소 23 kJ가 더 필요하고, 결합한 물을 떼어 내는 열까지 더하면 실제로는 더 큽니다. 두 변화는 서로 지운다고 볼 수 없고, 방향이 반대인 별개의 변화입니다.

생두 수분이 바뀌는 속도는 보관 조건에 따라 몇 시간에서 몇 주까지 다릅니다.

포장재, 자루를 열어 둔 정도, 공기 순환, 온도와 습도에 따라 달라지므로, 여름에는 볶기 전에 생두 수분을 확인해 기록하십시오.

가스를 몇 눈금 내려야 합니까?

몇 눈금을 내려야 하는지는 기계마다 달라 계산으로 정할 수 없습니다.

흡기 온도를 제어하거나 공기 질량을 되먹임으로 맞추는 기계는 이런 변화를 자동으로 보정합니다. 그렇지 않은 기계에서는 같은 가스 눈금이 같은 열이라고 보지 말고, 기록으로 달라진 조건을 확인한 뒤 커핑으로 결과를 비교하십시오. 터닝포인트는 센서의 최저점이라 보정 기준이 아니라 같은 기계에서 되풀이해 비교하는 관측값으로만 쓰십시오.

기록할 것	이유
실온과 습도	공기의 무게와 들여오는 물의 양이 달라집니다
흡기와 배기 온도	공기가 실제로 얼마나 뜨거웠는지 확인합니다
풍량 또는 차압계 값	흐른 공기의 양을 비교합니다
생두 수분과 투입 온도	생두 쪽 열 조건이 반대 방향으로 바뀝니다
1차 크랙과 배출의 시각, 온도	결과가 얼마나 달라졌는지 비교합니다

자주 묻는 질문

Q. 여름에는 무조건 화력을 낮춰야 합니까?

그렇게 단정할 수 없습니다. 버너, 팬, 흡기 제어 방식에 따라 여름에 달라지는 정도가 다릅니다. 흡기와 배기 온도를 먼저 확인하십시오.

Q. 에어컨과 제습기 중 무엇이 로스팅 공기에 더 큰 영향을 줍니까?

공기 무게 변화의 약 92%가 온도 몫이라, 실내 온도의 영향이 습도보다 큽니다. 습도는 생두 보관과 수분 변화에서 더 중요합니다.

Q. 겨울에는 어떻게 됩니까?

방향이 반대입니다. 공기가 무거워지고 같은 열에서 흡기 온도가 덜 오르며, 생두 투입 온도는 낮아집니다. 계절이 바뀔 때마다 기록을 새 기준과 함께 비교하십시오.

로스팅 열과 공기의 과학

1. 온도가 10도 오르면 반응 속도는 얼마나 빨라집니까?

2. ROR은 숫자보다 오르는지 내리는지가 먼저입니다

3. 같은 프로파일이 여름에 달라지는 이유

근거

공기 밀도와 열용량: 이상기체 상태식과 수증기 분압으로 계산한 습공기 값(20도 50%, 30도 50%, 30도 70%)

흡기 온도 16도 상승: 버너의 실제 열출력과 팬의 부피 유량이 같다는 가정 위의 계산

대류열 증가: 온도 차 변화와 질량유량의 0.6제곱을 따르는 강제 대류 열전달계수로 계산한 값

흐름 변화: 저항이 같을 때 유량이 압력의 제곱근을 따르는 관계로 계산한 값

건조 속도 변화: 콩 표면을 자유 수면으로 놓은 단순 모형의 계산

모든 수치는 원리를 보여 주기 위한 계산이며 특정 기계의 측정값이 아닙니다

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