Hạt cà phê được đưa vào qua phễu trên máy và được van đảo trộn liên tục để đảm bảo nhiệt được phân phối đều. Khi quá trình rang kết thúc, hạt được xả qua cửa trước trống và rơi xuống khay làm nguội. Tại đây, một quạt công suất lớn hút không khí lạnh qua hạt, trong khi các van đảo trộn đảm bảo hạt nguội nhanh và đồng đều.
Một trong những ưu điểm lớn của máy rang trống gia nhiệt trực tiếp là tính linh hoạt trong điều chỉnh hồ sơ rang. Nhờ khả năng kiểm soát nhiệt độ, tốc độ quay của trống, và lưu lượng khí, người vận hành có thể tùy chỉnh từng giai đoạn của quá trình rang để phù hợp với từng loại hạt cà phê. Thiết kế đơn giản và dễ kiểm soát là hai đặc điểm chính khiến máy rang trống gia nhiệt trực tiếp trở thành lựa chọn lý tưởng cho cả các nhà rang thương mại lớn lẫn các lò rang thủ công nhỏ, nhờ khả năng thích ứng cao với nhu cầu đa dạng trong sản xuất cà phê chất lượng cao.
Thiết kế trống rang
Cấu trúc trống rang thường được phân loại thành trống một lớp và hai lớp. Trống một lớp làm từ một lớp kim loại duy nhất, cho phép truyền nhiệt nhanh hơn nhưng dễ tạo ra các điểm nóng, dẫn đến nguy cơ cháy bề mặt hạt cà phê. Trong khi đó, trống hai lớp có khoảng không khí cách nhiệt giữa hai lớp kim loại, giúp phân phối nhiệt đồng đều hơn và giảm nguy cơ cháy bề mặt. Mặc dù thời gian truyền nhiệt có thể chậm hơn, thiết kế hai lớp mang lại sự ổn định cao, đặc biệt quan trọng trong các lô rang lớn hoặc yêu cầu kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ.
Trống hai lớp có khả năng phân phối nhiệt đồng đều hơn, cho phép sử dụng nhiệt độ cao mà không làm cháy bề mặt hạt. Điều này giúp tăng hiệu quả rang mà không làm mất chất lượng.
Đầu đốt
Nguồn nhiệt trong máy rang gia nhiệt trực tiếp thường là đầu đốt gas, với hai loại chính:
- Đầu đốt tự hút khí (atmospheric burner): Không cần điện, sử dụng nguyên lý Venturi để tự hút không khí vào buồng đốt. Tuy nhiên, hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi áp suất gas hoặc điều kiện môi trường.
- Đầu đốt cưỡng bức khí (forced-air burner): Sử dụng quạt để bơm khí vào buồng đốt, đảm bảo tỉ lệ khí-gas tối ưu. Loại này mạnh mẽ, hiệu quả và phổ biến trên các máy rang lớn.
Đầu đốt nạp khí tự nhiên và nạp khí cưỡng bức
Đầu đốt với bộ nạp khí tự nhiên là loại đầu đốt đơn giản, dễ bảo trì và không yêu cầu sử dụng điện trong quá trình hoạt động. Cơ chế hoạt động của nó dựa trên nguyên lý tự hút không khí, sử dụng dòng khí gas chảy qua một bộ phận gọi là Venturi để tạo ra vùng áp suất thấp, từ đó hút không khí vào trộn lẫn với khí gas. Tuy nhiên, nhược điểm của đầu đốt nạp khí tự nhiên là sự phụ thuộc lớn vào áp suất khí gas và điều kiện môi trường xung quanh. Những biến đổi về áp suất hoặc nhiệt độ không khí có thể làm mất cân bằng tỷ lệ khí gas và không khí, dẫn đến quá trình đốt cháy kém hiệu quả. Điều này không chỉ gây lãng phí khí gas mà còn làm tăng lượng khí CO và muội than trong khí thải.
Để khắc phục những hạn chế này, một số máy rang hiện đại sử dụng đầu đốt nạp khí cưỡng bức, còn được gọi là đầu đốt công suất cao hoặc đầu đốt trộn trước. Loại đầu đốt này được trang bị một quạt thổi giúp bơm không khí trực tiếp vào buồng đốt, đảm bảo tỷ lệ khí gas và không khí luôn đạt mức tối ưu, ngay cả khi áp suất khí gas thay đổi. Các mẫu đầu đốt nạp khí cưỡng bức tiên tiến còn có khả năng tự động điều chỉnh lượng không khí dựa trên áp suất khí gas, mang lại hiệu suất đốt cháy cao hơn, giảm khí thải độc hại và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, chúng phức tạp hơn, đắt đỏ hơn và chủ yếu được sử dụng trong các máy rang lớn với nhu cầu nhiệt cao.
Cả hai kiểu nạp khí trên có thể được thiết kế với nhiều dạng đầu đốt khác nhau. Phổ biến nhất là các đầu đốt ngọn lửa hở, như dạng ngọn nến hoặc ruy băng. Ngoài ra, một số đầu đốt sử dụng lưới kim loại hoặc vật liệu gốm làm bề mặt đốt cháy, tương tự như đầu đốt trong máy sưởi ngoài trời. Loại đầu đốt này tạo ra nhiệt hồng ngoại, trong khi ngọn lửa hở chủ yếu làm nóng không khí xung quanh thông qua đối lưu. Sự đa dạng trong thiết kế đầu đốt giúp các máy rang có khả năng đáp ứng linh hoạt các yêu cầu khác nhau về nhiệt lượng và hiệu suất trong quá trình rang cà phê.
Tóm lại, máy rang trống gia nhiệt trực tiếp là tiêu chuẩn trong ngành rang cà phê hiện đại, nhờ khả năng kiểm soát chính xác quá trình truyền nhiệt, tốc độ rang, và chất lượng rang. Những cải tiến trong thiết kế trống và đầu đốt tiếp tục nâng cao hiệu suất, giảm thiểu rủi ro cháy hạt, và đảm bảo hương vị tối ưu.
