HORNO-TOSTADOR-DE-CAFAÔÇ

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 
UNIDAD ZACATENCO 
 
T E S I S 
CONTROL Y MONITOREO DE TEMPERATURA EN UN HORNO 
ELECTRICO CONTINUO PARA EL TOSTADO DE CAFE. 
 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: 
INGENIERO EN COMUNICACIÓNES Y ELECTRONICA 
 
PRESENTAN: 
GARCIA SANCHEZ RICARDO 
SERVIN BASURTO RICARDO 
ASESORES: 
 
ROGELIO ANTONIO FRANSISCO 
 QUINTANA ORTEGA EDGAR 
 
 
 
MEXICO DF, DICIEMBRE DEL 2013 
 
 
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ÍNDICE 
Pág. 
Capítulo 1 Metodología de la investigación. 
1.1 Introducción…………………………………….……...…….………..…...6 
1.2 Objetivo general.…………………………………..….…....……………...8 
1.3 Objetivos específicos……………..………………………………………8 
1.4 Planteamiento del problema……………..………………..…….….….…9 
1.5 Justificación………………………………………………………………10 
1.6 Resultados esperados…………………………………………………...11 
Capítulo 2 Marco teórico. 
2.1 Antecedentes Históricos…….…...…………………………….………..12 
2.2 Calidad y producción del café….………………….…………...…........13 
2.3 Tostado del café…...……………………………………………………14 
 2.3.1 Condiciones del tostado del café….…………………………….14 
 2.3.2 Fases del tostado del café………………………..……………..15 
2.4 Ventajas de tomar café……………………………………..……………17 
2.5 El café en México…………………………………………………………18 
2.6 Formas de transferencia de calor y el uso del tostado 
Convencional en el café……………………………………..……………….20 
2.7Hornos………………..……...………………………………………….....21 
2.7.1 Horno por convección...…….……………………………………22 
 
4 
 
2.7.2 Horno de inducción………………………………………………..23 
2.7.3 Horno Eléctrico…………....………………………....…...............24 
Capítulo 3 Descripción y desarrollo del sistema. 
3.1 Principios del control automático.………...…….………..…................25 
3.1.1 Oscilaciones….….......………..................................................25 
3.1.2 Estabilidad.………..….…………………………………………...26 
3.2 Control de temperatura de un horno……………………………………27 
 3.2.1 Ecuaciones diferenciales horno eléctrico……………………..…27 
3.3 Modos de control…………………………………………………………29 
3.3.1 Acciones básicas de control……………………………………...29 
3.3.2 Control de dos posiciones………………………..………………30 
3.4 Microcontrolador.………………………………………………………..30 
3.4.1 Familia de micro-controladores AVR de ATMEL………………....31 
3.4.2 USART…………………………………………………………….32 
3.4.3 Norma RS232.……………………………………………………32 
3.5 Instrumentos………………………………………………………………32 
3.5.1 Termopares………………………………………………………..33 
3.6Sistema calefactor………………………………………………………...34 
3.6.1 Disipador de calor…………………………………………………34 
3.6.2 Elemento calefactor.………………………………………………35 
3.7 Sistema de transportación……………………………………………….36 
3.7.1 Diseño de la banda………………………………………………..36 
 
5 
 
3.8Sistemaeléctrico……………………………………………………37 
 3.8.1 Movimiento de la banda….………………………………………37 
3.8.2 Extractor de aire…………………………………………………..38 
3.9 Diagramas y planos del diseño físico del horno……………………..38 
 Conclusiones…….………………………………………..…………...44 
 Trabajo futuro…….………..…………………………......……………44 
 Glosario…………………….…………………………………………..45 
 Bibliografía……………………………………………………………..46 
 Anexos………………………………………………………………….47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Información extraída de http://www.cefp.gob.mx/intr/edocumentos/pdf/cefp/cefp0542001.pdf 
Capítulo 1 
Metodología de la investigación. 
 
1.1 Introducción 
México produce café de excelente calidad, ya que su topografía, altura, climas 
y suelos le permiten cultivar y producir variedades clasificadas dentro de las 
mejores del mundo, la variedad genérica que se produce en México es la 
"arábica", que se clasifica dentro del grupo de "otros suaves". Destacan por su 
calidad las variedades Coatepec, Pluma Hidalgo, Jaltenango, Marago y Natural 
de Atoyac, sólo por citar algunas. Como productor de café México ocupa el 
quinto lugar a nivel mundial, después de Brasil, Colombia, Indonesia y Vietnam, 
México es el primer productor mundial de café orgánico, y uno de los primeros 
en café "Gourmet". 
El café se produce sobre una superficie de 761 mil hectáreas en doce estados 
de la República Mexicana, situados en la parte centro-sur del país. Estos 
estados son: Colima, Chiapas, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, Nayarit, Oaxaca, 
Puebla, Querétaro, San Luis Potosí, Tabasco y Veracruz. El sistema de cultivo 
del café se hace bajo sombra. 
En la cosecha 99-00 la producción ascendió a 6 millones 192 mil sacos de 60 
kilos, de los cuales se exportaron 5 millones 137 mil sacos de 60 kilos a 52 
países, es decir el 83% de la producción nacional de café se exporta y 
únicamente el 17% restante se destina al mercado doméstico. En el ámbito 
nacional Chiapas es el primer productor de café con una participación de 
34.8%, Veracruz con 25.2%, Oaxaca y Puebla con un 28%, por lo que 4 
estados aportan el 88% del total nacional. 
La producción de café involucra a más de 282 mil productores entre los cuales 
se encuentran en una mayoría minifundistas e indígenas, agrupados en 16 
organizaciones de carácter local y regional. 
En el siglo XIX el café era comprado en forma de grano verde y tostado 
generalmente en una sartén. Esta forma de tueste requiere mucha habilidad, y 
http://es.wikipedia.org/wiki/Siglo_XIX
 
7 
 Información extraída de http://www.cefp.gob.mx/intr/edocumentos/pdf/cefp/cefp0542001.pdf 
dejó de emplearse cuando fue posible producir café pre tostado en envases al 
vacío. Desafortunadamente, ya que el café emite CO2 durante varios días tras 
el tueste, se debe esperar durante un tiempo antes de poderlo envasar al 
vacío. 
Hoy el tostado en casa se está convirtiendo en popular de nuevo. Existen 
asadores automatizados que simplifican el tueste en casa, y algunos asadores 
caseros tuestan simplemente en un horno o en máquinas de palomitas de 
maíz. Una vez que está asado, el café pierde su sabor rápidamente. Aunque 
algunos prefieren esperar 24 horas después del tueste para elaborar la primera 
taza de café, todos coinciden en que aparecen malos sabores y amargura entre 
1 y 2 semanas después del tueste, incluso bajo condiciones ideales como ser 
almacenado en un envase hermético o una bolsa con válvula de 
desgasificación. 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono
 
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1. Objetivo general. 
Diseñar e implementar un horno eléctrico continúo para el proceso del 
tostado de café. 
 
Objetivos específicos. 
 Alcanzar la temperatura dentro del rango de 140 °C – 200 °C para una 
mejor calidad en el tostado del café. 
 Usar un sistema de control para variar los tiempos de tostado del café. 
 Implementar un sistema que mediante el uso de un software sea capaz 
de monitorear el proceso del tostado del café. 
 Obtener un café de calidad al final del proceso, el cual quede listo para 
el consumo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
1.4 Planteamiento del problema. 
En México y en gran parte del mundo, la producción de café se ve 
bastantemente afectada debido al tueste de los granos de café y por lo tanto la 
calidad del producto se deteriora teniendo un mal sabor o distintos aromas. Los 
métodos empleados para este proceso a nivel industrial son muy ostentosos y 
con un alto grado de contaminación ambiental, ya que utilizan gases y 
combustibles fósiles para lograr el tueste del café. 
A nivel rural se emplea un método más artesanal pero con resultados muy 
variantes, debido a que se emplean comales para el tueste de los granos de 
café, y por consecuencia no se tiene un resultado uniforme en este proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
1.5 Justificación. 
Las grandes fábricas procesadoras de café, se ven afectadas en gran medida 
al consumir bastantes recursos para el tueste del café como son principalmente 
los combustibles que utilizan las maquinas procesadoras. 
El proyecto busca hacer más exacto y eficienteel tueste del café, apoyándose 
en la energía eléctrica, ya que esta no requiere de combustibles fósiles y evita 
la contaminación del medio ambiente. 
El horno eléctrico es controlado de manera electrónica y por consiguiente se 
tienen las medidas necesarias en seguridad, además de ser monitoreado para 
vigilar el proceso en serie del producto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
1.6 Resultados esperados. 
El parámetro principal que se alcanzó es que al variar la temperatura en el del 
horno esta es detectada por medio de un sensor térmico, en este caso 
termopares tipo K, para evitar que esta salga de los rangos establecidos y 
afecte al producto, esta detección es llevada a cabo por el sensor, y este 
mandara una señal analógica al convertidor analógico digital, a su vez este a 
un controlador, el cual recibe la información de lo que está sucediendo en el 
horno con respecto a la temperatura que se está aplicando en ese momento y 
la analizara con respecto al punto de referencia de los parámetros establecidos 
y mandara la acción correctora a un sistema de potencia para que active o 
desactive dicha fuente de calor según sea el caso requerido, variando con esto 
la temperatura que se está manejando en el proceso. 
Es necesario manejar una banda transportadora para 0.3Kg como máximo del 
producto, la cual tiene una velocidad de acuerdo al producto que se está 
procesando. 
Para lograr la rotación de la banda se utiliza un motor de C.A y con esto lograr 
la transportación del producto hacia el interior del horno y efectuar su tostado 
de acuerdo a como se pide su elaboración. 
Tanto la temperatura interna del horno como la velocidad de la banda, son 
directamente proporcionales en su funcionamiento ya que tendrán que ser 
sometidos a un control relacionado a lo que se estará trabajando en ese 
momento. Se debe tomar en cuenta la humedad inicial del café (10%-12%), ya 
que esta puede afectar los parámetros de la temperatura y por consecuencia 
podría afectar al producto o al sistema del horno eléctrico
 
12 
(Fuente: “Caracterización física de café semitostado.” Yenni Alexandra Prieto Duarte, Proyecto 
de grado para optar el título de Ingeniera Química, 2002.) 
Capítulo 2 
 Marco teórico. 
 
2.1 Antecedentes históricos 
El café, esa bebida estimulante y aromática tan difundida por el mundo, 
encuentra su origen en las tierras de Abisinia (actual Etiopia). Fruto de un 
arbusto llamado cafeto, su nombre procede de la ciudad etíope de Caffa. Una 
leyenda atribuye su descubrimiento a un pastor local llamado Kaldi, quien 
observo el efecto reanimante ejercido en sus cabras tras comer unos frutos 
rojos de un arbusto. Tras probarlos él mismo se sintió con más vigor y energía. 
Aunque con toda probabilidad, las tribus africanas lo conocían desde la 
antigüedad utilizando los granos molidos para alimentar a los animales, dar 
fuerzas a sus guerreros, y soportar las largas ceremonias religiosas. 
En la actualidad, las principales regiones productoras de café son América del 
Sur (en particular, Brasil, Colombia y Perú), Vietnam, Kenia y Costa de 
Marfil. Hawai tiene una pequeña producción de café de gran calidad y elevado 
precio, pero entre las numerosas variedades desarrolladas, el café más caro y 
famoso sigue siendo el Blue Mountain procedente de Jamaica. 
Antes de que los granos de café se puedan utilizar para hacer café, se deben 
tostar. 
El proceso de tueste cambia el color de los granos verdes de café. Primero se 
vuelven amarillos y luego de color café. Cuanto más tiempo se tuesten, más 
oscuros se vuelven. Los tuestes más intensos ocasionan granos más oscuros. 
Al mismo tiempo, el calor ocasiona cambios en el sabor y el olor de los granos. 
Se liberan aceites aromáticos que revelan el sabor del café. 
En el siglo XIX, las personas tostaban el café en su casa, en estufas o sobre 
fuegos descubiertos. Actualmente, los tostadores comerciales de café utilizan 
enormes hornos para tostar el café.
http://es.wikipedia.org/wiki/Abisinia
http://es.wikipedia.org/wiki/Coffea
http://es.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9rica_del_Sur
http://es.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9rica_del_Sur
http://es.wikipedia.org/wiki/Brasil
http://es.wikipedia.org/wiki/Colombia
http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BA
http://es.wikipedia.org/wiki/Vietnam
http://es.wikipedia.org/wiki/Kenia
http://es.wikipedia.org/wiki/Costa_de_Marfil
http://es.wikipedia.org/wiki/Costa_de_Marfil
http://es.wikipedia.org/wiki/Hawai
http://es.wikipedia.org/wiki/Jamaica
 
13 
(Fuente: “Caracterización física de café semitostado.” Yenni Alexandra Prieto Duarte, Proyecto 
de grado para optar el título de Ingeniera Química, 2002.) 
La temperatura y el tiempo se controlan cuidadosamente, a veces mediante 
computadoras, porque sólo unos segundos pueden cambiar drásticamente el 
sabor final del café. El tueste se puede realizar en sólo un minuto. 
En general, un tueste claro proporciona u sabor suave, un tueste medio 
produce un sabor y aroma ricos y bien redondeados, y un tueste intenso 
produce un sabor fuerte y distintivo. 
 
2.2 Calidad y producción del café. 
El proceso de producción del café está formado por las operaciones de 
limpieza, secado, tueste, enfriamiento, molienda y empaquetado. Los sacos de 
granos de café verdes son abiertos manualmente o mediante máquinas, 
descargados en una tolva, y agitados para quitar la broza. Después los granos 
verdes son pesados y transferidos mediante una correa o transportador 
neumático a las tolvas de almacenamiento. De las tolvas de almacenamiento, 
los granos verdes son transportados al tostador. Los tostadores funcionan 
típicamente con temperaturas entre 130°C y 220°C, y los granos son tostados 
durante un período que se extiende desde algunos minutos hasta cerca de 30 
minutos. Los tostadores suelen ser tambores que giran horizontalmente y que 
hacen caer los granos de café verde en una corriente de gases de 
combustión calientes; los tostadores funcionan tanto en lotes como en modo 
continuo y pueden utilizar fuego directo o indirecto. 
El grano de la planta del cafeto debe someterse a procesos de transformación 
antes de preparar la bebida, uno de ellos es el tostado, que se realiza a más de 
130° C para generar cambios químicos en los componentes del grano. El color, 
aroma, cuerpo y sabor del café son atributos que se detectan en la taza; 
además de éstos, pueden ser notorios algunos defectos de sabor y aroma que 
afectan su calidad, entre los que se encuentran: sabor a humedad, a fermento 
(que es la degradación de café que va de agrio a putrefacto), terroso (sabor a 
tierra removida), a rancio (que es la oxidación de los aceites propios del café), 
a viejo (pérdida total o parcial de aroma, sabor y cuerpo), y sucio (mezcla 
http://www.nescafe.com.mx/coffee_aroma_es_mx.axcms
http://es.wikipedia.org/wiki/Tolva
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transportador_neum%C3%A1tico&action=edit&redlink=1
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transportador_neum%C3%A1tico&action=edit&redlink=1
http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius
http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius
http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_de_combusti%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_de_combusti%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Modo_lote&action=edit&redlink=1
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Modo_continuo&action=edit&redlink=1
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Modo_continuo&action=edit&redlink=1
 
14 
(Fuente: “Caracterización física de café semitostado.” Yenni Alexandra Prieto Duarte, Proyecto 
de grado para optar el título de Ingeniera Química, 2002.) 
indefinida de defectos); a su vez, el mejor café es aquel que no tiene defectos y 
se denomina café gourmet. 
Una vez tostado, el grano también se muele a diferente granulometría, 
dependiendo del tipo de cafetera que se utilice para preparar la bebida. Los 
tres grados de molienda comercial son: grueso, medioy fino. 
Con la finalidad de proporcionarle información sobre la calidad y la pureza del 
café que consume y orientar su decisión de compra, PROFECO realizó un 
estudio de calidad de café tostado en grano o molido, puro, con azúcar o 
descafeinado, que se comercializa en el Distrito Federal. (PROFECO, 2001) 
 
2.3Tostado del café. 
El tostado del café es un proceso en el cual intervienen mecanismos de 
transferencia de calor y de masa simultáneamente. Depende del tiempo y la 
temperatura, donde se inducen los cambios en el café verde produciendo los 
compuestos que originan el aroma característico, sabor, olor y cuerpo del café. 
Existen grandes diferencias entre el café tostado y el café verde o crudo, 
porque al sufrir éste proceso, la composición del café se modifica en su 
estructura; Estas modificaciones pueden ser tanto físicas (volumen, densidad, 
color, dureza), como también cambios de tipo químico que dan origen a las 
cualidades organolépticas del café. 
2.3.1 Condiciones del tostado 
 Antes de tostar el café es necesario trillar y limpiar el grano, retirando 
impurezas o materiales extraños y además se deben eliminar los granos 
defectuosos. 
 Se utiliza un café verde perfectamente seco entre el 10% y 12% de 
humedad y distribución granulométrica centrada (tamaño de partícula 
uniforme). Éste café verde debe ser previamente trillado y seleccionado, 
retirando defectos e impurezas que éste pudiese contener.
 
15 
(Fuente: “Caracterización física de café semitostado.” Yenni Alexandra Prieto Duarte, Proyecto 
de grado para optar el título de Ingeniera Química, 2002.) 
 El tiempo del tostado y el grado de color varían según la temperatura, el 
diseño del tostador, la forma de transferir el calor y el tipo de café. 
 El tostado se obtiene a diferentes temperaturas que varían entre 180 °C 
y 240 °C y donde el café sufre una pérdida de peso entre el 15% y el 
20%. Debe procurarse un calor uniforme y gradual. 
 El café tostado puede conservar las propiedades adquiridas en el 
proceso por varios días en recipientes cerrados, limpios y perfectamente 
secos (condiciones adecuadas de almacenamiento). Si se deja al aire 
libre pierde su frescura y aroma. 
2.3.2 Fases del tostado del café. 
En el tostado hay cinco fases principales: 
• Desecación 
• Crecimiento 
• Disgregación 
• Tostado completo 
• Enfriamiento 
Los primeros cambios se presentan a 50°C en las capas superficiales, a los 
100°C el color verde del café comienza a cambiar a amarillo, en éste momento 
empieza la desecación donde se desprende vapor de agua y comienza la 
volatilización desarrollando además un olor a pan tostado. Alrededor de los 
120°C a 130°C, el grano adquiere una coloración castaña que varía poco a 
poco a coloraciones pardas, acompañado de un aumento en el volumen y su 
olor todavía no es característico. 
Alrededor de los 180°C el olor comienza a ser característico y a causa de la 
pirolisis (descomposición de grandes estructuras químicas por medio de calor) 
aparecen productos gaseosos como vapor de agua, CO2, CO, compuestos 
volátiles por la descomposición de los carbohidratos, proteínas y grasas que 
son los causantes del aumento del volumen en el grano, el cual comienza a 
tomar una coloración marrón a causa de las reacciones de Maillard13 y la 
 
16 
(Fuente: “Caracterización física de café semitostado.” Yenni Alexandra Prieto Duarte, Proyecto 
de grado para optar el título de Ingeniera Química, 2002.) 
caramelización de azúcares. En éste momento se inicia una fase de 
descomposición caracterizada por el rompimiento de la estructura celular de los 
granos debido a sobrepresiones internas (crepitación), producción de humo y la 
aparición del aroma del café, en éste instante las reacciones endotérmicas 
alcanzan su punto máximo. 
Posteriormente comienzan las reacciones exotérmicas debido al calor de 
reacción dentro del grano, que hacen que éste alcance temperaturas hasta de 
200 °C aproximadamente. Después de alcanzada la óptima caramelización de 
azúcares se obtiene la tostación completa en donde desciende el contenido de 
agua a valores entre el 1.5% y el 3.5% en peso. 
La zona de tostado se encuentra entre los 140°C a 220°C siendo la 
temperatura óptima, la comprendida entre los 180°C y 200°C, por encima de 
esta ocurre la sobre tueste en donde se acentúan, el desprendimiento de 
humos, los granos se ennegrecen, el volumen ya no aumenta y en el peor de 
los casos se carbonizan, se hacen más quebradizos y el aroma desaparece. 
Para detener el proceso de tueste del café es necesario generar un 
enfriamiento rápido e inmediato de los granos, ya sea por medio de una 
corriente de aire o por apagado con aspersión de agua. 
La temperatura de tostado es muy importante ya que tiene una fuerte influencia 
sobre las cualidades del café. 
La duración del tostado es aproximadamente de 5 a 12 minutos (bajo 
condiciones dadas). Éste tiempo varía según el equipo que se utilice y la 
cantidad de almendra de café adicionada. 
En la siguiente tabla se puede resumir el proceso del tueste: 
Tabla 2. Etapas y cambios físicos en el proceso del tueste 
TEMPERATURA DEL 
GRANO (°C) 
COLOR VOLUMEN PROCESO 
100 Amarillo 
Desecación y pérdida 
de agua. 
 
17 
(Fuente: “Caracterización física de café semitostado.” Yenni Alexandra Prieto Duarte, Proyecto 
de grado para optar el título de Ingeniera Química, 2002.) 
120-130 Castaño 
Reacciones de 
reducción de 
azúcares y 
aminoácidos 
130-180 Marrón Aumenta 
Caramelización de 
azúcares. 
180-200 Marrón Aumenta 
Producción de CO
2 
por pirogenación de 
carbohidratos, 
proteínas y grasas 
200-230 Marrón obscuro Aumenta 
Agrietamiento del 
grano (crepitación) y 
afloramiento del 
aceite en la superficie. 
250 Negro, sin brillo Deja de aumentar 
Sobre tostado, se 
carboniza y el aroma 
desaparece. 
(Fuente: Extracción de aceite esencial a partir de café brocado.) 
2.4 Ventajas de tomar café 
Beberse una taza de café con leche en el desayuno, a media mañana o 
después de comer son acciones tan habituales que ni siquiera uno se para a 
pensar si dicho hábito es beneficioso o no para nuestra salud. El café, como 
ocurre con la mayoría de los alimentos, tiene tanto sus cosas buenas como sus 
cosas malas. Tal y como ocurre con la cerveza o con el vino, un consumo 
moderado de café (unas dos tazas al día) aportan beneficios al organismo, 
pero el abuso de dicha bebida trae consigo ciertas desventajas. Aquí os 
enumeramos brevemente las principales ventajas que tiene tomarse sólo un 
par de tazas de café al día y las desventajas que tiene el consumo abusivo de 
café. 
Ventajas de un consumo moderado de café: 
Tomar una o dos tazas de café al día. 
-Puede reducir el riesgo de sufrir ictus en las mujeres: según un estudio 
publicado recientemente, consumir más de una taza de café al día reduce un 
25% el riesgo de sufrir un ictus en el caso de las mujeres. 
-Aporta energía y vitalidad 
 
18 
 Información extraída de http://www.nescafe.com.mx/coffee_and_wellbeing_es_mx.axcms 
-Puede reducir el riesgo de padecer diabetes del tipo 2 y otras enfermedades 
como el cáncer. 
-Retrasa el envejecimiento de la piel gracias a sus antioxidantes 
Desventajas/ Consecuencias de un consumo abusivo de café: 
Tomar más de dos/ tres tazas al día de café puede acarrear: 
-Retención de líquidos. 
-Nerviosismo e intranquilidad. Esta excitación puede implicar que no se 
descanse adecuadamente. 
-Adicción. 
-Un aumento del nivel de colesterol. 
Como ya hemos dicho más arriba, un par de tacitas de café al día no hacen 
daño a nadie, pero más puede ser un riesgo. Si ves que tu cuerpo te pide más 
cafeína para mantenerse despierto, prueba con el té. 
2.5 El café en México 
En México se cultivan comercialmente dos especies de café, siendo estas: 
Coffea arabica y Coffea canephora. La primera es de mayor importancia por su 
calidad, valor en el mercadonacional e internacional y extensión territorial, ya 
que en México ocupa poco más del 97% de la superficie cafetalera y a nivel 
mundial se estima que ocupa el 70 %, en tanto que la especie C. canephora, se 
ubica en el resto de la superficie en México y el 30% a nivel mundial. Hay 
quienes a estas dos especies las identifican como (tipo arábica y tipo robusta) 
respectivamente. 
México a nivel mundial ocupa el quinto lugar como país productor después de 
Brasil, Colombia, Indonesia y Vietnam, con un volumen de producción que 
oscila entre los 4 a 5 millones de sacos por año. México a pesar de ser uno de 
los países que más produce café, tiene uno de los consumos más bajos (1.2 kg 
per cápita), esto probablemente por la falta de difusión para incrementar el 
 
 Información extraída de http://www.cafesdemexico.com/index.php/es/el-cafe.htmln e 
19 
consumo, la carencia de cultura de café de los mexicanos y los tabús que 
existen alrededor del café en el aspecto de salud. 
El clima más favorable para el cultivo del café se localiza entre el Trópico de 
Cáncer y el Trópico de Capricornio. Las plantaciones de café que se 
encuentran dentro de esta franja proporcionan las mejores calidades y las que 
están fuera son marginales para el cultivo. Dentro de la franja las zonas 
adecuadas para el cultivo están determinadas por el clima, suelo, y altitud. El 
cafeto necesita temperaturas favorables en promedio de 20 ° C. y 
precipitaciones pluviales de 2500 mm. 
En México el café se cultiva en 12 estados: Chiapas, Veracruz, Puebla, 
Oaxaca, Guerrero, Hidalgo, San Luis Potosí, Nayarit, Colima, Jalisco, 
Querétaro, Tabasco. La época de recolección del café inicia en el mes de 
septiembre y concluye en el mes de marzo del siguiente año. 
El café ocupa el primer lugar como producto agrícola generador de divisas y 
empleos en el medio rural. Por las características del cultivo emplea para sus 
labores de limpia, cosecha y beneficiado del grano a tanto a mujeres, hombres 
y niños que conforman toda la familia. 
Para obtener la calidad del café, la altura adecuada para la siembra es de 600 
msnm hasta 1,400 msnm produciéndose los mejores cafés del mundo, en 
México se produce café de calidad comparable con el café de Colombia. 
El sistema de plantaciones de café en nuestro país es bajo sombra, 
permitiendo conservar el medio ambiente, la flora y fauna, mantos acuíferos, 
captación de carbono y además de regalar una vista maravillosa a diversos 
tonos de colores y el verde brillante de sus hojas. 
2.6 Formas de transferencia de calor y el uso del tostado 
convencional en el café. 
El desconocimiento de las formas de transferencia de calor en los equipos 
usados por los productores de café, y la falta de información de estos 
comportamientos térmicos, son los causantes de los siguientes problemas:
 
 
20 
-Uso desmedido del combustible, elevando los costos de producción. 
-Excesivo tostado con degradación del sabor de los granos, su apariencia y 
composición alimenticia. 
A continuación se describen las diferentes formas de transferencia de calor y 
las evaluaciones hechas en las prácticas de tostado para seleccionar y decidir 
mejor la forma de transferir el calor en un horno continuo. 
 
A) Radiación. La energía radiante se transmite de una fuente a un recibidor 
y no intervienen cuerpos intermedios. 
 
 
 
 
 
Fig. Nº1 Energía radiante proveniente del sol. 
B) Conducción. Es la transferencia de calor a través de un material fijo en 
él, un movimiento de moléculas es transportado a otras debido a un 
gradiente de temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. Nº2 Ejemplo de energía suministrada por conducción. 
 
 
 
 
C) Convección. Entre dos cuerpos. Es la transferencia de calor entre 
partes de un fluido donde existe un gradiente de temperatura por una 
mezcla en movimiento. 
 
 
Fig. Nº3 La energía es suministrada por el aire caliente. 
 
 
2.7 Hornos 
Los hornos son estructuras que están diseñadas para obtener un calor útil, 
producto de una combustión o consumo de energéticos para la producción de 
energía calorífica, dentro de las fuentes que debemos considerar para producir 
un calor útil están: 
La energía nuclear, la cual es transformada en energía calorífica dentro de los 
reactores atómicos, de tal forma que estos funcionan como hornos en dichas 
planta. La energía de radiación solar que es usada principalmente en el horno 
solar, el cual es un dispositivo para concentrar grandes cantidades de energía 
en una pequeña área de acción. 
 La energía química, que es transformada en calor, al hacer arder combustibles 
tales como el carbón, la madera, el petróleo e hidrocarburos. 
La energía eléctrica que es transformada en calor dentro de un horno eléctrico. 
Los hornos tienen la capacidad de aplicar su calor en otros dispositivos, tales 
como calderas o pueden ser aplicados directamente al material que será 
procesado. 
 
 
 
Existen diferentes tipos de hornos dentro de los cuales los más comunes son: 
a) El horno por convección 
b) El horno de inducción 
c) El horno eléctrico. 
 
2.7.1 Horno por convección 
Se trata de hornos que además de cocinar de una manera diferente por la forma de 
distribución del calor, nos deja hacer simultáneamente varias comidas, por eso se 
utiliza en cocinas de restaurantes, rotiserías, panaderías etc. Justamente por su 
tamaño. El horno de convección, es mucho más caro que los convencionales, ocupa 
mayor espacio que los comunes, es para gente que hace del arte de cocinar su medio 
de vida, se vive de la cocina. Una de las cualidades del horno por convección es que 
al cocinar hacen que la temperatura de expanda de forma uniforme, o sea en cada 
rincón del horno vamos a lograr la misma temperatura. Por esta manera de generar el 
calor vamos a requerir un menor tiempo para la cocción de los alimentos Un horno por 
convección hará que ahorremos bastante tiempo en la preparación de cada receta, por 
eso los cocineros adoran los hornos por convección porque al trabajar en la cocina 
estos hornos le facilitan su tarea. También se utilizara a una temperatura menor que si 
usáramos un horno común, ahorrando energía. 
Otro punto a favor del horno por convección es que la cocción queda uniforme, 
las recetas terminan bien cocidas y doradas y nunca cruda en ninguna zona, 
cosa que sucede en los otros casos. El calor uniforme del horno por convección 
es impulsado a través de los ventiladores internos y así se logra un calor 
constante a una misma temperatura. En un horno por convección se pueden 
colocar diversos alimentos aprovechando bien el calor, por lo tanto se ahorrará 
tiempo. Ideal para recalentar comidas también. Podemos decir que tiene una 
lista infinita de bondades, mejor cocción, reducción de energía, cocción pareja 
en los alimentos, mantiene bien el sabor, se cocinan varios alimentos al mismo 
tiempo, reduce el tiempo de cocción. Cuando se asa, además de conseguir una 
buena presentación en la mesa se reduce el tiempo de cocción hasta en un 
25%, se produce una comida sana ya que se puede evitar la grasa y el aceite, 
 
 
 
Los Hornos de Convección garantizan aquello que todos los chefs pedían: una 
cocción homogénea, facilidad de uso, y seguridad. 
 
2.7.2 Horno de inducción 
Una ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto 
de vista energético, y es un proceso de fundición y de tratamiento de metales 
más controlable que con la mayoría de los demás modos de calentamiento. 
Otra de sus ventajas es la capacidad para generar una gran cantidad de calor 
de manera rápida. Los principales componentes de un sistema de 
calentamiento por inducción son: el cuerpo de bobinas , conformado por las 
bobinas de fuerza (donde como están dispuestas físicamente es donde hay 
mayor agitación del baño líquido) y por las bobinas de refrigeración , la fuente 
de alimentación, la etapa de acoplamiento de la carga,una estación de 
enfriamiento, el material refractario que protege a las bobinas del baño líquido y 
la pieza a ser tratada. 
Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más 
fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de inducción, debido a 
que aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. El rango de 
capacidades de los hornos de inducción abarca desde menos de 
un kilogramo hasta cien toneladas y son utilizados para 
fundir hierro y acero, cobre, aluminio y metales preciosos. Uno de los 
principales inconvenientes de estos hornos es la imposibilidad de refinamiento; 
la carga de materiales ha de estar libre de productos oxidantes y ser de una 
composición conocida y algunas aleaciones pueden perderse debido a la 
oxidación (y deben ser re-añadidos). 
 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Altos_hornos
http://es.wikipedia.org/wiki/Polvo
http://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramo
http://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada
http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro
http://es.wikipedia.org/wiki/Acero
http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre
http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio
http://es.wikipedia.org/wiki/Metales_preciosos
http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidante
http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaciones
 
 
 
2.7.3 Horno eléctrico. 
Es un sistema de calentamiento por medio de la electricidad como primordial 
fuente de energía para su calentamiento que puede llegar alcanzar altas 
temperaturas para fundición en la aleación de metales; la energía eléctrica no 
tiene efecto electroquímico en el metal porque simplemente tiende a calentarlo. 
En los modernos hornos eléctricos, generalmente podemos encontrar a los 
hornos de arco, sin dejar afuera al típico horno de resistencia y así producir la 
elevación de la temperatura. 
Los hornos eléctricos son utilizados especialmente para producir la mayoría de 
los aceros inoxidables, herramientas de acero, aleaciones especiales, secados 
ya sean de cerámica o pintura, e inclusive para el área alimenticia y son muy 
requeridos en las industrias química, automotriz, área de máquinas y 
herramientas y en la transportación y procesamiento de alimentos, teniendo en 
cuenta que son los hornos que menor grado de contaminación generan en el 
lugar donde se trabajan. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 3 
Descripción y desarrollo del sistema. 
 
3.1 Principios del control automático. 
Dentro de los hornos industriales, es necesario mantener casi constantes 
varias magnitudes físicas y químicas o seguir un programa predeterminado si 
se quieren obtener productos de elevada calidad. Dichas magnitudes son 
temperatura, presión, humedad e indirectamente la velocidad del flujo, los 
principios que fundamentan el control automático de cualquiera de dichas 
magnitudes son análogos. 
La magnitud que se va a controlar, llámese temperatura, presión, humedad, 
etc. es denominada magnitud controlada o variable controlada, la magnitud que 
varía y tiende a hacer variar la controlada se llama variable independiente, 
dándose el caso que en algunos procesos existe diversas variables 
independientes. 
3.1.1 Oscilaciones. 
Todos los métodos de control estudiados y diseñados tienden a producir 
oscilaciones que son fluctuaciones de la variable a controlar, en muchos 
procesos no son causa de problema ya que no es necesario un control exacto, 
y no así en otros donde se requiere llevar un control con plena exactitud y por 
lo tanto no se desean las más mínimas oscilaciones. 
Las oscilaciones pueden eliminarse con un control de posición proporcional 
diseñado correctamente y realizado con precisión, en la que la posición del 
elemento final es en todo momento proporcional a la desviación de la magnitud 
controlada desde el punto de regulación, a través de una gama que se conoce 
como la banda proporcional, el elemento final se mueve solamente cuando lo 
hace la aguja del medidor. Este debe de estar libre de fricción y debe de tener 
una inercia muy pequeña. 
 
 
 
 
 
3.1.2 Estabilidad. 
La estabilidad en el control, es la ausencia de oscilaciones en un sistema, el 
valor de la variable controlada cae desde la falta de carga hasta la carga total, 
esta caída o desviación se muestra en el diagrama de la figura Nº 4 una línea 4 
en la que la línea “DR” se le llama característica de control, no debe de ser 
necesariamente una línea recta, la desviación que es necesaria para evitar las 
oscilaciones depende no solo del diseño del equipo de control sino también de 
las peculiaridades del proceso al que sirve 
 
Fig. Nº4 
Caída de la carga total y la carga media de la variable controlada. 
La palabra desviación indica que la magnitud controlada se desvía del punto de 
regulación, siempre que la variable independiente se halle por encima o por 
debajo de su valor medio. Es necesario comentar que la mayoría de los 
instrumentos de control llevan incorporado un sistema de corrección automática 
de la desviación. 
 
 
 
En general, los sistemas de control se establecen según el grado de 
sensibilidad necesaria y la naturaleza del proceso que se va a controlar, que 
puede ser intermitente o continuo y que puede requerir valores altos o bajos de 
transferencia del efecto entre las variables independientes y controlada, lo cual 
supone un tiempo de retardo que se llama “retardo de transferencia”. 
 
3.2 Control de temperatura en un horno. 
Para poder tener un buen control de la temperatura en esta clase de sistemas y 
alcanzar el objetivo, es necesario tener en cuenta dos cosas importantes, las 
cuales son: 
1.- Poner la superficie expuesta de la carga (o piezas) a una temperatura 
determinada y mantener esa temperatura constante, respecto al tiempo hasta 
que se haya alcanzado una uniformidad especifica de temperatura en la carga. 
2.- Variar la temperatura de la carga de acuerdo a un ciclo establecido de 
calentamiento y enfriamiento especificado. 
En cualquiera de estos dos aspectos citados se desea mantener uniforme la 
temperatura de la carga, y mantenerla constante son sencillas aplicadas de 
acuerdo al proceso que se va realizar. 
3.2.1 Ecuaciones diferenciales horno eléctrico. 
Disponemos de un horno (fig. 5) que calentamos lentamente suministrándole 
una potencia de calefacción . Como la temperatura exterior es , se cumple 
que la potencia suministrada se emplea en calentar el horno y compensar las 
pérdidas, según la expresión: 
 
 Siendo la capacidad calorífica del horno y la superficie de las caras 
laterales y del techo del horno. Esta es la ecuación diferencial fundamental. 
 
 
 
En el transcurso del tiempo la temperatura del horno aumenta y, por lo tanto, 
aumenta y disminuye la velocidad de calentamiento. Ésta se anula 
para una temperatura que cumple la relación 
 
 La ecuación integrada fundamental correspondiente al calentamiento del horno 
se obtiene fácilmente: 
} 
 Al cabo de un tiempo t suficientemente grande se alcanza la temperatura 
máxima y se cumple 
 Y 
Y, por lo tanto, 
 
La ecuación anterior equivale a: 
 
Donde se ha introducido la constante de tiempo 
 
 
Fig. Nº5 
 
 
 
3.3 Modos de control. 
Se han estudiado sistemas de control basados en la retroalimentación de la 
desviación entre la variable de proceso y el punto de consigna (error), en este 
caso se consigue llevar el comportamiento de un proceso a una estabilidad que 
depende de la sintonización del lazo de control y de la precisión delos 
instrumentos conectados al proceso. 
El sistema de control retroalimentado presenta la ventaja de que no es 
necesario conocer a detalle las características del proceso, esto se debe a que 
se ejerce una acción correctiva en el momento en que se presenta la señal de 
error y de esta forma el controladorrealiza la corrección necesaria de forma 
externa al proceso. Sin embargo esta forma de control ofrece ciertas 
desventajas en los procesos donde es necesario anticiparse a los efectos de 
perturbaciones o algunos otros factores que pueden alterar la correcta función 
del controlador. 
3.3.1 Acciones básicas de control 
La misión de un controlador consiste en comparar el valor de consigna con el 
valor real de la magnitud de salida de una planta y generar la señal de control 
más adecuada para minimizar los errores y obtener una respuesta lo más 
rápida posible ante variaciones de consigna o exteriores. 
La función de transferencia del controlador debe escogerse según la planta a 
controlar. Sin embargo, las funciones de transferencia de los controladores, 
suelen obedecer todas ellas a unos pocos modelos básicos de comportamiento 
o a combinaciones simples entre ellos. Dichos modelos básicos de 
comportamiento se denominan también acciones básicas de control. 
 
 
 
 
 
 
 (Fuente: “Microcontroladores” Profesor Eduardo Gabriel Balderas) 
30 
3.3.2 Control de dos posiciones 
En un sistema de control de dos posiciones, el elemento final de control tiene 
solamente dos posiciones fijas (respuestas) que son “todo” o “nada”; en 
muchos casos son prendido y apagado. Está en contraste con las otras 
acciones de control en las cuales el dispositivo de control es capaz de una 
variación continua de la respuesta para un rengo específico. Estando limitado a 
dos posiciones, el control de dos posiciones proporciona demasiada, o muy 
poca corrección al sistema. En esta forma, la variable controlada debe moverse 
continuamente entre los dos límites requeridos y hacer que el elemento de 
control se mueva de una posición fija a la otra. El rango a través del cual debe 
moverse la variable controlada se llama diferencial del elemento de control. La 
“oscilación” de la variable controlada entre los dos límites es una característica 
importante del control de dos posiciones y la cual a veces limita su utilidad. Sin 
embargo, un control de dos posiciones es relativamente simple y barato y, por 
esta razón, es ampliamente usado. 
 
3.4 Microcontrolador 
Los microcontroladores están presentes en muchos de los productos 
electrónicos que empleamos en nuestra vida cotidiana. Existen en el mercado 
una gran variedad de modelos y una gran cantidad de aplicaciones posibles. 
Sin embargo, a pesar de su diversidad, hay coincidencia en los principios de 
funcionamiento y en las arquitecturas de muchos microcontroladores. 
Los microcontroladores están concebidos para ser empleados en aplicaciones 
puntuales, es decir, aplicaciones donde los microcontroladores deben realizar 
un pequeño número de tareas, al menor costo posible. En estas aplicaciones el 
microcontrolador ejecuta un programa almacenado permanentemente en su 
memoria, el cual trabaja con algunos datos almacenados temporalmente e 
interactúa con el exterior a través de las líneas de entrada salida de que 
dispone. El microcontrolador es parte de la aplicación: es un controlador 
incrustado o embebido en la aplicación (embedded controller). En aplicaciones 
 
 (Fuente: “Microcontroladores” Profesor Eduardo Gabriel Balderas) 
31 
de cierta envergadura se utilizan varios microcontroladores, cada uno de los 
cuales se ocupa de un pequeño grupo de tareas 
Hay varias características que son deseables en un microcontrolador: 
 Recursos de entrada salida 
 Espacio optimizado 
 El microcontrolador idóneo para la aplicación 
 Seguridad en el funcionamiento del microcontrolador (watchdog) 
 Bajo consumo 
 Protección de los programas frente a copias 
3.4.1 Familia de micro controladores AVR de ATMEL 
Los micro controladores que estudiaremos en estos apuntes son dispositivos 
construidos con tecnología CMOS, para tener menor consumo de energía, de 8 
bits basados en arquitectura RISC, capaces de ejecutar instrucciones en cada 
ciclo de reloj y una estructura bien definida de entradas/salidas (I/O) que limitan 
el uso de dispositivos externos. Poseen osciladores internos, timers, USART, 
SPI, PWM, ADC, watch-dog timer, comparadores analógicos entre otras cosas. 
 Soportan programación en ensamblador y en lenguaje C 
 Programación ISP (In system Programming) y depuración (debug) en el 
mismo chip. 
 Alto desempeño y bajo consumo de energía (<1 μA en estado apagado, 
1.1 mA. en activo). 
 Cuenta con una gama de instrucciones sencillas que operan con 32 
registros de propósito general. 
 Operación entre 1.8 a 5.5 volts, dependiendo del microcontrolador 
desde 1 kbyte a 256 kbytes de RAM y encapsulados de 8 a 100 pines. 
 
 
 
 
 (Fuente: “Microcontroladores” Profesor Eduardo Gabriel Balderas) 
32 
3.4.2 USART 
El transmisor receptor serial asíncrono y síncrono universal (USART) es una 
unidad de comunicación periférica muy flexible, que en el microcontrolador 
atmega48 permite entre otras funciones. 
 Operación full dúplex (se puede enviar y recibir datos simultáneamente) 
 Operación síncrona y asíncrona 
 Operación en modo maestro esclavo con reloj síncrono 
 Soporta frames de 5,6,7,8 y 9 datos y 1 o 2 de parada 
 Generador de paridad par o impar 
 Detección de errores (sobre flujo de datos, error en el frame) 
 Filtrado de ruido (inicio falso, filtro digital) 
 Generación de interrupciones por transmisión completa, por recepción 
completa o por registro de datos de transmisión vacía 
 Comunicación entre multiprocesadores 
 Doblador de velocidad modo de comunicación asíncrona 
3.4.3 Norma RS 232 
La interfaz RS-232 está diseñada para distancias cortas, de hasta 15 metros 
según la norma, y para velocidades de comunicación bajas, de no más de 20 
Kilobytes/segundo. A pesar de ello, muchas veces se utiliza a mayores 
velocidades con un resultado aceptable. La interfaz puede trabajar en 
comunicación asíncrona o síncrona y tipos de canal simplex, half duplex o full 
duplex. En un canal simplex los datos siempre viajarán en una dirección, por 
ejemplo desde DCE (Data communication equipment) a DTE (Data terminal 
equipment). En un canal half duplex, los datos pueden viajar en una u otra 
dirección, pero sólo durante un determinado periodo de tiempo; luego la línea 
debe ser conmutada antes que los datos puedan viajar en la otra dirección. En 
un canal full duplex, los datos pueden viajar en ambos sentidos 
simultáneamente. Las líneas de handshaking de la RS-232 se usan para 
resolver los problemas asociados con este modo de operación, tal como en qué 
dirección los datos deben viajar en un instante determinado. 
.
 
(Fuente de extracción: “Instrumentación industrial” Antonio Creus Solé, 2010) 
33 
3.5 Instrumentos 
Los instrumentos que exigen en los hornos son aparatos de medida exacta, la 
temperatura se mide por la dilatación de un sólido líquido o gas, por cambio de 
la resistencia eléctrica y por la diferencia de fuerzas electromotrices. Todos 
estos efectos físicos de la temperatura se han tomado en cuenta para medir y 
controlar los niveles de temperatura que se manejan en los hornos, para llevar 
un mejor control en dicha variable a controlar dentro del horno, se recomienda 
trabajar por medio de equipos electrónicos sustituyendo todos los aparatos 
antiguos de medición y esta modernización del equipo ha limitado la relación de 
los efectos que pueden ampliarse por una acción electrónica y entre dichos 
efectos, los principales son: 
1.- Variación de la resistencia eléctrica con la temperatura. 
2.- Variación de las fuerzas electromotriz de un termopar con la temperatura. 
3.5.1 Termopares 
La mayoría de los controles de temperatura de los hornos se basan en el 
empleo de los termopares y un termopar consiste en dos alambres de metales 
diferentes, los alambres se sueldan juntos en el extremo caliente, que será la 
parte expuesta a la temperatura, en el otro extremo que es el frio estará 
conectado a un instrumento de medidaque puede ser un galvanómetro o un 
potenciómetro. La fuerza electromotriz (F.E.M.) de un termopar para una 
temperatura dada de un horno continuo, esta en función de la composición de 
los alambres, si se desea tener una fuerza electromotriz elevada con baja 
temperatura, se puede utilizar el hierro y el constatan (Una aleación de níquel y 
cobre) teniendo un rango máximo de temperatura de 650 °C. 
Los termopares pueden medir la temperatura del horno aunque no estén 
instalados en el, en un pirómetro de radiación un cierto número de termopares 
forma lo que se conoce como una termopila, los rayos calientes emitidos por un 
objeto caliente se enfocan en unos lentes en los lugares calientes de la 
termopila como aparece en la figura número “8”, el cuerpo caliente puede ser la 
parte inferior del tubo refractario cubierto que se expone a la temperatura o al 
materialcalentado..
 
 
34 
 
 
 
 
 
Fig. Nº5 
Diagrama para la fabricación de una termopila. 
3.6 Sistema calefactor. 
3.6.1 Disipador de calor. 
El horno trabaja con un máximo aproximado de 200ºC, los cuales serán 
radiados al producto que se encuentre en el interior del horno, pero para evitar 
que el calor se esté irradiando en el interior del horno y se esté irradiando hacia 
afuera, es necesario colocarle al elemento calefactor un disipador de calor, 
para este caso son tabiques refractarios, donde estarán montadas las 
resistencias concentrando el calor en la parte central del horno, manteniendo la 
temperatura en el interior y evitando lo menor posible que salga. 
 
Imagen Nº1 Tabiques refractarios (vista lateral del horno). 
 
 
 
35 
3.6.2 Elemento calefactor. 
En todos los hornos existe un sistema que proporciona y genera el calor con el 
cual se va a procesar el producto, ya sea de combustión interna, química, etc. 
Para este caso se analizara un horno eléctrico en el cual su elemento 
calefactor esta conformado por dos elementos resistivos de tipo industrial que 
manejan las siguientes características: 
- watts. 
-Voltaje de 127v +-10% 
 
 
Influencia de la temperatura 
Experimentalmente se comprueba que para temperaturas no muy elevadas, la 
resistencia a cierta temperatura ( ), viene dada por la expresión: 
 
Donde 
 Resistencia de referencia a la temperatura T0 
= Coeficiente de temperatura. Para el cobre 
 Temperatura de referencia en la cual se conoce . 
Si sustituimos el valor máximo de temperatura deseado 200°C en la ecuación y 
consideramos una temperatura ambiente de 20°C tenemos 
 
 
La variación de la temperatura produce una variación en la resistencia. En la 
mayoría de los metales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, por 
 
 
36 
el contrario, en otros elementos, como el carbono o el germanio la resistencia 
disminuye. 
 
Imagen Nº2 Resistencias calentadoras de cobre (Interior del horno). 
 
3.7 Sistema de transportación. 
3.7.1 Diseño de la banda. 
Para lograr el diseño de la banda, se debe tener el conocimiento exacto de la 
cantidad de materia prima a procesar, ya que con este dato conocido se puede 
realizar los cálculos de la banda que transportara el elemento, por ser un 
producto alimenticio se debe conservar la higiene total, es por eso que el 
material a usarse en la construcción de la banda es acero inoxidable; la cual 
estará montada sobre dos rodillos de acero inoxidable también, por donde 
correrá la banda. En si la banda es una malla en forma cuadricular para que el 
producto no resbale al momento en que sea transportado. 
 
 
 
37 
 
Imagen Nº3 Banda transportadora con motor (vista frontal del horno). 
 
3.8 Sistema eléctrico. 
3.8.1 Movimiento de la banda. 
El movimiento será controlado por un motor de C.A., cuando el horno alcance 
la temperatura de 140ºC y el motor de corriente alterna reciba la tensión 
adecuada de 127 volts. Para que permita el funcionamiento de los engranes y a 
su vez el movimiento de la banda se efectúe, si por el contrario la temperatura 
decae, se interrumpe la alimentación de voltaje hacia el motor, cabe mencionar 
que el motor tendrá las siguientes características: 
 127 volts. 
 50-60 Hz 
 Potencia de consumo 4 watts. 
 .45 Amperes. 
 7µf de capacitancia. 
 167/20 R.P.M. 
 
 
 
 
 
38 
3.8.2 Extractor de aire. 
El extractor que esta ubicado en la parte superior del horno se activara 
automáticamente cuando la temperatura dentro del horno rebase o sea mayor 
a 200°C, ya que al llegar a esta temperatura el café comienza a desprender 
gases como; CO2 y CO, el cual por acumulamiento excesivo afectara la 
producción, por lo cual estos gases tendrán que ser extraído por medio de este 
dispositivo. 
 
 
 
3.9 Diagramas y planos del diseño físico del horno. 
 
Plano de la banda transportadora. 
 
 
2cm 
3cm 
 
 
39 
 
 
 
 
 
 
 
El material con que fue hecha esta pieza, para poder llevar un control estricto 
de higiene fue acero inoxidable. 
 
 
 
 
 
 
 
40 
Plano superior de la tapa del horno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
 
Plano inferior de la tapa del horno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
42 
 
Plano de la vista frontal del horno. 
 
 
 
 
 
Estructura del horno terminada en un 90%, faltando su vestimenta de lámina y circuitería. 
 
 
 
43 
Diagrama del proceso de calefacción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
Conclusiones. 
En este trabajo se puede concluir que para diseñar un horno hay que estudiar 
y tener en cuenta las diferentes variables que pueden influir en el proceso, ya 
que si no se toma en consideración alguna de estas variables, el sistema de 
proceso caerá en perturbaciones como pueden ser oscilaciones, inestabilidad, 
así como daños irreversibles al producto que se desea obtener del proceso. 
El proyecto al no verse afectado por las oscilaciones y perturbaciones que llego 
a alcanzar el sistema, dado que la temperatura del tueste del café no 
necesariamente debe estar fija en un punto llegamos a la conclusión de que 
era viable el uso de un control de dos posiciones. 
Para finalizar concluiremos que el uso del control de dos posiciones en 
combinación de un PLC y el monitoreo por software llegaron a ser unas 
herramientas importantes para el diseño y buen funcionamiento del horno. 
 
Trabajo futuro 
En el proceso de tostado de café existe una gama extensa de los tipos de café, 
esto trae por consecuencia que los tiempos de calentamiento para su tostado y 
así como la temperatura aplicada a este proceso pueda ser muy variante. 
Un trabajo futuro para este proyecto pudiera ser que se tenga una gran 
variedad de tostado para los diferentes tipos de café, así como también se 
pueda suministrar una mayor potencia al proceso. 
Cabe mencionar que el proceso se controla de manera física, es decir; que el 
operador encargado del proceso tiene que estar presente en el tablero de 
control físico para poder manipular las variables. Una mejora de este proyecto 
sería que el operador no simplemente pueda monitorear el proceso desde la 
computadora, sino que también se pueda controlar mediante el uso de algún 
software y así poder manipular las variables sin necesidad de estar cerca del 
proceso físico. 
 
 
45 
 
Glosario. 
Control: La palabra control proviene del término francés contrôle y significa 
comprobación, inspección, fiscalización o intervención. También puede hacer 
referencia al dominio, mando y preponderancia, o a la regulación sobre un 
sistema. 
Ictus: Denominamos ictus a un trastorno brusco de la circulación cerebral, que 
altera la función de una determinada región del cerebro. 
Monitoreo: Monitoreo es un término no incluido en el diccionario de la Real 
Academia Española (RAE). Su origen se encuentra en monitor, un aparato que 
toma imágenes de instalaciones filmadoras o sensores y que permite visualizar 
algo en una pantalla. El monitor, por lo tanto, ayuda a controlar o supervisaruna situación. 
Oscilación: En diversos campos vinculados a la ciencia, la oscilación consiste 
en la transformación, alteración, perturbación o fluctuación de un sistema a lo 
largo del tiempo. 
Temperatura: La temperatura está relacionada con la energía interior de los 
sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y 
cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, 
más temperatura. 
Trillar: La trilla es uno de los procesos industriales que sufre el café antes de 
ser tostado o convertido en café soluble o molido para consumo humano. 
Consiste fundamentalmente en someter al grano pergamino a un proceso de 
descascarado para obtener el café excelso o almendra, llamado también café 
verde en el mercado en el mercado internacional. 
 
 
 
 
 
46 
 
 Bibliografía 
“Instrumentación industrial” 
Antonio Creus Solé 
Ed Alfa omega 8va edición 2010. 
“Ingeniería de control moderna” 
Katsuhiko Ogata 
Ed Prentice Hall 3ra edición. 
 
“Microcontroladores” 
Profesor Eduardo Gabriel Balderas 
 
“Control de calidad del café. Manual técnico” 
Marín Ciriaco, Gino 
Programa Selva Central – desco, 2013. 
 
Caracterización física de café semitostado. 
Yenni Alexandra Prieto Duarte 
Proyecto de grado para optar el título de Ingeniera Química 
 
http://www.cefp.gob.mx/intr/edocumentos/pdf/cefp/cefp0542001.pdf 
 
http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_01/Cafe.pdf 
http://www.cafesdemexico.com/index.php/es/el-cafe.html 
http://www.nescafe.com.mx/coffee_and_wellbeing_es_mx.axcms 
http://www.revistavirtualpro.com/files/TI01_200603.pdf 
http://www.cefp.gob.mx/intr/edocumentos/pdf/cefp/cefp0542001.pdf
http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_01/Cafe.pdf
http://www.cafesdemexico.com/index.php/es/el-cafe.html
http://www.nescafe.com.mx/coffee_and_wellbeing_es_mx.axcms
http://www.revistavirtualpro.com/files/TI01_200603.pdf
 
 
47 
 
 
 
 
ANEXOS