Thiết kế chế tạo máy rang cà phê tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO
MÁY RANG CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG

Ngành:

Cơ –Điện Tử

Chuyên ngành: Cơ –Điện Tử

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Văn Nhanh
Sinh viên thực hiện

: Bùi Thanh Xuân

MSSV: 1311030256

Lớp: 13DCT01

TP. Hồ Chí Minh, 2017


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố cho các công trình khác. Nếu
không đúng như trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình.

TP Hồ Chí Minh, Ngày tháng

năm 2017

Sinh viên thực hiện

Bùi Thanh Xuân

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập tại trường được sự hướng dẫn tận tình của các quý Thầy
Cô, để chúng em tiếp thu được rất nhiều kiến thức nhằm một bước chuẩn bị hành trang
cho tương lai.
Càng quý hơn với sự hướng dẫn và chỉ bảo của Thầy TS. Nguyễn Văn Nhanh, em
trong quá trình làm Đồ án Tốt Nghiệp với tên đề tài là Thiết Kế Chế Tạo Máy Rang Cà
Phê Tự Động nhằm góp một phần nhỏ vào ngành chế biến và bảo quản cà phê.
Trong quá trình thiết kế và tính toán tất nhiên sẽ có nhiều thiếu sót do thiếu kinh
nghiệm thực tế .

Em rất mong được sự chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn góp ý kiến để đề tài của
nhóm chúng em được tốt hơn.

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................................... 2
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................................ 10
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI............................................................................ 11
1.1.

Các loại máy rang cà phê ......................................................................................................... 11

1.1.1.

Máy rang kiểu cổ điển ...................................................................................................... 12

1.1.2.

Máy rang kiểu truyền nhiệt gián tiếp .............................................................................. 13

1.1.3.

Máy rang kiểu Fluid-bed - truyền khí nóng với tốc độ cao .......................................... 14

1.1.4.

Máy rang kiểu recirculation – tái sử dụng dòng nhiệt thu hổi ..................................... 15

1.2.

Các công trình liên quan .......................................................................................................... 15

1.2.1.

Bullet R1 ............................................................................................................................ 16

1.2.2.

Gene Café CBR-101 .......................................................................................................... 16

1.2.3.

RCF-30 ............................................................................................................................... 17

1.3.

Phân loại các loại cà phê đặc trưng ......................................................................................... 18

1.3.1.

Cà phê chè – Arabica ........................................................................................................ 18

1.3.2.

Cà phê vối – Robusta ........................................................................................................ 18

1.3.3.

Cà phê mít – Liberica ....................................................................................................... 19

1.4.

Phân tích hạt cà phê .................................................................................................................. 19

1.4.1.

Cấu tạo của quả cà phê ..................................................................................................... 19

1.4.2.

Thành phần của cà phê..................................................................................................... 20

1.5.

Công nghệ rang cà phê ............................................................................................................. 21

1.5.1.

Quá trình rang cà phê....................................................................................................... 21

1.6.

Hương vị cà phê qua từng giai đoạn rang............................................................................... 23

1.7.

Phạm vi nghiên cứu................................................................................................................... 24

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................................................... 25
2.1.

Sơ đồ hệ dẫn động của máy rang cà phê ................................................................................. 25

2.2.

Sơ đồ lắp của máy rang ............................................................................................................ 25

2.3.

Tính lực kéo của lồng trống và puli ......................................................................................... 26

2.4.

Chọn động cơ cho máy rang..................................................................................................... 30

2.5.

Thiết kế trục .............................................................................................................................. 32

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.6.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Chọn ổ lăn .................................................................................................................................. 33

CHƯƠNG III : THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ MÁY RANG CÀ PHÊ ......................................................... 35
3.1.

Tính kết cấu của vỏ máy ........................................................................................................... 35

3.2.

Kết cấu vỏ máy rang: ................................................................................................................ 35

3.3.

Các chi tiết khác: ....................................................................................................................... 36

3.3.1.

Trống rang:........................................................................................................................ 36

3.3.2.

Cánh vít trộn bên trong trống rang ................................................................................. 36

3.3.3.

Trục chính có hai rãnh then hoa...................................................................................... 37

3.3.4.

Puli mâm cặp ..................................................................................................................... 38

3.3.5.

Mặt trước của máy ............................................................................................................ 39

3.3.6.

Tạ xả liệu ............................................................................................................................ 40

3.3.7.

Ổ bạc đỡ mặt bích trống rang .......................................................................................... 41

3.4.

Thi công máy rang cà phê ........................................................................................................ 42

3.5.

Một số chi tiết khác ................................................................................................................... 43

3.5.1.

Trống rang ......................................................................................................................... 43

KẾT LUẬN................................................................................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................................... 52

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 – Những chiếc máy rang cà phê dạng lồ ……………………………………… 9
Hình 1.1 – Lồng trống (Drum) một lớp ; Lồng trống (Drum) hai lớp …………………. 10
Hình 1.2 – Nguyên lý máy rang kiểu cổ điển ………………………………………….. 11
Hình 1.3 – Nguyên lý máy rang kiểu truyền nhiệt gián tiếp …………………………… 12
Hình 1.4 – Nguyên lý máy rang kiểu Fluid-bed ……………………………………….. 12
Hình 1.5 – Nguyên lý máy rang kiểu recirculation …………………………………….. 13
Hình 1.6 – Máy rang cà phê Bullet R1 ………………………………………………… 14
Hình 1.7 – Máy rang cà phê Gene Café CBR-101 …………………………………….. 14
Hình 1.8 – Máy rang cà phê RCF-30 …………………………………………………... 16
Hình 1.9 – Hình dáng các 3 giống cà phê tại Việt Nam ……………………………….. 17
Hình 1.10 – Cấu tạo trái cà phê ………………………………………………………… 21
Hình 1.11 – Quá trình rang cà phê chè – Arabica ……………………………………… 23
Hình 2.1 – Sơ đồ hệ dẫn động của máy rang cà phê ………………………………….... 30
Hình 2.3 – Ổ gối đỡ vòng bi UCFL 204 D1 – NSK …………………………………… 30

Hình 3.1 – Kích thước tổng của máy rang cà phê ……………………………………… 32
Hình 3.2 – Bản vẽ thể hiện kích thước của trống rang hai lớp ………………………… 33
Hình 3.3 – Bản vẽ thiết kế của chi tiết cánh vít trộn bên trong trống rang …………….. 34
Hình 3.4 – Bản vẽ thể hiện kích thước của chi tiết Trục Chính của máy rang ………… 34
Hình 3.5 – Bản vẽ thiết kế thể hiện kích thước của Puli Mâm Cặp ……………………. 35
Hình 3.6 – Bản vẽ thiết kế thể hiện kích thước của mặt trước …………………………. 36
Hình 3.7 – Bản vẽ thiết kế thể hiện chi tiết Tạ xả nguyên liệu của máy ………………. 37
Hình 3.8 – Bản vẽ thiết kế thể hiện kích thước chi tiết ổ bạc đỡ của máy rang cà phê ... 38
Hình 3.9 – Chân máy và thân máy được lắp ráp ……………………………………….. 39
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 3.10 – Mặt bích phía sau được lắp vào thân máy ………………………………... 40
Hình 3.11 – Trống rang và cánh vít trộn bên trong trống rang ………………………… 40
Hình 3.12 – Chi tiết Puli Mâm Cặp – mặt trước ……………………………………….. 41
Hình 3.13 – Chi tiết Puli Mâm Cặp – mặt sau …………………………………………. 41
Hình 3.14 – Chi tiết mặt trước của máy rang cà phê …………………………………... 42
Hình 3.15 – Motor điện giảm tốc trục vít ……………………………………………… 43
Hình 3.16 – Chi tiết trục chính của máy rang cà phê …………………………………... 44
Hình 3.17 – Chi tiết tạ xả nguyên liệu ở nắp xả liệu …………………………………… 45
Hình 3.18 – Quá trình lắp ráp máy …………………………………………………….. 46
Hình 3.19 – Quá trình lắp ráp động cơ giảm tốc ………………………………………. 46

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 – Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc …………………………………... 27
Bảng 2.2 – Thông số kỹ thuật của vật liệu Thép SUS 304 …………………………….. 29
Bảng 2.3 – Kích thước tiêu chuẩn của gối đỡ vòng bi …………………………………. 31
Bảng 3.1: Kích thước của chi tiết bên ngoài của máy rang ……………………………. 33

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Giáo viên hướng dẫn : ...................................................................................
Họ và tên sinh viên

: ...................................................................................

Lớp

: ...................................................................................

MSSV

: ...................................................................................

Tên đề tài

: ...................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

Điểm đánh giá : ...................... Xếp loại : ....................................................

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng
Giáo viên hướng dẫn

năm 2017

(ký tên và ghi rõ họ tên)

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Giáo viên phản biện

: ...................................................................................

Họ và tên sinh viên

: ...................................................................................

Lớp

: ...................................................................................

MSSV

: ...................................................................................

Tên đề tài

: ...................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

Điểm đánh giá : ...................... Xếp loại : ....................................................

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng
Giáo viên phản biện

năm 2017

(ký tên và ghi rõ họ tên)

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự

vượt bậc của khoa học công nghệ, ngành cơ điện tử đã và đang phát triển mạnh mẽ và
được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Với các sản phẩm đặc trưng, máy
tự động và những robot thông minh cơ điện tử đã dần giúp nâng cao chất lượng cuộc
sống, giúp cho cuộc sống trở nên hiện đại hơn.
Là những sinh viên của Viện Kỹ Thuật, cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình
của thầy TS. Nguyễn Văn Nhanh, em đã đưa ra đề tài “thiết kế chế tạo máy rang cà phê
”.
Với đề tài này, chúng em đã vận dụng được những kiến thức trên lý thuyết vào
thực nghiệm. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu
sót chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án của chúng
em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ
TÀI
1.1.

Các loại máy rang cà phê

Trong ngành tự động hóa – điều khiển tự động nói chung và điều khiển học
nói riêng, máy rang cà phê là một trong những thiết bị sản xuất cà phê không thể thiếu

hiện nay trên toàn thế giới.
Những chiếc máy rang cà phê đầu tiên trên thế giới ra đời vào năm 1870, gồm hai
dạng là máy rang dạng trống (drum) và máy rang dạng lồng cầu (ball) bởi Emmericher
Maschinenfabrik und Eisengießerei (tiền thân của Probat). Cho đến nay những nhà rang
cà phê Việt Nam vẫn còn sử dụng loại này.

Hình 1.1 – Những chiếc máy rang cà phê dạng lồng cầu.
. Máy rang cà phê có chức năng trộn đều hạt cà phê, xung quanh là một lò truyền
nhiệt liên tục. Hiện nay có rất nhiều kiểu máy rang cà phê khác nhau như: loại trống
(drum) rang kiểu cổ điển, loại trống (drum) kiểu truyền nhiệt gián tiếp, loại rang truyền
khí nóng với tốc độ cao và loại máy rang tái sử dụng dòng nhiệt thu hồi. Các loại máy
đều có những ưu điểm khác nhau nhưng thiết kế hình dáng về mặt cơ bản không thay đổi
nhiều trong 100 năm qua.
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

1.1.1. Máy rang kiểu cổ điển
Máy rang kiểu cổ điển có lồng trống (drum) rang hình trụ tròn bằng thép, được đặt
nằm ngang, xoay tròn liên tục và có lò đốt nằm bên dưới lồng này. Lò đốt này sẽ đốt
nóng lồng và cả không khí trong và ngoài lồng. Máy được trang bị một quạt hút không
khí nóng đi luồn xuyên qua các hạt cà phê và xả qua ống khói đứng mang theo bụi hơi
nước, các vỏ lụa cháy và các tạp chất khác (xuất hiện trong quá trình rang).
Lồng trống rang xoay tròn ngang sẽ trộn đều cà phê khi đang trong quá trình rang
cà phê, các hạt cà phê sẽ hấp thu nhiệt khi tiếp xúc trực tiếp bề mặt lồng và cũng có một

phần không khí nóng được quạt hút thổi xuyên qua lồng. Đến đúng thời điểm rang mong
muốn, cà phê được xả vào một bồn chứa có cánh xoay phía trước máy để làm nguội,
được trang bị bằng một motor hút không khí để làm nguội nhanh.
Để những hạt cà phê hấp thụ nhiệt ổn định hơn thì những máy rang hiện nay ngày
càng đuợc cải tiến hơn, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu thêm một loại lồng trống rang
hai lớp có khoảng hở chừng vài milimet, hay còn được gọi là lồng cách nhiệt. Lớp lồng
phía ngoài thì tiếp xúc trực tiếp với lửa, còn lớp lồng phía trong sẽ luôn có nhiệt độ ổn
định và phân bố đều lồng. Nên các hạt cà phê khi rang ở lồng hai lớp sẽ hạn chế được
nhiều lỗi khi rang như: cháy bề mặt cà phê, chin bên ngoài nhưng bên trong chưa
chín…v.v…

Hình 1.1 – Lồng trống (Drum) một lớp ; Lồng trống (Drum) hai lớp
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 1.2 – Nguyên lý máy rang kiểu cổ điển.
(1): lồng rang nằm ngang ; (2): phễu nạp liệu ; (3): bồn chứa làm nguội sau khi
rang ; (4): lò đốt gia nhiệt lồng rang và không khi nóng phía sau lồng được thổi theo ống
khói (5) ra ngoài ; (6) cyclone lọc bụi.

1.1.2. Máy rang kiểu truyền nhiệt gián tiếp
Cũng giống như máy rang kiểu cổ điển nhưng riêng phần lò đốt thì kiểu máy rang
này được truyền hơi nóng từ lò đốt tới lồng rang hình trụ tròn nằm ngang, xoay liên tục.
Truyền nhiệt gián tiếp này nhằm tránh lửa từ lò đốt tiếp xúc trự ctiếp với lồng rang và nó

cho phép máy hoạt động với nhiệt độ rang cao hơn nhưng hạt cà phê vẫn ổn định

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 1.3 – Nguyên lý máy rang kiểu truyền nhiệt gián tiếp.
(1): đầu đốt nhiệt có motor thổi khí nóng ; (2): lồng trống nằm ngang, (3): khí
nóng đi qua lồng và ra ống xả.
1.1.3. Máy rang kiểu Fluid-bed - truyền khí nóng với tốc độ cao

Hình 1.4 – Nguyên lý máy rang kiểu Fluid-bed
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Thay vì sử dụng lồng trống hình trụ tròn kiểu truyền thống, loại máy rang này sử
dụng dòng khí nóng tốc độ cao để đảo trộn cà phê. Thiết kế máy này nhỏ gọn hơn các
dòng máy rang khác. Trong quá trình rang, hạt cà phê sẽ nhẹ dần do đó tốc độ dòng khí
nóng cũng sẽ được chỉnh giảm dần về cuối qua trình rang.

Thông thường máy rang loại Fluid-bed không có lòng làm nguội riêng, vẫn sử
dụng hệ thống thổi có sẵn với chế độ lò đốt được tắt. Kiểu làm nguội này vẫn làm kéo dài
thời gian làm nguội và dòng không khí lạnh để làm nguội thực sự cũng sẽ bị gia nhiệt khi
đi ngang qua lò đốt. Vì thế hạt cà phê vẫn tiếp tục phản ứng nhiệt sau khi ngừng rang.

1.1.4. Máy rang kiểu recirculation – tái sử dụng dòng nhiệt thu hổi
Khác hẵng các máy rang trên, kiểu máy rang này tái sử dụng dòng nhiệt thu hồi
sau khi loại bỏ vỏ lụa trong khi dòng khí nóng thoát ra. Đầu đốt nhiệt nằm hẳn bên ngoài
nên môi trường rang sạch hơn, ngoài ra nó cũng cung cấp nhiệt độ rang nhanh hơn, lại
tiết kiệm năng lượn, ít bị cháy bề mặt cà phê khi rang, rang chính xác hơn, với kiểu máy
rang này, ta có thể rang tự động một cách hoàn hảo và ổn định.

Hình 1.5 – Nguyên lý máy rang kiểu recirculation

1.2.

Các công trình liên quan

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

1.2.1. Bullet R1
Đây là sản phẩm máy rang cà phê 1kg của hang Aillio Đài Loan, sử dụng theo
nguyên lý kiểu rang truyền thống, nhưmg phần đầu đốt được đặt phía sau lồng rang hình

trụ tròn, xoay liên tục và kèm theo một quạy thổi. Vì đây là loại máy rang có năng suất từ
350gr đến 1kg, cho nên phần làm nguội không gắn thêm motor.

Hình 1.6 – Máy rang cà phê Bullet R1
Loại máy này hiển thị hai nhiệt độ, đó là nhiệt độ trống và nhiệt độ hạt. Được cài
đặt hai chế độ tự động và không tự động. Máy thiết kế thể tích trống là 5.9 lít, được làm
nóng bằng điện.

1.2.2. Gene Café CBR-101

Hình 1.7 – Máy rang cà phê Gene Café CBR-101

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Dòng sản phẩm này chỉ với mỗi mẻ rang 100gr cà phê, là dòng dành cho các
phòng thí nghiệm tại các khu vực sản xuất cà phê và các hộ gia đình nhỏ.
Được sử dụng theo nguyên lý kiểu rang truyền thống, nhưmg phần đầu đốt được
đặt phía sau lồng rang hình trụ tròn, xoay liên tục và kèm theo một quạy thổi. Phần làm
nguội của dòng máy này được làm theo nguyên lý Fluid-bed.

1.2.3. RCF-30

Hình 1.8 – Máy rang cà phê RCF-30

Đây là dòng máy rang cà phê với năng suất một mẻ lên đến 30kg, máy dựa theo
nguyên lý máy rang kiểu tái sử dụng dòng nhiệt thu hồi. Vì là máy có năng suất lớn nên
phần nạp liệu vào sẽ đi qua bộ thổi liệu. Máy được sử dụng nhiều trong các dây chuyền
sản xuất cà phê lớn.

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Phân loại các loại cà phê đặc trưng

Việt Nam là một trong những nước có nền nông nghiệp chủ yếu. Nông sản nước ta
có trữ lượng lớn như lúa, cà phê, chè, tiêu, điều…v.v…
Riêng về cà phê, Việt Nam là nước được xếp hạng thứ hai trong bảng những nước
xuất khẩu cà phê nhiều nhất thế giới. Trong năm 2016, nước ta đã xuất khẩu hơn 900
triệu tấn cà phê, trong đó nhiều nhất là cà phê vối (Robusta) .
Nước ta trồng chủ yếu ba loại giống cà phê, cà phê chè (Arabica), cà phê vối
(Robusta) và cà phê mít (Liberica). Đây là những loại cây cà phê chủ yếu của nước ta,
phân bố ở các khu vực Lâm Đồng, Lào Cai, Thừa Thiên Huế, Quảng Trị, Nghệ An, Hòa
Bình, Sơn La, Điện Biên…

Hình 1.9 – Hình dáng các 3 giống cà phê tại Việt Nam

1.3.1. Cà phê chè – Arabica
Cà phê chè là tên gọi theo tiếng Việt, tên quốc tế của loại cây này là Arabica. Là
loại cây công nghiệp được trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, chiếm 61% các sản
phẩm cà phê toàn thế giới.
Cây cà phê Arabica ưa sống ở vùng núi cao, nhiệt độ ưa thích từ 16°C đến 25°C.
Người ta thường trồng nó ở độ cao từ 1000m – 1500m so với mực nước biển. Đây là loại
cây lâu năm, trồng đến khoảng 3 đến 4 năm thì óc thể bắt đầu cho thu hoạch.
Cà phê chè được đánh giá cao hơn cà phê vối vì có hương vị thơm ngon và chứa ít
hàm lượng caffeine hơn. Một bao cà phê chè (60kg) thường có giá cao gấp 2 lần cà phê
vối.

1.3.2. Cà phê vối – Robusta
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Cà phê vối hay còn được gọi là Robusta, là loại cây quan trọng thử hai trong các
loài cà phê. Nước xuất khẩu cà phê vối lớn nhất thế giới là Việt Nam.
Cay có chiều cao lên tới 10m. Quả cà phê tròn, hạt cà phê nhỏ hơn cà phê chè.
Nhưng làm lượng caffein cao hơn cà phê chè, khoảng 2-4%. Cây cà phê vối ưa sống ở
vùng nhiệt đới với nhiệt độ ưa thích của cây là 24°C - 29°C, với độ cao dưới 1000m so
với mực nước biển. Loại cây này cần nhiều ánh sáng hơn so với cây cà phê chè.
Do cà phê vối có hàm lượng caffein cao nên có hương vị không tinh khiết bằng cà
phê chè. Giá một bao cà phê vối (60kg) chỉ bằng nửa giá cà phê chè.

1.3.3. Cà phê mít – Liberica
Vì hương vị của loại cà phê này có hương mùi mít, cho nên tại Việt Nam được đặt
tên là cà phê mít hay còn gọi theo quốc tế là Liberica. Thích hợp với gu uống cà phê của
người Châu Âu và xu hướng hương vị trái cây tự nhiên hiện nay.
Đây là loại cây chịu hạn tốt, ít cần nước tưới nên thường trồng theo kiểu cây cảnh.
Tuy nhiên do năng suất kém, có vị chua nên không được ưa chuộng.
Tại Việt Nam, cây được trồng chủ yếu ở Kon Tum, Gia Lai, Nghê An và Quảng
Trị. Sản lượng cà phê mít không lớn, hạt nhân to, thon dài trắng.

1.4. Phân tích hạt cà phê
1.4.1. Cấu tạo của quả cà phê

Hình 1.10 – Cấu tạo trái cà phê
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Quả cà phê được đưa vào chế biến gồm các phần sau: lớp vỏ quả, lớp nhớt (vỏ
nhớt), lớp vỏ trấu (lớp vỏ thóc), lớp vỏ lụa và nhân.
-

-

Lớp vỏ quả: là lớp vỏ ngoài mền, có màu đỏ. Vỏ quả của cà phề chè (Arabica)
mềm hơn lớp cà phê vối (Robusta) và cà phê Mít (Liberica).

Lớp vỏ thịt: nằm ở lớp vỏ mỏng, còn được gọi là trung bì. Vỏ thịt chứa nhiều
chất ngọt, dễ xay sát hơn.
Vỏ nhớt: các chất nhờn bao bọc hạt cà phê được đánh nhớt bằng thiết bị
Vỏ trấu: sau khi phơi khô, bao bọc lớp nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ,
được gọi là vỏ trấu.
Vỏ thóc: là lớp mỏng, mềm nằm bám sát vào nhân cà phê, và còn được gọi là
vỏ lụa, chúng có màu sắc khác nhau theo từng loại hạt cà phê, chẳng hạn như:
vỏ lụa của cà phê chè có màu trắng bạc, cà phê vối có lớp vỏ lụa màu nâu, còn
cà phê mít có màu vàng nhạt.
Nhân cà phê: có chứa nhiều dầu, phía trong có những tế bào lớn và mềm, một
quả cà phê thường có 1,2 hoặc 3 nhân. Nhưng thông thường là 2 nhân.

1.4.2. Thành phần của cà phê
1.4.2.1. Tính chất hóa học
Trong nhân cà phê có một ít vitamin, và thành phần hóa học của nhân cà phê bị
ảnh hưởng nhiều từ chủng loại cà phê, đội chín của quả và điều kiện canh tác.
Để đánh giá được thành phần hóa học của nhân cà phê đến phẩm chất của nước
pha chà phê thì cần phải biết những biến đổi của cà phê trong quá trình chế biến, đặc biệt
là quá trình rang cà phê.
1.4.2.2.

Tính chất vật lý

Cà phê được bóc ra từ cà phê thóc. Nhân có hình dạng bầu dục, có chiều dài
khoảng 11,05mm và chiều rộng khoảng 7,4mm.
Khối lượng riêng: 𝜌 = 650(𝑘𝑔/𝑚3 ).
Nhiệt độ riêng: 𝑐 = 0,37 (𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔).
Độ ẩm cà phê sau khi sấy: 12%.
Độ ẩm căn bản của cà phê trước và sau khi rang : 𝜔1 = 12% ; 𝜔2 = 0,5 − 1%.
SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.5.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Công nghệ rang cà phê

Nhiệt độ cà phê trong giai đọan rang từ 150°C đến 220°C, khoảng 18 phút. Vì bản
chất cà phê nhân có độ ẩm cao cho nên khi rang hạt cà phê sẽ mất đi từ 14 đến 23% trọng
lượng, đồng thời hạt cà phê nở ra khoảng 40% dến 60%. Sau khi rang, độ ẩm hạt cà phê
chỉ còn 0,5% vừa tạo ra phản ứng ester hóa có mùi thơm.
1.5.1. Quá trình rang cà phê
Trước khi cho nguyên liệu cà phê vào máy rang, ta phải làm nóng trống rang để
nhiệt độ ổn định hơn. Đây là bước được thực hiện với các loại máy rang.
1.5.1.1.

Giai đoạn 1: Rang ở nhiệt độ 100°C

Khi lòng trống đã được gia nhiệt cho nóng đều ở nhiệt độ 100°C, ta bắt đầu cho
nguyên liều vào máy rang.
Trong giai đoạn đầu này, chúng ta làm nóng dần hạt cà phê lên, nhằm làm bay hơi
nước hạt cà phê hoặc làm hạt cà phê thay đổi hình dạng nhỏ lại.
Giai đoạn này rất quan trọng, phải biết cách rang sao cho dòng khí nóng đối lưu
nhiệt được tối đa, tức là các hạt cà phê phải hấp thu đầy đủ nhiệt, không được xuất hiện
tình trạng hạt ít hạt nhiều sẽ ảnh hưởng đến quá trình rang và chất lượng hương vị của cà

phê sau này.
1.5.1.2.

Giai đoạn 2: Nhiệt độ tăng đến 150°C – hạt cà phê chuyển sang màu vàng
nhạt (Early Yellow)

Quá trình hấp thụ nhiệt và bốc hơi nước trong hạt cà phê vẫn diễn rea, và có sự
thay đổi về thể tích của hạt. Mùi thơm đặc trưng của hạt cà phê bắt đầu với mùi thơm
nồng của rơm khô và mùi cỏ tươi hòa quyện vào nhau, rất là đặc trưng.
1.5.1.3.

Gia đoạn 3: Khi nhiệt độ tăng đến 170°C – hạt cà phê chuyển sang màu
vàng đậm (Yellow Tan)

Giai đoạn này hình dáng của hạt cà phê bắt đầu thay đổi, hạt chuyển sang màu
vàng đậm và thế tích hạt bắt đầu tăng lên 20% đến 30%. Bề mắt của hạt bắt đầu hiện lên
những đường gân và có mùi hương crua gỗ cháy, mùi hôi của đất và một chút hương vị
của khoai lang nướng.
1.5.1.4.

Giai đoạn 4: Ở nhiệt độ 180°C – hạt chuyển sang màu nâu nhạt (Light
Brown)

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Lúc này, thể tích hạt tăng lên đáng kể, và gần như muốn nổ tung ra. Mùi thơm
chuyển qua mùi ngọt ngào như mật ong, thêm chút chocolate và mùi mạch nha.
Tuy nhiên, giai đoạn này quá trình hóa học vẫn chưa hoàn tất, các phân tử và cấu
trúc sợi của hạt cà phê vẫn chưa tách rời.
Đem xay thành bột để uống thì hương vị ở nhiệt độ này vẫn chưa tinh tế, và có
mùi nồng nồng hạt chưa chín hẳn.
1.5.1.5.

Giai đoạn 5: Từ 190°C trở lên – hạt cà phê chuyển sang màu nâu (Brown)

Ở giai đoạn này, đúng là sự thăng hoa của hạt cà phê, những tiếng nổ được phát ra
từ các hạt cà phê, và đây là giai đoạn mà các phản ứng hóa học đạt đến sự tinh luyện, qua
nhiệt độ cao, bắt đầu đốt cháy các tinh thể đường có trong hạt cà phê, tạo ra hương mùi
của mạch nha ngày càng đậm hơn.
1.5.1.6.

Giai đoạn 6: Nhiệt độ 195°C – hạt cà phê bắt đầu nổ lần thứ nhất (1st
crack)

Sau một thời gian hấp thụ nhiệt thì việc nở lớn đột ngột về thể tích, tăng lên đến
khoảng 150% so với ban đầu, và trọng lượng giảm từ 10% đến 17% , và tạo ra hàng loạt
tiếng nổ giòn rộn rã, nhiệt lượng bên trong hạt thoát ra nhanh chóng, giai đoạn nổ đầu
tiên là phản ứng tỏa nhiệt.
Sau lần nổ thứ nhất, sẽ cần có thêm một giai đoạn ngắn để hạt cà phê thu thêm
nhiệt lượng nhằm tiếp tục được nung nóng và biến đổi. Vì thế, trong quá trình rang tiếng
nổ reo lần thứ nhất bỗng nhiên giảm xuống rồi ngưng lại.
1.5.1.7.

Giai đoạn 7: Bắt đầu 200°C – hạt cà phê ngưng nổ lần thứ nhất ( Finished
1st crack)

Khói của hạt cà phê bắt đầu bốc nhiều hơn, vì để thoát lượng khí carbon dioxide,
ta sẽ điều chỉnh gió tại thời điểm nhau. Và trọng lượng hạt ngày càng giảm xuống và bốc
ra mùi hương của bánh nước, và mùi các loại hạt rang đặc trưng.
1.5.1.8.

Giai đoạn 8: Từ 200°C đến 220°C – bắt đầu nổ lần thứ hai (2nd crack)

Giai đoạn này, hạt cà phê bắt đầu tiết ra nhiều chất dầu bao quanh hạt cà phê, làm
cho hạt cà phê sáng bóng hơn. Mùi thơm ngàng càng tinh tế và đậm đà hơn.

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

Tiếng nổ lần thứ hai bắt đầu, đó là cấu trúc Cellose bị bẻ gãy trong hạt cà phê. Do
tính chất cấu trúc từng loại cà phê khác nhau, cho nên tiếng nổ với âm thanh, tần suất,
cường độ và âm vực khác nhau.
1.5.1.9.

Giai đoạn 9: Ở nhiệt độ 220°C – hạt cà phê ngưng nổ lần hai.

Lúc này hạt cà phê đã chuyển sang màu nâu đậm, thể tích đạt đến tối đa và tùy

theo từng loại hạt cà phê có thể tích khác nhau. Giai đoạn này hạt cà phê đã kết thúc các
phản ứng hóa học, quá trình trao đổi chất đã hoàn thành, tạo nên một sản phẩm tuyệt vời
với hương vị đậm đà.
Kế thúc cho giai đoạn này, hạt cà phê phải nhanh chống được làm nguội, tránh cho
việc bay mất hương thơm quyến rủ và đậm đà vốn có của cà phê.
1.6.

Hương vị cà phê qua từng giai đoạn rang

Hình 1.11 – Quá trình rang cà phê chè – Arabica.
-

Light Brown – màu vàng nhạt : Độ chua thấp, độ đậm đặc thấp. Hạt khô, kiểu
rang này quá nhẹ khiến hợp chất hương vị trong hạt chưa được giải phóng hết.
Brown đến Full City – màu nâu : Độ chua tăng và kích cỡ tăng, nhưng hạt vẫn
khô.

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

-

1.7.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh

2nd crack – màu nâu đậm: có một số giọt dầu xuất hiện trên bề mặt hạt, độ
chua đồng thời cũng giảm dần. Đây là nhiệt độ lí tưởng để trộn với cà phê kiểu
Ý.
Light French đến Full French – màu nâu rất đậm: dầu phủ đầy bề mặt hạt,
những vị nhạt sẽ biến mất, trong khi đó độ đậm đặc tăng.

Phạm vi nghiên cứu
- Thiết kế và tính toán Máy Rang Cà Phê Tự Động.
- Thi công mô hình Máy Rang Cà Phê.

SVTH: Bùi Thanh Xuân

Page 24