ES2915679T3 - Procedimiento para la preparación de una bebida a partir de una cápsula con prehumectación - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación de una bebida en una máquina de preparación de bebidas (1) a partir de una capsula (2) que contiene ingredientes de bebida alimentando agua a la capsula a través de una primera pared (6) de la capsula mediante una bomba de agua (16) de la maquina bajo el control de una unidad de control (21); siendo extraída la bebida elaborada a través de una segunda pared (9) de la cápsula; estando dicha segunda pared preferentemente abierta para la extracción de la bebida elaborada al menos por el efecto de la presión que se acumula dentro de la cápsula como resultado de que se alimenta agua en la cápsula; que comprende: - alimentar un primer volumen de agua (V1) en la cápsula que contiene ingredientes de bebida en estado seco para prehumectar los ingredientes de bebida en la cápsula antes de extraer la bebida de la segunda pared (9) de la cápsula ("prehumectación"); - alimentar un segundo volumen de agua (V2-V1) en la cápsula para que la bebida sea extraída de la segunda pared (9) de la cápsula; en el que la alimentación del primer volumen se controla en al menos un valor de caudal que proporciona un incremento continuo de la presión del agua desde la bomba en una primera fase de aumento (30) de la presión del agua y, en el que la alimentación del segundo volumen de agua se controla para que comience inmediatamente y sin interrupción de flujo después de la alimentación del primer volumen de agua y se controla para incrementar la presión del agua hasta al menos una presión de extracción después de una segunda fase de aumento de la presión (31) que se controla para que sea más pronunciada que la primera fase de aumento (30) de la presión.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la preparación de una bebida a partir de una cápsula con prehumectación
Campo de la invención:
La invención se refiere a un procedimiento para preparar una bebida en una máquina de preparación de bebidas, tal como una máquina de café, a partir de una cápsula que contiene ingredientes alimentando agua a la cápsula a través de una primera pared de la cápsula mediante una bomba de la máquina y extrayendo la bebida a través de una segunda pared de la cápsula. El procedimiento se centra, más en particular, en la preparación de una bebida caliente, en particular café, a partir de cápsulas que contienen café molido para mejorar la calidad de la bebida en la taza mediante un control mejorado y una secuencia particular de determinados parámetros de preparación, en particular, el flujo y presión del agua que alimenta la cápsula.
Antecedentes:
Las máquinas de preparación de bebidas que utilizan cápsulas con ingredientes de bebida son ampliamente conocidas y usadas. Las más populares son las que utilizan cápsulas desechables, también llamadas bolsa monodosis o cartuchos que contienen café molido, mezclas de café molido y leche, café soluble, té en hoja o combinaciones de los mismos. Las cápsulas cerradas como las divulgadas en el documento EP0512468 que se abren alcanzando una presión suficiente son bien conocidas en la técnica. También se conocen procedimientos que usan dichas cápsulas, tales como en el documento EP0512470.
También se sabe que una prehumectación del café en cafeteras de tipo profesional inyectando una pequeña cantidad de agua y reposando unos segundos puede mejorar o variar los resultados de la extracción tal como, por ejemplo, exaltando los aromas.
El documento EP0870457 se refiere a una bolsa monodosis (bolsita) impermeable al agua flexible colocada en una cámara provista de medios puntiagudos fijos adecuados para perforar el material de la bolsa monodosis una vez que se presuriza y empuja contra las paredes de la cámara y los medios de perforación. De acuerdo con este documento, se alimenta agua a la bolsa monodosis y se interrumpe el flujo de agua antes de alcanzar una presión suficiente para provocar la perforación de las paredes de la bolsa monodosis.
El documento EP2001343B1 se refiere a un proceso de preparación de una bebida que comprende las etapas de alimentar agua a una cámara de preparación de bebidas cerrada, tal como un cartucho rígido cerrado, para preparar una bebida, abrir la cámara y dispensar la bebida así preparada desde una salida de la cámara, en el que comprende las siguientes etapas:
- alimentación de agua a la cámara de preparación hasta alcanzar una primera presión (Pi) de al menos 3 bar, - interrumpir al menos una vez el flujo de agua a la cámara de preparación (t bomba),
- mantener la cámara de preparación en un estado cerrado a la primera presión (P1 ) durante un tiempo de mantenimiento de la presión (tbomba- t i ) dentro del intervalo de 1 a 60 segundos,
- abrir la salida de la cámara de preparación y,
- dispensar la bebida así preparada.
En otras palabras, el procedimiento de acuerdo con esta patente comprende una fase de prehumectación de los ingredientes en un cartucho rígido durante la cual se interrumpe el flujo de agua y se mantiene constante la presión durante unos segundos antes de que se reanude el flujo para la extracción de la bebida.
El documento WO2015104165 se refiere a otro procedimiento en el que se alimenta un primer volumen de agua en la cápsula y, después de una interrupción, se alimenta un segundo volumen de agua en la cápsula y en el que el momento de interrupción del flujo de agua en la cápsula se determina evaluando una salida de señal de medición mediante un caudalímetro. De acuerdo con este procedimiento, es posible determinar con mayor precisión y claridad el momento en el que la cápsula se llena correctamente con agua para la prehumectación. El documento w O 2014/090965 divulga un procedimiento para preparar una bebida mediante la centrifugación de una cápsula en un dispositivo de elaboración por centrifugación de un sistema de preparación de bebidas.
Un problema de los procedimientos de la técnica anterior es que la prehumectación tiene varias desventajas. Puede dar lugar a problemas de bloqueo del flujo cuando no se controla adecuadamente, por ejemplo, si el flujo se reanuda cuando se ha abierto la pared de suministro de la cápsula. El control de la bomba es considerablemente más complejo, como se ilustra en el documento WO2015104165. El tiempo de preparación de la bebida también se incrementa drásticamente en comparación con una preparación convencional sin prehumectación. De hecho, la bomba tiene que comenzar desde un modo de apagado a un modo de funcionamiento pleno y el aumento de presión requerirá más tiempo. La energía eléctrica usada también es bastante considerable.
La presente invención pretende proponer una solución a estas desventajas.
Sumario de la invención:
La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de una bebida en una máquina de preparación de bebidas a partir de una cápsula que contiene ingredientes de bebida alimentando agua a la cápsula a través de una primera pared de la cápsula mediante una bomba de la máquina; siendo extraída la bebida elaborada a través de una segunda pared de la cápsula; estando dicha segunda pared preferentemente abierta para la extracción de la bebida elaborada al menos por el efecto de la presión que se acumula dentro de la cápsula como resultado de que continúa siendo alimentada agua en la cápsula; que comprende:
- alimentar un primer volumen de agua en la cápsula que contiene los ingredientes de bebida en estado seco para prehumectar los ingredientes de bebida en la cápsula antes de extraer la bebida de la segunda pared de la cápsula ("prehumectación");
- alimentar un segundo volumen de agua en la cápsula para que la bebida sea extraída de la segunda pared de la cápsula;
en el que la alimentación del primer volumen se controla en al menos un valor de caudal que proporciona un incremento continuo de la presión del agua desde la bomba en una primera fase de aumento de la presión del agua y,
en el que la alimentación del segundo volumen de agua se controla para que comience inmediatamente y sin interrupción de flujo después de la alimentación del primer volumen de agua y se controla para incrementar la presión del agua hasta al menos una presión de extracción después de una segunda fase de aumento de la presión que se controla para que sea más pronunciada que la primera fase de aumento de la presión.
Por lo tanto, la invención produce una prehumectación eficiente de los ingredientes de bebida en la cápsula al tener una alimentación continua de agua en la cápsula sin interrupción y al tener un caudal bajo o reducido durante la prehumectación. La invención elimina así los problemas relacionados con un tiempo de permanencia significativo con la cápsula llena de agua, así como el problema relacionado con la reanudación del flujo por parte de la bomba después de la interrupción y los posibles problemas de bloqueo originados por dicho cambio de estado de la bomba.
En un aspecto, el caudal de la bomba se regula para la alimentación del primer volumen de agua, en particular para que coincida con al menos un punto de consigna de caudal, hasta que se alcanza un tiempo de flujo predeterminado o un volumen de agua predeterminado o se alcanza un punto de consigna de presión predeterminado inferior a la presión de extracción. Por lo tanto, el caudal se mide y se compara con un punto de consigna y el final del primer volumen se determina mediante uno cualquiera o cualquier combinación de: un valor constante de tiempo, un valor constante de volumen o, finalmente, un valor constante de presión. En el último caso, se mide un valor de presión, por ejemplo, directamente mediante un sensor de presión o indirectamente midiendo con un sensor la corriente consumida por la bomba y calculando la presión, y se compara con un punto de consigna de presión para finalizar la alimentación del primer volumen de agua a un caudal más bajo o reducido. Sin embargo, el procedimiento más sencillo es asignar un tiempo predefinido para el primer volumen de agua que se alimenta a la cápsula a un caudal regulado.
En un aspecto preferente, la alimentación del primer volumen de agua se controla a un valor comprendido entre 20 y 120 ml/min, más preferentemente 50-100 ml/min, durante un período comprendido entre 3 y 25 segundos, más preferentemente 5-20 segundos. Por encima del límite máximo dado de caudal, el tiempo de prehumectación debe acortarse y la prehumectación no se vuelve muy eficiente, mientras que por debajo del límite mínimo, el tiempo de prehumectación es demasiado largo, la presión es demasiado lenta en aumentar y/o el tiempo de preparación se vuelve demasiado duradero.
En un aspecto, la presión de la bomba de agua se regula para la alimentación del segundo volumen de agua, en particular para que coincida con al menos un punto de consigna de presión. El segundo volumen de agua se puede alimentar hasta que se extraiga el volumen objetivo de bebida. En una alternativa, se alimenta un volumen o volúmenes adicionales de agua hasta que se extrae el volumen objetivo de bebida. Dicho volumen o volúmenes adicionales de agua pueden regularse por flujo o presión. En particular, el caudal y/o la presión del volumen o volúmenes adicionales pueden ser inferiores o superiores al caudal y/o la presión del segundo volumen de agua alimentado. La variación de caudal y/o presión de un volumen a otro puede ser continua o escalonada dependiendo de la regulación.
Por lo tanto, a diferencia del primer volumen de agua, el segundo volumen preferentemente no está regulado por el caudal sino solo por la presión porque es posible proporcionar diferentes presiones de extracción dependiendo de los tipos de cápsulas (por ejemplo, que contienen mezclas de café molido de diferentes orígenes). Además, es más relevante controlar la presión de extracción para evitar una presión de extracción demasiado alta o demasiado baja para una cápsula dada. Por supuesto, también podría contemplarse una regulación diferente, tal como una regulación de caudal o mixta (caudal y presión).
El caudal del segundo volumen de agua alimentado a través de la primera pared de la cápsula es superior al caudal del primer volumen de agua alimentado para la prehumectación. Cuando se regula la presión para el segundo volumen
de agua, la bomba se regula a un punto de consigna de presión superior a 6 bar, preferentemente entre 8 y 25 bar, más preferentemente a un punto de consigna de presión de 10 a 20 bar.
Preferentemente, el segundo volumen de agua comienza a alimentarse antes de que se alcance la presión de apertura para abrir la segunda pared de la cápsula. En general, la apertura de la segunda pared se obtiene rompiendo, cortando o rasgando la pared contra un soporte de cápsula de la máquina que comprende uno o una pluralidad de salientes. Para superar la caída de presión necesaria para abrir la pared, es necesario establecer un punto de consigna de presión suficientemente alto para que la fase de aumento de la presión sea lo suficientemente pronunciada y la apertura se obtenga con éxito.
La bomba se elige preferentemente para que sea de un tipo que sea controlable en presión y caudal tal como una bomba de engranajes, una bomba de membrana o una bomba de jeringa. La bomba está dimensionada para poder suministrar un caudal en una amplia gama de caudales, tales como de 50 a 500 ml/min.
En un aspecto, el caudal se determina con medios de determinación del caudal dispuestos de acuerdo con una cualquiera de las siguientes maneras o una combinación de ellas:
a) determinando la reducción de volumen por unidad de tiempo de una cámara de agua a presión de una bomba de jeringa de la máquina o,
b) midiendo con un caudalímetro el caudal de agua alimentado por la bomba a la cápsula o,
c) midiendo la velocidad de rotación del motor de una bomba volumétrica rotativa y calculando el caudal en consecuencia.
En particular, de la manera a), la reducción de volumen de la cámara de agua a presión puede estar determinada por el desplazamiento relativo de una pared desplazable que delimita la cámara, desplazada por un accionador eléctrico, en función del tiempo.
Además, el tipo de cápsula puede ser identificado por la máquina de preparación de bebidas. Ciertos parámetros de la preparación son determinados por la unidad de control en función del tipo de cápsula identificado. En particular, la alimentación del primer volumen de agua y/o del segundo volumen de agua puede ser controlada por la unidad de control en función del tipo de cápsula identificado. Por ejemplo, dependiendo del tipo de cápsula, por ejemplo, mezcla de café, la alimentación del primer volumen de agua se puede regular a un caudal o caudales diferentes y/o el segundo volumen de agua a una presión o presiones diferentes. La alimentación de un volumen o volúmenes adicionales de agua puede controlarse adicionalmente.
En general, la alimentación del primer volumen de agua puede establecerse de forma alternativa mediante la unidad de control sin regular la regulación del caudal, sino simplemente accionando la bomba a un nivel de corriente predeterminado durante un tiempo predeterminado para proporcionar un caudal lento y el aumento constante de la presión como se desea para la prehumectación. En este caso, estas características para la alimentación del primer volumen de agua, es decir, suministro de energía de la bomba y temporización, pueden ser predeterminadas en función del tipo de cápsula, por ejemplo.
La invención se refiere además a una máquina de preparación de bebidas para la implementación del procedimiento mencionado anteriormente, que comprende:
una fuente de agua,
una salida de dispensación,
una unidad de elaboración para recibir la cápsula,
una bomba de agua para alimentar agua a la unidad de elaboración,
en la que comprende una unidad de control dispuesta para controlar la bomba para:
- alimentar un primer volumen de agua en la cápsula que contiene los ingredientes de bebida en estado seco para prehumectar los ingredientes de bebida en la cápsula antes de extraer la bebida de la segunda pared de la cápsula ("prehumectación");
- alimentar un segundo volumen de agua en la cápsula para que la bebida sea extraída de la segunda pared de la cápsula;
en la que la alimentación del primer volumen se controla en al menos un valor de caudal que proporciona un incremento continuo de la presión del agua desde la bomba en una primera fase de aumento de la presión del agua y, en la que la alimentación del segundo volumen de agua se controla para que comience inmediatamente y sin interrupción de flujo después de la alimentación del primer volumen de agua y se controla para incrementar la presión
del agua hasta al menos una presión de extracción después de una segunda fase de aumento de la presión que se controla para que sea más pronunciada que la primera fase de aumento de la presión.
La máquina puede comprender una bomba de jeringa mediante la cual se determina o calcula el caudal de agua mediante la reducción del volumen de una cámara de agua a presión en función del tiempo. De forma alternativa, la máquina comprende una bomba y un caudalímetro para medir el caudal alimentado por la bomba a la cápsula. Todavía de forma alternativa, la máquina puede comprender una bomba volumétrica rotativa mediante la cual se mide la velocidad de rotación del motor y se calcula el caudal de agua de acuerdo con el resultado de esta medición.
La máquina también puede comprender un sensor de presión o un sensor para medir al menos un parámetro eléctrico representativo de un consumo de energía por parte de la bomba. El parámetro eléctrico proporciona una entrada a la unidad de control que es indicativa de la presión del agua. La unidad de control puede estar conectada a la bomba para controlar la energía suministrada a la bomba para mantener el flujo de salida de agua en el punto de consigna de presión o para variar la presión de acuerdo con un perfil de presión que comprende más de un punto de consigna de presión.
Breve descripción de los dibujos:
La fig. 1 muestra una representación esquemática ejemplar de una máquina de preparación de bebidas adaptada para la implementación del procedimiento de acuerdo con la invención;
la fig. 2 es un gráfico ejemplar que representa la evolución medida del volumen de agua alimentado por la bomba a la cápsula (eje Y derecho) y la presión del agua medida (eje Y izquierdo) en función del tiempo (eje X) para la preparación y el suministro de un volumen de agua de 60 ml para preparar un extracto líquido de café;
la fig. 3 es un gráfico de control computarizado ejemplar de la preparación del líquido de café de la fig. 2 que muestra respectivamente (de arriba a abajo), la escala de tiempo, la temperatura del agua, el volumen de agua objetivo, la regulación de flujo y presión híbrida, el umbral de caudal durante la regulación de caudal y punto de consigna de presión durante la regulación de presión;
la fig. 4 muestra una vista en sección transversal interna más detallada de una máquina de preparación de bebidas con una bomba tipo jeringa para la implementación del procedimiento de la invención;
la fig. 5 es una vista en sección transversal en perspectiva de la bomba de agua de la máquina de la fig. 4;
la fig. 6 es una vista en perspectiva del accionador y transmisión de la bomba de agua de la máquina de la fig. 4;
la fig. 7 es una vista en sección transversal de la bomba de agua de la fig. 4, la conexión eléctrica de la bomba a una fuente de energía eléctrica asociada con un sensor de corriente para medir al menos un parámetro eléctrico representativo de un consumo de energía de la fuente mediante el accionador que está ilustrado esquemáticamente.
Descripción detallada de la invención:
La presente invención se refiere a un procedimiento de preparación usando una máquina de preparación de bebidas 1 representada de manera no limitativa en la fig. 1. La máquina 1 normalmente está adaptada para recibir una cápsula de bebida 2 y preparar una bebida a partir de ella. La cápsula normalmente se recibe en una unidad de extracción de bebidas 3 adaptada para encerrar la cápsula y alimentarla con agua de un circuito de fluido controlado 4. La máquina puede comprender opcionalmente una unidad de identificación de cápsulas 5 en la que cada cápsula 2 puede identificarse individualmente para permitir una adaptación de la preparación, en particular los parámetros de preparación, a la cápsula identificada. Por ejemplo, las condiciones de la prehumectación pueden cambiarse en función del tipo de cápsula identificado por la unidad de identificación 5.
La cápsula 2 normalmente comprende una primera pared 6 a través de la cual se alimenta agua del circuito de fluido a los ingredientes de bebida 7 en la cápsula. La primera pared puede ser, por ejemplo, perforada por elementos de perforación 8 de la máquina para permitir la introducción de agua. La cápsula comprende además una segunda pared 9 a través de la cual se extrae la bebida de la cápsula. Preferentemente, la segunda pared se cierra y se abre inicialmente por el efecto conjugado del incremento de presión en la cápsula y la interacción mecánica con el soporte de cápsula 10 de la máquina. Como se sabe, el soporte de cápsula puede comprender uno o una pluralidad de salientes que se acoplan mecánicamente a la segunda pared que se deforma bajo presión hasta que se rompe o perfora. La bebida puede drenarse a través de canales u orificios 11 para recogerse en una cámara de recogida 12 y dispensarse a través de una salida 14 a un receptáculo 13 colocado debajo. También está dentro del alcance de la invención tener una cápsula con una segunda pared que se abre solo por efecto del incremento de presión en la cápsula y sin ninguna contribución de interacción mecánica o que se abre por el efecto conjugado del incremento de presión en la cápsula y un miembro o miembros de interacción mecánica proporcionados en la propia cápsula.
El circuito de fluido de la máquina de preparación de bebidas comprende una fuente de agua que puede ser un depósito de agua 15. El depósito de agua suele ser rellenable y, para ello, puede estar conectado de forma desmontable en un extremo del circuito de fluido. El circuito de fluido 4 comprende además una bomba de agua 16 conectada de forma fluida al depósito de agua, tal como a través de una primera tubería de agua 17 alimentada con agua. También comprende un calentador de agua 18 conectado de forma fluida a la bomba de agua a través de una segunda tubería de agua 19. La unidad de elaboración 3 se puede conectar al calentador de agua tal como a través de una tercera tubería de agua 20. Tuberías de agua adicionales, que no se ilustran aquí, son posibles, por ejemplo, para evitar el calentador de agua o conectarse a componentes adicionales, tales como un enfriador de agua, una válvula de purga o de alivio de presión o tuberías de agua recirculante.
La máquina de preparación de bebidas comprende una unidad de control 21 que generalmente está adaptada para recibir entrada de datos 22 de los diferentes componentes electrónicos de la máquina y para controlar tales componentes proporcionando salida de datos 23 a los diversos componentes electrónicos de la máquina. La unidad de control 21 se puede dividir en subunidades conectadas electrónicamente que pueden estar físicamente separadas en la máquina. La unidad de control comprende, en general, medios de procesamiento tales como un microcontrolador, al menos una memoria volátil y/o no volátil para codificar instrucciones para el funcionamiento del procedimiento tal como en forma de uno o más programas operativos y valores tales como puntos de consigna tales como como temperatura(s), caudal(es), presión(es), datos relacionados con la corriente, tiempo, etc.
La máquina puede comprender medios de determinación de caudal para medir el caudal de agua que entra en la cápsula. Los medios de determinación de flujo pueden comprender un caudalímetro 24 dispuesto fluidamente en el circuito de fluido para medir el flujo de agua alimentado desde la bomba 16 a la cápsula en la unidad de elaboración y para proporcionar una entrada relacionada con el caudal a la unidad de control. El caudalímetro 24, como se ilustra en la fig. 1, puede colocarse en la tubería de agua 17 entre el depósito de agua 15 y la bomba 16 o en otra posición a lo largo del circuito de agua si es más apropiado. Los medios de determinación de caudal también pueden estar incorporados en la propia bomba. Por ejemplo, la bomba puede ser una bomba de jeringa mediante la cual el caudal de agua se determina mediante la reducción del volumen de una cámara presurizada en función del tiempo. Sigue una descripción más detallada de una máquina que comprende una bomba de jeringa en relación con las figs. 4 y 7 y también se describe en detalle en la solicitud de patente europea en tramitación junto con la presente n.° 16177217.3. La bomba puede comprender una parte rotativa cuya velocidad de rotación sea proporcional al caudal de agua calculado por la unidad de control.
La bomba de agua 16 puede ser cualquier bomba adecuada, pero preferentemente una bomba adaptada para ser controlada por la unidad de control en cuanto a la energía suministrada al accionador 25 de la bomba, como por modulación de ancho de pulso para variar el caudal y/o la presión. Por lo tanto, la bomba es, preferentemente, una bomba de membrana, una bomba de engranajes o una bomba de jeringa. El accionador 25 puede ser un motor eléctrico rotativo que actúe sobre la activación de la membrana, medio de engranaje o pistón de la bomba de jeringa. Comprende medios de entrada que reciben señales de entrada de la unidad de control para el control de su velocidad de rotación. El accionador está además preferentemente conectado a un sensor de corriente 26 que está conectado a la unidad de control a una señal de entrada representativa de la corriente consumida por el accionador. El sensor de corriente puede ser al menos un amperímetro, un voltímetro y un potenciómetro, para medir al menos un parámetro eléctrico representativo de un consumo de energía por parte del accionador procedente de una fuente de corriente que suministra al accionador (no representada).
La unidad de control 21 conectada al sensor de corriente 26 está dispuesta por su lógica de control para determinar la presión del agua en la salida 52 de la bomba. El o los parámetros eléctricos medidos, tales como la corriente absorbida, pueden ser al menos un parámetro previsto para la determinación de la presión. A cambio, la unidad de control está configurada para controlar la energía eléctrica suministrada al accionador 25 por la fuente de energía eléctrica (no representada). Cabe señalar que el sensor de corriente 26 puede integrarse en la propia unidad de control o en el accionador de la bomba. La unidad de control también puede ser parte de una unidad de suministro de energía que incluye una fuente de energía.
En una variante, el sensor de corriente 26 puede ser sustituido por un sensor de presión (por ejemplo, un transductor de presión) o medios de determinación de presión equivalentes.
El calentador de agua 18 también está conectado a la unidad de control 21 proporcionando una entrada relacionada con la temperatura del agua, tal como a través de uno o más sensores de temperatura 27 (tales como NTC). La unidad de control está conectada al calentador para controlar la activación del elemento calefactor y para regular la temperatura en consecuencia.
Opcionalmente, un miembro de identificación de cápsulas 28 está dispuesto en la máquina para identificar la cápsula y/o recuperar datos de un soporte de datos en la cápsula antes de la preparación de la bebida en la unidad de elaboración. El miembro de identificación de cápsulas proporciona una señal de entrada a la unidad de control sobre el tipo de cápsula y/o los parámetros de preparación (por ejemplo, puntos de consigna, tiempos, volúmenes, etc.) relacionados con dicha cápsula. La característica de la cápsula que puede ser medida por el miembro de identificación de cápsulas puede ser de naturaleza mecánica, eléctrica, electromagnética y/u óptica. Se puede medir al menos uno
del color, el patrón gráfico, la forma, la conductividad eléctrica, la conductividad capacitiva, la conductividad inductiva o la conductividad magnética de una cápsula.
La identificación de la cápsula permite determinar el tipo de cápsula y adaptar los parámetros de preparación en consecuencia incluyendo las condiciones de control del primer volumen para prehumectación y el segundo volumen de agua para extracción de la bebida. Diferentes tipos de cápsulas pueden corresponder a diferentes características de cápsula, tales como diferentes mezclas de café, pesos de café, tamaños de cápsula y combinaciones de los mismos. Diferentes mezclas de café pueden abarcar diferentes características de molienda de café (por ejemplo, distribución de tamaño de partícula, diámetros medios), orígenes de café, densidades, grado de tueste y combinaciones de los mismos.
El procedimiento de la invención se describirá ahora en relación con las figs. 2 y 3. Después de que la cápsula ha sido encerrada en la unidad de elaboración 3 y se introduce válidamente una señal de inicio de preparación en la unidad de control (por ejemplo, cápsulas identificadas y/o botón presionado en una interfaz de usuario de la máquina), se alimenta un primer volumen de agua V1 bajo el control de la unidad de control desde la bomba hasta la cápsula para prehumectar los ingredientes de bebida (fig. 2). Este primer volumen de agua V1 se regula, preferentemente, por caudal usando medios de determinación de caudal. El flujo se controla para que sea lento pero continuo. El caudal lento, preferentemente entre 50 y 100 ml/minuto se mantiene durante unos segundos, preferentemente entre 5 y 20 segundos. Durante este período, no se extrae bebida de la segunda pared 9 de la cápsula. La segunda pared de la cápsula permanece preferentemente sin abrir hasta el final de la alimentación del primer volumen, ya que la presión en la pared no alcanza la presión de apertura, por ejemplo, la presión de rotura. Para ello se predetermina el caudal y el tiempo de flujo en función de la presión de apertura de cada tipo de cápsula preferentemente considerando sus características de contrapresión. Como se ilustra en la fig. 2, la presión se incrementa gradualmente en una primera fase de aumento de presión 30, a medida que la cápsula se llena de agua. La unidad de control regula el caudal de la bomba de agua a través de los medios de determinación de flujo, de modo que el caudal medido se compara con al menos un punto de consigna de caudal (posiblemente varios valores diferentes para un posible perfil del caudal durante esta fase) y el flujo de la bomba se ajusta tal como mediante modulación de ancho de pulso para que coincida con el punto de referencia de caudal. En el ejemplo ilustrado, el punto de consigna de flujo memorizado en la unidad es de 50 ml/minuto.
Inmediatamente después de la prehumectación con el primer volumen de agua, se alimenta un segundo volumen de agua V2-V1 desde la bomba a la cápsula sin interrupción entre el primer y el segundo volumen de agua (fig. 2). En particular, la presión se incrementa significativamente, tal como cuando la unidad de control incrementa la corriente en la bomba. Durante la alimentación del segundo volumen de agua, la unidad de control regula la bomba mediante la presión, y preferentemente ya no mediante el caudal. Para ello, la lógica de control de la unidad de control está dispuesta para pasar inmediatamente de una regulación de caudal a una regulación de presión, por ejemplo, transcurrido el tiempo del primer volumen, determinando la presión de agua en la salida de la bomba. Al menos un punto de consigna de presión se convierte en la referencia para ajustar la corriente suministrada a la bomba. El punto de consigna de presión se selecciona para que sea un valor por encima de la característica de apertura de la segunda pared de la cápsula. Por ejemplo, el punto de consigna de presión se establece en 20 bar mientras que la presión de apertura de la segunda pared es de 8 bar. El cambio a dicho punto de consigna de presión máxima obliga a la bomba a suministrar agua a la cápsula a un caudal mayor al menos temporalmente ya adaptar el caudal en función de la contrapresión encontrada. Las fases de extracción se pueden programar para disminuir o incrementar el caudal de forma progresiva o escalonada. El número de fases de extracción no está limitado y dichas fases pueden controlarse por presión o caudal. En un posible ejemplo, se puede programar la regulación de la bomba para proporcionar, tras la apertura de la cápsula, una dispensación de bebida gota a gota similar a una máquina de tipo de goteo con filtro de café.
Al comienzo de la alimentación del segundo volumen de agua, los ingredientes de bebida, tales como el café molido, pueden compactarse contra la segunda pared y la contrapresión se puede incrementar significativamente. Como resultado, también se puede incrementar el caudal, al menos temporalmente para contrarrestar la contrapresión. Esto puede dar como resultado una porción de curva más pronunciada del caudal (ilustrado por la porción del volumen de agua acumulado 32 del volumen de agua V3-V1). Como resultado, la fase de aumento de presión 31 para el segundo volumen de agua se vuelve más pronunciada que la fase de aumento de presión 30 en el primer volumen.
El término "más pronunciada" para calificar la segunda fase de aumento 31 en comparación con la primera fase de aumento 30 significa que la porción de curva de presión en la fase es más vertical en la dirección del eje de presión (eje Y). Más en particular, de acuerdo con la prehumectación de la invención llevada a cabo a un caudal lento, la primera y la segunda fases de aumento de presión pueden formar una curva exponencial o próxima a un crecimiento exponencial. Cualquier tangente (primera derivada de la curva exponencial en ese punto) medida en la segunda fase de aumento 31 tiene, por lo tanto, una pendiente más alta (y por lo tanto "más pronunciada") que cualquier tangente medida en la primera fase de aumento.
La apertura de la segunda pared de la cápsula ocurre, en general, en un punto de presión intermedia 33 que puede ser variable de cápsula a cápsula ya que depende de las características de apertura de la segunda pared (por ejemplo, espesor de pared, material). Después de la apertura de la cápsula, la presión en general continúa aumentando hasta
la presión de extracción 34 controlada por la unidad. Después de alcanzar la presión de extracción máxima, la presión puede estabilizarse en la presión de extracción máxima 34 hasta el final de la extracción o incluso disminuir.
En una variante, se puede proporcionar más de un punto de consigna de presión al ciclo de preparación de la bebida para formar un perfil de presión (en lugar de un solo punto de consigna de presión). La extracción de la bebida puede así controlarse a más de una presión de extracción, por ejemplo, dos o tres puntos de consigna diferentes en función del tiempo. La curva de presión también puede estar influenciada por la contrapresión creada en la cápsula y en la interfaz con el soporte de cápsula, tal como mediante la compactación de los ingredientes y/o el área de apertura de flujo creada en la segunda pared durante la extracción.
El final de la alimentación del segundo volumen de agua puede determinarse mediante un volumen acumulado de agua determinado por los medios de determinación de caudal y controlado por la unidad de control. La bomba se detiene en consecuencia cuando se alcanza el volumen de agua acumulado (por ejemplo, a 60 ml en las figs. 2 y 3).
Preferentemente, parte o todos los parámetros de preparación, en particular, volumen(es) de agua acumulado(s), punto(s) de consigna de caudal, punto(s) de consigna de presión, tiempo(s) de alimentación del primer volumen de agua, temperatura(s) del agua o del calentador pueden formar parámetros de preparación que pueden almacenarse en una memoria de la unidad de control. Estos parámetros pueden estar contenidos parcial o totalmente en al menos una tabla de consulta de una memoria o pueden transferirse parcial o totalmente desde un soporte de datos en la cápsula o una máquina externa a una memoria de la unidad de control.
Las figuras 4 a 7 ilustran un modo de realización ejemplar de la máquina de preparación de bebidas 1 con un depósito de agua 15 y una salida de dispensación 14 conectada a través de una bomba de agua 16. El depósito de agua 15 puede conectarse a una tubería de conexión 17 para conectar el depósito de agua 15 a la bomba 16. La bomba de agua 16 puede configurarse para impulsar agua desde el depósito de agua hasta la salida a través de una cápsula (no representada) dispuesta en la unidad de extracción de bebidas 3.
La bomba 16 es una bomba de tipo jeringa que incluye una cámara 35 y una pared desplazable 36 que delimita la cámara. La bomba comprende además un accionador eléctrico 25 que impulsa la pared desplazable 36 entre una primera posición y una segunda posición para provocar un flujo entrante de líquido desde la fuente de agua a la cámara 35 y para provocar un flujo saliente de agua desde la cámara 35 a la cámara de extracción de bebidas. Por ejemplo, la bomba hace pasar dicha agua a través de un calentador 18.
La bomba 16 incluye una unidad de suministro de energía 38 que tiene una fuente de energía eléctrica 39 y que está configurada para suministrar energía al accionador 25. La unidad de suministro de energía 38 puede conectarse mediante un enchufe o conector eléctrico 37 a la red eléctrica o a una fuente de alimentación diferente, por ejemplo, una batería o un transformador (CC) y/o fuente de energía renovable (suministro solar fotovoltaico).
La unidad de suministro de energía 38 tiene un sensor 26 para medir al menos un parámetro eléctrico representativo de un consumo por parte del accionador 25 de energía proveniente de la fuente de energía. La unidad de suministro de energía 38 incluye una unidad de control 21 conectada al sensor 26 y a la fuente de energía. La unidad de control 21 está configurada para controlar la energía suministrada al accionador eléctrico 25 por la fuente de energía 39 en función de: el al menos un parámetro medido; y una entrada de agua deseada en la cámara 35 y/o una salida de líquido deseada de la cámara 35, tal como un flujo y/o presión deseados de la entrada de líquido y/o de la salida de líquido.
La unidad de control 21 puede controlar el calentador de agua 18. La unidad de control 21 puede controlar la apertura y el cierre de la unidad de elaboración 3 que comprende un soporte de cápsula 10 y una jaula de cápsula 41. La unidad de control también puede controlar la apertura y el cierre de un asiento móvil 40 sobre el que puede asentarse la cápsula antes de su inserción en la máquina (también se muestra en la fig. 1).
La unidad de control 21 se puede conectar mediante comunicación por cable o inalámbrica a una interfaz de usuario 42 o a un módulo de comunicación para comunicarse con una máquina externa, por ejemplo, una red y/o una máquina portátil (por ejemplo, un teléfono inteligente).
Volviendo a la bomba de jeringa, la cámara de agua 35 puede tener una entrada de bomba 43 en conexión fluídica con el depósito de agua y una salida de bomba 44 en conexión fluídica con el calentador de agua y la cámara de elaboración. Dicha entrada de bomba 43 puede tener una válvula antirretorno 53 para evitar un flujo saliente de líquido de la cámara 35 a través de la entrada. La salida de bomba 44 puede tener una válvula antirretorno 54 para evitar un flujo entrante de líquido en la cámara 35 a través de la salida. Típicamente, la cámara de agua 35 forma una única cavidad de volumen variable con la que dicha entrada y salida se comunican fluidamente.
El accionador 25, típicamente un motor eléctrico, está conectado a la pared desplazable 36 por una transmisión 46. La transmisión 46 asociada con el motor puede incluir una disposición de engranajes, tal como una disposición de engranajes rectos, por ejemplo, una disposición que comprende uno o más de una rueda (dentada) 47, piñón (dentado)
48, caracol o tomillo de Arquímedes 49, tal como una rueda dentada 47 conectada a través de un piñón dentado 48 a otra rueda dentada 50 que engrana con un tomillo de Arquímedes 49 asegurado a la pared desplazable 36.
La unidad de control 21 puede configurarse para controlar la fuente de energía eléctrica para suministrar un voltaje deseado al accionador eléctrico 25, tal como un voltaje constante o variable, por ejemplo, un voltaje alterno a una frecuencia fija o ajustable y/o a una amplitud fija o ajustable. El sensor 26 puede configurarse para medir como al menos un parámetro un consumo de corriente por parte del accionador al voltaje deseado.
La unidad de control 21 se puede configurar para controlar la fuente de energía eléctrica para suministrar una corriente deseada al accionador eléctrico 37, tal como una corriente constante o variable, por ejemplo, una corriente alterna a una frecuencia fija o ajustable y/o a una amplitud fija o ajustable. El sensor 26 puede configurarse para medir como al menos un parámetro un consumo de voltaje por parte del accionador 25 a la corriente deseada.
La unidad de control 21 puede configurarse para:
- llevar a cabo una comparación, tal como una comparación a lo largo del tiempo, del al menos un parámetro medido y un punto de consigna predeterminado almacenado en la unidad de control, tal como un punto de consigna predeterminado seleccionado de: un punto de consigna almacenado en fábrica; un punto de consigna predeterminado almacenado mediante la actualización de la unidad de control, por ejemplo, una actualización por cable o inalámbrica; y un punto de consigna predeterminado proporcionado ad hoc para una ración de bebida, tal como un punto de consigna predeterminado asociado con un ingrediente de la ración de bebida o con una entrada del usuario dedicada a la ración de bebida; y
- controlar la energía suministrada al accionador 25 en función de la comparación.
La unidad de control 21 puede configurarse para ajustar un consumo de voltaje por parte del accionador 25 desde la fuente de alimentación para asegurar un consumo de corriente deseado por parte del accionador derivado de medir con el sensor de corriente 26 el consumo de corriente como al menos un parámetro, por ejemplo, para proporcionar el líquido a una presión deseada desde la cámara 35 hacia la salida de dispensación.
La unidad de control 21 puede configurarse para ajustar un consumo de corriente por parte del accionador 25 desde la fuente de alimentación para asegurar un consumo de voltaje deseado por parte del accionador derivado de medir con el sensor de corriente 26 el consumo de voltaje como al menos un parámetro para proporcionar el líquido a un caudal deseado (ml/min.) desde la cámara 35 hacia la salida.
La unidad de control 21 puede configurarse para interrumpir el suministro de energía del accionador 25 cuando la pared desplazable 36 que delimita la cámara alcanza una pared final 51 de la cámara o una posición final determinada físicamente o determinada por un sensor, por ejemplo, una posición final determinada por un sensor magnético u óptico o una posición final determinada por un tope mecánico (no representado).
Para determinar el caudal de agua, la unidad de control 21 puede recibir una entrada relacionada con la reducción del volumen de la cámara 35 en función del tiempo. El volumen de la cámara 35 se reduce directamente mediante el desplazamiento de la pared desplazable 36 hacia la pared final 51. De este modo, el desplazamiento puede determinarse midiendo la velocidad rotacional de al menos uno de los miembros rotatorios de la transmisión, por ejemplo, el piñón 47, a través de un sensor. A continuación, se calcula el caudal a partir de la medición de la velocidad de rotación teniendo en cuenta la proporcionalidad con el volumen de la cámara. De forma alternativa, la posición de la pared desplazable o el tornillo de Arquímedes puede determinarse mediante sensores de posición y calcularse el caudal a partir de la posición de la pared en función del tiempo.
La unidad de control 21 en general puede configurarse para: llevar a cabo una comparación, tal como una comparación a lo largo del tiempo, del al menos un parámetro medido y un punto de consigna predeterminado asociado con la cápsula; y controlar la energía suministrada al accionador 37 en función de la comparación. Por ejemplo, la unidad de control 21 controla la energía suministrada al accionador 25 para minimizar la diferencia entre el punto de consigna predeterminado y al menos un parámetro de medida (por ejemplo, la presión del agua). El punto de consigna predeterminado puede derivarse de una característica de la cápsula que contiene los ingredientes o de una entrada del usuario asociada con el ingrediente. Una característica de los ingredientes puede derivarse de una propiedad de flujo de los ingredientes en la unidad de elaboración. Esta propiedad de flujo se puede derivar del al menos un parámetro eléctrico representativo del consumo de energía de la fuente por el accionador medido por el sensor de corriente. Dependiendo del tipo de bebida, el ingrediente (por ejemplo, café molido y/o instantáneo, té o concentrado de leche o leche en polvo) usado puede ser más o menos resistente al flujo de líquido a su través.
Claims (15)
1. Procedimiento para la preparación de una bebida en una máquina de preparación de bebidas (1) a partir de una capsula (2) que contiene ingredientes de bebida alimentando agua a la capsula a través de una primera pared (6) de la capsula mediante una bomba de agua (16) de la maquina bajo el control de una unidad de control (21); siendo extraída la bebida elaborada a través de una segunda pared (9) de la cápsula; estando dicha segunda pared preferentemente abierta para la extracción de la bebida elaborada al menos por el efecto de la presión que se acumula dentro de la cápsula como resultado de que se alimenta agua en la cápsula; que comprende:
- alimentar un primer volumen de agua (V1) en la cápsula que contiene ingredientes de bebida en estado seco para prehumectar los ingredientes de bebida en la cápsula antes de extraer la bebida de la segunda pared (9) de la cápsula ("prehumectación");
- alimentar un segundo volumen de agua (V2-V1) en la cápsula para que la bebida sea extraída de la segunda pared (9) de la cápsula;
en el que la alimentación del primer volumen se controla en al menos un valor de caudal que proporciona un incremento continuo de la presión del agua desde la bomba en una primera fase de aumento (30) de la presión del agua y, en el que la alimentación del segundo volumen de agua se controla para que comience inmediatamente y sin interrupción de flujo después de la alimentación del primer volumen de agua y se controla para incrementar la presión del agua hasta al menos una presión de extracción después de una segunda fase de aumento de la presión (31) que se controla para que sea más pronunciada que la primera fase de aumento (30) de la presión.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se regula el caudal de la bomba de agua (16) para la alimentación del primer volumen de agua (V1), en particular para que coincida con al menos un punto de consigna de caudal, hasta que se alcanza un tiempo de flujo predeterminado o un volumen de agua predeterminado o se alcanza un punto de consigna de presión predeterminado inferior a la presión de extracción.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la alimentación del primer volumen de agua (V1) se controla mediante un suministro de energía predeterminado de la bomba de agua (16) durante un tiempo predeterminado.
4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que se controla la alimentación del primer volumen a un valor comprendido entre 50 y 100 ml/min durante un periodo comprendido entre 5 y 20 segundos.
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que se regula la presión de la bomba de agua (16) para la alimentación del segundo volumen de agua (V2-V1), en particular para que coincida con al menos un punto de consigna de presión.
6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que se alimenta el segundo volumen de agua (V2-V1) hasta que se extrae el volumen objetivo de bebida.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en el que se controla que el segundo volumen de agua se inicie antes de que se alcance la presión de apertura (33) para abrir la segunda pared (9) de la cápsula.
8. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 7, en el que la presión para alimentar el segundo volumen (V2-V1) se mide mediante un sensor de presión o mediante un sensor (26) que mide una variable relacionada con la corriente del motor que acciona la bomba de agua (16).
9. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 8, en el que la presión se regula a un punto de consigna de presión comprendido entre 8 y 20 bar, preferentemente 10-15 bar.
10. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 2, 4 a 9, en el que el caudal se determina mediante medios de determinación del caudal dispuestos de acuerdo con una cualquiera de las siguientes maneras:
d) determinando la reducción de volumen por unidad de tiempo de una cámara de agua a presión de una bomba de jeringa (16) de la máquina o,
e) midiendo con un caudalímetro el caudal de agua alimentado por la bomba a la cápsula o,
f) midiendo la velocidad de rotación del motor de una bomba volumétrica rotativa y calculando el caudal en consecuencia.
11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que de la manera a), la reducción de volumen por unidad de tiempo de la cámara de agua a presión viene determinada por el desplazamiento relativo de una pared desplazable que delimita la cámara, desplazada por un accionador eléctrico.
12. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el tipo de cápsula es identificado por la máquina de preparación de bebidas y, al menos, la alimentación del primer volumen de agua (V1) y/o el segundo volumen de agua (V2-V1) son/es controlado por la unidad de control en función del tipo de cápsula identificado.
13. Una máquina de preparación de bebidas para la implementación del procedimiento
de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones Z precedentes, dicha máquina de preparación de bebidas comprende:
una fuente de agua (15),
una salida de dispensación (14),
una unidad de elaboración (3) para recibir la cápsula (5),
una bomba de agua (16) para alimentar agua a la unidad de elaboración,
en la que comprende una unidad de control (21) dispuesta para controlar la bomba para:
- alimentar un primer volumen de agua (V1) en la cápsula que contiene ingredientes de bebida en estado seco para prehumectar los ingredientes de bebida en la cápsula antes de extraer la bebida de la segunda pared (9) de la cápsula ("prehumectación");
- alimentar un segundo volumen de agua (V2-V1) en la cápsula para que la bebida sea extraída de la segunda pared (9) de la cápsula;
en la que la alimentación del primer volumen (V1) se controla en al menos un valor de caudal que proporciona un incremento continuo de la presión del agua de la bomba en una primera fase de aumento (30) de la presión del agua y,
en la que la alimentación del segundo volumen de agua se controla para que comience inmediatamente y sin interrupción de flujo después de la alimentación del primer volumen de agua y se controla para incrementar la presión del agua hasta al menos una presión de extracción después de una segunda fase de aumento de la presión (31) que se controla para que sea más pronunciada que la primera fase de aumento (30) de la presión.
14. Máquina de preparación de bebidas de acuerdo con la reivindicación 13, en la que comprende:
- una bomba de jeringa (16) mediante la cual se determina el caudal de agua por la reducción del volumen de una cámara de agua a presión por unidad de tiempo o,
- una bomba (16) y un caudalímetro (24) para medir el caudal alimentado por la bomba a la cápsula o,
- una bomba volumétrica rotativa mediante la cual se mide la velocidad de rotación del motor de una bomba volumétrica rotativa y se calcula el caudal en consecuencia.
15. Máquina de preparación de bebidas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, en la que comprende un sensor (26) para medir al menos un parámetro eléctrico representativo de un consumo de energía por parte de la bomba de agua y estando conectada la unidad de control a la bomba para controlar la energía suministrada a la bomba para mantener el flujo de salida de agua en el punto de consigna de presión o para variar la presión de acuerdo con un perfil de presión que comprende más de un punto de consigna de presión.
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