Este artículo se basa en la investigación de Stéphane Ribes, a partir de una presentación de junio de 2019, que puede consultar aquí.

La presión durante la extracción del espresso no viene determinada únicamente por la resistencia del disco de café. Más bien, la compresión del aire atrapado por encima del disco es un factor fundamental que determina la curva de presión inicial. Tres variables determinan esta compresión: el espacio libre inicial (1), el caudal de agua suministrado por la bomba (2) y el caudal de agua que penetra en el disco de café (3).

Si se considera un modelo de gas perfecto, se puede establecer la siguiente fórmula:

Los experimentos con cesta ciega con la DE1PRO mostraron una concordancia aceptable con este modelo.

De la presentación de Ribes se pueden deducir las siguientes preguntas:

Las pruebas se llevaron a cabo con una máquina de espresso Decent DE1PRO v1.1. Los experimentos con cesta ciega permitieron aislar los efectos del espacio libre y del caudal de la bomba. El espacio libre se varió añadiendo agua a la cesta ciega, lo que generó volúmenes de aire estimados de 36, 26, 16 y 10 cm³.

En los experimentos de caudal se utilizaron caudales iniciales de 1,0; 1,5; 2,0 y 4,0 ml/s. En estas pruebas, el caudal de agua se redujo a 0 ml/s cuando la presión alcanzaba los 7 bar.

En los experimentos con discos de café se utilizaron 12 g en una cesta de filtro VST de 15 g, una ducha IMS SI 200 IM y ajustes de molienda EK43 de 0,9 a 1,2. En otras comparaciones prácticas se analizaron diferentes tamaños de cesta de filtro y se compararon las duchas IMS CI 200 con las SI 200.

En primer lugar, se utilizó la cesta ciega para determinar cómo la variación del volumen de aire atrapado altera la acumulación de presión independientemente del café. En segundo lugar, se varió el caudal de la bomba mientras se mantenía comparable el espacio libre. En tercer lugar, se introdujo café para separar el efecto del agua que penetra en el disco del efecto de la propia resistencia del disco. Por último, se modificaron el tamaño de la cesta de filtro y las configuraciones de la ducha para examinar si estos principios también explican las diferencias observadas en preparaciones de espresso reales.

El gráfico siguiente muestra una clara relación positiva entre el espacio libre y el tiempo necesario para alcanzar los 7 bar a 1 mL/s.

Aproximadamente 10 cm³ requirieron 15 s, 16 cm³ unos 21 s, 26 cm³ unos 28 s y 36 cm³ unos 32 s. Por lo tanto, un volumen de aire atrapado menor se comprime más rápidamente y hace que la presión aumente antes y de forma más pronunciada.

Es decir, a medida que disminuye el espacio libre, el tiempo necesario para alcanzar los 7 bar a 1 ml/s se reduce significativamente.

La relación inversa con el caudal es aún más marcada. El tiempo necesario para alcanzar los 7 bar se redujo de aproximadamente 32 s a 1 mL/s a 23 s a 1,5 mL/s, 17 s a 2 mL/s y tan solo 9 s a 4 mL/s. Un caudal más elevado también produjo un sobreimpulso de presión progresivamente mayor tras el umbral de corte de 7 bar, lo que demuestra que el sistema hidráulico sigue respondiendo una vez detenido el caudal de la bomba.

Es decir, los caudales de agua de entrada más elevados reducen significativamente el tiempo necesario para alcanzar los 7 bar. Además, se produce un mayor sobreimpulso de presión a medida que aumenta el caudal de agua de entrada.

Al cambiar el ajuste de la EK43 de 0,9 a 1,2, se produjo una gran disminución de la presión máxima de extracción, pasando de aproximadamente 12 bar a 3-4 bar. Por el contrario, el tiempo adicional necesario para alcanzar los 3 bar, en comparación con la cesta ciega, se mantuvo en torno a 4,5–5,0 s. Un molido excesivamente fino produjo una curva de presión similar a la correspondiente a la cesta ciega, pero desplazada hacia más adelante en el tiempo. La mayor parte de este retraso inicial se debió a la penetración del agua en el disco de café, más que a la resistencia hidráulica dependiente del grado de molido.

Esto respalda la observación principal de que, durante una preinfusión relativamente lenta, el retraso en el aumento de la presión causado por la saturación del disco de café solo se ve ligeramente afectado por el tamaño del molido.

Con la misma dosis de 18 g y un grado de molienda EK1.8, al cambiar de una cesta de filtro VST de 20 g a una cesta de filtro VST de 22 g, más alta, aumentó el espacio libre. El retraso adicional medido en el aumento de la presión pasó de unos 5,0 a 7,5 s, mientras que la presión máxima de extracción disminuyó. A pesar de las diferentes curvas de presión, en ambos ejemplos se registró un rendimiento de extracción del 19,9 %.

Con una dosis de 15 g en la misma cesta de filtro, el cambio de la ducha IMS CI 200 a la SI 200 tuvo un efecto mínimo en el espacio de cabeza y, por lo tanto, un efecto mínimo en el retardo de presión: aproximadamente 6,0 frente a 5,5 s. Los rendimientos de extracción fueron del 20,4 % y del 21,3 %, respectivamente. La SI 200 produjo una disminución de la presión más suave; la explicación propuesta es su menor distancia a la superficie del disco, aunque se necesitan más ensayos para confirmar esta hipótesis.

En una segunda comparación, al cambiar simultáneamente de CI 200 + VST 15 g a SI 200 + VST 20 g, con una dosis de 18 g y el mismo ajuste de EK1.8, el tiempo necesario para alcanzar los 2 bar aumentó de 14 a 16 s. La menor presión máxima se atribuyó al efecto combinado del aumento del espacio libre y de los orificios más grandes de la cesta de filtro VST 20 g.

Los experimentos indican que la curva de presión inicial del espresso puede interpretarse en gran medida como la compresión de un volumen de aire atrapado por la acumulación neta de agua por encima del disco de café. El espacio libre y el caudal de la bomba determinan la rapidez con la que se produce esta compresión, mientras que el agua que penetra en el café la retrasa. Por lo tanto, la geometría de la cesta de filtro afecta a la presión de forma indirecta a través de su efecto sobre el espacio libre.

1. ¿Cómo influye el espacio libre inicial en la velocidad y el tiempo de aumento de la presión?

2. ¿Cómo influye el caudal de la bomba en la curva de presión y en el sobreimpulso de presión?

3. ¿Cómo influye la penetración del agua en el disco de café, especialmente con diferentes tamaños de molido, en el retraso antes de que aumente la presión?

4. ¿Cómo afectan los cambios en el tamaño de la cesta de filtro y de la ducha al espacio libre y al perfil de presión resultante?

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