Desarrollo de un prototipo de cámara de ambiente para el control de temperatura y humedad y el monitoreo del ph y oxígeno durante el proceso de la fermentación láctica heterofermentativa del café en la Hacienda Santa Elisa
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2025-05
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Resumen
Este proyecto tiene como objetivo el desarrollo de un prototipo de cámara de ambiente para la fermentación controlada del café en la Hacienda Santa Elisa, con el fin de optimizar las condiciones ambientales durante el proceso de fermentación y mejorar la calidad del producto final. La fermentación del café es una etapa crítica en la que se deben controlar las variables de temperatura, humedad, pH y oxígeno para evitar la acetificación, un fenómeno que degrada las características organolépticas del grano y afecta la calidad del café. Este fenómeno ocurre cuando las bacterias acéticas oxidan el etanol producido por las levaduras, generando ácido acético que altera el sabor y aroma del café.
La metodología empleada en este proyecto sigue un enfoque sistemático, dividido en cuatro fases. En la primera fase, se diseñó el prototipo de la cámara de fermentación, teniendo en cuenta la capacidad de monitorear y controlar las variables clave: temperatura, humedad, pH y oxígeno. En la segunda fase, se implementó el prototipo en la Hacienda Santa Elisa, adaptando los sensores y actuadores necesarios para el monitoreo y control en tiempo real de las variables críticas. En la tercera fase, se desarrolló una base de datos que almacena los datos generados por los sensores, permitiendo su visualización a través de una interfaz de usuario. Finalmente, en la cuarta fase, se realizó una comparación y análisis de las características organolépticas del café fermentado con el sistema de control frente al café fermentado de forma artesanal, evaluando parámetros como aroma, sabor, acidez y dulzura, entre otros. Para corroborar el funcionamiento del sistema de control y monitoreo diseñados para la cámara de fermentación, se realizaron simulaciones en PROTEUS que permitieron predecir el comportamiento de los sensores y actuadores bajo diferentes condiciones ambientales. Estas simulaciones fueron apropiadas para anticipar la respuesta del sistema frente a variaciones en temperatura, humedad, pH y oxígeno disuelto, garantizando así un control y monitoreo eficiente del proceso fermentativo. Se emplearon sensores específicos para cada variable —temperatura, humedad y pH— mientras que la medición del oxígeno disuelto fue simulada mediante un potenciómetro debido a limitaciones en el software de simulación. Los actuadores fueron representados por motores que simularon la activación del calefactor, ventilador, humidificador y deshumidificador para mantener las variables dentro de los rangos adecuados. Los resultados de la simulación mostraron que el sistema es capaz de ajustar de manera precisa las condiciones ambientales, manteniendo la temperatura entre 18 y 26°C, la humedad relativa entre 75% y 85%, y monitoreando el pH en un rango favorable para la fermentación, mientras que los niveles de oxígeno disuelto se monitorean para favorecer un ambiente anaeróbico. Además, el monitoreo en tiempo real permite una intervención oportuna para corregir las condiciones, ofreciendo una fermentación más estable y consistente durante todo el proceso. Por otro lado, el prototipo fue evaluado mediante dos pruebas, y los resultados demostraron que el sistema de control de la cámara mantiene las condiciones ideales de temperatura (18 - 26°C), humedad (75 - 85%), pH (4 - 5.5) y oxígeno disuelto (en niveles apropiados para una fermentación anaeróbica), logrando una fermentación más estable y consistente que la obtenida mediante métodos tradicionales. Las pruebas sensoriales del 11 café fermentado en la cámara destacaron un perfil más equilibrado, con un sabor más fresco, una acidez brillante y una dulzura bien integrada, en comparación con el café fermentado artesanalmente, que mostró una mayor variabilidad en sus características organolépticas. Este proyecto tiene una gran relevancia para la Hacienda Santa Elisa, que ha experimentado pérdidas significativas debido a la acetificación, afectando tanto la calidad como la cantidad de su producción. Mediante la implementación de esta cámara de fermentación controlada, se busca reducir las pérdidas y mejorar la calidad del café, contribuyendo a satisfacer los estándares internacionales de calidad exigidos en el
mercado de exportación. Los resultados obtenidos demuestran el potencial de la tecnología para optimizar el proceso de fermentación del café, garantizando la preservación de las características deseadas y mejorando su competitividad en el mercado global.
Descripción
Abstract
This project aims to develop a prototype of an environmental chamber for controlled coffee fermentation at Hacienda Santa Elisa, with the purpose of optimizing the environmental conditions during the fermentation process and improving the quality of the final product. Coffee fermentation is a critical stage in which variables such as temperature, humidity, pH, and oxygen must be controlled to prevent acetification, a phenomenon that degrades the organoleptic characteristics of the bean and affects coffee quality. This phenomenon occurs when acetic bacteria oxidize the ethanol produced by yeasts, generating acetic acid that alters the coffee’s flavor and aroma. The methodology used in this project follows a systematic approach, divided into four phases. In the first phase, the fermentation chamber prototype was designed, taking into account the ability to monitor and control key variables: temperature, humidity, pH, and
oxygen. In the second phase, the prototype was implemented at Hacienda Santa Elisa, adapting the necessary sensors and actuators for real-time monitoring and control of the critical variables. In the third phase, a database was developed to store data generated by the sensors, allowing visualization through a user interface. Finally, in the fourth phase, a comparison and analysis were conducted of the organoleptic characteristics of coffee fermented with the control system versus coffee fermented using traditional artisanal methods, evaluating parameters such as aroma, flavor, acidity, and sweetness, among others. To verify the operation of the designed control and monitoring system for the fermentation chamber, simulations were performed in PROTEUS that allowed prediction of the behavior of sensors and actuators under different environmental conditions. These simulations were suitable to anticipate the system’s response to variations in temperature, humidity, pH, and dissolved oxygen, thus ensuring efficient control and monitoring of the fermentation process. Specific sensors were used for each variable—temperature, humidity, and pH—while dissolved oxygen measurement was simulated via a potentiometer due to limitations in the simulation software. The actuators were represented by motors simulating the activation of the heater, fan, humidifier, and dehumidifier to maintain the variables within the appropriate ranges. The simulation results showed that the system is capable of precisely adjusting environmental conditions, maintaining temperature between 18 and 26°C, relative humidity between 75% and 85%, and monitoring pH within a favorable range for fermentation, while dissolved oxygen levels are monitored to favor an anaerobic environment. Additionally, real-time monitoring allows timely intervention to correct conditions, providing a more stable and consistent fermentation throughout the process. On the other hand, the prototype was evaluated through two tests, and the results demonstrated that the chamber control system maintains ideal conditions of temperature (18 - 26°C), humidity (75 - 85%), pH (4 - 5.5), and dissolved oxygen (at appropriate levels for anaerobic fermentation), achieving a more stable and consistent fermentation than that obtained by traditional methods. Sensory tests of the coffee fermented in the chamber highlighted a more balanced profile, with fresher flavor, bright acidity, and well 12 integrated sweetness, compared to the artisanally fermented coffee, which showed greater variability in its organoleptic characteristics. This project is highly relevant for Hacienda Santa Elisa, which has experienced significant losses due to acetification, affecting both the quality and quantity of its production. Through the implementation of this controlled fermentation chamber, it seeks to reduce losses and improve coffee quality, contributing to meeting the international quality standards required in the export market. The results obtained demonstrate the potential of technology to optimize the coffee fermentation process, ensuring the preservation of desired characteristics and enhancing its competitiveness in the global market.
Palabras clave
Prototipo de cámara de ambiente, fermentación controlada, Café, Control de temperatura, Monitoreo de pH, Control de humedad, Monitoreo de oxígeno, Fermentación láctica heterofermentativa, Acetificación, Calidad del café, Sensores y actuadores, Perfil sensorial, Fermentación artesanal, Cualidades organolépticas
Keywords
Prototype of environmental chamber, Controlled fermentation, Coffee, Temperature control, PH monitoring, Humidity control, Oxygen monitoring, Heterofermentative lactic fermentation, Acetification, Coffee quality, Sensors and actuators, Sensory profile, Artisanal fermentation, Organoleptic qualities