La ecuación del espresso: la ciencia revela el secreto para una taza perfecta de café

Cada vez que se prepara un espresso, el resultado puede variar, aunque se usen los mismos ingredientes y la misma máquina. Ahora, un equipo internacional de científicos logró descifrar la ecuación que permite anticipar cómo el agua atraviesa el café molido, similar a poder predecir cómo se mojará una esponja dependiendo de cuán apretada o porosa esté. Esta fórmula abre la puerta a espressos más consistentes y sabrosos, tanto en casa como en cafeterías.

El estudio, publicado en la revista Royal Society Open Science demuestra que la clave no reside solo en el tipo de grano o el tostado, sino en propiedades físicas del “puck”, el disco compacto de café a través del cual se fuerza el agua bajo presión.

Gracias a análisis tridimensionales de la estructura interna del café y simulaciones precisas de flujo, el equipo, liderado por Fabian B. Wadsworth y colegas, identificó que la permeabilidad depende fundamentalmente de la cantidad de poros conectados, el área superficial de las partículas, su tamaño medio y la compactación del lecho. Según los autores en Royal Society Open Science, este modelo permite, por primera vez, vincular variables controlables como el tamaño de molido y la fuerza de compactación a la dinámica de extracción, eliminando buena parte de la incertidumbre en la preparación.

La ecuación que reduce la incertidumbre en la extracción de espresso

Hasta ahora, la elaboración de un espresso perfecto implicaba ajustes constantes por parte de los baristas: modificar el grosor de la molienda, la cantidad de café y la fuerza de prensado, en un proceso basado en la experiencia y la prueba y error. La ciencia no contaba con un modelo general que anticipara cómo pequeños cambios afectarían el flujo de agua y, por ende, el sabor. Para resolverlo, los científicos aplicaron microtomografía computarizada por rayos X (XCT) sobre dos variedades, Tumba (Ruanda) y Guayacán (Colombia), en 11 grados de molienda, generando mapas digitales de los canales y poros del lecho.

A partir de estos modelos, simularon cómo circula el agua a presión, utilizando la teoría de percolación física, que describe el movimiento de fluidos en redes complejas de espacios interconectados. Determinaron qué proporción de los poros formaba caminos continuos —permitiendo el paso del agua— y cuántos eran callejones sin salida. El resultado fue una relación matemática robusta, capaz de predecir cuánto tiempo estará el agua en contacto con la materia sólida, factor que determina la extracción de sabores y compuestos.

La investigación revela que los parámetros determinantes de la permeabilidad y, por consiguiente, del tiempo de extracción, son: el volumen de poros conectados, el área superficial específica, el tamaño medio de las partículas y el grado de compactación. El modelo fue validado mediante simulaciones de flujo en las muestras reales digitalizadas, obtenidas gracias a la XCT, que evidencian cómo los canales y recovecos varían según la molienda y el empaque.

Esta nueva ecuación podría utilizarse para predecir la permeabilidad y ajustar el equilibrio entre molienda y presión, tanto por baristas experimentados como por ingenieros que diseñen cafeteras inteligentes, capaces de adaptar la extracción a diferentes cafés. Según el equipo de Wadsworth, “encontramos una excelente concordancia con nuestra teoría de percolación, lo que sugiere una manera práctica de relacionar el tamaño del molido y la fracción de empaque con el área superficial específica para predecir la permeabilidad del café”.

En la práctica, esto significa que los productores y usuarios avanzados pueden, por primera vez, emplear una fórmula cuantitativa para calcular de antemano el resultado esperado de diferentes combinaciones de molienda y compactación, logrando un control más preciso sobre la consistencia y calidad de la bebida.

Durante el estudio, se comprobó también que la angulosidad y complejidad de las partículas de café influyen de modo sistemático en el área superficial, lo cual, a su vez, altera la permeabilidad. El modelo describe que moliendas más finas, al aumentar la superficie de contacto, reducen la permeabilidad y provocan extracciones más lentas, aunque la relación no es lineal. Además, advierte sobre el fenómeno conocido como migración de finos, en el que las partículas más pequeñas tienden a desplazarse hacia capas inferiores durante la extracción, modificando localmente el flujo y la resistencia hidráulica del lecho.

La validación de este modelo significa que, por ejemplo, al cambiar a un molido más fino para intensificar el sabor, el usuario puede calcular en cuánto tiempo y con qué caudal obtendrá el espresso deseado, en vez de depender solo del ensayo y error.

Espresso bajo flujo laminar y la relevancia para la ingeniería de cafeteras

Las simulaciones demostraron que, en condiciones habituales de preparación, el agua circula a través del lecho en régimen laminar, dominado por la ley de Darcy, y solo bajo ciertas combinaciones de molienda y compactación podría ingresar en un régimen inercial. El equipo aplicó el número de Forchheimer, indicador clave en ingeniería de flujo a través de medios granulados, para delimitar la transición y ofrecer márgenes cuantitativos en el diseño y operación de máquinas.

Este enfoque permite a ingenieros y desarrolladores de cafeteras establecer límites seguros de operación y optimizar algoritmos de control automático para diferentes cafés y recetas, según confirma la metodología utilizada y los resultados expuestos en Royal Society Open Science.

La principal limitación reconocida por el equipo es que el modelo aún debe incorporar cambios que acontecen cuando las partículas se hidratan y expanden, un fenómeno pendiente para futuras investigaciones. Aun así, el avance sienta las bases para transformar el arte del espresso en una disciplina donde la física y los datos permiten elevar el estándar de calidad en la taza.