Vetro, acciaio, ceramica?

 

La risposta breve è: plastica i coni sono i migliori Assorbono il calore dal preparare l'acqua meno rapidamente, assorbe meno calore in generale e perde quel calore nell'aria più lentamente. 

 

Ma per capire davvero perché, dobbiamo approfondire un po' la fisica.

 

Ci sono tre cose che influenzano la quantità di calore che perdi attraverso il cono:

• Conducibilità – che misura la velocità con cui il calore passa dentro e attraverso il cono
• Calore specifico Capacità – quanta energia termica ci vuole per cambiare la temperatura del cono
• Perdita di calore in superficie – quanto velocemente il cono cede calore all'atmosfera

 

Conducibilità

Probabilmente ti ricordi dai lesson di scienze del liceo che plastica è un buon isolante e il metallo è un bene conduttore. Vetro e ceramica cadono da qualche parte nel mezzo. Questo ci dice che plastica vince almeno sulla conduttività, ma di quanto?

 

	Acrilico	Bicchiere	Porcellana	Acciaio inossidabile
Conducibilità (W/mK)	0.2	1	4-5	16

(Fonte: https://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html)

 

Come puoi vedere, la porcellana è 20-25 volte più conduttiva di acrilico (un tipico plastica). Ciò significa che il calore viaggerà dalla tua birra e nel cono molto più rapidamente.

 

Calore specifico

Successivamente, consideriamo quanta energia il cono è in grado di assorbire. Questo è chiamato calore specifico, ed è misurato in joule per kg per grado – in altre parole, quanti joule di energia necessaria per modificare di un grado la temperatura di un chilogrammo di materiale.

 

	Acrilico	Bicchiere	Porcellana	Acciaio inossidabile
Calore specifico (J/kgC)	1250	753	1085	490

 

Così plastica richiede più energia termica per chilogrammo per aumentare la temperatura di una data quantità. Tuttavia, un tipico cono in ceramica pesa quattro volte tanto quanto un plastica cono, quindi assorbirà circa 3,5 volte più calore in generale per lo stesso cambiamento di temperatura.

 

Questo spesso fa inciampare le persone: è comune sentire i baristi dire che preferiscono i coni di ceramica "perché trattengono più calore". Tuttavia, questa è in realtà una cosa negativa, poiché significa che sta togliendo più calore dal preparare l'acqua.

 

Perdita di calore in superficie

Infine, il calore lascia il cono nell'atmosfera per convezione o per irraggiamento.

 

La velocità di convezione dipende dalla temperatura superficiale. I materiali più conduttivi trasferiranno l'energia termica alla superficie più rapidamente. Una volta che il calore è in superficie, i materiali con minore calore specifico diventerà più caldo per una data quantità di trasferimento di calore. Così plastica, con la sua conducibilità inferiore e superiore calore specifico, perderà notevolmente meno energia per convezione rispetto agli altri materiali.

 

Il tasso di perdita di calore per irraggiamento dipende non solo dal materiale ma anche dalla sua struttura, compreso quanto è lucido, così come la temperatura superficiale, quindi è difficile da stimare mediante calcolo. Vetro, porcellana e plastica irradieranno tutti una quantità simile per una data temperatura. L'acciaio irradierà un po' meno, ma ciò è compensato dal fatto che l'elevata conduttività e la bassa calore specifico significa che la temperatura della superficie si surriscalda molto più rapidamente. Inoltre, la massima dispersione termica per irraggiamento è circa la metà di quella per convezione.

 

Che dire dei coni isolati?

L'aria è un isolante migliore di qualsiasi di questi materiali, con una conduttività di circa 0,02 W/mK. Esistono alcuni design a cono che ne traggono vantaggio, utilizzando una doppia parete per intrappolare uno strato d'aria o una struttura a rete aperta per ridurre al minimo la quantità di materiale a contatto con il filtro, lasciandolo aperto all'aria. Questi design possono aiutare a trattenere il calore in una certa misura, tuttavia anche in questi casi il materiale migliore per realizzarli sarebbe comunque plastica.

 

Nei coni di vetro a doppia parete, la massa di vetro assorbirà ancora molto calore prima che entri in gioco lo strato d'aria. UN plastica cono a doppia parete funzionerebbe molto meglio.

 

Nei coni a rete metallica, l'area superficiale del metallo è ancora significativa, il che significa che assorbirà ancora un po' di calore dalla miscela e lo dissiperà nell'atmosfera. Ci sarà anche un'ulteriore perdita di calore sulla superficie esterna del filtro a causa dell'evaporazione, che è un modo altamente efficiente di trasferire calore all'atmosfera. In definitiva, l'utilizzo di un materiale più vicino al polistirene espanso farebbe lo stesso lavoro in modo molto migliore e più economico.

 

Conclusione

Quindi in base a questi tre fattori, plastica i coni vincono ogni volta: assorbono calore dal preparare l'acqua meno rapidamente, assorbe meno calore in generale e perde quel calore nell'aria più lentamente. Il design del cono, in particolare il suo peso e la sua superficie, giocano un ruolo, ma qualunque siano le scelte progettuali fatte, plastica è il materiale logico da usare.