Vidro, aço, cerâmica?

 

A resposta curta é: plástico cones são os melhores. Eles absorvem o calor do preparar água menos rapidamente, absorvem menos calor em geral e perdem esse calor para o ar mais lentamente. 

 

Mas para realmente entender o porquê, precisamos nos aprofundar um pouco na física.

 

Existem três coisas que afetam a quantidade de calor que você perde através do cone:

• Condutividade – que mede a rapidez com que o calor passa para dentro e através do cone
• Calor específico Capacidade – quanta energia térmica é necessária para alterar a temperatura do cone
• Perda de calor na superfície – a rapidez com que o cone libera calor para a atmosfera

 

Condutividade

Você provavelmente se lembra dos lessons de ciências do ensino médio que plástico é um bom isolante e o metal é um bom condutor. O vidro e a cerâmica ficam em algum ponto intermediário. Isso nos diz que plástico ganha em condutividade, pelo menos – mas em quanto?

 

	Acrílico	Vidro	Porcelana	Aço inoxidável
Condutividade (W/mK)	0.2	1	4-5	16

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

 

Como você pode ver, a porcelana é 20-25 vezes mais condutiva que acrílico (um típico plástico). Isso significa que o calor sairá da bebida e entrará no cone muito mais rapidamente.

 

Calor específico

A seguir, consideramos quanta energia o cone é capaz de absorver. Isso é chamado calor específico, e é medido em joules por kg por grau – em outras palavras, quantos joules de energia necessária para alterar a temperatura de um quilograma do material em um grau.

 

	Acrílico	Vidro	Porcelana	Aço inoxidável
Calor específico (J/kgC)	1250	753	1085	490

 

Então plástico requer mais energia térmica por quilograma para aumentar a temperatura em uma determinada quantidade. Contudo, um cone cerâmico típico pesa quatro vezes mais que um plástico cone, portanto absorverá cerca de 3,5 vezes mais calor geral para a mesma mudança de temperatura.

 

Este costuma confundir as pessoas: é comum ouvir baristas dizerem que preferem cones de cerâmica “porque retêm mais calor”. No entanto, isso é realmente uma coisa ruim, pois significa que está retirando mais calor do preparar água.

 

Perda de calor na superfície

Finalmente, o calor deixa o cone para a atmosfera por convecção ou radiação.

 

A taxa de convecção depende da temperatura da superfície. Materiais mais condutores passarão energia térmica para a superfície mais rapidamente. Uma vez que o calor está na superfície, os materiais com menor calor específico ficará mais quente para uma determinada quantidade de transferência de calor. Então plástico, com sua menor condutividade e maior calor específico, perderá consideravelmente menos energia por convecção do que os outros materiais.

 

A taxa de perda de calor por radiação depende não apenas do material, mas de sua estrutura, incluindo o grau de polimento, bem como da temperatura da superfície, por isso é difícil estimar por cálculo. Vidro, porcelana e plástico todos irradiarão uma quantidade semelhante para uma determinada temperatura. O aço irradiará menos, mas isso é compensado pelo fato de que a alta condutividade e a baixa calor específico significa que a temperatura da superfície ficará mais quente muito mais rapidamente. Além disso, a perda máxima de calor por radiação é cerca de metade da perda por convecção.

 

E quanto aos cones isolados?

O ar é um isolante melhor do que qualquer um desses materiais, com uma condutividade de cerca de 0,02 W/mK. Existem alguns designs de cone que aproveitam isso, usando uma parede dupla para reter uma camada de ar ou uma estrutura tipo malha aberta para minimizar a quantidade de material em contato com o filtro, deixando-o aberto ao ar. Esses designs podem ajudar a reter o calor até certo ponto - no entanto, mesmo nesses casos, o melhor material para fabricá-los ainda seria plástico.

 

Nos cones de vidro de parede dupla, a massa de vidro ainda absorverá muito calor antes que a camada de ar entre em ação. A plástico cone de parede dupla funcionaria muito melhor.

 

Nos cones do tipo malha metálica, a área superficial do metal ainda é significativa, o que significa que ainda retirará algum calor da mistura e o dissipará para a atmosfera. Haverá também perda adicional de calor na superfície externa do filtro devido à evaporação, que é uma forma altamente eficiente de transferir calor para a atmosfera. Em última análise, usar um material mais próximo do poliestireno expandido faria o mesmo trabalho muito melhor e mais barato.

 

Conclusão

Então, com base nesses três fatores, plástico cones sempre vencem – eles absorvem o calor do preparar água menos rapidamente, absorvem menos calor em geral e perdem esse calor para o ar mais lentamente. O design do cone, particularmente o seu peso e área de superfície, desempenham um papel, mas quaisquer que sejam as escolhas de design feitas, plástico é o material lógico a ser usado.