Você precisa de uma caneca “inteligente” ou de uma forma bastante comum, ou da rapidez com que o café esfria

Os gadgets entram em nossas vidas de forma firme e inevitável. Alguns imediatamente encontram seu nicho, outros levam tempo. E há aqueles que os profissionais de marketing astutos estão tentando nos impor. O café é um dos pilares da TI. Não é de surpreender que o marketing tenha ido além do escopo das variedades e tipos de máquinas de café.

Aqui, por exemplo, um artigo sobre uma caneca para manter a temperatura. A idéia parece ser boa: defina a temperatura desejada em seu smartphone e aproveite a bebida por um tempo ilimitado (mas na verdade bastante limitado para você). Mas a frase me pegou

estima-se que a temperatura de conforto dure apenas 37 segundos

É verdade que não está claro quem calculou e como. E, à primeira vista, parece um tanto implausível. Mas a descrença subjetiva não pode ser um argumento. Vamos acertar.

Há uma revisão dos materiais disponíveis e suas próprias medidas.

Pouco de teoria

O autor indica uma "temperatura confortável" 60-55º. No caso geral, esse é o problema da lei de resfriamento de Newton:

A solução tem a forma:

$$

$$T (t) = T_ {0} + (T_ {s} - T_ {0}) e ^ {- kt};$$

onde $$$T_ {s}$- temperatura ambiente e $$$T_ {0}$É a temperatura inicial do objeto, k é o coeficiente de condutividade térmica.

A taxa de resfriamento, respectivamente:

$$

$$\ frac {dT} {dt} = k (T_ {s} - T_ {0});$$

Assim, a taxa de resfriamento é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre o objeto e o ambiente. Ou seja, a taxa máxima de resfriamento será imediatamente após o cozimento (95 ° C, a diferença é 70-75 ° C) e a 60 ° C a diferença com o ambiente será de apenas 35-40 ° C. Nem tanto. E para que o café esfrie até 55º em 37 segundos, a taxa de resfriamento deve ser 8º / min.

Infelizmente, k nesta fórmula depende do próprio círculo e só pode ser calculado empiricamente. É verdade que uma pesquisa na Internet produz bastante trabalho prático para medir a taxa de resfriamento de uma caneca de água. Por exemplo, trabalho com objetivos muito próximos e aqui está o resultado:



Ou seja, em um copo comum, a taxa de resfriamento é de 1,2 graus por minuto a 60 ° C. Por assim dizer, 37 segundos, durante os quais a água esfria 0,74º - isso é puro marketing de marketing. Com a “temperatura confortável” declarada pelo autor de 60-55º, o tempo de resfriamento será superior a 4 minutos.

Mas esse resultado (1,2º / min) parecia muito otimista para mim. Por isso, decidi fazer minhas experiências antigas, onde comparava a taxa de resfriamento de chá e café.

Medições

Para medir a temperatura, foi utilizado um sensor DS18B20 (o fabricante indica uma precisão de 0,5º na faixa de -10 + 85, o sensor foi incluído no Registro Estadual de Instrumentos de Medição) e um adaptador USB-UART no FT232 (qualquer USB-UART é adequado).



Existem muitos programas que funcionam com 1 fio através do RS-232. A maioria deles aceita porta virtual. Eu usei meu programa, porque naquela época eu precisava de mais de 2 sensores, e programas ou demos gratuitos não permitiam isso.
Vamos comparar uma caneca de cerâmica comum e uma caneca térmica anônima.


Canecas para teste

A água é derramada igualmente pela medida, embora a capacidade do termometro seja maior.


Programação de resfriamento.

O resfriamento é mostrado a partir de um ponto, embora ao derramar líquido, a temperatura inicial fosse diferente para canecas diferentes. O intervalo alvo para nós é 60-55º. O tempo de resfriamento de uma caneca térmica fechada a partir do momento em que a bebida é preparada para uma temperatura “confortável” é de quase uma hora. Sem tampa - cerca de 20 minutos. E aqui a caneca "inteligente" seria útil. Se pelo menos algumas de suas características fossem dadas. E então, se esfria o café na mesma meia hora, por que é necessário?


Arrefecimento de 60 a 55º

Resultados

Perdas de calor de um termomoldador sem uma cobertura de 9 W nos mesmos 60 º. É provável que o mencionado “círculo inteligente” tenha as mesmas perdas de calor (já que a ausência de uma cobertura é a principal contribuição para as perdas). E se a bateria no copo for inferior a 3 Wh • (mesmo quando descarregada para zero), o copo inteligente não durará mais de 20 minutos. Ou seja, não mais do que uma caneca térmica fechada.

Conclusões

1. Em uma caneca de cerâmica comum, o café esfria de 60º a 55º em mais de 6 minutos e meio, em uma caneca térmica - quase 17 minutos.
2. Uma caneca térmica sem tampa praticamente não tem vantagem sobre uma caneca comum.
3. Como as medidas mostraram, a tampa, e não as paredes da caneca, dá a maior contribuição.
4. Como já mencionado nos comentários do artigo principal, a melhor maneira é uma caneca térmica enorme, que resfria a bebida de 90 a 95º a uma temperatura confortável. É verdade que, para os materiais disponíveis (metal ou cerâmica), a massa será muito grande para esfriar a bebida a exatamente 60. Nesse caso, uma caneca cheia de líquido seria uma opção interessante. Uma bebida daria a quantidade certa de calor à água nas paredes e, em seguida, esse aumento da massa de líquido mantinha a temperatura desejada por mais tempo. E se você possibilitar a adição de refrigerante, poderá definir a temperatura desejada.

E se você bebe chá ou café com leite, o problema do resfriamento inicial já foi resolvido.

Portanto, se, além de seu smartphone, smartwatch, fone de ouvido e muito mais, você não quiser cobrar uma caneca (!), Então uma caneca enorme com tampa é sua opção.