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¿Cómo se puede calentar 30 ml de agua en menos de 10 segundos?

¿Cómo es posible calentar una pequeña cantidad (30 ml) [1] de agua a una temperatura lo suficientemente alta para hacer un café, en menos de 10 segundos y posiblemente al instante?

Calentadores más que conozco de calientan el agua en no menos de 90 segundos (calentador de inducción) o 3 minutos que es demasiado para mis propósitos, y un horno de microondas me lleva un minuto y medio al calor.

[1] un café solo es entre 20-30 ml y mi café hace 30 ml por cada taza.

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Thomas Puntos 1210

Como otros han demostrado la necesidad de energía es bastante razonable, el problema es entregar el agua en ese período de tiempo.

Yo creo que un enfoque funcional se podría hacer con una colección de placas con muy estrechos espacios entre ellos que pueden contener de 30 ml. Hacer las placas de algo que no es muy bueno que un director de orquesta. Alimentar a un extremo de la corriente a través de las placas (muy baja tensión, aunque-usted tendrá un gran paso hacia abajo del transformador) y caliente rápidamente. Tendrá que encontrar la energía a la izquierda en los platos y añadir a la cantidad de energía que son vertidos a través de este.

Cuidado, un segundo antes de que las placas se han enfriado sin duda se producirá en agua hirviendo.

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Michael D. M. Dryden Puntos 8066

Bien, vamos a hacer algo de matemáticas:

Suponiendo 30 mL de agua 30 g, y queremos calentar el agua desde 20 °C a 90 °C, la energía requerida es: $$\begin{align}E&=C_Pm\Delta K \\ &=\left(4.18 \mathrm{\frac{ J}{gK}}\right)(30\mathrm{\ g})(70\mathrm{\ K})\\ &=8.778\mathrm{\ kJ}\end{align}$$

¿Qué cantidad de energía que necesitamos hacer esto en un momento dado? "Al instante" en realidad no significa nada, así que vamos a ir con 10 segundos:

$$\begin{align}P&=\frac{E}{t}\\ &=\frac{8778\mathrm{\ J}}{10\mathrm{\ s}}\\ &=877.8 \mathrm{\ W}\end{align}$$

Esto no es una gran cantidad de poder, pero el truco es que todo tiene que ir al calentar el agua. Un buen microondas salidas un poco más de potencia que este, pero por lo general no todos son absorbidos por tal una pequeña cantidad de agua en sólo 10 segundos. Su mejor apuesta es, probablemente, un elemento eléctrico de calentamiento insertado directamente en el líquido, aunque no sé si usted puede conseguir un ~1000 W uno lo suficientemente pequeño como para sentarse en la cantidad de agua.

Como Jon Custer notas, no es necesario para producir todo el calor a la vez. Si el calor de algún tipo de depósito térmico y el flujo del líquido de pasar a través de ella, se reduce la demanda de su fuente de calor.


Edit: También he intentado esto con un 1200 W microondas y le tomó sólo 15 segundos. ¿Qué tan rápido usted realmente necesita este café?

10voto

Raoul Puntos 1113

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Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleate_boiling

Como se puede observar en el gráfico anterior, hay un local de calor de flujo máximo para el calentamiento del agua, cuando la superficie caliente ponerse en contacto con el agua es de 30 grados C por encima del punto de ebullición, que es de 130 ° C a presión atmosférica.

A fin de minimizar el tiempo de ebullición, póngase en contacto con un 130 grados C superficie de alta conductividad térmica del material (tales como la plata, el cobre o el aluminio) con el agua.

Con flujo de calor a más de 100.000 Vatios/m^2, sólo se necesita que la superficie de contacto lo suficientemente grande como para lograr la deseada, el tiempo de calentamiento.

6voto

Azfar Puntos 11

Si desea que la práctica de respuesta, reciba un dispensador de agua caliente instantáneo. Práctico, JA! Ok, vamos a hacer algo de ciencia!

En primer lugar, ¿qué tipo de café? En 30 ml supongo que estás haciendo espresso. Yo voy a ir con 92C como la temperatura óptima.

Segundo, voy a tomar tu completo de 10 segundos. El resto del proceso de preparar el café tarda mucho más tiempo por lo que si es 5 o 10 o 15 segundos no hacer una verdadera diferencia en la manera rápida de obtener su mañana de golpe.

Otras respuestas han señalado la cantidad de energía necesaria para llevar a sus 30 ml hasta de la temperatura de la habitación, pero usted puede hacer la vida más fácil en ti mismo y hacer lo que muchos de instantánea "hervir" sistemas y precalentamiento. Esto le permite utilizar menos energía (para los 10 segundos de todos modos) y traer el agua a la temperatura más lento. Esto le da una mayor tolerancia entre el agua está demasiado fría y ser hervida de distancia. Si el agua ya está a 50 C, en el que sólo se requieren alrededor de 500 W.

Para lidiar con conductividad térmica, una mayor área de superficie en contacto con el elemento de calefacción podría servir para calentar el agua más rápidamente y de manera más uniforme. Si el agua está demasiado delgada, se puede recalentar antes de que sea eliminado del elemento. Demasiado grueso y la parte inferior puede hervir antes de la cima alcanza la temperatura.

Tenemos una amplia superficie plana que puede dar salida a menos de 500 W y que podemos añadir y quitar rápidamente pequeñas cantidades de agua. Suena como que usted necesita un sartén eléctrico! Un muy limpia. O la precisión de laboratorio versión. Comprar una que pueda calor rápida y uniformemente.

Saber cuando quitar el agua es un problema. La medición de la temperatura de 30 ml de agua caliente de la sartén eléctrico es problemático. Yo sugeriría ensayo y error con varios sartén configuración, tiempos, y la inicial de la temperatura del agua. Usted puede hacer un montón de experimental rondas en 10 segundos. Esto también permite incluir el efecto de enfriamiento de cualquier buque que usted está transfiriendo.

2voto

dennis Puntos 11

Cómo obtener el café instantáneo

Ya hay algunas buenas respuestas sobre cómo podría razonablemente obtener una taza de café-la temperatura del agua dentro de los 10 segundos. Sin embargo, lo que si quería llegar aún más rápido que eso?

Solución realista: el Uso de una caldera

Si usted ya tiene agua caliente, no es necesario esperar 10 segundos antes de que su copa está listo para ir. Esto puede no ser la solución más económica para obtener su dosis de la mañana, pero si usted tiene una tienda de café y lo que realmente necesitas para producir tazas durante las horas punta puede ser interesante echar un vistazo a esto.

Interesante solución: Usar más energía

Si no te gusta la idea de mantener el agua caliente todo el tiempo, usted necesita algo para calentar rápidamente. Por supuesto, usted puede utilizar un enorme elemento de calefacción, pero supongo que puede ser incluso más rápido usar algo como una explosión. Usted sólo tiene que asegurarse de que no hay productos químicos mortales terminar en su taza.

Otras respuestas ya se ha indicado que el principal problema con el uso de más energía, es que es difícil controlar la temperatura. Sin embargo, esto debe ser resuelto con los siguientes pasos:

  1. (Más) Calentar un poco de agua
  2. La medida de la temperatura (sólo es necesario si el paso 1 no puede producir una temperatura fija de forma fiable)
  3. Mezclar la cantidad correcta de esta agua/vapor con agua fría para obtener una taza ful de agua a la temperatura deseada

Por supuesto, nunca será verdaderamente instante, pero me imagino que usted podría hacer en una fracción de segundo.

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