“Per què es refreda abans el cafè que el te si les dues begudes arriben al mateix punt d’ebullició per a infusionar el contingut?”
La secció BigVang de La Vanguardia transcriu preguntes de lectors, als que donen resposta tècnics o científics de l’àrea escollits pel diari. Ara fa uns dies em van passar la pregunta que encapçala aquest escrit. Va publicar la resposta abreujada el dia 24-12-17. Ampliem-ho i tecnifiquem-ho una mica més.
D’entrada, quan et pregunten un perquè, cal tenir la seguretat de que el fenomen del que et demanen l’explicació és realment cert. Que no passi com aquella pregunta de per què no va morir cap jueu a l’atemptat a les Torres Bessones de l’11 de setembre de 2001. La resposta que s’hi dona, feta des de les teories de la conspiració, és que els jueus, veritables inductors o executors de l’atac, estaven informats de que hi hauria l’atemptat i aquell dia no van anar a treballar… Però tot és fals. Van morir-hi jueus, com està sobradament documentat (o potser eren jueus poc pietosos).
Vegem la pregunta del lector. Realment es refreda el cafè abans que el te? Jo no ho sé d’entrada, i per això he hagut de fer experiments. La pregunta és massa àmplia, i cal acotar-la, aïllant les variables que hi intervenen: temperatura inicial de l’aigua, recipients que s’usen, quantitats de fluid i altres factors.
La figura mostra experiments reals de refredament al llarg del temps d’un mug ceràmic de 300 g amb 200 g d’aigua inicialment a 90ºC, procedent d’una cafetera itailana, i d’una tassa ceràmica de 90 g amb 50 g d’aigua inicialment a 86ºC, procedent d’una cafetera de càpsules Nespresso calenta. Ambdós recipients estaven dipositats sobre un marbre de cuina, eren oberts a l’atmosfera a 23ºC, i no es remenava el líquid més enllà de prendre’n la temperatura amb un termòmetre de laboratori de vareta de vidre. Pot comprovar-se que el refredament inicial del líquid de la tasseta és visiblement superior al del mug, i que el refredament posterior, degut a l’equilibri tèrmic entre líquid i tassa, i al refredament per l’aire ambient, segueix pautes similars, i sempre el cafè és més fred que el te a igual temps.
Refredament de te (blau) en tassa gran, i de cafè (vermell) en tassa petita, partint de la mateixa temperatura
La temperatura inicial de l’aigua.
El lector afirmava que cafè i te es preparen amb aigua a la mateixa temperatura, la d’ebullició. Això no és així en el cas del cafè, però sí en el te. S’aboca aigua en ebullició sobre la bosseta o les fulles de te –o de qualsevol altra infusió-, s’esperen cinc minuts o el temps que diguin les instruccions, i es serveix. Al nivell del mar, l’aigua està a 100ºC quan bull. En canvi, l’aigua amb la que s’infusiona el cafè no està tan calenta. Les cafeteres italianes subministren una aigua entre uns 87 i 90ºC: no cal que bulli l’aigua. N’hi ha prou amb que l’aire atrapat al recipient inferior, junt amb el vapor que es va generant abans de bullir, facin la mica de pressió perquè l’aigua calenta pugi pel cilindre vertical del recipient interior, travessi el cafè en pols i surti el cafè líquid pel forat superior del tub. Si s’usa una cafetera Nespresso, quan es fa rajar aigua calenta sola surt només a 70ºC quan la cafetera és inicialment freda, o una mica més, fins a 85, quan porta ja un temps treballant. Però sempre són temperatures molt per sota de 100ºC. Per tant, a igualtat de la resta de factors, trobariem el cafè més fred que el te, perquè d’entrada ja seria més freda l’aigua en el moment de preparar-lo. A altres cafeteres, com la de pistó -que als EUA en diuen la French Press coffee maker, i aquí hi ha qui n’hi diu la cafetera sueca– s’hi pot posar aigua bullent, com a les de filtre, dites també melittas, i la temperatura inicial de l’aigua s’acostaria més al cas del te.
Recipients
El te es sol servir en tassas o mugsque solen pesar uns 300 g, i a dins hi caben uns 200 g de te. El cafè americà es serveix en recipients similars. El cafè exprés es sol servir en tassetes que poden pesar uns 90 g i hi caben uns 50 g de líquid, tot i que aquests valors poden ser molt variables segons la tasseta i com de ristretto volem el cafè, però a efectes de comparació ja ens serveixen. Tant el te com el cafè són dissolucions acuoses molt diluídes que suposarem que tenen unes propietats fisicoquímiques similars a l’aigua: densitat 1 g/mL, capacitat calorífica 1 kcal/(g.ºC) i conductivitat i viscositat com l’aigua.
Les tasses tenen una relació quantitat de líquid/quantitat de tassa diferent: 0,67 per la tassa de te i 0,55 per la tassa de cafè. Dit d’una altra manera, el líquid ha d’escalfar en mitjana més quantitat de tassa petita que de tassa gran. En els primers moments, el cafè de cafetera italiana baixa la temperatura fins a 75ºC si s’aboca a una tassa gran freda –mug– o fins a 70ºC si es tira a una tasseta petita freda. En ambdós casos es seguirà refredant per dos motius: perquè no s’arriba a l’equilibri tèrmic en els primers instants, i perquè la interacció amb l’ambient fa que es vagi refredant el conjunt.
Efectivament, un càlcul elemental permet veure que en posar 200 mL de líquid a 100ºC al mug a temperatura ambient, si la transferència de calor fos instantània entre el líquid i el recipient –que no ho és-, arribarien la tassa i el seu contingut a 44ºC. Els mateixos càlculs per la tassa petita de cafè plena amb líquid a 100ºC permeten calcular que la tassa i el seu contingut agafarien una temperatura de 41ºC. No són els valors reals, perquè la transferència de calor no és instantània, ja que el recipient actua en certa manera com a aillant tèrmic, i s’escalfa més depressa la cara interior que l’exterior.
Velocitat de refredament
A més dels dos factors anteriors, hi ha la transferència de calor cap a l’ambient. El meu mugté una alçària de 9 cm i un diàmetre de 8, mentre que per la tassa de cafè aquests valors són 5,5 i 4 cm, respectivament. Les superfícies totals, suposant que fossin cilindres, i comptant la base de les tasses i la superfície oberta del líquid, són 326 i 94 cm2. La relació entre la superfície global del recipient i el volum que conté és, respectivament, de 1,63 i 1,88. Com més petit és el recipient, més fàcil és que es refredi, a igualtat de la resta de factors, perquè té més proporció d’àrea en contacte amb l’exterior. El refredament al llarg del temps ve del bescanvi de calor entre el recipient i l’ambient exterior, i, dit en termes col•loquials, la part de dins és més propera en mitjana a la paret en els recipients petits, i per tant, el refredament serà més eficaç.
Els dos líquids tenen una viscositat similar a la de l’aigua, i per això es pot suposar que que els moviments de convecció dels líquids al seu interior –que a ull nu no veiem però hi són- seran similars i això no provoca diferències entre els dos líquids. Però si el cafè té una capa d’escuma a la superfície, s’estabilitza el líquid de sota, es renova menys la superfície i la temperatura es mantindrà més alta durant més temps. No tinc manera fàcil d’estimar aquest efecte. Això és un factor que faria que el cafè no es refredés tan depressa. Si, en lloc de líquids de consistència acuosa, ho comparéssim amb líquids més viscosos com xocolata desfeta, el frenat dels corrents interns de convecció per l’elevada viscositat és tan fort que quan es prepara xocolata desfeta s’ha de remenar tota l’estona, sigui manualment o amb termomix, perquè si no la massa s’estratifica , i es crema la part inferior que toca a la font de calor [+]. Precisament no tenir en compte aquest efecte va portar a greus errors en el càlcul de la velocitat de refredament del fuel del Prestige [+].
Altres factors no considerats són el sucre i la cullereta: tots dos influeixen de forma més elevada en la tassa petita. Són objectes i productes freds que faran que el cafè es refredi més aviat que el te, suposant que les culleretes són iguals i que hi posem la mateixa quantitat de sucre.
En resum, amb totes les circumstàncies indicades, efectivament el cafè es refreda abans que el te, per dos motius fonamentals: l’aigua inicial de preparació ja és més freda en el cafè; i el cafè “refreda més quantitat de tassa” que el te.
CLAUDI MANS 