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El proyecto "Vidrio". Eficiencia energética Tazas de té / café desechables


2020 año. Parece ser el 12 de marzo. Laboratorio de alto secreto del Instituto de Investigación de Calor y Frío (NIITiHo). En algún lugar de los suburbios.

- ¡Camaradas! - el jefe del laboratorio levantó triunfalmente el puño hacia el techo y miró fervientemente a los ingenieros y asistentes de laboratorio recientemente despertados.

La sala de reuniones del instituto, parcialmente llena y maltratada, taladró lentamente en respuesta.

"Esta mañana los reuní para un anuncio muy importante". En primer lugar, la distancia entre ustedes en el trabajo debe ser al menos! Repito, ¡NO MENOS! Un metro. ¿Cómo va a asegurar esto? Piense que son ingenieros.

El pensamiento entró en las masas, causando una leve risa y tímida desaprobación.

- Una cosa más. El país necesita una prueba de vasos desechables, porque esta es la forma más higiénica de consumir bebidas de alto grado como café, té, vodka de achicoria y otros. Actualmente, hay una lucha con usted para saber qué virus y el uso de artículos desechables es un componente importante de protección contra virus y ... uh ... otras enfermedades. Tan pronto como complete la parte experimental del estudio, los resultados se pueden procesar de forma remota, en casa. ¡Vamos!

Los ingenieros intentaron mantener una distancia de 1 m. Era muy similar al movimiento de las moléculas de gas en un recipiente cerrado. Las personas más responsables trataron de mantener la distancia necesaria y empujaron a los que subieron a su rango de metro. Aquellos a quienes no les importaba (no les importa) obstinadamente empujaron a sus colegas e intentaron salir de este infierno a través de las puertas de la entrada principal. Un par de asistentes de laboratorio, que gritaban alegremente, empujaron a los que intentaron mantener la distancia. No muchos lograron salir de este desastre. El último se quedó débil y miró con tristeza lo que estaba sucediendo. Sabía de otra puerta que daba al corredor vecino, pero, por suerte, estaba cerca de la entrada principal. Los últimos tres empleados del público salieron más cerca de la cena.


Introducción


Entonces, muchos de nosotros no podemos vivir un día (especialmente en el otoño-invierno-primavera) sin tener que tomar un vaso de café o té, sino unos pocos. Especialmente cuando estamos en el trabajo y no hay tiempo para comer algo, el té / café realmente ayuda, pero al mismo tiempo calienta y aumenta el nivel de vitalidad. En la mayoría de los casos, se utilizan tazas desechables, termomugs (¡algo que ahorra energía!) Y se usan varias tazas / tazas reutilizables para esto. Pero, ¿en qué punto es mejor beber tales bebidas y no quemarse? ¿Y cómo mantenerlos a una temperatura óptima para beber más? Intentamos responder estas preguntas en nuestro estudio. Hoy intentaremos copas desechables resistentes.



Aquí hay algunos datos sobre ellos:

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Cuando el té / café se vierte en un vaso, aún es imposible beberlo. Alguien ha evolucionado de tal manera que ya sabe cómo hacerlo, pero aún así no podrá beber el volumen principal de la taza a esa temperatura del líquido, porque puede quemarse gravemente. Para la mayoría de las personas, debe esperar N minutos para comenzar a beber esta bebida. El valor del tiempo N a menudo lo conocemos empíricamente, es decir, sobre la base de quemaduras de lengua, boca y garganta previamente obtenidas. En este caso, las condiciones para llenar, mover y consumir el contenido de las tazas cambian cada vez, lo que significa que la temperatura del líquido dentro de la taza también cambia.

Al alcanzar una cierta temperatura límite T xEl té / café ya se puede comenzar a beber suavemente en pequeños sorbos, para no quemarse. Pero esta temperatura cae indecentemente rápidamente (si de repente usamos una taza térmica, entonces tenemos un poco más de tiempo) y nos quedamos con una taza medio vacía (llena) de una bebida ya apenas tibia (a alguien podría gustarle esta opción).


Tareas para resolver el problema


1. Describa el camino de la vida del té / café en una taza (tarea filosófica).

2. Determine la temperatura (rango de temperatura) a la que el té / café ya se puede beber ( T x ) y ya no se puede beber ( T y ).
Sí, cada uno tiene sus propios límites de temperatura.
[ / . – , ]


3. Pruebe varios tipos de vasos desechables populares y el tiempo de enfriamiento de las bebidas calientes en ellos. Haga una calificación de su eficiencia energética. Calcule cuánto tarda en llegar a T x y T y .

4. ¿Cómo reducir el tiempo de espera N temperatura T x ?

5. ¿Cómo mantener la temperatura (energía térmica) en el rango T x –T y por el mayor tiempo posible?

Tratemos de imaginar el camino de la vida de una bebida caliente en un vaso. El resultado es aproximadamente el siguiente:



A, si por puntos:

1. Preparación de los ingredientes y utensilios necesarios. El agua se usa con mayor frecuencia en un punto de ebullición o cerca de él (100 - consideramos la temperatura inicial del agua). [¡y el café hecho de una máquina de café tiene una temperatura más baja con mayor frecuencia! aprox. científico senior A. Kurbatov]

2. En el proceso de verter líquido en un vaso, su temperatura baja. Es cierto, no es suficiente para beber de inmediato. Esto se debe a que la temperatura de la taza es cercana a la temperatura del aire en la habitación y al verter líquido caliente en ella, parte del calor es absorbido por las paredes de la taza. Además se producen durante el vertido de pérdida de calor al medio ambiente (temperatura 92-82 bebida de C).

3. El líquido se enfría. La evaporación, la radiación de calor y la convección funcionan en esto. Evaporación desde arriba del vidrio (si no hay tapa), convección desde arriba y en las paredes laterales, radiación térmica en todas las direcciones. En esta etapa, hay: la adición de ingredientes adicionales: azúcar, leche, agua, etc., mezcla, intentos de beber. En algún lugar aquí T x y N (caída de pequeño volumen, la temperatura desciende a 75-65 en C).

4. La bebida resultante finalmente se bebe activamente. Una caída significativa en la cantidad de residuos de enfriamiento por aceleración (suponiendo que la temperatura se reduzca a aproximadamente 40 a C).

5. Si queda algo en la taza, la temperatura se iguala el volumen residual de líquido a temperatura ambiente (~ 20 de G).

Busque las temperaturas deseadas


Para una determinación más precisa de la temperatura de consumo de bebidas, dividimos el proceso de bebida en dos etapas. En primer lugar, tome un sorbo de su bebida (en pequeños sorbos para que la bebida no queme nada, logrando enfriarse en el proceso de sacarla del vaso). En segundo lugar, beba sorbos sin temor a quemarse.


Los empleados del instituto de investigación fueron conducidos al comedor para un pequeño estudio. De acuerdo con los resultados y utilizando el método estadístico, Stelya determinó que aproximadamente a 73-72 de C puede intentar sorber o tomar una bebida, y en el rango de 67 a 60 en C ya puede beber (precaución, depende de las características individuales de cada persona) . Según las estadísticas realizadas, un mini-estudio es la temperatura óptima para beber de forma segura cafetera / tetera, estaba en el rango de 63-60 en el S.

Prueba de eficiencia energética de copa


¡Sí, ríos de agua, té y café fluirán directamente en vasos desechables!

Para el estudio, se seleccionaron 4 tipos comunes de vasos desechables. Y durante las mediciones, se utilizaron una cámara termográfica, termómetros de contacto y un cronómetro.

Muestra n. ° 1



95% de papel. Tiene laminación interna: está cubierto con una película delgada desde el interior, que protege contra fugas de líquido. Las paredes son de papel y cartón de dos capas, entre ellas una delgada capa de aire. Muy a menudo obstruido con tatuajes. El volumen del líquido incluido es de 400 ml. La más resistente al calor (pensada) de las muestras estudiadas. Una relación difícil con Miss Ecology. El líder de la pandilla. Se puede encontrar en todo el mundo en casi cualquier punto de venta de café / té.

Muestra # 2



Todo plastico. La principal diferencia con respecto al resto es una visera corta en la cabeza (asa lateral en la parte superior). El exterior es marrón, pero el interior es gris. El volumen del líquido incluido es de 200 ml. El más bajo, pero más ancho en sección transversal, en forma de barril. Pasar el rato en las oficinas, en exposiciones y reuniones de una gran cantidad de personas.

Muestra # 3



Hermano menor # 1. El más pequeño de la pandilla (por volumen = 170 ml). La protección térmica es mínima, la pared está en una capa. Hay la misma película de plástico en el interior. Quiere ser como un hermano mayor, pero hasta ahora no funciona. Por lo general, funciona en máquinas expendedoras de café. Secretamente enamorado de Madame Espresso.

Muestra # 4



Tu buen viejo amigo. Trabaja en confianza histórica. Plástico de la palabra en absoluto. Alto, guapo, orgulloso. No le gusta el agua caliente, puede hacer muecas, pero sufre el viejo hábito. Los lugares posibles son la restauración de la vieja escuela, las estaciones de tren, las estaciones de autobuses y los lugares donde la gente tiene prisa. También se encuentra en refrigeradores en escuelas, oficinas y hospitales.

Investigación


Para crear una muestra representativa, se tomaron varias tazas de cada tipo. Para las pruebas, se planeó verter agua hirviendo (agua caliente), té (o preparar directamente en ellos con la ayuda de bolsas - condiciones de campo), café (de una máquina de café). Alguien robó café de una máquina de café justo antes de los experimentos (buen café, debo decir) y tuvo que probar solo con té y agua hirviendo. Para probar las bolsas de té fueron incautadas, que se acumularon en grandes cantidades en la fuente, lo que le pidió que no llamara.
Se promediaron los valores obtenidos para cada tipo de taza (como resultó, agregar una bolsa de té a una taza prácticamente no afecta la velocidad y el tiempo de enfriamiento).

El primer estudio fue el enfriamiento del líquido caliente de los 4 tipos de copas en la vida silvestre en ausencia de tapas.


Si su objetivo es tomar té / café lo más rápido posible, entonces el # 3 es una buena opción para usted . Solo 5-7 minutos y puedes beber. Al mismo tiempo que no tienen cubiertas, por lo que tendrá que beber rápidamente, o incluso después de 5 minutos, la temperatura estará por debajo de 60 en el C (durante 12 minutos, la temperatura se reducirá de 86 a a 60 a C). Rápido, pero eficiente en energía, estable 4to lugar en el estudio.

Las gafas n. ° 2 y n . ° 4 luchan persistentemente por el segundo lugar, aunque no muy por delante de la muestra n . ° 3 . Su resultado es 6 + 8 = 14 (minutos). Son casi idénticos en volumen, pero al mismo tiempoEl n. ° 4 es difícil de sostener con té y café caliente, y el n . ° 2 , aunque no es muy conveniente, tiene un asa para sostener un vaso caliente. También existe la opinión de que # 4 no interactúa muy bien con líquidos calientes, ya que A altas temperaturas, este tipo de plástico puede liberar una variedad de sustancias que son desagradables para el cuerpo y el medio ambiente.

Líquidos calientes en la taza # 1enfriar más tiempo que todos los demás. Aproximadamente al octavo minuto puedes intentar beber, a los 12 minutos ya puedes beber más audaz. Y después de 20 minutos, el contenido de la taza se enfriará demasiado. Naturalmente, si bebe té y café, por ejemplo, desde el minuto 12, hasta 20 minutos, o no lo dejará en el vaso, o el líquido se enfriará más y su temperatura ya será mucho más baja que 60 ° C. Por el momento, el poseedor del récord # 1 es de hasta 60 o C en 20 minutos.

Como resultado, obtuvimos dicha clasificación de eficiencia energética para vasos desechables con un tiempo de enfriamiento de hasta 60 ° C. Los vasos # 2 , # 3 y # 4 tienen una estrella [*]. En el No. 1 dos estrellas [**]:



Y el n. ° 1 tiene una gran ventaja: estas son tapas que retienen la energía térmica dentro de la taza y eliminan casi por completo la evaporación de los procesos de pérdida de calor (estas tapas son a menudo de plástico, lo que es bastante negativo desde el punto de vista de Miss Ecology). Sobre portadas - más.

Pruebas de la tapa


Mediciones trifásicas Para estudiar el efecto sobre la tapa en una taza de bebida desechable se sostuvo



# + 1 : usando la tapa 67 cuando la temperatura de S. Café bajo de té en la taza # 1 con la tapa bajó de 67 a 60 grados durante 14 minutos. Ganancia de tiempo significativa en relación con una taza similar sin tapa (hubo 8 minutos). Grado de eficacia - [***]

# 1 ++ : La cubierta se monta cuando la temperatura alcanzó 72 sobre C. La temperatura se reduce de 72 a 60 grados durante 25 minutos (sin la tapa fue de 12 minutos). Calificación de eficiencia energética - [***]

# 1 +++: La tapa se coloca inmediatamente después de que la bebida se vierte en un vaso. Hasta 60 grados en 44.5 minutos ... vzhzhzhzhzhuh ... (contra 20 minutos en la copa # 1 sin tapa). El resultado está en el borde de 4 y 5 estrellas de acuerdo con nuestra calificación de eficiencia energética. Calificación de eficiencia energética - [****]


recomendaciones


Querías café o té, y vas a uno de los lugares más cercanos donde puedes comprarlo. Allí, junto con una bebida caliente, le venden un vaso desechable de uno de los tipos (esto es a menudo el # 1 ). Y luego variaciones de tareas:

  • Debe llevarlo a algún lado y esto es más de 20 minutos: es
    mejor no quitar la cubierta. Después de 20-25 minutos desde el momento de verter la bebida en un vaso, puede beberla.
  • , :
    – ( 5-7). .
  • , ( ):
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Y, recuerde, los vasos desechables modernos no son los platos más ecológicos. Si estuvieran hechos completamente de papel, se habrían descompuesto en 2-3 años. Pero las tazas más comunes para bebidas calientes en Rusia están recubiertas por dentro con plástico. Al deshacerse de ellos, el momento más difícil es separar el plástico y el papel (¿y no estamos seguros de si pueden hacerlo bien ahora?). Las tapas y agitadores para estas tazas también son de plástico, lo que contribuye a mezclar papel y plástico entre sí.

Aunque, en la situación actual, hay una especie de dualismo. Desde el punto de vista de la propagación de virus y algunas enfermedades, los vasos desechables son más seguros, pero desde el punto de vista de la eficiencia energética y el impacto ambiental, es mejor usar platos reutilizables (¡termomugs en la batalla!).

En cualquier caso, ahora tiene un poco más de datos al tomar decisiones.

PD: Para todos los que toman café o té inmediatamente después de verterlo en una taza, un gran respeto.

Parte 2 https://habr.com/en/post/495538

Una pequeña ventaja: unos hermosos lentes de imagen térmica














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