Oluttölkin jäähtyminen

[noName]

Pohdimme kaveriporukalla uudenvuodenaattona oluen jäähtymisaikaa. Eli lähtöarvoina käytimme 0,33 l alumiinioluttölkkiä n. 4.5% alc. Oluen lämpötilaksi määrittelimme 15°C ja ulkolämpötilaksi -20°C. Kuinka nopeasti ko. olut jäähtyy 15°c->5°c tässä ulkolämpötilassa? Veikkauksia tuli 15 min -> 1h12min. Itse yritin lähestyä tätä tieteellisin keinoin laskemalla, mutta paraskin arvaus jäi tasolle 22-26 min. Oluen ominaislämpökapasiteettina käytin 4.2kJ/(KgK). Miten tämä oikeasti lasketaan, jos ei oteta huomioon alumiinivaipan ja ulkotilassa olevan alustan lämpöjohtumisen vaikutusta?

[Jäärä]

Hyvä kyssäri. Itse nakkasin joskus wanhan liiton mäyräkoiran tuohon kylmään ulkovarastoon ja pakkasta oli -15 ja oluet olivat taskulämpöisiä siinä kohtaa. Ei ne reilussa vuorokaudessa jäähän menneet. Eivät edes hileeseen. Taivasalla olisivat varmasti jäätyneet umpeen?

[JMe1]

Testattu on. Olen kuitenkin siinä ilmeisen huono kun on pitänyt toistaa lukemattomia kertoja. Kun huoneenlämpöinen olut alumiinitölkissä halutaan jäähdyttää noin neljään asteeseen, sen pitää olla pakastimessa (-18 astetta) puolitoista tuntia.

[Varaktori]

Vaaleat lagerit ja pilsnerit: Yleensä noin 4-7 °C. Näitä oluita tarjoillaan yleisesti hyvin viileinä.

Ale-oluet: Aleille suositellaan yleensä hieman lämpimämpää tarjoilulämpötilaa, noin 8-12 °C.

IPA (India Pale Ale): Monet IPA:t maistuvat parhailta hieman viileämpinä, noin 7-10 °C.

Porterit ja stoutit: Nämä tummat oluet, erityisesti raskaammat versiot, voivat maistua parhaimmalta huoneenlämmössä tai hieman viileämpinä, noin 10-14 °C.

Belgialaiset oluet: Belgian vahvat alet ja tummat belgialaiset oluet saattavat maistua hyvältä vähän lämpimämpinä, noin 10-14 °C, kun taas vaaleat belgialaiset voivat olla raikkaita noin 6-10 °C lämpötilassa.

[Lyde19]

1/3L vettä lämpökapsiteetti on 4184 J kg-1 K-1x1/3kg. Jäätymiseen tarvitaan viellä faasimuunnoksen tarvitsema energia. Pikkusen alkoholia seoksessa siirtää jäätymislämpötilaa, mutta ei paljon.

[KultaKikkare]

Tämä on monimutkainen kysymys, johon vaikuttaa monia tekijöitä. Yksi tapa lähestyä tätä on Newtonin jäähdytyslaki, joka kuvaa, kuinka nopeasti esine jäähtyy tai lämpenee ympäristöönsä nähden. Tämä laki on esitetty kaavassa:

[math]\Delta T = (T_{\text{alku}} - T_{\text{loppu}}) \cdot e^{-kt}

missä:
- [math]\Delta T on lämpötilaero esineen ja ympäristön välillä ajanhetkellä [math]t,
- [math]T_{\text{alku}} on esineen alkulämpötila,
- [math]T_{\text{loppu}} on ympäristön lämpötila,
- [math]kon jäähdytyskerroin, joka riippuu esineen ja ympäristön välisestä lämmönsiirtokertoimesta, esineen pinta-alasta ja lämpökapasiteetista¹.

Jäähdytyskerroin [math]k voidaan laskea kaavalla:

[math]k = \frac{h \cdot A}{C}

missä:
- [math]h on lämmönsiirtokerroin[math] (W/(m²·K)),
- [math]A on lämmönvaihdon pinta-ala [math](m²), ja
- [math]C on lämpökapasiteetti [math](J/K)¹.

Tämä kaava olettaa, että lämmönsiirto tapahtuu vain konvektion kautta, mikä ei välttämättä ole täysin tarkka oletus todellisessa tilanteessa. Lisäksi kaava ei ota huomioon mahdollisia lämpöhäviöitä, kuten säteilyä tai konduktiota.

Huomaa, että tämä on yksinkertaistettu malli, eikä se välttämättä anna täysin tarkkaa tulosta. Todellisuudessa oluen jäähtyminen voi olla monimutkaisempi prosessi, johon vaikuttavat monet tekijät, kuten tuuli, ilmankosteus, tölkkiin kohdistuva paine ja oluen ominaisuudet. Täydellinen malli vaatisi näiden tekijöiden huomioon ottamista ja mahdollisesti monimutkaisempia lämmönsiirtomalleja.

Source: Conversation with Bing, 1/5/2024
(1) Chilled Drink Calculator - How long to wait?. https://www.omnicalculator.com/food/chilled-drink.
(2) The Chilled Drinks Calculator Tells You When Your Beer Gets Cold .... https://www.insidehook.com/drinks/chill ... calculator.
(3) Newton's Law of Cooling Calculator. https://www.omnicalculator.com/physics/ ... of-cooling.
(4) Brewery Heat Loads - Brewery Glycol Chillers. http://www.brewerychiller.com/breweryloadsizing/.

[KultaKikkare]

Bing ei suostu laskemaan ilman tarkkoja parametreja mutta ChatGPT ei ole niin pikkutarkka.

--

Oletetaan, että oluttölkki on alumiinia ja sen pinta-ala on noin \(0.02 \, \text{m}^2\) (noin 0.33 litran tölkille). Käytetään lämpönsiirtokerrointa \(h = 10 \, \text{W/(m}^2\text{K)}\) ja oletetaan, että olut on pääasiassa vettä, joten sen ominaislämpökapasiteetti on \(c = 4200 \, \text{J/(kgK)}\).

Käytetään myös hieman yksinkertaistettua lähestymistapaa ja oletetaan, että jäähtyminen tapahtuu vain konduktion kautta (ilman konvektiota tai säteilyä). Tämä voi antaa karkean arvion.

\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]

Missä:
- \( m \) (massa): 0.33 kg (arvioitu oluttölkin massa, olettaen veden tiheyden)
- \( c \) (ominaislämpökapasiteetti): 4200 J/(kgK)
- \( \Delta T \) (lämpötilaero): 15°C - (-20°C) = 35 K

Lasketaan \(Q\) ja sitten käytetään jäähdytyskaavaa:

\[ Q = h \cdot A \cdot \Delta T \cdot \Delta t \]

Missä:
- \( h \) (lämpönsiirtokerroin): 10 W/(m²K)
- \( A \) (pinta-ala): 0.02 m² (arvioitu oluttölkin pinta-ala)
- \( \Delta T \) (lämpötilaero): 35 K
- \( \Delta t \) (aika, jonka aikana jäähdytys tapahtuu)

Sijoitetaan arvot ja ratkaistaan \(\Delta t\):

\[ Q = h \cdot A \cdot \Delta T \cdot \Delta t \]

\[ 0.33 \cdot 4200 \cdot 35 = 10 \cdot 0.02 \cdot \Delta t \]

\[ \Delta t \approx \frac{0.33 \cdot 4200 \cdot 35}{10 \cdot 0.02} \]

\[ \Delta t \approx 4851 \, \text{s} \]

\[ \Delta t \approx 1.35 \, \text{h} \]

Tämä on hyvin karkea arvio, ja kuten mainittua, se ei ota huomioon monia muita tekijöitä, mutta voi antaa sinulle suuntaa-antavan käsityksen jäähdytysajasta näissä olosuhteissa.

--

Mutulla sanoisin, oluita pakastimessa viilentäneenä, että 1.35tuntia on aika lähellä.

[Lyde19]

Taitaa löytyä ihan lukion fysiikan kirjasta lasku tuohon. Unohdetaan turhat nyanssit ja lasketaan paljonko energiaa vaatii nesteen jäähtyminen ja sen lisäksi faasimuunnos jääksi.

[Laurapalmer]

Pohdimme kaveriporukalla uudenvuodenaattona oluen jäähtymisaikaa. Eli lähtöarvoina käytimme 0,33 l alumiinioluttölkkiä n. 4.5% alc. Oluen lämpötilaksi määrittelimme 15°C ja ulkolämpötilaksi -20°C. Kuinka nopeasti ko. olut jäähtyy 15°c->5°c tässä ulkolämpötilassa? Veikkauksia tuli 15 min -> 1h12min. Itse yritin lähestyä tätä tieteellisin keinoin laskemalla, mutta paraskin arvaus jäi tasolle 22-26 min. Oluen ominaislämpökapasiteettina käytin 4.2kJ/(KgK). Miten tämä oikeasti lasketaan, jos ei oteta huomioon alumiinivaipan ja ulkotilassa olevan alustan lämpöjohtumisen vaikutusta?

Ei me tuntia. Tuo yksinkertaistettu Q= m c delta t antaa sen reilun tunnin.
Tuulisella säällä -20° c ulkosaunan kaiteella 20 minuttia niin ölkkä oli jähtynyt 5° asteeseen. Aikaa sitten testailtu. Lumihangessa kestää "ikuisuuden" jäähtyä, kun kevyt pakkaslumi toimii eristeenä.

[Wisti]

Pohdimme kaveriporukalla uudenvuodenaattona oluen jäähtymisaikaa. Eli lähtöarvoina käytimme 0,33 l alumiinioluttölkkiä n. 4.5% alc. Oluen lämpötilaksi määrittelimme 15°C ja ulkolämpötilaksi -20°C. Kuinka nopeasti ko. olut jäähtyy 15°c->5°c tässä ulkolämpötilassa? Veikkauksia tuli 15 min -> 1h12min. Itse yritin lähestyä tätä tieteellisin keinoin laskemalla, mutta paraskin arvaus jäi tasolle 22-26 min. Oluen ominaislämpökapasiteettina käytin 4.2kJ/(KgK). Miten tämä oikeasti lasketaan, jos ei oteta huomioon alumiinivaipan ja ulkotilassa olevan alustan lämpöjohtumisen vaikutusta?

Ei me tuntia. Tuo yksinkertaistettu Q= m c delta t antaa sen reilun tunnin.
Tuulisella säällä -20° c ulkosaunan kaiteella 20 minuttia niin ölkkä oli jähtynyt 5° asteeseen. Aikaa sitten testailtu. Lumihangessa kestää "ikuisuuden" jäähtyä, kun kevyt pakkaslumi toimii eristeenä.

Eikö se sentään lumessa kaikkein nopeimmin jäähdy?

[John Carter]

Pohdimme kaveriporukalla uudenvuodenaattona oluen jäähtymisaikaa. Eli lähtöarvoina käytimme 0,33 l alumiinioluttölkkiä n. 4.5% alc. Oluen lämpötilaksi määrittelimme 15°C ja ulkolämpötilaksi -20°C. Kuinka nopeasti ko. olut jäähtyy 15°c->5°c tässä ulkolämpötilassa? Veikkauksia tuli 15 min -> 1h12min. Itse yritin lähestyä tätä tieteellisin keinoin laskemalla, mutta paraskin arvaus jäi tasolle 22-26 min. Oluen ominaislämpökapasiteettina käytin 4.2kJ/(KgK). Miten tämä oikeasti lasketaan, jos ei oteta huomioon alumiinivaipan ja ulkotilassa olevan alustan lämpöjohtumisen vaikutusta?

Ei me tuntia. Tuo yksinkertaistettu Q= m c delta t antaa sen reilun tunnin.
Tuulisella säällä -20° c ulkosaunan kaiteella 20 minuttia niin ölkkä oli jähtynyt 5° asteeseen. Aikaa sitten testailtu. Lumihangessa kestää "ikuisuuden" jäähtyä, kun kevyt pakkaslumi toimii eristeenä.

Eikö se sentään lumessa kaikkein nopeimmin jäähdy?

Nestemäisessä typessä huomattavasti nopeammin.

[Wisti]

Pohdimme kaveriporukalla uudenvuodenaattona oluen jäähtymisaikaa. Eli lähtöarvoina käytimme 0,33 l alumiinioluttölkkiä n. 4.5% alc. Oluen lämpötilaksi määrittelimme 15°C ja ulkolämpötilaksi -20°C. Kuinka nopeasti ko. olut jäähtyy 15°c->5°c tässä ulkolämpötilassa? Veikkauksia tuli 15 min -> 1h12min. Itse yritin lähestyä tätä tieteellisin keinoin laskemalla, mutta paraskin arvaus jäi tasolle 22-26 min. Oluen ominaislämpökapasiteettina käytin 4.2kJ/(KgK). Miten tämä oikeasti lasketaan, jos ei oteta huomioon alumiinivaipan ja ulkotilassa olevan alustan lämpöjohtumisen vaikutusta?

Ei me tuntia. Tuo yksinkertaistettu Q= m c delta t antaa sen reilun tunnin.
Tuulisella säällä -20° c ulkosaunan kaiteella 20 minuttia niin ölkkä oli jähtynyt 5° asteeseen. Aikaa sitten testailtu. Lumihangessa kestää "ikuisuuden" jäähtyä, kun kevyt pakkaslumi toimii eristeenä.

Eikö se sentään lumessa kaikkein nopeimmin jäähdy?

Nestemäisessä typessä huomattavasti nopeammin.

Fiksujahan sinä kirjoittelet. Mitäs ne pojat meni väittämään, että . . .

[Neutroni]

Taitaa löytyä ihan lukion fysiikan kirjasta lasku tuohon. Unohdetaan turhat nyanssit ja lasketaan paljonko energiaa vaatii nesteen jäähtyminen ja sen lisäksi faasimuunnos jääksi.

Tuo on helpoin osuus. Varsinainen lasku on sitten se missä ajassa tuo energiamäärä siirtyy tölkistä ympäristöön. Siihen vaikuttaa miljoona seikkaa ja siinä pitää huomioida lämmön johtumista, virtausdynamiikkaa ja sen sellaista ihan toisissa vaikeussfääreissä olevaa. Jos ei integraali- ja differentiaalilaskenta ole se oma juttu, niin taskunlämpimän kaljan juominen on ihan varteenotettava vaihtoehto. Sitten pääsee oleellisuudessa heti alkuun ja voi olla varma, ettei kallista kaljaa jäädy piloille. Ja parin tölkin jälkeen se on aivan turhaa hifistelyä jäähdyttää ne kylmiksi. Bonuksena voi irvailla mukavassa nousuhumalassa homppelivitsejä kaljan jäähtymistä vesi kielellä odottaville nirppanokille. Jos joku ottaa nokkiinsa "kännissä ja läpällä" pelastaa.

[Brainwashed]

Ihan empiirisesti ja omakohtaisesti perstuntumalla todettuna, ilman matemaattisia yhtälöitä, niin olen todennut että keskiolut jäätyy jo siinä about -3 pakkasessakin hilemäiseksi jos avaa pullon/tölkin saman tien kylmästä otettuaan, kun pullon/tölkin sisältö saavuttanut ympäristön lämpötilan, mutta jo vartinkin pitäminen huonelämpätilassa ennen avaamista saattaa estää ikävän hileytymisen. ”Umpijääksi” (todellisuudessa alkoholi estää sen täydellisen ”umpeutumisen” toteutumisen, mutta eniveis) menee about -5 asteessa.

[MooM]

Joskus vissypullossa näkyy se paineen ja hiilidioksidin vaikutus. Kun alijäähtyneen pullon suhauttaa auki, se vetää jäähän sekunnissa tai parissa. Sama tuo hileen kanssa, jos ei ole ihan niin kylmää.