Sobre termobloco e caldeiras

[Bernardo B]

Cada caso é um caso ...

A Graef ES90 tem dois termoblocos (um para o grupo outro para vapor), os dois termoblocos tem regulagem de temperatura e, o de vapor, ainda tem regulagem de fluxo, para poder regular a umidade de saída do vapor (mais seco ou mas úmido).

Ainda vem com quatro filtros, dois são não presurizados (recomendados) e dois presurizados (para iniciantes).

 

 

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Pessoal,

 

Esses posts foram movidos do tópico da Electrolux já que são discussões especificas sobre termoblocos afins.

Editado 6 Dezembro 2012 por leonardopm
Esclarecimento - mudança de tópico

[Alexandre Velloso]

Salve Márcio

Termobloco faz sim diferença, pois quando terminado o período de pre aquecimento, a variação de temperatura é mínima para todas as extração, não comprometendo a bebida por conta desta variavel. Outrossim, a maquina estará pronta para a dose seguinte mais rapidamente, característica principal de equipamentos monodose. Tanto o é que assiim são as Jura, Nespresso, Dolce Gusto. Tipo "hot water on demand".

 

Quanto a principal característica ser ou não prioridade, covém ler o que diz o fabricante. Afinal a sueca Electrolux é respeitável empresa do ramo de eletrodomésticos.

[Carneiro]

Não... A variação de temperatura de um termobloco com um termostato vagabex é a mesma de uma caldeira de alumínio com pouca água ou até mesmo das caldeiras pequenas de latão. Caldeiras maiores como a da Silvia devem variar pouco mais pela "inércia" maior do sistema. Mas não tem milagre - termostato barato tem histerese bem grande.

 

Grande maioria das super-auto e outras domésticas usam termobloco por ser um sistema mais simples. O bloco é uma massa metálica de boa condutividade térmica e o caminho que a água percorre é um trocador de calor. Não tem volume de água para formar vapor na parte de cima, tem menos risco de vazamento, e os novos que são fundidos não tem junta como caldeiras e os antigos que são duas peças.

 

Curioso é que as máquinas da Francis! Francis! fabricadas para a Illy e especificamente para E.S.E. usam caldeira de latão...

 

Abraços,

 

Márcio.

[Alexandre Velloso]

Discordo Marcio,

Termoblocos minimizam a importância do termostato, pois equilíbrio térmico não é considerado, já que se aquecem em poucos segundos quando a resistência é energizada plenamente. Ainda mais naqueles que o duto d'água e a resistência são fundidos na mesma peça, e que sendo de máxima eficiência térmica, atinge a temperatura de serviço quase instantaneamente.

Neste sistema, o gatilho de máxima do termostato é infinitamente mais importante que o de mínima, porque garante a segurança de evitar sobreaquecimento.

 

E diferentemente do uso de caldeiras de qualquer porte ou material empregado, que devem aquecer massas líquidas menores ou maiores, a massa e volume estático de água dentro do termobloco é irrisório, pois é um sistema de aquecimento "por passagem", enquanto na caldeira, qualquer que seja, é aquecimento por depósito.

 

Em poucas palavras, sistemas com caldeiras buscam manter toda água à temperatura próxima da adequada para a extração, enquanto sistemas com termobloco buscam aquecer rapidamente a água armazenada à temperatura ambiente. Simples diferença, porém marcante.

[Carneiro]

O termobloco tem que estar na temperatura correta bem como a resistência tem que ser acionada logo no início da extração para dar conta do volume de água que vai passar. A massa de metal do termobloco tem baixa capacidade térmica, apenas alta condutividade.

 

Portanto, um controle de PID ou algo de histerese menor que os termostatos comuns, com mais algo "esperto" que reaja rapidamente ao início da extração pode fazer um termobloco ser muito legal. Mas o grupo também tem que estar na temperatura correta, pois mesmo o caminho sendo curto há influência. É o que a Breville deve ter feito na BES840XL, mantém o termobloco e o grupo na temperatura desejada, com mais alguma artimanha para responder rápido ao fluxo de água entrando.

 

Abraços,

 

Márcio.

[Alexandre Velloso]

Pois bem Marcio,

 

Agora entendi o por que do teu argumento. Acontece que nestas máquinas o termobloco não é mantido aquecido. Justamente pela alta condutividade dos materiais empregados em sua construção, o mesmo sai da temperatura ambiente para o desejado em questão de segundos. Faça um teste com uma cafeteira elétrica, que entenderás o conceito do sistema. Ao ligá-la, água e termobloco estão à temperatura ambiente e em poucos segundos poderás ouvir o som do borbulhar da água. Antes deste som, o termobloco já atingiu a temperatura de serviço e posteriormente elevou a temperatura da água ao ponto programado para haver a movimentação do líquido. Mas é tudo muito rápido, portanto fique atento.

 

É necessário esclarecer que nas cafeteiras monodose a temperatura do grupo não é relevante. O processo se dá com temperaturas mais elevadas que em outros métodos. Quente o suficiente para aquecer os compartimentos de café, sejam eles papel das pastilhas, o plastico de algumas cápsulas ou o alumínio de outras. A água é tão quente que materiais pouco condutivos como borrachas ou plásticos são utilizados após a infusão para abaixar a temperatura da bebida antes de ser lançada à xícara.

 

Ainda sobre o teu comentário do uso de instrumento que estreite a variação da temperatura, estou em contato com uma empresa que está desenvolvendo uma máquina de espresso sem caldeira, substituída por um termobloco controlado por PID. Achei impressionante o processo e logo os procurei para trazê-las para o Brasil. O melhor é que poderão ser vendidas aqui pelo preço das Gaggia devido à simplicidade do projeto.

 

Por fim, digo que pode até ter sido uma preocupação dos projetistas da Breville. Mas a BES840XL é máquina para espresso com pó no filtro. A Electrolux, motivo inicial desta tertúlia, é para pastilhas, principalmente.

[Lucas Faccioni]

Isto aqui está virando off-topic. Mas é por uma boa discussão.

 

Termobloco ou caldeira, as leis da física que governam a troca de calor são as mesmas:

 

1) A variação de temperatura de um corpo, seja ele metal, água, gás, etc., é igual à quantidade de calor (energia) que ele absorve (ou cede), dividido pela sua capacidade térmica.

A capacidade térmica por sua vez depende da quantidade de matéria. 1 litro de água precisa de dez vezes mais calor que 100 mL de água para terem ambas uma mesma variação de temperatura.

Daí definiu-se o calor específico, que é a quantidade de energia necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 1 kg de material (ou em outras unidades equivalentes), sendo então uma propriedade intrínseca do material, independente da massa. A capacidade térmica de um corpo então é igual à massa desse corpo multiplicada pelo calor específico do material de que ele é feito.

 

2) A velocidade com que o calor é transferido de um corpo a outro (potência) é proporcional à diferença de temperatura entre os dois corpos.

 

Num primeiro momento, o termobloco ou caldeira (1),e qualquer coisa que estiver dentro (2), estão à temperatura ambiente (que seja 20ºC por exemplo). Para que sejam levados, digamos, a 100 ºC, devemos fornecer uma quantidade de energia Q = (100 - 20) * [ (m1 * c1) + (m2 * c2) ], onde m1 e m2 são as massas e c1 e c2 os calores específicos dos corpos 1 e 2, respectivamente.

Como a potência (em Watts) é energia por segundo, se a máquina tem uma potência, digamos, de 1200 Watts, para fornecer o calor Q, a resistência deve ficar ligada por (Q / 1200) segundos.

 

Então começamos a extração. Se em 1 segundo entra 1g de água no termobloco / caldeira, precisamos fornecer (100-20) * (0,001 Kg * c2) de energia a cada segundo para que a temperatura não caia. Essa potência necessária é próxima de 700 Watts.

Mas a potência transferida do termobloco para a água é proporcional à diferença de temperatura entre eles. Então a água inicialmente se aquece rapidamente, mas cada vez mais devagar. Precisaríamos então de um tempo muito longo para que chegassem ao equilíbrio térmico (mesma temperatura), o que acaba não acontecendo na prática, e a temperatura de saída da água passa a ser menor que 100 ºC.

 

Matematicamente, dizer que a potência transferida do termobloco para a água é proporcional à diferença de temperatura é o mesmo que dizer P = K * dT, onde K é uma constante específica de cada termobloco, e dT é a diferença de temperatura entre o termobloco e a água. Se determinarmos K, é só jogar na fórmula, e sabemos qual deve ser a diferença de temperatura entre a água entrando e o termobloco para que a potência transferida seja 700W, nosso objetivo.

 

Uma forma de determinar K é acionar a bomba e a resistência continuamente, e medir a temperatura de entrada da água, do termobloco, e de saída da água. Assim que o sistema entrar em estado estacionário ( As temperaturas de saída da água e do termobloco estabilizarem), fazemos: 1200 W = K * (Tt - Te), onde Tt é a temperatura do termobloco, e Te a temperatura de entrada da água

 

EDIT - Pessoal, falei besteira: Com 1200W a água com certeza passaria de 100 ºC na saída, e aí muda tudo, por causa da mudança de líquido p/ vapor. Mas colocando um dimmer em série com a resistência e regulando (usando um multímetro) para uns 600 Watts deve funcionar.

[Rodrigoks]

Buenas, porque a temperatura do grupo não seria importante? Só se a estabilidade e a precisão de temperatura da água não são importantes, o que faz algum sentido pela limitação de resultado natural das cápsulas ou sachês.

[Gilberto]

Rodrigo,

 

Eu imagino que se o termobloco só entra em ação na ocasião da extração, deve-se supor que o grupo ( que estara sempre frio), seja lá do que for feito, vai proporcionar uma queda na temperatura da água de x graus, é só considerar esta perda na equação de fornecimento de energia e já era.

[Rodrigoks]

Só que essa suposta perda de temperatura não é linear, o que quer dizer que a temperatura de saída vai variar consideravelmente. Fosse tão fácil e não precisa se pagar uma fortuna em máquinas caras e grandes pra manter a temperatura estável.

[Bernardo B]

Caros, para mim termobloco não é tão diferente de caldeira, acho que tudo depende do projeto e da implementação do mesmo.

Quando ligo a Graef ela começa a esquentar, fica com uma luz vermelha piscando.

Após mais ou menos dois minutos ela faz uma espécie de backflush, despejando na bandeja a água que estava no termobloco.

Apos cinco minutos acendem as luzes verdes e ela já parece estar quente, mas somente após uns quinze é que dá para usar bem, eu normalmente prefiro com vinte minutos a meia hora.

Nesse tempo o grupo fica bem quente, o portafiltro pelando e o aquecedor de xícaras (passivo) fez seu trabalho.

A regulagem de temperatura (por software) é de dois em dois graus, e a variação claramente perceptível no sabor.

Eu normalmente uso da metade para baixo, só em caso de um cafe muito ácido é que preciso de temperaturas mais altas.

No tempo que demoro em preparar a próxima extração a maquina se recupera, desde que não percebo diferença de temperatura entre os shots.

[Rodrigoks]

Sem dúvida. É que a questão desvirtuou. Uma coisa são os termoblocos em máquinas muito simples ou voltadas pra cápsulas e sachê (que foi a origem da dúvida, na pergunta do criador do tópico), outra coisa são quando colocados em máquinas mais elaboradas com um projeto mais sofisticado. Porém, essas máquinas são gloriosas exceções no reino das caldeiras e HXs.

[Alexandre Velloso]

Salve

 

Lucas, parabéns por dar cientificidade ao assunto e obrigado pela bem explicada e utilíssima aula de física.

 

Rogério, creio que em teus 2 posts, mantivestes o foco em máquinas de espresso tradicionais, que não é o caso aqui. O que dissestes é válido para uma máquina com caldeira e grupo. Nas monodose, não só não há caldeira como o grupo não passa de duto do líquido e local para o encaixe do porta filtros.

 

Gilberto está correta a tua suposição. A resistência só é acionada no T° e mesmo com a pressão da bomba que pulsa instantes depois, aquece o termobloco o suficiente para este então aquecer a água.

 

Lucas, os materiais empregados na produção destes termoblocos são sempre de altíssima condutividade, nunca ferrosos, e portanto com índice baixo de calor específico e pouca massa, de liga ainda mais leve que o alumínio, e pequenos, com não mais que uns 150 mm de comprimento, apesar da forma de ferradura, e uns 12 mm de diâmetro. O duto da água de uns 5 mm de diâmetro e o mesmo comprimento, portanto com pouca capacidade de armazenamento de água. Então, se compreendi corretamente, na equação acima seriam valores baixos para M1, M2, C1 e C2. E como as resistências são em geral de 1000W ou 1200W, seria alto o valor de Q. Correto?

 

Como é inevitável a transformação em gás, a solução que adota-se é a utilização de tubos de silicone para imediatamente baixar a temperatura, provocando o retorno da água ao estado líquido ao longo do curso de saída.

[Carneiro]

Alex, tem certeza de que o termobloco não fica aquecido nessas máquinas? Acho que você está confundindo o aquecimento quase instantâneo para gerar vapor em algumas super-automáticas (ou como no BES840XL, veja os vídeos, que ainda tem um esquema automático de flush para voltar para temperatura de extração).

 

Qualquer seja o sistema, pó ou sachê, precisamos de água quente, mesmo que 88°C, e a água no tanque está a 20-30°C. Já abri super-automática, já abri Dolce Gusto, e ou há um termostato ou algum controle simples eletrônico. Se o grupo é de metal, precisa ser aquecido. Se o grupo é de plástico como as de cápsulas e super-autos atuais mais baratas, aí o projetista conta com a pouca perda de calor nessa parte.

 

Em geral os blocos são alumínio - pode até ser alguma liga mais fácil de fundir, mas nada muito mais leve. O alumínio tem algo como 2,7 g/cm³ mas capacidade baixa e condutividade alta, então concordo, é viável o termobloco transferir calor da resistência para a água mesmo durante a extração - mas existe uma inércia também da resistência e o sistema não pode só confiar num termostato de histerese alta. As super-automáticas que fazem isso, em geral, dão uma sub-extração braba. O calor armazenado no termobloco previamente ao acionamento da bomba é importante para os primeiros ml de água estarem aquecidos.

 

Tubo de teflon pra baixar a temperatura? Cuidado com minha canela.

 

Sobre a máquina com termobloco, tá falando da ZPM?

 

Márcio.

[Rodrigoks]

é viável o termobloco transferir calor da resistência para a água mesmo durante a extração - mas existe uma inércia também da resistência e o sistema não pode só confiar num termostato de histerese alta. As super-automáticas que fazem isso, em geral, dão uma sub-extração braba. O calor armazenado no termobloco previamente ao acionamento da bomba é importante para os primeiros ml de água estarem aquecidos.

 

Sim, é onde eu acho que a maioria dessas máquinas deve falhar. Se a massa do termobloco for pequena, a capacidade térmica acaba não sendo grande coisa também, com o que fica difícil conseguir compensar a inércia da resistência. Uma caldeira pequena não é tão diferente nesse aspecto.

 

PS: Talvez seja interessante o administrador destacar a discussão sobre termobloco para um tópico específico, que está interessante.

[Alexandre Velloso]

Salve

O princípio do funcionamento é igual ao da maioria de cafeteiras elétricas para café coado. Uma única fonte de calor aplicada pontualmente criando algum vapor. Uma vez aquecida a água é conduzida até o pó. No caso das monodoses, com o auxílio de bomba vibratória. Se não me engano a Dolce Gusto opera entre 350 e 650 MPa., provocados pelo pulsar da bomba e a restrição da válvula de saída da cápsula.

Mas, dentro do assunto temperatura, é importante frisar que só há produção de calor numa única parte do processo, que é no termobloco. Todas as peças da máquina, desde a saída do termobloco até o encontro com o pó, são passivas em termos de temperatura, aquecendo-se pouco apenas como resultado do contato com a água muito quente. Como são materiais de baixa condutividade térmica, há pouca troca de energia (calor), apenas suficiente para provocar a diminuição da temperatura da água e fazendo com que a parte desta que estava em estado gazoso retorne ao líquido. Mas ainda assim fica demasiadamente quente para o toque durante a operação.

 

Tubo de teflon pra baixar a temperatura? Cuidado com minha canela.

Marcio, não entendi a qual risco sua canela esteja exposta. Todavia, se você já abriu uma Dolce Gusto, deve então ter constatado. Só há borracha (teflon) e plástico a partir da saída do termobloco. Por sinal, também é usado tubo de teflon, com válvula anti retorno em seu interior, para isolar termicamente a bomba do calor do termobloco.

 

Se o grupo é de metal, precisa ser aquecido. Se o grupo é de plástico como as de cápsulas e super-autos atuais mais baratas, aí o projetista conta com a pouca perda de calor nessa parte.

Quando é necessário aquecer o grupo de metal, outra resistência de menor potência é isntalada exclussivamente para este fim, como no caso da de 650 W encontrada na TWIN, mas trata-se de máquina de espresso convencional, e não monodose, volto a insistir.

 

Rogério, as massas tanto do termobloco quanto da água são pequenas, daí o uso de elevadíssima potência para a eficiência do processo. O Q da fórmula do Lucas, nestas aplicações é elevadíssimo.

[Carneiro]

A canela foi uma brincadeira.

 

Teflon é plástico, não borracha. Se me lembro bem, essas máquinas novas usam mangueiras de silicone com malha (não sei que material) para reforço. De qualquer maneira, são isolantes térmicos e não garantiriam baixar a temperatura da água de vapor (bem acima de ~100°C) para o desejado.

 

Sob pressão alta (mesmo que bem abaixo de 9 bar), a água pode passar 100°C e continuar líquida, ainda mais num caminho capilar dentro de um termobloco e tubos/mangueiras estreitos. Não há semelhança com sistema de cafeteiras para coado, pois essas sim contam com a perda de calor e com a água voltando para baixo da temperatura de ebulição ao sair no distribuidor em pressão atmosférica.

 

A Dolce Gusto e outras, concordo, só aquecem a água no termobloco. O que discutíamos aqui é se o termobloco fica aquecido previamente ou não (você diz que a resistência só é acionada quando vamos extrair um café). Ligue a máquina, aguarde uns minutos sem extrair nada e coloque a mão no termobloco. Se não se queimar, ganha um brinde.

 

A Gaggia Twin não tem resistência no grupo, são 2 de aproximadamente 685W (em 120V, cada uma tem 21 Ohm) no alumínio da caldeira, e um termobloco ferradura com algo em torno de 1000W para gerar vapor. A água para esse termobloco vem da caldeira, portanto já bem quente (durante o uso do vapor a resistência da caldeira deve ficar desligada).

 

Márcio.

[leonardopm]

Pessoal,

 

Trouxe para esse tópico especifico a discussão sobre termoblocos.

 

Abraços.

[Rodrigoks]

Rogério, creio que em teus 2 posts, mantivestes o foco em máquinas de espresso tradicionais, que não é o caso aqui. O que dissestes é válido para uma máquina com caldeira e grupo. Nas monodose, não só não há caldeira como o grupo não passa de duto do líquido e local para o encaixe do porta filtros.

 

Duplo engano, Alexandre.

 

Acho que tiveste uma interpretação errada dos meus comentários, em que me referia que as máquinas de espresso de entrada são as que mais comumente possuem termobloco, em oposição à Graef do Bernardo, que se constitui em exceção à regra, possuindo termobloco e controle de temperatura eletrônico.

 

Termobloco ou caldeira, o problema é um só: equacionar a entrada de água fria com o ganho (ou perda) de temperatura pela transmissão de calor armazenado no sistema de aquecimento (água+caldeira nas máquinas com caldeira, massa de metal nas de termobloco) mais o calor produzido ativamente pelo acionamento da resistência, que possui uma inércia natural.

 

Simples, portanto, mas difícil de manejar em sistemas baratos. Termostatos vagabundos, caldeiras pequenas, termoblocos de capacidade térmica pequenas, máquinas com pouca massa de metal, etc, tudo contribui para a oscilação de temperatura.

 

E é Rodrigo, não Rogério! Geralmente não me importo com isso, mas depois de post após post sendo chamado de Rogério comecei a entrar em crise de identidade!

[Lucas Faccioni]

Opa, a discussão tá rendendo .

 

Até li as mensagens. Mas estou no trabalho. Assim que chegar em casa releio com calma e respondo.

 

Só quero agradecer de antemão o Alex pelos comentários sobre o meu post. Fiquei com medo de ter viajado um pouco, ou não ter sido claro para alguém que não trabalha com o assunto.

[Rodrigoks]

Outro problema nesses sistemas simples e de pouca massa é o papel determinante da resistência, que ou está desligada ou ligada a todo o vapor. Em um sistema de pouca massa, rapidamente tem-se um perfil de temperatura ascendente se a resistência for forte o bastante, isso se o termostato reagir rápido. Se a resistência for subdimensionada, será subextração na certa.

[Alexandre Velloso]

Salve Rodrigo,

 

Desculpe meu engano. Foi mal!

Mas se a crise aumentar, me chame para ser teu padrinho de 2° batismo, mudamos de vez o teu nome e se acabam os problemas.

 

Quanto ao resto, continuo achando que teus argumentos focam em máquinas normais de espresso, enquanto nestes sistemas de aquecimento por passagem aplicam-se outras soluções, pois as necessidades são distintas.

[Rodrigoks]

Desculpe meu engano. Foi mal!

Mas se a crise aumentar, me chame para ser teu padrinho de 2° batismo, mudamos de vez o teu nome e se acabam os problemas.

 

Está desculpado. Mas se quiser deixar no teu testamento tua cafeteria pra mim, mudo meu nome pra Rogério de vez!

[Alexandre Velloso]

Salve Marcio.

 

Duas correções bem feitas, que agradeço.

1 - Sempre que citei teflon, deveria ter escrito silicone;

2 - Citei erradamente a resistência no grupo como sendo da Twin quando me referia a Epoca.

 

Outras considerações:

 

- "Não há semelhança com sistema de cafeteiras para coado, pois essas sim contam com a perda de calor e com a água voltando para baixo da temperatura de ebulição ao sair no distribuidor em pressão atmosférica."

 

Discordo desta tua afirmação, porque água sob a pressão atmosférica normal não sobe, cai. Na maioria das cafeteiras elétricas para coado, a água aquecida sai do termobloco sob pressão maior que a atmosférica, inclusive com uma parte em estado gasoso, razão pela qual sobe o duto até chegar ao bico distribuidor, sem auxílio de bomba. Repito, água sob pressão atmosférica normal não sobe, cai.

 

 

- "O que discutíamos aqui é se o termobloco fica aquecido previamente ou não (você diz que a resistência só é acionada quando vamos extrair um café)."

 

Aqui, acho que você pulou esta parte que sublinhei abaixo, cópia de mensagem publicada anteriormente.

O que acontece é que, como já disse, o aquecimento da água para extração ocorre em curtíssimo espaço de tempo..

 

- "Salve Márcio

Termobloco faz sim diferença, pois quando terminado o período de pre aquecimento, a variação de temperatura é mínima para todas as extração, não comprometendo a bebida por conta desta variavel. Outrossim, a maquina estará pronta para a dose seguinte mais rapidamente, característica principal de equipamentos monodose. Tanto o é que assiim são as Jura, Nespresso, Dolce Gusto. Tipo "hot water on demand"."

[Rodrigoks]

- "Não há semelhança com sistema de cafeteiras para coado, pois essas sim contam com a perda de calor e com a água voltando para baixo da temperatura de ebulição ao sair no distribuidor em pressão atmosférica."

 

Discordo desta tua afirmação, porque água sob a pressão atmosférica normal não sobe, cai. Na maioria das cafeteiras elétricas para coado, a água aquecida sai do termobloco sob pressão maior que a atmosférica, inclusive com uma parte em estado gasoso, razão pela qual sobe o duto até chegar ao bico distribuidor, sem auxílio de bomba. Repito, água sob pressão atmosférica normal não sobe, cai.

 

O que o Márcio quis dizer (esse bordão é muito Márcio ) é que em cafeteiras espresso a água entra em contato com o café sob pressão (que não é a atmosférica), perdendo menos calor que em cafeteiras normais; nestas, sim, a água conta com a pressão atmosférica pra perder temperatura.

[leonardopm]

Se quando novo eu tivesse bebido menos cerveja e mais café, agora conseguiria acompanhar o nível da discussão...mas já desisti.

 

Boa sorte pra vocês e me contem o final!

 

Como diz o povo em véspera de eleição: quem será que "ganhou" o debate?

 

[Ruston Louback]

Acho que precisam facilitar a didatica com a simplicidade Cabralina hehe

Ainda bem que isso ai nao é minha area :)

[Rodrigoks]

Se quando novo eu tivesse bebido menos cerveja e mais café, agora conseguiria acompanhar o nível da discussão...mas já desisti.

 

Boa sorte pra vocês e me contem o final!

 

Como diz o povo em véspera de eleição: quem será que "ganhou" o debate?

 

 

É só beber umas cervas que tu entende tudinho!

[Gilberto]

:ph34r: X

[Lucas Faccioni]

Lucas, os materiais empregados na produção destes termoblocos são sempre de altíssima condutividade, nunca ferrosos, e portanto com índice baixo de calor específico e pouca massa, de liga ainda mais leve que o alumínio, e pequenos, com não mais que uns 150 mm de comprimento, apesar da forma de ferradura, e uns 12 mm de diâmetro. O duto da água de uns 5 mm de diâmetro e o mesmo comprimento, portanto com pouca capacidade de armazenamento de água. Então, se compreendi corretamente, na equação acima seriam valores baixos para M1, M2, C1 e C2. E como as resistências são em geral de 1000W ou 1200W, seria alto o valor de Q. Correto?

Alex, você misturou um pouquinho as coisas:

 

o Q da primeira fórmula é a quantidade de energia necessária p/ levar o sistema de aquecimento (termobloco + água interna) de 20 p/ 100 ºC, sem circulação de água (com a bomba desligada).

 

A potência entra na hora de calcular quanto tempo demora para a resistência fornecer essa energia Q. Lembrando que o calor/energia é medido em Joules (J), e que um Watt (W) de potência correponde à transferência de 1 Joule de energia a cada segundo, se a resistência tem 1200 W de potência, isto significa que a cada segundo ela fornece 1200 J de energia p/ o termobloco. Então o número de segundos que ela deve ficar ligada para fornecer o calor Q é igual a ( Q / 1200 ). Este é o tempo de pré-aquecimento do termobloco, se desconsiderarmos a perda de calor do termobloco para a parte interna da máquina.

 

Mas eu entendi o que você quis dizer. E essa é a grande diferença entre uma caldeira grande e um termobloco pequeno: Capacidade Térmica.

 

Vamos ligar nossa bomba, com um fluxo de 120 mL / minuto. No primeiro segundo, entram 2g de água a 20 ºC no sistema de aquecimento.

O calor específico da água é 4,18 J / (g x ºC). Isto significa que precisamos fornecer 4,18 J de energia para cada 1g de água para que sua temperatura suba em 1 ºC

Então esta água que entra, ao subir de 20 p/ 100 ºC, absorve 2g x 80 ºC x 4,18J/gºC = 668,8 Joules de energia.

 

A energia absorvida pela água e cedida pelo sistema de aquecimento têm que ser iguais (Pois a energia não se cria nem desaparece do nada)

A capacidade térmica do sistema de aquecimento é Cs = (m1 x c1 + m2 x c2)

A variação de temperatura do sistema de aquecimento então é dT = 668,8 / Cs

 

Em um sistema com caldeira grande, a variação de temperatura dT será pequena, porque a capacidade térmica é grande frente aos 669 Joules. Então no próximo segundo a água que entrar vai encontrar o sistema de aquecimento numa temperatura próxima à temperatura do segundo anterior. E como a velocidade de transferência de calor entre dois corpos é proporcional à diferença de temperatura entre eles, a redução da temperatura de saída também será pequena.

 

Já com termobloco, como a capacidade térmica é menor, as variações de temperatura segundo a segundo também serão maiores.

 

Em ambos os casos, caldeira e termobloco, temos que fornecer 669 Joules de energia por segundo (669 W) para não haver variação de temperatura. A grande diferença está no tempo que demora para o sistema resfriar até uma certa temperatura, se não fornecemos essa potência. Isto torna o sistema de caldeira mais tolerante, podendo até mesmo não ter qualquer acionamento de resistência durante a extração, que a variação de temperatura é pequena. Já com termobloco o acionamento da resistência durante a extração é fundamental.

 

Mas aí entra também um terceiro conceito que é a condutividade térmica, que bem simplificadamente significa que, após o acionamento da resistência, o calor leva um certo tempo para se difundir através do metal e chegar à água, gerando a tal da inércia térmica.