Da jeg laget kraft for noen dager siden kom jeg på at det kunne være artig å regne litt på tidsforbruket og se litt på fysikken i prosessen med reduksjon av kraft og andre vannholdige væsker.
TL;DR; kortversjonen er at tiden det tar å gjennomføre en reduksjon målt i minutter kan beregnes omtrentlig ved å (i) ta den effekten man vil koke på i kW (f.eks. 2 kW) og trekke fra den effekten man må bruke for å få den samme væsken til å bare småkoke (f.eks. 0.4 kW) noe som gir fordampingsvarme (1.6 kW for dette eksempelet), (ii) dele tallet 37.2 på fordampingsvarmen (37.2 / 1.6 = 23.25), og (iii) multiplisere med antall liter vann som skal dampes bort, f.eks. 5 liter (5 * 23.25 = 116.25), noe som (iv) gir ca. reduksjonstid målt i minutter (116.3 min som er litt under 2 timer). Og pass på at du vet hva du driver med og ikke ender opp med en brann.
Reduksjon innebærer å koke en væske slik at vannet i væsken fordamper. Hvert vannmolekyl som går over til damp innebærer ett mindre vannmolekyl i væsken, og når denne prosessen får gå så forsvinner gradvis vann og mengden væske reduseres. Selv om det neppe er bare vann som forsvinner i denne prosessen (den sterke lukten som oppstår må jo komme fra noe som er forsvunnet ut i luften) så er den generelle antagelsen i matoppskrifter jeg har sett at det stort sett er vann som forsvinner (bortsett fra oppskrifter der man koker ut alkohol).
Dette er ikke nødvendigvis alltid sant, så her kan det sikkert være verdt å sjekke ut om akkurat den blandingen man har for hånden, er egnet for reduksjon. For det første må blandingen tåle å varmes opp til hundre grader Celsius (evt. justert for kokepunkt ved annet atmosfærisk trykk), og det gjelder ikke blandinger som f.eks. har stoffer som vil koagulere eller skille seg. For det andre må det ikke være andre ingredienser som har lavere fordampingspunkt enn vann, dersom man ønsker å beholde disse i væsken - ett eksempel på dette er alkohol. Og så kan det være andre flyktige forbindelser som man ønsker å beholde, der man må være klar over evt. negative konsekvenser av reduksjon.
Ofte når man lager mat så skal maten få stå og småkoke, dette er ikke det man ønsker ved reduksjon - tvert imot er det nettopp kokingen som viser at væsken avgir damp, og langsom kokeprosess betyr langsom reduksjon. Samtidig er det begrenset hvor sterk koking man kan gjøre før ting begynner å boble over, og evt. også hvor mye effekt man kan tilføre før noen væsker vil kunne svi seg. Derfor er det et poeng å bruke et kokekar med størst mulig areal i bunnen, ettersom dette vil føre til at dampen får størst mulig overflate å slippe ut av, i tillegg til at varmen fra koketoppen spres over et større areal og varmen per arealenhet og dermed risikoen for å brenne noe i bunnen av kjelen reduseres.
Koking og reduksjon betyr at væsken forsvinner opp i luften og man vil lede den bort fra væsken noe som selvsagt innebærer at denne kokingen må skje uten lokk. I neste omgang må man tenke på hva som vil skje med dampen - den bør da helst ledes ut i et avtrekk som skal frakte vekk større mengder damp, så det kan potensielt være snakk om problematikk med kondens. Hvis man reduserer utendørs har man ingen problemer med hverken avdamping eller evt. lukt. Skal man redusere inne uten vifte (og et sirkulasjonsfilter med kullfilter vil ikke fjerne dampen), så må man være forberedt på større mengder damp.
Så hvor lang tid tar reduksjon? Når man reduserer små mengder væske i stekepanne på høy varme går dette "fort", men en stor kjele kraft er mer tidkrevende. Her er det vi kan se på fysikken i problemet for å kunne regne på tidsbruken. Vann har spesifikk fordampingsvarme 2230 kJ/kg (kilde: Wolfram Alpha), det vil si at for å fordampe 1 liter kokende vann så må man tilføre 2230 kJ varme til denne fordampingen.
Dersom vi tilfører 1 kW effekt til selve fordampingen, så vil man i løpet av 1 minutt ha tilført 1 kW * 60 s = 60 kJ varme. Mengden vann som vil fordampes av denne varmen er fordamping av 1 kW varme = 60 kJ/min * (1 liter / 2230 kJ) = 0.027 liter/min, alternativt kan man regne ut at fordampingstid ved 1 kW varme = 1 / (0.027 liter/min) = 37.2 min / liter. Denne tiden er proporsjonal med mengden vann og omvendt proporsjonal med varmeeffekt, noe som gir oss en ...
Formel å regne ut fordampingstid:
Fordampingstid = (37.2 min * kW / liter) * (liter vann) / (kW varme fordamping)
Det er her viktig at varmeeffekt er varme til selve fordampingen, og dette er generelt ikke det samme som varmeeffekt i koketoppen som benyttes. Varmen går nemlig ikke bare til fordamping, men også til å holde væsken varm - kjelen vil hele tiden ha varmetap langs kjelens sider og bunn, og denne varmen må komme et sted fra.
Effekten til fordamping er i prinsippet lett å finne eksperimentelt. De fleste som lager mat har erfaring med å finne en innstiling som innebærer småkoking av en væske der den såvidt lager bobler, og dette er nettopp den effekten som man må levere til kjelen for at man akkurat skal balansere varmetapet og holde væsken ved kokepunktet. Hvis man kan lese av denne effekten fra koketoppen, så vet man hva som er effekten som går med til varmetap. Så lenge volumet av kjelens innhold er konstant (noe som ikke gjelder for reduksjon så dette forholdet vil kunne endre seg underveis i reduksjonen), så vil varmeeffekt til fordamping da på grunn av fysikkens lov om energibevaring være bestemt av ...
Beregning av effekt til fordamping:
effekt til fordamping = effekt fra koketopp - [varmetap = effekt for småkoking]
La oss regne et lite eksempel. La oss anta at jeg har laget 4 liter kraft som jeg ønsker å redusere til 1 liter, og at jeg kan gjøre dette med en kjele og på et sted som tåler å koke med 2 kW effekt. La oss anta at 0.4 kW av effekten går med til å dekke varmetap (jeg har ikke sjekket dette tallet på egen koketopp, så dette er bare en gjetting). Da er effekten som går til fordamping lik 2.0 kW - 0.4 kW = 1.6 kW. Estimert tid til å fullføre reduksjon som skal fordampe 4 liter - 1 liter = 3 liter blir da
37.2 min * kW / liter * 3 liter / 1.6 kW = 69.8 min ~= 1 h 10 min
Så jeg trenger ikke å spå i teblader, gjette eller opparbeide mye erfaring for å vite hvor lang tid denne prosessen kommer til å ta; det går an å regne ut basert på vannets fysiske egenskaper. Helt riktig blir det nok ikke ettersom man kan gjøre feil i estimater av varmetap og jeg antar fordampingsvarme også avhenger av atmosfærisk trykk som varierer med høyde over havet og været, men for eksempelet over vil det være rimelig å tro at prosjektet bør ta mellom 1-1.5 time.
Ellers gjelder det å være forsiktig og passe på ved reduksjon. Etterhvert som det siste vannet begynner å forsvinne så vil blandingen tykne, og på et tidspunkt vil den kunne svi seg og jeg antar at den i verste fall vil kunne antenne, avhengig av hva slags stoffer man sitter igjen med. Så det gjelder å ha kontroll på prosessen og sørge for at man følger med (og evt. skru ned effekten etterhvert for å få mer kontroll) og gjør dette på en sikker måte.
TL;DR; kortversjonen er at tiden det tar å gjennomføre en reduksjon målt i minutter kan beregnes omtrentlig ved å (i) ta den effekten man vil koke på i kW (f.eks. 2 kW) og trekke fra den effekten man må bruke for å få den samme væsken til å bare småkoke (f.eks. 0.4 kW) noe som gir fordampingsvarme (1.6 kW for dette eksempelet), (ii) dele tallet 37.2 på fordampingsvarmen (37.2 / 1.6 = 23.25), og (iii) multiplisere med antall liter vann som skal dampes bort, f.eks. 5 liter (5 * 23.25 = 116.25), noe som (iv) gir ca. reduksjonstid målt i minutter (116.3 min som er litt under 2 timer). Og pass på at du vet hva du driver med og ikke ender opp med en brann.
Reduksjon innebærer å koke en væske slik at vannet i væsken fordamper. Hvert vannmolekyl som går over til damp innebærer ett mindre vannmolekyl i væsken, og når denne prosessen får gå så forsvinner gradvis vann og mengden væske reduseres. Selv om det neppe er bare vann som forsvinner i denne prosessen (den sterke lukten som oppstår må jo komme fra noe som er forsvunnet ut i luften) så er den generelle antagelsen i matoppskrifter jeg har sett at det stort sett er vann som forsvinner (bortsett fra oppskrifter der man koker ut alkohol).
Dette er ikke nødvendigvis alltid sant, så her kan det sikkert være verdt å sjekke ut om akkurat den blandingen man har for hånden, er egnet for reduksjon. For det første må blandingen tåle å varmes opp til hundre grader Celsius (evt. justert for kokepunkt ved annet atmosfærisk trykk), og det gjelder ikke blandinger som f.eks. har stoffer som vil koagulere eller skille seg. For det andre må det ikke være andre ingredienser som har lavere fordampingspunkt enn vann, dersom man ønsker å beholde disse i væsken - ett eksempel på dette er alkohol. Og så kan det være andre flyktige forbindelser som man ønsker å beholde, der man må være klar over evt. negative konsekvenser av reduksjon.
Ofte når man lager mat så skal maten få stå og småkoke, dette er ikke det man ønsker ved reduksjon - tvert imot er det nettopp kokingen som viser at væsken avgir damp, og langsom kokeprosess betyr langsom reduksjon. Samtidig er det begrenset hvor sterk koking man kan gjøre før ting begynner å boble over, og evt. også hvor mye effekt man kan tilføre før noen væsker vil kunne svi seg. Derfor er det et poeng å bruke et kokekar med størst mulig areal i bunnen, ettersom dette vil føre til at dampen får størst mulig overflate å slippe ut av, i tillegg til at varmen fra koketoppen spres over et større areal og varmen per arealenhet og dermed risikoen for å brenne noe i bunnen av kjelen reduseres.
Koking og reduksjon betyr at væsken forsvinner opp i luften og man vil lede den bort fra væsken noe som selvsagt innebærer at denne kokingen må skje uten lokk. I neste omgang må man tenke på hva som vil skje med dampen - den bør da helst ledes ut i et avtrekk som skal frakte vekk større mengder damp, så det kan potensielt være snakk om problematikk med kondens. Hvis man reduserer utendørs har man ingen problemer med hverken avdamping eller evt. lukt. Skal man redusere inne uten vifte (og et sirkulasjonsfilter med kullfilter vil ikke fjerne dampen), så må man være forberedt på større mengder damp.
Så hvor lang tid tar reduksjon? Når man reduserer små mengder væske i stekepanne på høy varme går dette "fort", men en stor kjele kraft er mer tidkrevende. Her er det vi kan se på fysikken i problemet for å kunne regne på tidsbruken. Vann har spesifikk fordampingsvarme 2230 kJ/kg (kilde: Wolfram Alpha), det vil si at for å fordampe 1 liter kokende vann så må man tilføre 2230 kJ varme til denne fordampingen.
Dersom vi tilfører 1 kW effekt til selve fordampingen, så vil man i løpet av 1 minutt ha tilført 1 kW * 60 s = 60 kJ varme. Mengden vann som vil fordampes av denne varmen er fordamping av 1 kW varme = 60 kJ/min * (1 liter / 2230 kJ) = 0.027 liter/min, alternativt kan man regne ut at fordampingstid ved 1 kW varme = 1 / (0.027 liter/min) = 37.2 min / liter. Denne tiden er proporsjonal med mengden vann og omvendt proporsjonal med varmeeffekt, noe som gir oss en ...
Formel å regne ut fordampingstid:
Fordampingstid = (37.2 min * kW / liter) * (liter vann) / (kW varme fordamping)
Det er her viktig at varmeeffekt er varme til selve fordampingen, og dette er generelt ikke det samme som varmeeffekt i koketoppen som benyttes. Varmen går nemlig ikke bare til fordamping, men også til å holde væsken varm - kjelen vil hele tiden ha varmetap langs kjelens sider og bunn, og denne varmen må komme et sted fra.
Effekten til fordamping er i prinsippet lett å finne eksperimentelt. De fleste som lager mat har erfaring med å finne en innstiling som innebærer småkoking av en væske der den såvidt lager bobler, og dette er nettopp den effekten som man må levere til kjelen for at man akkurat skal balansere varmetapet og holde væsken ved kokepunktet. Hvis man kan lese av denne effekten fra koketoppen, så vet man hva som er effekten som går med til varmetap. Så lenge volumet av kjelens innhold er konstant (noe som ikke gjelder for reduksjon så dette forholdet vil kunne endre seg underveis i reduksjonen), så vil varmeeffekt til fordamping da på grunn av fysikkens lov om energibevaring være bestemt av ...
Beregning av effekt til fordamping:
effekt til fordamping = effekt fra koketopp - [varmetap = effekt for småkoking]
La oss regne et lite eksempel. La oss anta at jeg har laget 4 liter kraft som jeg ønsker å redusere til 1 liter, og at jeg kan gjøre dette med en kjele og på et sted som tåler å koke med 2 kW effekt. La oss anta at 0.4 kW av effekten går med til å dekke varmetap (jeg har ikke sjekket dette tallet på egen koketopp, så dette er bare en gjetting). Da er effekten som går til fordamping lik 2.0 kW - 0.4 kW = 1.6 kW. Estimert tid til å fullføre reduksjon som skal fordampe 4 liter - 1 liter = 3 liter blir da
37.2 min * kW / liter * 3 liter / 1.6 kW = 69.8 min ~= 1 h 10 min
Så jeg trenger ikke å spå i teblader, gjette eller opparbeide mye erfaring for å vite hvor lang tid denne prosessen kommer til å ta; det går an å regne ut basert på vannets fysiske egenskaper. Helt riktig blir det nok ikke ettersom man kan gjøre feil i estimater av varmetap og jeg antar fordampingsvarme også avhenger av atmosfærisk trykk som varierer med høyde over havet og været, men for eksempelet over vil det være rimelig å tro at prosjektet bør ta mellom 1-1.5 time.
Ellers gjelder det å være forsiktig og passe på ved reduksjon. Etterhvert som det siste vannet begynner å forsvinne så vil blandingen tykne, og på et tidspunkt vil den kunne svi seg og jeg antar at den i verste fall vil kunne antenne, avhengig av hva slags stoffer man sitter igjen med. Så det gjelder å ha kontroll på prosessen og sørge for at man følger med (og evt. skru ned effekten etterhvert for å få mer kontroll) og gjør dette på en sikker måte.
Ingen kommentarer:
Legg inn en kommentar