Koude koffie

Het is bekend dat koffie sneller afkoelt dan thee, laat mevrouw C.B. te A. weten, maar ik heb daar nooit een goede verklaring voor gevonden. Kunt u dat thema niet eens behandelen in uw rubriek?

Dat is zeker een goed idee, mevrouw. De waarneming, die inderdaad nergens in de moderne literatuur is beschreven, roept om analyse. En het was aardig geweest als u had aangegeven hoeveel sneller koffie afkoelt dan thee. Nu moesten wij daar personeel en apparatuur voor vrij maken.

Voorbereidend onderzoek leerde dat koffie en thee alleen genietbaar zijn in het temperatuurtraject tussen 70 en 55 graden. Veldonderzoek wees verder uit dat de gemiddelde thee- of koffieverstrekking uit zo'n 160 milliliter, dat is 160 gram, vocht bestaat. De taak was dus na te gaan in hoeveel minuten 160 gram koffie van 90 graden was afgekoeld tot 55 graden en hoeveel méér tijd thee in een identiek kopje daarvoor nodig had. De metingen hebben jammergenoeg geen stelselmatige verschillen aan het licht gebracht. Afhankelijk van de gebruikte kop of beker wordt de fatale grens van 55 graden binnenshuis binnen een minuut of vijftien tot twintig onderschreden en de ene keer lag de koffie inderdaad een minuutje voor op de thee, maar de andere keer was het net andersom. Kortom, de waarneming is niet bevestigd, de vraag genegeerd.

Never mind, het breed opgezette meetprogramma toonde andere verschillen aan die evenzeer een analyse waard zijn: de verschillen tussen kopjes en bekers die uit materialen als aardewerk, glas, aluminium, geëmailleerd staal, karton, polystyreen en melamineformaldehyde (Mepal) waren samengesteld.

160 gram "kokend' water had in het beste bekertje (een kartonnen stationsbekertje) na twintig minuten nog een temperatuur van 53 graden en in de slechtste, een geëmailleerd stalen kroes, maar 43 graden. De reserve-vraag werd: hoe zijn deze verschillen te verklaren?

De best toegankelijke tabellen met materiaal-eigenschappen geven meestal alleen informatie over de soortelijke warmte en de warmtegeleidingscoëficiënt. Vertoont de soortelijke warmte maar een bescheiden spreiding van een factor vier (hoog liggen de plastics, laag ligt staal), in de geleidingscoëfficiënt zit een spreiding van meer dan een factor 200. Bovenaan staat aluminium, aan de andere kant liggen glas en sommige plastics. De niet-ingewijde komt daar niet ver mee. Hij realiseert zich in afkoelende thee en kofie een typische niet-evenwichtssituatie aan te treffen die op zijn minst door combinatie van deze parameters beschreven moet worden. Want wat is, binnen twintig minuten, het verschil in effect tussen een hoge soortelijke warmte gecombineerd met een minimale warmtegeleiding (zoals bij plastics) en het omgekeerde: een lage soortelijke warmte en een snelle geleiding (zoals bij aluminium)? Er moest hulp van buiten komen.

De warmtehuishouding van thee- en koffiekopjes is niet echt een issue in Nederland, maar er bestaat een veelheid aan techische bureaus dat zich met de afkoeling van huizen bezig houdt. Daaronder vindt men het Raadgevend technisch buro Van Heugten in Nijmegen en Ingenieursbureau EARS in Delft. Graag geven ir. P. Hoes van de één en ir. J.H. Bijleveld van de ander een college warmtetransport. Hoe in de kopjes en de aangrenzende luchtlagen straling, geleiding en convectie om de voorrang strijden. En dat zij aannemen dat de straling van de warm geworden kopjes op den duur de bulk van de warmte zal afvoeren, wat in overeenstemming is met de waarneming dat het glad-glanzende aluminium bekertje zijn warmte (anders dan verwacht) uitstekend vast hield: gepolijst aluminium heeft een erg lage emissiecoëfficiënt. De technici wijzen er op dat in detail-berekeningen ook de overgangscoëfficiënten voor het energietransport van drank naar kop en van kop naar lucht een rol vervullen.

Bijleveld van EARS neemt aan dat een gemiddeld kopje makkelijk 210 watt per vierkante meter kan verliezen. In twintig minuten zou zo'n kopje (met een stralend oppervlak van, zeg, 0,02 m²) daardoor zo'n 5 kilojoule kwijt raken. In dezelfde periode verliezen thee of koffie ruwweg 25 kilojoules. Neemt men aan dat in de opwarming van het kopje zelf hooguit 2 tot 3 kilojoules gaat zitten dan blijkt er een inktzwart gat te gapen in de warmtebalans.

Gelukkig was daar nog een ander intrigerende effect: dat van het witte plastic dekseltje dat de laatste jaren ongevraagd op de stationskoffiebekertjes van de NS wordt gedrukt. Dat dekseltje moet, begrijpt men, koffiemorsen tijdens de gang van buffet naar trein verhinderen maar blijkt ook een schitterend effect op de warmtebalans te hebben. Koelt een stationskoffiebeker, geladen met 160 gram water van 95 graden, zònder deksel in een half uur af tot 45 graden, mèt deksel staat hij na die tijd nog op 58,5 graden.

Deze observatie sterkt de beide ingenieurs in hun vermoeden dat de meeste warmte gewoonlijk verloren gaat via het vrije vloeistofoppervlak van thee of koffie. Niet alleen is daar het temperatuurverschil met de omgeving het grootst, ook vindt daar verdamping van de vloeistoffen plaats. ""En verdamping kost ontzettend veel energie.''

Detailmetingen van het NRC-lab wettigen het vermoeden dat in een half uur makkelijk zo'n 5 milliliter water kan verdampen. Daar gaan wel 11 kilojoules mee de lucht in.

Zo is de houtskoolschets van de energiebalans wel rond. ""Als er al een verschil is tussen koffie en thee, dan moet het aan de verdamping liggen'', denkt Bijleveld. Een gepasseerd station, er s geen verschil of sterker nog, mevrouw C.B. (te A.), het is eigenlijk meer aannemelijk dat thee in Nederland sneller afkoelt dan koffie omdat de thee hier in zijn traditionele wijde kopje gewoonlijk een ruimer vrij vloeistofoppervlak wordt geboden dan koffie.

    • Karel Knip