Teksti: Marko Hamilo

Kun tavoitteena on liikuteltava kylmäjärjestelmä, on säästettävä joka grammasta. Sähkökäyttöiset kylmäboksit ovat kevyitä, mutta mistä virta?

Lyijyakku sisältää energiaa vain 40 wattituntia kilogrammaa kohden. Kylmäboksia jäähdyttävän niin sanotun peltier-elementin hyötysuhdekin on heikko. Jos ei ole aurinkopaneelia, on tehokkaampaa kuljettaa kylmyyttä.

Kun kylmälaukussa sulaa kilo jäätä, energiaa sitoutuu 93 wattituntia. Koska hyötysuhde on sata prosenttia, jää päihittäisi litiumakunkin. Kylmäpatruunat ovat vain hieman tehokkaampia.

Jään lämpeneminen 18 miinusasteesta nollaan ja sulaneen veden edelleen tarjoilulämpötilaan sitoo myös hieman energiaa, mutta vähemmän kuin itse sulaminen.

Lisää tehoa kuivajäästä

Kylmähifisti ostaisi kylmälaukkuunsa kuivajäätä eli kiinteää hiilidioksidia. Se ei sula, vaan sublimoituu eli muuttuu kiinteästä olomuodosta suoraan kaasuksi. Sublimoituminen tapahtuu hurjassa 79 pakkasasteessa. Kuivajää sopiikin hyvin esimerkiksi pyydettyjen kalojen nopeaan pakastamiseen.

Voisi järkeillä, että kuivajää pitäisi juomat viileinä jopa kymmenen kertaa kauemmin kuin vesijää, koska kuivajään ja juomien lämpötilaero on kymmenkertainen vesijään ja juomien lämpötilaeroon verrattuna. Lämpöoppi on eri mieltä kuin intuitio.

Olomuodon muutoksessa sitoutuvan energian määrä ei nimittäin riipu siitä, missä lämpötilassa muutos tapahtuu.
Kuivajään kylmyydestä on vain haittaa: mitä suurempi lämpötilaero ulkoilman ja kylmälaukussa nököttävien kuivajääkimpaleiden välillä, sitä suuremmalla teholla lämpö siirtyy kylmälaukun seinän läpi kimpaleita sublimoimaan. Kun lämpötilaero kaksinkertaistuu, myös lämpöenergian siirtyminen kaksinkertaistuu.

Kuivajään sublimoituminen sitoo lämpöä 160 wattituntia kilogrammaa kohden - eli se ei jäähdytä todellakaan kymmenen kertaa, mutta sentään melkein kaksi kertaa tehokkaammin kuin vesijää. Kuivajää on myös vesijäätä tiheämpää, joten jos laukussa on pula tilasta, kuivajää on paras ratkaisu.

Nestetyppi häviää jäälle

Sen sijaan nestetyppi - jota esimerkiksi ihotautilääkärit käyttävät poistaakseen syyliä jäädyttämällä - ei ole kovin tehokas kylmävaraaja. Sen kiehumispiste on karmeat 196 pakkasastetta, mutta typen höyrystyminen sitoo lämpöenergiaa paljon vähemmän kuin vesijään sulaminen.

Periaatteessa itse olut- tai virvoitusjuomatölkkiin voisi rakentaa mekanismin, jossa pieni määrä huoneenlämmössä kiehuvaa vaaratonta nestettä vapautetaan juuri ennen tarjoilua tölkin pohjan tyhjiöksi pumpattuun lämpönieluun. Höyrystyminen viilentää tölkin juotavaa sisältöä. Tekniikkaa ei tiettävästi ole vielä kaupallistettu.

Tölkistä kylmäpatruuna

Juotavat voi pitää viileinä myös kuljettamatta grammaakaan kylmävaraajia. Oluen itsensä jäädyttämisestä ja sulattamisesta ei nimittäin synny mitään makuhaittoja. Väljähtyminen seuraa ainoastaan mahdollisesta hiilidioksidin katoamisesta.

Näin voi käydä pullotetulle oluelle tai muulle hapokkaalle juomalle, kun neste jäätyy ja laajenee. Pulloon jäävän kutistuvan kaasutaskun paine kasvaa ja hiilidioksidia voi päästä karkuun kruunukorkin tiivisteen ja lasin välistä.
Tiede-lehden kotikokeessa paine jopa ampui korkin päin pakastimen sisäseinää. Tölkki sen sijaan säilyi ehjänä, vaikka sen pohja pullistelikin. Koe toistettiin eri olutmerkeillä sekä hiilihapotetulla virvoitusjuomalla. Vain kerran kannen saumakohtaan tuli reikä.

Koolla on väliä

Sulamisen hidastamiseksi on hyvä muistaa myös pari asiaa geometriasta. Mitä pyöreämpi säiliö on, sitä suurempi on sen tilavuuden ja lämpöä ympäristöstään vastaanottavan pinta-alan suhde. Esimerkiksi pallolla on vain noin puolet saman vetoisen kuution pinta-alasta.

Myös koolla on väliä. Kun vaihtaa vaikka kaksi 20-litraista boksia yhteen 40-litraiseen, paranee tilavuuden ja pinta-alan suhde 26 prosenttia.

Paras tapa pitää juotavat kylmänä on siis ostaa tuotteet tölkeissä, jäädyttää ne pakastimessa ja kuljettaa koko porukan kaljat yhdessä yhteisessä, mahdollisimman pallonmuotoisessa säiliössä.

Jos vielä eristeenä käyttää vaihtovaatteita, yhtään ylimääräistä grammaa ei tarvitse kantaa mukanaan. Pakkasjuomat pitävät sitten vielä grillilihatkin jääkaappilämpötilassa. 

Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2009

Tiede-lehden päivittäiset nettiuutiset palaavat kesätauolta 30. heinäkuuta.

Lisää aiheesta:

Tweet

  31