four beers in a row
Det står en-og-førti øl
 
  mandag 11. januar 2016

Kjøling av Corneliusfat

Tenk deg at du er hjemmebrygger med et Corneliusfat som du skal servere. Det holder 20°C, men det skulle ha vært 10°C. Hvordan kjøler du ned dette ølet raskt og effektivt?

Det er essensielt tre strategier, kjøle innenfra, kjøle ned via overflaten, eller kjøle ned ølet etterhvert som det tappes.

Den første strategien er trolig mest effektiv, men har også størst potensiale for infeksjon. Varmekapasitet til øl er sammenlignbart med vann, som er 4,2J/g/C. I praksis trekkes den litt ned av andelen alkohol i ølet, mens den trekkes litt opp av at det også er sukker oppløst i ølet, så la oss bruke dette tallet. Det vil si at man trenger 4,2 W i ett sekund for å heve et gram (ca samme volum som en sukkerbit) med én grad Celsius. Snakker vi 19 liter og 10°C, så trengs er det 798KJ, eller omkring 2kW (tilsvarende en typisk varmeovn på maks) i knappe seks og et halvt minutt.

Dersom du skal kjøle ned, må du fjerne like mye energi som ble tilført da du varmet opp, men dessverre er ikke nedkjøling like enkelt i praksis som oppvarming. Det vil si at man ofte må bruke endel mer energi for å kjøle noe ned enn for å varme det opp. Det kan illustreres med en varmeovn, som er en effektiv innretning, og med et kjøleskap som er ineffektivt i sammenlikning, siden et blir endel mer varme bak kjøleskapet enn den energien som trekkes ut fra innsiden av skapet.

La oss først se på den første metoden: å kjøle ned et fat med øl gjennom å kjøle det ned innenfra.

Det enkleste ville være å bruke is, for is er lett tilgjengelig, og temmelig mye energi trengs for å smelte is, nærmere 335 J/g, slik at ett gram is som smelter, kan senke temperaturen på 80g is med 1C. Men selvfølgelig kan man ikke bruke is direkte, for da vanner man ut ølet. Men anta at vi tilsetter en isterningspose, og at det er tilsvarende 1dl vann i den og at den er frossen, men holder 0°C. En slik pose vil kjøle ned åtte ganger sin egen vekt med 10°C, i praksis ni ganger om vi antar at ølet holdt romtemperatur på 20°C og skal ned til 10°C, mens smeltevannet varmes opp fra 0°C til 10°C. Det blir nesten ti ganger om vi antar at isen holder -20°C, for is har en varmekapasitet som er i underkant av halvparten av vann. Vi trenger da ikke mindre enn tyve slike isterningsposer for å kjøle ølet med 10°C. Det krever at det tilsettes is tilsvarende to liter vann. I tillegg kommer infeksjonsfaren. Neitakk, jeg tror ikke det er noen farbar vei.

Mer direkte 7.98×10⁵J = m×(335J/g+4,2J/g/K×10K) som gir oss at m=2,12×10³g = 2,12kg. Tar vi utgangspunkt i at isen holder -20°C og at is har en varmekapasitet på 1,9J/g/K, får vi 7.98×10⁵J = m×(335J/g + 4,2J/g/K×10K + 1,9J/g/K*20K) som gir oss 1,92×10³g. Dvs circa 2kg is i begge tilfeller.

Hva med så tørris? Det er fast CO2, som har den egenskapen at den ved vanlig trykk ikke smelter, men sublimerer. Det vil si at det går direkte over fra fast form til gass, uten å gå over i flytende form. Øl skal inneholde CO2 og et overskudd av CO2 lekker ut, i motsetning til et overskudd av vann som bare tynner ut ølet. Dermed høres tørris ut som det perfekte middelet å kjøle et ølfat med.

Tørris sublimerer ved -78,5°C. Energien som kreves er 571 J/g, som betyr at hvert gram tørris kjøler 13,6 ganger sin egen masse med vann 10°C. I tillegg vil gassen kjøle ølet mens den varmes fra -78,5 til 10°C. Om vi antar en jevn varmekapasitet på CO2 på 0,8J/g/K, da kan CO2 kjøle omtrent 1,7 ganger sin egen masse av øl fra 20°C til 10°C i dette tilfellet. Dermed vil 1g CO2-gass ved frysepunktet kunne kjøle 15,3g vann fra 20°C til 10°C. Det vil si at vi trenger 1,24kg, eller omkring 8dl, tørris for 19 liter øl. Litt mer tallfestet: 7,98×10⁵J = m×(571J/g + 0,8J/g/K×(10K+78,5K)) gir m=1,24kg.

Fordelen er at dette skjer fort, men det er også en ulempe, siden CO2'en kan unnslippe gjennom sikkerhetsventilen før man har fått utnyttet dets fulle potensiale for å absorbere varme fra ølet. Uansett, det er overgangen fra fast form til gass som absorberer mest varme, så om CO2'en som kommer ut av sikkerhetsventilen er kald, så representerer det maksimalt bare en niendedel av det kjølepotensialet som tørrisen representerer.

Dersom noen ønsker å gjøre dette, bør de være sikre på at sikkerhetsventilene fungerer. CO2'en i 1,24kg tørris blir til mer enn 600 liter gass ved normalt trykk og 10°C. Dette er ikke noe du ønsker å stenge inne i en 19 liters tank, der det blir over 30 atmosfærers trykk om tanken var tom. Corneliusfat er spesifisert til å tåle 130PSI, som er 8,8 atmosfærer, hvilket betyr at det er godt over hva fatet er designet for. Ikke bare vil sikkerhetsventilen slippe ut mye, men også trenge å dekomprimere mye etterpå, siden sikkerhetsventilen først slår inn på et trykk som er langt over hva ønskelig i ølet.

Andre potensielle problemstillinger jeg ikke vet om er relevante er: Kanskje virvles det opp bunnfall siden tørris synker ned og gassen bobler opp. Kanskje fryses ølet, noe som kan fryses ut stoffer av ølet à la ice-beer, som reduserer smaken på ølet. Dessuten kan gjennomboblingen av CO2 godt «vaske ut» aromastoffer fra ølet, slik at det blir smaksmessig et flatere øl.

Generelt er dette noe jeg ikke tror man ønsker å gjøre med tørris.

Hva så med flytende nitrogen, vil det gjøre det bedre? Tja, man må visst ha 2kg flytende nitrogen for å kjøle ned fra 20°C til 10°C, det tilsvarer omkring 2,4 liter. Der høres ikke det spor bedre, og i virkeligheten er det trolig langt verre. Sannsynligvis vil nitrogenen bare bli liggende og flyte på toppen av ølet, mens det fryser en hinne av øl under seg, og dermed blir det lite kjøling av ølet, mens det meste kjøleeffekten vil lekke ut som kald gass og som kulde gjennom øvre del av fatet. I tillegg er det en annen utfordring. Nitrogen i øl gir et tilsynelatende fyldigere øl. Det er bokstavelig talt hva Guinness bruker i sin Extra Stout for å gi dette ølet sin berømte fylde – mens det er et temmelig tynt øl når bare gassen har unnsluppet. Det er sannsynligvis også det som får øl servert med sparkler til å virke så fyldige. Dytter du signifikante mengder nitrogen inn i ølet, så endrer du dets karakter.

Jeg tror ikke flytende nitrogen hjelper, og jeg ser ikke på flytende hydrogen som en relevant løsning heller.

Uansett, alt som måtte puttes oppi fatet fordrer at man åpner det, og da åpner man også for alskens hygieneproblemer.

Det nest beste er å kjøle fatet ned via overflaten. Hovedproblemet med det er at stål leder varme temmelig dårlig. Det tredje alternativet er å kjøle ølet på veien ut når det tappes. Hovedproblemet med det er konsistens og volum. Jeg skal se nærmere på disse to metodene senere.

Stikkord: , .
©2016 Anders Christensen <anders@geekhouse.no> - Creative Commons CC BY-SA 4.0