El otro día tuve una taza de café caliente que se enfrió demasiado rápido para mi gusto, lo que me hizo preguntarme cuál era el factor que más contribuía a la pérdida de calor en una taza típica de cerámica con la parte superior abierta: la parte superior abierta, las paredes o la base.
La parte superior abierta permite que el café se irradie hacia la habitación, la convección libre con el aire ambiente y la pérdida de calor por evaporación.
Las paredes laterales tienen conducción hacia las paredes de la taza, convección libre entre el aire y la taza, radiación y la capacitancia térmica de la taza misma (suponiendo que esté a temperatura ambiente cuando esté llena).
El fondo es similar a los lados, pero un anillo delgado está en contacto directo con la mesa y hay una bolsa de aire atrapado entre la mayor parte del fondo y la mesa.
Por unidad de superficie (que debe normalizar la aportación de los distintos componentes) ¿dónde se pierde más calor?
No puedo determinar dónde será mayor la transferencia de calor por convección. El aire en la parte superior de la taza está relativamente estancado, pero la evaporación del vapor podría agitar las cosas. La temperatura de la pared de la taza será más baja que la del café debido a la caída de temperatura en la pared de la taza.
Estoy seguro de que depende de la taza y la temperatura del café, pero la mayoría de las veces apuesto a que el enfriamiento por evaporación desde la parte superior es la principal fuente de pérdida de calor. Eso solo se basa en la experiencia, como si se mantuviera caliente mucho más tiempo cuando cubres la parte superior y mucho menos cuando soplas en la parte superior. También creo que se enfría a un ritmo similar en mi taza de cerámica en comparación con mi taza térmica bien aislada cuando no cubro ninguna de las dos.
Mi experiencia sugiere que la capacidad calorífica de la taza de cerámica en sí es mucho más pequeña que el líquido del interior, por lo que el enfriamiento al calentar la taza hace poca diferencia. Sin embargo, eso es algo que podría calcularse fácilmente.