La fisica del caffe’

4 Mar

Forse leggendo il titolo di questo post avete pensato di aver sbagliato indirizzo internet oppure che io mi sia impazzito. In realta’ niente di tutto questo. In questo post vorrei aprire una piccola parentesi prettamente scientifica e parlare appunto della “fisica del caffe'” o meglio di come funziona una moka.

Ribadisco non sono impazzito, semplicemente oggi ho realizzato che tutti conoscono la moka, ma in realta’ pochi sanno veramente come funziona. Credo che in realta’, anche molti appassionati di scienza ignorino il vero funzionamento di questo oggetto presente in tutte le case di noi italiani. Per questo motivo ho deciso di scrivere questo semplice post per spiegare come funziona la “macchinetta del caffe'”. In fondo, siamo sempre su un blog di scienza, e proprio di questo vogliamo parlare.

Schema di una moka

Schema di una moka

Partiamo dalle cose ovvie, la moka e’ composta di 3 parti principali in alluminio: il bollitore, un filtro metallico a forma di imbuto e dal raccoglitore. Come sapete tutti, si mette l’acqua nel bollitore, il caffe’ macinato nel filtro,si mette la moka sul fuoco e nel raccoglitore esce il caffe’.

Bene, se pensate che mettendo la moka sul fuoco portate l’acqua in ebollizione, il vapore passa nel filtro e condensa mentre risale verso l’alto, allora e’ il caso che continuiate a leggere il post. Questa risposta, comune alla maggior parte delle persone, e’ in realta’ sbagliata.

Dalla termodinamica, per una normale moka da tre tazzine, la pressione alla completa ebollizione dell’acqua nel bollitore  sarebbe circa di 1600-1700 atmosfere. In questo caso la moka sarebbe equivalente ad una bomba messa sul fornello.

Come funziona in realta’ la moka?

Quando riempiamo il bollitore, il livello dell’acqua arriva piu’ o meno a quello della valvola di sicurezza. Questo significa che quando chiudiamo, sopra all’acqua, e’ presente un certo volume di aria. Mettendo la macchinetta sul fuoco, solo una minima parte dell’acqua raggiunge l’evaporazione mentre l’aria, appunto riscaldandosi, aumenta la propria pressione cercando di espandersi in un volume ben delimitato.

L’espansione dell’aria, spinge verso il basso l’acqua che trova l’unica via di fuga nel beccuccio del filtro ed in questo modo risale verso la polvere di caffe’. L’alta pressione trasforma dunque l’acqua, nel suo passaggio attraverso l’imbuto, nella bevanda che tutti conosciamo. La continua spinta dal basso verso l’alto dell’ulteriore acqua, spinge il caffe’ verso il raccoglitore dove viene raccolto.

In questo caso quindi la pressione all’interno del bollitore e’ solo di poco superiore a quella atmosferica e, come detto, solo una minima parte dell’acqua arriva all’ebollizione.

Come verificare questo? Se ci fate caso, alla fine della preparazione si ha sempre uno sbuffo di vapore che fuoriesce dal raccoglitore. Questo indica semplicemente che il livello dell’acqua nel bollitore e’ arrivato sotto l’imbuto del filtro e quindi, sempre a cusa della spinta dovuta all’espansione, l’aria passa attraverso il condotto producendo la fuoriuscita di vapore.

A proposito, vi mostro un video molto interessante realizzato utilizzando imaging a neutroni su una moka in funzione. Come potete vedere, la spinta dell’aria spinge l’acqua calda attraverso il filtro fino al raccoglitore:

Questo e’ dunque il funzionamento della moka.

Notiamo prima di tutto una cosa. La lunghezza dell’imbuto del filtro non e’ casuale. Un imbuto troppo lungo farebbe uscire il caffe’ prima ma ad una pressione e ad una temperatura piu’ basse. In questo caso il sapore sarebbe meno forte a causa della ridotta pressione con cui l’acqua passa attraverso la polvere e mal miscelato a causa della bassa temperatura. In caso contrario, cioe’ un imbuto troppo corto, la quantita’ di caffe’ raccolto sarebbe troppo piccola e le pressioni richieste molto piu’ alte.

Anche la miscela di caffe’ utilizzata e’ molto importante. Come visto nel funzionamento, l’acqua passa attraverso la polvere una sola volta. Per questo motivo si cerca di macinare in modo molto sottile il caffe’ in modo da aumentare la superficie di contatto con l’acqua. Questo e’ importante per migliorare l’estrazione delle sostanze solubili presenti nel caffe’.

Per chi non lo sapesse, quello della moka e’ un brevetto completamente italiano. Questo strumento di piacere e’ infatti stato inventato da Alfonso Bialetti nel 1933.

La vera moka e’ infatti solo quella Bialetti. Non che io voglia fare pubblicita’, ma questa ditta e’ l’unica che puo’ sfruttare il brevetto originale. Questo infatti prevede una moka di forma ottagonale per aumentare la presa in caso di superficie bagnata. Marche diverse di moka prevedono forme diverse, rotonde o sempre poligonali, ma che non rispettano il brevetto originale.

Ultimissima curiosita’. Il nome moka deriva dalla citta’ Mokha in Yemen, una delle prime e piu’ famose zone di coltivazione del caffe’. Il nome espresso invece, che alcuni vorrebbero indicare la velocita’ di preparazione con questa tecnica, deriva in realta’ dalla crasi di due parole “extra” e “pressione” appunto per indicare la sovrapressione con cui l’aria spinge l’acqua attraverso il filtro ad imbuto.

Con questo chiudiamo questa breve parentesi. A questo punto fate un esperimento, provate a chiedere ad amici e conoscenti come funziona una moka. Vedrete quanti sono convinti di avere una bomba in casa.

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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9 Risposte to “La fisica del caffe’”

  1. Patrizia maggio 14, 2013 a 2:24 pm #

    Che grande invenzione la moka! Se il caffè vi piace dolce e particolarmente caldo, mettete lo zucchero direttamente nel raccoglitore. Quando il caffè è pronto, prima di versarlo nella tazzina, giratelo nella moka stessa….buon caffè e state attenti a non scottarvi! Ciao a tutti.

    • psicosi2012 maggio 14, 2013 a 10:47 pm #

      Se poi lo dici a uno amante del caffe’ …. non puoi che sfondare una porta aperta!

      Matteo

  2. giorgio agosto 23, 2013 a 3:11 pm #

    Ho letto solo ora questo articolo, la spiegazione è corretta ma non completamente. Infatti, si prende la parte inferiore della moka e la si riempie completamente di acqua, intendo non alla valvola ma anche la parte che contiene poi il filtro. Quindi si adagia delicatamente il filtro, e noteremo che questo espelle ovviamente una certa quantità di acqua, ma non completamente, nel senso che nel filtro rimangono almeno due o tre millimetri di acqua. Ora si mette il caffè, che nello strato inferiore si bagna data la presenza dell’acqua rimasta e si chiude. Dopo qualche minuto il caffè è pronto. Quindi, in questo caso, non esiste pù lo strato di aria che espandendosi spinge l’acqua a penetrare nell’imbuto, essendo la moka strapiena di acqua, come detto sopra, ma il caffè esce ugualmente. Penso che succede come nei mari, cioè lo strato di acqua fredda in superficie tende a scendere mentre quella calda sale, fino a che la temperatura dell’acqua in basso, che supera i 100 gradi, spinge l’acqua nell’imbuto. Che ne dite?

    • Fabio gennaio 27, 2014 a 9:55 am #

      buongiorno, in apparente contrasto con quanto doviziosamente spiegato, guardando il filmato, osservo che all’inizio della fase di ebollizione la sacca d’aria anzicche’ espandersi si contrae fino quasi a scomparire. Come lo spiega? E’ sicuro che la pressione di ebollizione, in quelle condizioni sia tra le 1600 e le 1700 atmosfere? Mi permetta di esprimere dubbi anche su questa affermazione.
      Cordiali saluti.
      Fabio T.

      • psicosi2012 gennaio 28, 2014 a 11:02 pm #

        Scusate il ritardo, questo commento mi era sfuggito.

        Nella fase iniziale, la sacca d’acqua si comprime solo perche’ spinta dal calore. Se l’espansione avvenisse subito, salirebbe acqua non caldissima, riducendo notevolmente il processo di estrazione del “sapore” dal caffe’.

        Riguardo alla pressione …. forse non si e’ letto bene quanto scritto. 1600 atmosfere sarebbe la pressione che si avrebbe portando l’acqua all’ebollizione. Proprio per questo motivo si dice che la moka non puo’ funzionare in questo modo, a meno di mettere una bomba sul fuoco!

        Saluti,
        Matteo

  3. stefano dicembre 10, 2015 a 2:39 pm #

    sapete dirmi per caso a quanto è tarata la valvola di sicurezza della moka? l’avete mai vista partire come un missile per la luna? la spinta all’acqua a salire verso il filtro, la da l’incremento di volume dovuto all’evaporazione dell’acqua stessa in un volume costante. la conseguenza è un aumento di pressione. la polvere di caffè pressata dentro il filtro, rende difficoltosa la salita dell’acqua verso il raccoglitore…quindi non basterà una leggerissima differenza di pressione rispetto a quella atmosferica…ma dipende molto da quanto presso il caffè… se poi esagero con la pressatura, gli effetti sono due: o sono fortunato e mi si apre la valvola di sicurezza (non succede quasi mai perchè spesso accluse dal calcare), oppure la moka parte come un razzo per la luna (successo la settimana scorsa).

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