Fa caldo, quindi impiego meno tempo a cuocere la pasta. O no?

Un amico mi ha posto il quesito seguente: “l’incremento delle temperature medie rispetto alla norma ha un qualche effetto misurabile sul tempo di cottura della pasta? A me pare di sì…”. Sono le tipiche domande che mi fanno scattare una molla: il quesito infatti mi ha incuriosito ed ho provato a ragionarci su.

Un piatto di pasta (fonte www.gushmag.it, Licenza #1894867 da www.canstockphoto.com Dasha Petrenko)

Un piatto di pasta (fonte http://www.gushmag.it, Licenza #1894867 da http://www.canstockphoto.com Dasha Petrenko)

Ho ben presente che uno studio di questo tipo ben si presterebbe ad essere candidato per il premio Ig Nobel, ma in realtà non aspiro a tanto, e ritengo invece utile fare due conti a spanne per vedere di dare una risposta all’amico. E siccome la risposta è interessante, ho deciso di trasformare la risposta in un post.

Per una volta, pubblico un post un po’ leggero, anche se le formule, come vedrete, non mancano. Notiamo subito, infatti, che si tratta di un bell’esercizio di fisica, e in particolare di termodinamica, ma serve anche qualche nozione di base di cucina. Conoscendo le mie modeste abilità culinarie (ma la pasta riesco anche io a cuocerla al dente!), ho cercato un po’ di aiuto sul web per le dosi, visto che normalmente io “vado a spanne”.

La pasta è prontaaaaa (fonte: thumbs.dreamstime.com)

La pasta è pronta! (fonte: thumbs.dreamstime.com)

Torniamo a noi. Parlavamo e parleremo di pasta, ma un discorso analogo varrebbe per il riso. Per preparare un piatto di pasta per due persone servono 160 grammi di pasta (ho detto due persone, non due lupi!) e almeno un litro di acqua. Anzi, la regola aurea dei cuochi (fonte: questo post) specifica che sono necessari 1 litro di acqua ogni 100 g di pasta, quindi nel nostro esempio occorrono 1.6 litri di acqua.

Se l’acqua si trovasse alla temperatura iniziale T, la quantità di calore che dovrebbe essere fornita dal fuoco della cucina a gas è Qa=ma ca ΔT dove ma=1 kg è la massa di acqua e ca= 4187 J/kgK il calore specifico dell’acqua, mentre ΔT=100-T è la differenza di temperatura tra la temperatura ambiente e quella di ebollizione dell’acqua (nella formula precedente, T va espressa in °C, mentre ΔT, essendo una differenza, può essere considerata in gradi Kelvin; 100 °C è la temperatura di ebollizione in condizioni standard: livello del mare, acqua distillata e pressione media).

La prima fase: portare l'acqua all'ebollizione (fonte: vanthian.altervista.org)

La prima fase: portare l’acqua all’ebollizione (fonte: vanthian.altervista.org)

A questa quantità di calore bisognerebbe aggiungere anche quella relativa alla pasta, che vale Qp=mp cp ΔT con mp=0.16 kg e cp=2.15 J/kgK (valore tratto da questa fonte: anche se non fosse esatto al 100%, vedremo più avanti che tale valore è ininfluente). In definitiva, Q=Qa+Qp=(6699.2+0.344) ΔT=6699.544 ΔT ≈6699.2 ΔT, ovvero la quantità di calore assorbita dalla pasta risulta trascurabile rispetto a quella assorbita dall’acqua.

Si noti che qui si fa l’ipotesi di mettere la pasta nell’acqua prima che questa bolla, ma in realtà, che la si metta prima o dopo, il discorso non cambia, in quanto il calore è energia, che è una grandezza additiva. Quello che potrebbe cambiare, invece, è il gusto della pasta… ma di questo non vorrei parlare!

Poniamo di aver regolato il gas in maniera tale che, alla temperatura ambiente in casa tipica di un mese fa (T1=24 °C), fossero necessari 10 minuti per portare acqua e pasta dalla temperatura ambiente all’ebollizione. Se la temperatura aumentasse fino al valore di questi giorni (T2=32 °C nelle case), servirebbe meno tempo per portare a ebollizione acqua e pasta? E se sì, di quanto si ridurrebbe?

Per rispondere a queste domande occorre valutare le quantità di calore alle due temperature:
Q1=( mp cp + ma ca) ΔT1   e   Q2=( mp cp + ma ca) ΔT2
Se ipotizziamo di regolare il gas allo stesso modo, dal momento che il gas fornisce la stessa potenza (energia per unità di tempo), si possono uguagliare le due potenze, calcolate dividendo il calore per l’intervallo di tempo:
P1=Q1/Δt1=( mp cp + ma ca) ΔT1/Δt1   e   P2=Q2/Δt2=( mp cp + ma ca) ΔT2/Δt2
e siccome P1=P2 se ne deduce che:
( mp cp + ma ca) ΔT1/Δt1 = ( mp cp + ma ca) ΔT2/Δt2
da cui:
Δt2=Δt1 ΔT2/ΔT1

La scolatura prima di impiattare (fonte: www.greenme.it)

La scolatura prima di impiattare (fonte: http://www.greenme.it)

Questa espressione – tra l’altro – risulta indipendente dalla massa della pasta e dell’acqua, e dipende invece soltanto dalla temperatura ambiente.

Usando i valori numerici sopra riportati:
Δt2=10 min 68/76 = 8 min 56 s
ovvero si risparmierebbero 1 minuto e 4 secondi, pari all’11% circa del tempo necessario per portare acqua e pasta all’ebollizione.

La percentuale dell’11% dipende dal rapporto tra le variazioni di temperatura ΔT2/ΔT1, ed è anche indipendente dalla potenza del gas usata.

Buon appetito!!!
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Alcune note qui di seguito, che spiegano alcune approssimazioni fatte in questo conto “spannometrico”.

  1. il guadagno sui tempi si limita alla fase necessaria a portare l’acqua in ebollizione; durante la cottura, infatti, l’acqua rimane in ebollizione e quindi non cambia nulla. Al limite, quando fa caldo, la dispersione termica dalla pentola è minore, per cui basta un fuoco basso a mantenere attiva l’ebollizione.
  2. Qualcuno potrebbe obbiettare che la pasta andrebbe cotta in acqua salata e non in acqua dolce, il che potrebbe comportare la variazione del punto di ebollizione: è vero. La regola aurea dei cuochi (fonte: questo post) dice che sono necessari 10 g di sale ogni 100 g di pasta, quindi nel nostro esempio di sopra ne occorrono 16. Il punto di ebollizione dell’acqua sale di 0.14 °C ogni 8 g di sale (fonte: questo post), per cui nel nostro esempio esso diventerà 100.28 °C invece di 100 °C. L’effetto, oltre che ad insaporire la pasta, è quello di diminuire (di poco) i tempi di cottura della pasta. Supponendo di versare il sale nell’acqua subito all’inizio, o comunque prima del raggiungimento del punto di ebollizione, ripetendo i conti di sopra si trova che il tempo risparmiato diventa il 10.5%, ed i dieci minuti di cottura si ridurrebbero di 1 minuto e 3 secondi, per cui l’effetto è minimo e può essere definito trascurabile.
  3. Rispetto ad un mese fa, la pressione superficiale è un pochino maggiore adesso, a causa della presenza dell’anticiclone africano, ma le differenze sono piccole, di qualche hPa. Una pressione maggiore fa aumentare il punto di ebollizione: ad esempio, un incremento di una ventina di hPa produce un aumento di 1 °C nella temperatura di ebollizione (fonte: questo post). L’effetto sulle tempistiche di ebollizione è pertanto simile a quello sopra descritto per l’acqua salata, ovvero del tutto trascurabile.
  4. Ho ipotizzato che l’acqua per la pasta abbia la stessa temperatura dell’aria in casa. Questa è in realtà un’ipotesi “forte”, in quanto normalmente l’acqua scorre sottoterra ed ha una temperatura inferiore a quella dell’aria, specialmente nella stagione fredda, quando le case sono riscaldate. Ad esempio, le simulazioni che facciamo con il modello WRF ci dicono che, oggi 23 luglio, la temperatura a 40 cm di profondità è di 27 °C circa. È un valore molto alto rispetto alla norma, tuttavia inferiore alle temperature tipiche che ci sono in casa. Tuttavia, in questi giorni, verifico sperimentalmente che, in realtà, se non si “tira l’acqua” per un po’ di tempo, il primo getto ha all’incirca la temperatura ambiente, visto che i tubi scorrono in casa ed i muri si sono riscaldati. Questo è particolarmente vero nelle ore in cui generalmente si consuma poca acqua, ovvero nei pressi del pranzo (dopo pranzo, invece, si lavano i piatti e l’acqua corre maggiormente, per cui è più fresca). La temperatura esatta dell’acqua dipende quindi dal consumo delle persone, o addirittura del condominio, e risulterebbe arduo determinarla a priori, e proprio per questo motivo ho scelto di usare la temperatura ambiente, il cui valore è determinabile con maggiore facilità. Se usassi valori inferiori, il rapporto ΔT2/ΔT1 tenderebbe ad aumentare e quindi il tempo risparmiato Δt2 tenderebbe a diminuire.

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