domingo, 15 de mayo de 2011

EL frío y su control


EL frío y su control
Cómo enfriar más al hielo con sal común



Desde que se hicieron los primeros avances significativos en la Termodinámica para descifrar el comportamiento de los sistemas relacionados con el calor y la temperatura, se buscó la aplicación práctica de sus principios. Una de éstas fue  bajar la temperatura de los ambientes para la conservación de los alimentos, ya que al principio se conservaban mediante la deshidratación, el salado y condimentación, y la técnica del ahumado. Con el conocimiento preciso de los ciclos termodinámicos en las máquinas térmicas, se desarrollaron dispositivos para disminuir la temperatura en recintos cerrados; es así como aparece el refrigerador en escena. Pero un método conocido desde el siglo XVII para bajar más la temperatura de los materiales, es el que usa una sal combinada con hielo de agua. Para esto, preparamos una solución saturada de sal común (cloruro de sodio) y luego le echamos suficiente hielo picado. De esta manera se logra reducir la temperatura de congelación del hielo porque disminuye la presión de vapor de la solución. De nuevo, en el diagrama de fase de la figura I.14, se muestra el comportamiento del agua pura en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. En la gráfica (curva punteada) se puede observar que al bajar la presión de vapor, disminuye la temperatura de congelamiento de la solución agua-sal; así por ejemplo,  si el agua pura se encuentra inicialmente en el estado particular A, al agregar la sal pasa  al estado B. 

     Tales cambios en las propiedades termodinámicas se traducen en el corrimiento del punto triple (Pt) hacia la zona de menor temperatura y presión (Pt). Así que las dos ramas de las fases sólido-liquido y líquido-gas, se corren también hacia abajo, como se muestra en la misma gráfica. Debido a esto, la temperatura de ebullición aumenta (Td > Tb) y la temperatura de fusión disminuye (Tc < Ta).


Por otra parte, en la figura I.15 se muestra la gráfica de la temperatura T en función de la proporción de sal respecto a la masa de agua (sólida y líquida), conocida también como diagrama de fase de la eutéctica, es decir de la mezcla agua-sal. Se puede observar que, a medida que se aumenta la proporción de sal, disminuye la temperatura hasta un valor mínimo de 21,3 oC; al seguir agregando sal a la solución, aumenta la temperatura. La mínima temperatura se conoce como temperatura eutéctica, y se da en este caso para una proporción de sal del 23%. En consecuencia, en la práctica para obtener la mínima temperatura de enfriamiento, por cada 77 g  de hielo se le agrega  23 de sal.

A fin de probar lo discutido anteriormente, se propone hacer el experimento siguiente: a) Se coloca hielo en un envase y se mide su temperatura con un termómetro como el sugerido en la sección I.1. Se anota temperatura mínima. b) Se agrega sal en grano en la proporción 30-70%, 50-50% y 70-30% y se mide la temperatura de la mezcla en cada caso. c) Se comparan y analizan las temperaturas con las suministradas en la figura 15. ¿Qué se puede concluir?

Helados caseros


Helados caseros


Actualmente no es problema hacer helados caseros porque contamos con refrigeradores muy eficientes. Sin embargo, años atrás se usaba en su fabricación la heladera, tal como se muestra en el esquema de la figura I.16. La misma consiste de un recipiente de anime y otro de aluminio de menor tamaño. Para fabricar el helado, primero se prepara en la licuadora una mezcla con leche y frutas al gusto, y luego se vierte cierta cantidad en el recipiente de aluminio; posteriormente, se coloca éste dentro del recipiente de anime. En el espacio entre los dos recipientes se coloca cierta cantidad de hielo picado y sal de mesa.  La proporción, según lo discutido anteriormente, es la siguiente: tres partes de hielo y una de sal. Estos componentes se mezclan bien. Finalmente, la mezcla líquida de helado se bate poco a poco con una cuchara y se coloca la tapa (ésta no aparece en el diagrama); después de cinco minutos se vuelve a batir. Se sigue así hasta obtener el helado después de quince o veinte minutos aproximadamente, tiempo que depende del volumen de la porción a preparar.