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martes, febrero 11

Física cotidiana: la ciencia en la cocina



(Un reportaje de Elena Pérez Beriain publicado en el Heraldo de Aragón del 5 de junio de 2011)

Cocer la verdura en pocos minutos en una olla rápida, congelar la carne a 200 bajo cero o limpiar el horno sin frotar no es magia... es ciencia. La física está presente en nuestra vida cotidiana y en la cocina hasta el aparato más sencillo funciona gracias a los principios básicos de las leyes de la termodinámica, del electromagnetismo o de la mecánica. 

Horno microondas
Calienta el agua de los alimentos
Los hornos de microondas son electrodomésticos muy comunes ahora, pero el primero que salió al mercado (en 1947) medía 1,60 metros, pesaba 80 kilos y costaba 5.000 dólares. Gracias a un aparato llamado magnetrón, se convierte la energía eléctrica en electromagnética (ondas microondas de 2,45 gigahercios de frecuencia). Éstas se reflejan en el interior de la cavidad metálica cerrada y forman ondas estacionarias. Un plato giratorio permite que la comida se caliente de forma más uniforme. Las microondas son fuertemente absorbidas por el agua contenida en los alimentos logrando así un calentamiento rápido.

Tostadora
Un desayuno al rojo vivo
A través del efecto Joule, la energía eléctrica se convierte en térmica. Las tostadoras albergan en su interior dos láminas de mica envueltas por una red de alambre de nicrom. El alambre es una resistencia por la que pasa la corriente eléctrica proveniente del enchufe y que, al calentarse, se pone incandescente y cede calor, y este se aprovecha para tostar el pan. Un conjunto de palancas permite aprisionar la tostada a los alambres y liberarla, pudiendo regular el tiempo de trabajo a través de un temporizador que también corta el suministro eléctrico, enfriándose así el interior de la tostadora.

Olla a presión
Un invento con sello aragonés
Ideada por un francés a finales del siglo XVII, fue el zaragozano José Alix quien consiguió la primera patente en 1919. La cocción convencional se realiza a presión normal y 100ºC de temperatura. Estas ollas aceleran los procesos –superando los 130ºC– y permiten cocer los alimentos a gran velocidad. Su funcionamiento se basa en la Ley de Gay-Lussac y en el diagrama de fases del agua. El recipiente se cierra herméticamente y se va calentando. Parte del agua se evapora, pasa a la fase gaseosa y sube la presión en el interior. Cuando se alcanza el máximo admisible, la válvula de cocción se abre y sale el vapor, aliviando así la presión.

Horno pirolítico
Restos carbonizados a 500º
Los hornos pirolíticos incorporan un sistema de autolimpieza que eleva la temperatura habitual –que oscila entre los 100º y los 250º– hasta los 500º, consiguiendo carbonizar los restos orgánicos que quedaran adheridos en las paredes. Después, una vez frío, las partículas quemadas se retiran con un paño. Se unen varios principios: efecto Joule, convección forzada y aislamiento térmico. Los hornos convencionales constan de unas resistencias que se calientan para generar una temperatura alta para cocinar, un ventilador que distribuye el calor y un cristal especial que permite observar el interior sin peligro.

Campana de extracción
Adiós a los humos y a los malos olores
Las campanas extractoras permiten eliminar el humo y los olores de nuestras cocinas filtrando y evacuando el aire, por lo que su funcionamiento resulta vital a la hora de cocinar. Básicamente se componen de tres partes: la campana, el filtro y el extractor. Este último transforma la energía eléctrica de la red en energía mecánica y, para ello, incluye un motor eléctrico de corriente alterna que utiliza la corriente eléctrica proporcionada por el enchufe para hacer girar un eje a gran velocidad. En este se acopla un ventilador que trabaja como extractor. En ocasiones, este tipo de aparatos pueden incorporar también filtros de carbón activado que, por adsorción (no confundir con absorción) consigue eliminar olores. El extractor genera una depresión en su entrada que facilita la circulación del flujo de aire hacia la campana.

Vitrocerámica de inducción
El calor, del metal de la olla a la comida
La vitrocerámica convencional, basada en una simple resistencia que genera calor por efecto Joule, es el sistema más sencillo; sin embargo, la de inducción requiere técnicas bastante más avanzadas. Su principio básico es la ley de Faraday: un campo magnético variable induce corrientes en superficies metálicas que están en la cercanía del campo. Por eso al colocar el recipiente, que debe estar fabricado con un material conductor que sea ferromagnético, las corrientes inducidas en él lo calientan (por efecto Joule). Una de las principales ventajas de esta tecnología es su rapidez de funcionamiento, porque el calor se produce de forma instantánea. La llegada de las vitros de inducción al hogar supuso una revolución, ya que el vidrio es más fácil de limpiar, puesto que lo que se calienta es el recipiente.

Lámpara de techo
Sistemas de iluminación eficientes
La cocina es una estancia en la que solemos permanecer largos periodos y es conveniente utilizar bombillas eficientes. Las lámparas incandescentes (las más ineficientes) emiten luz calentado eléctricamente, mediante el efecto Joule, un filamento de wolframio que está en una ampolla de cristal rellena de un gas inerte a muy baja presión. Al calentarse emite radiación en el espectro visible. Las lámparas de descarga contienen un gas que se ioniza y que, al volver a su estado de energía inicial, emite fotones ultravioletas. Estos chocan con el recubrimiento fluorescente del interior del tubo que finalmente despide fotones de espectro visible. Y, por último, los LED, que son un tipo de diodos, formados por la unión de un semiconductor tipo P con otro de tipo N.

Batidora
Energía mecánica para triturar
Las batidoras son pequeños electrodomésticos que transforman la energía eléctrica en mecánica, permitiendo triturar alimentos. El corazón de la batidora es un pequeño motor eléctrico de corriente alterna que, a través del fenómeno conocido como inducción electromagnética, utiliza la corriente eléctrica para hacer girar un eje a gran velocidad. En el otro extremo del eje se acoplan unas cuchillas giratorias (en forma de aspas), que al introducirse en los alimentos generan un torbellino que los atrae y los desmenuza. Existen distintos tipos de batidora, desde la que se denomina de brazo –que no falta en ninguna cocina– hasta la de vaso. Este tipo de aparato se conoce como licuadora en Latinoamérica.

Cafetera exprés
Temperatura y presión
Para hacer un buen café exprés se necesitan dos cosas: temperatura y, sobre todo, presión. La cafetera hace pasar agua caliente (a una temperatura de entre 80 y 100º), con una presión de 15 a 19 bares durante 20 o 30 segundos por café molido muy fino. Las cafeteras exprés –a diferencia de las convencionales– no calientan todo el depósito de agua, sino solo el que se va a utilizar para cada taza. Una bomba toma el agua del depósito y la bombea a alta presión al interior de un serpentín. Sobre este se enrolla una resistencia eléctrica, que se calienta por efecto Joule, cediendo así su calor al agua. El agua pasa por el café molido y la alta presión proporciona la cremosidad tan característica.

Frigorífico
El calor, de dentro afuera
Un frigorífico, es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un ambiente a otro, según se requiera. El frío no existe, lo que hay es «falta de calor». El proceso para extraer el calor del interior de la nevera (y así enfriar su interior) no es espontáneo en la naturaleza, ya que el exterior del frigorífico está más caliente que el interior y, según el segundo principio de la termodinámica, si tenemos dos focos a diferente temperatura, el foco caliente (en este caso el exterior) cederá calor al frío (en el interior) hasta que las temperaturas de ambos se igualen. Para extraer calor, necesitamos realizar trabajo. Por ello el frigorífico consta de un termostato para regular la temperatura del interior, que controla un compresor cargado de un refrigerante. Básicamente, utilizamos la evaporación de este para absorber calor y poderlo sacar fuera. Así, por un proceso de compresión y descompresión del refrigerante, que sufre transformaciones de temperatura y de fase, se saca el calor del interior por la rejilla de la parte posterior.

Información facilitada por Lidia Ranz, profesora de Física en el IES Pablo Serrano de Zaragoza; Adolfo Amella, físico y profesor de Tecnología en el IES Benjamín Jarnés de Fuentes de Ebro (Zaragoza); Jesús Acero, profesor titular de Tecnología Electrónica de la Universidad de Zaragoza ymiembro del grupo de electrónica de potencia ymicroelectrónica (GEMP) del i3a; y Rafael Alonso, profesor de Física Aplicada de la Universidad de Zaragoza y responsable del grupo de tecnologías fotónicas (GTF) del i3a. 

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