viernes 9 de marzo de 2007, 10:50:21

5 Comentarios

Desde que leí el artículo de Pit sobre "Hornillos de gas y bajas temperaturas" tenia en mente escribir este artículo como complemento centrando la atención en el proceso de coción.

Pit nos explicó en su artículo como sacar el máximo provecho a nuestro combustible (http://pit.madteam.net/blog000807/art_280/) , ahora intentaré explicar como podemos ahorrar energia a la hora de obtener agua del  hielo y al cocer los alimentos.

Una nociones báscias de termodinámica nos pueden ser de gran utilidad para ahorrar combustible y tiempo en montaña. Cabe destacar que los procesos aquí descritos estan orientados a cocinar en alta montaña, en casa la cosa es distinta, incluso hay ocasiones en las que nuestro recetario nos recomendará todo lo contrario a lo aquí descrito, tenedlo en cuenta.

Un poco de ciencia ... nunca viene mal

En Termodinámica se conocen como diagramas de fase o de cambio de estado a las representaciones gráficas que muestran como delimitan los diferentes estados de la materia en función de su presión y temperatuta (vid Imagen 2)

En el esquema de la imagen 2 podemos ver diferentes áreas abiertas que son las regiones de cada fase. A lo largo de las líneas, excepto el punto A (punto triple, las 3 fases estan en equilibrio)existen 2 fases en equilibrio. Así, por ejemplo , con líquido y vapor en equilibrio, podemos variar T a qualquier valor a lo largo de la línea AC, pero una vez se ha fijado T, la P, que es la presión de vapor (de equilibrio) del agua líquida a la temperatura T, queda fijada. El punto de ebullición de un liquido a una prsión dada P, es la temperatura a la que su presión de vapor de equilibrio se igua a P. El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es 1 atm. La línea AC da el punto de ebullición del agua como una función de la presión.

El punto de fusión de un sólido a una presión dada P es la temperatura a la que el sólido y el líquido están en equilibrio a dicha presión. La línea AD es la del equilibrio sólido-líquido para el aguay da el punto de fusión del hielo como una función de la presión. Cabe destacar que el punto de fusión del hielo decrece lentamente cuando la presión aumenta. Para una sustancia pura, el punto de congelación del líquido a una presión dada es igual al punto de fusión del sólido.

A lo largo de la línea OA existe equilibrio entre sólido y vapor. El hielo calentado a una presión por debajo de 4.58 torr (1atm=760torr) sublimará a vapor en lugar de fundir a líquido. La línea OA es la curva de presión de vapor del sólido.

El punto C es el punto crítico. La Temperatura y la presión es este punto se llama temperatura crítica y presión crítica, Tc y Pc. A cualquier temperatura por encima  de Tc, las fases líquidas y vapor no pueden coexistir en equilibrio y una compresión isotermica del vapor no producirá condensación.


Diagrama de fases del agua pura
(vid  imagen 3)

En esta representación podemos ver como un cambio en las variables Presión y Temperatura afecta al estado del agua.

Como nuestro laboratorio es el medio ambiente trabajaremos en condiciones de P constante (salvo que utilicemos una olla a presión). Esto implica que seran las variaciones de Temperatura las que condicionen los cambios de fase del agua. Y aquí es donde podemos sacarle jugo a la física.

De las distintas posibilidades a nosotros nos interesan en la montaña dos procesos:

1-Fusión, cambio de estado de sólido a líquido

En condiciones invernales las hidratación es sumamente importante por lo que obtener agua del hielo es un procedimiento habitual.

Lo importante en este proceso es superar el punto de fusión en unos grados para que cambie el estado, eso significa que no debemos aumentar mucho la Temperatura, sólo lo suficiente. Esto que parece tan sencillo en la práctica a veces no lo tenemos en cuenta.

A titulo de ejemplo, Pit me contó que en Sierra Nevada junto a un amigo suyo estaban derritiendo hielo. Su compañero tenia un cazo mediano en el que habia colocado un paraviento y la llama del hornillo la mantenia más bien baja mientras derretia hielo. Junto a ellos, otros dos alpinistas con un cazo mayor realizaban el mismo proceso pero lo calentaban más energicamente. El resultado final fue que su compañero obtubo muchísima  más agua en menos tiempo. La respuesta esta en el diagrama de fases.

El echo de disponer de un cazo mayor no significa que se obtenga más liquido, sino que se deberá consumir mayor emergia para calentar el cazo (a parte de las superficie, recordad que la termodinámica esta ahí persente por lo que existe intercambio entre el sistema y el medio, el paraviento intenta minimizar ese intercambio).

Aunque la clave del éxito reside en la temperatura, no por calentar más rápido se obtendrá mayor liquido, además si nos excediéramos podriamos alcanzar el punto de ebullición y perder el agua que estamos obteniendo (Recordad que a mayor altitud menor presión atmosférica, lo que implica que el punto de fusión es menor)

2-Ebullición, cambio de estado de líquido a vapor

Cuando cocemos algun preparado o pasta en montaña, normalmente esperamos a que el agua hierva para agregar los alimentos, pero de esta forma estamos perdiendo agua (que en montaña es un bien muy preciado) y emergia (combstible consumido).

Lo único que logramos es evaporar agua más rapidamente. Los alimentos no se cuecen más rápidos pues el agua en ebullición no aumenta la temperatura.

Es importante tener en cuenta que para cocer un alimento no es necesario alcanzar la temperatura de ebullición, por loq ue una vez se alcanzan los 70º ya se puede añadir el alimento, y una vez alcanzado el punto de ebullición lo que se debe hacer es bajar la llama.

La olla a vapor (vid imagen 4)

Algunas de las más prestigiosas marcas de sets de cocina de montaña han creado ollas a vapor para ser utilizadas en montaña (normalmente en campos base). El principio de la olla a vapor es sencillo: cuando empezamos a calentar la olla hay aire encerrado en la olla que debemos eliminar ya que cuanto mayor sea el % de humedad más nos costará alcanzar la evaporación. La válvula de saturación permite eliminar el aire y una vez se cierra la presión interna de la olla aumenta permitiendo alcanzar el punto de ebullición a una temperatura más alta.

Propiedades coligativas

Hasta ahora sólo hemos tenido en cuenta el diagrama de fases del agua pura, pero evidentemente nunca dispondremos de agua pura sino que contendra en el mejor de los casos sales disueltas (además al cocer estamos añadiendo innumerables condimentos). Y como afecta esto?

Los efectos de solidos en solución altera los parámetros ideales de las soluciones. Los efectos más destacados son el descenso del punto de congelación, el aumento del punto de ebullición y disminución de la presión de vapor.

Esto se conoce como propiedades coligativas (del latin colligatus, que significa "reunidos") estas dependen de la cantidad de partículas en disolución, con independencia de su naturaleza.

Aunque queda fuera de este articulo, por este motivo se utiliza sal como anticongelante en las carreteras. La sal disuelta en el agua hace que esta se congele a una temperatura mucho menor (con 22 g de sal por cada 100 g de agua se consigue que el punto de congelación disminuya hasta -21ºC).

En cuanto a lo que nos interesa, es interesante relexionar sobre la sal comun, el NaCl, que tan habitualmente utilizamos. Si queremos echar un poco de sal al agua segun lo comentado no se debe echar al inicio sino antes de hervir (ojo que si se alcanza el punto de ebullición y echamos la sal espumea).  Esto se debe a que si la añadimos al inicio, aumentamos el punto de ebullición, lo que nos requiere más tiempo y más energia, o sea gas.

Como hemos indicado al agregar al agua pasta o un sobre preparado estamos preparando una disolución (almidon de la pasta o granulado de los preparados) estamos aumentando el punto de ebullición, si los agregamos antes de la ebullición tendremos suficiente temperatura para que se empiece a cocer el alimento y no perdamos agua por evaporación.

Resumiendo, no es necesario alcanzar la ebullición para que se inicie la coción.
 
Otras consideraciones ...

Siguiendo la línea de este artículo podemos mejorar nuestros tiempos de coción aumentando al superficie de contacto de los alimentos, ¿como? troceándolos.

Al trocear los alimentos aumentamos la superficie de contacto, lo que permite aumentar la velocidad de reacción, por lo que se cuecen más rápido.

Como hablamos de cocer, una vez alcanzamos el punto de ebullición si queremos evitar que esta sea violenta podemos utiliza un tensoactivo como el aceite. Si  ponemos un chorro de aceite este evita el burbujeo violento. Esto se debe a que el aceite esta formado por moléculas largas que suavizan los movimientos superficiales al alcanzar al ebullición.

Espero no haberos aburrido mucho.

Para los que quieran saber más vid Ira N Levin, Fisico Quimica, 3a Ed 1991, Mc Graw Hill

Última actualización: 09/03/2007

5 Comentarios

Enviado por Ruben el lunes 26 de noviembre de 2007

“me gustaria saber porque en alturas elevadas como en las montañas, la coccion de alimentos en agua emplea mas tiempo que al nivel de mar”

Enviado por Victor el viernes 7 de marzo de 2008

“Mira yo no soy alpinista pero soy un buen estudiante de quimica, supongo que a mas altura y hay menos oxigeno para que la llama del hornillo se queme y otra cosa sera por que se enfria el agua otra cosa no te puedo decir”

Enviado por Eric el miércoles 9 de abril de 2008

“Muy bueno el artículo, me ha sido muy ultil pues hoy en clase de química la profesora nos preguntó lo de la sal como anticongelante, lo que he podido responder gracias a este artículo.”

Enviado por Jon el jueves 1 de mayo de 2008

“Respondiendo la pregunta de Rubén

Intentaré responder a la pregunta de la forma más comprensible que me sea posible:

A mayor altura la presión que hay es menor, a nivel del mar, hay 1 atm de presión, si ves las tablas termodinámicas que hay en el artículo, verás que como todo el mundo sabe a esa presión el agua hierve a 100ºC. Al disminuir la presión, esto es a subir metros, la presión disminuye y el agua se evapora a una temperatura menor. Por lo tanto si el agua se convierte en vapor a menor temperatura, los alimentos que están sumergidos en ella, están a menor temperatura y por eso tardan más en cocinarse. Este también es el principio de la olla a presión,esto es dentro de la olla hay más presión por lo que hay agua liquida a una temperatura mayor que 100ºC y por eso se hace antes la comida.

Explicación de por qué a menos presión la temperatura de ebullición disminuye: la presión ejerce fuerza sobre todas las cosas, su definición es fuerza entre superficie, cuando el agua está liquida y se le da calor para que pase a gas, tiene que superar la fuerza que ejerce la atmósfera sobre ella para poder hacerlo. Por lo tanto a mayor altura, menor presión, la atmósfera ejerce menos fuerza sobre el agua liquida y el agua necesita una temperatura inferior a los 100ºC para ebullir.

Ejemplo: Si a una temperatura y una presión dadas tienes agua vapor y empiezas a aumentar la presión, ese agua pasara a liquido. También sucedería si manteniendo la presión disminuyes la temperatura. También ocurre a la viceversa, partiendo de liquido, pero aumentando la temperatura o disminuyendo la presión.

Espero que no sea mucha la txapa que he metido y que halla quedado claro.”

Enviado por Gustavo el viernes 5 de septiembre de 2008

“Saludos.
Teniendo el diametro del orificio por donde escapa el vapor en una olla a presión puedo calcular la masa de la valvula que permite o no la salida del vapor ? que presión promedio se alcanza en una olla a presión casera ?
De antemano gracias por sus comentarios.
”