martes, 19 de mayo de 2009

Enfriando champán para las ocasiones

En la entrada del 12 de octubre del pasado año, a propósito de algunos experimentos de mi amigo Harold McGee para enfriar adecuadamente las cosas sin tener que usar frigoríficos de muchas estrellas, hablábamos de las mezclas de hielo y sal que, en mi tierna infancia, hacían que emulara a los Arnoldo, los más conocidos (e italianos) artesanos del helado en mi ciudad. Pero esto de tener un Blog tiene sus exigencias y, a lo largo de este finde, un colega de Leoia me pide que le suministre datos para comparar, desde el punto de vista del desarrollo sostenible, el binomio bolsas de plástico/bolsas de papel. Para complicarme más la semana, la tertulia post-golf del domingo me puso la tarea de aclarar, con mi florido verbo, si es posible enfriar una botella de champán con alcohol y de forma más rápida que con un congelador. Y vamos con esto último, que tiene que ver con la entrada arriba mencionada.

En términos de la Química Física se conoce como mezcla eutéctica a la que se da entre dos sustancias que, a una cierta proporción entre ellas, congela a temperaturas más bajas que las sustancias que la componen. El dibujo que ilustra esta entrada es un ejemplo. Se trata de la mezcla entre agua y etilenglicol, un viejo conocido de este Blog. De hecho, la mezcla de ambos es lo que nos venden como anticongelante para el coche. Pues bien, pinchando en el gráfico para que se vea mejor, podeis constatar en el eje de la izquierda el punto de congelación del agua (0º C) y en el de la derecha el punto de congelación del etilenglicol (-14ºC). Parecería lógico pensar que mezclas de uno y otro, en diferentes composiciones, debieran congelar a temperaturas intermedias entre ambos puntos de congelación de las sustancias puras. Pues no. La naturaleza es muy rarita y hace lo que le da la gana. Y de hecho, las mezclas de ambas sustancias congelan a temperaturas que vienen dadas por las líneas que separan la zona rosa de la zona azul y la zona amarilla. En el caso más extremo, hay una composición que contiene un 63% de etilenglicol que congela a la friolera (el término viene al pelo) de -65ºC, muy lejos de las de los componentes puros. Esa composición y temperatura singulares configuran el punto eutéctico de la mezcla.

Hay varias mezclas en las que participa el hielo que presentan puntos eutécticos. La más conocida es la que mencionaba en mi post de octubre de 2008: el hielo y la sal común. Añadiendo 330 gramos de sal por kilo de hielo tenemos un eutéctico situado a -21ºC. El de la urea y el agua se obtiene añadiendo 100 gramos de urea a 1 kilo de hielo y se sitúa a -10ºC. Finalmente, el etanol (o alcohol etílico) y el hielo forman un eutéctico a -119ºC cuando mezclamos
unos 950 gramos de alcohol etílico con 50 de una mezcla de agua y de hielo. La consecuencia de estos diagramas es que si uno coge hielo, lo machaca bien, le deja que se funda un poco y empieza a adicionar alcohol de 96º (del que venden en los supermercados), mientras agita con un termómetro dentro, irá comprobando que la temperatura del sistema va bajando a medida que la cantidad de alcohol crece, hasta llegar a las inmediaciones de esos -119º C, si uno tiene suficiente paciencia y energía agitatoria.

Este asunto de enfriar rápidamente con alcohol surgió, en nuestra tertulia tras el dominical partidito de golf, porque uno de nosotros contó que un conocido suyo había ganado una apuesta de muchos euros enfriando en tiempo récord una botella de champán con una mezcla de alcohol y hielo. Y seguro que lo pudo hacer porque de acuerdo con el gráfico que podeis ver aquí, basta con poner algo más de unos 700 gramos de una mezcla de hielo y agua y adicionar algo más de 300 gramos de alcohol para tener un equilibrio hielo / disolución de alcohol en agua, que mantenga una temperatura de unos -20 ºC, similar al de un congelador al que quisiéramos batir en el enfriamiento de nuestra botella de champán. Y porque, además, como explicaba la entrada arriba mencionada, poner al vidrio en contacto directo con una mezcla frigorífica, que siempre tiene algo de líquido, es mucho más efectivo que meter la botella en un congelador a idéntica temperatura. En ese caso, el fluido refrigerador es el aire que hay en el congelador, que proporciona una menor velocidad de enfriamiento por cuestiones de conductividad térmica.

Lo que ocurre es que gastar 300 gramos de alcohol (que son más de 400 mililitros) por 700 gramos de agua y hielo para conseguir el efecto sale un poco caro. Mejor es usar la mezcla frigorífica de mi primitiva heladora (sal+hielo). A no ser que usemos muchas veces la mezcla alcohólica, para lo que la debiéramos guardar en el congelador y sólo sacarla en caso de apuro.

Aunque conociendo al ganador de la apuesta, ¡será por dinero!.

11 comentarios:

Elena dijo...

Creo que me voy a hacer adicta, este blog tuyo me tiene enganchada.

De los helados a como enfriar champan...

Gracias...

Anónimo dijo...

Yo no acabo de comprender, sobre todo, la aplicación de las mezclas eutécticas para enfriar el champán (o lo que se vaya a beber).
Entiendo que mezlando 2 líquidos (o líquido y sólido) de distinto punto de fusión-congelación se pueda obtener una mezcla cuyo punto de fusión no es la media sino bastante inferior al menor punto de congelación de los líquidos que se mezclan. Es decir, se obtiene una mezcla cuyas propiedades, concretamente el punto de fusión baja más de lo previsto (la media de los puntos de fusión de los líquidos originales).
Y esto, entiendo, quiere decir que para congelar la mezcla habrá que bajar la Tª hasta el nuevo punto de fusión (propiedad nueva). Lo que no entiendo que si se mezcla agua en unas condiciones de Tª = a 0ºC (en su punto de fusión) con alcohol a la misma temperatura 0ºC (14ºC por encima de su punto de fusión) baje la Tª de la mezcla (los 2 líquidos están a 0ºC y la mezcla quedará a 0ºC) aunque baje su punto de fusión.
Es decir, entiendo la aplicación para anticongelante de las mezclas eutécticas pero no su aplicación refrigerante o como método para ganar apuestas.

El Búho dijo...

Pues tienes muy fácil hacer la prueba. Coge hielo machacado en bastante cantidad. Echale un poco de agua de grifo. Espera un poco y míde la temperatura. Dependerá del termómetro pero andarás por 0ºC. Empieza a echarle sal de cocina en puñados generosos y agita con lo que tengas a mano. Mete el termómetro otra vez y comprobaras que está bajo cero y tanto más cuanto más sal sigas adicionando.

Si lo que quieres es una explicación del por qué, me tendrás que decir si puedo usar algún término técnico o lo tengo que contar a modo cuento de Caperucita.

Anónimo dijo...

Sí, me encantaría una explicación que pueda entender. Y lo puedes hacer utilizando los términos que precises, mientras se entienda...

Saludos y gracias por la atención.

El Búho dijo...

La explicación más sencilla que se me ocurre es partir de hielo a 0ºC y adicionar sal. Se trata de una situación en la que el sistema no está en equilibrio y busca alcanzarlo, fundiendo parte del hielo para dar agua y disolver a la sal que hemos adicionado.

Para fundirse el hielo necesita calor y si hacemos la experiencia en un recipiente suficientemente aislado del exterior (condiciones adiabáticas), como las máquinas de hacer helado comerciales, la única forma que tiene el hielo de fundirse es obtener calor de todo el resto del sistema, con lo que el conjunto hielo/sal/disolución se va enfriando.

Si tenemos poco hielo y echamos mucha sal, el hielo acaba por fundirse (aplicación de sal en carreteras heladas). Parece un contrasentido pero es que en esta aplicación la mezcla se encuentra sujeta a la temperatura del entorno que es fija (por ejemplo 5 grados bajo cero) y no tenemos nada que nos aisla de él (condiciones isotérmicas).

No es una explicación del todo correcta (habría que hablar mejor de energías libres) pero puede valer para empezar. Se puede explicar de forma más gráfica con el diagrama de fases sólido/líquido del sistema agua/cloruro sódico pero en los comentarios no puedo meter figuras.

Marco dijo...

Hola, excelente tu explicacion y tu blog, solo gustaria me explicaras; si dices que usan hielo para deshacer el hielo de las carreteras, imagino, que es mucha la cantidad de sal ocupada para dicha cantidad de hielo en la carretera. (es correcta mi afirmacion?) De ser asi, cual seria la proporcion de sal por hielo (como maximo), para tener mejor poder de enfriamiento? (obviamente sin llegar a derretirlo como sucede con las carreteras)

de antemano muchas gracias por tus post, son muy interesantes

El Búho dijo...

Lo de mucho y poco hielo es relativo. Lo importante es que si tienes hielo machacado (siempre le acompaña agua líquida) y empiezas a añadir sal en condiciones lo más adiabáticas (aislamiento del exterior) que puedas, la temperatura va bajando. La temperatura más baja que puedes alcanzar, como dice la entrada, es -21º, al añadir unos 330 gramos de sal a un kilo de hielo.

Lo de las carreteras es diferente. El hielo de la carretera y todo el ambiente está a una temperatura baja, digamos -5º. En esas condiciones isotermas (temperatura constante) uno puede conseguir que el hielo se funda con bastante menos que 330 gramos de sal por Kg de hielo.

Aunque el diagrama que he colgado en el post es el del etilenglicol/agua, puede ayudar a entender lo que he dicho arriba para la sal/agua. Si yo adiciono etilenglicol a hielo machacado, en condiciones adiabáticas, puedo bajar la temperatura hasta -65º cuando la mezcla tiene un 63% del etilenglicol. Pero si estoy en una carretera sueca a -30 (condiciones isotermas) y adiciono ese mismo 63%, y también algo menos, me situo dentro de la zona rosa del diagrama. Y ahí al hielo y al etilenglicol no les quedan más bemoles que disolverse el uno en el otro, con lo que el hielo desaparecería. Pero claro eso hay que hacerlo en zonas muy extensas de la carretera. Si lo hacemos en un trozo muy pequeñito el efecto se diluiría y volveríamos a la zona verde, donde hielo y disolución conviven (la clásica nieve sopa).

Espero haberte explicado lo que querías. A veces las cosas sencillas no son fáciles de vulgarizar.

Alex dijo...

Hola Buho...
Tengo una fábrica de hielo en barras, similar a las que se usan para el helado. En mi fabrica, se llenna unos moldes con agua natural y se los sumerge en una mezcla de agua con sal que es enfriada por un serpentín. Tengo unos equipos bastante potentes y logran congelar el hielo en los moldes en unas 6 horas. Lo que pasa es que el serpentín se va congelando tambien con el tiempo. Me dijeron que ademas de la sal, le añada alcohol a la mezcla. Tienes alguna idea de esto? Cuales serías las proporciones de agua-sal-alcohol...? Y, sera que no me convendría usar solo una mezcla de alcohol-agua?
La salmuera llega a solo -10ºC, y ahi se empiezan a congelar los caños del serpentín...
Gracias...
Alex

El Búho dijo...

No se si podré resolver el problema. Pero para empezar dos preguntas:

Cuando hablas de serpentín supongo que es uno tipo congelador, un serpentín de gas con un compresor como el de los frigoríficos. ¿O no?.

¿Cúal es la concentración de tu salmuera, aproximadamente?.

elcolico dijo...

Hola buenos días quisiera saber cómo reutilizar el agua, hielo y alcohol en caso de utilizarlo.
Es posible seguir utilizándolo? debo ponerle luego más sal? E
Muchas gracias
J.

El Búho dijo...

A la primera pregunta la respuesta no es fácil. El hielo se va disolviendo poco a poco en función del tiempo de espera y al final te quedarás solo con agua y alcohol. Tendrías que saber cuanta agua y alcohol hay en esa mezcla para ver hasta qué temperatura puedes bajar en el siguiente enfriamiento.

En cuanto a la segunda pregunta creo que te has liado. En esta mezcla de alcohol/agua y hielo no se usa sal. Hay otra mezcla frigorífica que emplea agua/hielo y sal. No se puede bajar tan abajo como con el alcohol pero también serviría. Es más barata que la que emplea alcohol.

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Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.