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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E1.3 - Radiación Térmica
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4204
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Transferencia radiativa sin medio material
La radiación térmica transporta energía electromagnética sin requerir contacto ni fluido portador. En cocina gana importancia cuando se debilitan conducción por contacto y convección por circulación.
Grupo 2: Grupo 2: Emisión superficial y Stefan-Boltzmann
Todo cuerpo a temperatura absoluta positiva emite radiación. Stefan-Boltzmann introduce la cuarta potencia de la temperatura y la emisividad cuantifica la desviación respecto de un cuerpo negro.
Grupo 3: Grupo 3: Intercambio radiativo neto calefactor-alimento
El intercambio neto depende de la diferencia de cuartas potencias entre calefactor y superficie alimentaria. La no linealidad hace que elevar la temperatura del calefactor intensifique desproporcionadamente el flujo neto.
Grupo 4: Grupo 4: Espectro térmico y Ley de Wien
La temperatura del calefactor fija la longitud de onda de máxima emisión mediante Wien. En temperaturas culinarias la emisión relevante cae en el infrarrojo cercano y medio.
Grupo 5: Grupo 5: Absorción superficial y transformaciones culinarias
La radiación infrarroja es absorbida por agua y superficie del alimento. El calentamiento superficial favorece Maillard y caramelización sin implicar necesariamente cocción simultánea del interior.
Grupo 6: Grupo 6: Coeficiente radiante equivalente y balance total
La transferencia radiativa puede linealizarse localmente mediante un coeficiente radiante equivalente. Este aporte se suma al coeficiente convectivo del modelo acoplado para formar un coeficiente total y un flujo superficial combinado.
ID:1516
Grupo 1: Grupo 1: Transferencia radiativa sin medio material
Descripción
La radiación térmica transporta energía electromagnética sin requerir contacto ni fluido portador. En cocina gana importancia cuando se debilitan conducción por contacto y convección por circulación.
Pregunta clave: ¿Cómo actúa transferencia radiativa sin medio material?
La radiación térmica transporta energía electromagnética sin requerir contacto ni fluido portador. En cocina gana importancia cuando se debilitan conducción por contacto y convección por circulación. La radiación térmica transfiere calor mediante ondas electromagnéticas infrarrojas, sin necesitar, a diferencia de la conducción de calor y de la convección de calor que describen sendos modelos distintos de este conjunto, ningún medio material que la propague: en la cocina, esta radiación térmica actúa dentro de un horno, sobre una parrilla, bajo un grill o dentro de una tostadora, y se convierte en el mecanismo dominante de transferencia de calor precisamente cuando este alimento no está en contacto directo con ninguna superficie caliente ni rodeado por ningún fluido circulante. Que este alimento se aleje de cualquier contacto directo o de cualquier fluido circulante hace que esta radiación térmica, en consecuencia, pase a dominar sobre esa conducción de calor y sobre esa convección de calor como mecanismo de transferencia de calor hacia este alimento. Por eso este modelo, con esta radiación térmica y este flujo neto dependiente de la cuarta potencia con las que se abrió, hace que la Ley de Wien indique que un elemento calefactor a estas temperaturas absolutas típicas de la cocina emite esta radiación térmica principalmente en el infrarrojo cercano y medio, fácilmente absorbido por el agua y por la superficie de este alimento, promoviendo así la reacción de Maillard y la caramelización superficial de este alimento sin necesariamente cocer todavía su interior; en la práctica, un coeficiente radiante equivalente permite tratar a esta misma radiación térmica como un aporte adicional junto al coeficiente convectivo que ya establece otro modelo de este conjunto, sumando ambos aportes en un balance total de calor sobre este alimento.
ID:4937
Grupo 2: Grupo 2: Emisión superficial y Stefan-Boltzmann
Descripción
Todo cuerpo a temperatura absoluta positiva emite radiación. Stefan-Boltzmann introduce la cuarta potencia de la temperatura y la emisividad cuantifica la desviación respecto de un cuerpo negro.
Pregunta clave: ¿Cómo actúa emisión superficial y stefan-boltzmann?
Todo cuerpo a temperatura absoluta positiva emite radiación. Stefan-Boltzmann introduce la cuarta potencia de la temperatura y la emisividad cuantifica la desviación respecto de un cuerpo negro. Todo cuerpo a una temperatura absoluta superior a cero emite, según la Ley de Stefan-Boltzmann, una radiación térmica proporcional a la cuarta potencia de esa misma temperatura absoluta, y es la emisividad de la superficie de ese cuerpo, cercana a nueve décimas para la mayoría de los alimentos húmedos, la que cuantifica cuánta radiación térmica emite efectivamente esa superficie respecto de la que emitiría un cuerpo negro ideal a esa misma temperatura absoluta: una superficie dorada o grasa de este alimento puede presentar, frente a esa misma superficie húmeda, una emisividad algo menor. Que la temperatura absoluta de este alimento sea más alta hace que, según esta misma Ley de Stefan-Boltzmann, la radiación térmica que emite su superficie sea, en consecuencia, mucho mayor, por depender esta misma radiación térmica de esta cuarta potencia de la temperatura absoluta y no de la temperatura absoluta misma. El flujo neto de esta radiación térmica entre el elemento calefactor y la superficie de este alimento escala, en consecuencia, con la diferencia entre la cuarta potencia de la temperatura absoluta de ese elemento calefactor y la cuarta potencia de la temperatura absoluta de esta superficie de este alimento, de modo que un pequeño aumento en la temperatura absoluta de ese elemento calefactor genera, sobre este flujo neto de radiación térmica, un incremento mucho mayor que el que generaría ese mismo pequeño aumento sobre una relación proporcional simple: es esta misma dependencia con esta cuarta potencia de la temperatura absoluta la que explica el golpe de calor que se siente al acercarse a una parrilla ya caliente.
ID:4938
Grupo 3: Grupo 3: Intercambio radiativo neto calefactor-alimento
Descripción
El intercambio neto depende de la diferencia de cuartas potencias entre calefactor y superficie alimentaria. La no linealidad hace que elevar la temperatura del calefactor intensifique desproporcionadamente el flujo neto.
Pregunta clave: ¿Cómo actúa intercambio radiativo neto calefactor-alimento?
El intercambio neto depende de la diferencia de cuartas potencias entre calefactor y superficie alimentaria. La no linealidad hace que elevar la temperatura del calefactor intensifique desproporcionadamente el flujo neto. El flujo neto de esta radiación térmica entre el elemento calefactor y la superficie de este alimento escala, en consecuencia, con la diferencia entre la cuarta potencia de la temperatura absoluta de ese elemento calefactor y la cuarta potencia de la temperatura absoluta de esta superficie de este alimento, de modo que un pequeño aumento en la temperatura absoluta de ese elemento calefactor genera, sobre este flujo neto de radiación térmica, un incremento mucho mayor que el que generaría ese mismo pequeño aumento sobre una relación proporcional simple: es esta misma dependencia con esta cuarta potencia de la temperatura absoluta la que explica el golpe de calor que se siente al acercarse a una parrilla ya caliente. Que la temperatura absoluta de este elemento calefactor aumente todavía más hace que este flujo neto de esta radiación térmica hacia esta superficie de este alimento, según esta misma dependencia con esta cuarta potencia, crezca en consecuencia de manera desproporcionadamente mayor. Por eso este modelo, con esta radiación térmica y este flujo neto dependiente de la cuarta potencia con las que se abrió, hace que la Ley de Wien indique que un elemento calefactor a estas temperaturas absolutas típicas de la cocina emite esta radiación térmica principalmente en el infrarrojo cercano y medio, fácilmente absorbido por el agua y por la superficie de este alimento, promoviendo así la reacción de Maillard y la caramelización superficial de este alimento sin necesariamente cocer todavía su interior; en la práctica, un coeficiente radiante equivalente permite tratar a esta misma radiación térmica como un aporte adicional junto al coeficiente convectivo que ya establece otro modelo de este conjunto, sumando ambos aportes en un balance total de calor sobre este alimento.
ID:4939
Grupo 4: Grupo 4: Espectro térmico y Ley de Wien
Descripción
La temperatura del calefactor fija la longitud de onda de máxima emisión mediante Wien. En temperaturas culinarias la emisión relevante cae en el infrarrojo cercano y medio.
Pregunta clave: ¿Cómo actúa espectro térmico y ley de wien?
La temperatura del calefactor fija la longitud de onda de máxima emisión mediante Wien. En temperaturas culinarias la emisión relevante cae en el infrarrojo cercano y medio. Por eso este modelo, con esta radiación térmica y este flujo neto dependiente de la cuarta potencia con las que se abrió, hace que la Ley de Wien indique que un elemento calefactor a estas temperaturas absolutas típicas de la cocina emite esta radiación térmica principalmente en el infrarrojo cercano y medio, fácilmente absorbido por el agua y por la superficie de este alimento, promoviendo así la reacción de Maillard y la caramelización superficial de este alimento sin necesariamente cocer todavía su interior; en la práctica, un coeficiente radiante equivalente permite tratar a esta misma radiación térmica como un aporte adicional junto al coeficiente convectivo que ya establece otro modelo de este conjunto, sumando ambos aportes en un balance total de calor sobre este alimento.
ID:4940
Grupo 5: Grupo 5: Absorción superficial y transformaciones culinarias
Descripción
La radiación infrarroja es absorbida por agua y superficie del alimento. El calentamiento superficial favorece Maillard y caramelización sin implicar necesariamente cocción simultánea del interior.
Pregunta clave: ¿Cómo actúa absorción superficial y transformaciones culinarias?
La radiación infrarroja es absorbida por agua y superficie del alimento. El calentamiento superficial favorece Maillard y caramelización sin implicar necesariamente cocción simultánea del interior. Por eso este modelo, con esta radiación térmica y este flujo neto dependiente de la cuarta potencia con las que se abrió, hace que la Ley de Wien indique que un elemento calefactor a estas temperaturas absolutas típicas de la cocina emite esta radiación térmica principalmente en el infrarrojo cercano y medio, fácilmente absorbido por el agua y por la superficie de este alimento, promoviendo así la reacción de Maillard y la caramelización superficial de este alimento sin necesariamente cocer todavía su interior; en la práctica, un coeficiente radiante equivalente permite tratar a esta misma radiación térmica como un aporte adicional junto al coeficiente convectivo que ya establece otro modelo de este conjunto, sumando ambos aportes en un balance total de calor sobre este alimento.
ID:4941
Grupo 6: Grupo 6: Coeficiente radiante equivalente y balance total
Descripción
La transferencia radiativa puede linealizarse localmente mediante un coeficiente radiante equivalente. Este aporte se suma al coeficiente convectivo del modelo acoplado para formar un coeficiente total y un flujo superficial combinado.
Pregunta clave: ¿Cómo actúa coeficiente radiante equivalente y balance total?
La transferencia radiativa puede linealizarse localmente mediante un coeficiente radiante equivalente. Este aporte se suma al coeficiente convectivo del modelo acoplado para formar un coeficiente total y un flujo superficial combinado. Por eso este modelo, con esta radiación térmica y este flujo neto dependiente de la cuarta potencia con las que se abrió, hace que la Ley de Wien indique que un elemento calefactor a estas temperaturas absolutas típicas de la cocina emite esta radiación térmica principalmente en el infrarrojo cercano y medio, fácilmente absorbido por el agua y por la superficie de este alimento, promoviendo así la reacción de Maillard y la caramelización superficial de este alimento sin necesariamente cocer todavía su interior; en la práctica, un coeficiente radiante equivalente permite tratar a esta misma radiación térmica como un aporte adicional junto al coeficiente convectivo que ya establece otro modelo de este conjunto, sumando ambos aportes en un balance total de calor sobre este alimento. Que este coeficiente radiante equivalente, sumado a ese coeficiente convectivo, sea mayor hace que este balance total de calor sobre este alimento, en consecuencia, también lo sea.
ID:4942