E81 Tamaño del Alimento - Difusión y Calor

Tópico

El tamaño de este alimento es una de las variables más determinantes de su tiempo de cocción. Cuando el calentamiento está controlado principalmente por conducción interna, el tiempo característico que necesita el calor para alcanzar su centro crece aproximadamente con el cuadrado de su dimensión característica e inversamente con su difusividad térmica, según la misma conducción de calor que ya establece otro modelo de este conjunto. Que este alimento duplique su tamaño lineal puede hacer que el tiempo característico de calentamiento aumente aproximadamente cuatro veces, siempre que se mantengan condiciones geométricas y térmicas comparables.

El número de Fourier relaciona el tiempo transcurrido, la difusividad térmica y el cuadrado de esta dimensión característica, proporcionando una medida adimensional del avance de la difusión térmica dentro del alimento. Un número de Fourier pequeño indica que el calentamiento todavía afecta principalmente las regiones próximas a la superficie, mientras que valores mayores indican que el calor ha penetrado de manera significativa hacia el centro. Las soluciones analíticas de conducción transitoria, incluidas las representadas mediante gráficos o aproximaciones de Heisler, permiten estimar la evolución de la temperatura interna cuando se cumplen sus correspondientes condiciones. Que transcurra más tiempo hace que aumente el número de Fourier y que el centro se aproxime progresivamente al equilibrio térmico con su entorno.

La profundidad característica de penetración térmica crece aproximadamente con la raíz cuadrada del producto entre la difusividad térmica y el tiempo. Esta magnitud indica hasta qué distancia desde la superficie ha avanzado significativamente la perturbación térmica. Si el tamaño de una pieza es pequeño respecto de esta profundidad, el calentamiento habrá alcanzado prácticamente todo su interior; si es mucho mayor, puede conservar un centro considerablemente más frío aunque su superficie ya esté cocida. Que aumente el tiempo de cocción hace que esta profundidad térmica avance progresivamente hacia el interior.

La difusión de un soluto, como la sal, dentro de este alimento suele ser mucho más lenta que la difusión del calor, porque su coeficiente de difusión molecular en una matriz alimentaria es generalmente muy inferior a la difusividad térmica. Por ello, durante una cocción ordinaria el calor puede alcanzar regiones profundas mucho antes que la sal añadida a la superficie. Un marinado o salado prolongado durante muchas horas permite, en cambio, una penetración apreciablemente mayor, según la difusión molecular que ya establece otro modelo de este conjunto. Que el tiempo disponible sea breve hace que esta diferencia entre transporte térmico y transporte de solutos resulte todavía más evidente.

Finalmente, el número de Biot compara la resistencia a la conducción dentro del alimento con la resistencia a la transferencia de calor entre su superficie y el medio externo. Aumenta con la dimensión característica y con el coeficiente convectivo del entorno, y disminuye al aumentar la conductividad térmica del alimento. Un número de Biot pequeño indica que la resistencia externa es relativamente importante y que la temperatura interna tiende a permanecer bastante uniforme; un número de Biot grande indica que la resistencia interna domina y aparecen gradientes importantes entre superficie y centro. Que este alimento se caliente en un medio con un coeficiente convectivo mayor, como agua en movimiento frente al aire, hace que aumente el número de Biot y que la conducción interna del alimento adquiera mayor importancia como limitación del proceso de cocción.

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