Miracle Thaws são utensílios para descongelar rapidamente os alimentos. Coloque um cubo de gelo em um e ele derrete diante dos seus olhos, mas tudo fica frio ao toque. Como funcionam?
(Inspirado por esta pergunta: Utensil para descongelar a carne )
referência: http://www.engineeringtoolbox.com/conductive-heat-transfer-d_428.html
Vamos tirar um momento para ver a equação da transferência de calor. Olhando para ela, podemos ver as formas de obter uma transferência de calor mais eficiente
q / A = k dT / s
q / A = heat transfer per unit area (W/m2)
k = thermal conductivity (W/mK)
dT = temperature difference (oC)
s = wall thickness (m)
A forma como estes descongeladores funcionam deve agora ser fácil de compreender. (1) São feitos de um material que tem uma constante de condutividade térmica muito alta, como o cobre. Quanto maior for a condutividade térmica de um material, mais rápido ele pode igualar a sua temperatura com a do material circundante.
Coisas que se tocam umas às outras querem ser da mesma temperatura. Quando se coloca um cubo de gelo sobre uma folha de cobre à temperatura ambiente, são temperaturas muito diferentes. Mas assim que se tocam, querem ser a mesma temperatura, por isso a transferência de calor começa. O calor “flui” do cobre para o gelo, aumentando a temperatura do gelo (derretendo-o), e diminuindo a temperatura do cobre. O calor também flui através do próprio cobre, o que significa que mesmo as partes do cobre que estão longe do gelo estão a perder calor.
Com o cobre a perder calor, ele rapidamente cai fora do equilíbrio de temperatura com o ar circundante. Mas o ar e o cobre também querem ser da mesma temperatura, e assim o calor do ar “flui” para o cobre, aproximando-o de novo da temperatura ambiente, o que por sua vez permite que o cobre aqueça um pouco mais o gelo…. Mas claro que não há passos distintos neste processo: todas estas transferências de calor acontecem em simultâneo e de forma contínua. E enquanto o ar tiver alguma circulação, pode considerá-lo como um fornecimento ilimitado de calor à temperatura ambiente.
O topo da placa de cobre é provavelmente plano, para aumentar a quantidade de superfície em contacto com o gelo. O fundo da placa de cobre, no entanto, é provavelmente nervurado ou alhetado, para aumentar a área da superfície com o ar circundante, mas sem (2) criar mais espessura!
Também poderíamos abordar (3) e aquecer electricamente o cobre, acima da temperatura ambiente, mas depois corremos o risco de aquecer parte dos alimentos também a essa temperatura. A vantagem de utilizar um dissipador de calor passivo em cobre é que a temperatura nunca subirá acima da temperatura ambiente!
Os degelos milagrosos, também conhecidos como tabuleiros de degelo, são simplesmente pedaços de metal com um elevado coeficiente de transferência de calor. Materiais que têm uma elevada condutividade térmica transferem calor de forma mais eficiente do que aqueles com uma baixa condutividade. O alumínio é barato e tem uma elevada condutividade térmica relativamente a outros materiais, pelo que a maioria é feita desse material.
No entanto, os tabuleiros de descongelação não funcionam tão bem como os comerciais o fariam crer. A mesma razão pela qual a sua comida descongela lentamente sem um tabuleiro de descongelação limita a rapidez com que descongela com um, e isto porque o ar é um mau condutor de calor. Quando se descongela algo o que está a acontecer é que o calor está a ser transferido do ambiente (ar, a superfície do balcão, etc.) para o objecto até que o ambiente e o objecto estejam em equilíbrio, ou seja, as temperaturas de ambos são as mesmas. Um tabuleiro de descongelamento ainda tem de obter calor do ambiente para ser transferido, e a rapidez com que consegue fazê-lo é limitada pelo facto de ainda ter de obter calor do ar. Quando se coloca um objecto frio num tabuleiro de descongelação, este transferirá rapidamente o seu calor para o objecto, mas assim que o tabuleiro ficar tão frio como o objecto, o descongelamento rápido pára e tudo se resume à rapidez com que o ambiente pode transferir calor, que não é assim tão rápido.
Assim, os tabuleiros de descongelação são óptimos para fazer derreter rapidamente os cubos de gelo, e irão acelerar um pouco o descongelamento, mas não tanto assim.