FUNCIONAMIENTO DEL HORNO DE MICROONDAS ELECTRODOMÉSTICO

Un microondas es un electrodoméstico usado en la cocina para calentar alimentos. Funciona mediante la generación de ondas de radio de

alta frecuencia. El agua, grasas y otras sustancias presentes en los alimentos absorben la energía producida por las microondas en un

proceso llamado calentamiento dieléctrico (conocido también como calentamiento electrónico, calentamiento por RF, calefacción de alta

frecuencia o como la diatermia). Muchas moléculas (como las de agua) son dipolos eléctricos, lo que significa que tienen una carga

positiva parcial en un extremo y una carga negativa parcial en el otro, y por tanto giran en su intento de alinearse con el campo eléctrico

alterno de las microondas. Al rotar, las moléculas chocan con otras y las ponen en movimiento, dispersando así la energía que se dispersa

en forma de calor, como vibración molecular en sólidos y líquidos (tanto en energía potencial como en energía cinética de los átomos).

Los hornos de microondas funcionan de la siguiente manera: un aparato llamado tubo magnetrónico convierte la energía eléctrica en

microondas de radio de alta frecuencia, estas ondas son "absorbidas" por los alimentos, es decir, las ondas electromagnéticas "agitan"

moléculas "dipolares" presentes en los alimentos, como por ejemplo la del agua. Esta agitación no es más que simple movimiento en estas

moléculas, no representando ningún tipo de alteración en la composición en sí del alimento, excepto por la posible deshidratación del

mismo debido al excesivo calentamiento y evaporación del agua del mismo.

El calentamiento por microondas es más eficiente en el agua líquida que en el agua congelada,ya que en el estado sólido del agua, el

movimiento de las moléculas está más restringido. También es menos eficiente en grasas y azúcares (que tienen un momento dipolar

molecular menor) que en el agua líquida.

A veces se explica el calentamiento por microondas como una resonancia de las moléculas de agua, pero esto es incorrecto ya que esa

resonancia sólo se produce en el vapor de agua y a frecuencias mucho más altas (a unos 20 GHz). Por otra parte, los grandes hornos de

microondas industriales que operan la mayoría en la frecuencia de 915 MHz (longitud de onda de 328 milímetros), también calientan el

agua y los alimentos de forma efectiva.

Los azúcares y triglicéridos (grasas y aceites) absorben las microondas debido a los momentos dipolares de sus grupos hidroxilo o éster.

Sin embargo, debido a la capacidad calorífica específica más baja de las grasas y aceites, y a su temperatura más alta de vaporización, a

menudo alcanzan temperaturas mucho más altas dentro de hornos de microondas. Esto puede inducir en el aceite o alimentos muy

grasos, como el tocino, a temperaturas muy por encima del punto de ebullición del agua, en reacciones de tostado, como en el asado a la

parrilla convencional o en las freidoras. Los alimentos en alto contenido de agua y con poco aceite rara vez superan temperaturas

superiores a las de ebullición del agua.

El calentamiento por microondas puede provocar un exceso de calentamiento en algunos materiales con baja conductividad térmica, que

también tienen constantes dieléctricas que aumentan con la temperatura. Un ejemplo de ello es el vidrio, que puede exhibir embalamiento

térmico en un horno de microondas hasta el punto de fusión. Además, las microondas pueden derretir algunos tipos de rocas, produciendo

pequeñas cantidades de lava sintética. Algunas cerámicas también se pueden fundir, e incluso pueden llegar a aclarar su color al enfriarse.

El embalamiento térmico es más típico de líquidos eléctricamente conductores, tales como agua salada.

Un error común es creer que los hornos microondas cocinan los alimentos "desde dentro hacia afuera", es decir, desde el centro de toda la

masa hacia el exterior de alimentos. Esta idea surge del comportamiento del calentamiento si una capa absorbente de agua se encuentra

debajo de una capa seca, menos absorbente, en la superficie de un alimento. En la mayoría de los casos en alimentos uniformemente

estructurados o razonablemente homogéneos en su composición fisica, las microondas son absorbidas en las capas exteriores de forma

similar al calor de otros métodos. Dependiendo del contenido de agua, la profundidad de la deposición de calor inicial puede ser de varios

centímetros o más con los hornos de microondas, en contraste con el asado (infrarrojos) o el calentamiento convectivo (métodos que

depositan el calor en una fina capa de la superficie de los alimentos). La profundidad de penetración de las microondas depende de la

composición de los alimentos y de la frecuencia, siendo las frecuencias de microondas más bajas (longitudes de onda más largas) las más

penetrantes. Las microondas penetran únicamente de 3/4 a una y media pulgadas al interior de los alimentos, por lo que el centro de una

porción grande no se cocinará con la energía de estas ondas, sino por el calor que se produce en el horno y por el que se transfieren las

partes superficiales que sí son alcanzadas por las ondas.

TERMODINÁMICA

La termodinámica es útil para todo. Para empezar hay que delimitar a qué se dedica la termodinámica:

1º La termodinámica se ocupa de los intercambios energéticos entre los sistemas.

2º La termodinámica establece la espontaneidad de los procesos que se dan entre los sitemas.

3º La termodinámica es una rama de la física puramente empírica, por lo tanto sus aseveraciones son en cierto sentido absolutas.

Las utilidades, además de las ya comentadas se pueden agrupar en los siguientes campos esenciales (bajo mi punto de vista).

El estudio del rendimiento de reacciones energéticas. 

El estudio de la viabilidad de reacciones químicas.

El estudio de las propiedades térmicas de los sistemas (como ya han comentado dilataciones, contracciones y cambios de fase).

Establece rangos delimitados de los procesos posibles en función de leyes negativas. 

(La entropía no puede disminuir en un sistema aislado)

(No podemos llegar al cero absoluto en un proceso de un número finito de pasos)

La termodinámica describe los sistemas con un conjunto reducido de variables, las conocidas como variables de estado, sin entrar en la estructura interna o las teorías fundamentales subyacentes.

Flujos de exergía en procesos industriales

Exergy Flows in Industrial Processes

El concepto de exergía es definido y aplicado a procesos industriales. El estudio discute el significado de la selección de la definición de

eficiencia, limitaciones del sistema y definición del problema. Se presentan los flujos de exergía pa-ra una planta de acero, así como para

una fábrica de papel y pulpa. El estudio establece los flujos de energía en los procesos, y elabora las pérdidas de exergía. Para propósitos

de coparación, se describe el sistema de calentamiento de espacio sueco empleando el con-cepto de exergía

Termodinámica molecular para algunas aplicaciones en biotecnología

Molecular Thermodynamics for Some Applications in Biotechnology

Una aplicación particular de la termodinámica molecular se relaciona con la separación de proteínas acuosas por precipitación selectiva.

Para este propósito, se necesitan diagramas de fase; para construirlos, se necesita entender, no solamente la naturaleza cuantitativa de la

fase de equilibrio de las proteínas acuosas, sino también las fuerzas moleculares cuantitativas entre las proteínas en solución. Se

muestran algunos ejemplos para mostrar como las fuerzas proteína proteína puede calcularse o medirse, para producir un potencial de

fuerza media, y como ese potencial se emplea luego junto con un modelo de termodinámica estadística para establecer un equili-brio

líquido líquido y líquido cristal.Tal equilibrio no solamente es útil para los procesos de separación,sino también para entender

enfermedades como el mal de Alzheimer,las cataratas en los ojos, y anemia, las cuales parecen ser causadas por aglomeración de

proteínas.

Cinética y termodinámica de la extracción de aceite a partir de semillas de girasol en presencia de soluciones acuosas ácidas de

hexano

Kinetics and Thermodynamics of Oil Extraction from Sunflower Seeds in the Presence of Aqueous Acidic Hexane Solutions

Se llevó a cabo una extracción de acei-te en soluciones acuosas de HCl, H2SO4 and H3PO4 con n-hexano (C6H14) a 30, 40, 50 and 60ºC,

empleando 10 gr de semillas de g-rasol por 1 h con intervalos de muestreo de 10min. La concentración óptima de ácido fue de 10% en

peso para cada ácido, y el rendi-miento más alto de aceite fue obtenido en el procedimiento de extracción con n-hexano y H 2SO4. Se

observó el proceso de extracción con respecto al porcentaje de rendimiento de aceite vs tiempo, y se encontró que la cinética de reacción

era de primer orden por el método diferencial. Se encontró que la energía de activación para la cinética de extracción de aceite de semillas

de girasol con 10% de H2SO4 era Ea= 4.2 kJ*mol-1, y los parámetros de activación termodinámicos a 60ºC fueron: ΔH≠= 1.43 kJ*mol-1,

ΔS≠= -309.3 kJ*mol-1, y ΔG≠= 104.4 kJ*mol-1. El valor de entalpía fue de ΔH= 11.2 kJ*mol -1,y los otros parámetros termodinámicos a 60ºC

fueron ΔS=36.75kJ*mol-1,y ΔG=-1.07 kJ*mol-1.

ENERGÍA TÉRMICA

Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura.

La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor.

ENERGÍA ELÉCTRICA

La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. Ej.: La transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla.

ENERGÍA RADIANTE

Energía radiante es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor.

ENERGÍA QUÍMICA

Energía química es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.

ENERGÍA NUCLEAR

Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.: la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.

2.5.1 ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN

Fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros neutrones que vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este proceso se

reacción en cadena.

ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN

Fusión nuclear consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas, de millones de ºC, como en las estrellas).

Energía nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear

(división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares

se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma

directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran

físico Albert Einstein.

Energía cinética

Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación

E = 1mv2, donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado. La energía asociada a un objeto situado a

determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en

energía cinética.

Energía potencial

La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en

un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del

trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas

(o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia

entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

Energía química

La energía química es la energía acumulada en los alimentos y en los combustibles. Se produce por la transformación de sustancias

químicas que contienen los alimentos o elementos,  posibilita  mover objetos o  generar otro tipo de energía.

Energía hidráulica

Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la

corriente de ríos, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin

represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

Energía sonora

La energía sonora es aquella que se produce con la vibración  o el movimiento de un objeto, que hace vibrar también el aire que lo rodea y

esa vibración se transforma en impulsos eléctricos  que en el cerebro se interpretan como sonidos.

Energía radiante

Es la energía que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos

infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno. Se

transmite por unidades llamadas fotones, estas unidades llamadas fotones actúan también como partículas, debe ser como lo plantease el

físico Albert Einstein en su teoría de la relatividad general.

Energía fotovoltaica

Los sistemas de energía fotovoltaica permiten la transformación de la luz solar en energía eléctrica, es

decir, la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz

(voltaica).

El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo

construido de silicio (extraído de la arena común).

Energía de reacción

En una reacción química el contenido energético de los productos es, en general, diferente del

correspondiente a los reactivos. Este defecto o exceso de energía es el que se pone en juego en la

reacción. La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa,

eléctrica, mecánica, etc.. pero habitualmente se manifiesta en forma de calor. El calor intercambiado

en una reacción química se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada

reacción. Las reacciones pueden entonces clasificarse en exotérmicas o endotérmicas, según que

haya desprendimiento o absorción de calor.

Energía iónica

La energía de ionización es la cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente

unido de un átomo neutro gaseoso en suestado fundamental.

El petróleo como energía

Es un recurso natural no renovable y actualmente también es la principal fuente de energía en los países desarrollados.  El petróleo líquido

puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los

estratos superiores de la corteza terrestre.

El gas natural como energía

El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos

de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en  función del yacimiento del que

se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95%, y suele contener otros

gases como nitrógeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos.

El carbón como energía

El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias. Es una de las principales  fuentes de

energía. En 1990, por ejemplo, el carbón suministraba el 27,2% de la energía comercial del mundo.

Energía geotérmica

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del

calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que caben

destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos,

"calor"; literalmente "calor de la Tierra".

Energía mareomotriz

Es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la

Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas

puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de

canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.

Energía electromagnética

La energía electromagnética es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que

podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las

intensidades de campo magnético y campo eléctrico. En un punto del espacio la densidad de energía

electromagnética depende de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de

campo.

Energía metabólica

La energía metabólica o metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que

ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel

molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener

susestructuras, responder a estímulos, etc.