Como funciona um degelo milagroso?

Os degelos milagrosos são utensílios para descongelar rapidamente os alimentos. Coloque um cubo de gelo em um e derreta diante de seus olhos, mas a coisa toda permanece fria ao toque. Como eles funcionam?

(Inspirado por esta pergunta: utensílio para descongelar carne )

referência: http://www.engineeringtoolbox.com/conductive-heat-transfer-d_428.html

Vamos dar uma olhada na equação de transferência de calor. Olhando para isso, podemos ver as maneiras 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)

1. use um material com uma constante de alta condutividade térmica (como cobre)
2. material mais fino (!)
3. manter uma diferença maior de temperatura

A maneira como esses descongeladores funcionam agora deve ser fácil de entender. (1) São feitos de um material com uma constante de condutividade térmica muito alta, como o cobre. Quanto maior a condutividade térmica de um material, mais rápido ele pode equalizar sua temperatura com a do material circundante.

Coisas que se tocam querem ter a mesma temperatura. Quando você coloca um cubo de gelo em uma folha de cobre à temperatura ambiente, elas são temperaturas muito diferentes. Mas assim que tocam, querem ter a mesma temperatura, para que a transferência de calor comece. 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 por todo o cobre, o que significa que mesmo as partes do cobre que estão longe do gelo estão perdendo calor.

Com a perda de calor do cobre, ele rapidamente perde o equilíbrio de temperatura com o ar circundante. Mas o ar e o cobre também querem ter a mesma temperatura e, assim, o calor do ar "flui" para o cobre, aproximando-o da temperatura ambiente, o que, por sua vez, permite que o cobre aqueça um pouco mais o gelo ... Mas é claro que não existem etapas distintas para esse processo: todas essas transferências de calor ocorrem simultaneamente e continuamente. E enquanto o ar tiver alguma circulação, considere-o um suprimento ilimitado de calor em temperatura ambiente.

A parte superior da placa de cobre é provavelmente plana, para aumentar a quantidade de área de superfície em contato com o gelo. O fundo da placa de cobre, no entanto, é provavelmente com nervuras ou aletas, para aumentar a área da superfície com o ar circundante, mas sem (2) criar mais espessura!

Também poderíamos abordar (3) e aquecer eletricamente o cobre, acima da temperatura ambiente, mas corremos o risco de aquecer parte dos alimentos a essa temperatura também. A vantagem de usar um dissipador de calor passivo de cobre é que a temperatura nunca subirá acima da temperatura ambiente!

Os degelos milagrosos, também conhecidos como bandejas de degelo, são simplesmente pedaços de metal com alto coeficiente de transferência de calor. Os materiais com alta condutividade térmica transferem o calor com mais eficiência do que aqueles com baixa condutividade. O alumínio é barato e tem uma alta condutividade térmica em relação a outros materiais; portanto, a maioria é feita desse material.

No entanto, as bandejas de degelo realmente não funcionam tão bem quanto os comerciais que você acredita. O mesmo motivo pelo qual a comida derrete lentamente sem uma bandeja de degelo limita a rapidez com que ela derrete com uma, e isso ocorre porque o ar é um mau condutor de calor. Quando você derrete algo, o que está acontecendo é que o calor está sendo transferido do ambiente (ar, contra-superfície etc.) para o objeto até que o ambiente e o objeto estejam em equilíbrio, ou seja, as temperaturas de ambos são as mesmas. Uma bandeja de descongelamento ainda precisa receber calor do ambiente para transferir, e a rapidez com que isso pode ser feito é limitada pelo fato de ainda precisar receber calor do ar. Quando você coloca um objeto frio em uma bandeja de descongelamento, a bandeja transfere rapidamente seu calor para o objeto, mas quando a bandeja fica tão fria quanto o objeto, o descongelamento rápido para e ele '

Portanto, as bandejas de descongelamento são ótimas para fazer os cubos de gelo derreterem rapidamente e acelerar o degelo um pouco, mas não tanto assim.