Efecto Leidenfrost

Efecto Leidenfrost en una gota

El efecto Leidenfrost es el nombre dado al fenómeno de la capa de vapor que se forma alrededor de un líquido, al encontrarse sobre una superficie con temperatura significativamente mayor al punto de ebullición de ese líquido.

Cuando sobre una placa metálica a alta temperatura se coloca una gota de un líquido volátil (agua, alcohol, etc.), la gota no se evapora instantáneamente sino que se mueve erráticamente sobre la superficie durante cierto tiempo, hasta que finalmente desaparece. Pero tarda más tiempo en desaparecer que a una temperatura inferior.

El nombre viene del físico alemán Johann Gottlob Leidenfrost, quien lo describió por primera vez en 1756.

Pierre Hippolyte Boutigny (1798-1884) realizó estudios del efecto Leidenfrost y pensó que las gotas que quedaban suspendidas sobre la superficie de la placa caliente constituían un nuevo estado de la materia, lo que él denominó estado esferoidal.

Efecto

Un video mostrando el efecto Leidenfrost

El efecto se puede visualizar al freír un huevo de gallina en aceite de oliva: si el aceite no está lo suficientemente caliente, el huevo bajará al fondo pudiendo pegarse a la sartén, mientras que sí lo está, el huevo flotará y se deslizará en el aceite, cocinándose así más homogéneamente. También puede observarse rociando gotas de agua sobre una bandeja a distintas temperaturas: inicialmente, con la temperatura de la bandeja por debajo de los 100 ° C, el agua se aplana y se evapora lentamente. A medida que la temperatura de la bandeja pasa por encima de 100 ° C, las gotas de agua dan un silbido al tocar la sartén y se evapora rápidamente. Más tarde, cuando la temperatura excede el punto de Leidenfrost, el efecto Leidenfrost entra en juego. Al contacto con la sartén, se forma un montón de pequeñas gotas de agua que resbalan sobre la superficie, tardando en evaporase más tiempo que cuando la temperatura de la sartén era menor. Este efecto sucede hasta alcanzar una temperatura mucho más alta que hace que cualquier gota de agua que se evapore demasiado rápido para causar este efecto.

Esto es debido a que a temperaturas por encima del punto Leidenfrost, la parte inferior de la gotícula de agua se vaporiza inmediatamente en contacto con la placa caliente. El gas resultante eleva el resto de la gota de agua justo encima de él, impidiendo cualquier contacto directo entre el agua líquida y la placa caliente. Como el vapor tiene una conductividad térmica mucho menor, la transferencia de calor entre la bandeja y la gota se ralentiza considerablemente. Además esto permite a la gota deslizarse con muy poco rozamiento sobre la capa de vapor bajo ella.

Transferencia de calor con la temperatura

La temperatura a la cual el efecto Leidenfrost comienza a ocurrir no es fácil de predecir. Incluso si el volumen de la gota de líquido permanece igual, el punto Leidenfrost puede ser bastante diferente, con una dependencia complicada en las propiedades de la superficie, así como cualesquiera impurezas en el líquido. Algunas investigaciones han llevado a cabo en un modelo teórico del sistema, pero es bastante complicado.[1] Como un cálculo muy aproximado, el punto de Leidenfrost de una gota de agua en una sartén puede ocurrir a 193 ° C.

El efecto fue descrito también por el eminente diseñador de caldera de vapor de la época victoriana, Sir William Fairbairn, en referencia a su efecto sobre la reducción masiva transferencia de calor desde una superficie de hierro caliente al agua, tal como dentro de una caldera. En un par de conferencias sobre el diseño de la caldera,[2] citó el trabajo de M. Boutigny del profesor Bowman, del King's College, de Londres donde se estudiaba esto. Una gota de agua que se evapora casi de inmediato a 168 ° C persistió durante 152 segundos a 202 ° C. Como resultado paradójico las temperaturas más bajas en una caja de fuegos de la caldera puede evaporar el agua más rápidamente, comparar el efecto Mpemba. Un enfoque alternativo es aumentar la temperatura más allá del punto Leidenfrost. Fairbairn considera esto también, y puede haber considerado la caldera de vapor flash, pero consideró que los aspectos técnicos insuperables para la época.

El punto Leidenfrost también se puede definir como la temperatura para la cual la gota flotando dura más tiempo.[3]

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