COMO FUNCIONA:
EL CALENTADOR DE MANOS REUTILIZABLE
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José Luis Giordano
Marzo 09, 2008 (Última revisión: Marzo 09, 2008)



1-QUÉ ES

El calentador de manos reutilizable que se muestra, es una bolsita plástica de color y transparente (de unos 12 cm de extremo a extremo), con un líquido transparente y una pieza metálica plateada en el interior (con un peso total de aproximadamente 96.5 g).



Al presionar el plástico contra la pieza de metal, se produce una reacción física en el líquido, que lo enturbia desde ese punto hacia todo el resto. Uno puede observar que en menos de 1 min, la zona traslúcida se propaga radialmente como líneas que van hacia la perisferia, hasta que queda todo el líquido transparente convertido en algo más espeso, traslúcido y que se ha calentado hasta más de 50°C !!

Este producto cuesta unos USD2, y se llama "guatero" porque en Chile se denomina así a la bolsa de agua caliente que algunas personas colocan al dormir en sus pies y cerca de su estómago o "guata".


2-PARA QUÉ SIRVE

El objeto que se muestra aquí, es una curiosidad que en este caso, se vende en una tienda de artículos para el hogar. En web se venden como juguetes curiosos (ver por ej. los "Hand warmers (re-useable)" de Oscar & Dehn). Sin embargo como herramienta médica, es una importante fuente de calor (i.e., sirve para calentar), utilizada por montañistas y paramédicos (Ver por ej. los "Thermo-Pad" de Hood Thermo-Pad Canada Ltd.)

También existen variedades que en vez de generar calor, lo absorben (y por lo tanto, sirven para enfriar). Un ejemplo de estos fue patentado el 29 de Junio del 2004 (Charles A. Lachenbruch and Richard I. Barnett; Cooling body wrap with phase change material; US Patent 6755852)

Son objetos de bajo costo, que funcionan en un amplio rango de temperatura sin requerir energía eléctrica, que calientan (o enfrían) de forma inmediata y durante un tiempo considerable. Por lo tanto son una herramienta médica importante en casos de urgencia.

Amazon.co.uk vende a unas £4 un par de bolsas ("Magic Gel Reusable Hand Warmer Heat Pack") con más cantidad de material, para aplicar calor en distintas partes del cuerpo y tratar dolores musculares. También se ven tipos diseñados para hacer regalos, con forma de corazones, cuerpos femeninos, etc.


3-DE QUÉ ESTÁ HECHO

El líquido es una solución concentrada (unos 75 g en 100 mL de agua) de acetato de sodio (de pureza como la requerida por los productos alimenticios), que solidifica bajo los 54°C (130°F).


4-CÓMO FUNCIONA

La solución de acetado de sodio tiene la propiedad de poder mantenerse sobreenfriada.

El "sobreenfriamiento" es un estado metaestable (inestable) en el que una substancia se encuentra en una fase o estado físico (líquido en este caso) que corresponde a una temperatura mayor (superior a 54°C), sin cambiar de fase (o sea, sin solidificarse como debería). Este estado se mantiene hasta que una perturbación produzca "la semilla", la primera molécula que pierde su exceso de energía y se agrupa enlazada a otra en una estructura cristalina, donde están más próximas, requiriendo menos energía. A partir de esa perturbación inicial que produjo el ordenamiento de las primeras moléculas, se propaga la formación de los cristales extendiéndose a toda la substancia. Finalmente, toda la masa (de líquido) queda en el estado (sólido) en el cual es estable a esa temperatura (menor que la de solidificación).

A continuación se muestra una secuencia de fotos tomadas con pocos segundos de diferencia, donde se ve cómo avanza la cristalización del acetato de sodio dentro del agua.









Existe un fenómeno inverso, el "sobrecalentamiento", con el que podemos encontrarnos diariamente. Cuando calentamos excesivamente una taza con agua en el horno microondas, algunas veces observamos que al poner azúcar o simplemente al introducir la cuchara, bruscamente se producen burbujas. A veces es peor ... hay personas que por no leer las instrucciones han sobrecalentado tanto una taza de agua, que al sacarla del horno les ha alcanzado la cara el agua hirviendo. Esto se produce porque el agua se encuentra muy por encima de los 100°C, su temperatura de ebullición. Permanece en ese estado metaestable hasta que una perturbación hace que bruscamente toda su masa pase al estado que le corresponde (vapor) a esa temperatura.

Volviendo al calentador de manos, falta agregar que es "reutilizable" pero solo después de que gastemos energía en separar nuevamente las moléculas de los cristales (para que esté en estado líquido). Esto se consigue calentando el guatero en agua hirviendo unos 5 min. Luego, lentamente baja la temperatura de 100°C hasta la ambiente. Cuando pasa por los 54°C debería cristalizarse, pero queda inestablemente en estado líquido, acumulando el exceso de energía, que cuando cristalice entregará en forma de calor.

La cantidad de calor que no necesita para estar en estado cristalino y que se ha liberado en el cambio de fase, según la masa y el calor específico del compuesto, determina el aumento de temperatura. De hecho, esto se puede hacer como práctica de laboratorio, para determinar el calor específico del acetato de sodio.



CÓMO HACER REFERENCIA A ESTE ARTÍCULO

Giordano J L 2008 Cómo funcionan las cosas: El calentador de manos reutilizable (Santiago: http://www.profísica.cl) http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=40 (Consulta: Mes Día, Año)




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