Lo primero, infinitas gracias a los cocineros y cocinillas que han sido tan receptivos con el pasado post sobre la ósmosis, visitado y difundido (más de 850 1000 menciones en Facebook) como ningún otro de este ignoto y discreto blog. Atendiendo las peticiones de artículos relacionados con gastronomía hoy decido meterme en un berenjenal fisicoquimicoculinario relacionado con algo que suena tan serio como es la mecánica de fluidos, y de lo cual puedo salir mal parado.

¿Por qué oso meter el hocico en este tema en el que soy un chancletas dominguero? Resulta que en cocina se hace cuasi-ingeniería en muchos aspectos, y uno de mucho peso es el manejo de fluidos. Consideremos la cantidad de preparaciones líquidas, semilíquidas, pastas o masas que ejecuta un chef. Todas éstas son fluidos y responden a las leyes de los mismos. Consideremos la importancia de las texturas, de los texturizantes, espesante o las ligazones en cualquier cocina. Todo ello depende de la mecánica de fluidos.

Sobre todo en la industria alimentaria este tema reviste gran importancia, pues hay que bombear preparados en las líneas de producción y ajustar densidades y viscosidades para que el sistema funcione.

¿Qué son fluidos?

Comenzando por el principio, cualquiera entiende como fluido a algo más o menos líquido que puede verterse de un recipiente a otro. Eso es cierto. Pero hablando con más propiedad, llamamos fluido a aquellas sustancias que se deforman al aplicar sobre ellas fuerzas de corte o presión, y que tienden a tomar la forma del recipiente que las contiene. Este concepto incluye a los líquidos y también a los gases. Los sólidos, en cambio, no tienen capacidad de fluir, aunque sólidos finamente divididos como el azúcar tienen algunos comportamientos similares a un fluido, pero ahí no me meto. Así que fluido es igual a líquido o a gas. De aquí en adelante me centraré en los primeros.

Los fluidos tienen diversas características: densidad, peso específico, viscosidad, capilaridad, elasticidad, relación con cambios de presión, temperatura y volumen, flujo laminar o turbulento, etc. De todo ello me quedaré con la viscosidad, pues es el más relevante en cocina.

viscosidad

La viscosidad es la resistencia de un fluido a moverse. Al mover con una cuchara un líquido sentimos esta resistencia.

Denso no es viscoso

Grabaos esta máxima en la sesera. Aunque en lenguaje coloquial se confunda espeso, viscoso y denso, en ciencia viscosidad y densidad son cosas diferentes. Si recordáis las primeras nociones de química de secundaria, densidad es la relación entre masa y volumen. Es decir, para una determinada masa habrá menos densidad mientras mayor sea el volumen que ocupe el cuerpo. Así, un kilo de algodón de azúcar es mucho menos denso que un kilo de solomillo, pues el primero ocupa mucho más volumen.

En cambio viscoso sí que podemos asimilarlo a espeso, es decir, la viscosidad se refiere a la resistencia a la deformación que presenta un fluido. Resistencia a la deformación se refiere a la fuerza que hay que hacer para removerlo, o el tiempo que tarda en trasvasar de un recipiente a otro. Por fuerza de cizallamiento o de corte entendamos la que se aplica al meter una cuchara en un potingue; esa resistencia al mover la cuchara lo llamamos viscosidad. Una bechamel de croquetas es más viscosa (o espesa) que un caldo, por ejemplo.

Para aclarar que denso y viscoso no es lo mismo pensemos en el aceite y el agua. El aceite es notoriamente más viscoso que el agua, pero es menos denso y por ello flota sobre ésta. Así que no confundamos estos dos términos, aunque muchas veces vayan de la mano.

Las unidades de medida de la viscosidad son un lío, comenzando porque hay diversos tipos de viscosidad, dinámica absoluta y cinemática, además de otros parámetros relacionados, como fuerza de corte, velocidad de flujo, índice de viscosidad, viscosidad aparente, etc. La viscosidad suele medirse en Pa.s (pascal por segundo), Poise o Stoke. Para darnos una idea, la viscosidad del agua a 20 ºC es de 1 cP (centipoise), mientras que la del aceite de oliva supera los 80 cP.

Cosas que afectan la viscosidad

Lo primero, la temperatura: siempre que se mide la viscosidad de un fluido se especifica a qué temperatura fue medida. En los líquidos lo normal es que a mayor temperatura haya menor viscosidad, como ocurre con la miel, el jarabe de glucosa o el aceite. Una llamativa excepción es el gel de metilcelulosa.

La agitación o la presión también pueden afectar la viscosidad, aumentándola o reduciéndola, pero de eso hablaremos más adelante, en los fluidos no newtonianos (no os caguéis).

En las emulsiones y en las espumas un parámetro importante es el diámetro de gota. Nota: espuma es un tipo de coloide que no se limita a la “ejcuma” de don Ferrán, sino se refiere a cualquier sistema donde un líquido contenga burbujitas de gas estabilizadas en su interior, como mousses, merengues, nata montada, sabayón o “aires”; las emulsiones contienen gotitas de un líquido dispersas en otro líquido con el que no se mezcla, como la leche, la mantequilla o la mayonesa.

El diámetro de gota se refiere al tamaño de las gotas de aire o líquido dispersas en la fase continua de la mezcla. Mientras más pequeñas sean las gotas más fricción habrá entre ellas y más espeso será el coloide. Así, cuando deseamos espesar una mayonesa lo que se hace es añadir más aceite y agitar, de modo que el diámetro de las gotas oleosas sea más fino y mientras más aceite esté estabilizado más roce habrá entre las gotas y más viscosa será la salsa. También una nata montada es más viscosa que una semimontada porque las burbujas de aire son más pequeñas (aunque si se monta de más ocurre una inversión de fases que acaba en nata mantequillosa granulosa asquerosa).

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Sopitas: fluidos newtonianos

Según su comportamiento viscoso los fluidos se clasifican en newtonianos y no newtonianos. La ley de Newton de los fluidos indica que a mayor fuerza aplicada al fluido mayor será su deformación o velocidad de flujo, de una forma lineal y sin modificar la propia viscosidad.

Esto ocurre con el agua, los zumos, los fondos, el aceite y cualquier líquido donde no haya un sistema coloidal predominante.

Cremas y salsas: fluidos no newtonianos

Mucho más interesantes son los fluidos no newtonianos, donde la deformabilidad no es lineal respecto a la fuerza aplicada. Aquí tenemos dos casos: que la viscosidad aumente al aplicar fuerza o que disminuya.

En los fluidos reoespesantes (o dilatantes o reopécticos, –no son exactamente lo mismo, pero nos vale–) la viscosidad aumenta al agitarlos. Pensemos en la agitación que le metemos a una bechamel, natilla o crema pastelera con las varillas para que espese. O cuando amasamos una pegostosa masa de brioche, amorfa, pegajosa, la cual toma forma milagrosamente al darle caña, pero vuelve a hacerse un pringue cuando se deja en reposo. Esto pasa porque al agitar el fluido su viscosidad aumenta y se compacta. Las cremas y masas ricas en almidón tienen este comportamiento; también la clara de huevo y la nata, cuyas viscosidades aumentan al montarlas. A tal punto llega a espesar un fluido dilatante que hasta se puede caminar sobre él sin hundirse.

Por el contrario, en los fluidos pseudoplásticos la agitación reduce su viscosidad. Así, agitamos el kétchup para salga más fácil del envase. Los mejunjes espesados con goma xantana también tienen este comportamiento, ello hace que su apariencia viscosa no sea paralela a la fluencia que muestran en el paladar. Tal liquidez inducida por la agitación desaparece al dejar el fluido en reposo: esto se llama efecto tixotrópico, ahí es ná. Otro ejemplo es el yogur, que se fluidifica al batirlo; si dejamos tiempo en reposo este yogur batido se vuelve más espeso de nuevo.

bannerpresentacionesMasas: fluidos viscoelásticos

Para terminar, los viscoelásticos (como los colchones caros), los fluidos más interesantes y complejos, aquellos que aparte de su espesor muestran un comportamiento elástico que hace que la deformación vuelva atrás al cesar la fuerza de cizallamiento. El ejemplo clásico en cocina son las masas, repletas de almidón y gluten.

Bien sabemos que al amasar o estirar masas de pan o pasta éstas muestran una resistencia (viscosidad) y que tienden a retraerse y encoger (elasticidad). En mecánica de fluidos se identifican los viscoelásticos como elementos de Maxwell, representados mediante un muelle (componente elástico) y un pistón (elemento resistente-viscoso) colocados en serie. Al aplicar poca fuerza sobre una masa viscoelástica ésta se deforma un poco y vuelva a su forma, y al aplicar más fuerza se vence la resistencia y se elonga la masa. ¡Quién diría que al estirar una pizza estamos manipulando un sistema de elementos de Maxwell!

Habréis observado que cuando amasamos en la Kitchenaid la masa progresivamente se va subiendo por el gancho hasta arriba. Esto es debido a una característica propia de los viscoelásticos llamada efecto Weissenberg.

masa viscoelástica

Los viscoelásticos se representan mediante resortes y pistones puestos en serie (Maxwell) o en paralelo (Kelvin-Voigt). En el amasado se trabaja sobre elementos viscosos (almidón) y elásticos (gluten).

¿Esto para qué sirve?

Tener en mente estas sencillísimas nociones sobre viscosidad y tipos de fluido resulta útil a quien cocina, al menos intelectualmente, para saber el comportamiento de sus preparaciones, el efecto que la temperatura, la agitación y el tipo de espesante tendrán en sus recetas. Por qué se deja o no se deja reposar durante el amasado, el tipo de amasado que exige una masa, por qué menear un risotto ayuda a espesarlo. En pastelería y confitería se usan densímetros y viscosímetros en la preparación de jarabes y jaleas. La formulación de helados es un gran ejemplo de la aplicación culinaria de mecánica de fluidos.

Prometo un artículo dedicado a la ciencia para ligar salsas, cosa que da para bastante y donde la mecánica de fluidos tiene mucho que ver. (Al final han sido tres artículos: parte 1, parte 2 y parte 3)

En fin, señores cocineros, que sepáis que cotidianamente estáis aplicando en vuestro oficio las investigaciones de genios como Arquímedes, Newton, Hooke, Toricelli, Pascal, Poiseiulle, Maxwell, Kelvin, Venturi, Bernoulli, Euler, Reynolds, Laplace…

Disculpas anticipadas a los expertos en la materia, que observarán descalabros conceptuales. Indulgencia.

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11 comentarios en “Mecánica de Fluidos para Cocineros

    • ¡Eres un cachondo! Como dices, la unidad es stoke (St) –ya lo corregí–. El nombre le viene de George Stokes, famoso por su ley de Stokes para el rozamiento de una cuerpo esférico en caída libre dentro de un flujo laminar (eso de bola en caída libre no sé por qué me recuerda la cirugía de retina), definida por Fr=6πηvR, como bien sabes. La unidad stoke se usa para indicar la viscosidad cinemática de los fluidos, por ejemplo del aceite de silicona con el que rellenas esos ojitos con la esperanza de que la retina no siga sus tensiones elásticas intrínsecas y se convierta en un andrajo dentro del globo. Gracias por la observación.

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      • ¡Gracias por la aclaración! El próximo día que pida algo en centistokes no podré dejar de pensar en esa intuitiva fórmula. Por cierto, desconocía que “stoke” era para viscosidad cinemática (¿ o debemos usarlo siempre en plural, “stokes”? ). Me encanta lo de “bola en caída libre”, agorero!

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