Autoras: Sagrario Beltrán y María Teresa Sanz

Seguramente todos tenemos en casa una olla exprés, u olla a presión, que nos reduce el tiempo que tenemos que cocinar los alimentos desde algunas horas a unos cuantos minutos.

¿Alguna vez te has preguntado por qué?

La respuesta la encontramos en las observaciones experimentales realizadas para construir la curva de saturación del agua.

Si alguien nos preguntara ¿cuál es el punto de ebullición del agua?, seguramente responderíamos inmediatamente, 100 °C, y, efectivamente, esta es la temperatura de ebullición del agua a 1 atmósfera (atm), que es la presión al nivel del mar, aunque ésta varía según la meteorología.

La atmosfera es probablemente la unidad de presión más popular, pero seguramente también conoces el milibar (mbar). El bar es una de las unidades de presión más utilizadas y equivale a 100.000 Pa. El Pascal (Pa) es la unidad de presión del “sistema internacional de unidades”, que se utiliza en todo el mundo, pero su valor es muy bajo, por eso se utiliza más el bar. 1 bar es casi igual a 1 atm. Exactamente, 1 atm = 1,01325 bar = 1.013,25 mbar = 101.325 Pa.

Pero continuemos con la temperatura de ebullición del agua. Si la midiéramos en Burgos, veríamos que es alrededor de 98 °C.

¿Por qué no es 100 °C?

Porque la temperatura de ebullición del agua, al igual que la de cualquier otro líquido, varía con la presión, como nos indica la curva de saturación que hemos representado en color azul en las figuras anteriores. Burgos está situado a 860 m sobre el nivel del mar y por ello la presión atmosférica en la ciudad suele estar alrededor de 950 mbar en vez de alrededor de los 1.013 mbar que hay a nivel del mar.

Pero probablemente no vamos a notar una gran diferencia entre cocinar a 100 °C o a 98 °C. Son temperaturas muy parecidas. Pero fijémonos en que la presión atmosférica disminuye a medida que vamos a mayor altitud.

De este modo, si nos fuéramos a cocinar a Huaraz (Perú), que está en los Andes a una altitud de 3.000 m sobre el nivel del mar, y donde la presión suele ser de unos 700 mbar, veríamos que el agua hierve a solo 90 °C.

Esto ya puede marcar una diferencia. Si cocinamos a 90 °C en vez de a 100 °C, vamos a tener que cocinar los alimentos durante más tiempo. Si cocináramos legumbres en Huaraz, veríamos que el tiempo de cocción es bastante más largo que en Burgos, porque en Huaraz estamos cocinando a una temperatura más baja.

Siguiendo con estas observaciones, es fácil deducir que, si cocinamos a una presión mayor de 1 atm, vamos a cocinar a una temperatura más alta y, por tanto, vamos a cocinar más rápido.

Este es el fundamento de la olla a presión. Cuando calentamos agua en una olla bien cerrada, donde una válvula de seguridad solo deja salir el vapor cuando se ha alcanzado en el interior una presión de aproximadamente 2,7 atm (aproximadamente 2734 mbar), la temperatura del agua sube hasta unos 130 °C y, a esta temperatura, los alimentos se cocinan más rápido.

Fijándonos en la curva de saturación, también podemos ver que podríamos hacer hervir agua sin calentar, simplemente haciendo vacío en un recipiente para disminuir la presión en su interior.

Si tuviéramos una temperatura ambiente de 25 °C, como puede suceder en verano, tendríamos que hacer vacío en el recipiente que contiene el agua hasta llegar a una presión de 32 mbar para conseguir que hirviera.

Pero esto no tiene interés a la hora de cocinar, porque, aunque el agua esté hirviendo, lo hace a una temperatura tan baja, 25 °C, que los alimentos no se cocinarían aunque los tuviéramos días enteros en la cazuela.

La curva de saturación que hemos estado viendo en los diagramas de presión vs. temperatura en las figuras anteriores, nos da todavía más pistas.

Hasta el momento hemos representado solo una pequeña parte de esta curva, la más cercana a la presión atmosférica. Sin embargo, la curva de saturación del agua se extiende hasta presiones y temperaturas superiores. De hecho llega hasta una presión de 221 bar y 374 °C, y en ese punto, se acaba.

Este punto se denomina punto crítico, de modo que la temperatura crítica del agua es 374 °C y la presión crítica es 221 bar.

El final de la curva de saturación, el punto crítico, lo encontramos del siguiente modo: Si ponemos agua en un recipiente cerrado y empezamos a calentar, el agua comienza a hervir y se produce vapor de agua que hace que suba la presión. De este modo nos vamos desplazando a lo largo de la curva de saturación; el agua líquida va perdiendo densidad, el vapor de agua la va ganando, y llega un momento en que las densidades se igualan y ya no podemos distinguir el líquido del vapor. En ese momento, hemos alcanzado el punto crítico del agua.

 La densidad nos da una idea de cómo están compactadas las moléculas de agua. El agua líquida es más densa porque las moléculas de agua están muy compactadas, mientras que la densidad del vapor de agua es más baja porque las moléculas de agua están muy separadas unas de otras.

A partir de 221 bar y 374 °C ya no tenemos agua líquida ni vapor de agua, las densidades de ambas fases se han igualado y solo queda una fase que denominamos agua supercrítica. Se denomina de este modo porque se obtiene cuando el agua se encuentra a una presión y temperatura superiores a sus valores críticos.

El agua supercrítica tiene unas propiedades muy interesantes que han dado lugar a nuevos procesos industriales. Por ejemplo, si nos preguntan si el aceite y el agua son miscibles, seguramente todos diríamos que no, siempre hemos visto que cuando intentamos mezclar el agua y el aceite, el aceite se queda flotando encima del agua. Sin embargo, cuando trabajamos en condiciones supercríticas, el agua y el aceite son totalmente miscibles. Como hemos visto, también cambia la densidad y muchas otras propiedades físicas del agua que parecen convertir el agua en un compuesto diferente, pero no, sigue siendo agua, H2O.

En general, muchos compuestos orgánicos no solubles en agua en condiciones ambientales, como pasa con el aceite, pero son solubles en condiciones supercríticas. Esta propiedad ha hecho que se desarrolle un proceso de oxidación en agua supercrítica que elimina contaminantes orgánicos peligrosos de forma mucho más segura y eficiente que cualquier otro proceso de los existentes actualmente.

En un artículo de divulgación anterior (Luces y sombras del dióxido de carbono) ya hablábamos de los fluidos supercríticos, en concreto del dióxido de carbono supercrítico y todas las aplicaciones que surgen cuando el dióxido de carbono (CO2) se encuentra por encima de su presión y temperatura críticas: descafeinado de café, extracción de aceite de semillas, limpieza en seco de diversos productos, incluyendo ropa y alimentos como arroz, etc. Sin embargo, a pesar de este inmenso campo que se abre cuando los fluidos se encuentran en condiciones supercríticas, el término “crítico”, y por supuesto “supercrítico”, no se acepta fácilmente, por ello, los productos que se han desarrollado utilizando fluidos supercríticos se comercializan generalmente con algún tipo de ecoetiqueta, pero las empresas no suelen poner que el producto en cuestión se ha procesado con un fluido supercrítico.

¿Qué pensarías si en una etiqueta de café descafeinado con dióxido de carbono supercrítico, que es el disolvente más saludable que existe en la actualidad para descafeinar el café y que proporciona el café más sabroso, pusiera que está descafeinado con dióxido de carbono supercrítico?

Probablemente no lo comprarías porque hay dos palabras que te suenan un poco raras, CO2 (el gran responsable del cambio climático), y supercrítico (más que crítico). Sin embargo, ahora ya sabes que solamente significa que se está utilizando el dióxido de carbono a una temperatura y presión superiores a sus valores críticos (31 °C y 74 bar en el caso del CO2), lo que se hace para que adquiera buenas propiedades como disolvente y pueda disolver la cafeína.

Por otra parte, también queremos destacar que estos procesos no producen CO2 sino más bien todo lo contrario. En estos procesos se aprovecha el exceso de CO2 que se ha producido como residuo en otros procesos, y que, en el descafeinado de café por ejemplo, se utiliza como un recurso barato que además evita el uso de los disolventes orgánicos que se utilizan en su lugar. Estos sí que son contaminantes y su uso está de hecho restringido en alimentación, mientras que el CO2 no presenta restricciones como disolvente debido a su inocuidad.

Hemos visto cómo siguiendo la curva de saturación del agua, podemos explicarnos desde por qué cocinamos más rápido cuando utilizamos la olla a presión hasta qué son y para qué sirven los fluidos supercríticos.

Hay más curvas interesantes en el diagrama presión vs. temperatura del agua, como son la curva de fusión y la de sublimación, ….pero esa es otra historia.