¿Cómo afecta el choque térmico a las ollas hechas de diferentes materiales?

En otra pregunta , tuve una pequeña discusión de comentarios con TFD sobre el efecto del enfriamiento por choque en las sartenes. En pocas palabras, dije que es malo para la sartén, y él dijo que especialmente si la sartén está hecha de acero, debería haber sido a 500 ° C para que los golpes tengan consecuencias, no a la temperatura de cocción de los dulces. Creo que si sucede a menudo, incluso a bajas temperaturas, la estructura interna de la sartén sería menos uniforme (debido a microgrietas, o tal vez alguna diferencia en la estructura cristalina del metal), lo que provocaría puntos calientes.

Me gustaría ampliar un poco la pregunta. Creo que todos estaremos de acuerdo en que los grandes choques de temperatura tienen malas consecuencias en los metales (piense en la forja). Creo que los shocks más pequeños tendrán algunas (pero consecuencias más pequeñas), pero después de los comentarios de TFD no estoy seguro. Podría complacer a alguien con un mejor conocimiento sobre los metales explicar lo que sucede en diferentes combinaciones de las siguientes combinaciones:

1. método de enfriamiento
   1. Inmersión de toda la sartén en agua fría (como en, tengo jarabe de azúcar caliente y quiero detener el calentamiento de inmediato).
   2. Verter una pequeña cantidad de líquido frío en la sartén caliente vacía (como en desglasar).
2. Material de la cacerola
   1. Acero inoxidable
   2. Aluminio
   3. Fondo intercalado
   4. Recubierto (p. Ej., Esmalte, PTFE, cerámica)
   5. Cobre
   6. Planchar
3. Diferencia de temperatura (nuestra agua fría está en todos los casos en el rango de 5 ° C (refrigerador) - 15 ° C (grifo))
   1. Temperatura de filete / caramelo (elija un rango de 160 ° C - 200 ° C debido a la caramelización y Leidenfrost)
   2. La temperatura más alta de la estufa (porque quiero saber sobre el caso extremo. 400 ° C o 500 ° deberían hacerlo, la primera porque eso es lo que estoy seguro que he tenido en mi estufa, la segunda porque TFD lo mencionó).

Supongamos que no hay una sola descarga, sino descargas regulares (tal vez dos descargas a la semana durante la vida útil de la sartén). ¿Cuáles serán los efectos? Y también, ¿hay una combinación que pueda (pero no siempre resulte) romper una sartén de hierro fundido de inmediato?

Recubierto (p. Ej., Esmalte, PTFE, cerámica)

No puedo responder en general, pero eso es fácil. El choque térmico repentino provoca tensión en un material por expansión desigual, ya sea en el mismo material por gradientes térmicos altos, o en interfaces entre materiales con diferentes coeficientes de expansión térmica. La tensión en este caso (dos materiales diferentes) puede ser muy alta. Si el material en cuestión no es elástico (p. Ej., Esmalte + cerámica; creo que el PTFE es diferente, pero no estoy seguro), entonces las uniones entre el recubrimiento y el metal se tensarían gravemente y probablemente se agrietaría y astillaría.

Puedo decirle por experiencia personal que realmente he usado esto para mi ventaja:

En la primavera, produzco una pequeña cantidad de jarabe de arce hirviendo savia en una sartén de acero inoxidable sin recubrimiento. En raras ocasiones, acompañado por la liberación de muchos improperios, he dejado que el jarabe hierva demasiado, en ese momento se quema y parece cubrir el fondo de la sartén con una capa delgada pero dura y muy resistente de negro de carbón. El truco para eliminar estas cosas es comenzar algún tipo de grieta de estrés, por ejemplo, frotando con lana de acero o una almohadilla de cobre, y luego lo que hago es poner la sartén en la estufa por un tiempo para que se caliente (pero no al rojo vivo), y luego llévelo al fregadero y rocíe agua fría en el fondo de la bandeja interior donde se ha adherido el negro de carbón. Después de algunas veces, el negro de carbón comenzará a desprenderse y luego se volverá más fácil de eliminar mediante una combinación de abrasión y choque térmico. (Las dos sartenes I ' He hecho esto en estado bien; ambos son de acero inoxidable con un fondo grueso (> 8 mm), y los he sometido a al menos 30 o 40 ciclos térmicos de este tipo).

editar re: tema general:

Wikipedia dice esto :

La robustez de un material al choque térmico se caracteriza con el parámetro de choque térmico:

dónde

• k es conductividad térmica,
• σT es la tensión máxima que el material puede resistir,
• α es el coeficiente de expansión térmica
• E es el módulo de Young, y
• ν es la relación de Poisson.

Una conductividad térmica más alta significa que es más difícil obtener un gran gradiente térmico a través del material (menos propenso a los golpes); una expansión térmica más alta significa más tensión (más propenso al choque), y un módulo de Young más alto significa más tensión para una tensión dada (más propenso al choque).

Entonces teóricamente podrías comparar los diferentes materiales. (ejercicio para el lector;) Lo más probable es que el cobre sea más resistente que los otros metales, debido a su mayor conductividad térmica y mayor ductilidad.

Conductividad térmica k : cobre = 401, aleaciones de aluminio = 120-180, acero inoxidable = 12-45 (unidades = W / m * K)

σT: ninguna idea:

Coeficiente de expansión térmica α : Cobre = 17, Aluminio = 23, hierro = 11.1, acero inoxidable = 17.3 (unidades = 10−6 / ° C)

Módulo E de Young : cobre = 117, aluminio = 69, hierro / acero = alrededor de 200 (unidades = GPa)

Relación de Poisson ν : cobre / acero inoxidable / aluminio son alrededor de 0.3-0.33, hierro fundido = 0.21-0.26

Por lo tanto, el acero inoxidable es peor que el aluminio o el cobre (conductividad térmica mucho menor, mayor módulo de Young).

Nunca he realizado pruebas científicas en sartenes, pero desde muchos años de experiencia he observado esto usando estufas eléctricas, hornos y placas de gas.

Hierro fundido: una sartén de buena calidad parece indestructible, de baja calidad con fallas se agrietará al azar, pero con mayor frecuencia cuando se calienta o enfría repentinamente. Cuando compre una nueva sartén de hierro fundido, dele algunos choques térmicos extremos en su estufa doméstica antes de molestarse en sazonarla. Si se agrieta, devuélvalo bajo garantía. Tengo una sartén que es más vieja que yo que ha sufrido un choque térmico en varias ocasiones, incluso arrojada a fuegos súper calientes, y no muestra signos ni daños. De hecho, su superficie sazonada es mejor que algunas sartenes de PTFE

Aluminio recubierto: (PTFE) El aluminio se debilita rápidamente y se deforma con el choque térmico. El uso de un calor demasiado alto provocará deformaciones y el recubrimiento también se deteriorará rápidamente. Después de un tiempo, puede usar la presión de la mano para 'remodelar' la parte inferior :-)

Acero inoxidable: la buena calidad parece indestructible, este pas puede deformarse muy ligeramente pero tiende a asentarse con el uso regular. Las sartenes que se usan para desesmaltar parecen volverse más resbaladizas (menos pegajosas) con el tiempo (esto es bueno). Tengo un wok de acero inoxidable de 55 cm que ha tenido un uso regular durante los últimos diez años, y se lava cada vez vertiéndolo en agua fría y fregando inmediatamente después de servir

Fondo intercalado: nunca he chocado térmicamente este tipo de sartén intencionalmente, normalmente no se usa para este tipo de cocción. Utilizado para calor bajo uniforme

Me sorprendería que una estufa doméstica pudiera alcanzar los 400 ° C y mucho menos 500 ° C. La mayoría de los hornos no pueden superar los 260 ° C (500 ° F) y eso está en una caja cerrada

Los aceros se endurecen generalmente por encima de 500 ° C (930 ° F), típicamente por encima de 700 ° C (1300 ° F). Esto también los hace quebradizos. El proceso de endurecimiento termina cuando el metal caliente se enfría rápidamente con aire, aceite o agua. Para acero de alta estabilidad, las piezas pueden enfriarse a menos de -75 ° C (-100 ° F)

Están templados a 230 ° C (445 ° F), típicamente 270 ° C (520 ° F). El temple hace que el metal sea resistente pero no quebradizo. El proceso de templado termina con un enfriamiento gradual a temperatura ambiente.

El rango de 400 ° C (750 ° F) - 510 ° C (950 ° F) se evita por cualquier período de tiempo ya que esto puede causar fragilidad

Traté una bandeja recubierta de cerámica blanca de bajo costo como esa (sin saber si tomaría ese tratamiento y queriendo averiguarlo), la enfríe regularmente bajo agua corriente (primero aplicada a la base) para que pudiera limpiarla y almacenarla justo después de vaciarla. Después de 10-20 de tales tratamientos, cualquier cosa que se adhiera al acero inoxidable se adherirá a la cerámica, por lo que las propiedades antiadherentes se desvanecieron muy rápidamente. No hay astillas visibles, pero notablemente el revestimiento se mancha fácilmente de la cúrcuma, el caramelo, etc., de una manera que difícilmente podría volverse blanco.

Sí, el choque térmico dañó el revestimiento cerámico antiadherente. Si el fondo es sándwich, hay más posibilidades de no solo perder el antiadherente, sino también de micro grietas.

En el caso de un revestimiento de ptfe a base de agua normal, no se observará lo mismo.