Ciencia y Tecnología

Cómo las matemáticas resolvieron el problema de voltear hamburguesas

Una de las ramas de investigación tristemente más descuidadas es la ciencia de voltear hamburguesas. Durante los meses de barbacoa, un enigma clave para los amantes de la gastronomía es si una hamburguesa volteada muchas veces se cocina más rápido que una volteada una sola vez. Y si es así, ¿cuántas volteretas es ideal?

Hoy recibimos una respuesta a esta importante pregunta gracias al trabajo de Jean-Luc Thiffeault, matemático de la Universidad de Wisconsin en Madison. Thiffeault ha creado un modelo matemático para voltear hamburguesas que conduce a una idea crucial que debería permitirle cocinar hamburguesas un 29 por ciento más rápido.

El modelo de Thiffeault es relativamente simple. Supone una hamburguesa plana de un centímetro de grosor pero infinita en extensión (en matemáticas, los sueños pueden hacerse realidad). El modelo incluye un elemento calefactor en un lado de la hamburguesa con aire fresco en el otro.

El calor ingresa a la hamburguesa a través del contacto directo con el elemento calefactor a 200 ⁰C, donde el coeficiente de transferencia de calor por contacto es de 900 vatios por metro cuadrado por grado centígrado, un valor experimental aparentemente razonable.

escapar del calor

El calor se escapa de la hamburguesa por el lado expuesto al aire a 25 ⁰C, donde el coeficiente de radiación y transferencia de calor es de 60 Watts por metro cuadrado por grado centígrado.

La carne se considera cocida cuando alcanza una temperatura de 70 ⁰C por lo que una parte importante del cálculo es determinar la temperatura de la carne en el centro de la hamburguesa. Tenga en cuenta que el historial de temperatura en cada punto de la hamburguesa es importante. Como señala Thiffeault, la carne cocida puede enfriarse pero no puede “descocinarse”.

Todo esto le permite a Thiffeault calcular cuánto tiempo lleva cocinar una hamburguesa. Comienza con el caso en que la hamburguesa no se voltea, un proceso que descubre que puede llevar una eternidad.

Entonces, ¿qué sucede cuando se voltea la hamburguesa? Una idea propuesta por el famoso autor científico de alimentos Harold McGee es que cuanto más rápido se voltea una hamburguesa, más se acercan las condiciones de cocción a una hamburguesa que se calienta por ambos lados simultáneamente. Así que voltear una hamburguesa muchas veces, sugirió McGee, debería acelerar el proceso de cocción. ¿Pero es esto cierto?

Thiffeault pone a prueba esta teoría al simular la velocidad de cocción para diferentes números de vueltas, mientras varía el intervalo entre vueltas. Luego utiliza el software matemático MATLAB para optimizar el proceso.

Resulta que para un solo giro, el tiempo óptimo para el primer intervalo es solo el 45 por ciento del total y representa solo el 29 por ciento de la cocción. El resto se hace durante el segundo intervalo, especialmente hacia el final cuando hay un aumento repentino en el porcentaje de carne cocida. Esto es probablemente el resultado del tiempo que tarda el calor de ambos intervalos en difundirse a través de la carne.

Esta difusión tiene implicaciones importantes para un mayor número de lanzamientos. Resulta que para tiempos de cocción óptimos, los intervalos de volteo deben tener aproximadamente la misma duración, excepto el último, que debe ser más largo para permitir la difusión.

Pero a medida que aumenta el número de volteretas, las mejoras en el tiempo de cocción se reducen. De hecho, Thiffeault dice que se aproximan a una asíntota que sugiere que múltiples volteretas pueden, en el mejor de los casos, cocinar hamburguesas un 29 por ciento más rápido que una sola voltereta. “La mejora en el tiempo de cocción óptimo es bastante marginal después de unos pocos intentos”, dice, dedicando su trabajo al matemático Charlie Doering, quien murió en 2021.

Entonces, la respuesta a la pregunta «¿cuántas veces debes voltear una hamburguesa para optimizar su tiempo de cocción?» es: un par de veces!

Mejoras de volteo

Para las muchas personas que voltearán solo dos o tres veces, Thiffeault ofrece un consejo más: “La forma de la función de tiempo de cocción para dos y tres volteretas sugiere que es mejor errar por el lado de cocinar un poco más para cada vuelta, ya que un intervalo más corto lleva a un tiempo de cocción más largo”.

Es un trabajo interesante, pero hay varias formas de mejorar el modelo. A medida que se cocina, la humedad y el contenido de grasa de la hamburguesa cambiarán; un modelo más avanzado podría explicar esto.

Luego está la posibilidad de introducir una temperatura máxima y cómo eso cambiaría los cálculos. Para muchos amantes de las hamburguesas, un resultado desafortunado que debe evitarse a toda costa es una hamburguesa quemada por fuera pero cruda por dentro.

¿Ayuda el volteo múltiple? Probablemente. Pero sin duda, Thiffeault claramente tiene más trabajo que hacer.

Ref: Las matemáticas de voltear hamburguesas: arxiv.org/abs/2206.13900

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