Freddo per il gelato

Nella mostra #FoodPeople è esposta una gelatiera (o sorbettiera) manuale degli anni 1940:

Con questa sorbettiera Renzo Bagnoli, fondatore della Sammontana, inizia nel dopoguerra 

la produzione di gelato nel bar di via del Giglio a Empoli

Le componenti di una gelatiera di questo tipo sono

il contenitore esterno in legno, un contenitore interno in metallo, una paletta che va nel contenitore interno e un sistema di ingranaggi e manovella che fa girare la paletta. Ecco come va usata

how to make ice cream - https://youtu.be/RyeVAiFfh8M

Il composto di latte, aromi, magari uovo, cioccolato, ecc. viene versato nel contenitore interno, si inserisce la paletta per mescolare e si chiude con un coperchio collegato all'ingranaggio a manovella: il mescolamento serve a muovere il composto ed evitare che si formino al suo interno cristalli di ghiaccio troppo grossi che rendono poco cremoso il gelato.
Si mette ghiaccio nell'intercapedine fra il secchio di legno e il contenitore interno e poi viene versata nel ghiaccio una sostanza granulare. Questo è il punto fondamentale: la sostanza granulare è sale da cucina. Il gelato non si forma agli 0°C del ghiaccio, deve essere raffreddato di più. Il raffreddamento viene prodotto dalla miscela di ghiaccio e sale che congela, cioè solidifica, a circa - 21 °C.

Ci ho provato anch'io. Ho preso del ghiaccio, l'ho messo in uno strofinaccio che ho chiuso bene, poi con un martello (meglio sarebbe stato un pestacarne) l'ho spaccato in frammenti (meglio sarebbe stato tritarlo, ma non ne avevo la possibilità). Ho messo il ghiaccio spaccato in un contenitore e ho aggiunto sale fino, così a occhio. Per misurare la temperatura ho usato un termometro a sonda, e la sonda mi è servita anche per mescolare la miscela. Nel giro di qualche secondo la temperatura è scesa a -13/-15 °C, sorprendente!


Il sale che si mette nel ghiaccio si scioglie un po' nell'acqua che si trova alla superficie dei ghiaccioli e si forma una specie di salamoia di acqua salata, ghiaccio e sale solido. Questa miscela non può congelare perchè la temperatura è troppo alta, quindi il ghiaccio deve sciogliersi: per questo sottrae calore all'ambiente, principalmente ai ghiaccioli stessi e al contenitore interno, facendo scendere la temperatura. Ghiaccio e sale è una miscela frigorifera.

Nella mia prova, in effetti, la temperatura avrebbe potuto scendere di più, fino ai circa -21° del punto di solidificazione della miscela di acqua e sale, se avessi fatto le giuste proporzioni: circa 23% in peso di sale e 77% di ghiaccio.

Quando viene sparso sale sulle strade in inverno avviene la stessa cosa: il ghiaccio sull'asfalto si scioglie (e, paradossalmente, la temperatura si abbassa) e dato che non capita spesso che la temperatura ambiente arrivi a -21°C la miscela non può ghiacciare e non si forma la lastra così pericolosa. Comunque al posto del sale da cucina se ne possono usare altri che fanno scendere ancora di più la temperatura di solidificazione.

Chi non si spaventa davanti a grafici e tabelle può approfondire la questione leggendo un post di Dario Bressanini.
Qui c'è una veloce storia delle macchine per fare il gelato.

Scaldare l'alluminio

In marzo abbiamo dedicato un fine settimana all'alluminio e ai metalli  in generale.
Francesco ha realizzato uno strumento musicale in cui si suona avvicinando o allontanando opportunamente la mano da un foglio di alluminio per alimenti: "E' necessaria una buona capacità per costruire un Theremin discreto con Arduino". Io avevo provato a giocare con termocamera, foglio d'alluminio e soffiatore d'aria calda (embosser) senza però trovare un buon effetto e lasciando quindi cadere la cosa. Ieri ho ripreso la questione e ho visto un effetto interessante.

Ho attaccato a una sottile lastra di plastica (policarbonato) una striscia di alluminio per alimenti su una faccia della lastra e una sull'altra faccia, lasciando una striscia libera fra le due.

Ho preso l'embosser (lo reggo con la sinistra), sistemato la termocamera, l'ho collegata al monitor e ho scaldato la parte della lastra opposta alla termocamera.

Quel che accade si vede nel video qui sotto (all'inizio l'immagine è sfocata ma dopo una ventina di secondi tutto si sistema). Come da convenzione tradizionale, il giallo/bianco indica le temperature più alte, il blu quelle più basse.

scaldare l'alluminio https://youtu.be/Q4Elh6HHo3s

La striscia con l'alluminio dietro la lastra (cioè verso l'embosser) si scalda rapidamente, sostanzialmente come la striscia libera: l'alluminio trasferisce bene, quindi rapidamente, il calore dell'aria calda alla lastra di plastica . La striscia con l'alluminio davanti alla lastra invece non si scalda quasi per niente: l'idea che mi sono fatto è che l'alluminio dissipi così bene il calore che arriva dalla lastra scaldata dal getto di aria calda da non aumentare la propria temperatura superficiale. Anche insistendo a scaldare proprio in corrispondenza della striscia di alluminio l'immagine non cambia.
L'allumino è un'ottimo conduttore di calore e il foglio per alimenti è molto sottile, non conosco esattamente lo spessore del foglio che ho usato io ma nel web ho trovato che lo spessore standard è 10-20 micron: mi aspettavo che dissipasse bene ma sono rimasto sorpreso ugualmente.

...e stirling fu

Era da un po' che cercavamo di costruirne uno, era da un bel po'!
e dico costruire, pezzo a pezzo (o quasi), non montare...tsè!

Un motore Stirling... almeno nella nostra versione, la beta... è una macchina strana, quel che sembra un pistone non è un pistone, è il displacer (cosa?), e quello che non si capisce cos'è, è un pistone... è a combustione esterna e... te lo puoi costruire in casa! che per un motore non è poco.

Di tutorial in giro per la rete ce ne sono tanti, come di video di gente che se l'è costruito in casa, ma non è banale.
Dopo un po' di tentativi, di sconfitte e di riprese ci siamo fatti mandare i pezzi da montare dall'inglese Scraptopower: i pezzi sono fondamentalmente lattine e simili, come vedete nel loro sito.
Personalmente non credevo che potesse funzionare, con le lattine spedite per posta, e invece va davvero. Allora lo abbiamo rifatto... un po' più alto.

il displacer visto di lato (su) e dall'alto (sotto) è stato realizzato con una "spugnetta" di metallo per lavare le padelle,
mentre a fare da pistone è il palloncino giallo montato su un tappo di plastica

 

e funziona anche lui!

il nostro piccolo.

trasformazioni...

Nel tentativo di migliorare le attività che teniamo col pubblico e con le scuole, stiamo cercando di trovare una maniera di rendere più evidente come l'energia possa presentarsi sotto diverse forme e quanto, a conti fatti, tutto si bilanci; che l'aumento di energia di una determinata forma vada a scapito dell'energia che si esprime in altre forme con la loro diminuzione...lo chiamano principio di conservazione dell'energia.

Calore e movimento non sono mai state facili da confrontare e cimentandoci in questo tentativo stiamo procedendo cosi:

sbatacchiamo pallini di piombo e vediamo l'effetto che fa...

Qui vediamo i pallini in una ciotola prima dello "sbatacchiamento", che effettueremo in quel contenitore a sinistra isolato termicamente.

La telecamera ad infrarossi (termocamera) ci permette di evidenziare, grazie ai falsi colori, quanto tutto tenda a equilibrarsi alla stessa temperatura...21,4°
speriamo che ci evidenzi anche quanto questo equilibrio salti se ci diamo qualche scossa.

dopo 30 secondi e circa 250 scosse, più o meno 8 al secondo, vediamo i pallini un po' più caldi, un grado in più!

dopo 60 secondi, stessa frequenza di sbatacchiamento, circa 500 scosse e 2 gradi in più! 23,3°!

 

e dopo 120 secondi e un migliaio di sbattimeti...quasi 7 gradi in più!! 28,2°!!

L'equilibrio è saltato...ma con quanta fatica?

Effetto davvero "Esplosivo"!

... ed a un certo punto BOOOM!!

Questo è il finale della storia che vede coinvolto, oltre me, l'amico e collega Fabrizio.

Cosa è successo prima?

Fabrizio di chiedeva quale fosse il modo migliore per spiegare il funzionamento di un motore a combustione interna senza adoperare necessariamente un'automobile. Spulciando in rete trova quindi queste "Piezo popper gun". Ok, va fatto subito.

Serve:

accenditore piezoelettrico di un accendino, si prolungano i contatti elettrici:

un contenitore stagno tipo porta rullini, si fora il tappo per far passare i cavi elettrici:

alcool etilico, isopropilico (quello del pulitore contatti spray) ma va bene anche del profumo o della benzina; insomma qualunque cosa abbia vapori infiammabili!

Che altro? Si mette assieme tutto fissando le varie parti magari su una basetta di legno, per comodità ho fatto questo:

Come funziona? 

Semplicissimo, si bagna l'interno del contenitore porta rullini con il liquido infiammabile (appena inumidito non "riempito"!), si scalda con le mani il contenitore stesso e poi si preme il grilletto: la scintilla provocata dall'accenditore piezoelettrico farà esplodere i vapori del combustibile e, appunto, BOOOM!!!

Prestate molta attenzione nel ripetere questo esperimento: l'esplosione provocata potrebbe essere molto forte!

Aggiornamento del 15/11/13:
"Il cannoneggiamento continua"

Vetro finto

Durante il periodo pasquale dell'anno scorso abbiamo provato a salvare l'uovo. Mi è tornato in mente in questo periodo, in cui sto pensando ad attività per il rinnovato laboratorio sui materiali: provare quali materiali sono più efficaci nel proteggere dal colpo derivante da una caduta. Possiamo partire dall'esplorazione di caschetti da bici e protezioni da skateboard ed espanderci a protezioni di altro tipo, per esempio gli elementi della suola delle scarpe da running che attutiscono il colpo del tallone sul suolo.
Non è molto conveniente utilizzare in laboratorio le uova, e poi non mi piace lo spreco. Cercando un altro oggetto/materiale ho trovato un finto vetro, il crash glass, usato per esempio per realizzare le vetrate che nei film vengono sfondate dagli attori oppure le bottiglie che, sempre nei film, sono spaccate in testa.
Il materiale di partenza è in granuli biancastri e traslucidi, e va scaldato finchè non diventa fluido

nella prima prova abbiamo usato un fornello elettrico ma ci metteva parecchio tempo

e siamo passati al fornello da campeggio, molto più rapido - nonostante l'aria professionale, Erica sta in effetti giocherellando con il materiale, che dà molte soddisfazioni

Quando è completamente sciolto

lo si versa nello stampo

L'ultimo materiale forma fili e gocce semisolidi (e poi solidi) piuttosto interessanti

Il risultato assomiglia davvero al vetro

anche se non siamo riusciti a eliminare le bollicine di aria.
E' molto fragile, è fatto per questo, e si rompe proprio come il vetro, ma i frammenti non tagliano. Può essere riutilizzato mettendolo di nuovo sul fuoco.

Abbiamo visto che con uno spessore di 1,5 cm la lastrina è abbastanza resistente da non rompersi cadendo da una spanna di altezza, ma si rompe cadendo dall'altezza del tavolo: è quel che volevamo per l'uso in laboratorio. L'attività sarà di proteggere la lastrina dalla caduta dal tavolo.
Ora dobbiamo lavorare sulla velocità e comodità della preparazione delle lastrine. Erica suggerisce di provare a mettere in un fornetto elettrico le forme contenenti la giusta quantità di materiale, così se ne preparano tante in una volta. Proveremo anche il forno a microonde, chissà.

Con una bella memoria

Stiamo iniziando a lavorare sul serio al rinnovo del laboratorio dedicato ai materiali, e così ho l'occasione per incontrare in modo più approfondito materiali usuali e di incontrare dal vivo materiali meno usuali. Fili e molle in lega a memoria di forma sono fra questi. Devo ancora giocarci con un po' di impegno, ma per avere un'idea di quel che fanno si può guardare questa puntata di geo