La influencia de la composición del gas en el rendimiento de los hornillos a bajas temperaturas

Elegir el equipo adecuado para actividades al aire libre es esencial para garantizar una experiencia segura, positiva y transformadora. Esto es particularmente importante cuando se trata de equipos de cocina outdoor. Factores como el bioma, la época del año, las condiciones climáticas, el tamaño del grupo, la disponibilidad de combustible e incluso las regulaciones locales deben ser considerados en la elección del sistema de cocina adecuado, que incluye hornillos, combustibles, ollas y utensilios.

Cuando hago trekking y necesito cocinar al aire libre, generalmente opto por hornillos a gas debido a su practicidad y facilidad de manejo. Aunque existen opciones como hornillos de alcohol y hornillos de bencina, gasolina o derivados del petróleo, el hornillo a gas es la elección más común de la mayoría de las personas. Sin embargo, la eficiencia del hornillo a gas puede verse significativamente afectada por la composición del gas, especialmente en condiciones de temperaturas bajas.

En este artículo, voy a explorar cómo diferentes tipos de gas, como butano, propano e isobutano, se comportan a varias temperaturas. Además, discutiré las mejores opciones de mezcla de gases para garantizar la eficiencia de tu hornillo en diferentes escenarios, proporcionando una experiencia de cocina al aire libre segura y eficaz, independientemente de las condiciones climáticas.

Composición del gas y temperatura de ebullición

La temperatura de ebullición del gas es crucial para su rendimiento a bajas temperaturas. La ebullición es el proceso por el cual un líquido se transforma en gas (vapor). Para que el gas almacenado en estado líquido dentro del cartucho se vaporice y pueda ser quemado en el hornillo, necesita alcanzar su temperatura de ebullición. Si la temperatura ambiente está por debajo del punto de ebullición del gas, el líquido no se vaporiza eficientemente, resultando en menor presión y menor llama.

• Butano: temperatura de ebullición de aproximadamente -1°C.
• Isobutano: con temperatura de ebullición de aproximadamente -11,7°C, el isobutano es más eficiente en temperaturas frías comparado al butano.
• Propano: El propano tiene un punto de ebullición muy bajo, de -42°C, haciéndolo altamente eficiente en condiciones extremadamente frías. Sin embargo, su alta presión de vapor requiere cartuchos muy robustos y pesados, lo que puede no ser práctico para trekking. Existen cartuchos de propano, pero que son usados en hornillos más grandes, para camping familiar.

La temperatura de ebullición del gas es el punto en que pasa del estado líquido al gaseoso, pero la eficiencia del hornillo puede comenzar a fallar en temperaturas más altas debido al enfriamiento evaporativo, que reduce la temperatura del cartucho durante el uso prolongado, disminuyendo la presión interna y la eficiencia. Por ejemplo, el butano, con un punto de ebullición de -1°C, comienza a fallar en temperaturas de 5°C o menos, mientras que el isobutano, con punto de ebullición de -11,7°C, pierde eficiencia alrededor de 0°C debido a estos efectos combinados.

Para minimizar los efectos de la temperatura y de la presión necesaria para licuar el propano, los cartuchos de gas utilizados en hornillos para trekking generalmente contienen una mezcla de gases, en lugar de un único tipo de gas.

Mezclas de gas

La solución para mantener la eficiencia del hornillo en climas fríos es utilizar mezclas de gases. La mejor composición es entre 20% a 30% de propano y 80% a 70% de isobutano. Esta mezcla proporciona una combustión eficiente a bajas temperaturas, pero aun así, en condiciones de frío extremo, puede haber una caída en la eficiencia.

En la tabla abajo, muestro algunos de los fabricantes de cartuchos de gas con su respectiva composición.

* n.i.: composición no informada por el fabricante. Solo los gases son informados, pero no el porcentaje de cada uno.

Algunos fabricantes poseen más de un tipo de gas, con composición o tecnologías diferentes, para atender a temperaturas diferentes. Decathlon, por ejemplo, aumenta el porcentaje de propano de 30% para 40%, mejorando la eficiencia del hornillo a bajas temperaturas. Ya Primus, marca sueca fundada en 1892 y especializada en hornillos, creó una tecnología innovadora en sus cartuchos Winter Gas que, con la misma composición de gases, aumenta el rendimiento en temperaturas más bajas. Esto se debe a que incluyeron en el cartucho una tecnología llamada VaporMesh, que hace que la vaporización del gas sea más eficiente. Por otro lado, la marca creó otra mezcla de gases, el Summer Gas, para atender las necesidades del trekker o campista en climas más cálidos. Vale la pena resaltar que las variaciones en las mezclas y tecnologías hacen que el costo de los cartuchos sean mayores o menores.

La ilustración abajo muestra los rangos de temperatura de operación para los 3 diferentes tipos de cartucho de Primus.

Funcionamiento de los hornillos a gas

Los hornillos a gas funcionan vaporizando el gas licuado contenido en los cartuchos. El gas se almacena en estado líquido debido a la alta presión dentro del cartucho. Cuando la válvula del hornillo se abre, la presión se reduce, permitiendo que el gas se vaporice y sea quemado para generar calor.

En temperaturas bajas, la vaporización puede ser menos eficiente debido al punto de ebullición del gas. Como se explicó anteriormente, gases como el butano, que tienen un punto de ebullición más alto, pueden no vaporizarse adecuadamente, reduciendo el rendimiento del hornillo.

Esta situación ocurre en los hornillos verticales, donde la vaporización del combustible sucede en la salida de la válvula. Sin embargo, existe un tipo de hornillo utilizado en expediciones que ayuda a resolver esta cuestión, incluso utilizando un combustible con menos propano en ambientes fríos. Pero, antes de hablar sobre eso, vamos a entender físicamente lo que sucede con los gases y por qué son afectados por la temperatura.

Ley General de los Gases

Para entender mejor cómo la composición del gas afecta el rendimiento del hornillo, es importante considerar la Ley General de los Gases, que relaciona presión (P), volumen (V) y temperatura (T) de un gas. La ecuación se expresa como:

La Ley General de los Gases combina las leyes de Boyle, Charles y Avogadro en una sola ecuación:

Ley de Boyle: Para una cantidad fija de gas a temperatura constante, el volumen es inversamente proporcional a la presión (PV = k).
Ley de Charles: Para una cantidad fija de gas a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (V ∝ T).
Ley de Avogadro: Volúmenes iguales de todos los gases, a la misma temperatura y presión, tienen el mismo número de moléculas (V ∝ n).

Efectos de la temperatura en el rendimiento de los hornillos

Presión y Temperatura

Según la Ley General de los Gases, la presión del gas dentro del cartucho es directamente proporcional a la temperatura. Esto significa que cuando la temperatura ambiente disminuye, la presión dentro del cartucho también disminuye, resultando en una menor eficiencia del hornillo. En bajas temperaturas, la menor presión puede no ser suficiente para vaporizar el gas eficientemente, causando una llama más débil o incluso la falla del hornillo.

Prueba entre cartuchos Power Gas y Winter Gas Primus

Cuando Primus comparó dos cartuchos de gas completamente nuevos y llenos (Power Gas y Winter Gas), la diferencia no fue perceptible inicialmente, pues la presión era alta en ambos cartuchos. Sin embargo, a medida que más gas fue siendo consumido, la diferencia se volvió más evidente.

Cuando los cartuchos de gas sin VaporMesh (Primus Power Gas) son usados en condiciones de frío, la presión en el recipiente disminuye debido al frío, lo que significa que el hornillo quema con menos potencia o puede incluso dejar de funcionar. Esto se vuelve más obvio cuando el recipiente ya no está lleno. Después de 60 minutos de cocción, el Primus Winter Gas es cerca de 9% más potente que un cartucho de gas sin VaporMesh. Después de 120 minutos de uso, entrega cerca de 15% más potencia.

Consulta la tabla de una prueba comparativa entre un cartucho lleno de Power Gas y un cartucho lleno de Winter Gas, realizada en una sala frigorífica con temperatura constante de -20 °C. Ambos cartuchos de gas fueron dejados en el congelador por 48 horas antes de que la prueba fuera realizada para reflejar mejor una situación real cuando estás fuera por varios días. La prueba utilizó dos hornillos Primus Spider y un termómetro infrarrojo con puntero láser.

* prueba realizada por Primus. Las informaciones fueron tomadas de https://primusequipment.com/en-eu/pages/primus-winter-gas

Enfriamiento evaporativo

Otro fenómeno importante a considerar es el enfriamiento evaporativo. Cuando el gas licuado se evapora, absorbe calor del ambiente y del propio cartucho, causando una disminución en la temperatura del cartucho. Este enfriamiento adicional puede reducir aún más la presión interna, exacerbando los problemas de rendimiento a bajas temperaturas.

¿Qué sucede con el cartucho de gas en la práctica?

1. Absorción de Calor por el Gas: Cuando encendemos el hornillo y el gas comienza a evaporarse, absorbe calor del ambiente y del cartucho. Este proceso de absorción de calor es esencial para que el gas cambie de estado líquido a gaseoso.
2. Caída de Temperatura del Cartucho: A medida que el gas continúa evaporándose, retira más calor del cartucho, haciendo que la temperatura del cartucho disminuya. Este efecto es particularmente perceptible cuando el hornillo está funcionando continuamente por largos períodos. Se enfría y, dependiendo de la humedad relativa del aire, se mojará en función de la condensación.
3. Disminución de la Presión Interna: Con la caída de la temperatura del cartucho, la presión interna también disminuye. La Ley General de los Gases nos dice que la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura (P ∝ T). Por lo tanto, cuando la temperatura cae, la presión dentro del cartucho también cae.
4. Reducción de la Eficiencia del Hornillo: La menor presión interna significa que hay menos fuerza para «empujar» el gas hacia fuera del cartucho y hacia dentro del quemador del hornillo. Esto puede resultar en una llama más débil y menos eficiente. En casos extremos, la presión puede caer tanto que el hornillo puede dejar de funcionar, aunque todavía haya gas en el cartucho.

Estrategias para mitigar el enfriamiento evaporativo

Para minimizar los efectos del enfriamiento evaporativo y garantizar un rendimiento más consistente del hornillo, puedes adoptar algunas estrategias:

1. Calienta el cartucho: Mantén el cartucho de gas calentado antes de usarlo. Puedes hacer esto manteniéndolo cerca de tu cuerpo.
2. Elige gases adecuados para el clima: Como se explicó anteriormente, utiliza mezclas de gas apropiadas para bajas temperaturas, como mezclas de propano e isobutano, que tienen puntos de ebullición más bajos y mejor rendimiento en condiciones frías.
3. Utiliza hornillos con cartuchos remotos: Algunos hornillos permiten que el cartucho sea usado de forma invertida, lo que ayuda a mantener la presión y mejorar la eficiencia en temperaturas frías.

Hornillos con cartucho remoto

Los hornillos con cartuchos remotos pueden ser una solución para mejorar la eficiencia del sistema de cocina. A diferencia de los hornillos verticales, donde el quemador queda encima del cartucho de gas, los hornillos con cartuchos remotos poseen una manguera flexible, permitiendo que el cartucho quede alejado del hornillo.

Pero, no es cualquier hornillo que usa el cartucho de forma remota el que va a funcionar en este caso. Son apenas los que poseen una serpentina que calienta el combustible, ubicada debajo del quemador.

La serpentina se usa para vaporizar el combustible que llega hasta allí en forma líquida y lo hace en función del calor de la propia llama del hornillo. Es como los hornillos de bencina y demás combustibles líquidos consiguen vaporizar el combustible. En el caso de cartuchos de gas, cuando usados de forma invertida (cartucho de gas cabeza abajo), permiten que el combustible salga aún en forma líquida y sea vaporizado en la serpentina.

Presión necesaria para licuación de los gases

La presión necesaria para licuar los gases varía, y cuando hablamos de una mezcla de gases, como las que encontramos en los cartuchos de gas para hornillos, ella acaba siendo proporcional a la concentración de los diferentes gases de la mezcla. Ve abajo la presión para licuación de cada uno de los gases abordados en el artículo:

• Butano: Presión de vapor a 25°C es aproximadamente 2,1 bar.
• Isobutano: Presión de vapor a 25°C es cerca de 3,1 bar.
• Propano: Presión de vapor a 25°C es alrededor de 8,4 bar.

A pesar de que el propano es ideal para condiciones de frío extremo debido a su bajo punto de ebullición, la alta presión necesaria para mantenerlo en estado líquido exige cartuchos con paredes mucho más espesas y robustas. Esto hace los cartuchos más pesados, lo que puede ser impracticable para trekking y otras actividades al aire libre donde el peso es un factor crucial. El cartucho del ejemplo es utilizado en hornillos para camping familiar y, en función de este tipo de actividad, el peso y el volumen extras no son un impedimento.

Uso de hornillo a gas en Brasil

El cartucho de gas NTK TekGás 230 g, que contiene una mezcla de 75% isobutano y 25% propano, es una excelente elección para las condiciones encontradas en Brasil, tanto en el verano como en el invierno. Esta combinación ofrece un rendimiento confiable en una amplia gama de temperaturas, garantizando eficiencia incluso en situaciones de frío intenso, donde las temperaturas pueden fácilmente llegar a -5 ºC. En el verano, el isobutano proporciona una combustión estable y eficiente, mientras que el propano asegura que el hornillo funcione adecuadamente en temperaturas más bajas, haciendo del NTK TekGás 230 g una opción versátil y práctica para aventureros brasileños a lo largo de todas las estaciones del año.

Consideraciones finales

Al planificar una actividad al aire libre, especialmente en climas fríos, la elección del cartucho de gas adecuado es crucial. Optar por mezclas de isobutano y propano puede garantizar que tu hornillo funcione eficientemente, incluso en temperaturas adversas. Conocer las características de cada tipo de gas y cómo se comportan en diferentes condiciones permitirá una experiencia de cocina al aire libre más segura y eficaz.

No te olvides de que la planificación es fundamental. En este artículo, abordamos los cartuchos de gas, pero es importante que tengas en consideración el sistema de cocina como un todo. Esto incluye la elección del combustible, hornillo y ollas adecuados, considerando el tamaño del grupo o uso individual, la disponibilidad de combustible, la temperatura ambiente y otras condiciones climáticas. Una planificación cuidadosa y la selección correcta de los equipos garantizarán que tengas una experiencia al aire libre segura y exitosa.

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