ES2609954T3

ES2609954T3 - Un sistema de transmisión de calor basado en radiación electromagnética y una lámina para utilizar en un sistema de transmisión de calor

Info

Publication number: ES2609954T3
Application number: ES08758250.8T
Authority: ES
Inventors: Anita Schoning
Original assignee: Aps Af 28/8
Current assignee: Aps Af 28/8
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2017-04-25
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: EP2165575A1; EP2165575B1; JP2010531172A; US20100200572A1; DK2165575T3; US9265092B2; WO2009000272A1; CN101836498B; PL2165575T3; RU2472322C2; CN101836498A; BRPI0813226B1; RU2010100944A; BRPI0813226A2; DK200700924A

Abstract

Un sistema de transmisión de calor basado en radiación electromagnética, cuyo sistema de transmisión de calor comprende una cavidad de horno y una lámina con al menos dos capas, caracterizado porque las al menos dos capas (2, 4, 5) de la lámina, tienen un espectro de longitud de onda electromagnética que es una combinación del espectro de longitud de onda electromagnética para cada una de las al menos dos capas (2, 4, 5) de la lámina, proveyendo una reflexión interna entre las dos capas (2, 4, 5) siendo una capa superior (2, 5) y una capa inferior (4).

Description

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DESCRIPCION

Un sistema de transmision de calor basado en radiacion electromagnetica y una lamina para utilizar en un sistema de transmision de calor

La invencion se relaciona con un sistema de transmision de calor basado en radiacion electromagnetica, incluyendo dicho sistema de transmision de calor una cavidad de horno y una lamina con al menos dos capas.

La invencion tambien se relaciona con una lamina para utilizar en un sistema de transmision de calor.

De la GB 2 425 701 se conoce un horno para dispositivos anallticos.

El horno comprende una fuente de energla radiante y un par de reflectores dispuestos para reflejar la energla electromagnetica radiante hacia una superficie interna de un inserto. El inserto comprende un cuerpo fabricado a partir de un material de conduccion de calor eficiente tal como por ejemplo aluminio o cobre. El inserto comprende una superficie interna y una superficie externa. En una realizacion el inserto es aluminio, y la superficie interna es anodizada para formar una superficie oscura, preferiblemente negra. La superficie interna esta configurada para absorber la energla electromagnetica radiante emitida por medio de una fuente radiante y convertirla en calor. El calor es conducido a traves de la pared entre la superficie interna y la superficie externa.

Es un objeto de la invencion proveer un sistema de transmision de calor con base en la radiacion electromagnetica y una lamina o recubrimiento, por ejemplo para aplicar un empaque de aluminio o laminas de aluminio para uso principal dentro de la industria alimentaria con el objetivo de obtener superficies que tengan propiedades unicas con respecto al calentamiento rapido por medio de radiacion IR/ calor radiante desde las superficies calientes en hornos. Esto significa que la superficie sobre la lamina esta hecha de materiales que son capaces en la medida de lo posible de absorber la radiacion desde la parte interna de la superficie.

Por lo tanto el sistema novedoso de transmision de calor esta configurado de tal forma que la longitud de onda de una superficie de absorcion IR este adaptada a o corresponda con la radiacion IR que es emitida desde una fuente de calor, por ejemplo la superficie interna de un horno. Para un horno aplicado con esmalte, el cual esta entre el material mas frecuentemente utilizado para recubrir cavidades de horno, un recubrimiento se ocupa entonces de que de que emita radiacion IR con la mas alta intensidad dentro del rango 8,000-10,000 nanometros. La nueva superficie IR es de este modo capaz de absorber radiacion principalmente de la misma longitud de onda si el calentamiento por medio del calor radiante se debe realizar rapida y eficientemente.

Dado que el calor radiante constituye una parte considerable de la transferencia de calor y, ya a una temperatura de pared de horno de 200°C, constituye mas del 60% y por lo tanto hace una contribucion mas grande que el calor de conveccion, es del maximo interes adaptar la superficie de Al sobre el empaque para absorber la radiacion IR emitida desde la pared del horno.

Si se considera una superficie de Al sin tratar, la contribucion desde el calor radiante constituye solo alrededor del 7%.

El recubrimiento aplicado puede ser aplicado por medio de tecnologla de impresion y consiste de minerales que no son negros, sino que aparecen claros y visualmente se asemejan al aluminio. Los minerales tienen la propiedad de que son seleccionados en particular por su habilidad para absorber la radiacion IR en la longitud de onda dada que caracteriza la radiacion desde la pared de horno caliente. Por medio de la aplicacion del recubrimiento como una capa tipo sandwich, en donde una primera capa esta configurada para absorber la radiacion IR y una segunda capa esta configurada para reflejar la radiacion del calor emitido desde el elemento calentado envuelto en la lamina, el calor desde el elemento es reflejado de este modo de vuelta al elemento.

La razon para esto se debe encontrar en la denominada reflexion interna entre la capa inferior y la capa superior. Por medio de la combinacion optima de los recubrimientos correspondientes con una capa superior que mejora la reflexion interna, de este modo se han medido temperaturas mas altas sobre el interior de la lamina que pueden ser obtenidas por medio de superficies negras (cuerpo negro).

La necesidad para la produccion de productos alimentarios terminados en empaques de aluminio para ser calentados en hornos de radiacion y de conveccion aumenta sin cesar. Las razones para esto es el deseo de gastar menos tiempo cocinando y para ahorrar energla.

El empaque de productos alimentarios en laminas de aluminio seguido de un procedimiento de calentamiento en un

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horno convencional prolonga el tiempo de preparacion debido a las buenas propiedades reflectantes del material de aluminio a la radiacion de calor IR. Se ha intentado producir tanto un lado opaco como un lado brillante sobre, por ejemplo, la lamina de aluminio sin haber mejorado de este modo las propiedades de transmision de calor significativamente. Esto tampoco es sorprendente desde un punto de vista teorico.

En cuanto a la transmision total de calor, el complejo de problemas asociados con el calentamiento de productos alimentarios en empaques resistentes al calor puede ser calculado como la suma de la conveccion y la radiacion de calor IR. La Figura 1 es una grafica que muestra la transmision de calor como una funcion de la temperatura del horno. La figura muestra que en Thorno = 200°C la radiacion de calor sobre un elemento negro dominara la transmision total de calor por alrededor del 66%. Este no es el caso con la radiacion de calor sobre una lamina de aluminio. Aqul la radiacion de calor constituye solo alrededor del 7% de la transmision total de calor.

De la Figura 1 sera evidente que, en Thorno = 200°C, la radiacion de calor sobre un elemento negro dominara la transmision total de calor por alrededor del 66%. Este no es el caso con la radiacion de calor sobre una lamina de aluminio. Aqul solo alrededor del 7% de la transmision total de calor se debe a la radiacion de calor.

Por muchos anos, ha sido conocido que el grafito aplicado con una lamina de aluminio es un absorbente extremadamente eficiente de radiacion IR, y a lo largo los anos se han hecho varios intentos dentro de este campo cumpliendo con el proposito de utilizar esa idea a su favor. De este modo el punto es utilizar el efecto que es conocido desde el cuerpo negro que absorbe radiacion IR al 100%.

De este modo, la US 4220:134 describe la utilizacion de “teflon negro sobre una superficie de aluminio para asegurar la absorcion de radiacion de calor IR”. Otra patente US 2006/153952 A1 (Aromabag y Aromafoil hechos de aluminio) tambien utiliza una superficie negra a su favor para transferir optimamente calor radiante a una superficie de aluminio. Para productos alimentarios la utilizacion de superficies negras sobre lamina de aluminio no es particularmente atractiva desde un punto de vista estetico, que es probablemente la razon por la cual no se encuentran laminas de este tipo para propositos domesticos.

La presente invencion tiene su punto de partida en superficies que no aparecen negras y que no imparten una apariencia a la superficie que pueda ser percibida como antiestetica por la industria alimentaria, mientras que al mismo tiempo posee propiedades que sean comparables como el grafito o mejores, por ejemplo una emisividad muy alta (medida de radiacion) que este tan cerca a un cuerpo negro como sea posible, en donde la medida de radiacion es 5,768 W/m2K4. La medida de radiacion para las superficies esmaltadas que son utilizadas como recubrimiento estandar en cavidades del horno son del rango de 5,3 W/m2K4, mientras que la del aluminio es de 0,22 W/m2K4. Esta circunstancia tambien ha sido la razon por la cual, a traves de los ultimos 60 anos, el esmalte ha sido el recubrimiento preferido en cavidades abiertas combinado con la habilidad de que tambien asegura la superficie de la cavidad del horno contra la corrosion.

Ademas, el recubrimiento sobre la lamina de aluminio no debe tener propiedades toxicas o peligrosas y tambien deberla ser termicamente estable hasta 300°C, ser delgada por debajo de 14 micrones y exhibir suficientes propiedades mecanicas en la situacion de aplicacion. Lo que se busca por medio de esto es la forma usual en la cual se maneja la lamina de aluminio en una situacion en uso.

Ademas, el recubrimiento esta disenado de tal manera que las longitudes de onda desde la superficie de emision de radiacion (la pared del horno) y la superficie de absorcion de radiacion (la lamina) coincidan.

Esto significa que el espectro de la longitud de onda de la radiacion electromagnetica de la una superficie esta en sintonla con ese de la otra superficie, a traves de la cual la superficie del horno es capaz de transmitir el calor radiante eficientemente a la lamina.

La ventaja que se obtiene por medio de esto es que la utilizacion de un material con un espectro de longitud de onda electromagnetica se comprende por ejemplo dentro de la mitad inferior de un intervalo junto con otro material con un espectro de longitud de onda electromagnetica que este dentro de por ejemplo la mitad superior del intervalo con el fin de lograr de este modo una superficie sobre la lamina que tenga un espectro de longitud de onda electromagnetica que utilice todo este intervalo a su favor.

Ademas, la superficie de la lamina se puede proveer con un recubrimiento superior que reduce la reflexion de radiacion de calor IR desde la superficie de aluminio y que al mismo tiempo permite que la radiacion IR pase. Las pruebas han mostrado que la utilizacion de dichos recubrimientos duplex provee resultados de medicion sorprendentes que tienen mejores valores dados que la bien conocida superficie de “negro de carbono” mencionada arriba.

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Por este medio se obtiene una transmision de calor distintivamente mas eficiente que, en este contexto, permite un tiempo de preparacion mas corto y/o ahorros de energia dado que la temperatura de coccion puede ser reducida.

El objeto de la invencion puede ser logrado por medio de un sistema de transmision de calor basado en radiacion electromagnetica, cuyo sistema de transmision de calor comprende una cavidad de horno y una lamina con al menos dos capas, en donde las al menos dos capas de la lamina comprenden una capa de absorcion de radiacion, en donde el espectro de la longitud de onda de la radiacion electromagnetica de la capa de absorcion de radiacion y el espectro de la longitud de onda de la radiacion electromagnetica de la cavidad del horno estan en sintonia la una con la otra.

Esto se alcanza teniendo un espectro de longitud de onda electromagnetica que sea una combinacion del espectro de la longitud de onda electromagnetica para cada una de las al menos dos capas de lamina, que provee una reflexion interna entre las dos capas siendo una capa superior y una capa inferior.

El objeto de la invencion se logra ademas por medio de una lamina para utilizar en un sistema de transmision de calor, en donde la lamina comprende al menos dos capas, en donde el espectro de la longitud de onda de radiacion electromagnetica de la lamina esta en sintonia con una fuente de calor, por ejemplo el espectro de la longitud de onda de la radiacion electromagnetica de un horno.

Esto se alcanza teniendo un espectro de la longitud de onda electromagnetica que es una combinacion del espectro de la longitud de onda electromagnetica para cada una de las al menos dos capas de la lamina, que provee una reflexion interna entre las dos capas siendo una capa superior y una capa inferior.

De acuerdo con una realizacion la lamina se provee con una superficie de absorcion de radiacion que puede ser configurada tanto como una lamina flexible, como una lamina no flexible que esta hecha ya sea de metal o de un polimero, papel, cartulina u otros materiales basados en madera.

De acuerdo con una realizacion adicional la lamina tiene una superficie de absorcion de radiacion con una ductilidad de al menos 5%.

Por la presente se logra que la superficie sea flexible, tenga una resistencia y estabilidad a altas temperaturas, lo que permite el calentamiento hasta 300°C por al menos tres horas sin que las propiedades del material se deterioren significativamente.

De acuerdo con una realizacion adicional, la lamina tiene una superficie de absorcion de radiacion que puede ser aplicada tanto como una pelicula consistente sobre la superficie como una pelicula parcial.

De acuerdo con una realizacion adicional, la lamina tiene una superficie de absorcion de radiacion aplicada con un recubrimiento que consiste de una matriz organica resistente a la temperatura.

De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina, el recubrimiento se aplica como un recubrimiento duplex, en donde la capa superior es blanquecina a gris palido opalescente.

De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina, la capa superior es TiO2.

De acuerdo con aun otra realizacion, la lamina comprende una superficie de transmision de radiacion que consiste preferiblemente de minerales que son blancos o incoloros con alta emisividad, por ejemplo CaSO4, MgCO3, SiO2 o TiO2.

De acuerdo con aun otra realizacion, la superficie de absorcion de radiacion de la lamina consiste de minerales oscuros.

De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina la superficie de absorcion de radiacion puede ser aplicada por medio de huecograbado, impresion en flexo u otras tecnologias de impresion correspondientes.

De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina, el recubrimiento puede ser aplicado en parte con otro recubrimiento con la vision de proveer una aplicacion decorativa.

De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina, la superficie de transmision de radiacion puede ser escogida tal que esta reduzca la radiacion reflectada desde la capa subyacente, de absorcion de radiacion.

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De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina, la superficie de transmision de radiacion comprende TiO2 o escamas de aluminio.

De acuerdo con aun otra realizacion de la lamina, la capa de absorcion de radiacion tiene un espectro de longitud de onda de radiacion electromagnetica que esta dentro del intervalo de 2,500-10,000 nanometros.

De acuerdo con una realizacion de la lamina, la capa de absorcion de radiacion tiene un espectro de longitud de onda de radiacion electromagnetica que esta dentro del intervalo de 8,000-10,000 nanometros.

La Figura 2 muestra el espectro IR dado para cuarzos/esmalte (SiO2) comparado con el espectro de un cuerpo negro ideal. En la figura se hara evidente que el ajuste es modesto. Para obtener superficies correspondientes tiene que haber correspondencia entre los espectros de longitud de onda de radiacion electromagnetica tanto para la superficie de la cavidad del horno como para la superficie recubierta de la lamina de aluminio.

En el caso de recubrimientos de capa sencilla, se evaluo un gran numero de materiales. En la Figura 2, recubrimientos de capa sencilla seleccionados son comparados con “negro de carbono” en un experimento en donde la pared del horno ha sido calentada a 400°C. La temperatura alcanzada en equilibrio es, en el caso de los recubrimientos que tienen un grosor de 6 micrones, medida para ser 216°C sobre “negro de carbono” y de 154°C sobre TiO2. Para la comparacion, la temperatura fue medida para ser alrededor de 100°C sobre la lamina de aluminio. El efecto de aplicar escamas de Al sobre la lamina de Al se debe a la reflexion interna de los fotones entre la lamina de aluminio y el lado inferior de las escamas inmovilizadas. Es tambien destacable que un recubrimiento de una superficie de una mezcla de “negro de carbono” y SiO2 es mas eficiente que el “negro de carbono”. Esto muestra que las longitudes de onda son ajustadas en una instancia posterior comparadas con el ejemplo que presenta negro de carbono puro.

La Figura 3 muestra un ejemplo de las temperaturas maximas observadas y los tiempos asociados en las pruebas realizadas de las muestras con un recubrimiento de una capa de 6 micrones. La diferencia en el aumento de temperatura entre la lamina con recubrimiento y sin recubrimiento esta dada en la tabla. La temperatura elevada para las escamas de Al es notable, pero debido a la reflexion interna de los fotones entre la lamina de aluminio y el lado inferior de las escamas de Al inmovilizadas.

Los sistemas duplex sorpresivamente han mostrado propiedades de transmision de calor aun mas eficientes. La razon para esto se encuentra en la denominada reflexion interna entre la capa inferior y la capa superior. Por medio de combinar optimamente recubrimientos correspondientes con una capa superior que mejora la reflexion interna, las temperaturas que han sido medidas de este modo que son mas altas que esas de capa sencilla de “negro de carbono” sobre lamina de aluminio.

Por medio de la utilizacion de un sistema duplex con “negro de carbono” como capa inferior y TiO2 como capa superior, es entonces posible combinar la buena propiedad absorbente del negro de carbono con la apariencia del TiO2. Ademas, la propiedad de absorcion de la radiacion IR tambien se mejora dado que la reflexion total interna dentro de la muestra, entre la capa inferior y la capa superior, se mejora debido al alto Indice de refraccion del TiO2.

La Figura 4 expone las temperaturas maximas observadas y los tiempos asociados en las pruebas realizadas de las muestras con dos capas. El cambio en la temperatura y el tiempo entre la lamina de aluminio y la muestra y la relacion de temperatura de los mismos tambien aparecera en la tabla. En la tabla se hace evidente que el “negro de carbono” con y sin SiO2 en la capa inferior combinado con TiO2 en la capa superior exhibe las temperaturas mas altas, medidas para estar en 232°C que es 124°C mas alto que la temperatura de la superficie de la lamina sin tratar.

Los experimentos hechos muestran asl, vease la Figura 4, que Tnegro de carbono -TIO2, max es mas de 16°C mas alto que Tnegro de carbono, max. Es entonces posible combinar las propiedades de absorcion IR del “negro de carbono” con un Indice de refraccion alto de TiO2.

La Figura 5 muestra la rata del incremento de temperatura y la maxima temperatura alcanzada de los recubrimientos duplex seleccionados, con negro de carbono, negro de carbono/SiO2 y negro de carbono/SiO2 en combinacion con TiO2 como un recubrimiento superior. El conjunto inferior de curvas que consiste de tres curvas muestra el incremento en temperatura para lamina de aluminio no recubierta.

En todos los ejemplos dados la superficie esta recubierta con la lamina de aluminio por medio de las tecnologlas de impresion tales como el huecograbado. El huecograbado permite el deposito conveniente y efectivo en costes del

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recubrimiento muy delgado, y la aplicacion de capa duplex es tecnica estandar. Por lo tanto, la tecnologla de impresion es un metodo de manufactura altamente interesante que permite la opcion de una capacidad de produccion muy grande y la aplicacion de recubrimientos muy delgados, tan delgados como 6 micrones.

Con el fin de que el proceso sea aplicable, se debe hacer tinta de impresion personalizada que contenga pigmentos que tengan propiedades correspondientes con respecto a la longitud de onda desde la superficie de emision de radiacion (la pared del horno) y la superficie de absorcion de radiacion (la lamina). Ademas, se debe seleccionar un aglutinante organico que sea facilmente capaz de resistir la temperatura alcanzada; siendo aqul un pollmero de acril estireno y nitrocelulosa las opciones obvias.

En lo que sigue, se describiran realizaciones de la invencion con referencia a los dibujos, en donde

La Figura 1 es una grafica que muestra la transmision de calor como una funcion de la temperatura del horno. Las graficas muestran la transmision de calor por medio de la radiacion de calor dividida de acuerdo con las contribuciones desde la conveccion libre, la conveccion de calor sobre el elemento negro y la radiacion de calor sobre la lamina de aluminio.

La Figura 2 exhibe el espectro IR para cuarzo/esmalte (SiO2) comparado con el espectro de un cuerpo negro ideal.

La Figura 3 muestra una tabla de temperaturas maximas observadas y los tiempos asociados en pruebas hechas de muestras con una capa de recubrimiento;

La Figura 4 muestra las temperaturas maximas observadas y los tiempos asociados en pruebas hechas con muestras con dos capas;

La Figura 5 muestra la rata de incremento de temperatura y la maxima temperatura alcanzada para recubrimientos duplex seleccionados;

La Figura 6 muestra una imagen por microscopio electronico de un recubrimiento duplex con una pellcula de “negro de carbono” mas proxima a la lamina de aluminio seguida por un recubrimiento TiO2 como un recubrimiento superior; y

La Figura 7 muestra una imagen por microscopio electronico de un recubrimiento duplex con un recubrimiento TiO2 mas proximo a la lamina de aluminio seguido por escamas de aluminio como recubrimiento superior.

En un sistema de transmision de calor de acuerdo con la invencion, la superficie de absorcion IR puede ser estructurada de tal forma que su longitud de onda sea adaptada a o coincida con la radiacion IR emitida desde una fuente de calor, por ejemplo la superficie interna de un horno. De esta manera esto se aplica a un horno aplicado con esmalte, que esta entre los materiales mas ampliamente utilizados para el recubrimiento de dichas cavidades de horno, que un recubrimiento se ocupa de que emita o irradie radiacion IR en la intensidad mas alta, en el rango de 8,000-10,000 nanometros. En el caso del sistema de transmision de calor de acuerdo con la invencion, la superficie IR es por lo tanto adaptada para absorber principalmente radiacion dentro de la misma area de longitud de onda, si el calentamiento por medio del calor radiante se debe realizar rapida y eficientemente. Sin embargo, es posible manufacturar una lamina que absorba calor radiante desde otra area de onda que es en donde el horno tiene su intensidad de radiacion mas alta, mientras que aun se logra un calentamiento que es mas eficiente que si se hubiera utilizado una lamina de aluminio brillante ordinaria.

Cuando se trata de una lamina de acuerdo con la invencion, el recubrimiento aplicado puede, en una realizacion, ser aplicado por medio de tecnologla de impresion y puede consistir de minerales que no son negros, sino que aparecen claros y se asemejan visualmente al aluminio. Los minerales tienen la propiedad de que estos son seleccionados en particular para ser capaces de absorber la radiacion IR dentro de la longitud de onda dada que corresponde con la radiacion emitida desde la pared del horno caliente. El recubrimiento tambien puede ser aplicado como una capa tipo sandwich, en donde una primera capa esta configurada para absorber la radiacion IR y una segunda capa esta configurada para reflejar el calor radiante que es emitido desde un elemento calentado envuelvo en la lamina para el efecto de que el calor desde el elemento sea reflejado de vuelta al elemento.

Los materiales son seleccionados de tal forma que cooperen para permitir la absorcion de calor a lo largo de un espectro mas amplio que si solo se tratara de una capa.

De este modo, el un material puede tener por ejemplo una buena absorcion de calor radiante dentro de un espectro desde a-b, otro material desde b-c, y opcionalmente un tercer material desde c-d. De esa manera se logra que un

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material cubra buena absorcion de calor dentro de un espectro de a-d.

En otras palabras, la ventaja se puede hacer efectiva puesto que es posible emplear un material con un espectro de longitud de onda electromagnetica que por ejemplo este dentro de la mitad inferior de un intervalo junto con otro material con un espectro de longitud de onda electromagnetica que por ejemplo este en la mitad superior del intervalo con el fin de, de este modo, lograr una superficie sobre la lamina que tenga un espectro de longitud de onda electromagnetica que utilice todo su intervalo.

Por medio de proveer la lamina con una capa de escamas de aluminio, se obtiene una denominada reflexion interna entre la capa inferior y la capa superior. Por medio de combinar optimamente los recubrimientos correspondientes con una capa superior que mejora la reflexion interna, de este modo se han medido temperaturas mas altas sobre el lado interno de la lamina en comparacion con lo que era obtenible por medio de superficies negras (cuerpo negro).

Esto significa que, en caso de que se use la lamina por ejemplo para preparar patatas horneadas, el calor radiante pasara a traves de la capa de absorcion IR y calentara la patata. Cuando se calienta, esta emite calor que es despues reflejado desde la lamina y de vuelta hacia la patata. El efecto del calor es utilizado de este modo mas a favor en comparacion con las laminas convencionales.

La Figura 1 muestra que, en Thorno = 200°C, el calor radiante sobre un cuerpo negro dominara la transmision total de calor por alrededor del 66%. Este no es el caso para el calor radiante sobre una lamina de aluminio. Aqul solo alrededor del 7% de la transmision total de calor se debe al calor radiante.

Ademas, la superficie de lamina se puede proveer con un recubrimiento superior que reduce la reflexion del calor radiante IR desde la superficie de aluminio y al mismo tiempo permite que la radiacion IR pase. Se ha encontrado que la utilizacion de tales recubrimientos duplex en pruebas rinde sorprendentes resultados de medicion que han provisto valores mejorados sobre la bien conocida superficie de “negro de carbono” mencionada arriba.

Mediante esto, se logra una transmision de calor marcadamente mas eficiente la cual, en este contexto, permite tiempos de coccion mas cortos y/o ahorros de energla, dado que la temperatura de coccion puede ser reducida.

La Figura 2 muestra el espectro IR exhibido para cuarzo/esmalte (SiO2) comparado con el espectro de un cuerpo negro ideal. De la figura sera evidente que el ajuste es modesto. Para obtener superficies correspondientes debe haber una correspondencia entre el espectro de la longitud de onda de la radiacion electromagnetica tanto para la superficie de la cavidad del horno como para la superficie recubierta de la lamina de aluminio.

En el caso de los recubrimientos de una sola capa, se probo un gran numero de materiales. En la Figura 2, se comparan recubrimientos de capa sencilla seleccionados con “negro de carbono” en un experimento en donde la pared del horno fue calentada a 400°C. La temperatura adquirida en equilibrio es, en el caso de los recubrimientos que tienen un grosor de 6 micrones, medida para estar en 216°C sobre “negro de carbono” y 154°C sobre TiO2. Para la comparacion la temperatura fue medida para estar alrededor de 100°C sobre la lamina de aluminio. El efecto que se deriva de la aplicacion de escamas de Al sobre la lamina de Al se debe al intervalo de reflexion de los fotones entre la lamina de aluminio y el lado inferior de las escamas inmovilizadas. De igual manera cabe notar, que un recubrimiento de superficie de una mezcla de “negro de carbono” y SiO2 es mas eficiente que el “negro de carbono”. Sin embargo, una vez mas la observacion es una prueba de las longitudes de onda emparejadas en el ultimo caso comparado con el caso en donde se utilizo negro de carbono puro.

La Figura 3 muestra una tabla de temperaturas maximas observadas y los tiempos asociados en pruebas hechas de muestras con un recubrimiento de una capa de 6 micrones. La diferencia en el incremento de temperatura de las pruebas con lamina con recubrimiento y sin recubrimiento esta dada en la tabla. La temperatura elevada de las escamas de Al es notable, pero debido a la reflexion interna de los fotones entre la lamina de aluminio y el lado inferior de las escamas de Al inmovilizadas.

Sorprendentemente se ha encontrado que los sistemas duplex poseen propiedades de transmision de calor aun mas eficientes. La razon para esto se encuentra en la denominada reflexion interna entre la capa inferior y la capa superior. Por medio de combinar optimamente los recubrimientos correspondientes con una capa superior que mejora la reflexion interna, se han medido temperaturas de este modo que son mas altas para una capa “negro de carbono” sencilla sobre una lamina de aluminio.

Por medio de la utilizacion de un sistema duplex con “negro de carbono” como capa inferior y TiO2 como capa superior, es posible entonces combinar la buena propiedad de absorcion del negro de carbono con la apariencia del

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TiO2. Ademas la propiedad de absorcion con respecto a la radiacion IR se mejora, dado que la reflexion total interna dentro de la muestra entre la capa inferior y la capa superior se mejora debido al alto indice de refraccion de TiO2.

La Figura 4 exhibe las maximas temperaturas observadas y los tiempos asociados en las pruebas hechas con muestras de dos capas. El cambio en la temperatura y el tiempo entre la lamina de aluminio y la muestra y la relacion de temperatura de los mismos tambien aparecera en la tabla. En la tabla sera evidente que el “negro de carbono” con y sin SiO2 en la capa inferior combinada con TiO2 en la capa superior exhibe las temperaturas mas altas, medidas para estar en 232°C que es 124°C mas alta que la temperatura de superficie de la lamina sin tratar.

Los experimentos hechos de este modo muestran, vease la Figura 4, que Tnegro de carbono - tio2, max es mas de 16°C mas alto que Tnegro de carbono, max. Es entonces posible combinar las propiedades de absorcion IR del “negro de carbono” con un indice de refraccion alto de TiO2.

La Figura 5 muestra la rata del incremento de temperatura y la maxima temperatura alcanzada para los recubrimientos duplex seleccionados, con negro de carbono, negro de carbono/SiO2 y negro de carbono/SiO2 en combinacion con TiO2 como recubrimiento superior. El conjunto inferior de curvas consiste de tres curvas que muestran el incremento en la temperatura para laminas de aluminio sin recubrimiento.

La Figura 6 muestra una imagen de microscopio electronico. La imagen muestra una realizacion de un

recubrimiento duplex como se describe en el contexto de la figura 4. El recubrimiento consiste, mas proximo a la lamina 4 de aluminio, de una pelicula 3 de negro de carbono, seguido por un recubrimiento 2 de TiO2 como el recubrimiento superior. En la parte superior de la figura, se muestra un componente 1 de moldeado. El recubrimiento fue aplicado por medio de tecnologia de impresion. El recubrimiento aparece blanco y exhibe una temperatura en equilibrio de 232°C. Las laminas de este tipo pueden disminuir por ejemplo a la mitad el tiempo de coccion de una patata horneada de tamano mediano.

La Figura 7 muestra una imagen de microscopio electronico. La imagen muestra otra realizacion de un

recubrimiento duplex como se describe arriba en el contexto de la Figura 4. Aqui, el recubrimiento consiste de un recubrimiento 2 de TiO2 mas proximo a la lamina 4 de aluminio, seguido por las escamas 5 de aluminio previamente mencionadas como un recubrimiento superior (las escamas de aluminio se muestran en las elipses discontinuas). En la parte superior de la figura, se ve el componente 1 de moldeado. El recubrimiento se aplica por medio de tecnologia de impresion. Este recubrimiento alcanza una temperatura de 199°C durante la operacion de prueba, mientras que un recubrimiento de TiO2 puro no alcanza una temperatura por encima de 154°C. Para la comparacion la lamina sin tratar no alcanza los 100°C en el mismo tratamiento.

En todos los ejemplos dados, la superficie recibe la aplicacion de la lamina de aluminio por medio de tecnologias de impresion, tales como huecograbado. El huecograbado permite el deposito conveniente y de coste efectivo del recubrimiento muy delgado, y la aplicacion de capa duplex es tecnica estandar. Por lo tanto, la tecnologia de

impresion es un metodo de manufactura altamente interesante que permite la opcion de una capacidad de

produccion muy grande y la aplicacion de recubrimientos muy delgados, tan delgados como 6 micrones.

Con el fin de que el proceso sea aplicable, se debe hacer tinta de impresion personalizada que contenga pigmentos que tengan propiedades correspondientes con respecto a la longitud de onda desde la superficie de emision de radiacion (la pared del horno) y la superficie de absorcion de radiacion (la lamina). Ademas, se debe seleccionar un aglutinante organico que sea facilmente capaz de resistir la temperatura alcanzada; siendo aqui un polimero de acril estireno y nitrocelulosa las opciones obvias.

De acuerdo con una realizacion adicional la superficie de absorcion de radiacion puede tener una apariencia blanquecina a gris palido opalescente.

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema de transmision de calor basado en radiacion electromagnetica, cuyo sistema de transmision de calor comprende una cavidad de horno y una lamina con al menos dos capas, caracterizado porque las al menos dos capas (2, 4, 5) de la lamina, tienen un espectro de longitud de onda electromagnetica que es una combinacion del espectro de longitud de onda electromagnetica para cada una de las al menos dos capas (2, 4, 5) de la lamina, proveyendo una reflexion interna entre las dos capas (2, 4, 5) siendo una capa superior (2, 5) y una capa inferior (4).
2. Una lamina para utilizar en un sistema de transmision de calor, caracterizada porque la lamina comprende al menos dos capas (2, 4, 5), que tienen un espectro de longitud de onda electromagnetica que es una combinacion del espectro de la longitud de onda electromagnetica para cada una de las al menos dos capas (2, 4, 5) de la lamina, proveyendo una reflexion interna entre las dos capas (2, 4, 5) siendo una capa superior (2, 5) y una capa inferior (4).
3. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizada porque la lamina se provee con una superficie de absorcion de radiacion que puede estar configurada tanto como una lamina flexible como una lamina no flexible que puede ser tanto de metal o de un pollmero, papel, cartulina u otros materiales que esten basados en madera.
4. Una lamina de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes 2-3, caracterizada porque la superficie de absorcion de radiacion tiene una ductilidad de al menos 5%.
5. Una lamina de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes 2-4, caracterizada porque la superficie de absorcion de radiacion puede ser aplicada tanto como una pellcula consistente sobre la superficie como una pellcula parcial.
6. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizada porque la superficie de absorcion de radiacion se aplica con un recubrimiento que consiste de una matriz organica resistente a la temperatura.
7. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizada porque el recubrimiento es aplicado como un recubrimiento duplex, en donde la capa (2) mas superior es de blanquecina a gris palido opalescente.
8. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizada porque la capa (2) mas superior es TiO2 (2).
9. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizada por comprender una superficie de transmision de radiacion que preferiblemente consiste de minerales que son blancos o incoloros con alta emisividad, por ejemplo CaSO4, MgCO3, SiO2 o TiO2 (2).
10. Una lamina de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes 7-9, caracterizada porque la superficie de absorcion de radiacion consiste de minerales oscuros.
11. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 7 u 8, caracterizada porque la superficie de absorcion de radiacion puede ser aplicada por medio de huecograbado, impresion en flexo u otras tecnologlas de impresion correspondientes.
12. Una lamina de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes 7-9, caracterizada porque el recubrimiento puede ser aplicado parcialmente con otro recubrimiento con el proposito de proveer una aplicacion decorativa.
13. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 7 u 8, caracterizada porque la superficie de transmision de radiacion es seleccionada para ser tal que esta reduzca la radiacion reflectada desde la capa de absorcion de radiacion subyacente.
14. Una lamina de acuerdo con la reivindicacion 13, caracterizada porque la superficie de transmision de radiacion comprende TiO2 (2) o escamas de aluminio (5).
15. Una lamina de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes 2-14, caracterizada porque la capa de absorcion de radiacion tiene un espectro de longitud de onda de una radiacion electromagnetica que esta dentro del intervalo de 2,500-10,000 nanometros.
16. Una lamina de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones precedentes 2-14, caracterizada porque la capa

de absorcion de radiacion tiene un espectro de longitud de onda de una radiacion electromagnetica que esta dentro del intervalo de 8,000-10,000 nanometros.