La tostadora más rápida posible [cerrada]

El año es 2016, su presupuesto es de decenas de miles de millones y su trabajo es crear la tostadora más rápida posible: específicamente, la transición de una rebanada de pan fría y normal a una tostada crujiente, ligeramente dorada y caliente debe ser lo más breve posible. . La practicidad es irrelevante. La tostadora no puede quemar el pan; tiene que ser una rebanada de pan tostado adecuada.

¿Qué tan rápido puede uno llegar y cómo sería una máquina así? ¿Qué tipo de límites teóricos limitan la velocidad de una tostadora?

Como pregunta adicional, ¿qué tan rápido podría producirse una tostadora si las únicas limitaciones son las leyes de la física (y las definiciones de pan y tostadas), lo que permite tecnología teórica, estructuras del tamaño de un planeta, etc.

EDITAR: Para aclarar, la pregunta no se trata de la tasa más alta de producción, sino de hacer que el proceso de tostado real sea más rápido.

TrEs-2b, ¿por qué cambió los requisitos presupuestarios?
Si la gente quiere editar mi pregunta, ¿qué tal algunas etiquetas mejores? No pude encontrar ninguna más relevante que las que especifiqué...
Estaba pensando, tostando mi bagel el otro día. Lástima que no haya una "tostadora de microondas". Con un gran presupuesto, sospecho que se podría encontrar una solución de calentamiento rápido y luego usar un láser para terminar con la superficie tostada deseada. Creo que usaría un láser de escaneo y tostaría líneas de trama en el pan, posiblemente con un sensor para medir el cambio en la reflectancia.
El problema con los láseres tal como lo veo es que parece que hay una especie de gradiente de tostado a lo largo de la tostada, mientras que con un láser imagino que simplemente doraría la superficie y dejaría todo lo demás fresco. Me imagino que uno podría llegar a fracciones de segundo bastante pequeñas con ráfagas laminares de aire sobrecalentado.
@ HDE226868 Sentí que las 'decenas de miles de millones de dólares' eran una explicación excesiva, que simplemente decir que era ilimitado proporcionó la misma información, me disculpo.
TBH Estaba un poco desconcertado. No conozco SE lo suficientemente bien como para decir si eso fue apropiado o no, pero ahora que lo pienso, en realidad creo que prefiero la edición. Si alguien puede describir una máquina del tamaño de un continente que puede hornear un brindis en nanosegundos, quiero oír hablar de ella.
@ dn3s Está bien, lo siento. Puede deshacer mi edición, si lo desea.
Coloque un par de SRB STS en sus costados y enciéndalos. Tu tostadora debe alcanzar los 6 km/s.
Creo que la tecnología de tostado actual se acerca bastante a lo más rápido posible. Es posible que pueda reducir el tiempo en un 25 o 50 % como máximo, pero el principal factor limitante es la conducción del calor a través del pan, que no se puede hacer más rápido sin cambiar las leyes de la física (o cambiar el pan).
Creo que la pregunta más importante es por qué el brindis es tan importante para esta sociedad. ¿No pueden sobrevivir los dos minutos de espera por un delicioso y crujiente pan?
¿Qué tal si tomamos ese dinero y desarrollamos una tostadora que pueda tostar pan de manera constante, uniforme y confiable cada vez que la use? ¿O sigue siendo física de ficción especulativa, incluso en 2016?
Votantes cercanos: no voten para cerrar sin dejar un comentario. OP: Creo que el problema que se identifica aquí es que la pregunta no tiene un valor aparente para la construcción del mundo; es principalmente una pregunta sobre física y mecánica.
@sh1 De hecho, teníamos eso en los años 70; Detectó con precisión qué tan bien tostado estaba el pan con un sensor simple que detectó el cambio de color en el pan y lo usó para medir con precisión qué tan bien estaba tostado. Por desgracia, no se vendió muy bien, ya que la gente asumió que la falta de una perilla significaba que no podían ajustarla para diferentes panes, sin darse cuenta de que con esta tostadora, no necesitaban hacer eso. Así que fracasó comercialmente y nos quedamos con la tecnología de tostadora inferior con la que vivimos ahora.
@ user867 Algunas personas quieren pan caliente y otras quieren carbón, esa perilla es crítica o no sirve como tostadora.
@ user16295 Simplemente agregue una interfaz neuronal para determinar las preferencias de la persona. Luego haga una versión de cuatro rebanadas del mismo producto para las familias más grandes.
Es una pregunta interesante, pero no puedo ver qué tiene que ver con Worldbuilding: es una pregunta hipotética sobre nada más. Tal vez si pudiera explicar cómo se relaciona con la construcción de un mundo, podría reabrirse :)
@IStanley: No soy el OP, pero ciertamente podría imaginar que esto se pregunta en el contexto de The Jetsons o algo así. La idea es encontrar una forma loca de hacer algo en lo que nosotros, los habitantes de 2016, no pensamos mucho, de una manera que nos haga preguntarnos por qué lo hemos estado haciendo tan mal durante cien años. Alternativamente, algo como el universo Fallout, donde a menudo muestran fallas tecnológicas experimentales locas en parodia de nuestra obsesión actual por hacer las cosas más rápido, más fuerte y mejor.
@MichaelS, no se trata de si las personas podrían intentar hacerlo (eso es un hecho), se trata de cómo la respuesta ayudaría a construir un mundo. "¿Qué tan rápido puedo hacer tostadas?" en realidad no tiene un "¿por qué?" Eso lo pone en un contexto de construcción mundial. ¿Cómo ayudaría responder a esta pregunta con los detalles de un mundo?
@IStanley: Si está tratando de mostrar un mundo al estilo de los Supersónicos, primero debe pensar en qué métodos plausibles podríamos usar para mejorar <lo que sea>. Desde autos voladores hasta tostadoras basadas en láser y perros robóticos, cada pequeño detalle necesita al menos un poco de investigación. No digo que sea necesariamente lo que pretendía el OP, pero puedo imaginar que tenga ese uso. Un mundo intermedio podría ser uno ambientado, digamos, en 2025, con la mitad del primer mundo utilizando una variante de esa loca tostadora láser inventada en 2016 por algún excéntrico multimillonario.
@MichaelS, si eso es lo que está haciendo el OP, entonces seguro, podemos ayudar con eso (pero por la redacción de la pregunta, no estoy seguro de que lo sea). Pero esto, tal como está, es una pura pregunta hipotética sin contexto. De todos modos, la pregunta debe editarse para adaptarse mejor a un contexto de construcción mundial antes de que pueda reabrirse; se puede solicitar una reapertura antes de eso, pero dado que 4 personas distintas votaron para cerrarla por la misma razón, es poco probable que suceda sin un cambio .
Creo que debería definir qué es una rebanada de pan adecuada, qué tan gruesas son las rebanadas y qué tan seca queremos que esté la tostada por dentro... una tostada melba es diferente de una rebanada de pan a la parrilla... ¿O soy demasiado quisquilloso?
¿Puede mi mundo no valorar el tostado rápido simplemente como un hecho? Si desea una causa específica, tal vez sería adecuado un escenario de tipo IA desbocado, o un culto con tema de brindis.
No puedo pensar en un sitio SE más adecuado para esto. Estaba cerrado en Física (ahora me doy cuenta de que no hice el proceso de migración adecuado... lo siento). Si alguien quiere migrar esto a una ubicación más apropiada, estaría bien con eso. Simplemente pensé que la naturaleza especulativa de la pregunta se ajustaba al formato. Puede que no esté escribiendo un libro, pero esto es parte del proceso de construcción del mundo que es mi imaginación.

Respuestas (4)

El objetivo de tostar pan, como todos sabemos, es la creación de 6-acetil-1,2,3,4-tetrahidropiridina y hacerlo lo suficientemente crujiente como para aguantar en un BLT.

Desafortunadamente, esa molécula de los dioses solo se puede formar en el rango de 285°F/ 140°C y 320°F/ 160°C. Más caliente que eso, obtienes sabores amargos y carbón. Esto reduce la eficacia de los láseres y las supernovas.

Su mejor y mundana apuesta es pasarla por debajo de la salamandra y llamarlo un día.

¿Pasarlo por debajo de la salamandra? ¿Que significa eso?
@Samuel es un asador infrarrojo comercial. ifoodequipment.com/webcura/files/255084_ax-slm.jpg

Simple.

Cree una máquina que termine una nueva rebanada de pan tostado cada 1 segundo (o 0,001 segundos). Esto es muy simple ya que se pueden hornear múltiples rebanadas en paralelo. Luego, en cualquier momento, puede esperar solo 1 segundo (o 0,001 segundos) para elegir una tostada recién hecha. El resto se tira como basura.

Este enfoque puede alcanzar cualquier velocidad que desee. Solo requerirá mucho más sistema paralelo y producirá una gran cantidad de tostadas sin comer.

+1 Esta es la solución que la mayoría de la gente ignora, pero es exactamente correcta para esta pregunta.
"específicamente, la transición... debe ser lo más corta posible. La practicidad es irrelevante". No se trata de hacer un brindis disponible en el menor tiempo posible, se trata de hacer que el brindis real tome el menor tiempo posible (ahora aclaré mi pregunta para reiterar esto)
@ dn3s Mi respuesta sigue siendo válida. Todavía es la mejor respuesta si está preguntando por el "tiempo más corto entre decidir hacer un brindis y hacer ese brindis".
esa es la mejor respuesta para esa pregunta, pero esa no es mi pregunta. Estoy pidiendo "el tiempo más corto entre pan y tostadas", considerando la pieza de pan individual . Te estás confundiendo por el hecho de que es común que los humanos coman tostadas después de decidir que quieren tostadas. Im mi pregunta, el ser humano es irrelevante en lo que respecta a la producción de tostadas; La atención se centra en el brindis en sí.

26s (perfectamente tostado) 11s (suficientemente bueno)

Independientemente de cómo lo caliente, el factor limitante es qué tan rápido se propaga el calor a través del pan sin calentar demasiado la superficie. Según la respuesta de King-Inks, el límite es de 160 °C y la temperatura central objetivo es de 140 °C.

Estoy asumiendo una rebanada de pan de 1 cm, calentada por ambos lados.

Datos térmicos necesarios para modelar el flujo de calor.

Junto con una densidad de pan típica de 200 g/L, utilicé un método que consiste en cortar el pan en una gran cantidad de rebanadas individuales y calcular el flujo de calor entre ellas en pequeños incrementos de tiempo.

Si relaja un poco las restricciones, digamos que permite una temperatura superficial de 180 °C y solo requiere que la mitad del pan alcance los 140 °C, el tostado puede durar hasta 11 s.

No podemos hacer eso mucho mejor, porque estamos limitados por el flujo de calor conductivo. Un poco de calentamiento interno, con por ejemplo microondas, puede acortar un poco el tiempo, pero no es buena idea considerando la calidad. (Como cualquiera que haya probado puede confirmar).

Me gusta esto, creo que podría servir como base para otras respuestas. No creo que la conductividad térmica del pan deba ser el límite; Además de la conducción, existe la convección y la relación. Otra respuesta menciona láseres/microondas, y me estoy imaginando una especie de rejilla de agujas súper delgadas que arrojan aire caliente a través de la tostada a una velocidad controlada.
Puede usar pequeñas microsondas a través del costado para arrojar calor directamente al centro y reducir el tiempo necesario para propagarse a través de la rebanada.

48 ms

Acercarse

Así que lo que querrás es un láser multifrecuencia. Como no existe tal cosa, entonces lo que hará es usar un MASER (amplificación de microondas por la emisión estimulada de radiación - un láser de microondas) más un láser IR u óptico.

El propósito del microondas es depositar calor a través de la profundidad del pan.

El propósito del láser IR/óptico es dorar la superficie y tostarla.

Láseres potentes

Sé que hay láseres IR al menos 10 veces más potentes y probablemente MIRACL (láser químico avanzado de infrarrojo medio) es 100 veces más potente que este.

Bonita foto de un 15 KW C O 2 láser.
Bonita foto de un láser de 15 KW $CO_2$

Energía para tostar pan

Este sitio afirma que se necesita una tostadora de 1200 W durante 2 minutos (120 segundos) para tostar dos piezas de pan.

Sé que hay mucha energía desperdiciada en la tostadora (el aire caliente se escapa por la parte superior pero no sé cómo reducirlo)

mi = PAG ∗ t = 1.2 k W × 120 s mi C = 144 k j

Como estamos interesados ​​en una sola pieza de pan, divídalo entre 2 para obtener 72 kJ.

Cuanto tarda el laser en tostar pan

Necesitamos nuestros láseres combinados para depositar 72 kJ de energía en el pan (esto parece demasiado grande).

Nuestro láser MIRACL puede entregar 1.500 kW de potencia por lo que:

t = 72 k j 1500 k W = 0.048 s mi C

MIRACL puede tostar tu pan en 48 milisegundos.

70 kJ es suficiente para convertir unos 20 g de agua en vapor , por lo que creo que podría estar exagerando un poco. Sin embargo, me tienes curioso, creo que cuando llegue a casa intentaré calentar un poco de pan en el microondas para ver si hace tostadas comestibles.
Creo que simplemente calentarlo en el microondas lo empapará y luego lo endurecerá (expulsará la humedad). Creo que necesitará tanto calentamiento de superficie como calentamiento en profundidad para hacerlo bien. Sin hacer las ecuaciones de transferencia de calor, no tengo idea de cuáles deberían ser las proporciones.
y estoy de acuerdo. Los números que obtuve fueron de cuánta potencia necesita una tostadora para tostar pan. No pude encontrar nada sobre cuánta energía se necesita para tostar pan.
Es casi seguro que la energía es demasiado alta, pero me gusta tu enfoque.
@2012rcampion Hago sándwiches de queso con el microondas y puedo confirmar que calentarlo solo lo calentará y lo empapará.
@XandarTheZenon ¿Estás seguro de que eso no tiene más que ver con el queso que con el proceso de cocción en el microondas? Siempre supuse que sí. @ 2012rcampeon, ¡bien por la ciencia!
La tostadora más rápida posible [cerrada]
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