Fundamentos de la Refrigeración. Una introducción.

FUNDAMENTOS DE LA REFRIGERACIÓN. UNA INTRODUCCIÓN.

Autor: Miguel Ángel Muñoz.
Primera versión: Abril, 2017.
Tiempo de lectura estimado: 20 minutos.

El contenido de esta entrada del blog está dedicado a una introducción a los fundamentos de la refrigeración (producción de frío) en ingeniería y va destinado a internautas que sientan curiosidad por este tema, aunque contado de manera sencilla, alejada de la rigurosidad de los numerosos textos que tratan este tema de forma especializada. A los expertos en el tema, advertirles que no van a encontrar nada novedoso aquí. Este documento es de divulgación y es “free”, siempre y cuando menciones mi autoría. Para mayor información sobre Propiedad intelectual e industrial y derechos de autor de este blog, en general y de esta entrada, en particular, puedes consultar el Aviso legal de este blog.

Si disponemos de un sistema cuya temperatura sea inferior a la del medio ambiente en que se encuentra, por ejemplo, una bolsa de hielo, observaremos que hacia el sistema fluye calor de manera espontánea, tendiendo a convertir el hielo de la bolsa en agua líquida. La refrigeración es un proceso que consiste en bajar o mantener un nivel bajo de temperatura de un cuerpo, como el hielo, o de un espacio, como un frigorífico o nevera. Los fluidos que se emplean para este proceso se llaman refrigerantes.


Equipo de refrigeración de lujo de la firma De Dietrich.
Imagen original:
construnario.com/notiweb/27374/side-by-side-trio-de-dietrich-el-conjunto-mas-completo-para-una-cocina-de-lujo#

El estudio científico de la refrigeración se realiza mediante la Termodinámica: una rama de la Física encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía. La Termodinámica tiene dos principios fundamentales, derivados de la observación de los procesos naturales y que se pueden enunciar de forma más o menos compleja. El Primer Principio de la Termodinámica suele ser bastante conocido y señala que la energía no se crea ni se destruye, sino que únicamente se transforma. Por ejemplo, la energía química y calorífica de un combustible como la gasolina se transforma en un motor en energía mecánica, que permite que un automóvil se desplace.

El Segundo Principio es, quizás, menos conocido popularmente y apunta a la dirección en la que se desarrollan los procesos naturales. Se puede resumir en que todo sistema tiende de forma natural a un estado “no ordenado” o caótico, a menos que se aplique energía al sistema para restablecer un cierto orden. Es el causante de que nuestros cabellos no evolucionen hacia un peinado de forma natural, sino que requiramos los servicios de peluquería (energía, tiempo y/o dinero que empleamos) para que evolucionen hacia un peinado satisfactorio. También es el responsable de que las camas en las que dormimos por la noche aparezcan desechas por la mañana y que haya que emplear, de nuevo, energía, tiempo y/o dinero para rehacerlas. Se podrían citar muchos ejemplos de procesos naturales en los que subyace el Segundo Principio, aunque restringiendo el estudio a la producción de frío, podría ejemplificarse con que el calor no se transmite nunca espontáneamente de un cuerpo hacia otro cuya temperatura sea más elevada. Esto hace que sea mucho más fácil, conceptual y técnicamente, producir ambientes cálidos que refrigerar. Por ejemplo, para calentarse en una noche fría de invierno en la calle, basta con encender una hoguera con madera y un encendedor o unos cerillos. Sin embargo, en una noche calurosa no es tan sencillo lograr bajar la temperatura para poder conciliar el sueño.


Esquema del proceso de refrigeración.
Imagen original: Enciclopedia Combi Visual. Vol. 5. Ediciones Danae.

Al ser la producción de frío un proceso no natural, es preciso aportar energía para la refrigeración. Para refrigerar el interior de una nevera, de un frigorífico, de una habitación para estancia de las personas o de un habitáculo de un automóvil, es preciso una máquina frigorífica. En esta máquina frigorífica circula un fluido o refrigerante que pasa por distintos elementos de la máquina frigorífica. En el Evaporador, el refrigerante absorbe calor del espacio refrigerado, incrementando su temperatura (en la figura, pasa de -25ºC a -15ºC) y haciendo disminuir -o manteniendo baja- la temperatura del espacio refrigerado. El fluido que sale del Evaporador es comprimido mediante un Compresor (denominado “bomba” en la figura). Un compresor es una turbomáquina consumidora de energía mecánica que se diseña para aumentar la presión y desplazar fluidos compresibles, tales como gases y vapores. En el Condensador el fluido cede calor al medio ambiente exterior, disminuyendo su temperatura (de +40ºC a +20ºC en la figura). Para completar el ciclo, al fluido se le hace pasar por una Válvula de expansión para disminuir su presión hasta el nivel de presión de entrada en el Evaporador. Si estás familiarizado con el inglés y con conceptos termodinámicos como la entropía, puedes consultar y ampliar el ciclo completo, por ejemplo, aquí.

En cuanto a los refrigerantes más empleados en la práctica, muchos han sido los usados en la historia de la producción de frío. Aquí puedes consultar una reseña histórica de los principales refrigerantes. En los últimos años/décadas se usaron mucho los denominados clorofluorocarbonos o CFC’s, aunque están en desuso por la influencia de estos productos en la formación del agujero de la capa de ozono. En la actualidad se emplean “refrigerantes verdes” como el R-407C, el R-134A o el R-410A. El sistema de numeración para refrigerantes R-# fue desarrollado por la Corporación DuPont y una lista de refrigerantes puedes consultarla aquí. Muchos profesionales proponen y vaticinan que el futuro está en los “refrigerantes naturales”, como el amoníaco, el cual ya fue usado históricamente en la producción de frío.

 Para saber más. Referencias bibliográficas.

  • AROCA-LASTRA, S. (2004): Tecnología Frigorífica. Editorial: UNED, Universidad Nacional de Educación a Distancia.
  • BAEHR, H.D. (1979): Tratado moderno de Termodinámica (Teoría y Aplicaciones Técnicas). José Montesó Editor. Barcelona.
  • WHITMAN, W. (2000): Tecnología de la Refrigeración y Aire Acondicionado. Ediciones Paraninfo, S.A.
  • Wikipedia. Refrigeración.
    https://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3n
    [Última consulta: Abril, 2017].
  • Wikipedia. Termodinámica.
    https://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
    [Última consulta: Abril, 2017].
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