¿Cómo Funciona un Refrigerador?

Podemos decir que en prácticamente cualquier cocina del primer mundo hay un refrigerador. Cada quince minutos más o menos podemos oír como se enciende el motor, y mágicamente todo se mantiene fresco y perfectamente conservado. Sin la refrigeración, estaríamos continuamente tirando alimentos en lugar de guardarlos para un consumo posterior.

El refrigerado o nevera, es uno de esos milagros de la vida moderna que ha cambiado nuestras vidas de un modo asombroso, aunque nosotros ya lo demos como un electrodoméstico corriente y habitual. Antes de los refrigeradores, la única manera de conservar los productos cárnicos era salándolos, y las bebidas frías en verano eran realmente un lujo. La idea básica detrás de un frigorífico es muy simple; Usa la evaporación de un líquido para absorber calor.

1 – ¿Por qué se usan refrigeradores?

La razón fundamental para tener un refrigerador es mantener la comida fresca. Las temperaturas frías ayudan a que la comida se mantenga fresca por más tiempo. De lo que se trata, es disminuir la actividad de las bacterias (que toda la comida tiene) por lo que le lleva más tiempo a la bacteria estropear la comida.

Por ejemplo, una bacteria hará que se corte la leche en dos o tres horas si se deja la leche fuera de la nevera en una temperatura ambiente. Sin embargo, si reducimos la temperatura de la leche, estará fresca de una a dos semanas – la temperatura del frigorífico reduce la actividad de la bacteria culpable de que se estropeen los alimentos.

Si congelamos la leche, podemos parar drásticamente a la bacteria, y la leche puede durar meses (hasta que la propia temperatura estropee la leche de una manera diferente).

Refrigerar la comida y congelarla son dos de los modos más comunes de preservar la comida hoy en día, pero ¿Cómo funciona un refrigerador? Como hemos aprendido en al introducción, la idea es evaporar un líquido y absorber el calor. Probablemente sepas que cuando pones agua en la piel tienes una sensación de frío.

Según se evapora el agua, absorbe el calor creando esa sensación de frío. Si nos frotamos con alcohol, el frío se hace más intenso porque hace la evaporación a una temperatura más baja. El líquido o refrigerante usado en una nevera, realiza la evaporación a una temperatura muy baja, por lo que puede crear temperaturas muy bajas dentro del refrigerador.

2 – Partes básicas del refrigerador

Hay cinco partes básicas en un refrigerador:

• El compresor.
• Los conductos de intercambio de calor – es un conjunto de conductos en forma de bobina que se encuentran fuera de la unidad. También hay otros conductos similares que se encuentran dentro de la unidad.
• La válvula de expansión.
• El refrigerante – el líquido que se evapora dentro del refrigerador para crear las bajas temperaturas. Algunas instalaciones industriales utilizan amoniaco puro como refrigerante, el cual se evapora a los 32 grados centígrados.

El mecanismo básico del funcionamiento de un refrigerador es el siguiente:

• El compresor comprime el gas refrigerante. Esto aumenta la presión del refrigerante y la temperatura, por lo que los conductos de intercambio de calor fuera del refrigerador permiten que el refrigerante disipe el  calor de la presurización.
• Según se enfría, el refrigerante se condensa en un líquido y fluye a través de la válvula de expansión.
• Cuando fluye por la válvula de expansión, el líquido es permitido para que circule desde la zona de alta presión a una zona de baja presión, por lo que se expande y se evapora. En esta evaporación, absorbe el calor haciendo que el entorno se enfríe.
• Las bobinas dentro del refrigerador permiten que el refrigerante absorba el calor, haciendo que dentro del refrigerador haga frío. Entonces el ciclo se repite.

Esta explicación es algo estándar, y de alguna manera bastante simple. Lo mejor es ver como funciona la refrigeración utilizando varios ejemplos en entornos reales para realmente entender lo que está pasando.

3 – ¿Cómo funciona la refrigeración?

Para poder comprender lo que está ocurriendo dentro de un refrigerador, es de mucha ayuda entender como funcionan los refrigerantes. Para que esto sea más fácil, lo mejor es tomar como referencia dos experimentos y ver que está pasando. Estos experimentos pueden abrirnos un los ojos de lo que pasa en ciertas situaciones, y entender las propiedades de los gases y su papel en la refrigeración.

Para el primer experimento, lo que necesitaremos es un recipiente con agua (especial para aguantar el calor), un termómetro que puede medir hasta por lo menos 120 grados centígrados y una estufa. Pon el termómetro en el recipiente con agua y el recipiente en la estufa. Enciende la estufa. Verás que la temperatura del agua sube hasta unos 204 grados centígrados (si estás a nivel del mar), donde empezará a bullir, pero se mantendrá a 204 º C.

Si vives en las montañas donde la presión del aire es más baja que la que tenemos en el mar, el punto de ebullición será menor – puede que entre 87 y 93 º C. Esta es la razón de porque muchos alimentos tienen que ser cocinados por más tiempo en altas latitudes. Para el segundo experimento necesitaremos un recipiente que pueda ser utilizado en un horno, un termómetro que pueda medir hasta 232 º C y un horno.

Pon el termómetro en el recipiente con agua y a la vez ponlo en el horno. Ajusta el horno a 204 º C. Según el horno se va calentando, la temperatura del agua subirá hasta llegar a los 120 º C, y entonces empezara la ebullición.

La temperatura del agua se mantendrá a estos 120 ª C incluso estando rodeada de un entorno que esta a 204 ª C. si dejas que todo el agua se evapore con la ebullición (y si el termómetro lo resiste), según se disipe todo el agua, el termómetro subirá hasta los 204 º C.

Este segundo experimento es bastante interesante si piensas en ellos de la siguiente manera: Imagínate una criatura que pueda vivir felizmente en un horno a 204 º C. Esta criatura piensa que esa temperatura es simplemente perfecta – al igual que los humanos piensan que 20 grados es ideal.

Si la criatura está en el horno a esta temperatura, y hay un recipiente de agua bullendo a 100 º C ¿Cómo se sentirá con respecto a esta agua? Lo cierto es que pensara que esta agua esta muy fría. Después de todo, el agua hirviendo está a unos 86 grados más fría que la temperatura a la que está acostumbrada la criatura. Esa es una gran diferencia de temperatura. Esto es exactamente lo que está pasando cuando los humanos interactúan con el nitrógeno líquido.

4 – ¿Qué es el ciclo de regeneración?

Los modernos refrigeradores usan lo que se llama el ciclo de regeneración para reutilizar el mismo refrigerante una y otra vez. Puedes hacerte una idea de cómo esto funciona imaginándote de nuevo a la criatura y su recipiente de agua. Podría crear un ciclo de regeneración siguiente los siguientes pasos:

• La temperatura del aire en el horno es de 204  º C. El agua comienza bullir manteniéndose a 120 º C pero produciendo vapor a 204 º C. Digamos que la criatura guarda todo este vapor en un saco grande.
• Una vez que el agua se vaporiza, presuriza el vapor dentro de un contenedor de acero. En el proceso de presurización, la temperatura sube a 426 º C y se mantiene como vapor. Ahora el contenedor de acero está “caliente” para la criatura debido a esa subida de temperatura.
• El contenedor disipa el exceso de calor al aire en el horno, y finalmente cae de nuevo a los 204 º C. en el proceso, el vapor de alta presión en el contenedor se condensa en agua presurizada (al igual que el gas en un mechero).
• En este punto, la criatura libera el agua del contenedor de metal presurizado en un envase, e inmediatamente empieza a bullir, cayendo su temperatura a 120 º C.

Al repetir estos cuatro puntos, la criatura ahora tiene una manera de reutilizar el agua una y otra vez para tener una refrigeración.

5 – ¿Cómo funciona el ciclo de refrigeración?

El refrigerador de tu cocina usa un ciclo que es similar al que hemos descrito en la sección previa. Sin embargo, en tu refrigerador el ciclo es continuo. En el siguiente ejemplo, asumiremos que el refrigerante usado es puro amoníaco, el cual hierve a -2,7 grados. Esto es lo que ocurre para mantener el refrigerador frío. En principio, el compresor comprime el gas de amoniaco.

El gas comprimido se caliente según está siendo presurizado. La bobina en la parte trasera del refrigerador deja que el amoníaco caliente disipe su calor. El gas de amoniaco se condensa en amoniaco líquido a una alta presión. El amoniaco líquido altamente presurizado fluye a la válvula de expansión.

Puedes pensar en la válvula de expansión como un pequeño agujero. En un lado del agujero hay amoniaco líquido a alta presión, y en el otro lado del agujero hay un área de baja presión (porque el compresor está absorbiendo gas de ese lado).

El amoniaco líquido inmediatamente hierve y se vaporiza, y su temperatura baja a -2.7. Esto hace que el refrigerador se enfríe. Entonces el gas de amoniaco frío es absorbido por el compresor y el ciclo se repite.

Por cierto, si has apagado el coche en un día muy caluroso de verano cuando tenías el aire acondicionado encendido, puede que hayas escuchado un sonido siseante bajo el capó. Ese sonido es líquido refrigerante de alta presión fluyendo a través de la válvula de expansión. El gas puro de amoniaco es muy tóxico, y puede suponer una amenaza si el refrigerador tiene una fuga, por lo que los refrigeradores de casa no utilizan amoniaco puro. Puede que hayas oído hablar de refrigerantes conocidos como CFCs (clorofluorocarbonos), el cual es un refrigerante no tóxico que ha reemplazado al amoniaco.

 De todo modos, si presenta un peligro para la capa de ozono según algunos estudios. En los años setenta se descubrió que el CFC provocaba este daño al ozono, por lo que los nuevos refrigeradores y aires acondicionados ya usan refrigerantes que son menos dañinos a la capa de ozono.

6 – Otros tipos de refrigeradores

Si usas un refrigerador donde no hay disponible electricidad, hay muchas opciones de que estés utilizando gas o propano para alimentar el refrigerador. Son interesantes porque no tienen partes móviles, y usan gas o propano como fuente principal de energía.

Aparte de esto, usan calor en forma de propano ardiendo, para producir el frío dentro del refrigerador. Un refrigerador de gas usa amoniaco como refrigerante, y usa agua, amoniaco y gas de hidrogeno para crear un ciclo continuo para el amoniaco. Este tipo de dispositivo tiene cinco partes:

• Generador – Genera el gas de amoniaco
• Separador – Separa el gas de amoniaco del agua
• Condensador  -Es donde el gas de amoniaco caliente es enfriado y condensado para crear amoniaco líquido
• Evaporador – Donde el líquido de amoniaco se evapora para crear temperaturas frías dentro del frigorífico.
• Absorbedor – Absorbe el gas de amoniaco en el agua.

Existen otros tipos de refrigeradores que se pueden llevar en el coche en un picnic, y que no usan hielo. Se pueden conectar al mechero del coche para activar este mini refrigerador, y se basan en un proceso llamado efecto Peltier, también conocido como efecto termoeléctrico, para producir frío electrónicamente. Puede crear este efecto con una batería, dos piezas de cable de cobre y una limadura de hierro.

Conecta los cables de cobre a los dos polos de la batería, y entonces conecta la limadura de hierro entre los dos cables de cobre. Ela limadura y el cobre deben tocarse – es esta junta lo que cause el efecto Peltier.

La unión donde fluye la corriente desde el cobre a la limadura se calentará, y la unión donde la limadura se une al cobre se enfriará. La máxima temperatura de caída son 4,4 grados centígrados con respecto a la temperatura ambiente donde la unión caliente está localizada. Para crear el efecto mencionado, la unión caliente es emplazada fuera del refrigerador y la unión fría en la parte interior. Normalmente, creas un módulo que contienen muchas juntas para amplificar el efecto.