La refrigeración es cualquiera de los diversos tipos de enfriamiento de un espacio, sustancia o sistema para bajar y/o mantener su temperatura por debajo de la ambiental (mientras el calor eliminado se expulsa a un lugar de mayor temperatura). [1] [2] La refrigeración es un método de enfriamiento artificial o creado por el hombre . [1] [2]
La refrigeración se refiere al proceso mediante el cual se extrae energía, en forma de calor, de un medio de baja temperatura y se transfiere a un medio de alta temperatura. Este trabajo de transferencia de energía es tradicionalmente impulsado por medios mecánicos (ya sea hielo o máquinas electromecánicas ), pero también puede ser impulsado por calor, magnetismo , electricidad , láser u otros medios. La refrigeración tiene muchas aplicaciones, incluidos refrigeradores domésticos, congeladores industriales , criogenia y aire acondicionado . Las bombas de calor pueden utilizar la producción de calor del proceso de refrigeración y también pueden estar diseñadas para ser reversibles, pero por lo demás son similares a las unidades de aire acondicionado.
La refrigeración ha tenido un gran impacto en la industria, el estilo de vida, la agricultura y los patrones de asentamiento. La idea de conservar los alimentos se remonta a la prehistoria humana , pero durante miles de años los humanos estuvieron limitados en cuanto a los medios para hacerlo. Usaron el curado mediante salazón y secado , y aprovecharon el frescor natural en cuevas , sótanos y el clima invernal , pero no estaban disponibles otros medios de enfriamiento. En el siglo XIX se empezó a aprovechar el comercio del hielo para desarrollar cadenas de frío . Desde finales del siglo XIX hasta mediados del XX, se desarrolló, mejoró y amplió enormemente su alcance la refrigeración mecánica . Por lo tanto, la refrigeración ha evolucionado rápidamente durante el siglo pasado, desde la recolección de hielo hasta vagones de ferrocarril con temperatura controlada , camiones frigoríficos y refrigeradores y congeladores omnipresentes tanto en tiendas como en hogares de muchos países. La introducción de vagones frigoríficos contribuyó al asentamiento de áreas que antes no estaban en los principales canales de transporte, como ríos, puertos o senderos de valles.
Estos nuevos patrones de asentamiento provocaron la construcción de grandes ciudades que pueden prosperar en áreas que de otro modo se considerarían inhóspitas, como Houston , Texas, y Las Vegas , Nevada. En la mayoría de los países desarrollados, las ciudades dependen en gran medida de la refrigeración de los supermercados para obtener los alimentos para el consumo diario. El aumento de las fuentes de alimentos ha llevado a una mayor concentración de las ventas agrícolas provenientes de un porcentaje menor de granjas. Las granjas de hoy tienen una producción por persona mucho mayor en comparación con finales del siglo XIX. Esto ha resultado en nuevas fuentes de alimentos disponibles para poblaciones enteras, lo que ha tenido un gran impacto en la nutrición de la sociedad.
La recolección estacional de nieve y hielo es una práctica antigua que se estima comenzó antes del año 1000 a.C. [3] Una colección china de letras de este período conocido como Sleaping , describe ceremonias religiosas para llenar y vaciar bodegas de hielo. Sin embargo, se sabe poco sobre la construcción de estas bodegas de hielo o el propósito del hielo. La siguiente sociedad antigua en registrar la recolección de hielo pueden haber sido los judíos en el libro de Proverbios, que dice: "Como el frío de la nieve en el tiempo de la cosecha, así es el mensajero fiel para los que lo enviaron". Los historiadores han interpretado que esto significa que los judíos usaban hielo para enfriar bebidas en lugar de conservar alimentos. Otras culturas antiguas, como los griegos y los romanos, cavaron grandes pozos de nieve aislados con hierba, paja o ramas de árboles como almacenamiento en frío. Al igual que los judíos, los griegos y los romanos no utilizaban el hielo y la nieve para conservar los alimentos, sino principalmente como medio para enfriar bebidas. Los egipcios enfriaban el agua por evaporación en tinajas de barro poco profundas colocadas en los tejados de sus casas durante la noche. Los antiguos pueblos de la India utilizaron este mismo concepto para producir hielo. Los persas almacenaban hielo en un pozo llamado Yakhchal y pueden haber sido el primer grupo de personas en utilizar el almacenamiento en frío para conservar los alimentos. En el interior de Australia, antes de que se dispusiera de un suministro eléctrico fiable, muchos agricultores utilizaban una caja fuerte Coolgardie , que consistía en una habitación con cortinas de arpillera (arpillera) colgadas del techo empapadas en agua. El agua se evaporaría y, por tanto, enfriaría la habitación, lo que permitiría conservar muchos productos perecederos como frutas, mantequilla y embutidos. [4] [5]
Antes de 1830, pocos estadounidenses utilizaban hielo para refrigerar alimentos debido a la falta de depósitos y neveras portátiles. A medida que estas dos cosas estuvieron más disponibles, las personas utilizaron hachas y sierras para recolectar hielo para sus almacenes. Este método resultó ser difícil, peligroso y ciertamente no se parecía a nada que pudiera duplicarse a escala comercial. [6]
A pesar de las dificultades de recolectar hielo, Frederic Tudor pensó que podría sacar provecho de este nuevo producto recolectando hielo en Nueva Inglaterra y enviándolo a las islas del Caribe y a los estados del sur. Al principio, Tudor perdió miles de dólares, pero finalmente obtuvo ganancias al construir frigoríficos en Charleston, Virginia y en la ciudad portuaria cubana de La Habana. Estos frigoríficos, así como barcos mejor aislados, ayudaron a reducir el desperdicio de hielo del 66% al 8%. Esta ganancia de eficiencia influyó en Tudor para expandir su mercado de hielo a otras ciudades con almacenes de hielo como Nueva Orleans y Savannah. Este mercado del hielo se expandió aún más a medida que la recolección de hielo se hizo más rápida y barata después de que uno de los proveedores de Tudor, Nathaniel Wyeth, inventara un cortador de hielo tirado por caballos en 1825. Este invento, así como el éxito de Tudor, inspiraron a otros a involucrarse en el comercio del hielo y la producción de hielo. La industria creció.
El hielo se convirtió en un producto de consumo masivo a principios de la década de 1830 y el precio del hielo cayó de seis centavos por libra a medio centavo por libra. En la ciudad de Nueva York, el consumo de hielo aumentó de 12.000 toneladas en 1843 a 100.000 toneladas en 1856. El consumo de Boston saltó de 6.000 toneladas a 85.000 toneladas durante ese mismo período. La recolección de hielo creó una "cultura del enfriamiento", ya que la mayoría de la gente usaba hielo y neveras portátiles para almacenar sus productos lácteos, pescado, carne e incluso frutas y verduras. Estas primeras prácticas de almacenamiento en frío allanaron el camino para que muchos estadounidenses aceptaran la tecnología de refrigeración que pronto se apoderaría del país. [7] [8]
La historia de la refrigeración artificial comenzó cuando el profesor escocés William Cullen diseñó una pequeña máquina de refrigeración en 1755. Cullen usó una bomba para crear un vacío parcial sobre un recipiente de éter dietílico , que luego hirvió , absorbiendo calor del aire circundante. [9] El experimento incluso creó una pequeña cantidad de hielo, pero no tenía ninguna aplicación práctica en ese momento.
En 1758, Benjamin Franklin y John Hadley , profesor de química, colaboraron en un proyecto que investigaba el principio de evaporación como medio para enfriar rápidamente un objeto en la Universidad de Cambridge , Inglaterra . Confirmaron que la evaporación de líquidos altamente volátiles, como el alcohol y el éter, podría usarse para reducir la temperatura de un objeto más allá del punto de congelación del agua. Realizaron su experimento con el bulbo de un termómetro de mercurio como objeto y con un fuelle utilizado para acelerar la evaporación; Bajaron la temperatura del bulbo del termómetro a -14 °C (7 °F), mientras que la temperatura ambiente era de 18 °C (65 °F). Notaron que poco después de pasar el punto de congelación del agua de 0 °C (32 °F), se formó una fina película de hielo en la superficie del bulbo del termómetro y que la masa de hielo era de aproximadamente 6,4 milímetros ( 1 ⁄ 4 pulgadas). de espesor cuando detuvieron el experimento al alcanzar -14 °C (7 °F). Franklin escribió: "A partir de este experimento, uno puede ver la posibilidad de congelar a un hombre hasta morir en un cálido día de verano". [10] En 1805, el inventor estadounidense Oliver Evans describió un ciclo cerrado de refrigeración por compresión de vapor para la producción de hielo mediante éter al vacío.
En 1820, el científico inglés Michael Faraday licuó amoníaco y otros gases utilizando altas presiones y bajas temperaturas, y en 1834, un estadounidense expatriado en Gran Bretaña, Jacob Perkins , construyó el primer sistema de refrigeración por compresión de vapor en funcionamiento del mundo. Era un ciclo cerrado que podía funcionar de forma continua, como describió en su patente:
Su sistema prototipo funcionó aunque no tuvo éxito comercial. [11]
En 1842, el médico estadounidense John Gorrie [12] hizo un intento similar y construyó un prototipo funcional, pero fue un fracaso comercial. Como muchos de los expertos médicos de esa época, Gorrie pensaba que una exposición excesiva al calor tropical conducía a la degeneración física y mental, así como a la propagación de enfermedades como la malaria. [13] Concibió la idea de utilizar su sistema de refrigeración para enfriar el aire y brindar comodidad en hogares y hospitales para prevenir enfermedades. El ingeniero estadounidense Alexander Twining obtuvo una patente británica en 1850 para un sistema de compresión de vapor que utilizaba éter.
El primer sistema práctico de refrigeración por compresión de vapor fue construido por James Harrison , un periodista británico que había emigrado a Australia . Su patente de 1856 era para un sistema de compresión de vapor que utilizaba éter, alcohol o amoníaco. Construyó una máquina mecánica para fabricar hielo en 1851 a orillas del río Barwon en Rocky Point en Geelong , Victoria , y su primera máquina comercial para fabricar hielo siguió en 1854. Harrison también introdujo la refrigeración comercial por compresión de vapor en cervecerías y empresas cárnicas. empacadoras y, en 1861, una docena de sus sistemas estaban en funcionamiento. Posteriormente entró en el debate sobre cómo competir contra la ventaja estadounidense de las ventas de carne vacuna no refrigerada al Reino Unido . En 1873 preparó el velero Norfolk para un envío experimental de carne de vacuno al Reino Unido, que utilizó un sistema de cámara frigorífica en lugar de un sistema de refrigeración. El emprendimiento fue un fracaso ya que el hielo se consumió más rápido de lo esperado.
El primer sistema de refrigeración por absorción de gas que utiliza amoniaco gaseoso disuelto en agua (denominado "aqua amonia") fue desarrollado por Ferdinand Carré de Francia en 1859 y patentado en 1860. Carl von Linde , ingeniero especializado en locomotoras de vapor y profesor de ingeniería en la Universidad Tecnológica de Munich en Alemania, comenzó a investigar la refrigeración en las décadas de 1860 y 1870 en respuesta a la demanda de los cerveceros de una tecnología que permitiera la producción de cerveza a gran escala durante todo el año ; patentó un método mejorado para licuar gases en 1876. [14] Su nuevo proceso hizo posible el uso de gases como amoníaco , dióxido de azufre (SO 2 ) y cloruro de metilo (CH 3 Cl) como refrigerantes y fueron ampliamente utilizados para ese propósito hasta finales de la década de 1920.
Thaddeus Lowe , un aeronáutico estadounidense, poseía varias patentes sobre máquinas para fabricar hielo. Su "máquina de hielo por compresión" revolucionaría la industria del almacenamiento en frío. En 1869, él y otros inversores compraron un viejo barco de vapor en el que cargaron una de las unidades de refrigeración de Lowe's y comenzaron a enviar fruta fresca desde Nueva York al área de la Costa del Golfo, y carne fresca desde Galveston, Texas, de regreso a Nueva York, pero debido a Lowe's Por falta de conocimiento sobre el transporte marítimo, el negocio fue un costoso fracaso.
En 1842, John Gorrie creó un sistema capaz de refrigerar agua para producir hielo. Aunque fue un fracaso comercial, inspiró a científicos e inventores de todo el mundo. El francés Ferdinand Carré fue uno de los inspirados y creó un sistema de producción de hielo que era más simple y más pequeño que el de Gorrie. Durante la Guerra Civil, ciudades como Nueva Orleans ya no podían obtener hielo de Nueva Inglaterra a través del comercio costero de hielo. El sistema de refrigeración de Carré se convirtió en la solución a los problemas de hielo de Nueva Orleans y, en 1865, la ciudad tenía tres de las máquinas de Carré. [15] En 1867, en San Antonio, Texas, un inmigrante francés llamado Andrew Muhl construyó una máquina de hacer hielo para ayudar a dar servicio a la creciente industria de la carne de vacuno antes de trasladarla a Waco en 1871. En 1873, la patente de esta máquina fue contratada por Columbus Iron Works, una empresa adquirida por WC Bradley Co., que luego produjo las primeras máquinas de hielo comerciales en Estados Unidos.
En la década de 1870, las cervecerías se habían convertido en los mayores usuarios de hielo recolectado. Aunque la industria de recolección de hielo había crecido enormemente a principios del siglo XX, la contaminación y las aguas residuales habían comenzado a infiltrarse en el hielo natural, convirtiéndolo en un problema en los suburbios metropolitanos. Con el tiempo, las cervecerías empezaron a quejarse de hielo contaminado. La preocupación pública por la pureza del agua, a partir de la cual se formó el hielo, comenzó a aumentar a principios del siglo XX con el surgimiento de la teoría de los gérmenes. Numerosos medios de comunicación publicaron artículos que relacionaban enfermedades como la fiebre tifoidea con el consumo de hielo natural. Esto provocó que la recolección de hielo se volviera ilegal en determinadas zonas del país. Todos estos escenarios aumentaron la demanda de refrigeración moderna y hielo fabricado. Se consideraba que las máquinas productoras de hielo como las de Carré y Muhl eran medios para producir hielo para satisfacer las necesidades de los tenderos, agricultores y transportistas de alimentos. [16] [17]
Los vagones de ferrocarril refrigerados se introdujeron en los EE. UU. en la década de 1840 para el transporte de productos lácteos en recorridos cortos, pero utilizaban hielo recolectado para mantener una temperatura fresca. [18]
La nueva tecnología de refrigeración tuvo por primera vez un uso industrial generalizado como medio para congelar suministros de carne para su transporte por mar en barcos frigoríficos desde los Dominios Británicos y otros países hasta las Islas Británicas . Aunque en realidad no fue el primero en lograr un transporte exitoso de productos congelados al extranjero (el Strathleven había llegado a los muelles de Londres el 2 de febrero de 1880 con un cargamento de carne de vacuno, cordero y mantequilla congelados desde Sydney y Melbourne [19] ), el gran avance se atribuye a menudo a William Soltau Davidson , un empresario que había emigrado a Nueva Zelanda . Davidson pensó que el aumento de la población y la demanda de carne de Gran Bretaña podrían mitigar la caída de los mercados mundiales de lana que estaba afectando gravemente a Nueva Zelanda. Después de una extensa investigación, en 1881 encargó que se reacondicionara el Dunedin con una unidad de refrigeración por compresión para el envío de carne. El 15 de febrero de 1882, el Dunedin zarpó hacia Londres en lo que sería el primer viaje marítimo refrigerado comercialmente exitoso, y la fundación de La industria cárnica refrigerada . [20]
El Times comentó: "Hoy tenemos que registrar tal triunfo sobre las dificultades físicas, que habría sido increíble, incluso inimaginable, hace muy pocos días...". El Marlborough , barco hermano del Dunedin , se convirtió inmediatamente y se unió al comercio al año siguiente, junto con elbuque rival Mataurua de la New Zealand Shipping Company , mientras que el vapor alemán Marsala comenzó a transportar cordero neozelandés congelado en diciembre de 1882. En cinco años, Se enviaron 172 envíos de carne congelada desde Nueva Zelanda al Reino Unido, de los cuales sólo 9 tenían cantidades significativas de carne decomisada. El transporte marítimo refrigerado también provocó un auge más amplio de la carne y los lácteos en Australasia y América del Sur. J & E Hall de Dartford , Inglaterra, equipó al SS Selembria con un sistema de compresión de vapor para traer 30.000 canales de cordero desde las Islas Malvinas en 1886. [21] En los años siguientes, la industria se expandió rápidamente a Australia, Argentina y Estados Unidos. .
En la década de 1890, la refrigeración desempeñaba un papel vital en la distribución de alimentos. La industria empacadora de carne dependía en gran medida del hielo natural en la década de 1880 y continuó dependiendo del hielo fabricado a medida que esas tecnologías estuvieron disponibles. [22] En 1900, las casas empacadoras de carne de Chicago habían adoptado la refrigeración comercial con ciclo de amoníaco. En 1914, casi todos los lugares utilizaban refrigeración artificial. Los principales frigoríficos , Armour, Swift y Wilson, habían comprado las unidades más caras, que instalaron en vagones de tren y en sucursales e instalaciones de almacenamiento en las zonas de distribución más remotas.
A mediados del siglo XX, los equipos frigoríficos se diseñaron para su instalación en camiones o camiones. Los vehículos frigoríficos se utilizan para transportar productos perecederos, como alimentos congelados, frutas y verduras y productos químicos sensibles a la temperatura. La mayoría de los frigoríficos modernos mantienen la temperatura entre –40 y –20 °C y tienen una carga útil máxima de unos 24.000 kg de peso bruto (en Europa).
Aunque la refrigeración comercial progresó rápidamente, tuvo limitaciones que impidieron su implantación en el hogar. En primer lugar, la mayoría de los frigoríficos eran demasiado grandes. Algunas de las unidades comerciales utilizadas en 1910 pesaban entre quinientas y doscientas toneladas. En segundo lugar, los refrigeradores comerciales eran caros de producir, comprar y mantener. Por último, estos refrigeradores no eran seguros. No era raro que los refrigeradores comerciales se incendiaran, explotaran o soltaran gases tóxicos. La refrigeración no se convirtió en una tecnología doméstica hasta que se superaron estos tres desafíos. [23]
A principios del siglo XIX, los consumidores conservaban sus alimentos almacenando en hieleras los alimentos y el hielo comprados en las recolectoras de hielo. En 1803, Thomas Moore patentó una tina de almacenamiento de mantequilla revestida de metal que se convirtió en el prototipo de la mayoría de las neveras. Estas neveras se utilizaron hasta casi 1910 y la tecnología no avanzó. De hecho, los consumidores que utilizaban la nevera en 1910 se enfrentaban al mismo desafío de una nevera mohosa y apestosa que los consumidores de principios del siglo XIX. [24]
General Electric (GE) fue una de las primeras empresas en superar estos desafíos. En 1911, GE lanzó al mercado una unidad de refrigeración doméstica que funcionaba con gas. El uso de gas eliminó la necesidad de un motor compresor eléctrico y disminuyó el tamaño del refrigerador. Sin embargo, las compañías eléctricas que eran clientes de GE no se beneficiaron de una unidad alimentada por gas. Así, GE invirtió en desarrollar un modelo eléctrico. En 1927, GE lanzó el Monitor Top, el primer refrigerador que funcionaba con electricidad. [25]
En 1930, Frigidaire, uno de los principales competidores de GE, sintetizó el freón . [26] Con la invención de refrigerantes sintéticos basados principalmente en una sustancia química clorofluorocarbono (CFC), fueron posibles refrigeradores más seguros para uso doméstico y de consumo. El freón condujo al desarrollo de refrigeradores más pequeños, livianos y baratos. El precio medio de un frigorífico bajó de 275 dólares a 154 dólares con la síntesis de freón. Este precio más bajo permitió que la propiedad de refrigeradores en los hogares estadounidenses superara el 50% en 1940. [27] Freón es una marca registrada de DuPont Corporation y se refiere a estos CFC, y más tarde a los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y a los hidrofluorocarbonos (HFC), refrigerantes desarrollados. a finales de la década de 1920. Estos refrigerantes se consideraban, en ese momento, menos dañinos que los refrigerantes comúnmente utilizados en la época, incluidos el formiato de metilo, el amoníaco, el cloruro de metilo y el dióxido de azufre. La intención era proporcionar equipos de refrigeración para uso doméstico sin peligro. Estos refrigerantes CFC respondieron a esa necesidad. Sin embargo, en la década de 1970 se descubrió que los compuestos reaccionaban con el ozono atmosférico, una protección importante contra la radiación ultravioleta solar, y su uso como refrigerante en todo el mundo fue restringido en el Protocolo de Montreal de 1987.
En el siglo pasado, la refrigeración permitió que surgieran nuevos patrones de asentamiento. Esta nueva tecnología ha permitido la colonización de nuevas áreas que no se encuentran en un canal natural de transporte, como un río, un sendero de valle o un puerto, que de otro modo no habrían sido habitadas. La refrigeración ha brindado oportunidades a los primeros colonos de expandirse hacia el oeste y hacia áreas rurales que estaban despobladas. Estos nuevos colonos con suelo rico y sin explotar vieron la oportunidad de obtener ganancias enviando productos crudos a las ciudades y estados del este. En el siglo XX, la refrigeración ha hecho posibles las "Ciudades Galácticas" como Dallas, Phoenix y Los Ángeles.
El vagón frigorífico ( furgoneta refrigerada o vagón frigorífico ), junto con la densa red ferroviaria, se convirtió en un vínculo sumamente importante entre el mercado y la granja, permitiendo una oportunidad nacional en lugar de solo regional. Antes de la invención del vagón frigorífico, era imposible enviar productos alimenticios perecederos a largas distancias. La industria envasadora de carne de vacuno fue la primera en impulsar la demanda de vehículos frigoríficos. Las compañías ferroviarias tardaron en adoptar este nuevo invento debido a sus fuertes inversiones en vagones para ganado, corrales y corrales de engorde. [28] Los vagones frigoríficos también eran complejos y costosos en comparación con otros vagones, lo que también ralentizó la adopción del vagón refrigerado. Después de la lenta adopción de los vagones refrigerados, la industria empacadora de carne de res dominó el negocio de los vagones refrigerados con su capacidad para controlar las plantas de hielo y el establecimiento de tarifas de glaseado. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos estimó que, en 1916, más del sesenta y nueve por ciento del ganado sacrificado en el país procedía de plantas involucradas en el comercio interestatal. Las mismas empresas que también se dedicaban al comercio de carne implementaron posteriormente el transporte frigorífico para incluir verduras y frutas. Las empresas empacadoras de carne tenían gran parte de la maquinaria costosa, como vagones frigoríficos e instalaciones de almacenamiento en frío que les permitían distribuir eficazmente todo tipo de productos perecederos. Durante la Primera Guerra Mundial, la Administración de los Estados Unidos creó un parque nacional de vehículos frigoríficos para hacer frente al problema de los vehículos inactivos, que posteriormente continuó después de la guerra. [29] El problema de los coches inactivos era el problema de los coches frigoríficos estacionados inútilmente entre cosechas estacionales. Esto significaba que vagones muy caros permanecían en los patios de ferrocarril durante una buena parte del año sin generar ingresos para el propietario del vagón. El uso compartido de automóviles era un sistema en el que los automóviles se distribuían a las áreas a medida que maduraban los cultivos, asegurando el máximo uso de los automóviles. Los vagones refrigerados se trasladaron hacia el este desde viñedos, huertas, campos y jardines en los estados del oeste para satisfacer el mercado consumidor de Estados Unidos en el este. [30] El vagón frigorífico permitía transportar cultivos perecederos a cientos e incluso miles de kilómetros o millas. El efecto más notable que produjo el coche fue la especialización regional en verduras y frutas. Los vagones frigoríficos se utilizaron ampliamente para el transporte de mercancías perecederas hasta los años 1950. En la década de 1960, el sistema de carreteras interestatales del país estaba suficientemente completo, lo que permitió que los camiones transportaran la mayoría de las cargas de alimentos perecederos y eliminaran el antiguo sistema de vagones refrigerados. [31]
El uso generalizado de la refrigeración permitió que se abrieran una gran cantidad de nuevas oportunidades agrícolas en los Estados Unidos. Surgieron nuevos mercados en todo Estados Unidos en áreas que antes estaban deshabitadas y muy alejadas de áreas densamente pobladas. Se presentaron nuevas oportunidades agrícolas en áreas que se consideraban rurales, como los estados del sur y el oeste. Casi al mismo tiempo se realizaron envíos a gran escala desde el sur y desde California, aunque se utilizó hielo natural de las Sierras de California en lugar de hielo fabricado en el sur. [32] La refrigeración permitió que muchas áreas se especializaran en el cultivo de frutas específicas. California se especializó en varias frutas, uvas, melocotones, peras, ciruelas y manzanas, mientras que Georgia se hizo famosa específicamente por sus melocotones. En California, la aceptación de los vagones refrigerados condujo a un aumento de la carga de vagones de 4.500 vagones en 1895 a entre 8.000 y 10.000 vagones en 1905. [33] Los Estados del Golfo, Arkansas, Missouri y Tennessee iniciaron la producción de fresas a gran escala. -escala, mientras que Mississippi se convirtió en el centro de la industria del tomate . Nuevo México, Colorado, Arizona y Nevada cultivaron melones. Sin la refrigeración esto no habría sido posible. En 1917, las zonas hortofrutícolas bien establecidas cercanas a los mercados orientales sintieron la presión de la competencia de estos distantes centros especializados. [34] La refrigeración no se limitaba a la carne, las frutas y las verduras, sino que también abarcaba los productos lácteos y las granjas lecheras. A principios del siglo XX, las grandes ciudades obtenían su suministro de productos lácteos de granjas situadas a una distancia de hasta 640 kilómetros (400 millas). Los productos lácteos no se transportaban tan fácilmente a grandes distancias como las frutas y verduras debido a su mayor carácter perecedero. La refrigeración hizo posible la producción en el oeste, lejos de los mercados del este, hasta el punto de que los productores de leche podían pagar el costo del transporte y aun así vender menos que sus competidores del este. [35] La refrigeración y el ferrocarril refrigerado dieron oportunidad a áreas con suelos ricos lejos de canales naturales de transporte como un río, un sendero de valle o puertos. [36]
"Ciudad periférica" fue un término acuñado por Joel Garreau , mientras que el término "ciudad galáctica" fue acuñado por Lewis Mumford . Estos términos se refieren a una concentración de negocios, compras y entretenimiento fuera de un centro tradicional o distrito comercial central en lo que anteriormente había sido un área residencial o rural. Hubo varios factores que contribuyeron al crecimiento de estas ciudades, como Los Ángeles, Las Vegas, Houston y Phoenix. Los factores que contribuyeron a estas grandes ciudades incluyen automóviles confiables, sistemas de carreteras, refrigeración y aumentos en la producción agrícola. Las grandes ciudades como las mencionadas anteriormente no han sido infrecuentes en la historia, pero lo que las diferencia del resto es que no se encuentran a lo largo de algún canal natural de transporte, o en algún cruce de dos o más canales, como un sendero, puerto, montaña, río o valle. Estas grandes ciudades se han desarrollado en áreas que hace sólo unos cientos de años habrían sido inhabitables. Sin una forma rentable de enfriar el aire y transportar agua y alimentos desde grandes distancias, estas grandes ciudades nunca se habrían desarrollado. El rápido crecimiento de estas ciudades estuvo influenciado por la refrigeración y un aumento de la productividad agrícola, lo que permitió que las granjas más distantes alimentaran eficazmente a la población. [36]
El papel de la agricultura en los países desarrollados ha cambiado drásticamente en el último siglo debido a muchos factores, incluida la refrigeración. Las estadísticas del censo de 2007 brindan información sobre la gran concentración de ventas agrícolas provenientes de una pequeña porción de las granjas existentes en los Estados Unidos en la actualidad. Esto es resultado parcial del mercado creado para el comercio de carne congelada por el primer envío exitoso de cadáveres de ovejas congeladas provenientes de Nueva Zelanda en la década de 1880. A medida que el mercado siguió creciendo, comenzaron a imponerse regulaciones sobre el procesamiento y la calidad de los alimentos. Con el tiempo, se introdujo la electricidad en los hogares rurales de Estados Unidos, lo que permitió que la tecnología de refrigeración siguiera expandiéndose en las granjas, aumentando la producción por persona. Hoy en día, el uso de refrigeración en la granja reduce los niveles de humedad, evita el deterioro debido al crecimiento bacteriano y ayuda en la conservación.
La introducción de la refrigeración y la evolución de tecnologías adicionales cambiaron drásticamente la agricultura en los Estados Unidos. A principios del siglo XX, la agricultura era una ocupación y un estilo de vida común para los ciudadanos estadounidenses, ya que la mayoría de los agricultores vivían en sus granjas. En 1935, había 6,8 millones de granjas en Estados Unidos y una población de 127 millones. Sin embargo, aunque la población de Estados Unidos ha seguido aumentando, los ciudadanos que se dedican a la agricultura siguen disminuyendo. Según el censo estadounidense de 2007, menos del uno por ciento de una población de 310 millones de personas afirma que la agricultura es una ocupación en la actualidad. Sin embargo, el aumento de la población ha provocado una demanda cada vez mayor de productos agrícolas, que se satisface mediante una mayor variedad de cultivos, fertilizantes, pesticidas y tecnología mejorada. La tecnología mejorada ha disminuido el riesgo y el tiempo involucrado en la gestión agrícola y permite que las granjas más grandes aumenten su producción por persona para satisfacer la demanda de la sociedad. [37]
Antes de 1882, la Isla Sur de Nueva Zelanda había estado experimentando con la siembra de pasto y el cruzamiento de ovejas, lo que inmediatamente dio a sus agricultores un potencial económico en la exportación de carne. En 1882, el primer envío exitoso de cadáveres de ovejas se envió desde Port Chalmers en Dunedin , Nueva Zelanda, a Londres . En la década de 1890, el comercio de carne congelada se volvió cada vez más rentable en Nueva Zelanda, especialmente en Canterbury , de donde procedía el 50% de los cadáveres de oveja exportados en 1900. No pasó mucho tiempo antes de que la carne de Canterbury fuera conocida por su más alta calidad, lo que creó una demanda de Carne de Nueva Zelanda en el mundo. Para satisfacer esta nueva demanda, los ganaderos mejoraron su alimentación para que las ovejas pudieran estar listas para el sacrificio en sólo siete meses. Este nuevo método de envío provocó un auge económico en Nueva Zelanda a mediados de la década de 1890. [38]
En los Estados Unidos, la Ley de Inspección de Carne de 1891 se implementó porque los carniceros locales consideraban que el sistema de vagones refrigerados no era saludable. [39] Cuando el envasado de carne comenzó a despegar, los consumidores se pusieron nerviosos por la calidad de la carne para el consumo. La novela de Upton Sinclair de 1906, La jungla, atrajo atención negativa a la industria empacadora de carne, al sacar a la luz las condiciones de trabajo insalubres y el procesamiento de animales enfermos. El libro llamó la atención del presidente Theodore Roosevelt , y la Ley de Inspección de Carne de 1906 se implementó como una enmienda a la Ley de Inspección de Carne de 1891. Esta nueva ley se centró en la calidad de la carne y el entorno en el que se procesa. [40 ]
A principios de la década de 1930, el 90 por ciento de la población urbana de Estados Unidos tenía energía eléctrica , en comparación con sólo el 10 por ciento de los hogares rurales. En ese momento, las compañías eléctricas no creían que extender la energía a las zonas rurales ( electrificación rural ) produciría suficientes ganancias para que valga la pena. Sin embargo, en medio de la Gran Depresión , el presidente Franklin D. Roosevelt se dio cuenta de que las áreas rurales seguirían rezagadas con respecto a las urbanas tanto en pobreza como en producción si no estaban conectadas eléctricamente. El 11 de mayo de 1935, el presidente firmó una orden ejecutiva denominada Administración de Electrificación Rural , también conocida como REA. La agencia otorgó préstamos para financiar infraestructura eléctrica en las zonas rurales. En apenas unos años, 300.000 personas de zonas rurales de Estados Unidos habían recibido electricidad en sus hogares.
Si bien la electricidad mejoró drásticamente las condiciones de trabajo en las granjas, también tuvo un gran impacto en la seguridad de la producción de alimentos. Se introdujeron sistemas de refrigeración en los procesos agrícolas y de distribución de alimentos , lo que ayudó en la conservación de los alimentos y mantuvo seguros los suministros de alimentos . La refrigeración también permitió el envío de productos perecederos a todo Estados Unidos. Como resultado, los agricultores estadounidenses rápidamente se convirtieron en los más productivos del mundo [41] y surgieron sistemas alimentarios completamente nuevos .
Para reducir los niveles de humedad y el deterioro debido al crecimiento bacteriano, hoy en día en la agricultura se utiliza refrigeración para el procesamiento de carne, productos agrícolas y lácteos. Los sistemas de refrigeración se utilizan con mayor frecuencia en los meses más cálidos para los productos agrícolas, que deben enfriarse lo antes posible para cumplir con los estándares de calidad y aumentar la vida útil. Mientras tanto, las granjas lecheras refrigeran la leche durante todo el año para evitar que se eche a perder. [42]
A finales del siglo XIX y principios del XX, a excepción de los alimentos básicos (azúcar, arroz y frijoles) que no necesitaban refrigeración, los alimentos disponibles se vieron muy afectados por las estaciones y lo que se podía cultivar localmente. [43] La refrigeración ha eliminado estas limitaciones. La refrigeración jugó un papel importante en la viabilidad y luego en la popularidad del supermercado moderno. Las frutas y verduras fuera de temporada o cultivadas en lugares distantes ahora están disponibles a precios relativamente bajos. Los refrigeradores han provocado un enorme aumento de la carne y los productos lácteos como parte de las ventas totales de los supermercados. [44] Además de cambiar los bienes adquiridos en el mercado, la capacidad de almacenar estos alimentos durante largos períodos de tiempo ha llevado a un aumento del tiempo libre. [ cita necesaria ] Antes de la llegada del refrigerador doméstico, la gente tendría que comprar diariamente los suministros necesarios para sus comidas.
La introducción de la refrigeración permitió la manipulación y el almacenamiento higiénicos de productos perecederos y, como tal, promovió el crecimiento de la producción, el consumo y la disponibilidad de nutrientes. El cambio en nuestro método de conservación de alimentos nos alejó de las sales a un nivel de sodio más manejable. La capacidad de mover y almacenar productos perecederos como carne y lácteos llevó a un aumento del 1,7% en el consumo de lácteos y la ingesta total de proteínas de un 1,25% anual en los EE. UU. después de la década de 1890. [45]
La gente no sólo consumía estos productos perecederos porque les resultó más fácil almacenarlos, sino porque las innovaciones en el transporte y almacenamiento refrigerados condujeron a menos deterioro y desperdicio, lo que hizo bajar los precios de estos productos. La refrigeración representa al menos el 5,1% del aumento de la estatura adulta (en los EE. UU.) a través de una mejor nutrición, y cuando se tienen en cuenta además los efectos indirectos asociados con las mejoras en la calidad de los nutrientes y la reducción de enfermedades, el impacto general se vuelve considerablemente. más grande. [45] Estudios recientes también han demostrado una relación negativa entre el número de refrigeradores en un hogar y la tasa de mortalidad por cáncer gástrico. [46]
Probablemente las aplicaciones actuales más utilizadas de la refrigeración sean la climatización de viviendas privadas y edificios públicos, y la refrigeración de productos alimenticios en hogares, restaurantes y grandes almacenes. El uso de refrigeradores , cámaras frigoríficas y congeladores en cocinas, fábricas y almacenes [47] [48] [49] [50] [51] para almacenar y procesar frutas y verduras ha permitido añadir ensaladas frescas a la dieta moderna durante todo el año. y almacenar pescados y carnes de forma segura durante largos períodos. El rango de temperatura óptimo para el almacenamiento de alimentos perecederos es de 3 a 5 °C (37 a 41 °F). [52]
En el comercio y la fabricación, la refrigeración tiene muchos usos. La refrigeración se utiliza para licuar gases: oxígeno , nitrógeno , propano y metano , por ejemplo. En la purificación del aire comprimido, se utiliza para condensar el vapor de agua del aire comprimido para reducir su contenido de humedad. En las refinerías de petróleo , las plantas químicas y las plantas petroquímicas , la refrigeración se utiliza para mantener ciertos procesos a las bajas temperaturas necesarias (por ejemplo, en la alquilación de butenos y butano para producir un componente de gasolina de alto octanaje ). Los trabajadores del metal utilizan la refrigeración para templar el acero y los cubiertos. Cuando se transportan alimentos y otros materiales sensibles a la temperatura en camiones, trenes, aviones y barcos, la refrigeración es una necesidad.
Los productos lácteos necesitan refrigeración constantemente, y recién en las últimas décadas se descubrió que los huevos debían refrigerarse durante el envío en lugar de esperar a ser refrigerados después de llegar al supermercado. Las carnes, aves y pescados deben mantenerse en ambientes con clima controlado antes de venderse. La refrigeración también ayuda a mantener las frutas y verduras comestibles por más tiempo.
Uno de los usos más influyentes de la refrigeración fue en el desarrollo de la industria del sushi / sashimi en Japón. Antes del descubrimiento de la refrigeración, muchos conocedores del sushi corrían el riesgo de contraer enfermedades. Los peligros del sashimi no refrigerado no salieron a la luz durante décadas debido a la falta de investigación y distribución de atención médica en las zonas rurales de Japón. Hacia mediados de siglo, la corporación Zojirushi , con sede en Kioto, logró avances en el diseño de refrigeradores, haciéndolos más baratos y más accesibles para los propietarios de restaurantes y el público en general.
Los métodos de refrigeración se pueden clasificar en no cíclicos , cíclicos , termoeléctricos y magnéticos .
Este método de refrigeración enfría un área contenida derritiendo hielo o sublimando hielo seco . [53] Quizás el ejemplo más simple de esto es una hielera portátil, donde se colocan artículos en ella y luego se vierte hielo encima. El hielo normal puede mantener temperaturas cercanas, pero no inferiores, al punto de congelación, a menos que se use sal para enfriar aún más el hielo (como en una heladera tradicional ). El hielo seco puede reducir de forma fiable la temperatura muy por debajo del punto de congelación del agua.
Este consiste en un ciclo de refrigeración, donde se extrae calor de un espacio o fuente de baja temperatura y se rechaza a un disipador de alta temperatura con la ayuda de trabajo externo, y su inverso, el ciclo de energía termodinámico . En el ciclo de potencia, el calor se suministra desde una fuente de alta temperatura al motor, parte del calor se utiliza para producir trabajo y el resto se rechaza a un sumidero de baja temperatura. Esto satisface la segunda ley de la termodinámica .
Un ciclo de refrigeración describe los cambios que tienen lugar en el refrigerante a medida que alternativamente absorbe y rechaza calor mientras circula a través de un refrigerador . También se aplica al trabajo HVACR de calefacción, ventilación y aire acondicionado , cuando se describe el "proceso" del flujo de refrigerante a través de una unidad HVACR, ya sea un sistema empaquetado o dividido.
El calor fluye naturalmente de lo caliente a lo frío. El trabajo se aplica para enfriar un espacio habitable o un volumen de almacenamiento bombeando calor desde una fuente de calor de menor temperatura a un disipador de calor de mayor temperatura. El aislamiento se utiliza para reducir el trabajo y la energía necesarios para lograr y mantener una temperatura más baja en el espacio enfriado. El principio de funcionamiento del ciclo frigorífico fue descrito matemáticamente por Sadi Carnot en 1824 como un motor térmico .
Los tipos más comunes de sistemas de refrigeración utilizan el ciclo de refrigeración de compresión de vapor de Rankine inverso , aunque las bombas de calor de absorción se utilizan en una minoría de aplicaciones.
La refrigeración cíclica se puede clasificar en:
La refrigeración por ciclo de vapor se puede clasificar además en:
El ciclo de compresión de vapor se utiliza en la mayoría de los refrigeradores domésticos, así como en muchos sistemas de refrigeración comerciales e industriales grandes. La Figura 1 proporciona un diagrama esquemático de los componentes de un sistema de refrigeración por compresión de vapor típico.
La termodinámica del ciclo se puede analizar en un diagrama [54] como se muestra en la Figura 2. En este ciclo, un refrigerante en circulación, como un hidrocarburo o hidrofluorocarbonos de bajo punto de ebullición , ingresa al compresor en forma de vapor. Desde el punto 1 al punto 2, el vapor se comprime a entropía constante y sale del compresor como vapor a una temperatura más alta, pero aún por debajo de la presión de vapor a esa temperatura. Desde el punto 2 al punto 3 y luego al punto 4, el vapor viaja a través del condensador que lo enfría hasta que comienza a condensarse y luego condensa el vapor en un líquido eliminando calor adicional a presión y temperatura constantes. Entre los puntos 4 y 5, el refrigerante líquido pasa a través de la válvula de expansión (también llamada válvula de mariposa) donde su presión disminuye abruptamente, provocando una evaporación repentina y una autorrefrigeración de, típicamente, menos de la mitad del líquido.
Esto da como resultado una mezcla de líquido y vapor a una temperatura y presión más bajas, como se muestra en el punto 5. La mezcla fría de líquido y vapor luego viaja a través del serpentín o los tubos del evaporador y se vaporiza completamente enfriando el aire caliente (del espacio que se está refrigerando). ) siendo soplado por un ventilador a través del serpentín o los tubos del evaporador. El vapor refrigerante resultante regresa a la entrada del compresor en el punto 1 para completar el ciclo termodinámico.
La discusión anterior se basa en el ciclo de refrigeración ideal por compresión de vapor y no tiene en cuenta efectos del mundo real como la caída de presión por fricción en el sistema, una ligera irreversibilidad termodinámica durante la compresión del vapor refrigerante o el comportamiento no ideal del gas . Si alguna. Los refrigeradores por compresión de vapor se pueden disponer en dos etapas en sistemas de refrigeración en cascada , enfriando la segunda etapa el condensador de la primera etapa. Esto se puede utilizar para alcanzar temperaturas muy bajas.
Más información sobre el diseño y el rendimiento de los sistemas de refrigeración por compresión de vapor está disponible en el clásico Manual de ingenieros químicos de Perry . [55]
En los primeros años del siglo XX, el ciclo de absorción de vapor mediante sistemas de agua-amoniaco o LiBr -agua era popular y ampliamente utilizado. Después del desarrollo del ciclo de compresión de vapor, el ciclo de absorción de vapor perdió gran parte de su importancia debido a su bajo coeficiente de rendimiento (aproximadamente una quinta parte del ciclo de compresión de vapor). Hoy en día, el ciclo de absorción de vapor se utiliza principalmente cuando se dispone de combustible para calefacción pero no de electricidad, como en los vehículos recreativos que transportan gas LP . También se utiliza en entornos industriales donde el abundante calor residual supera su ineficiencia.
El ciclo de absorción es similar al ciclo de compresión, excepto por el método de elevar la presión del vapor refrigerante. En el sistema de absorción, el compresor se reemplaza por un absorbente que disuelve el refrigerante en un líquido adecuado, una bomba de líquido que aumenta la presión y un generador que, al agregar calor, expulsa el vapor de refrigerante del líquido a alta presión. La bomba de líquido necesita algo de trabajo pero, para una cantidad determinada de refrigerante, es mucho menor que el que necesita el compresor en el ciclo de compresión de vapor. En un refrigerador de absorción se utiliza una combinación adecuada de refrigerante y absorbente. Las combinaciones más comunes son amoníaco (refrigerante) con agua (absorbente) y agua (refrigerante) con bromuro de litio (absorbente).
La principal diferencia con el ciclo de absorción, es que en el ciclo de adsorción, el refrigerante (adsorbato) puede ser amoniaco, agua, metanol , etc., mientras que el adsorbente es un sólido, como gel de sílice , carbón activado o zeolita , a diferencia del ciclo de absorción. Ciclo de absorción donde el absorbente es líquido.
La razón por la que la tecnología de refrigeración por adsorción ha sido ampliamente investigada en los últimos 30 años es que el funcionamiento de un sistema de refrigeración por adsorción suele ser silencioso, no corrosivo y respetuoso con el medio ambiente. [56]
Cuando el fluido de trabajo es un gas que se comprime y expande pero no cambia de fase, el ciclo de refrigeración se denomina ciclo de gases . El aire suele ser este fluido de trabajo. Como en un ciclo de gas no se prevé condensación ni evaporación, los componentes correspondientes al condensador y al evaporador en un ciclo de compresión de vapor son los intercambiadores de calor de gas a gas frío y caliente en los ciclos de gas.
El ciclo de gas es menos eficiente que el ciclo de compresión de vapor porque el ciclo de gas funciona en el ciclo de Brayton inverso en lugar del ciclo de Rankine inverso . Como tal, el fluido de trabajo no recibe ni rechaza calor a temperatura constante. En el ciclo del gas, el efecto de refrigeración es igual al producto del calor específico del gas por el aumento de temperatura del gas en el lado de baja temperatura. Por lo tanto, para la misma carga de enfriamiento, un ciclo de refrigeración de gas necesita un caudal másico grande y es voluminoso.
Debido a su menor eficiencia y mayor volumen, los refrigeradores de ciclo de aire no se utilizan hoy en día en dispositivos de refrigeración terrestres. Sin embargo, la máquina de ciclo de aire es muy común en aviones a reacción propulsados por turbinas de gas como unidades de refrigeración y ventilación, porque el aire comprimido está fácilmente disponible en las secciones de compresores de los motores. Estas unidades también sirven para presurizar el avión.
El enfriamiento termoeléctrico utiliza el efecto Peltier para crear un flujo de calor entre la unión de dos tipos de material. [57] Este efecto se usa comúnmente en refrigeradores portátiles y para acampar y para enfriar componentes electrónicos [58] e instrumentos pequeños. Los refrigeradores Peltier se utilizan a menudo cuando un refrigerador tradicional con ciclo de compresión de vapor no sería práctico o ocuparía demasiado espacio, y en sensores de imagen enfriados como una manera fácil, compacta y liviana, aunque ineficiente, de lograr temperaturas muy bajas, usando dos o más Enfriadores Peltier de etapa dispuestos en una configuración de refrigeración en cascada , lo que significa que dos o más elementos Peltier se apilan uno encima del otro, siendo cada etapa más grande que la anterior, [59] [60] [61] para extraer más Calor y calor residual generado por las etapas anteriores. El enfriamiento Peltier tiene un COP (eficiencia) bajo en comparación con el del ciclo de compresión de vapor, por lo que emite más calor residual (calor generado por el elemento Peltier o mecanismo de enfriamiento) y consume más energía para una capacidad de enfriamiento determinada. [62]
La refrigeración magnética, o desmagnetización adiabática , es una tecnología de enfriamiento basada en el efecto magnetocalórico, una propiedad intrínseca de los sólidos magnéticos. El refrigerante suele ser una sal paramagnética , como el nitrato de cerio y magnesio . Los dipolos magnéticos activos en este caso son los de las capas electrónicas de los átomos paramagnéticos.
Se aplica un fuerte campo magnético al refrigerante, lo que obliga a sus diversos dipolos magnéticos a alinearse y coloca estos grados de libertad del refrigerante en un estado de entropía reducida . Luego, un disipador de calor absorbe el calor liberado por el refrigerante debido a su pérdida de entropía. A continuación se rompe el contacto térmico con el disipador de calor, de modo que el sistema queda aislado y el campo magnético se desconecta. Esto aumenta la capacidad calorífica del refrigerante, disminuyendo así su temperatura por debajo de la temperatura del disipador de calor.
Debido a que pocos materiales exhiben las propiedades necesarias a temperatura ambiente, hasta ahora las aplicaciones se han limitado a la criogenia y la investigación.
Otros métodos de refrigeración incluyen la máquina de ciclo de aire utilizada en los aviones; el tubo de vórtice utilizado para enfriamiento puntual, cuando hay aire comprimido disponible; y refrigeración termoacústica que utiliza ondas sonoras en un gas presurizado para impulsar la transferencia y el intercambio de calor; el enfriamiento por chorro de vapor, popular a principios de la década de 1930, para el aire acondicionado de grandes edificios; Enfriamiento termoelástico mediante una aleación de metal inteligente que se estira y relaja. Muchos motores térmicos de ciclo Stirling pueden funcionar al revés para que actúen como refrigeradores y, por lo tanto, estos motores tienen un uso específico en criogenia . Además, existen otros tipos de crioenfriadores como los refrigeradores Gifford-McMahon, los refrigeradores Joule-Thomson, los refrigeradores de tubo de pulso y, para temperaturas entre 2 mK y 500 mK, los refrigeradores de dilución .
Otra posible técnica de refrigeración de estado sólido y un área de estudio relativamente nueva proviene de una propiedad especial de los materiales superelásticos . Estos materiales sufren un cambio de temperatura cuando experimentan una tensión mecánica aplicada (llamado efecto elastocalórico). Dado que los materiales superelásticos se deforman reversiblemente ante altas deformaciones , el material experimenta una región elástica aplanada en su curva tensión-deformación causada por una transformación de fase resultante de una fase cristalina austenítica a una martensítica .
Cuando un material superelástico experimenta una tensión en la fase austenítica, sufre una transformación de fase exotérmica a la fase martensítica, lo que hace que el material se caliente. La eliminación de la tensión invierte el proceso, restaura el material a su fase austenítica y absorbe calor del entorno enfriando el material.
La parte más atractiva de esta investigación es cuán potencialmente eficiente desde el punto de vista energético y respetuosa con el medio ambiente es esta tecnología de refrigeración. Los diferentes materiales utilizados, comúnmente aleaciones con memoria de forma , proporcionan una fuente no tóxica de refrigeración libre de emisiones. Los materiales más estudiados son las aleaciones con memoria de forma, como el nitinol y el Cu-Zn-Al. El nitinol es una de las aleaciones más prometedoras con un calor de salida de aproximadamente 66 J/cm 3 y un cambio de temperatura de aproximadamente 16 a 20 K. [63] Debido a la dificultad en la fabricación de algunas de las aleaciones con memoria de forma, se han desarrollado materiales alternativos como el caucho natural. sido estudiado. Aunque el caucho puede no emitir tanto calor por volumen (12 J/cm 3 ) como las aleaciones con memoria de forma, todavía genera un cambio de temperatura comparable de aproximadamente 12 K y opera en un rango de temperatura adecuado, tensiones bajas y bajo costo. . [64]
Sin embargo, el principal desafío proviene de las posibles pérdidas de energía en forma de histéresis , a menudo asociadas con este proceso. Dado que la mayoría de estas pérdidas provienen de incompatibilidades entre las dos fases, es necesario un ajuste adecuado de la aleación para reducir las pérdidas y aumentar la reversibilidad y la eficiencia . Equilibrar la tensión de transformación del material con las pérdidas de energía permite que se produzca un gran efecto elastocalórico y potencialmente una nueva alternativa para la refrigeración. [sesenta y cinco]
El método Fridge Gate es una aplicación teórica del uso de una única puerta lógica para accionar un refrigerador de la manera más eficiente energéticamente posible sin violar las leyes de la termodinámica. Opera sobre el hecho de que hay dos estados de energía en los que puede existir una partícula: el estado fundamental y el estado excitado. El estado excitado lleva un poco más de energía que el estado fundamental, lo suficientemente pequeña como para que la transición ocurra con alta probabilidad. Hay tres componentes o tipos de partículas asociados con la puerta del frigorífico. El primero está en el interior del frigorífico, el segundo en el exterior y el tercero está conectado a una fuente de alimentación que se calienta cada cierto tiempo para poder alcanzar el estado E y reponer la fuente. En el paso de enfriamiento en el interior del refrigerador, la partícula en estado g absorbe energía de las partículas ambientales, las enfría y salta al estado e. En el segundo paso, en el exterior del refrigerador, donde las partículas también están en estado e, la partícula cae al estado g, liberando energía y calentando las partículas exteriores. En el tercer y último paso, la fuente de alimentación mueve una partícula en el estado e, y cuando cae al estado g, induce un intercambio de energía neutral donde la partícula e interior es reemplazada por una nueva partícula g, reiniciando el ciclo. [66]
Al combinar un sistema de enfriamiento radiativo diurno pasivo con aislamiento térmico y enfriamiento evaporativo , un estudio encontró un aumento del 300 % en la potencia de enfriamiento ambiental en comparación con una superficie de enfriamiento radiativo independiente, que podría extender la vida útil de los alimentos en un 40 % en ambientes húmedos. climas cálidos y 200% en climas desérticos sin refrigeración. La capa de enfriamiento por evaporación del sistema requeriría "recargas" de agua cada 10 días a un mes en áreas húmedas y cada 4 días en áreas cálidas y secas. [67]
La capacidad de refrigeración de un sistema de refrigeración es el producto del aumento de entalpía de los evaporadores y el caudal másico de los evaporadores . La capacidad medida de refrigeración a menudo se dimensiona en la unidad de kW o BTU/h. Los refrigeradores domésticos y comerciales pueden clasificarse en kJ/s o Btu/h de enfriamiento. Para los sistemas de refrigeración comercial e industrial, el kilovatio (kW) es la unidad básica de refrigeración, excepto en América del Norte, donde se utilizan toneladas de refrigeración y BTU/h.
El coeficiente de rendimiento (CoP) de un sistema de refrigeración es muy importante para determinar la eficiencia general de un sistema. Se define como la capacidad de refrigeración en kW dividida por el consumo de energía en kW. Si bien CoP es una medida de rendimiento muy simple, normalmente no se utiliza para refrigeración industrial en América del Norte. Los propietarios y fabricantes de estos sistemas suelen utilizar el factor de rendimiento (PF). El PF de un sistema se define como la entrada de energía de un sistema en caballos de fuerza dividida por su capacidad de refrigeración en TR. Tanto CoP como PF se pueden aplicar a todo el sistema o a los componentes del sistema. Por ejemplo, un compresor individual se puede clasificar comparando la energía necesaria para hacer funcionar el compresor con la capacidad de refrigeración esperada en función del caudal volumétrico de entrada. Es importante tener en cuenta que tanto CoP como PF para un sistema de refrigeración solo se definen en condiciones operativas específicas, incluidas temperaturas y cargas térmicas. Alejarse de las condiciones operativas especificadas puede cambiar drásticamente el rendimiento de un sistema.
Los sistemas de aire acondicionado utilizados en aplicaciones residenciales suelen utilizar SEER (índice de eficiencia energética estacional) para la clasificación de rendimiento energético. [68] Los sistemas de aire acondicionado para aplicaciones comerciales suelen utilizar EER ( Relación de eficiencia energética ) e IEER (Relación de eficiencia energética integrada) para la clasificación de rendimiento de eficiencia energética. [69]
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