Un refrigerador , comúnmente refrigerador , es un electrodoméstico comercial y doméstico que consta de un compartimento aislado térmicamente y una bomba de calor (mecánica, electrónica o química) que transfiere calor desde su interior a su ambiente externo para que su interior se enfríe a una temperatura inferior a la temperatura ambiente. [1] La refrigeración es una técnica esencial de almacenamiento de alimentos en todo el mundo. [2] La baja temperatura reduce la tasa de reproducción de bacterias , por lo que el refrigerador reduce la tasa de deterioro . Un refrigerador mantiene una temperatura unos grados por encima del punto de congelación del agua. El rango de temperatura óptimo para el almacenamiento de alimentos perecederos es de 3 a 5 °C (37 a 41 °F). [3] Un congelador es un refrigerador especializado, o parte de un refrigerador, que mantiene la temperatura de su contenido por debajo del punto de congelación del agua. [4] El refrigerador reemplazó a la hielera , que había sido un electrodoméstico común durante casi un siglo y medio. La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos recomienda que el refrigerador se mantenga a una temperatura igual o inferior a 4 °C (40 °F) y que el congelador se regule a -18 °C (0 °F). [5]
Los primeros sistemas de refrigeración para alimentos implicaban hielo. [6] La refrigeración artificial comenzó a mediados de la década de 1750 y se desarrolló a principios de la década de 1800. [7] En 1834, se construyó el primer sistema de refrigeración por compresión de vapor en funcionamiento , que utilizaba la misma tecnología que se utiliza en los acondicionadores de aire . [8] La primera máquina comercial para hacer hielo se inventó en 1854. [9] En 1913, se inventaron los refrigeradores para uso doméstico. [10] En 1923, Frigidaire presentó la primera unidad autónoma. La introducción del freón en la década de 1920 amplió el mercado de refrigeradores durante la década de 1930. Los congeladores domésticos como compartimentos separados (más grandes de lo necesario solo para cubitos de hielo) se introdujeron en 1940. Los alimentos congelados , que antes eran un artículo de lujo, se volvieron algo común.
Los congeladores se utilizan tanto en hogares como en la industria y el comercio. Los refrigeradores y congeladores comerciales se utilizaron durante casi 40 años antes de que aparecieran los modelos domésticos comunes. El estilo de congelador sobre refrigerador había sido el estilo básico desde la década de 1940, hasta que los refrigeradores modernos de dos puertas rompieron la tendencia. En la mayoría de los refrigeradores domésticos, refrigeradores-congeladores y congeladores se utiliza un ciclo de compresión de vapor. Los refrigeradores más nuevos pueden incluir descongelación automática , agua fría y hielo de un dispensador en la puerta.
Los refrigeradores y congeladores domésticos para almacenar alimentos se fabrican en una variedad de tamaños. Entre los más pequeños se encuentran los refrigeradores tipo Peltier diseñados para enfriar bebidas. Un refrigerador doméstico grande mide tanto como una persona y puede tener aproximadamente un metro (3 pies 3 pulgadas) de ancho con una capacidad de 0,6 m 3 (21 pies cúbicos). Los refrigeradores y congeladores pueden ser independientes o estar integrados en una cocina. El refrigerador permite que los hogares modernos mantengan los alimentos frescos durante más tiempo que antes. Los congeladores permiten a las personas comprar alimentos perecederos a granel y comerlos con tranquilidad, y realizar compras al por mayor .
Orígenes antiguos
Los antiguos iraníes fueron de los primeros en inventar un tipo de refrigerador que utilizaba los principios de enfriamiento por evaporación y enfriamiento por radiación, llamado yakhchāls . Estos complejos utilizaban espacios de almacenamiento subterráneos, una gran estructura abovedada sobre el suelo con un aislamiento grueso y equipados con badgirs (captadores de viento) y una serie de qanats (acueductos). [ cita requerida ] [11]
Refrigeración preeléctrica
En la época moderna, antes de la invención del frigorífico eléctrico moderno, se utilizaban hieleras y neveras portátiles para almacenar alimentos fríos durante la mayor parte del año. En su día, eran muy comunes, ya que se colocaban cerca de lagos de agua dulce o se llenaban de nieve y hielo durante el invierno. Hoy en día, todavía se utilizan medios naturales para enfriar los alimentos. En las laderas de las montañas, el agua derretida de la nieve es una forma cómoda de enfriar las bebidas y, durante el invierno, se puede mantener la leche fresca durante mucho más tiempo simplemente manteniéndola al aire libre. La palabra "frigorífico" se utilizaba al menos desde el siglo XVII. [12]
Refrigeración artificial
La historia de la refrigeración artificial comenzó cuando el profesor escocés William Cullen diseñó una pequeña máquina refrigeradora en 1755. Cullen utilizó una bomba para crear un vacío parcial sobre un recipiente con éter dietílico , que luego hirvió , absorbiendo calor del aire circundante. [13] El experimento incluso creó una pequeña cantidad de hielo, pero no tenía aplicación práctica en ese momento.
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 británico Michael Faraday licuó amoniaco y otros gases utilizando altas presiones y bajas temperaturas, y en 1834, un expatriado estadounidense en Gran Bretaña, Jacob Perkins , construyó el primer sistema de refrigeración por compresión de vapor en funcionamiento. Era un dispositivo de ciclo cerrado que podía funcionar de forma continua. [14] Un intento similar se realizó en 1842, por el médico estadounidense John Gorrie , [15] que construyó un prototipo funcional, pero fue un fracaso comercial. 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 australiano escocés. Su patente de 1856 fue para un sistema de compresión de vapor que utilizaba éter, alcohol o amoníaco. Construyó una máquina mecánica para fabricar hielo en 1851 en las orillas del río Barwon en Rocky Point en Geelong , Victoria , y su primera máquina comercial para fabricar hielo le siguió en 1854. Harrison también introdujo la refrigeración comercial por compresión de vapor en cervecerías y plantas empacadoras de carne, y en 1861, una docena de sus sistemas estaban en funcionamiento.
El primer sistema de refrigeración por absorción de gas (sin compresor y alimentado por una fuente de calor) fue desarrollado por Edward Toussaint de Francia en 1859 y patentado en 1860. Utilizaba amoníaco gaseoso disuelto en agua ("aqua ammonia").
Carl von Linde , profesor de ingeniería en la Universidad Tecnológica de Múnich en Alemania, patentó un método mejorado para licuar gases en 1876, creando el primer refrigerador de amoníaco comprimido confiable y eficiente. [16] Su nuevo proceso hizo posible el uso de gases como el amoníaco (NH 3 ), el dióxido de azufre (SO 2 ) y el cloruro de metilo (CH 3 Cl) como refrigerantes, que se usaron ampliamente para ese propósito hasta fines de la década de 1920 a pesar de las preocupaciones de seguridad. [17] En 1895 descubrió el ciclo de refrigeración .
En 1894, el inventor e industrial húngaro István Röck comenzó a fabricar un gran refrigerador industrial de amoníaco que funcionaba con compresores eléctricos (junto con la fábrica de máquinas de Esslingen). Sus compresores eléctricos fueron fabricados por la fábrica de Ganz . En la Exposición del Milenio de 1896, Röck y la fábrica de máquinas de Esslingen presentaron una planta de producción de hielo artificial con capacidad de 6 toneladas. En 1906, se inauguró en la calle Tóth Kálmán, Budapest, el primer gran almacén frigorífico húngaro (con una capacidad de 3000 toneladas, el más grande de Europa). La máquina fue fabricada por la fábrica de Ganz . Hasta la nacionalización después de la Segunda Guerra Mundial, la producción de refrigeradores industriales a gran escala en Hungría estaba en manos de la fábrica de Röck y Ganz. [18]
Los refrigeradores y congeladores comerciales, que reciben muchos otros nombres, estuvieron en uso durante casi 40 años antes de que aparecieran los modelos domésticos comunes. Utilizaban sistemas de gas como amoníaco (R-717) o dióxido de azufre (R-764), que ocasionalmente tenían fugas, lo que los hacía inseguros para el uso doméstico. Los refrigeradores domésticos prácticos se introdujeron en 1915 y ganaron una mayor aceptación en los Estados Unidos en la década de 1930, cuando los precios cayeron y se introdujeron refrigerantes sintéticos no tóxicos y no inflamables como el freón-12 (R-12). Sin embargo, el R-12 resultó ser perjudicial para la capa de ozono , lo que provocó que los gobiernos prohibieran su uso en refrigeradores nuevos y sistemas de aire acondicionado en 1994. El sustituto menos dañino del R-12, el R-134a (tetrafluoroetano), se ha utilizado comúnmente desde 1990, pero el R-12 todavía se encuentra en muchos sistemas antiguos.
El refrigerador de bebidas con frente de vidrio se utiliza principalmente como refrigerador comercial. Este tipo de electrodomésticos suelen estar diseñados para requisitos de carga específicos, lo que da como resultado un mecanismo de enfriamiento más grande. Esto garantiza que puedan hacer frente a un gran volumen de bebidas y una apertura frecuente de la puerta. Como resultado, es común que este tipo de refrigeradores comerciales representen hasta el 50% del consumo de energía de un supermercado. [19]
En 1913, Fred W. Wolf de Fort Wayne, Indiana, inventó y produjo los primeros refrigeradores eléctricos para uso doméstico, con modelos que consistían en una unidad que se montaba sobre una hielera. [20] [21] Su primer dispositivo, producido en los siguientes años en varios cientos de unidades, se llamó DOMELRE . [22] [23] En 1914, el ingeniero Nathaniel B. Wales de Detroit, Michigan, presentó una idea para una unidad de refrigeración eléctrica práctica, que más tarde se convirtió en la base del Kelvinator . Un refrigerador autónomo, con un compresor en la parte inferior del gabinete, fue inventado por Alfred Mellowes en 1916. Mellowes produjo este refrigerador comercialmente, pero fue comprado por William C. Durant en 1918, quien inició la empresa Frigidaire para producir refrigeradores en masa . En 1918, la empresa Kelvinator presentó el primer refrigerador con algún tipo de control automático. El refrigerador de absorción fue inventado por Baltzar von Platen y Carl Munters de Suecia en 1922, cuando aún eran estudiantes en el Instituto Real de Tecnología de Estocolmo. Se convirtió en un éxito mundial y fue comercializado por Electrolux . Otros pioneros fueron Charles Tellier , David Boyle y Raoul Pictet . Carl von Linde fue el primero en patentar y fabricar un refrigerador práctico y compacto.
Estas unidades domésticas generalmente requerían la instalación de las partes mecánicas, el motor y el compresor, en el sótano o en una habitación adyacente, mientras que la caja de refrigeración se ubicaba en la cocina. Hubo un modelo de 1922 que consistía en una caja de refrigeración de madera, un compresor refrigerado por agua , una bandeja de cubitos de hielo y un compartimento de 0,25 metros cúbicos (9 pies cúbicos), y costaba $ 714. (Un Ford Modelo T de 1922 costaba aproximadamente $ 476.) En 1923, Kelvinator tenía el 80 por ciento del mercado de refrigeradores eléctricos. También en 1923, Frigidaire presentó la primera unidad autónoma. Aproximadamente en esta misma época comenzaron a aparecer los gabinetes de metal cubiertos de porcelana. Las bandejas de cubitos de hielo se introdujeron cada vez más durante la década de 1920; hasta ese momento, la congelación no era una función auxiliar del refrigerador moderno.
El primer refrigerador que se utilizó ampliamente fue el refrigerador General Electric "Monitor-Top", presentado en 1927, llamado así por el público debido a su parecido con la torreta del acorazado USS Monitor de la década de 1860. [25] El conjunto del compresor, que emitía una gran cantidad de calor, se colocaba sobre el gabinete y estaba rodeado por un anillo decorativo. Se produjeron más de un millón de unidades. Como medio refrigerante, estos refrigeradores usaban dióxido de azufre , que es corrosivo para los ojos y puede causar pérdida de visión, quemaduras y lesiones dolorosas en la piel, o formiato de metilo , que es altamente inflamable, dañino para los ojos y tóxico si se inhala o ingiere. [26]
La introducción del freón en la década de 1920 amplió el mercado de los refrigeradores durante la década de 1930 y proporcionó una alternativa más segura y de baja toxicidad a los refrigerantes utilizados anteriormente. Los congeladores separados se volvieron comunes durante la década de 1940; el término para la unidad, popular en ese momento, era congelación profunda . Estos dispositivos, o electrodomésticos , no entraron en producción en masa para su uso en el hogar hasta después de la Segunda Guerra Mundial. [27] Las décadas de 1950 y 1960 vieron avances técnicos como la descongelación automática y la fabricación automática de hielo. Se desarrollaron refrigeradores más eficientes en las décadas de 1970 y 1980, a pesar de que los problemas ambientales llevaron a la prohibición de refrigerantes muy efectivos (freón). Los primeros modelos de refrigeradores (a partir de 1916) tenían un compartimento frío para bandejas de cubitos de hielo. Desde finales de la década de 1920, la empresa Postum (precursora de General Foods ) procesó con éxito verduras frescas mediante congelación y había adquirido la tecnología cuando compró los derechos de los exitosos métodos de congelación fresca de Clarence Birdseye .
La mayoría de los refrigeradores eran blancos a principios de la década de 1950, pero entre mediados de esa década y la actualidad, los fabricantes y diseñadores han añadido color. Los colores pastel, como el rosa y el turquesa, ganaron popularidad a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960. Algunas versiones también tenían un cromado cepillado, que es similar a un aspecto de acero inoxidable. Durante la última parte de la década de 1960 y principios de la de 1970, los colores de tonos tierra eran populares, incluidos Harvest Gold , Avocado Green y almendra. En la década de 1980, el negro se puso de moda. A finales de la década de 1990, el acero inoxidable se puso de moda. Desde 1961, el Color Marketing Group ha intentado coordinar los colores de los electrodomésticos y otros bienes de consumo.
Los congeladores se utilizan en hogares, industrias y comercios. Los alimentos almacenados a -18 °C (0 °F) o menos son seguros indefinidamente. [28] La mayoría de los congeladores domésticos mantienen temperaturas de -23 a -18 °C (-9 a 0 °F), aunque algunas unidades que solo tienen congelador pueden alcanzar -34 °C (-29 °F) y menos. Los congeladores frigoríficos generalmente no alcanzan temperaturas inferiores a -23 °C (-9 °F), ya que el mismo circuito de refrigerante sirve a ambos compartimentos: Bajar excesivamente la temperatura del compartimento congelador causa dificultades para mantener la temperatura por encima del punto de congelación en el compartimento frigorífico. Los congeladores domésticos pueden incluirse como un compartimento separado en un frigorífico, o pueden ser un electrodoméstico separado. Los congeladores domésticos pueden ser verticales, parecidos a un frigorífico, o congeladores horizontales , más anchos que altos con la tapa o puerta en la parte superior, sacrificando la comodidad por la eficiencia y la inmunidad parcial a los cortes de energía. [29] Muchos congeladores verticales modernos vienen con un dispensador de hielo incorporado en la puerta. Algunos modelos de gama alta incluyen controles y pantallas con termostato.
Los congeladores domésticos como compartimentos separados (más grandes de lo necesario sólo para cubitos de hielo) o como unidades separadas se introdujeron en los Estados Unidos en 1940. Los alimentos congelados, que antes eran un artículo de lujo, se volvieron algo común.
En 1955 salió a la venta el congelador doméstico, que era lo suficientemente frío como para permitir a los propietarios congelar ellos mismos los alimentos frescos en lugar de comprar alimentos ya congelados con el proceso de Clarence Birdseye. [30] [31]
Existen congeladores portátiles que, como su nombre lo indica, permiten que uno ingrese caminando al congelador. Las normas de seguridad exigen una liberación de emergencia y los empleadores deben verificar que nadie quede atrapado dentro cuando la unidad se bloquea, ya que es posible que se produzca hipotermia si alguien permanece en el congelador durante períodos prolongados. [32]
En la mayoría de los refrigeradores, congeladores y refrigeradores domésticos se utiliza un ciclo de compresión de vapor. En este ciclo, un refrigerante circulante, como el R134a, ingresa a un compresor como vapor a baja presión a la temperatura del interior del refrigerador o ligeramente por debajo de ella. El vapor se comprime y sale del compresor como vapor sobrecalentado a alta presión. El vapor sobrecalentado viaja bajo presión a través de bobinas o tubos que forman el condensador ; las bobinas o tubos se enfrían pasivamente mediante la exposición al aire de la habitación. El condensador enfría el vapor, que se licúa. Cuando el refrigerante sale del condensador, todavía está bajo presión, pero ahora está solo ligeramente por encima de la temperatura ambiente. Este refrigerante líquido se fuerza a través de un dispositivo de medición o estrangulamiento, también conocido como válvula de expansión (esencialmente una constricción del tamaño de un orificio en el tubo) a un área de presión mucho menor. La disminución repentina de la presión da como resultado una evaporación instantánea similar a una explosión de una parte (generalmente aproximadamente la mitad) del líquido. El calor latente absorbido por esta evaporación instantánea se obtiene principalmente del refrigerante adyacente que aún está líquido, un fenómeno conocido como auto-refrigeración . Este refrigerante frío y parcialmente vaporizado continúa a través de las bobinas o tubos de la unidad evaporadora. Un ventilador sopla aire del compartimiento ("aire de la caja") a través de estas bobinas o tubos y el refrigerante se vaporiza completamente, extrayendo más calor latente del aire de la caja. Este aire enfriado regresa al compartimiento del refrigerador o congelador, y así mantiene frío el aire de la caja. Tenga en cuenta que el aire frío en el refrigerador o congelador todavía está más caliente que el refrigerante en el evaporador. El refrigerante sale del evaporador, ahora completamente vaporizado y ligeramente calentado, y regresa a la entrada del compresor para continuar el ciclo.
Los refrigeradores domésticos modernos son extremadamente confiables porque el motor y el compresor están integrados dentro de un contenedor soldado, una "unidad sellada", con una probabilidad muy reducida de fugas o contaminación. En comparación, los compresores de refrigeración acoplados externamente, como los que se usan en los sistemas de aire acondicionado de los automóviles, inevitablemente pierden líquido y lubricante más allá de los sellos del eje. Esto hace que sea necesario recargarlos periódicamente y, si se ignora, puede producirse una falla del compresor.
Los refrigeradores con dos compartimentos necesitan un diseño especial para controlar el enfriamiento de los compartimentos del refrigerador o del congelador. Normalmente, los compresores y los serpentines del condensador se montan en la parte superior del gabinete, con un solo ventilador para enfriarlos a ambos. Esta disposición tiene algunas desventajas: cada compartimento no se puede controlar de forma independiente y el aire más húmedo del refrigerador se mezcla con el aire seco del congelador. [33]
Varios fabricantes ofrecen modelos de compresor doble. Estos modelos tienen compartimentos de congelador y refrigerador separados que funcionan de forma independiente, a veces montados dentro de un solo gabinete. Cada uno tiene su propio compresor, serpentines de condensador y evaporador, aislamiento, termostato y puerta independientes. [ cita requerida ]
Un híbrido entre los dos diseños es el uso de un ventilador independiente para cada compartimento, el sistema de doble ventilador. De esta manera, se permite un control y un flujo de aire independientes en un único sistema de compresor. [ cita requerida ]
Un refrigerador de absorción funciona de manera diferente a un refrigerador de compresor, ya que utiliza una fuente de calor , como la combustión de gas licuado de petróleo , energía solar térmica o un elemento de calentamiento eléctrico. Estas fuentes de calor son mucho más silenciosas que el motor del compresor de un refrigerador típico. Un ventilador o una bomba pueden ser las únicas partes mecánicas móviles; la dependencia de la convección se considera poco práctica.
Otros usos de un refrigerador de absorción (o "enfriador") incluyen los grandes sistemas que se utilizan en edificios de oficinas o complejos como hospitales y universidades. Estos grandes sistemas se utilizan para enfriar una solución de salmuera que circula por el edificio.
El efecto Peltier utiliza electricidad para bombear calor directamente; los refrigeradores que emplean este sistema se utilizan a veces para acampar o en situaciones en las que el ruido no es aceptable. Pueden ser totalmente silenciosos (si no se instala un ventilador para la circulación del aire), pero son menos eficientes energéticamente que otros métodos.
Los congeladores "ultrafríos" o " de temperatura ultrabaja (ULT) " (normalmente −80 o −86 °C [−112 o −123 °F]), como los que se utilizan para almacenar muestras biológicas, también suelen emplear dos etapas de enfriamiento, pero en cascada . La etapa de temperatura más baja utiliza metano , o un gas similar, como refrigerante, y su condensador se mantiene a unos −40 °C mediante una segunda etapa que utiliza un refrigerante más convencional.
Para temperaturas mucho más bajas, los laboratorios suelen comprar nitrógeno líquido (−196 °C [−320,8 °F]), que se conserva en un matraz Dewar , en el que se suspenden las muestras. Los congeladores criogénicos horizontales pueden alcanzar temperaturas de hasta −150 °C (−238 °F) y pueden incluir un respaldo de nitrógeno líquido.
Las alternativas al ciclo de compresión de vapor que actualmente no se producen en masa incluyen:
Muchos refrigeradores/congeladores modernos tienen el congelador en la parte superior y el refrigerador en la parte inferior. La mayoría de los refrigeradores-congeladores, excepto los modelos con descongelación manual o las unidades más económicas, utilizan lo que parecen ser dos termostatos. Solo el compartimiento del refrigerador tiene la temperatura controlada correctamente. Cuando el refrigerador se calienta demasiado, el termostato inicia el proceso de enfriamiento y un ventilador hace circular el aire alrededor del congelador. Durante este tiempo, el refrigerador también se enfría. La perilla de control del congelador solo controla la cantidad de aire que fluye hacia el refrigerador a través de un sistema de compuerta. [35] Cambiar la temperatura del refrigerador cambiará inadvertidamente la temperatura del congelador en la dirección opuesta. [ cita requerida ] Cambiar la temperatura del congelador no tendrá ningún efecto sobre la temperatura del refrigerador. El control del congelador también se puede ajustar para compensar cualquier ajuste del refrigerador. [ cita requerida ]
Esto significa que el refrigerador puede calentarse demasiado. Sin embargo, debido a que solo se desvía suficiente aire al compartimiento del refrigerador, el congelador generalmente recupera rápidamente la temperatura establecida, a menos que se abra la puerta. Cuando se abre una puerta, ya sea en el refrigerador o en el congelador, el ventilador de algunas unidades se detiene inmediatamente para evitar la acumulación excesiva de escarcha en el serpentín del evaporador del congelador, porque este serpentín está enfriando dos áreas. Cuando el congelador alcanza la temperatura, la unidad se apaga, sin importar cuál sea la temperatura del refrigerador. Los refrigeradores computarizados modernos no utilizan el sistema de compuerta. La computadora administra la velocidad del ventilador para ambos compartimentos, aunque aún se sopla aire desde el congelador. [ cita requerida ]
Los refrigeradores más nuevos pueden incluir:
Estos antiguos compartimentos de congelación eran el principal cuerpo de enfriamiento del refrigerador y solo mantenían una temperatura de alrededor de -6 °C (21 °F), que es adecuada para conservar los alimentos durante una semana.
Los avances posteriores incluyeron unidades de hielo automáticas y unidades de congelación autocompartimentadas.
Los frigoríficos y congeladores domésticos para almacenar alimentos se fabrican en una variedad de tamaños. Entre los más pequeños se encuentra un frigorífico Peltier de 4 litros (0,14 pies cúbicos) que se anuncia como capaz de albergar 6 latas de cerveza. Un frigorífico doméstico grande mide tanto como una persona y puede tener alrededor de 1 metro (3,3 pies) de ancho con una capacidad de 600 litros (21 pies cúbicos). Algunos modelos para hogares pequeños caben debajo de las superficies de trabajo de la cocina, generalmente de unos 86 centímetros (34 pulgadas) de alto. Los frigoríficos se pueden combinar con congeladores, ya sea apilados con el frigorífico o el congelador encima, debajo o uno al lado del otro. Un frigorífico sin un compartimento de almacenamiento de alimentos congelados puede tener una pequeña sección solo para hacer cubitos de hielo. Los congeladores pueden tener cajones para almacenar alimentos o pueden no tener divisiones (congeladores horizontales).
Los refrigeradores y congeladores pueden ser independientes o estar integrados en un armario de cocina.
Son comunes tres clases distintas de refrigeradores:
Se pueden utilizar otros mecanismos de enfriamiento especializados, pero no se han aplicado a refrigeradores domésticos o comerciales.
En una casa sin aire acondicionado (calefacción y/o refrigeración de espacios) los refrigeradores consumen más energía que cualquier otro aparato doméstico. [38] A principios de los años 90 se celebró un concurso entre los principales fabricantes para fomentar la eficiencia energética. [39] Los modelos actuales de EE. UU. que tienen la calificación Energy Star consumen un 50% menos de energía que los modelos promedio fabricados en 1974. [40] La unidad más eficiente energéticamente fabricada en EE. UU. consume alrededor de medio kilovatio-hora por día (equivalente a 20 W de forma continua). [41] Pero incluso las unidades ordinarias son bastante eficientes; algunas unidades más pequeñas utilizan menos de 0,2 kWh por día (equivalente a 8 W de forma continua). Las unidades más grandes, especialmente las que tienen congeladores y máquinas de hielo grandes, pueden utilizar hasta 4 kWh por día (equivalente a 170 W de forma continua). La Unión Europea utiliza una etiqueta de calificación de eficiencia energética obligatoria basada en letras en lugar de Energy Star; por lo tanto, los refrigeradores de la UE en el punto de venta están etiquetados de acuerdo con su eficiencia energética.
En el caso de los refrigeradores estadounidenses, el Consorcio de Eficiencia Energética (CEE) establece una diferenciación adicional entre los refrigeradores con certificación Energy Star. Los refrigeradores de nivel 1 son aquellos que son entre un 20% y un 24,9% más eficientes que los estándares mínimos federales establecidos por la Ley Nacional de Conservación de Energía de Electrodomésticos (NAECA). Los de nivel 2 son aquellos que son entre un 25% y un 29,9% más eficientes. El nivel 3 es la calificación más alta, para aquellos refrigeradores que son al menos un 30% más eficientes que los estándares federales. [42] Alrededor del 82% de los refrigeradores con certificación Energy Star son de nivel 1, el 13% de nivel 2 y solo el 5% de nivel 3. [ cita requerida ]
Además del estilo estándar de refrigeración por compresor que se utiliza en los refrigeradores y congeladores domésticos comunes, existen tecnologías como la refrigeración por absorción y la refrigeración magnética . Aunque estos diseños generalmente utilizan una cantidad de energía mucho mayor en comparación con la refrigeración por compresor, otras cualidades como el funcionamiento silencioso o la capacidad de utilizar gas pueden favorecer a estas unidades de refrigeración en recintos pequeños, un entorno móvil o en entornos donde una falla de la unidad podría tener consecuencias devastadoras. [ cita requerida ]
Muchos refrigeradores fabricados en las décadas de 1930 y 1940 eran mucho más eficientes que la mayoría de los fabricados posteriormente. Esto se debe en parte a la incorporación de nuevas funciones, como la descongelación automática, que reducían la eficiencia. Además, después de la Segunda Guerra Mundial, el estilo del refrigerador se volvió más importante que la eficiencia. Esto fue especialmente cierto en los EE. UU. en la década de 1970, cuando los modelos de lado a lado (conocidos como refrigeradores-congeladores estadounidenses fuera de los EE. UU.) con dispensadores de hielo y enfriadores de agua se hicieron populares. Sin embargo, la reducción en la eficiencia también se debió en parte a la reducción en la cantidad de aislamiento para reducir los costos. [ cita requerida ]
Debido a la introducción de nuevos estándares de eficiencia energética, los refrigeradores fabricados hoy son mucho más eficientes que los fabricados en la década de 1930; consumen la misma cantidad de energía y son tres veces más grandes. [43] [44]
La eficiencia de los refrigeradores más viejos se puede mejorar descongelándolos (si la unidad tiene descongelación manual) y limpiándolos regularmente, reemplazando los sellos de las puertas viejos y desgastados por otros nuevos, ajustando el termostato para que se adapte al contenido real (un refrigerador no necesita estar a una temperatura inferior a 4 °C (39 °F) para almacenar bebidas y alimentos no perecederos) y también reemplazando el aislamiento, cuando corresponda. Algunos sitios recomiendan limpiar las bobinas del condensador aproximadamente una vez al mes en las unidades con bobinas en la parte posterior; para agregarles vida útil y no sufrir un deterioro imperceptible en la eficiencia durante un período prolongado, la unidad debe poder ventilarse o "respirar" con espacios adecuados alrededor de la parte delantera, trasera, laterales y por encima de la unidad. Si el refrigerador usa un ventilador para mantener frío el condensador, entonces este debe limpiarse o recibir servicio, según las recomendaciones de cada fabricante. [ cita requerida ]
Los refrigeradores o congeladores sin escarcha utilizan ventiladores eléctricos para enfriar el compartimento correspondiente. [45] Esto podría llamarse un refrigerador "forzado por ventilador", mientras que las unidades de descongelación manual dependen del aire más frío que se encuentra en la parte inferior, en lugar del aire cálido de la parte superior para lograr un enfriamiento adecuado. El aire se aspira a través de un conducto de entrada y pasa a través del evaporador donde se enfría, luego el aire circula por todo el gabinete a través de una serie de conductos y respiraderos. Debido a que el aire que pasa por el evaporador supuestamente es cálido y húmedo, comienza a formarse escarcha en el evaporador (especialmente en el evaporador de un congelador). En los modelos más baratos y/o más antiguos, un ciclo de descongelación se controla a través de un temporizador mecánico. Este temporizador está configurado para apagar el compresor y el ventilador y activar un elemento de calentamiento ubicado cerca o alrededor del evaporador durante aproximadamente 15 a 30 minutos cada 6 a 12 horas. Esto derrite cualquier acumulación de escarcha o hielo y permite que el refrigerador funcione normalmente una vez más. Se cree que las unidades sin escarcha tienen una menor tolerancia a la escarcha, debido a sus serpentines evaporadores similares a los de un aire acondicionado. Por lo tanto, si se deja una puerta abierta accidentalmente (especialmente la del congelador), es posible que el sistema de descongelación no elimine toda la escarcha; en este caso, se debe descongelar el congelador (o el refrigerador). [46]
Si el sistema de descongelación derrite todo el hielo antes de que finalice el período de descongelación programado, un pequeño dispositivo (llamado limitador de descongelación) actúa como un termostato y apaga el elemento calefactor para evitar una fluctuación de temperatura demasiado grande; también evita ráfagas de aire caliente cuando el sistema se reinicia, en caso de que termine la descongelación antes de tiempo. En algunos modelos anteriores sin escarcha, el limitador de descongelación también envía una señal al temporizador de descongelación para que inicie el compresor y el ventilador tan pronto como apague el elemento calefactor antes de que finalice el ciclo de descongelación programado. Cuando se completa el ciclo de descongelación, se permite que el compresor y el ventilador vuelvan a encenderse. [46]
Los refrigeradores sin escarcha, incluidos algunos de los primeros refrigeradores/congeladores sin escarcha que usaban una placa fría en la sección del refrigerador en lugar de un flujo de aire desde la sección del congelador, generalmente no apagan los ventiladores del refrigerador durante la descongelación. Esto permite a los consumidores dejar los alimentos en el compartimiento principal del refrigerador sin cubrir y también ayuda a mantener las verduras húmedas. Este método también ayuda a reducir el consumo de energía, porque el refrigerador está por encima del punto de congelación y puede pasar el aire más cálido que el de congelación a través del evaporador o la placa fría para ayudar al ciclo de descongelación. [ cita requerida ]
Con la llegada de los compresores inversores digitales , el consumo de energía se reduce aún más que el de un compresor de motor de inducción de una sola velocidad y, por lo tanto, contribuye mucho menos a las emisiones de gases de efecto invernadero. [47]
El consumo de energía de un frigorífico también depende del tipo de refrigeración que se realice. Por ejemplo, los frigoríficos inverter consumen comparativamente menos energía que un frigorífico convencional sin inverter. En un frigorífico inverter, el compresor se utiliza de forma condicional según las necesidades. Por ejemplo, un frigorífico inverter puede consumir menos energía durante el invierno que durante el verano. Esto se debe a que el compresor funciona durante menos tiempo que durante el verano.
Además, los modelos más nuevos de refrigeradores con compresor inverter tienen en cuenta varias condiciones externas e internas para ajustar la velocidad del compresor y, de este modo, optimizar la refrigeración y el consumo de energía. La mayoría de ellos utilizan al menos 4 sensores que ayudan a detectar variaciones en la temperatura externa, la temperatura interna debido a la apertura de la puerta del refrigerador o al almacenamiento de nuevos alimentos en el interior; la humedad y los patrones de uso. Dependiendo de las entradas del sensor, el compresor ajusta su velocidad. Por ejemplo, si se abre la puerta o se guardan nuevos alimentos, el sensor detecta un aumento de la temperatura dentro de la cabina y envía una señal al compresor para que aumente su velocidad hasta alcanzar una temperatura predeterminada. Después de lo cual, el compresor funciona a una velocidad mínima para mantener la temperatura interna. El compresor normalmente funciona entre 1200 y 4500 rpm. Los compresores inverter no solo optimizan la refrigeración, sino que también son superiores en términos de durabilidad y eficiencia energética. [48] Un dispositivo consume la máxima energía y sufre el máximo desgaste cuando se enciende solo. Como un compresor inverter nunca se apaga solo y, en cambio, funciona a una velocidad variable, minimiza el desgaste y el uso de energía. LG ha desempeñado un papel importante en la mejora de los compresores inverter tal como los conocemos, reduciendo los puntos de fricción en el compresor y, por lo tanto, introduciendo los compresores inverter lineales. Tradicionalmente, todos los frigoríficos domésticos utilizan un accionamiento alternativo que está conectado al pistón. Pero en un compresor inverter lineal, el pistón, que es un imán permanente, está suspendido entre dos electroimanes. El aire acondicionado cambia los polos magnéticos del electroimán, lo que produce el empuje y la tracción que comprime el refrigerante. LG afirma que esto ayuda a reducir el consumo de energía en un 32 % y el ruido en un 25 % en comparación con sus compresores convencionales.
El diseño físico de los refrigeradores también juega un papel importante en su eficiencia energética. El más eficiente es el congelador tipo arcón, ya que su diseño de apertura superior minimiza la convección al abrir las puertas, reduciendo la cantidad de aire húmedo y cálido que ingresa al congelador. Por otro lado, los dispensadores de hielo en el interior de la puerta causan más fugas de calor, lo que contribuye a un aumento en el consumo de energía. [49]
La adopción gradual de refrigeradores a nivel mundial marca una era transformadora en la conservación de alimentos y la comodidad doméstica. Desde su introducción en el siglo XX, los refrigeradores han pasado de ser artículos de lujo a productos de uso diario, lo que ha alterado la comprensión de las prácticas de almacenamiento de alimentos. Los refrigeradores han tenido un impacto significativo en varios aspectos de la vida diaria de muchas personas al brindar seguridad alimentaria a personas de todo el mundo que abarcan una amplia variedad de orígenes culturales y socioeconómicos.
La adopción global de refrigeradores también ha cambiado la forma en que las sociedades gestionan su suministro de alimentos. La introducción del refrigerador en diferentes sociedades ha dado lugar a la monetización y a los sistemas de producción industrializada de alimentos en masa, que suelen estar vinculados al aumento del desperdicio de alimentos, los desechos animales y los desechos químicos peligrosos que se remontan a diferentes ecosistemas. Además, los refrigeradores también han proporcionado una forma más fácil de acceder a los alimentos para muchas personas en todo el mundo, y muchas de las opciones que la comercialización ha promovido se inclinan hacia alimentos con baja densidad de nutrientes. [50]
Una vez que los refrigeradores de consumo se volvieron financieramente viables para su producción y venta a gran escala, su prevalencia en todo el mundo se expandió enormemente. En los Estados Unidos, se estima que el 99,5% de los hogares tienen un refrigerador. [51] La posesión de refrigeradores es más común en los países occidentales desarrollados, pero se ha mantenido relativamente baja en los países del Este y en desarrollo a pesar de su creciente popularidad. En toda Europa del Este y Oriente Medio, solo el 80% de la población posee refrigeradores. Además de esto, se afirma que el 65% de la población de China tiene refrigeradores. La distribución de refrigeradores de consumo también está sesgada, ya que las áreas urbanas muestran porcentajes de propiedad de refrigeradores más altos en comparación con las áreas rurales. [52]
El comercio del hielo fue una industria de los siglos XIX y XX que se dedicaba a la recolección, el transporte y la venta de hielo natural y artificial para refrigeración y consumo. La mayor parte del hielo utilizado para el comercio se recolectaba en América del Norte y se transportaba a nivel mundial, con algunas operaciones más pequeñas que operaban desde Noruega . [53] Con la introducción de la refrigeración a gran escala y a gran escala más asequible alrededor de la década de 1920, la necesidad de la recolección y el transporte de hielo a gran escala ya no era necesaria, y el comercio del hielo posteriormente se desaceleró y se redujo a servicios locales de menor escala o desapareció por completo. [54]
El refrigerador permite que los hogares mantengan los alimentos frescos durante más tiempo que antes. La mejora más notable se produce en la carne y otros productos altamente perecederos, que antes necesitaban ser conservados o procesados de otra manera para su almacenamiento y transporte a largo plazo. [55] Este cambio en las cadenas de suministro de productos alimenticios condujo a un marcado aumento en la calidad de los alimentos en las zonas donde se utilizaba la refrigeración. Además, la mayor frescura y vida útil de los alimentos causada por la llegada de la refrigeración, además del aumento de los métodos de comunicación global, ha dado lugar a un aumento del intercambio cultural a través de productos alimenticios de diferentes regiones del mundo. También se ha afirmado que este aumento en la calidad de los alimentos es responsable de un aumento en la estatura de los ciudadanos de los Estados Unidos a principios del siglo XX. [55]
La refrigeración también ha contribuido a la disminución de la calidad de los alimentos en algunas regiones. Al permitir, en parte, el fenómeno de la globalización en el sector alimentario, la refrigeración ha abaratado la creación y el transporte de alimentos ultraprocesados y de conveniencia, lo que ha propiciado su prevalencia, especialmente en las regiones de menores ingresos. Estas regiones con menor acceso a alimentos de mayor calidad se conocen como desiertos alimentarios .
Los congeladores permiten a las personas comprar alimentos a granel y consumirlos con tranquilidad, y las compras a granel pueden ahorrar dinero . El helado , un producto popular del siglo XX, anteriormente solo se podía obtener viajando al lugar donde se fabricaba el producto y comiéndolo allí mismo. Ahora es un alimento común. El hielo a pedido no solo aumenta el placer de las bebidas frías, sino que también es útil para primeros auxilios y para las compresas frías que se pueden mantener congeladas para picnics o en caso de emergencia.
La capacidad de un refrigerador se mide en litros o pies cúbicos. Normalmente, el volumen de un refrigerador-congelador combinado se divide entre un tercio y un cuarto del volumen asignado al congelador, aunque estos valores son muy variables.
Los fabricantes suelen asignar números arbitrarios a los ajustes de temperatura de los compartimentos del refrigerador y del congelador (por ejemplo, del 1 al 9, del más cálido al más frío), pero, en general, el rango ideal para el compartimento del refrigerador es de 3 a 5 °C (37 a 41 °F) [3] y de -18 °C (0 °F) para el congelador. Algunos refrigeradores deben estar dentro de ciertos parámetros de temperatura externa para funcionar correctamente. Esto puede ser un problema cuando se colocan unidades en un área sin terminar, como un garaje.
Algunos refrigeradores ahora están divididos en cuatro zonas para almacenar diferentes tipos de alimentos:
Los congeladores europeos y los refrigeradores con compartimento congelador tienen un sistema de clasificación de cuatro estrellas para calificar los congeladores. [56]
Aunque tanto la clasificación de tres como la de cuatro estrellas especifican los mismos tiempos de almacenamiento y la misma temperatura mínima de -18 °C (0 °F), solo un congelador de cuatro estrellas está destinado a congelar alimentos frescos y puede incluir una función de "congelación rápida" (hace funcionar el compresor de forma continua, hasta una temperatura tan baja como -26 °C (-15 °F)) para facilitar esto. Tres (o menos) estrellas se utilizan para compartimentos de alimentos congelados que solo son adecuados para almacenar alimentos congelados; la introducción de alimentos frescos en un compartimento de este tipo es probable que resulte en aumentos de temperatura inaceptables. Esta diferencia en la categorización se muestra en el diseño del logotipo de 4 estrellas, donde las tres estrellas "estándar" se muestran en un recuadro con colores "positivos", que denotan el mismo funcionamiento normal que un congelador de 3 estrellas, y la cuarta estrella que muestra la función adicional de alimentos frescos/congelación rápida se antepone al recuadro con colores "negativos" o con otro formato distintivo. [ cita requerida ]
La mayoría de los refrigeradores europeos incluyen una sección de refrigerador húmedo y frío (que requiere descongelación (automática) a intervalos irregulares) y una sección de congelador (raramente libre de escarcha).
(del más cálido al más frío)
Una preocupación medioambiental cada vez más importante es la eliminación de los frigoríficos viejos (en un principio, porque el refrigerante freón daña la capa de ozono ), pero a medida que los frigoríficos de generaciones anteriores se desgastan, la destrucción del aislamiento que contiene CFC también causa preocupación. Los frigoríficos modernos suelen utilizar un refrigerante llamado HFC-134a ( 1,1,1,2-tetrafluoroetano ), que no agota la capa de ozono, a diferencia del freón. El R-134a es cada vez más raro en Europa, donde se están utilizando en su lugar refrigerantes más nuevos. El refrigerante principal que se utiliza ahora es el R-600a (también conocido como isobutano ), que tiene un efecto menor en la atmósfera si se libera. Ha habido informes de frigoríficos que explotan si el refrigerante pierde isobutano en presencia de una chispa. Si el refrigerante se filtra en el refrigerador, en momentos en que la puerta no se abre (por ejemplo, durante la noche), la concentración de refrigerante en el aire dentro del refrigerador puede acumularse para formar una mezcla explosiva que puede encenderse ya sea por una chispa del termostato o cuando se enciende la luz al abrir la puerta, lo que da como resultado casos documentados de graves daños a la propiedad y lesiones o incluso la muerte por la explosión resultante. [62]
La eliminación de los frigoríficos desechados está regulada y, a menudo, se exige la retirada de las puertas por razones de seguridad. Algunos niños que jugaban al escondite se han asfixiado mientras se escondían en frigoríficos desechados, en particular en modelos antiguos con puertas con pestillo, en un fenómeno denominado muerte por frigorífico . Desde el 2 de agosto de 1956, según la ley federal de los EE. UU., las puertas de los frigoríficos ya no pueden cerrarse con pestillo y pueden abrirse desde el interior. [63] Las unidades modernas utilizan una junta magnética que mantiene la puerta sellada pero permite abrirla desde el interior. [64] Esta junta fue inventada, desarrollada y fabricada por Max Baermann (1903-1984) de Bergisch Gladbach , Alemania. [65] [66]
En cuanto a los costos totales del ciclo de vida, muchos gobiernos ofrecen incentivos para fomentar el reciclaje de refrigeradores viejos. Un ejemplo es el programa de refrigeradores Phoenix lanzado en Australia. Este incentivo gubernamental recogió refrigeradores viejos, pagando a sus propietarios por "donar" el refrigerador. Luego, el refrigerador fue reacondicionado, con nuevos sellos de puerta, una limpieza a fondo y la eliminación de elementos, como la cubierta que está atada a la parte posterior de muchas unidades antiguas. Los refrigeradores resultantes, ahora más de un 10% más eficientes, luego se distribuyeron a familias de bajos ingresos. [ cita requerida ]
Similar al programa australiano, Estados Unidos también tiene un programa para recolectar y reemplazar refrigeradores y otros electrodomésticos viejos y menos eficientes . [67] Estos programas buscan recolectar electrodomésticos grandes que pueden ser viejos e ineficientes o estar rotos, y reemplazarlos con electrodomésticos más nuevos y más eficientes. Esto es en un esfuerzo por reducir el costo adicional que estos electrodomésticos imponen a las familias de bajos ingresos a través de su uso ineficiente de energía y gas, así como reducir la contaminación causada por el uso continuo de estos electrodomésticos.
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of September 2024 (link)
