Historia de la heladera

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J. M. Arroyo Página 1

FRIGORIFICO

Cuando abrimos la nevera accedemos, aun en días calurosos, a helados, bebidas frías, comidas frescas, hielo o alimentos supercongelados.

¿Cómo es posible que el interior de la nevera se encuentre tan frío? ¿Qué hacían las personas para preservar los alimentos cuando no existían las neveras?

Aquí encontrarás respuestas a estas preguntas y otros datos interesantes acerca de la refrigeración, explicados mediante descripciones de fenómenos físicos elementales y simples acontecimientos cotidianos.

En la actividad se proponen preguntas sobre este texto y dos métodos para medir la humedad relativa ambiente.

Historia de la heladera

Actualmente es difícil imaginar cómo se arreglaba la gente sin un refrigerador eléctrico, que apareció hace apenas unos 80 años.

Los antiguos griegos y romanos, por ejemplo, sacaban hielo y nieve de las cumbres de las montañas, y los guardaban en pozos tapados con madera y paja donde enfriaban sus alimentos y bebidas.

En la Argentina, hasta mediados del siglo XX, los alimentos se conservaban en armarios cerrados donde se colocaba diariamente una barra de hielo, que se compraba en las carbonerías.

Uno de los primeros hechos destacables de la cronología de la refrigeración aconteció en 1834, cuando Jacob Perkins inventó en Inglaterra el primer dispositivo para fabricar hielo, basado en un líquido que se evaporaba y luego se condensaba con la ayuda de una máquina.

Poco después, en 1844, John Gorrie desarrolló en los Estados Unidos una nevera que funcionaba comprimiendo y expandiendo un gas en forma alternada.

De esta manera se aprovechaba el enfriamiento del gas al expandirse.

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J. M. Arroyo Página 2 El invento se generalizó en la Argentina varias décadas después.

A partir de 1970, se popularizaron los llamados freezers, que permiten conservar alimentos congelados en buen estado durante varios meses.

Los principios del funcionamiento de la nevera

El funcionamiento de la nevera se basa en las siguientes propiedades físicas, que permiten generar frío:

1. El calor se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío

Para calentar un material debemos acercarlo a una fuente caliente, que se encuentra a mayor temperatura.

¿Por qué ocurre esto?

La transferencia de calor es un flujo de energía.

Cuando se transmite calor entre dos cuerpos, uno pierde energía y el otro la gana.

El cuerpo que pierde calor disminuye su temperatura o cambia de estado (por ejemplo, pasa de gas a líquido o de líquido a sólido).

Cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto, el calor es transferido del más caliente al más frío.

De esta manera, la temperatura de ambos tiende a igualarse.

2. Los gases muy comprimidos se condensan

Seguramente conocen los encendedores de plástico transparente y vieron que contienen un líquido.

Esos encendedores queman un gas semejante al que arde en la cocina.

Pero ¿dónde está ese gas?

El gas está condensado, es decir, se encuentra en estado líquido, encerrado a alta presión (comprimido) dentro del encendedor.

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J. M. Arroyo Página 3 Al llegar a una presión suficientemente elevada (volumen muy

pequeño), las moléculas se acercan lo suficiente como para atraerse entre sí y formar el líquido.

3. La evaporación quita calor

Cuando salimos de la ducha o de la pileta, sentimos frío. ¿Por qué?

El agua, al evaporarse, toma calor, es decir que cuando el agua se transforma en vapor le quita calor al cuerpo y por eso sentimos frío.

Lo mismo pasa si nos ponemos alcohol o acetona sobre la piel; el líquido se evapora más rápidamente que el agua, y al quitar más rápido el calor de la piel sentimos más frío

En verano mojarse puede ser un alivio.

Pero si nos mojamos en invierno hay que secarse enseguida, porque el agua, al evaporarse, quita calor del cuerpo.

Cuando hace calor o hacemos ejercicio físico, transpiramos más.

La evaporación del sudor ayuda a bajar la temperatura del cuerpo.

Esta propiedad también puede observarse con los aerosoles.

Cuando rociamos una cantidad considerable de cualquier producto envasado en aerosol, notamos que el envase se enfría

¿Por qué ocurre esto?

o Dentro del envase hay una sustancia, el propelente, que sirve para

impulsar el producto que se desea rociar (por ejemplo, desodorante o insecticida). El propelente, en condiciones normales, es una sustancia gaseosa, pero dentro del aerosol se encuentra comprimido en estado líquido.

o Cuando se oprime la válvula, la presión interna del envase empuja su

contenido hacia fuera y sale el propelente con el producto. Esto disminuye la presión en el interior del envase.

o Al haber menos presión, parte del líquido que está en el envase se

evapora.

o Al evaporarse, el propelente absorbe calor del ambiente. Por lo tanto, los

materiales próximos, como el envase, se enfrían

El aerosol se enfría porque la evaporación quita calor.

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J. M. Arroyo Página 4 Esto se debe a que el gas tiene un mayor contenido energético que el líquido, si tienen la misma temperatura.

En el caso contrario, cuando un gas se hace líquido (condensación), se libera calor.

En estas transformaciones, la diferencia de energía entre ambos es liberada o absorbida en forma de calor.

4. La compresión calienta, la expansión enfría

Cuando inflamos la rueda de una bicicleta, notamos que el tubo del inflador se calienta. ¿Por qué ocurre esto?

o Cuando un gas se comprime, aumenta su temperatura (se calienta); y

cuando se expande (aumenta su volumen), su temperatura disminuye (se enfría).

o Al inflar la rueda, empujamos con un émbolo el aire contenido dentro d

el tubo del inflador (le entregamos energía en forma de trabajo).

o Al comprimirse, el aire aumenta su temperatura, le transfiere calor al

tubo del inflador (que se encontraba a menor temperatura) y hace que éste se caliente.

El inflador se calienta porque el gas se comprime.

Estos cambios se deben a la pérdida de energía del gas cuando se expande, a causa del trabajo que realiza al "empujar hacia fuera" y a la energía que se le transfiere al comprimirlo cuando se lo "empuja hacia adentro".

Dentro de la nevera

La temperatura en las diversas zonas de una nevera

La temperatura no es igual en las distintas zonas de la nevera

En el gabinete principal es de unos pocos grados centígrados sobre cero.

En el congelador es de unos pocos bajo cero y en el freezer es aún más baja

Para obtener estas temperaturas, el calor debe fluir desde el interior de la nevera hacia el exterior.

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J. M. Arroyo Página 5 ¿Cómo se logra este efecto?

El proceso cíclico de enfriamiento

El enfriamiento se produce mediante un proceso cíclico en el cual un gas, como los gases CFC o clorofluorocarbonados, circula por un tubo que recorre las partes interna y externa de la nevera intercambiando calor.

Los pasos del proceso para producir el enfriamiento son los siguientes.

 Se comprime el gas en una parte de su recorrido que se encuentra en el exterior

de la nevera (el compresor). Entonces aumenta su temperatura (la compresión calienta).

 Se permite que el gas comprimido y caliente se enfríe (en el condensador)

liberando calor al ambiente ( el calor se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío).

 Al enfriarse, el gas comprimido se transforma en líquido (los gases muy

comprimidos se condensan) y libera más calor al ambiente (cuando un gas se hace líquido libera calor).

 El líquido pasa por un tubo muy delgado (capilar) que impide su expansión, al

sector que se encuentra dentro de la nevera.

 El líquido pasa a un tubo más grueso (evaporador), en la parte interior, que

permite que el líquido se evapore y que el gas formado se expanda. Estos procesos quitan calor del interior de la nevera (la evaporación quita calor, la expansión enfría).

 Al perder calor, el interior de la nevera se enfría (el cuerpo que pierde calor

disminuye su temperatura).

 El gas pasa al exterior de la heladera donde vuelve a ser comprimido y todo el

proceso se vuelve a repetir.

Las partes de una nevera

Las principales partes de una nevera, donde ocurren estos procesos, son las siguientes.

Motor:

Toma energía de la instalación eléctrica e impulsa el compresor.

Compresor:

Es impulsado por el motor y comprime el gas de la tubería, calentándolo.

Condensador:

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J. M. Arroyo Página 6 Está en el exterior de la nevera y libera calor al ambiente.

Capilar:

Tubo que deja pasar poco a poco el gas licuado.

Se lo llama así porque es muy delgado; un tubo grueso dejaría pasar el gas sin resistencia e impediría la compresión.

Evaporador:

Tubo sinuoso que está en contacto con lo que llamamos el congelador de la nevera.

En este tubo se evapora el gas previamente licuado y así se enfría el interior de la nevera.

El evaporador y el congelador se ubican arriba para que el aire frío, más denso, baje por su propio peso y reemplace el aire más caliente; que sube.

Si el congelador estuviera abajo, el frío llegaría arriba con mayor dificultad.

Termostato :

Mecanismo automático que interrumpe la corriente eléctrica cuando la temperatura es suficientemente baja, y pone a andar nuevamente el motor cuando sube la temperatura.

Unidad sellada:

Recipiente hermético donde están ubicados el motor y el compresor. Esta disposición, incorporada hacia 1950, reduce el riesgo de las fugas de gas.

Neveras sin motor

Neveras de absorción con amoníaco

Hay Neveras que queman amoniaco para funcionar.

No tienen motor, ni compresor ni piezas móviles; su principio de funcionamiento es el siguiente:

 Una pequeña llama hace hervir una solución de amoníaco en agua (solución

fuerte, en el esquema).

 El amoníaco se separa como gas (evaporador) y se reúne con el agua en otro

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 El amoníaco gaseoso, al disolverse nuevamente en agua (proceso llamado

absorción), forma una solución (solución débil en el esquema), absorbe calor y produce el enfriamiento.

 La solución se concentra y se vuelve a calentar.

Este tipo de nevera se usaba mucho en establecimientos de campo que carecían de energía eléctrica.

Neveras de termopar

Hay otras neveras que no tienen piezas móviles ni gases.

Utilizan una unidad que funciona con electricidad, llamada termopar que transfiere calor entre sus dos caras al circular electricidad.

Cuando una corriente eléctrica atraviesa la unión entre dos conductores eléctricos de diferente material, la unión se enfría o calienta, según en qué sentido circule la corriente.

Estas neveras, de termopar, no se desgastan, no hacen ruido y pueden ser muy pequeñas, por lo que son ideales para las habitaciones de hotel, donde el ruido del motor de las neveras comunes podría incomodar a los huéspedes.

Más datos útiles sobre las neveras

Algunos datos adicionales sobre las neveras y su funcionamiento.

 La capacidad de una nevera se mide en pies cúbicos. Aproximadamente 35 pies

cúbicos equivalen a un metro cúbico.

 Cuando una nevera marcha casi sin parar y forma mucha escarcha, esto es señal

de que el cierre de la puerta es imperfecto. Hay que ajustarlo o reemplazar el burlete de goma.

 El agua que se obtiene al descongelar la escarcha contiene pocas sales, porque

proviene de la condensación de la humedad ambiente, que no las tiene.

 Al congelarse, el agua aumenta su volumen, por eso es peligroso colocar una

botella cerrada en el congelador: si está muy cargada podría romperse cuando el líquido se congela.

Cronología de la refrigeración

 Antes de 1748. El enfriamiento se efectúa con hielo o nieve.

 1748. El escocés William Cullen logra por primera vez la refrigeración artificial

por medio de la evaporación de un líquido.

 1805. El inventor estadounidense Oliver Evans diseña la primera máquina

refrigeradora que usa vapor en vez de líquido.

 1834. El inglés Jacob Perkins inventa la primera máquina que fabrica hielo a

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 1844. El médico estadounidense John Gorrie construye una nevera que funciona

comprimiendo y expandiendo un gas en forma alternada.

 1856. El empresario estadounidense Alexander Twinning introduce en el

mercado sistemas de refrigeración.

 1859. El francés Ferdinand Carré utiliza amoníaco en lugar de aire en los

sistemas de refrigeración. De esta manera consiguió temperaturas más bajas.

 1920. Se comienza a utilizar el gas freón en lugar del amoníaco.

Escalas de temperatura

Existen varias escalas para medir la temperatura. La de uso más generalizado para aplicaciones cotidianas es la Celsius o centígrada.

Escala Celsius

Su unidad es el grado Celsius (°C), según la cual a presión atmosférica normal el agua pura hierve a los 100 °C y se congela a los 0 °C.

Escala Fahrenheit

La unidad de medida es el grado Fahrenheit (°F).

Según esta escala, el agua hierve a 212 °F y se congela a 32 °F.

Para pasar de grados Fahrenheit (°F) a Celsius (°C), o a la inversa, se utilizan las siguientes fórmulas:

°C = 5 (°F - 32) / 9

°F = 9 °C / 5 + 32

En los Estados Unidos se utiliza la escala Fahrenheit en aplicaciones cotidianas.

Una novela de Ray Bradbury (EE.UU., 1920), Fahrenheit 451, presenta una sociedad del futuro en la que los bomberos no apagan incendios - no se

producen porque las casas son incombustibles-, y se dedican a quemar libros.

El título alude a la temperatura a la que arde el papel, unos 233 °C.

Escala Kelvin o absoluta

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J. M. Arroyo Página 9 La temperatura más baja posible en la naturaleza es de unos 273 °C bajo cero; se conoce como cero absoluto y equivale a 0 K.

Para convertir grados Celsius en kelvin hay que sumar 273 a los grados Celsius:

K = °C + 273

Por ejemplo, la temperatura de los objetos en el espacio, lejos del calor de las estrellas, es de unos -270 °C, o 3 K.

Si se baja la temperatura de un gas manteniendo constante su presión, el gas disminuye su volumen.

El cero absoluto es la temperatura a la cual un gas ideal alcanzaría un

volumen nulo. Los gases reales se apartan de este comportamiento ideal y se transforman en líquidos a bajas temperaturas

Glosario

Amoníaco:

Sustancia gaseosa a temperatura ambiente, formada por moléculas que

contienen tres átomos de hidrógeno y uno de nitrógeno (su fórmula química es NH3).

Tiene olor penetrante e irritante. Es muy soluble en agua, en la que forma hidróxido de amonio, por lo cual sus disoluciones acuosas son alcalinas.

Energía:

Poder, capacidad para realizar trabajo.

Frío:

Propiedad de los cuerpos que tienen baja temperatura.

Enfriar un cuerpo equivale a disminuir su temperatura; para ello hay que extraerle energía, ya sea en forma de calor o de trabajo que el cuerpo realice sobre el ambiente.

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J. M. Arroyo Página 10 Medida de lo caliente o lo frío que se encuentra un cuerpo.

Está relacionada con la energía cinética o de movimiento de las partículas atómicas o moleculares que componen la materia.

Cuando aumenta la vibración o el desplazamiento de las moléculas, aumenta la temperatura.

Freezer (congelador):

Se utiliza este término para los congeladores que mantienen los alimentos a una temperatura del orden de los 18 °C bajo cero, bastante inferior a la del congelador común de las heladeras.

Eso permite conservar alimentos durante meses, porque los microbios, aunque permanezcan vivos, no se pueden reproducir a una temperatura tan baja como lo hacen a la temperatura del congelador común.

Clorofluorocarbonados

(CFC): sustancias químicas volátiles formadas por los elementos cloro, flúor y carbono.

Se utilizan en neveras y sistemas de refrigeración para intercambiar calor, pero perjudican la atmósfera cuando se escapan:

adelgazan la capa de ozono, que es la que nos protege de las radiaciones peligrosas del sol.

A partir del año 2000, la mayoría de los países cumplirá el acuerdo de reemplazarlos por otros gases menos perjudiciales para el ambiente.

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