Como funciona o ar acondicionado? Creando frío con sustancias refrixerantes.

Ar acondicionado, climatizador, refrixerador. Agora que estamos sometidos ao calor do verán moitas casas e coches utilizan sistemas capaces de enfriar o ar e de diminuír a capacidade de sufrimento dos seus habitantes. No inverno facemos o contrario e buscamos maneiras para quentar o ambiente, como queimar combustíbel ou acender aparatos eléctricos.O calor é relativamente fácil de conseguir mais, como se crea o frío?

Enfriar algo consiste en reducir a enerxía cinética das partículas que o forman mais, como todos sabemos, a enerxía non se pode eliminar -nin crear- así sen máis. Nos sistemas de refrixeración que hai en neveiras, habitacións e coches esta redución de enerxía conséguese extraendo calor, ou mellor, movendo calor dun lado para outro. Trátase de aparatos que enfrían por un lado e quentan polo outro, o importante e por a parte que enfría mirando para o lado correcto.

As máscaras da materia
O desenvolvemento dos sistemas de refrixeración foi posíbel grazas a que coñecemos algunhas propiedades físicas fundamentais da materia. Nas condicións físicas en que transcorre a vida na Terra hai 3 estados básicos da materia: sólido, líquido e gas, e a transición dun estado a outro implica perdas ou ganancias de calor. O paso de líquido a gas chámase evaporación e -isto interésanos especialmente- neste proceso absórbese calor. A transición contraria, de gas a líquido, chámase condensación e é un cambio que emite calor. Estas transformacións de estado están tamén influídas pola presión, de tal xeito que controlando temperatura e presión é posíbel domesticar os estados da materia e cambiar dun a outro a vontade.

(Antes de seguir falando dos aparatos de refrixeración, un comentario á marxe. Ademais dos tres estados comúns da materia, hai polo menos outros dous que son menos familiares na nosa vida cotiá, aínda que moi abundantes no Universo. Un deles é o plasma, estado parecido ao gasoso mais formado en condicións de moita máis enerxía, nas cales os átomos rómpense e orixinan ións -partículas cargadas electricamente-. No Universo hai enormes cantidades de plasma por todas partes: é a materia das estrelas, e tamén encóntrase en capas altas da atmosfera terrestre, como na ionosfera ou na magnetosfera. Nas nosas casas podemos encontralo, en menor cantidade, dentro das lámpadas fluorescentes. Outro estado da materia, de momento pouco coñecido e moi estudado, é o condensado Bose-Einstein, detectado pola primeira vez en 1995 (os investigadores que o conseguiron gañaron o Premio Nobel de Física no ano 2001). Este estado conséguese a moi baixa enerxía, a temperaturas próximas ao cero absoluto (-273 grados Celsius)).

Unha sustancia ideal difícil de encontrar
Seguindo co funcionamento dos aparatos que “crean” frío, o obxectivo é carretar calor para outra parte mais, como se fai iso? En primeiro lugar é preciso encontrar unha sustancia que pase facilmente de líquido a gas e viceversa. A principios do século pasado a compañía DuPont sintetizou unha familia de clorofluorocarbóns (CFCs) que chamou colectivamente co nome comercial de Freon. Estes gases teñen propiedades que os fan idóneos para ser utilizados como refrixerantes, solventes e propelentes de aerosois: posúen temperaturas de ebulición moi baixas -son gases a temperatura ambiente- e ademais son incoloros, inodoros, non corrosivos, non inflamábeis, inertes quimicamente e non tóxicos. Máis tarde, ao descubrirse que os CFCs en realidade si son “tóxicos” para o planeta porque destrúen a capa de ozono intensificouse a busca de compostos similares e non daniños para o ecosistema. Na actualidade o Freon xa practicamente non se utiliza -as distintas variantes desta familia de sustancias están en vías de prohibición total-, e os novos aparatos de refrixeración levan un hidrofluorocarbón (HFC) chamado R-134 que non estraga a atmosfera -porque non leva cloro, o compoñente que reacciona co ozono-.

Exercicio de transformismo
Nun aparato de ar acondicionado o obxectivo é facer circular sustancia refrixerante (Freon, R-134, etc) por un circuíto pechado de tubos, de tal xeito que esta absorba calor ao pasar de líquido a gas, e o bote de novo para fora ao pasar de gas a líquido. Se todo funciona ben e non hai fugas o refrixerante pode durar moitos anos, xa que nunca sae da instalación de tubos, dando voltas unha e outra vez. O funcionamento é o seguinte: o refrixerante almacénase a alta presión en forma líquida e, cando é preciso, libérase por unha válvula a unha zona con moita menos presión. Esta parte do circuíto é a que enfría e chámase “evaporador”: ao diminuír a presión a sustancia tende a pasar de líquido a gas, evaporándose, proceso no cal absorbe calor. Os tubos ou resistencias desta parte do circuíto póñense en contacto co que se quere enfriar, por exemplo o ar impulsado polos ventiladores do teu coche. O seguinte paso da ruta consiste en volver o refrixerante a estado líquido, traballo no que colabora un compresor, que aumenta a presión e facilita a condensación, proceso que ten lugar na rexión do circuíto chamada “condensador” e na cal emítese calor ao exterior (un exemplo é o radiador que hai na parte de atrás das neveiras. E falando de neveiras, tamén é doado escoitar o compresor traballando, sobre todo polas noites). Xa temos de novo o refrixerante en estado líquido, listo para evaporarse e roubar calor ao ar infernal que nos baña algúns días de verán.

Este sistema ten outra propiedade moi útil que permite regular a humidade ambiental -por iso fálase de “ar acondicionado” -: o ar, ademais de enfriarse, deshumidificase, xa que o enfriamento provoca a condensación do vapor de auga. Na rexión do “evaporador” fórmanse gotas de auga a partir do ar que está sendo enfriado, que son recollidas e eliminadas (esta auga é, por exemplo, a que pinga o teu coche pola parte de abaixo ao utilizar o climatizador).

Xa sabes, se pasas frío: comprímete, condénsate e evapórate; non hai nada como converterse en refrixerante.

Ligazóns

Refrixeración por compresión

Aire acondicionado

Freon

Estados da materia