Refrigeración

El término refrigeración significa enfriar un espacio, sustancia o sistema para bajar y/o mantener su temperatura por debajo de la temperatura ambiente (mientras que el calor removido es rechazado a una temperatura más alta). En otras palabras, la refrigeración es un enfriamiento artificial (hecho por el hombre).La energía en forma de calor se extrae de un depósito de baja temperatura y se transfiere a un depósito de alta temperatura. El trabajo de transferencia de energía es tradicionalmente impulsado por medios mecánicos, pero también puede ser impulsado por calor, magnetismo, electricidad, láser u otros medios. La refrigeración tiene muchas aplicaciones, incluidos los refrigeradores domésticos, los congeladores industriales, la criogenia y el aire acondicionado. Las bombas de calor pueden usar la salida 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 al menos a los antiguos imperios romano y chino. Sin embargo, la tecnología de refrigeración mecánica ha evolucionado rápidamente en el último siglo, desde la recolección de hielo hasta los vagones de tren con control de temperatura. La introducción de vagones de ferrocarril refrigerados contribuyó a la expansión hacia el oeste de los Estados Unidos, lo que permitió el asentamiento en áreas que no estaban en los principales canales de transporte, como ríos, puertos o senderos del valle. También se estaban desarrollando asentamientos en partes infértiles del país, llenas de recursos naturales recién descubiertos.

Estos nuevos patrones de asentamiento provocaron la construcción de grandes ciudades que pueden prosperar en áreas que de otro modo se consideraban inhóspitas, como Houston, Texas y Las Vegas, Nevada. En la mayoría de los países desarrollados, las ciudades dependen en gran medida de la refrigeración en 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 fincas. Las granjas de hoy tienen una producción mucho mayor por persona 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.

Historia

Las primeras formas de enfriamiento

La recolección estacional de nieve y hielo es una práctica antigua que se estima comenzó antes del año 1000 a. Una colección china de letras de este período conocido como Shijing., describe las ceremonias religiosas para llenar y vaciar las 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 cosecha de hielo puede haber sido la de 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, excavaron 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 usaban el hielo y la nieve para conservar los alimentos, sino principalmente como medio para enfriar las bebidas. Los egipcios también desarrollaron métodos para enfriar bebidas, pero en lugar de usar hielo para enfriar el agua, los egipcios enfriaban el agua poniendo agua hirviendo en vasijas de barro poco profundas y colocándolas en los techos de sus casas por la noche. El viento humedecería el exterior de los frascos y la evaporación resultante enfriaría el agua. Los antiguos pueblos de la India utilizaron este mismo concepto para producir hielo. Los persas almacenaron 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 estuviera disponible un suministro de electricidad confiable donde el clima podía ser cálido y seco, muchos granjeros usaban una caja fuerte Coolgardie. Este consistía en una habitación con cortinas de arpillera (arpillera) que colgaban del techo empapadas en agua. El agua se evaporaría y, por lo tanto, enfriaría las cortinas de arpillera y, por lo tanto, el aire que circula en la habitación. Esto permitiría que muchos productos perecederos como frutas, mantequilla,

Recolección de hielo

Antes de 1830, pocos estadounidenses usaban hielo para refrigerar alimentos debido a la falta de depósitos de hielo y neveras. A medida que estas dos cosas se volvieron más disponibles, las personas usaron 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.

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, así como a los estados del sur. Al principio, Tudor perdió miles de dólares, pero finalmente obtuvo ganancias al construir casas de hielo en Charleston, Virginia y en la ciudad portuaria cubana de La Habana. Estas casas de hielo, así como los 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 casas de hielo como Nueva Orleans y Savannah. Este mercado de hielo se expandió aún más a medida que la recolección de hielo se volvió más rápida y económica después de que uno de los proveedores de Tudor, Nathaniel Wyeth, inventara un cortador de hielo tirado por caballos en 1825. Esta invención, así como la de Tudor

El hielo se convirtió en un producto del mercado 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 de enfriamiento", ya que la mayoría de las personas usaban hielo y hieleras 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 dominaría el país.

Investigación de refrigeración

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 el calor del aire circundante. 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 la 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. Llevaron a cabo 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 tenía aproximadamente un6,4 milímetros (¹ ⁄ ₄ pulgadas) de espesor cuando detuvieron el experimento al llegar a -14 ° C (7 ° F). Franklin escribió: "A partir de este experimento, se puede ver la posibilidad de congelar a un hombre hasta la muerte en un cálido día de verano". En 1805, el inventor estadounidense Oliver Evans describió un ciclo cerrado de refrigeración por compresión de vapor para la producción de hielo con 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 operar continuamente, como describió en su patente:Estoy capacitado para usar fluidos volátiles con el fin de producir el enfriamiento o congelación de fluidos y, al mismo tiempo, condensar constantemente dichos fluidos volátiles y ponerlos nuevamente en funcionamiento sin desperdicio.

Su sistema prototipo funcionó aunque no tuvo éxito comercial.

En 1842, el médico estadounidense John Gorrie hizo un intento similar y construyó un prototipo funcional, pero fue un fracaso comercial. Como muchos de los expertos médicos durante este tiempo, Gorrie pensó que demasiada exposición al calor tropical conducía a la degeneración mental y física, así como a la propagación de enfermedades como la malaria. Él concibió la idea de usar su sistema de refrigeración para enfriar el aire para mayor comodidad en hogares y hospitales para prevenir enfermedades. El ingeniero estadounidense Alexander Twining sacó una patente británica en 1850 para un sistema de compresión de vapor que usaba 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 fue para un sistema de compresión de vapor que utiliza éter, alcohol o amoníaco. Construyó una máquina mecánica para hacer hielo en 1851 a orillas del río Barwon en Rocky Point en Geelong, Victoria, y su primera máquina comercial para hacer hielo la siguió en 1854. Harrison también introdujo la refrigeración comercial por compresión de vapor en cervecerías y carnicerías. empacadoras, y en 1861, una docena de sus sistemas estaban en funcionamiento. Más tarde entró en el debate de cómo competir contra la ventaja estadounidense de las ventas de carne de res no refrigerada al Reino Unido. En 1873 preparó el velero Norfolkpara un envío experimental de carne vacuna al Reino Unido, que utilizó un sistema de cámara frigorífica en lugar de un sistema de refrigeración. La empresa 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 amoníaco gaseoso disuelto en agua (denominado "amoniaco acuoso") 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 lager a gran escala durante todo el año; patentó un método mejorado para licuar gases en 1876. 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 fin hasta finales de la década de 1920..

Thaddeus Lowe, un aeronauta estadounidense, tenía varias patentes sobre máquinas para hacer hielo. Su "Máquina de compresión de hielo" revolucionaría la industria de almacenamiento en frío. En 1869, otros inversionistas y él 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 la falta de Lowe's de conocimiento sobre el transporte marítimo, el negocio fue un fracaso costoso.

Uso comercial

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. Ferdinand Carre de Francia fue uno de los inspiradores 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 de hielo costero. El sistema de refrigeración de Carre se convirtió en la solución a los problemas de hielo de Nueva Orleans y en 1865 la ciudad tenía tres de las máquinas de Carre.En 1867, en San Antonio, Texas, un inmigrante francés llamado Andrew Muhl construyó una máquina para hacer hielo para ayudar a dar servicio a la creciente industria de la carne 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 pasó a producir las primeras máquinas de hacer hielo comerciales en los EE. UU.

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. Eventualmente, las cervecerías comenzaron 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 relacionando enfermedades como la fiebre tifoidea con el consumo de hielo natural. Esto hizo que la recolección de hielo se volviera ilegal en ciertas áreas del país. Todos estos escenarios aumentaron las demandas de refrigeración moderna y hielo fabricado. Máquinas productoras de hielo como la de Carre's y Muhl'

Los vagones de ferrocarril refrigerados se introdujeron en los EE. UU. en la década de 1840 para el transporte de productos lácteos en tiradas cortas, pero utilizaban hielo recolectado para mantener una temperatura fresca.

La nueva tecnología de refrigeración se encontró por primera vez con un uso industrial generalizado como un medio para congelar los suministros de carne para el transporte por mar en barcos refrigerados desde los Dominios Británicos y otros países a las Islas Británicas. El primero en lograr este avance fue un empresario que había emigrado a Nueva Zelanda. William Soltau 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, encargó que el Dunedin fuera reacondicionado con una unidad de refrigeración por compresión para el envío de carne en 1881. El 15 de febrero de 1882, el Dunedinnavegó hacia Londres con lo que iba a ser el primer viaje de transporte refrigerado comercialmente exitoso y la base de la industria de la carne refrigerada.

The Times comentó: "Hoy tenemos que registrar tal triunfo sobre las dificultades físicas, como hubiera sido increíble, incluso inimaginable, hace muy pocos días...". El Marlborough —barco gemelo del Dunedin— se convirtió inmediatamente y se unió al comercio al año siguiente, junto con el buque rival de la New Zealand Shipping Company Mataurua, mientras que el German Steamer Marsalacomenzó a transportar cordero congelado de Nueva Zelanda en diciembre de 1882. En cinco años, se enviaron 172 envíos de carne congelada desde Nueva Zelanda al Reino Unido, de los cuales solo 9 tenían cantidades significativas de carne condenada. El envío refrigerado también condujo a un auge más amplio de la carne y los productos lácteos en Australasia y América del Sur. J & E Hall de Dartford, Inglaterra, equipó el 'SS Selembria' con un sistema de compresión de vapor para traer 30.000 canales de cordero de las Islas Malvinas en 1886. En los años siguientes, la industria se expandió rápidamente a Australia, Argentina y Estados Unidos.

En la década de 1890, la refrigeración jugó un papel vital en la distribución de alimentos. La industria empacadora de carne se basó en gran medida en el hielo natural en la década de 1880 y continuó dependiendo del hielo fabricado a medida que esas tecnologías estuvieron disponibles. Para 1900, las empacadoras de carne de Chicago habían adoptado la refrigeración comercial de ciclo de amoníaco. Para 1914, casi todos los lugares usaban refrigeración artificial. Los principales empacadores de carne, 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 áreas de distribución más remotas.

A mediados del siglo XX, las unidades de refrigeración se diseñaron para instalarse en camiones o camionetas. Los vehículos refrigerados 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 alrededor de 24 000 kg de peso bruto (en Europa).

Aunque la refrigeración comercial progresó rápidamente, tenía limitaciones que impedían que se trasladara al hogar. Primero, la mayoría de los refrigeradores eran demasiado grandes. Algunas de las unidades comerciales que se utilizaban en 1910 pesaban entre quinientas y doscientas toneladas. En segundo lugar, los refrigeradores comerciales eran costosos de producir, comprar y mantener. Por último, estos refrigeradores no eran seguros. No era raro que los refrigeradores comerciales se incendiaran, explotaran o filtraran gases tóxicos. La refrigeración no se convirtió en una tecnología doméstica hasta que se superaron estos tres desafíos.

Uso doméstico y de consumo

A principios del siglo XIX, los consumidores conservaban sus alimentos almacenando alimentos y hielo comprados en hieleras en hieleras. 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 hieleras se utilizaron hasta casi 1910 y la tecnología no avanzó. De hecho, los consumidores que usaron la hielera en 1910 enfrentaron el mismo desafío de una hielera mohosa y apestosa que los consumidores a principios del siglo XIX.

General Electric (GE) fue una de las primeras empresas en superar estos desafíos. En 1911, GE lanzó 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 empresas eléctricas que eran clientes de GE no se beneficiaron de una unidad a gas. Así, GE invirtió en desarrollar un modelo eléctrico. En 1927, GE lanzó el Monitor Top, el primer refrigerador que funcionaba con electricidad.

En 1930, Frigidaire, uno de los principales competidores de GE, sintetizó freón. Con la invención de los refrigerantes sintéticos basados ​​principalmente en un químico de clorofluorocarbono (CFC), fueron posibles refrigeradores más seguros para uso doméstico y de consumo. El freón condujo al desarrollo de refrigeradores más pequeños, livianos y económicos. El precio promedio de un refrigerador bajó de $275 a $154 con la síntesis de freón. Este precio más bajo permitió que la propiedad de refrigeradores en los hogares estadounidenses superara el 50% en 1940.Freon es una marca registrada de DuPont Corporation y se refiere a estos CFC, y más tarde a los refrigerantes hidroclorofluorocarbono (HCFC) e hidrofluorocarbono (HFC), desarrollados a fines de la década de 1920. En ese momento, se consideró que estos refrigerantes eran menos dañinos que los refrigerantes de uso común de 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 se redujo en el Protocolo de Montreal de 1987.

Impacto en los patrones de asentamiento

En el siglo pasado, la refrigeración permitió que emergieran nuevos patrones de asentamiento. Esta nueva tecnología ha permitido que se asienten nuevas áreas que no se encuentran en un canal natural de transporte, como un río, un sendero en un valle o un puerto, que de otro modo no se habrían asentado. La refrigeración ha brindado oportunidades a los primeros colonos para expandirse hacia el oeste y hacia áreas rurales que estaban despobladas. Estos nuevos colonos con suelo rico y sin explotar vieron la oportunidad de beneficiarse enviando materias primas 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.

Vagones refrigerados

El vagón refrigerado (furgoneta refrigerada o vagón frigorífico), junto con la densa red ferroviaria, se convirtió en un vínculo extremadamente importante entre el mercado y la granja, lo que permitió una oportunidad nacional en lugar de solo regional. Antes de la invención del vagón refrigerado, era imposible enviar productos alimenticios perecederos a largas distancias. La industria empacadora de carne de res dio el primer impulso a la demanda de carros frigoríficos. Las compañías ferroviarias tardaron en adoptar este nuevo invento debido a sus fuertes inversiones en vagones de ganado, corrales de ganado y corrales de engorde.Los vagones de refrigeración también eran complejos y costosos en comparación con otros vagones de ferrocarril, lo que también ralentizó la adopción del vagón de ferrocarril refrigerado. Después de la lenta adopción del vagón refrigerado, 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 formación de hielo. 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 estaban involucradas en el comercio de carnes implementaron luego el transporte refrigerado para incluir verduras y frutas. Las empresas empacadoras de carne tenían gran parte de la maquinaria costosa, como carros refrigerados e instalaciones de almacenamiento en frío que les permitían distribuir de manera efectiva todo tipo de productos perecederos. Durante la Primera Guerra Mundial,El problema de los autos inactivos era el problema de los autos de refrigeración sentados inútilmente entre cosechas estacionales. Esto significaba que los automóviles muy caros permanecían en los patios ferroviarios durante una buena parte del año sin generar ingresos para el propietario del automóvil. El car pool era un sistema en el que los autos se distribuían a las áreas a medida que maduraban los cultivos, lo que garantizaba el máximo uso de los autos. Los vagones de ferrocarril refrigerados se trasladaron hacia el este desde viñedos, huertas, campos y jardines en los estados del oeste para satisfacer el mercado de consumo de América en el este.El carro frigorífico hizo posible el transporte de cultivos perecederos cientos e incluso miles de kilómetros o millas. El efecto más notable que dio el automóvil fue una especialización regional de verduras y frutas. El vagón frigorífico fue muy utilizado para el transporte de mercancías perecederas hasta la década de 1950. En la década de 1960, el sistema de carreteras interestatales de la nación estaba suficientemente completo, lo que permitía que los camiones transportaran la mayoría de las cargas de alimentos perecederos y eliminaran el antiguo sistema de vagones refrigerados.

Expansión al oeste y a las zonas rurales

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 los Estados Unidos en áreas que anteriormente estaban deshabitadas y alejadas de las áreas densamente pobladas. Se presentó una nueva oportunidad agrícola en áreas que se consideraban rurales, como los estados del sur y del oeste. Los envíos a gran escala desde el sur y California se realizaron casi al mismo tiempo, aunque se utilizó hielo natural de las Sierras de California en lugar de hielo fabricado en el sur.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 4500 vagones en 1895 a entre 8000 y 10 000 vagones en 1905. Los Estados del Golfo, Arkansas, Missouri y Tennessee comenzaron a producir fresas a gran escala mientras Mississippi se convirtió en el centro de la industria del tomate. Nuevo México, Colorado, Arizona y Nevada cultivaron melones. Sin refrigeración esto no hubiera sido posible. Para 1917, las áreas de frutas y verduras bien establecidas que estaban cerca de los mercados del este sintieron la presión de la competencia de estos centros especializados distantes.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 las granjas 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 caducidad. La refrigeración hizo posible la producción en el oeste lejos de los mercados del este, tanto que, de hecho, los productores de leche podían pagar el costo del transporte y aun así vender menos que sus competidores del este. La refrigeración y el riel refrigerado dieron oportunidad a áreas con suelos ricos lejos de los canales naturales de transporte, como un río, un valle o un puerto.

El surgimiento de la ciudad galáctica

"Edge city" 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 del centro tradicional o del distrito central de negocios 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 separa a estas ciudades del resto es que estas ciudades 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 solo unos pocos 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 granjas más distantes alimentaran efectivamente a la población.

Impacto en la agricultura y la producción de alimentos

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. Este es un resultado parcial del mercado creado para el comercio de carne congelada por el primer envío exitoso de canales de ovejas congeladas provenientes de Nueva Zelanda en la década de 1880. A medida que el mercado siguió creciendo, comenzaron a aplicarse las normas sobre el procesamiento y la calidad de los alimentos. Eventualmente, se introdujo la electricidad en los hogares rurales de los Estados Unidos, lo que permitió que la tecnología de refrigeración siguiera expandiéndose en la granja, aumentando la producción por persona. Hoy en día, el uso de refrigeración en la finca reduce los niveles de humedad,

Demografía

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 comunes para los ciudadanos de los Estados Unidos, ya que la mayoría de los agricultores vivían en sus granjas. En 1935, había 6,8 millones de granjas en los Estados Unidos y una población de 127 millones. Sin embargo, mientras que la población de los Estados Unidos ha seguido aumentando, los ciudadanos que se dedican a la agricultura continúan disminuyendo. Según el censo de EE. UU. 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 llevado a una mayor demanda de productos agrícolas, que se satisface a través de una mayor variedad de cultivos, fertilizantes, pesticidas y tecnología mejorada.

Empaque y comercio de carne

Antes de 1882, la Isla Sur de Nueva Zelanda había estado experimentando con la siembra de pasto y el cruce de ovejas, lo que inmediatamente les dio a sus agricultores 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 provino el 50 % de las canales de oveja exportadas en 1900. No pasó mucho tiempo antes de que la carne de Canterbury fuera conocida por su máxima calidad, lo que generó una demanda para la carne de Nueva Zelanda en todo el mundo. Para atender esta nueva demanda, los ganaderos mejoraron su alimentación para que las ovejas estuvieran listas para el sacrificio en tan solo siete meses. Este nuevo método de envío condujo a un auge económico en Nueva Zelanda a mediados de la década de 1890.

En los Estados Unidos, la Ley de Inspección de Carnes de 1891 se implementó en los Estados Unidos porque los carniceros locales sintieron que el sistema de vagones refrigerados no era saludable. Cuando el empaque de carne comenzó a despegar, los consumidores se pusieron nerviosos acerca de la calidad de la carne para el consumo. La novela de Upton Sinclair de 1906 The Jungle atrajo una atención negativa sobre 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 Carnes de 1906 se implementó como una enmienda a la Ley de Inspección de Carnes de 1891. Esta nueva ley se centró en la calidad de la carne y el medio ambiente en el que se procesa.

Electricidad en zonas rurales

A principios de la década de 1930, el 90 por ciento de la población urbana de los Estados Unidos tenía energía eléctrica, en comparación con solo el 10 por ciento de los hogares rurales. En ese momento, las compañías eléctricas no creían que extender la energía a las áreas rurales (electrificación rural) generaría suficientes ganancias para que valiera la pena. Sin embargo, en medio de la Gran Depresión, el presidente Franklin D. Roosevelt se dio cuenta de que las áreas rurales continuarían rezagadas con respecto a las áreas urbanas tanto en pobreza como en producción si no tuvieran cableado eléctrico. 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 la infraestructura eléctrica en las zonas rurales. En tan solo unos años, 300.000 personas en áreas rurales de los Estados Unidos habían recibido energía 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. Los sistemas de refrigeración se introdujeron 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 en todo Estados Unidos. Como resultado, los agricultores estadounidenses se convirtieron rápidamente en los más productivos del mundo y surgieron sistemas alimentarios completamente nuevos.

Uso agrícola

Con el fin de reducir los niveles de humedad y el deterioro debido al crecimiento bacteriano, hoy en día se utiliza la refrigeración para el procesamiento de carnes, productos agrícolas y lácteos en la agricultura. Los sistemas de refrigeración se utilizan más 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.

Efectos sobre el estilo de vida y la dieta.

A fines del siglo XIX y principios del siglo XX, a excepción de los alimentos básicos (azúcar, arroz y frijoles) que no necesitaban refrigeración, los alimentos disponibles se vieron afectados en gran medida por las estaciones y lo que se podía cultivar localmente. 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 llevado a un gran aumento en la carne y los productos lácteos como parte de las ventas totales de los supermercados. Además de cambiar los bienes que se compran en el mercado, la posibilidad de almacenar estos alimentos durante largos periodos de tiempo ha supuesto un aumento del tiempo libre.Antes de la llegada del refrigerador doméstico, la gente tenía que comprar diariamente los suministros necesarios para sus comidas.

Impacto en la nutrición

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 la carne y los productos lácteos condujo a un aumento del 1,7 % en el consumo de productos lácteos y la ingesta total de proteínas en un 1,25 % anual en los EE. UU. después de la década de 1890.

Las personas no solo consumían estos productos perecederos porque les resultaba más fácil almacenarlos, sino también porque las innovaciones en el transporte y almacenamiento refrigerados condujeron a menos deterioro y desperdicio, lo que redujo 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 nutrición mejorada, y cuando se tienen en cuenta 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 Estudios recientes también han mostrado una relación negativa entre la cantidad de refrigeradores en un hogar y la tasa de mortalidad por cáncer gástrico.

Aplicaciones actuales de la refrigeración

Probablemente, las aplicaciones actuales de refrigeración más utilizadas son la climatización de viviendas privadas y edificios públicos, y la refrigeración de alimentos en viviendas, restaurantes y grandes almacenes. El uso de refrigeradores y cámaras frigoríficas y congeladores en cocinas, fábricas y almacenes para almacenar y procesar frutas y verduras ha permitido agregar ensaladas frescas a la dieta moderna durante todo el año y almacenar pescados y carnes de manera 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).

En el comercio y la fabricación, hay muchos usos para la refrigeración. La refrigeración se utiliza para licuar gases, por ejemplo, oxígeno, nitrógeno, propano y metano. En la purificación de aire comprimido, se utiliza para condensar el vapor de agua del aire comprimido para reducir su contenido de humedad. En refinerías de petróleo, plantas químicas y plantas petroquímicas, la refrigeración se usa 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 metalúrgicos utilizan la refrigeración para templar el acero y los cubiertos. Cuando se transportan alimentos sensibles a la temperatura y otros materiales en camiones, trenes, aviones y embarcaciones marítimas, la refrigeración es una necesidad.

Los productos lácteos necesitan refrigeración constantemente, y solo en las últimas décadas se descubrió que los huevos debían refrigerarse durante el envío en lugar de esperar a ser refrigerados después de llegar a la tienda de comestibles. Las carnes, aves y pescados deben mantenerse en ambientes con clima controlado antes de ser vendidos. La refrigeración también ayuda a mantener las frutas y verduras comestibles por más tiempo.

Uno de los usos más influyentes de la refrigeración fue 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. Alrededor de mediados de siglo, la corporación Zojirushi, con sede en Kioto, logró avances en los diseños de refrigeradores, abaratando los refrigeradores y haciéndolos más accesibles para los propietarios de restaurantes y el público en general.

Métodos de refrigeración

Los métodos de refrigeración se pueden clasificar en no cíclicos, cíclicos, termoeléctricos y magnéticos.

Refrigeración no cíclica

Este método de refrigeración enfría un área contenida derritiendo hielo o sublimando hielo seco. Quizás el ejemplo más simple de esto es una hielera portátil, donde se colocan artículos y luego se vierte hielo sobre la parte superior. El hielo regular puede mantener temperaturas cercanas, pero no por debajo del punto de congelación, a menos que se use sal para enfriar más el hielo (como en una heladera tradicional). El hielo seco puede llevar la temperatura de manera confiable muy por debajo del punto de congelación del agua.

Refrigeración cíclica

Este consiste en un ciclo de refrigeración, donde el calor se extrae de un espacio o fuente de baja temperatura y se rechaza a un sumidero de alta temperatura con la ayuda de trabajo externo, y su inverso, el ciclo termodinámico de potencia. En el ciclo de potencia, el calor se suministra desde una fuente de alta temperatura al motor, parte del calor se usa 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 absorbe y rechaza alternativamente el calor mientras circula a través de un refrigerador. También se aplica al trabajo HVACR de calefacción, ventilación y aire acondicionado, al describir el "proceso" del flujo de refrigerante a través de una unidad HVACR, ya sea un sistema compacto o dividido.

El calor fluye naturalmente de caliente a frío. El trabajo se aplica para enfriar un espacio habitable o un volumen de almacenamiento bombeando calor desde una fuente de calor de temperatura más baja hacia un disipador de calor de temperatura más alta. El aislamiento se utiliza para reducir el trabajo y la energía necesarios para lograr y mantener una temperatura más baja en el espacio refrigerado. El principio de funcionamiento del ciclo de refrigeración 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 por compresión de vapor de Rankine inverso, aunque las bombas de calor por absorción se utilizan en una minoría de aplicaciones.

La refrigeración cíclica se puede clasificar en:

1. Ciclo de vapor, y
2. ciclo de gases

La refrigeración del ciclo de vapor se puede clasificar además como:

1. Refrigeración por compresión de vapor
2. Refrigeración por sorción
   1. Refrigeración por absorción de vapor
   2. Refrigeración por adsorción

Ciclo de compresión de vapor

El ciclo de compresión de vapor se utiliza en la mayoría de los refrigeradores domésticos, así como en muchos grandes sistemas de refrigeración comerciales e industriales. La figura 1 proporciona un diagrama esquemático de los componentes de un sistema típico de refrigeración por compresión de vapor.

La termodinámica del ciclo se puede analizar en un diagrama.como se muestra en la Figura 2. En este ciclo, un refrigerante en circulación, como un hidrocarburo de bajo punto de ebullición o hidrofluorocarbonos, ingresa al compresor en forma de vapor. Del punto 1 al punto 2, el vapor se comprime a una 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. Del punto 2 al punto 3 y luego al punto 4, el vapor viaja a través del condensador que enfría el vapor 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, lo que provoca la evaporación instantánea y la refrigeración automática de, por lo general, menos de la mitad del líquido.

Eso 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 por completo al enfriar 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 de 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 ideal de refrigeración por compresión de vapor y no tiene en cuenta los efectos del mundo real, como la caída de presión por fricción en el sistema, la leve irreversibilidad termodinámica durante la compresión del vapor refrigerante o el comportamiento no ideal del gas. Si alguna. Los refrigeradores de compresión de vapor se pueden organizar en dos etapas en sistemas de refrigeración en cascada, con la segunda etapa enfriando el condensador de la primera etapa. Esto se puede utilizar para lograr 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.

Ciclo de sorción

Ciclo de absorción

En los primeros años del siglo XX, el ciclo de absorción de vapor utilizando sistemas de agua-amoníaco 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 (alrededor de una quinta parte del ciclo de compresión de vapor). Hoy en día, el ciclo de absorción de vapor se utiliza principalmente donde 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 absorbedor que disuelve el refrigerante en un líquido adecuado, una bomba de líquido que eleva la presión y un generador que, al agregar calor, expulsa el vapor refrigerante del líquido a alta presión. La bomba de líquido necesita algo de trabajo pero, para una cantidad dada 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).

Ciclo de adsorción

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 cual la tecnología de refrigeración por adsorción se ha investigado extensamente en los últimos 30 años radica en que el funcionamiento de un sistema de refrigeración por adsorción suele ser silencioso, no corrosivo y respetuoso con el medio ambiente.

Ciclo de gases

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 gas. El aire suele ser este fluido de trabajo. Como no se pretende condensación ni evaporación en un ciclo de gas, los componentes correspondientes al condensador y al evaporador en un ciclo de compresión de vapor son los intercambiadores de calor de gas a gas caliente y frío 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 Brayton inverso en lugar del ciclo 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 y el aumento de temperatura del gas en el lado de baja temperatura. Por lo tanto, para la misma carga de refrigeración, un ciclo de refrigeración de gas necesita un gran caudal másico y es voluminoso.

Debido a su menor eficiencia y mayor volumen, los enfriadores de ciclo de aire no se utilizan a menudo en la actualidad en dispositivos de refrigeración terrestres. Sin embargo, la máquina de ciclo de aire es muy común en los aviones a reacción propulsados ​​por turbinas de gas como unidades de refrigeración y ventilación, porque el aire comprimido está fácilmente disponible en las secciones del compresor de los motores. Tales unidades también sirven para presurizar la aeronave.

Refrigeración termoeléctrica

El enfriamiento termoeléctrico utiliza el efecto Peltier para crear un flujo de calor entre la unión de dos tipos de material. Este efecto se usa comúnmente en refrigeradores portátiles y de campamento y para enfriar componentes electrónicos e instrumentos pequeños. Los refrigeradores Peltier se utilizan a menudo donde un refrigerador de ciclo de compresión de vapor tradicional sería poco 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 2 o más enfriadores peltier por etapas dispuestos en una configuración de refrigeración en cascada, lo que significa que 2 o más elementos peltier se apilan uno encima del otro, siendo cada etapa más grande que la anterior,con el fin de extraer más calor y calor residual generado por las etapas anteriores. El enfriamiento Peltier tiene un COP (eficiencia) bajo en comparación con el ciclo de compresión de vapor, por lo que emite más calor residual (calor generado por el elemento Peltier o el mecanismo de enfriamiento) y consume más energía para una capacidad de enfriamiento dada.

Refrigeración magnética

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, obligando a sus diversos dipolos magnéticos a alinearse y colocando 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 interrumpe el contacto térmico con el disipador de calor para aislar el sistema y desconectar el campo magnético. 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, las aplicaciones hasta ahora se han limitado a la criogenia y la investigación.

Otros metodos

Otros métodos de refrigeración incluyen la máquina de ciclo de aire utilizada en aviones; el tubo de vórtice utilizado para el enfriamiento puntual, cuando se dispone de aire comprimido; y refrigeración termoacústica que utiliza ondas de sonido en un gas presurizado para impulsar la transferencia de calor 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; Refrigeración termoelástica utilizando una aleación de metal inteligente que se estira y relaja. Muchos motores térmicos de ciclo Stirling pueden funcionar al revés para actuar como un refrigerador y, por lo tanto, estos motores tienen un nicho de uso en la criogenia. Además, existen otros tipos de refrigeradores criogénicos 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.

Refrigeración elastocalórica

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 un estrés mecánico aplicado (llamado efecto elastocalórico). Dado que los materiales superelásticos se deforman reversiblemente a altas deformaciones, el material experimenta una región elástica aplanada en su curva de tensión-deformación causada por una transformación de fase resultante de una fase de cristal austenítico a martensítico.

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. Eliminar la tensión invierte el proceso, restaura el material a su fase austenítica y absorbe el calor del entorno enfriando el material.

La parte más atractiva de esta investigación es cuán potencialmente eficiente energéticamente 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 comúnmente 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 una salida de calor de aproximadamente 66 J/cm y un cambio de temperatura de aproximadamente 16 a 20 K. Debido a la dificultad de fabricar algunas de las aleaciones con memoria de forma, se han estudiado materiales alternativos como el caucho natural. Aunque el caucho no emita tanto calor por volumen (12 J/cm) como las aleaciones con memoria de forma, aún genera un cambio de temperatura comparable de aproximadamente 12 K y opera en un rango de temperatura adecuado, bajo estrés y bajo costo.

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 ocurra un gran efecto elastocalórico y potencialmente una nueva alternativa para la refrigeración.

Puerta del refrigerador

El método Fridge Gate es una aplicación teórica del uso de una sola puerta lógica para accionar un refrigerador de la manera más eficiente posible desde el punto de vista energético 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 refrigerador. El primero está en el interior de la nevera, el segundo en el exterior y el tercero está conectado a una fuente de alimentación que se calienta cada cierto tiempo para que pueda llegar al 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, enfriándolas, y saltando a sí mismo al estado e. En el segundo paso, en el exterior del frigorífico 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 interior e es reemplazada por una nueva partícula g, reiniciando el ciclo.

Sistemas pasivos

Los investigadores del MIT han ideado una nueva forma de proporcionar refrigeración en un día caluroso y soleado, utilizando materiales económicos y sin necesidad de energía generada por combustibles fósiles. El sistema pasivo, que podría usarse para complementar otros sistemas de enfriamiento para conservar alimentos y medicamentos en lugares calurosos y fuera de la red, es esencialmente una versión de alta tecnología de una sombrilla.

Clasificaciones de capacidad

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 mide 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 la entrada de energía en kW. Si bien CoP es una medida de rendimiento muy simple, normalmente no se usa para refrigeración industrial en América del Norte. Los propietarios y fabricantes de estos sistemas suelen utilizar 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 oa los componentes del sistema. Por ejemplo, se puede clasificar un compresor individual 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 el CoP como el PF para un sistema de refrigeración solo se definen en condiciones de funcionamiento específicas, incluidas las temperaturas y las 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 (Ratio de eficiencia energética estacional) para la calificación de rendimiento energético. Los sistemas de aire acondicionado para aplicaciones comerciales a menudo usan EER (Relación de eficiencia energética) e IEER (Relación de eficiencia energética integrada) para la calificación de rendimiento de eficiencia energética.