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Por Armando Rodriguez

Vivimos con mucha tecnología que tiene que ver con eso de refrescar el cuerpo y enfriar las cosas, no obstante, aun con lo familiar que ya nos resultan las mencionadas tecnologías, he chocado con que no mucha gente entiende ni someramente los mecanismos involucrados.  Por ejemplo, una noción tan simple como la de que un ventilador nos refresca y alivia la sensación de calor no es siempre cierta y su efecto puede ser contrario al intuitivo.  La ausencia de confort térmico no siempre se le atribuye al agente culpable.  Entender algo de esto no es demasiado difícil si lo explicamos desde el principio.

¿Qué es eso de Tener Calor?

Eso de “tener calor” es una expresión que, en rigor, describe bastante mal lo que está pasando.  El calor es una forma de energía que expresamos habitualmente en calorías, pero que pudiéramos expresar también en cualquier otra unidad de energía, como por ejemplo el Kilowatt-hora u otras menos familiares para el común de los mortales, como el Joule,  el erg ó el electrón-volt.  Los humanos, así como el resto de los mamíferos y las aves, son de “sangre caliente” o, ya que estamos en las precisiones, homotérmicos.  Esto es que mantienen la temperatura de su cuerpo quemando combustible constantemente.  O sea, que no es sólo que “tengamos calor” sino que lo producimos y emitimos constantemente al medio ambiente.

 

Existen tres mecanismos por el que emitimos ese calor que nuestro metabolismo produce.  El que casi obligatoriamente hay que mencionar primero, aunque éste apenas influya en el enfriamiento del cuerpo humano,  es la radiación. Este mecanismo funciona hasta en el vacío, cuando se apaga un bombillo, su filamento se enfría por el mismo mecanismo que antes nos alumbraba, por radiación. El calor que nos llega del sol también viene por ese mecanismo.  El segundo es la conducción, dos cuerpos en contacto, el más caliente pasa calor al más frío.  Si el aire está más frío que nuestro cuerpo, éste calienta la capa de aire que entra en contacto con la piel.  Esta capa no llega a alcanzar su misma temperatura, ya que le toca a su vez calentar a la que le está adyacente;  ésta a la siguiente y  así el aire que nos rodea nos roba el calor por conducción.  A medida que las capas de aire se van alejando un poco del cuerpo (una pulgada si acaso) la temperatura se hace la ambiente.  El tercer mecanismo es la llamada convección, pero eso lo retomaremos más adelante.

 

Si el aire (o el agua) que nos rodea tiene una temperatura baja, entonces el intercambio de calor es intenso y como no podemos emitir más calor que lo que el metabolismo puede producir, la temperatura del cuerpo nos empieza a bajar y entonces… “tenemos frío”.   En otras palabras, lo que quemamos no alcanza para mantener la temperatura a los necesarios 96.8°F ó 36°C.  Para resolver esto nos abrigamos y eso consiste en interponer una resistencia térmica adicional, o sea la ropa, entre el aire frío y la piel, para con esto reducir el intercambio térmico.

 

La llamada temperatura de confort es de 77°F o 25°C, a esta temperatura nuestro cuerpo intercambia calor con el aire a la velocidad a que el metabolismo lo produce, ni más ni menos.  En ese caso no “tenemos”  ni calor, ni frio.  No obstante, si nos damos una ducha con el agua a esa misma temperatura, la sentimos fría…¿?  Esto es porque el agua requiere más calor que el aire para calentarse a la misma temperatura, por eso enfría más.

La Brisa y el Ventilador

Retomemos ahora ese tercer mecanismo que mencionamos, la transferencia de calor por convección. Si estamos dentro de una corriente de aire más frío que nuestro cuerpo, éste, como en el caso de la conducción, calienta el aire que entra en contacto con la piel, pero en este caso, esa capa es inmediatamente arrastrada por la corriente y el cuerpo tiene que calentar la nueva capa de aire que viene completamente fría.  Debido a la corriente, este aire que entra en contacto con la piel tiene menos chance de calentarse que en el caso de la conducción pura, dado que la cantidad de calor que se transfiere aumenta con la diferencia de temperatura, este mecanismo de convección roba  más calor que la conducción.  Aun cuando la temperatura del aire estuviera por encima de la de confort,  de haber un flujo suficiente de aire, el calor producido por el metabolismo puede ser evacuado por convección y por tanto, no “tendríamos” calor.  Este mecanismo explica por qué la brisa alivia el calor y también por qué el frio con viento parece más frío aun.  Ahora, se cae de la mata el por qué un ventilador alivia el calor… el ventilador enfría por convección.

 

Pero, por más que un ventilador sople, no habrá alivio al calor si la temperatura del aire es mayor o igual que la del cuerpo. Es que si la temperatura del aire fuera mayor que la del cuerpo, la acción de un ventilador produciría el efecto contrario, la convección estaría asándonos.  De hecho, los hornos de las cocinas modernas usan la convección para obtener asados más rápidos y uniformes.

Cuando hay fuentes de calor en un recinto, como es el caso de uno industrial, donde hay mucho personal, máquinas herramienta, planchas de vapor, antorchas, etc. los ventiladores asarían al mencionado personal por convección.  Es por eso que en estos  casos se utilizan los extractores, que  aunque tienen aspas también no soplan sino que  sacan el aire caliente de esos recintos, forzando a que entre un flujo de aire fresco por las ventanas. Ese es parte del papel del extractor que se coloca sobre la cocina, que no es sólo el de sacar el humo y los olores sino también el aire caliente de las hornillas, que contribuiría a elevar la temperatura de la casa.

 

Una vez alguien me propuso presentar una patente para una sombrilla de playa con ventilador coaxial acoplado;  el propósito de la modificación era para que la sombrilla no sólo diera sombra sino que refrescara también. Aunque no creo que hubiera podido establecer un record entre las patentes absurdas, habría quedado entre las mejorcitas de esa liga.  El problema de principio con esta idea es que un ventilador cercano a una superficie caliente, como sería el caso una sombrilla de playa bajo el sol, estaría ayudando a transferir  por convección, ese calor por radiación que la sombrilla está para quitarnos.

Otro Mecanismo de Enfriar

Cuando alcohol, acetona, éter o cualquiera de estos solventes orgánicos que mantenemos en depósitos cerrados para evitar que se nos evaporen, entran en contacto con la piel, los sentimos fríos.  Si salimos mojados de la ducha y nos paramos frente a un ventilador, titiritamos hasta la pulmonía.  Todo esto ocurre porque la parte del líquido que se vaporiza es la que está más caliente, dejando por detrás la más fría, esta se calienta otra vez absorbiendo calor de la piel para terminar vaporizándose también y así sentimos el líquido frío hasta que se evapora totalmente.

 

Este mecanismo explica también por qué el calor húmedo es peor que el seco. En éste último, el sudor se evapora rápido ayudando a enfriar el cuerpo, mientras que si hay mucha humedad, el sudor se evapora más lentamente, cooperando poco con la causa del refrescamiento.

 

En parques temáticos, como los de Disney en Orlando, para aliviar los calores del verano de la Florida, se usan ventiladores combinados con un finísimo rociado de agua.  Ésta humedece ligeramente, tanto la piel como la ropa de los visitantes y casi de inmediato  es evaporada por el flujo de aire.  Con este procedimiento se logra refrescar con un ventilador, aun cuando las temperaturas del aire estén por encima de las del cuerpo humano, lo que no es raro que suceda en los meses de verano. La extracción de calor por evaporación es el principio en que se basan los casi todos aparatos de refrigeración y aire acondicionado.

 

Un líquido, al que llaman Freón, se deja evaporar dentro de una tubería de cobre o aluminio, esta se enfría absorbiendo el calor del aire que la circunda, no puede sorprender a nadie en que a esta tubería la llamen “el evaporador”.   Para lograr enfriar toda una habitación, se usa un ventilador para así ir pasando todo el aire en el recinto a través del evaporador.  El vapor del Freón lo recoge un compresor. Este comprime ese vapor en otra tubería, esta compresión lo calienta bien por encima de la temperatura ambiente exterior y, con la ayuda de otro ventilador,  el Freón se enfría hasta volverse a licuar. A esta otra tubería ¡Oh sorpresa! le llaman “el condensador”.  Este Freón  licuado pasa de nuevo al evaporador y así, con la ayuda del compresor y los ventiladores, se  bombea el calor del evaporador hacia el condensador, como lo explica el diagrama esquemático de la Figura. Si logró entender éste párrafo, felicítese... de lo contrario, ni se preocupe y siga leyendo.

 

El termostato

Aun estando presente en todo sistema de refrigeración, este es un dispositivo muy incomprendido.  Los sistemas de refrigeración se diseñan de modo que les sobre capacidad. Si, por ejemplo, dejáramos trabajar un sistema casero de aire acondicionado de manera ininterrumpida, pudiera producir temperaturas bajísimas muy lejanas al confort.  Esto no sucede gracias al “incomprendido”, este mide la temperatura del aire y la compara contra el valor que el usuario le ha fijado, si está por debajo, apaga el compresor y los ventiladores.  En cuanto la temperatura suba un margen por encima de la fijada, lo arranca otra vez.

 

El termostato sencillo (si, porque los hay programables por tiempo, que son más complejos) tiene generalmente, aparte de los que fijan la temperatura al valor deseado, dos botones, “chuchos” o conmutadores (como quiera llamarles, en inglés son “switches”): el “Fan” o ventilador y el de “System” que conmuta entre los modos de operación del sistema completo (ver Figura 2).  El primero gobierna el ventilador del evaporador y tiene dos posiciones: “Auto” que hace que funcione con el termostato y “On” (a veces dice “Manual”) que lo mantiene encendido independientemente del compresor.  El segundo puede tener hasta tres posiciones “Cool” para enfriar en verano, “Off” que apaga el sistema y, a veces la de “Heat”, que es para el calentar en invierno.

Y todo esto debo saberlo porque…

Pues porque una vez comprendido los principios aquí descritos podemos pasar a comprender algunas cuestiones prácticas y cotidianas como eso de que…

La casa no se enfría más rápido por bajar el termostato

La velocidad a que un sistema de refrigeración saca el calor, no depende de la temperatura a que se haya fijado el termostato. El compresor siempre trabaja a la misma velocidad y los ventiladores giran siempre igual de rápido, lo único que cambia con la temperatura que se fije en el termostato, es la relación entre el tiempo que el sistema  va a estar trabajando y el tiempo que va a estar apagado.

Cuando hace más calor el aire acondicionado parece enfriar más lento

 Pues sí, la naturaleza es a veces así de pérfida.  Aun sin entrar en los detalles de un sistema de refrigeración en particular, la segunda ley de la termodinámica hubiera bastado para predecir ese comportamiento.  No obstante, no hay que entrar en esas profundidades de la física; mientras más caliente esté el aire afuera, menos logra el condensador enfriar al Freón comprimido y por tanto, menos calor podrá absorber cuando se evapore. Aparte, al estar el exterior más caliente, se filtra más calor por puertas y ventanas e incluso, hasta por las paredes y el aislamiento del techo. O sea, que cuando hay que sacar más calor, es que el sistema se pone más lento. Todo esto repercute de manera especialmente dolorosa en el recibo de la electricidad.

¡El termostato está en 70 y todavía tengo calor!

A veces los “expertos” de refrigeración sitúan los termostatos en lugares inconvenientes, bien porque se equivocan o porque tienen que ceder ante presiones arquitectónicas y de ingeniería civil. Ejemplo de este último caso es el de que para aprovechar alguna tubería eléctrica, el termostato se instala en la cercanía de una salida de aire acondicionado.  Esto provoca que la muestra de aire que mide esté más fría que el aire más cercano a las ventanas, puertas o paredes donde suelen acomodarse esas personas que así se quejan.  Los ventiladores de techo resuelven bastante este problema al uniformizar la temperatura en las habitaciones.

Yo dejo el ventilador andando para que me refresque mientras el compresor está apagado

Me refiero a dejar el conmutador  “Fan” en posición “On” y no algún ventilador de techo que pueda haber.  La dura verdad aquí es que si el compresor no está andando, el circular el aire por el evaporador y los conductos no refresca sino que calienta el aire de la habitación más rápido.  Esto obliga al termostato a encender el compresor más temprano, aumentando el gasto de electricidad sin mejorar el confort.

 

Los conductos de aire acondicionado normalmente van por el ático de la casa. Este ático alcanza temperaturas altísimas durante el día y su temperatura promedio se mantiene muy por encima de la ambiente. Aunque estos conductos están bien abrigaditos con un grueso aislante térmico, tienen mucha superficie para intercambiar calor y el aire dentro de estos conductos se llega a calentar lo suficiente como para que se sienta cuando uno pasa cerca de una salida en el momento que el termostato echa a andar el sistema. Si se encendiera  el ventilador sin el compresor, estaríamos enfriando el ático por convección con el aire frio de las habitaciones ¡Muy mal negocio!

 

Otro razonamiento, igualmente equivocado, lleva a que si se rompe el compresor, el usuario decida encender el ventilador para que al menos el soplo de éste refresque la casa. Lo único que se logra con esto es hacer que el frio dure menos y hasta que la casa termine hasta más caliente que el exterior.

 

Eso de dejar encendido el ventilador tiene muy pocos usos válidos a nivel de usuario, tan pocos que el único que he encontrado reportado es la reducción del polvo en el aire.  En efecto, mantener el ventilador encendido hace circular más aire por el filtro.  Claro, que si eso del polvo es algo critico, como cuando se quiere combatir algún padecimiento alérgico, se recomienda además usar filtros especiales (los del tipo HEPA), ya que un filtro de los normales nunca mejora la recogida de polvo a ese punto.

 

El personal de reparación si tiene más usos para ese “Fan” en “On”, por ejemplo cuando hay poco Freón, el evaporador tiende a congelar el agua que condensa y éste termina dentro de un bloque de hielo. Con el fin de derretir ese hielo más rápidamente, se puede conectar el ventilador manteniendo el compresor apagado.  Fuera de casos tan excepcionales como los mencionados, es mejor mantener los dedos alejados de ese botón.

Es  bueno tener siempre andando los ventiladores de techo

EL ventilador de techo ayuda a:

·         refrescar a las personas en la habitación por convección, como lo haría cualquier como cualquier otro ventilador;

·         a que le llegue el aire frio a personas que estén más alejadas de las salidas del aire acondicionado.

En ausencia de personas, el ventilador de techo no ayuda a:

·         “enfriar”;

·         ni a que el aire acondicionado consuma menos electricidad.

En  resumen, dejar los ventiladores andando cuando se abandona una habitación, es desperdiciar electricidad.

Subir la temperatura en el termostato cuando se sale de la casa ahorra electricidad

Aunque a veces se aconseja no tocar el termostato, esto siempre ahorra electricidad, aun llegando al extremo de apagar el sistema.  Pudiera argüirse que, si bien el sistema descansa por un tiempo, después tiene que trabajar más para llevar la casa a la temperatura de confort.  Aquí de nuevo viene la segunda ley de la termodinámica en apoyo de esta tesis - Una máquina de refrigeración es más eficiente cuando la diferencia de temperaturas entre la zona fría y la caliente es menor -. En otras palabras, el aire acondicionado saca más rápido el calor cuando la casa está más caliente y se va demorando más a medida que ésta se enfría.  El gráfico de la Figura 3 muestra claramente el ahorro, al menos me lo muestra a mí, pero si esto no ayudara a convencerle, considere que al menos, los que fabrican los termostatos programables y sobre todo, los que los compran… están de acuerdo con esta explicación del fenómeno.

Voy a dejar abierta la puerta del refrigerador para que enfríe un poco la casa

Casi todo el mundo sabe que …¡eso noooo se hace! Aunque pueda que no les quede claro el por qué.  Alguien hizo la pregunta a Yahoo y vi repuestas como las siguientes:

• Al principio va enfriar, pero se va a romper el motor…

• Gastaría mucha electricidad…

• Habría además que poner un ventilador…

• El compresor del refrigerador nunca alcanzaría para enfriar la casa…

Ninguna de éstas es la explicación correcta de por qué “eso no se hace”. Claro que entre las respuestas que vi, había una que si era correcta.  Decía -el condensador siempre suelta más calor que lo que el evaporador puede sacar-.  Esa es la razón, aunque no se explicara el por qué eso del “siempre”.   Sin importar su mecanismo,  la energía eléctrica que consume el refrigerador, más el calor que se saca del mismo, tiene que obligatoriamente salir por algún lado y mientras ese “lado” esté adentro de la casa, esta se va calentar, no a enfriar. El calor que recoja por delante, lo va a soltar por detrás, junto con el consumo eléctrico convertido en calor.  Un refrigerador que consume 300W, cuando ya terminó de sacar el calor de adentro del refrigerador con la puerta cerrada,  es para el resto de la casa como un calentador de 300W.

 

La cerveza en el refrigerador se enfría más cuando se saca de la caja

La cerveza se enfría más rápido fuera de la caja, pero no se va a enfriar menos.  Al final, va a terminar con la misma temperatura, esté o no en la caja.  Con esto pasa como con aquello de que el ventilador siempre refresca ¿sí?  Ni al peor borracho se le ocurre poner la cerveza en frente al ventilador para enfriarla.  Tampoco es cierto lo de que el abrigo siempre calienta, eso sólo funciona para los animales de sangre caliente, los que generan calor, ni la iguana, ni mucho menos la cerveza, se van a calentar con un abrigo.

 

Lo que sí es cierto, es que el abrigo hace más lento eso de enfriar o calentar.  Si se vierte la cerveza en una jarra ya fría de un vidrio grueso, dura más tiempo fría que en una botella y muchísimo más que en una la lata.

 

Si las cervezas se sacan del refrigerador y meten en un termo, estas se mantienen frías durante buen tiempo, pero no sería buena idea poner a enfriar las cervezas dentro de un termo. Tanto el termo como el abrigo hacen lo mismo, dificultan la transferencia de calor hacía o desde el medio ambiente.

Hay más, pero ya esto va siendo muy largo…