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¿Cómo funciona el aire acondicionado o una nevera? ¿Cómo hacen para enfriar el aire del interior?

José Luis Gómez | @jlgomez1995 | 4 Mar 2021
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Afrontar un viaje a las tres de la tarde en pleno mes de agosto en el Valle del Guadalquivir o en las vastas llanuras de Castilla la Mancha parece algo trivial, sólo es cuestión de encender el climatizador y enfriar el habitáculo, como también lo es tomar un refresco frío de cualquier nevera, pero lo cierto es que, tras pensarlo con detenimiento, parece fascinante. ¿Te has parado alguna vez a pensar cómo funciona el aire acondicionado de tu coche, tu casa o simplemente la nevera de la cocina? No es tan fácil como encender un fuego para calentar una estancia o aprovechar el calor desprendido del motor para subir la temperatura del habitáculo.

A continuación te contamos brevemente qué se esconde detrás de tan ingenioso invento, aunque la idea general es absorber el calor de un foco frío y cederlo a un foco caliente por medio de un refrigerante, un proceso que va contra natura, y que por tanto, consume cierta cantidad de energía.

¿Cómo funciona un aire acondicionado?

El objetivo que persigue cualquiera de las máquinas que hemos nombrado (un aire acondicionado, un frigorífico o un congelador, por ejemplo) es enfriar un recinto que recibe el nombre de foco frío. Para ello se utiliza una sustancia llamada refrigerante que absorbe el calor de ese foco frío y lo cede al foco caliente, el exterior, consiguiendo una disminución real de la temperatura del primer recinto y un aumento (teórico) del segundo.

Sin embargo, como te habrás percatado, este proceso es antinatural, pues lo usual es que un cuerpo caliente ceda calor a uno frío hasta equilibrar sus temperaturas, y no transmitir ese calor a uno aún más caliente. Es por ello que este proceso requiere un aporte de energía externo, la que consume el compresor. Haciendo un paralelismo hídrico, el agua de una montaña baja por acción de la gravedad, pero en cambio, para llevarla hasta arriba, es necesario usar una bomba.

Pero, ¿cómo se realiza este intercambio de calor? Vayamos por partes. Sin entrar en detalles, el calor no es más que una forma de energía, como también lo es la temperatura, la cual mide “cuánto se mueven” las partículas que forman un cuerpo. Igualmente, las partículas que constituyen un gas se mueven de forma caótica, tienen mucha energía, mientras que en un líquido resbalan unas sobre otras, pero siempre mantienen el contacto, por lo que tienen menos energía.

Así pues, cualquiera de esas máquinas siguen lo que se llama un ciclo de refrigeración (igual que un motor de gasolina sigue un ciclo Otto y uno de gasoil un ciclo diésel) usando como refrigerante ciertas sustancias que son capaces de transportar gran cantidad de energía (hasta ahora el más extendido en automoción era el R-134a, aunque a partir de 2018 por cuestiones medioambientales se está empleando R1234yf) de forma que por medio de los cambios de estado de gas a líquido, y viceversa, se consigue ese transporte de calor al exterior.

Diagrama ciclo refrigeración (Ilmari Karonen)

En un ciclo de refrigeración, el refrigerante se convierte en gas en el evaporador, situado en el foco frío, absorbiendo una cantidad de calor, para después convertirse en líquido en el condensador, localizado en el foco caliente, cediendo ahí cierta cantidad de calor.

En primer lugar, el refrigerante llega en estado líquido al habitáculo, donde se hace pasar a través de un radiador llamado evaporador que normalmente se localiza tras el salpicadero. En él el refrigerante absorbe el calor del habitáculo y se convierte en gas, pues dicha energía se utiliza para separar sus partículas y que comiencen a moverse de forma arbitraria, lo que da lugar a una disminución brusca de la temperatura en el evaporador, la cual baja hasta quedarse levemente por encima de los 0 °C para evitar la aparición de hielo, de forma que el aire del habitáculo atraviesa el evaporador gracias a la acción de un pequeño ventilador, enfriando así el interior del coche.

De ahí el refrigerante en estado gaseoso se dirige al compresor, accionado por el propio motor en la mayoría de los casos por medio de la correa de accesorios, aunque también puede ser eléctrico. El compresor aumenta la presión y temperatura del gas antes de que llegue al condensador, otro radiador que se coloca en el frontal del coche junto a los demás. En el condensador el gas se convierte en líquido, como su propio nombre indica se condensa, lo que implica que sus partículas vuelven a “juntarse” y libera una cantidad de energía que es cedida al exterior, pero su presión aún sigue siendo demasiado alta para poder reiniciar el ciclo, por lo que debe pasar por un cuarto elemento llamado válvula de expansión (aunque puede recurrirse a diferentes sistemas, como un capilar, muy usado en frigoríficos, o a orificios calibrados), para que disminuya. En el condensador se dispone de otro ventilador que impulsa el aire ambiente a través de él para que absorba ese calor liberado.

Elementos del circuito de climatización

Ya hemos nombrado los principales elementos de un circuito de climatización, como son el compresor, el evaporador y el condensador, así como la válvula de expansión. Sin embargo, existen otros elementos igualmente importantes, y que citamos a continuación.

Uno de ellos es el filtro deshidratador, un dispositivo que se localiza entre el condensador y la válvula de expansión, y cuya misión es eliminar cualquier impureza que contenga el refrigerante, así como cualquier resto de humedad, pues la presencia de líquido en el compresor, incluso pequeñas gotitas, puede provocar una avería en el mismo.

Asimismo, también dispone de unos elementos de seguridad llamados presostatos, normalmente dos, uno para la presión de alta y otro para la de baja, y que básicamente son unos sensores de presión que cuando arrojan una lectura anómala desconectan el sistema.

Además, tanto el evaporador como el condensador están acompañados por unos ventiladores que hacen pasar el aire a través de ellos a cierta velocidad, lo cual favorece y ayuda al intercambio térmico.

Finalmente no podemos olvidarnos del termostato, cuya misión es encender y apagar el compresor, y por tanto, poner en marcha el sistema. Este termostato puede operarse de una forma manual o automática, manteniendo activo el compresor hasta que el habitáculo alcanza la temperatura deseada, volviéndolo a encender cuando la temperatura supera la seleccionada más un pequeño intervalo preestablecido (histéresis).

Algunas curiosidades históricas

Debemos remontarnos hasta 1884 para encontrar los primeros antecedentes del aire acondicionado en un coche por parte de William Whiteley cuando colocó un cubo con hielos sobre el techo de un coche de caballos, y con la ayuda de un ventilador, creó una corriente de aire frío para poder enfriar levemente el interior del carruaje.

El siguiente gran hito tuvo lugar en 1902 cuando el ingeniero Willis Carrier inventó el aire acondicionado moderno, aunque no fue hasta 1914 cuando lo instaló de forma doméstica en una casa de Minneapolis (Minnesota).

Así pues, en 1939 se comercializó el primer coche en llevar un sistema de aire acondicionado “actual”, se trataba de un Packard cuyo sistema de climatización fabricado por Bishop & Babcok Company ocupaba prácticamente todo el maletero. Posteriormente, en 1941, se sumó Cadillac con otro sistema de aire acondicionado, aunque bastante rudimentario, siendo el Chrysler Imperial de 1953 quien ofreciese un aire acondicionado de forma opcional más elaborado y similares a los que conocemos hoy en día (o más bien hace unas tres o cuatro décadas).

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