El Aire acondicionado: ¿Cómo funciona?

Una explicación fácil de entender de cómo las unidades de calefacción/ventilación de aire acondicionado (HVAC) funcionan de manera similar a los refrigeradores.

A medida que el verano se acerca, las olas de calor pueden poner incomodas a algunas personas en diversas partes del mundo e incluso causar muertes, así, que muchos  tendrán que mantener el calor bajo control usando la tecnologia ambiental conocida como aire acondicionado. Sin embargo, no son todos los que poseen este sistema, ya que realmente nunca lo han necesitado, pero debido al cambio climático , posiblemente deban proponerse adquirir uno , que no es siempre fácil, y por lo que tal vez necesites esta guía de compra para aires acondicionados.

Un aire  acondicionado no es en absoluto un radiador que se ha montado al revés.

Calor, energía, entropía

El calor es energía en forma de agitación térmica: las moléculas de un cuerpo caliente están más agitadas que las de un cuerpo frío. Visto desde este ángulo, enfriar un cuerpo equivaldría a calmar todas estas moléculas, a ordenarlas.
Ahora, si tener un sistema desordenado de un sistema ordenado es muy simple, lo contrario es mucho menos! Y esto también es cierto en la vida cotidiana: ¿es más simple obtener un rompecabezas ordenado o desordenado?

De hecho, es fundamentalmente imposible ordenar un sistema desordenado. Tan fundamental, de hecho, que se llama el «segundo principio de la termodinámica».
Este principio dice que la cantidad de orden «en un sistema aislado sólo puede aumentar: esta es la noción de entropía.

Así que no hay ninguna máquina que pueda enfriar un cuerpo que se le presenta: eso sería una violación del segundo principio.

Los refrigeradores, o los aires acondicionados, siempre hacen algo más que enfriar un cuerpo: provocan la calefacción en otro lugar: tu refrigerador provoca la calefacción en la rejilla de la parte posterior, y el aire acondicionado también libera una gran cantidad de calor al exterior (la tubería, que pasa a través de la ventana, evacua todo este calor).
Esta es la única manera de enfriar un cuerpo: calentando algo más en su lugar.

En realidad, estos dispositivos mueven calor: toman el calor del cuerpo para enfriarlo y lo evacuan al exterior. Hay varios métodos para hacer esto, el más simple es la que se explicara mas adelante.

¿Cómo funciona?

Un aire acondicionado es una máquina termodinámica para hacer frío. Su principio se basa en el de un refrigerador. Esquemáticamente, consta de dos intercambiadores (un evaporador y un condensador) asociados a un compresor que bombea. Todo el sistema funciona en un circuito cerrado y sellado, donde circula un fluido refrigerante, alternativamente líquido o gaseoso.

El aire caliente del ambiente es aspirado y enfriado en el evaporador, en contacto con el fluido gaseoso, antes de ser difundido de nuevo en la habitación. El fluido continúa su camino en forma de vapor hasta el compresor, que lo comprime calentándolo (alta presión) y luego lo envía al condensador. El condensador extrae las calorías debidas al calentamiento y las evacua de la habitación. Al mismo tiempo, redirige el fluido, que se ha vuelto líquido de nuevo (baja presión), al evaporador a través de una válvula de expansión. Esta alternancia de fases se repite en un bucle hasta que se alcanza la temperatura deseada. Los intercambios de calor son acelerados por un dispositivo de ventilación y regulados electrónicamente.

Dos tipos de condensación

La gran mayoría de los acondicionadores de aire utilizados por los individuos son condensadores enfriados por aire. La extracción de calorías conduce necesariamente al exterior de la casa, ya sea que la unidad sea móvil o fija. Sólo cambia la configuración del equipo, compactado o en unidades separadas, y la forma en que se realiza la extracción.

La mayoría de los aires acondicionados actuales pueden ser controlados a distancia y tienen una función de «deshumidificador». El frescor creado va acompañado de un secado del aire, que es muy apreciable en zonas con un alto nivel de humedad. Gracias a un dispositivo de filtrado, los aparatos más avanzados también tienen la capacidad de purificar el aire ambiente (ionización).

Similitudes con el refrigerador y la bomba de calor

Un aire acondicionado transporta el calor de un área a enfriar a otra donde puede ser eliminado. Si se pone el circuito de un aire acondicionado al revés, entonces el calor – las calorías – son transportadas en la otra dirección: desde un área donde pueden ser fácilmente llevadas a la casa. Si haces eso, terminas con una bomba de calor: las calorías se llevan al exterior y se transportan al interior de la casa.

Esquemáticamente, si haces una abertura del tamaño de tu nevera en tu pared, abre la nevera por fuera y mantén la parrilla dentro, entonces en invierno tu nevera actuará como una bomba de calor: las calorías se tomarán del interior de la nevera (en contacto con el aire exterior) y se transportarán a la parrilla de tu casa. Esto funcionará (con una eficiencia miserable, y si la nevera se enciende, pero funciona).

Capturar y transportar el calor ya existente es más rentable que crear calor a partir de la electricidad o la madera: por ejemplo, se pueden recuperar 400 W de calor con una bomba que utiliza sólo 100 W de electricidad.

Se dice que el coeficiente de rendimiento de la bomba de calor es de 4, lo que significa que por la misma inversión de 100 W de electricidad, se puede recuperar 4 veces más calor con una bomba de calor que con un calentador eléctrico.

Esto es muy rentable económicamente, pero no debe confundirse con la «eficiencia de la unidad excesiva» porque no es el caso. Un calentador eléctrico convierte la electricidad en calor (la eficiencia máxima es 1), mientras que una bomba de calor transporta el calor, y el transporte no es conversión de energía y por lo tanto no estamos hablando de eficiencia: se pueden transportar muy bien 4 kW/h de calor con un aparato que consuma 1 kW/h.

 

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