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Desde los albores de la historia, el ser humano ha buscado maneras de enfriar las cosas, pero la Termodinámica es un enemigo feroz para conseguir enfriar algo cuando el entorno está más caliente: de manera espontánea, el calor fluye de los cuerpos calientes a los fríos, de modo que sus temperaturas se igualen. Durante milenios, la única manera que existía de enfriar algo era ponerlo en contacto con algo más frío aún, y no siempre se podía disponer de ese algo.

Naturalmente, la utilidad fundamental de conseguir enfriar las cosas tenía que ver con conservar los alimentos: las reacciones químicas se producen más rápidamente cuanto mayor es la temperatura, de modo que cuanto más frío está el alimento, más lentamente pueden producirse las reacciones de fermentación que producen las bacterias sobre él para pudrirlo. (La comida en tu nevera se está pudriendo, sólo que más despacio que en el exterior).

Existían otras formas de conservar los alimentos (y de alguna otra hablaremos en futuras entradas de la serie), como la salazón, el aceite, la salmuera, el ahumado… Pero todos estos métodos alteraban el sabor de los alimentos, convirtiéndolos en algo diferente y, además, no servían para cualquier tipo de vianda. ¿Cómo lograr, por ejemplo, mantener una lechuga fresca durante bastante tiempo sin que se oxide ni se pudra?

La solución es evidente: el frío. Desde hace milenios se lleva utilizando para conservar alimentos. La manera más típica era coger hielo o, más comúnmente, nieve de las montañas, introducir los alimentos en un compartimento lo más aislado térmicamente posible, y añadir la nieve al compartimento de modo que mantuviera los alimentos fríos. De ahí el nombre de nevera (más antiguo y más bonito que frigorífico): era simplemente un sitio donde meter nieve y comida.

Lo que solía ocurrir es que los neveros (y era una profesión en toda regla) iban a las montañas con palas, cortaban nieve y la bajaban a las ciudades con carros y caballos. Allí la comprimían hasta convertirla en hielo en los neveros artificiales, desde donde, poco a poco, se iba distribuyendo a las casas y, si se había calculado bien, duraba todo el verano.

Sin embargo, esto tenía varios inconvenientes: en primer lugar, hacía falta o bien tener enormes reservas de nieve o hielo, o reemplazarlos con frecuencia (con mucha frecuencia si hacía calor), era necesario trasladarla desde las montañas hasta el nevero, y el precio era elevado. Las familias más acomodadas, desde luego, disponían ya en la Edad Moderna de neveras, pero la implantación de estas primitivas neveras era, inevitablemente, muy pequeña: hacía falta otro método de mantener las cosas frías. Pero, ¿era posible conseguir que algo que estaba a una temperatura más baja que su entorno se enfriase aún más, rompiendo aparentemente las leyes naturales? Esto parecía contrario a la intuición.

El primer sistema de refrigeración artificial fue fabricado por William Cullen en 1748, y mostrado al público en la Universidad de Glasgow. Sin embargo, la refrigeración fue durante el resto del siglo una curiosidad científica, y no fue hasta el siglo XIX que el proceso físico fue comprendido en profundidad y empezaron a fabricarse los primeros sistemas de refrigeración eficientes. El responsable fue un científico mucho más conocido por su trabajo en electromagnetismo, pero que también hizo sus pinitos en termodinámica: Michael Faraday.

Antes de realizar sus numerosos experimentos relacionados con la electricidad y el magnetismo, Faraday se dedicó a estudiar el comportamiento de diversas sustancias al cambiar de estado –desconozco si basándose en las ideas de Cullen o no–. Sí era posible lograr lo aparentemente antinatural (que por supuesto no lo es): para conseguirlo simplemente hacía falta utilizar inteligentemente los cambios de estado, algo perfectamente natural.

Faraday sabía, como todos los científicos de la época, que cuando un gas se expande, se enfría, mientras que cuando se comprime se calienta. Es lo que sucede, por ejemplo, cuando hinchas la rueda de una bicicleta con una bomba: la boca de la bomba se calienta mucho, y no es por el rozamiento (como alguna gente cree), sino porque lo que hace la bomba es comprimir el gas desde la presión atmosférica a la presión del interior del neumático. Lo mismo pasa cuando utilizas un spray: la disminución de presión (junto con la evaporación, si el contenido era un líquido) hace que el gas en el exterior esté frío.

Si entiendes esto, entonces comprendes la base del funcionamiento del sistema de Faraday (y de los frigoríficos y aires acondicionados actuales): es posible enfriar o calentar algo sin necesidad de que alguien “de fuera” le dé o le quite calor, simplemente expandiendo o comprimiendo un gas en lugares diferentes.

El sistema propuesto por Faraday era el siguiente: supongamos que tengo un circuito cerrado dentro del cual hay un líquido. Si disminuyo la presión, éste se enfría mucho y se evapora, convirtiéndose en gas. A continuación, pongo en contacto el gas frío (a través del circuito) con el interior de un recipiente a temperatura ambiente: el gas se irá calentando mientras el interior del recipiente se enfría. Acto seguido el gas, siguiendo el circuito, sale del recipiente y se comprime, con lo que se condensa y se calienta mucho. Este líquido caliente se pone en contacto con el exterior, con lo que el exterior se calienta y el líquido se enfría. A continuación, el líquido se lleva al principio del proceso: se expande, se enfría y se convierte en gas, etc.

Esquema de la refrigeración por compresión: 1. Transferencia de calor al exterior, 2. Válvula de expansión, 3. Absorción de calor desde el interior, 4. Compresión del gas.

La idea es simple pero genial: hacer que el refrigerante se comprima fuera del recipiente, con lo que se calienta, pero que se expanda dentro del recipiente, con lo que se enfría, y moverlo entre uno y otro estado. De ese modo, puede hacerse que el exterior esté cada vez más caliente y el interior cada vez más frío, algo que, hasta entonces, parecía antinatural.

Entre 1850 y 1851, el Dr. John Gorrie fabricó una máquina que era capaz de fabricar hielo (lo único que hacía falta, por supuesto, era utilizar un refrigerante y un sistema de expansión-compresión que lo llevase por debajo de cero grados centígrados). En 1857, el australiano James Harrison fabricó el primer frigorífico industrial, destinado a la industria cárnica y cervecera. Aunque no es el asunto específico de este artículo, el primer sistema de aire acondicionado (que utiliza, por supuesto, justo el mismo sistema de refrigeración) fue diseñado en 1902 por Willis Haviland Carrier – sí, el fundador de la Carrier.

Sin embargo, lo que hoy conocemos como “nevera” (es decir, un electrodoméstico, no una máquina industrial) aún estaba por llegar. En las casas seguían usándose las neveras primitivas con su depósito de hielo o nieve. El problema, naturalmente, era el precio: la tecnología existía, pero las bombas necesarias eran muy caras, y la electricidad no estaba en todas partes. La primera modernización llegó de forma discreta: en vez de tener que ir hasta las montañas para bajar nieve, la gente compraba hielo en las fábricas, que utilizaban los sistemas de refrigeración para producirlo a partir de agua.

La primera empresa en construir una nevera doméstica fue la americana General Electric, aunque no para sí misma, sino para la American Audiffren Refrigerating Machine Company del francés Marcel Audiffren, el primero en patentar una nevera diseñada para el hogar. Las neveras Audiffren eran un auténtico lujo: la primera comercializada, en 1911, costaba la friolera de mil dólares. ¡Pero mil dólares de 1911 era el doble de lo que costaba un coche!

Pronto otras empresas (incluyendo la General Electric con sus propios modelos) empezaron a hacer la competencia a Audiffren, y los precios bajaron: laKelvinator de 1922 costaba “sólo” 714 dólares. ¡Pero es que un Ford T de 1922 costaba 450 dólares!

Además, estas primitivas neveras eléctricas no eran como las de ahora: la nevera en sí estaba en la cocina, pero el tamaño de las bombas de compresión era tan grande que no podían instalarse en el propio aparato. Una serie de tubos iban de la nevera al lugar en el que se encontraba el sistema de refrigeración en sí (como ocurre con algunos aires acondicionados actuales), normalmente instalados en el sótano de la casa. Durante esta época empezaron a añadirse compartimentos congeladores en las neveras (hasta entonces no podían fabricar hielo).

Por cierto, Michael Faraday no fue el único científico famoso que tuvo que ver con el desarrollo de la nevera. Aunque no se haya reflejado en el posterior desarrollo de este electrodoméstico, por esta época Albert Einstein y Leo Szilárd trabajaron en el diseño de versiones que podrían haber sido revolucionarias, como nos cuentan en Tecnología Obsoleta. Fascinante.

Sin embargo, la primera nevera “para las masas”, y ya con una unidad de refrigeración integrada en el propio aparato, fue la serie de modelos Monitor de General Electric hacia 1927. Estas neveras (de las que se fabricó más de un millón) utilizaban dióxido de azufre como refrigerante, algo no muy recomendable, ya que es tóxico. Por cierto, algo en lo que no hemos mejorado precisamente desde entonces es la calidad de fabricación: hay bastantes Monitor que siguen funcionando hoy, ochenta años despúes.

Hoy en día no es fácil ver el sistema de refrigeración de nuestras neveras, pero hay cosas del ciclo que he descrito que sí puedes notar. Por ejemplo, seguro que estás familiarizado con la rejilla y el serpentín que hay en la parte de atrás de la nevera: están muy calientes, puesto que ahí es donde el líquido caliente (ya comprimido) está soltando calor al exterior. A continuación se expande y evapora, y el tubo está en contacto con la pared interior del compartimento donde ponemos la comida, enfriándolo. Aún es posible oir la bomba de compresión (especialmente, si no funciona muy bien), aunque se encuentre en las entrañas del aparato. Además, algunas neveras no sólo dependen del contacto del circuito de refrigeración con la pared interior, sino que tienen rejillas dentro de las cuales hay ventiladores que favorecen el intercambio de calor.

Naturalmente, hoy en día no se emplea dióxido de azufre como refrigerante. Sus sucesores fueron gases llamados clorofluorocarburos (CFCs) como eltriclorofluorometano o el diclorodifluorometano, comercializados por la empresa Dupont con la marca “Freón”. Estos refrigerantes eran tan comunes que suelen llamarse freones, cuando en realidad eso es la marca (algo parecido a lo que pasó con los kleenex o el celo).

Sin embargo, los CFCs, aunque no eran tóxicos, resultaron ser muy peligrosos en otro sentido: al liberarlos a la atmósfera tomaban parte en una serie de procesos que hacían disminuir el espesor de la capa de ozono, de modo que con el tiempo éstos también fueron sustituidos por muchos otros (hoy en día se emplean muchísimos diferentes), no tan nocivos para el medio ambiente. También existen otros sistemas de refrigeración que no emplean la compresión, como los de Efecto Peltier.

Por cierto, si has entendido el funcionamiento de la nevera, también comprendes por qué es absolutamente estúpido abrir la puerta de la nevera para enfriar la casa (sí, sí…hay gente que lo hace). La nevera extrae calor del interior y lo suelta por la espalda del aparato, de modo que no está enfriando la casa. Es más, ¡la está calentando! Piensa que la nevera está conectada a la corriente eléctrica, y cuando funciona, está introduciendo energía en la casa. El aire acondicionado tiene una parte fuera de la casa, que es donde el refrigerante transfiere calor al exterior, de modo que ahí sí que tiene sentido.