Temperatura, continuación

Hay una gran cantidad de instrumentos para medir temperatura, ellos se llaman termómetros. También existen varias escalas, la más conocida por nosotros seguro que es la escala centígrada o escala Celsius. Cuando vemos la temperatura en la televisión está dada en esta escala. En refrigeración se utiliza la escala Fahrenheit también, que es la unidad inglesa para temperatura.
Fijate que acá te dejo una tabla donde se puede "pasar" de una unidad a otra.

Por ejemplo: ¿Cuántos grados Fahrenheit (°F) son 10 °C (grados centígrados)?
Respuesta: 50 °F

Existen diversos tipos de termómetros, tal vez el más conocido es el que usamos para "tomar la fiebre". Cada termómetro está diseñado para una determinada aplicación, el de uso medicinal "mide" la temperatura corporal, que sabemos que aproximadamente es de 36,5°C. (Un poco más de 97°F si la midiéramos es la otra escala).
En refrigeración tiene múltiples usos, por ejemplo para medir la temperatura dentro de una heladera.

El termómetro de la foto (termómetro digital), mide también humedad, otra variable que debemos tener en cuenta, la cual veremos más adelante.

En refrigeración suele separarse las distintas aplicaciones según sus temperaturas:

24°C:  Acondicionamiento de aire.
13°C   Refrigeración de "alta temperatura"
2°C     Refrigeración de "temperatura media"
-23°C  Refrigeración de "baja temperatura"
-32 °C Refrigeración de "muy baja temperatura"

En el primer caso 24°C es una temperatura de "confort" para acondicionadores de aire en verano, por ejemplo.
Los rangos alta y media temperatura se utilizan para conservar por tiempos cortos ciertos alimentos perecederos.
Los rangos baja y muy baja para guardar por períodos de tiempos prolongados ciertos alimentos perecederos.
Estos son "rangos" de temperaturas, un ejemplo solamente. Lo importantes es saber "que hay que enfriar" (en realidad extraerle calor) para que no pierda sus propiedades y, obviamente, no se eche a perder o ocasione algún daño orgánico a la persona que lo ingiera si se trata de un alimento, debido a la reproducción de bacterias.

Por eso es importante conocer el equipo en cuestión, ubicar datos del fabricante, cuando no se pueda, recurrir a la experiencia técnica. Es cierto que muchos equipos trabajan en una línea bastante amplía de temperaturas que también están relacionadas con otras variables que dependen del espacio donde se encuentre el equipo, de otras partes del equipo, del refrigerante que posea el equipo, etc.

¿Y la temperatura? ¿Qué es?

Calor y temperatura están relacionados, claro. Pero no son lo mismo. A ver, es muy común decir "¡Qué calor que hace! referido a una temperatura alta. No está mal, en general cuando a una sustancia se le entrega calor esta aumenta su temperatura.
Miremos este ejemplo:

Estas palanganas contienen agua, la primera tiene agua a 30 grados centígrados y una cantidad de 50 litros.
La segunda palangana tiene 10 litros y el agua está a 90 grados.
La pregunta es: ¿Cuál es la que tiene más calor?
Hay una trampita... a la palangana "más grande" se le puso un valor "pequeño" de temperatura, y a la palangana "más chica" un valor "mayor" de temperatura. Es muy tentador decir que la palangana más pequeña tiene "más calor". Es al revés...
La primera conclusión es que la palangana más grande tiene "menos temperatura" pero tiene "más cantidad de agua" y entonces, más capacidad de "almacenar calor".
Acá a mayor cantidad de agua corresponde mayor calor, la temperatura es menor en la primera, ojo...
El calor depende entonces de la cantidad de masa. La masa es la cantidad de materia o sustancia que tienen las cosas. Todo está formado por moléculas y éstas se mueven a una determina velocidad. Todo está en movimiento, por más que veamos "quieta" el agua en la palangana, si nos pusiéramos "unos anteojos para ver moléculas" veríamos que estas se mueven. Si a nuestras palanganas le entregáramos calor veríamos que las moléculas se mueven con mayor velocidad, si le quitáramos calor, veríamos que se moverían más lentas...
O sea que la segunda palangana tiene moléculas que se están moviendo más rápido que la primera palangana, entonces tiene más temperatura. Pero la primera tiene más masa, o sea, tiene una mayor cantidad de calor.
Podríamos decir, entonces, que la temperatura es la velocidad con la que se mueven las moléculas de una sustancia, o "el nivel de calor". Cuánto mas velocidad tienen las moléculas "más temperatura tendrá, y viceversa"
El calor es la cantidad de moléculas que se mueven dentro de una sustancia, "cuánto más masa tenga una sustancia, más capacidad tendrá de almacenar una cierta cantidad de calor.

Paciencia... cómo decimos siempre, a medida que vayamos recorriendo este camino vamos a ir "puliendo conceptos" a veces una buena definición es aquella que nos permite comprender un determinado fenómeno.

EL calor

Nuestro objeto de estudio será, entonces el calor. Afirmo esto porque en definitiva nuestras máquinas, son máquinas térmicas. Hay que aclarar que en realidad son máquinas electromagnéticas, mecánicas, térmicas.
Por eso es fundamental empezar hablando de calor. Pero... ¿Qué es el calor? Bueno, el calor es energía...
Y... ¿Qué es la energía? es la capacidad que posee un sistema de realizar trabajo... ¿Trabajo? ¿Los sistemas trabajan?
Observemos que cuándo uno empieza a estudiar algo se vuelve como un chico... curioso, todo se lo pregunta, se lo cuestiona... parecería que no hay un principio de todo, menos un final...
Pero si queremos entender de que se trata el calor, debemos hacer un esfuerzo, aunque sea intentarlo...
Como dijimos antes, hay palabras que usamos a diario que también usa la ciencia. Una fuerza, entonces es una cosa que le aplicamos a un cuerpo para que este se mueva. Esta sería una definición bien "casera" donde todos podemos llegar a comprender de que se trata. En realidad la fuerza es algo mucho más complejo, pero la "idea" está, comienza a tener forma.
Dijimos que siempre que hagamos una medición debemos tener una escala adecuada. En el Sistema Internacional de Unidades la fuerza se mide un Newton [N] en honor a Sir Isaac Newton, uno de los "filósofos naturales" más extraordinarios de la humanidad. Pero también la fuerza se mide en Kilogramos fuerza, una unidad más "familiar" para la medición de fuerzas.
O sea que si le aplico una fuerza a un cuerpo y este se desplaza una determinada distancia, entonces, se efectúa un trabajo.
En el Sistema Internacional de Unidades el trabajo tiene como unidad el Joule [J] en honor a James Prescott Joule.
Hablar de trabajo, de energía o calor, es lo mismo. Son sinónimos. O sea que el trabajo, como el calor, se miden un Joule en el S.I
Imaginate que tenes un jarrito de metal, esos que se usan para calentar agua para hacer un té, lo llenas con agua y lo pones en la hornalla de tu cocina. Si te tomas el tiempo para ver que sucede vas a encontrar muchas cosas interesantes. La hornalla transmite calor, esto lo hace a través del gas que se quema entregando energía o trabajo al jarrito que también es de metal y de ahí pasa al agua. El sistema (jarrito, agua) absorbe calor y podemos observar que el agua comienza a moverse.
Luego de un tiempo vemos que ese movimiento empieza a ser cada vez más turbulento hasta que el agua hierve. Estos sucesos "cotidianos" muchas veces pasan desapercibidos pero comprenderlos resultan fundamentales para el estudio de la refrigeración.
Viste que el agua pasa de líquido a vapor cuando la calentamos, sabemos que este cambio de estado es un proceso físico, o sea, podemos repetirlos todas las veces que queramos con la misma cantidad de agua que teníamos y se llama evaporación, el agua no cambia sus propiedades.
Claro que si nos olvidamos el jarrito en la hornalla el agua "desaparece". En realidad el vapor pasa al aire, no es que se pierde, si pudieramos juntarlo y "enfriarlo" podemos obtener agua nuevamente, este cambio físico lo llamamos condensación.
O sea que usando calor podemos obtener cambios físicos en una sustancia, y estos cambios son reversibles, esto significa que podemos realizar ciclos con la misma cantidad de sustancia una y otra vez.

¿Qué es la refrigeración?

Una pregunta pendiente es... ¿Qué es la refrigeración? Bueno... sería muy pretencioso querer definir un dos lineas este concepto...
Cuándo uno se inscribe en un curso tiene varias ideas acerca de lo que quiere, pero muchas veces se encuentra con un mundo mucho más amplio. A ver... cuándo uno piensa en "la refrigeración" es muy probable que lo asocie con "refrigerar" y seguramente con "enfriar algo". Pero... el frío no existe... ¿Cómo que el frío no existe? ¡Imposible! esperen... no sean tan ansiosos, dejen que continúe. En realidad el "concepto de frío" se utiliza en la vida cotidiana. Estamos acostumbrados a utilizar palabras en la vida diaria que son perfectamente entendibles y no generan ningún problema debido a que no necesitan de una aclaración técnica. Sin embargo hay algo que a partir de ahora deberíamos cambiar. En realidad "el frío" es ausencia de calor. Cuándo decimos: ¡Qué frío hace afuera! no es que estemos locos, seguramente afuera habrá una temperatura mucho menor que la temperatura corporal nuestra que es de unos 36 grados centígrados (luego aclararemos esto de "los centígrados"). Tal vez para una persona que viva en la Antártida, 5 grados centígrados sea una temperatura agradable. No podemos "fiarnos" de los sentidos muchas veces, debemos tener en claro que hay conceptos que la ciencia debe definir en base a principios o propiedades, características o leyes, que permitan que todos "hablemos el mismo idioma". Es muy común la expresión: ¡Qué calor que hace, la televisión dice que llegamos a 40 grados! y no está mal, pero hay conceptos que debemos redefinir para poder estudiar refrigeración.
O sea que una heladera... ¿no enfría?
En realidad lo que hace una heladera es extraer un cierta cantidad de calor, como la temperatura y el calor están relacionados, al extraer una cierta cantidad de calor, por lo tanto, baja la temperatura.
Entonces... ¿Calor y temperatura son dos cosas diferentes?
Sí...
Ahora, los equipos de refrigeración no solo "enfrían" también aportan calor, o sea "calientan" también acondicionan el aire, por ejemplo, quitan humedad, polvos. Entonces la refrigeración es un área bastante amplia y ocupa un lugar central en la sociedad. Piensen en todos los equipos de refrigeración que día a día se utilizan en innumerables partes del mundo.
El oficio de "frigorista" o "termomecánico" es infinito. Pero siempre es bueno empezar en algún momento, por eso, como todo oficio o arte, requiere de tiempo, paciencia y de buenas herramientas teóricas y prácticas.
En esta primera parte trataremos de ir de "afuera hacía adentro" empezando por los componentes más básicos, hasta alcanzar los más profundos y complejos.

Para empezar podemos decir:
La refrigeración es un proceso por el cual se extrae (o aporta) un cierta cantidad de calor de un lugar y se la conduce a otro donde su aparición (o ausencia) no tenga importancia o sea utilizada convenientemente.

Como toda definición tiene sus falencias, pero a lo largo del curso vamos a ir completando la idea según nuevos conceptos.

Estados de la materia.

La clasificación más típica y simple de la materia está dada según tres estados: Sólido, líquido, y gaseoso, de los que, desde el punto de vista macroscópico, y en forma simplificada, podemos decir:

- Estado sólido: caracterizado por la rigidez. Condición de mantener forma y tamaño propios.
- Estado líquido: caracterizado por la fluidez. Condición de mantener el volumen al cambiar de recipiente, es decir sólo volumen propio.
-Estado gaseoso: caracterizado por la tendencia a la expansión indefinida. No tiene forma ni volumen propios, fluye y se expande hasta encontrar paredes que lo contengan.

Aunque no todas las transiciones de un estado a otro son posibles para todas las sustancias, la mayoría de las sustancias puras pueden pasar de uno de estos tres estados a cualquier otro si se varían adecuadamente la presión y la temperatura. Los nombres de las posibles transiciones son:



Hablamos de "presión" y "temperatura" dos conceptos que utilizamos en la vida cotidiana para expresarnos, y que muchas veces representan algo que está alejado del concepto físico que aquí necesitaremos.

Los sólidos.

Desde el punto de vista del significado de las palabras, un cuerpo es sólido si es rígido, o sea si todas sus dimensiones son fijas e inalterables (abreviadamente diremos que tiene forma fija).
No obstante, no existe el cuerpo totalmente rígido. Todo cuerpo se desforma en alguna medida bajo la acción de las fuerzas, aunque lo haga imperceptiblemente. Un cuerpo se considera más sólido cuanto menos posible es deformarlo.
Hay que distinguir dos modalidades opuestas para una deformación: deformación elástica y deformación plástica.
Aceptando que todo cuerpo es deformable en mayor o menor grado bajo la acción de fuerzas, la elasticidad sería la forma propia de deformarse de un "verdadero" sólido, mientras que la plasticidad, de manifestarse en alto grado, sería descalificativo para un sólido, puesto que conspiraría contra la propiedad de "tener forma propia"

Los líquidos.

Los líquidos se caracterizan por su fluidez y su incompresibilidad. La fluidez es la capacidad de un sistema para deformase continua e indefinidamente, que puede imaginarse como el deslizamiento de unas partes con respecto a otras. Por otra parte la incomprensibilidad es la capacidad para resistir esfuerzos tendientes a disminuir el volumen del sistema, o la capacidad para resistir esfuerzos tendientes a disminuir el volumen del sistema, o la capacidad para mantener el volumen en general.
Por estas propiedades es que los líquidos conservan el volumen frente a operaciones simples tales como cambiarlos de recipiente. No tienen forma, pero sí volumen propios.
Desde el punto de vista microscópico todo esto se explica si las moléculas del líquido del líquido no están rígidamente unidas entre sí (pueden desplazarse unas con respecto a otras), pero en promedio están imposibilitadas tanto de acercarse como de alejarse apreciablemente.
La proximidad promedio entre las moléculas de los líquidos es tal que:
- Si se intenta aproximarlas más aparecen notables  fuerzas repulsivas, que se traducen en la propiedad microscópica de incompresibilidad;
- Si se intenta alejarlas más se entra en la zona de predominio de las fuerzas atractivas, responsables de la adherencia de las moléculas entre sí, y también de la tensión superficial.
De manera que, a diferencia de lo que sucede en los sólidos, las moléculas del líquido no ocupan posiciones fijas sino que tienen movilidad. Podemos pensar que la transición sólido líquido (fusión) ocurre cuando las vibraciones de cada átomo o molécula se hacen demasiado intensos como para que éste sea retenido en un lugar definido. Cada átomo o molécula viaja caóticamente por el líquido sin que los demás lo puedan retener en ningún lugar fijo, y sin poder alejarse de ellos: cambia continuamente de vecinos, pero está rodeado de vecinos cercanos.

Los gases.

Los gases se caracterizan por su tendencia a la expansión y al enrarecimiento ilimitado.
Como los líquidos, son fluidos pero, a diferencia de ellos, se expanden hasta donde algo se los impida. Si se abre el recipiente que contiene un gas éste escapa y continúa expandiéndose. Aún si en el exterior hay otro gas, continua la expansión, mezclándose uno con el otro.Un gas en un recipiente puede ser comprimido hasta volúmenes muy inferiores al inicial, manifestando una gran compresibilidad.
El modelo más simple actualmente aceptado ( el modelo cinético propuesto por Daniel Bernoulli en 1738) supone al gas constituido por un gran número de partículas de dimensiones despreciables comparadas con la separación entre ellas. Estas partículas, que son las moléculas, se consideran esferas rígidas que no interactuan excepto cuando chocan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene.
La idea de que las partículas del gas están muy separadas en relación con sus dimensiones puede explicar la gran compresibilidad de los gases; y la idea de que viajaban a gran velocidad y sin atracciones mutuas apreciables explica la tendencia a la expansión ilimitada

Curso de reparador de equipos domésticos de refrigeración.

Centro de formación profesional N° 403 Sub Sede Morón.

Apuntes de inicio.

Al iniciar el estudio de cualquier disciplina uno tiene una idea, un proyecto, una meta.

Todo conocimiento requiere el manejo de un determinado lenguaje,  en la rama técnica utilizamos justamente el lenguaje técnico. Al comienzo resulta un poco complejo, como todo lenguaje, pero es indispensable para poder abordar el estudio de la refrigeración o cualquier oficio o labor.

Cotidianamente usamos un lenguaje, nos comunicamos con un conjunto de palabras que nos permiten comprendernos día a día. Cuando nos dedicamos al estudio de una tarea específica debemos reformular nuestro vocabulario.

Nuestro curso consiste en generar, descubrir y desarrollar juntos, herramientas que permitan reparar e instalar equipos frigoríficos de uso doméstico.

Seguramente todos ustedes tienen una idea acerca de lo que es la refrigeración, por eso han decidido estudiarla, seguro muchos de ustedes vienen con un deseo de aprender un oficio, de poder tener una entrada económica extra o simplemente estudiar por curiosidad.

¿Por dónde comenzamos entonces? ¿Es necesario dar una definición? ¿Para qué sirve una definición?

Cuando definimos queremos explicar en qué consiste tal o cual cosa, queremos que quede claro aquello que estamos estudiando, para ello debemos ser rigurosos con las palabras que utilizaremos para que no queden dudas acerca de lo que pretendemos explicar.

Hay palabras que utilizamos cotidianamente que tienen un significado aproximado o impreciso, pero que es efectivo para comprendernos. En una definición no puede existir duda acerca de lo que estamos hablando porque esto nos conduciría a errores.

Pero… ¿Qué es la refrigeración? Intentaremos dar una definición, pero al hacerlo utilizaremos palabras que deberán ser definidas también, esto parecería no tener fin… Pero tenemos que empezar por algún lado, y es necesario hacerlo por el principio…

Tal vez un buen principio sea empezar por los “ladrillos” con los cuales está formado todo:

El átomo: Seguramente muchos de ustedes han escuchado, leído o estudiado alguna vez el concepto de átomo. Su palabra proviene del latín atomun y éste del griego que significa “indivisible” o sea que no puede ser dividido. Todas las “cosas” están constituidas por estos átomos, porciones elementales de todo aquello que forma parte del universo. Los científicos han desarrollado una gran cantidad de teorías para explicar que aspecto tienen dichos átomos en su forma íntima, para nosotros es suficiente saber que los átomos se combinan para formar “moléculas” y estás moléculas son las que determinan “la masa” de las “cosas”, o sea, la “cantidad de materia que posee una sustancia.

En resumen: todo está constituido por átomos: una silla, una nube, un mosquito, un pedazo de pan, nosotros, etc. Estos átomos “se juntan” para formar moléculas, todas las moléculas dan “forma” a las sustancias, la masa es la cantidad de materia (moléculas) que posee dicha sustancia.

Por ejemplo el agua, sustancia maravillosa que permite la vida tal como la conocemos en el planeta tierra, está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

Esto último se escribe de esta manera: una molécula de H₂O₁    H: hidrógeno; O: Oxígeno

Fíjense que los subíndices (numeritos debajo de las letras) indican la cantidad de átomos o sea 2 para el hidrógeno y uno para el oxígeno. Cuando el átomo es uno solo no se pone subíndice o sea:                   H₂O: Sustancia agua, componentes: 2 átomos de hidrógeno más 1 átomo de oxígeno.

Los científicos utilizan letras y números para dar nombre a los átomos y moléculas de las sustancias, esta ciencia se llama química. Nosotros en refrigeración, por ejemplo, estudiaremos los “refrigerantes” y sus fórmulas químicas correspondientes

Sistema: Entendemos por sistema a una porción del universo que tomaremos para poder estudiarlo. Por ejemplo podemos tomar una muestra de aceite de un motor para analizar sus propiedades como viscosidad, acidez, humedad, etc. También podemos hablar de cómo se comporta un refrigerante dentro de un sistema frigorífico: su volumen, su presión, su temperatura, etc.

Desde tiempos antiguos el ser humano necesitó establecer un sistema de medición, seguramente por cuestiones prácticas de división de terrenos para sembrar, para el comercio, la construcción, etc. Pero: ¿Qué hacemos cuando medimos?

Medir es comparar una unidad con otra tomada como patrón.

Los pueblos antiguos inventaban su unidad patrón tomando como referencia ciertas partes del cuerpo del monarca del país; por ejemplo, el pie, la pulgada, el codo, etc. Actualmente muchas de estas unidades se siguen utilizando en el sistema de medidas inglés.

Esto trajo un gran problema con el paso del tiempo ya que se dificultaba la comunicación entre pueblos y ciudades de un mismo país, y los trabajos entre científicos y técnicos muchas veces no podían realizarse ya que era difícil ponerse de acuerdo en la elección de una unidad conveniente.

Sistema Métrico Decimal.

Los inconvenientes que acabamos de señalar llevaron a algunos científicos de los siglos XVII y XVIII a proponer unidades de medida definidas con mayor rigor y que se adoptarían en forma universal. Las diversas propuestas, aunque no tuvieron aceptación inmediata, acabaron por dar lugar al establecimiento del llamado Sistema Métrico Decimal, en Francia. La firma del decreto del  7 de abril de 1795, que instauró este sistema, constituyó una de las contribuciones más significativas de la Revolución Francesa.

Las principales características del sistema de unidades que se propuso, son:

1)      Como su nombre lo indica, el sistema es decimal.

2)      Los prefijos de los múltiplos y submúltiplos se eligieron de modo racional, empleándose palabras griegas y latinas (kilo: 1000, mili: 0,001, deca: 10, deci: 0,1, etc.) para designarlos.

3)      La tierra se tomó como base para escoger la unidad de longitud: el metro se definió como la diezmillonésima parte (0,0000001) de la distancia del ecuador al polo norte. Esta cantidad se marcó sobre una barra de platino iridiado llamado metro patrón que todavía se conserva en un archivo oficial de pesos y medidas en París.

En 1840 una ley declaró en Francia ilegal el uso de cualquier unidad que no perteneciera al sistema métrico, quedando así implantado definitivamente en Francia el nuevo sistema.

Por esa misma época, el sistema métrico decimal ya se empezaba a conocer en otros países, y en 1875 se efectuó en París la célebre Convención del Metro, en la que 18 naciones se comprometieron a adoptarlo. Inglaterra no asistió a dicha reunión, negándose a emplear las unidades de este sistema.

En refrigeración la mayoría de las unidades figuran en el sistema de medición inglés, tanto en los equipos, catálogos y textos, por eso es importante saber pasar de un sistema a otro sin dificultades.

Sistema Internacional de Unidades. (S.I)

Desde entonces, el uso del sistema métrico se fue extendiendo poco a poco en todo el mundo. Nuevas unidades para medir otras magnitudes, conservando las mismas características que se emplearon en la definición del metro, fueron incorporándose al sistema. Por otra parte, la precisión de los patrones establecidos en el siglo XIX no bastaba en el gran avance científico del siglo XX. Así que los científicos advirtieron la necesidad de una reestructuración del sistema métrico, y en 1960, durante la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas, también llevada a cabo en París, se elaboró un nuevo sistema denominado Sistema Internacional de Unidades: S.I

Debemos observar que el S.I se basa en el original sistema métrico decimal, pero sus unidades están definidas de manera más rigurosa y actualizada.

La cuarta definición dada en la 17. ª Conferencia General de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas es la siguiente:

Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299 792 458 de segundo.

La precisión de esta definición es treinta veces superior a la del prototipo de 1960.

Para poder pasar de unidades tenemos que recordar la siguiente regla:



En la Tabla 1 se muestran las siete magnitudes principales del Sistema Internacional de Unidades, ellas son las bases en las cuales se construyen todas las demás unidades derivadas.