La revolución del refrigerador en la cocina moderna

En 1824 aparecía un pequeño librito que iba a revolucionar la forma de ver el mundo. Se titulaba Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esa fuerza. Su autor fue el hijo de un ministro de Defensa de Napoleón y tío de un futuro presidente de la República, Nicolas Léonard Sadi Carnot. Había intentado publicarlo en la revista científica más influyente de la época, los Anales de Física, pero su director lo había rechazado, por lo que no le quedó más remedio que publicarlo con su dinero. En esta obra, Carnot estudiaba el rendimiento de la máquina de vapor, pero lo que nunca alcanzó a imaginar fue la revolución intelectual que iba a provocar, una transformación mayor que la propiciada por Newton, ya que con el francés acababa de nacer la ciencia de la termodinámica. Por desgracia, este libro –uno de los textos más importantes de la historia de la ciencia– no provocó la menor repercusión entre los científicos de su época y tuvimos que esperar un cuarto de siglo a que sus ideas fueran tenidas en cuenta.

A Carnot no le interesaba lograr una mejora técnica de la máquina de vapor, sino ver cómo sacarle el máximo partido a cualquier máquina térmica. Trataba de diseñar una máquina ideal, una idealización abstracta de las máquinas reales, que hoy se conoce como el ciclo de Carnot. Consiste en un dispositivo compuesto por un cilindro provisto de un pistón, en cuyo interior se encuentra encerrado un gas, y dos fuentes de calor: una caliente y otra fría, que proporcionan la diferencia de temperatura necesaria para que la máquina pueda trabajar.

El ciclo consta de cuatro etapas. En la primera, ponemos en contacto el cilindro con la fuente caliente. Entonces el gas contenido en su interior absorbe calor, se dilata y mueve el pistón. Ahora viene la idea genial de Carnot: interrumpir el contacto con la fuente caliente antes de que el pistón llegue al final de su recorrido. En este momento se mete el dispositivo en el interior de un termo, esto es, se mantiene aislado de forma que el calor no salga al exterior. Cuando el pistón llega al final del recorrido, colocamos el émbolo en el refrigerador, el gas se enfría, baja su presión y el pistón comienza el descenso. Antes de que termine la compresión, volvemos a meterlo en el termo y dejamos que el pistón finalice su recorrido de forma que, si la sincronización es correcta, el gas del interior recupera su estado inicial. Hemos cerrado el ciclo.

Si lo consideramos como un todo, el gas no ha modificado su estado, pues se ha quedado como al principio, pero la fuente caliente ha suministrado una cierta cantidad de calor y la fuente fría se ha llevado otra cantidad distinta. La diferencia entre ambas se ha invertido en mover el pistón, en realizar un trabajo. Es evidente que cuanto mayor temperatura tenga la fuente caliente mayor será la expansión del gas y con más facilidad se moverá el cilindro. Lo mismo ocurrirá con la fuente fría: si la tenemos a una temperatura muy baja la máquina funcionará mejor. Aquí, la fuente fría es de extraordinaria importancia, pues sin ella no habría diferencia de temperatura y sería un ciclo estéril; la fuente caliente provocaría el movimiento del pistón, pero ese mismo trabajo tendríamos que realizarlo nosotros para hacerlo descender. Lo que Carnot demostró es cómo realizar un trabajo gracias al intercambio de calor.

La consecuencia más importante de todo esto es que se puede deducir una ley general para las máquinas térmicas: el rendimiento de cualquier ciclo cerrado –el gas retorna a su estado inicial– y reversible –puede recorrerse en un sentido o en el contrario– es independiente del proceso utilizado y depende exclusivamente del calor intercambiado. Reversible es la palabra mágica: Carnot se dio cuenta de que su ciclo podría funcionar como un refrigerador extrayendo calor de la fuente fría y cediéndoselo a la caliente.

Curiosamente la idea de un mecanismo de refrigeración artificial apareció muchos años antes del trabajo fundamental de Carnot. En 1755, el químico y médico escocés William Cullen diseñó el primer proceso de refrigeración artificial de la historia que consistía en una bomba de vacío aplicada sobre un contenedor de éter etílico, un líquido incoloro, muy inflamable y de sabor acre. Cullen hizo un vacío parcial en el recipiente con la bomba, lo que bajó el punto de ebullición del éter, que se puso a hervir absorbiendo el calor de alrededor y creando una pequeña cantidad de hielo. Pero no fue más allá de esta demostración. Desde entonces diversos inventores fueron perfeccionando el diseño de Cullen. Uno de ellos fue el ingeniero y empresario norteamericano Oliver Evans, un apasionado de la máquina de vapor. A pesar de su escasa comprensión de los principios físicos que había tras ella, vio con mucha más claridad que sus coetáneos el potencial que escondía. En una nota al final de su libro Guía del ingeniero de vapor, Evans señaló, sin saberlo, lo que Cullen había comprobado años atrás, e incluyó el primer diseño detallado y teóricamente coherente para fabricar un refrigerador de compresión de vapor, e identificó todos los componentes principales de un ciclo de refrigeración. Corría el año1805.

En 1816 se asoció con otro inventor, Jacob Perkins, para mejorar los diseños que incluían una máquina de vapor de alta presión experimental, pero que no era práctica para la tecnología de fabricación de la época. Sí la usaron en otra invención, la pistola de vapor, una ametralladora automática con una velocidad de disparo de mil balas por minuto. Un arma que rechazó el duque de Wellington por ser demasiado destructiva.

Años más tarde, Perkins, empleando los principios originales de Evans, desarrolló y construyó una máquina refrigeradora por compresión de vapor en ciclo cerrado que patentó el 14 de agosto de 1835. Por desgracia, no tuvo éxito comercial.