Crónica sobre la historia del frío y la climatización en España II por Gabriel Barceló Rico-Avello

Gabriel Barceló Rico-Avello

Socio fundador y socio de honor de Atecyr

Vamos a referirnos en estas crónicas, redactadas desde el confinamiento, a la historia de la climatización, como hoy la entendemos, que no puede separase de la historia de la producción de frio artificial.

La climatización es una ingeniería mecánica, cuyo objetivo es proporcionar confortabilidad térmica ambiental, y calidad de aire interior en un recinto. Esta ingeniería aplica fundamentos científicos, especialmente de la termodinámica, y de la mecánica de fluidos en el diseño de edificios, tanto de tipo residencial, como de cualquier otro tipo, también en el transporte, como automóviles, trenes, aviones, barcos o submarinos.

Las soluciones tecnológicas disponibles hoy día son múltiples, podemos diseñar desde una instalación con unidades individuales, a una instalación centralizada para un edificio o un sistema urbano de climatización.

En algunas regiones, o en determinadas épocas, puede ser suficiente incorporar una adecuada ventilación, siendo esta el proceso de intercambio o reemplazo de aire para proporcionar mejor calidad de aire interior, que implica cierto control de temperatura, reposición de oxígeno y eliminación de humedad, olores, humo, calor, polvo, bacterias, dióxido de carbono y otros gases, manteniendo circulando el aire en el interior del edificio o espacio ventilado, y evitando su estancamiento y contaminación excesiva.

No obstante, hoy la instalación de climatización debe incorporar siempre un equipo de producción de frio.

Mezclas químicas

La idea de utilizar frío para conservar los alimentos, es muy antigua. En distintas culturas se conocía el hecho de que enfriando los alimentos estos perduraban sin estropearse. Incluso que, añadiendo ciertas sales, como por ejemplo el nitrato sódico, al agua, se conseguía disminuir su temperatura.

El escritor árabe Ibn Abi Usaibia es la primera referencia conocida, atribuyendo su uso inicial, en el siglo IV, en la India. Entonces se descubrió que la mezcla de nieve y sal permitía alcanzar temperaturas más bajas.

En la España musulmana se aplicaron estos procedimientos en la corte islámica de Córdoba.

El uso de agua fría obtenida mediante el uso del salitre es citado por el médico italiano Zimara, en Padua (1530) y el médico español Blas Villafranca, en Roma (1553). Estos fenómenos fueron reportados por Battista Porta (1589) y Tancredo (1607).

Blas de Villafranca

En 1550, el médico español Blas de Villafranca, publicó en Roma, lugar donde residía, el libro: Methodes refrigerandi, en el que propone un método para enfriar el vino y los alimentos, y la conservación de estos, y del agua y el vino, por medio de mezclas refrigerantes. Usa por primera vez la palabra refrigerar para conseguir y mantener, en la bebida o en el alimento, una temperatura inferior a la del ambiente.

Muy rápidamente, esta idea de usar salitre para enfriar el agua fue adoptada en Italia. Blas Villafranca, un médico español que trabaja en Roma, publicó la idea en 1550, diciendo que este baño de salitre se había convertido en el método común para enfriar el vino en Roma. A la izquierda está su imagen del método, que muestra un matraz bulboso claramente adaptado de los matraces indios…; la forma facilita acelerar el enfriamiento girando la botella en el baño frío. (Dan Jurafsky: The Language of Food, July 11, 2011 https://web.stanford.edu/~jurafsky/,) Blas Villafranca es, posiblemente el inventor de la nevera doméstica. Sus primeros modelos eran armarios conteniendo nieve, a la que se agregaba sal para reducir su licuefacción.

Estudios científicos

Ya en el siglo XVII, el calor y el frío fue objeto de atención de estudiosos y filósofos, como Robert Boyle (1627-1691) en Inglaterra y Mikhail Lomonossov (1711-1765) en Rusia.

Tras los primeros trabajos de Galileo, se realizaron muchos estudios sobre el calor y la temperatura por Guillaume Amontons (1663-1705) en Francia, Isaac Newton (1642-1727) en Inglaterra, Daniel Fahrenheit (1686-1736), un alemán que trabajó en Inglaterra y los Países Bajos, René de Réaumur (1683-1757) en Francia y Anders Celsius (1701-1744) que creó la escala termométrica centesimal, en Suecia en 1742.

William Cullen (1710- 1790) fue un médico y químico escocés, que se interesó por la transmisión del calor en los cambios de fase. Es, para los angloparlantes, el primero en demostrar en público los efectos de refrigeración del enfriamiento por evaporación, que describió en 1756: Del frío producido por la evaporación de fluidos y de algunos otros medios para producir frío” (Ensayos y observaciones, físico y literario, vol. 2), escrito como resultado de sus prácticas de laboratorio en la Universidad de Glasgow en 1748, dejando que el éter etílico se evaporara en el vacío.

Su discípulo y sucesor, el escocés Joseph Black (1728-1799), fue consciente de la diferencia entre el calor y la temperatura, y puede ser considerado el fundador de la calorimetría. En esta especialidad encontramos también a los franceses Pierre Simon de Laplace (1749-1827), Pierre Dulong (1785-1838) y Alexis Petit (1791-1820), Nicolás Clément-Desormes (1778-1841) y Víctor Regnault (1810-1878).

Después de los trabajos del escocés James Watt (1736-1819) en la máquina de vapor, los estudios sobre los gases de Boyle, en Inglaterra, Edme Mariotte (1620-1684) y posteriormente de Jacques Charles (1746-1823) y Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) en Francia, y tras las experiencias del americano Benjamín Thomson (1753-1814), estamos en disposición de referirnos a la termodinámica.

El francés Sadi Carnot (1796-1832) inicio el estudio de los fundamentos del segundo principio de la Termodinámica. También se inició en el diseño de sistemas de refrigeración artificial, que permitieron a James Prescott Joule (1818-1889) en Inglaterra, Julius von Mayer (1814-1878), Herman von Helmholtz (1821-1894), Rodolfo Clausius (1822-1888) en Alemania, Ludwig Boltzmann (1844-1906) en Austria y William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907) en Inglaterra, al desarrollo de la Termodinámica.

Aplicaciones

El uso de mezclas no tuvo mucha aplicación en la industria debido al elevado precio de las materias primas utilizadas. A nivel doméstico, sin embargo, se podían distinguir tres grupos de mezclas productoras de frío. En primer lugar, la disolución de determinadas sales con agua requería una cantidad de calor adicional que era cogida del entorno y esta circunstancia producía frío, que se aprovechaba para enfriar algún otro producto. En segundo lugar se podía hacer la misma disolución utilizando, en lugar de agua, hielo en polvo, consiguiéndose así un frío más intenso. Hay que tener presente que la mezcla reduce la temperatura de congelación del hielo de manera que éste se funde. Este calor latente de fusión se añade al calor absorbido por la disolución de forma que el medio sufre un enfriamiento mayor. Finalmente, también se pueden hacer mezclas refrigerantes con líquidos distintos del agua como el ácido sulfúrico, el ácido nítrico y el ácido clorhídrico (Barca-Salom, Francesc X.: Materials per a una història del fred. Actes d’història de la ciència i de la técnica, nova època / volum 2 (1) / 2009, p. 279-297. Universitat Politècnica de Catalunya.)

En la revista La Gaceta Industrial de 1867 se describían distintas mezclas para reducir la temperatura del hielo:

Método para producir grados de frío extraordinario.

Se producen grados de frío considerables por la simple mezcla del hielo o nieve con sales delicuescentes, así como con algunos ácidos, tales como el nítrico, el sulfúrico, etc… sobre esta propiedad está fundado el arte de helar:

Las mezclas más eficaces que se conocen son las siguientes:

1. Una parte de ácido sulfúrico con cuatro de hielo, producen un grado de frio de 20 grados bajo cero.
2. Siete partes de nieve y cuatro de ácido nítrico, producen un .descenso de temperatura de -43º; y una mezcla de seis partes de sulfato de sosa, cuatro de hidroclorato de amoniaco, dos de hidroclorato de potasa y cuatro de ácido nítrico, producen una temperatura de -42º.
3. Partes iguales de sal común y de nieve o hielo, bajan la temperatura a -48º. Estas son las proporciones que emplean los cafeteros para la preparación de helados.
4. Si se exponen separadamente en la mezcla núm. 2 dos partes de nieve y tres de hidroclorato de cal, y después de esperar a que lleguen a la temperatura de esta mezcla, se las mezcla las dos, el frio que producen es de -27º.
5. Exponiendo en esta última mezcla, y separadamente, una parte de nieve y dos de esta sal, se obtendrá un frio de -54º.
6. Si se hacen las experiencias con ocho partes de nieve y diez de ácido sulfúrico débil, el descenso de temperatura llega al máximum que es de -68º.

Esta producción de frío es fácil de explicar: los cuerpos sólidos no pueden pasar al estado líquido, sino absorbiendo calórico que toman a los cuerpos con que están en contacto.

Aquí, las sales, al fundirse, roban a la nieve o al hielo este calor, y bajan su temperatura a tal punto que se puede hacer llegar la temperatura del hielo a -50º; este se hace tan duro que, reducido solamente a la temperatura de 20, se le puede cortar y reducirle a polvo (Boletín Tecnológico: Método para producir grados de frío extraordinario. Revista La Gaceta Industrial, 1867, página 381).