Pregunta nº 10 (2/9/97)

 

¿Por qué son más eficientes los aparatos para calentar (estufas eléctricas, de gas, convectores...) que los aparatos para enfriar (aire acondicionado, neveras...?

Las respuestas

Carmelo el Alquimista

Una estufa eléctrica, o una estufa de gas, transforman energía eléctrica o energía química respectivamente en calor. Según el principio de conservación de la energía, y si tenemos en cuenta que el trabajo que realizan es prácticamente nulo, toda la energía que consumen la transforman en calor. Así, una estufa eléctrica de 1000 W, independientemente del tipo que sea , transforma los 1000 W en calor con un rendimiento de prácticamente el 100%.
Una nevera o un acondicionador de aire son aparatos denominados genéricamente bombas de calor, transfieren calor de un foco a baja temperatura a otro foco que se encuentra a una temperatura mayor. Según el 2º principio de la termodinámica, el calor no fluye de forma espontánea de un cuerpo frió a uno caliente, por lo tanto, es necesaria la realización de un trabajo. De esta manera podemos escribir :
calor al foco caliente = calor del foco frío + trabajo aportado (*)
Para medir la eficacia de un bomba de calor, se suele emplear el llamado coeficiente de comportamiento definido como :
coeficiente de comportamiento = calor del foco frío / trabajo aportado
En una nevera este coeficiente tiene un valor que oscila entre 1,5 y 4,0 dependiendo del tipo de nevera y de las condiciones en que funciona.
Hay bombas de calor comerciales que pueden funcionar en verano como refigreradores y en invierno como calentadores. Al funcionar como calentador su eficacia es muy grande. A partir de la ecuación (*) vemos como el calor que llega al foco caliente, en este caso el interior de la habitación que calentamos, no solo es el calor extraído del foco frío, sino también, el trabajo realizado que se transforma íntegramente en calor.

Iván Calvo Rubio

Se me ocurre una respuesta recurriendo a la flecha termodinámica del tiempo y el segundo principio de la termodinámica. Según esto, la entropía (medida del desorden o del azar) tiende siempre a aumentar en cualquier sistema. Una forma de hacer aumentar la entropía es aumentar la temperatura (pues así las moléculas del sistema tienen más energía y el número de choques aumenta, aumentando también la velocidad). Así, aumentar la temperatura por ejemplo, de la habitación, supone ir a favor de la tendencia natural del universo (esto es, a desordenarse), mientras que el enfriamiento supone disminuir la entropía (porque se disminuye la temperatura) y por tanto, actuar en contra de esa tendencia.