El aire acondicionado ha permitido que exploten las economías de lugares con un calor insoportable, como Singapur y Dubai.
Ha cambiado nuestra forma de construir edificios, permitiendo la construcción de rascacielos en cualquier ciudad.
Los distintos sistemas de refrigeración en interiores protegen a cientos de millones de personas de los golpes de calor y otros riesgos para la salud derivados de las altas temperaturas. También permite almacenar con seguridad medicamentos como la insulina y diversos antibióticos salvando millones de vidas más.
Actualmente se estima que hay unos 2.000 millones de equipos de aire acondicionado instalados en todo el mundo…
El problema, es que esto es potencialmente devastador para el clima.
Hola, soy. Cinthia Reyes y en este canal exploramos evidencia científica que nos permita responder preguntas cotidianas relacionadas con nuestra salud y bienestar.
El aire acondicionado ES uno de los factores que MÁS contribuyen al cambio climático, su impacto es aproximadamente el doble que el de la industria de aviación internacional en cuanto a emisión de gases de efecto invernadero.
El consumo eléctrico asociado con estos equipos en el mundo hoy, es aproximadamente el 10% del consumo mundial… que de hecho es más del doble que el consumo eléctrico de África… y las proyecciones sugieren, que vamos camino a triplicar este consumo para el 2050.
El funcionamiento de los sistemas de refrigeración actuales genera millones de toneladas de emisiones de gases de efecto invernadero, por un lado por la generación de energía eléctrica que requieren para funcionar y por el otro por los peligrosos productos químicos que contienen.
Mientras nos “refrescamos” en nuestras habitaciones, aceleramos nuestro paso en el aumento de temperaturas derivadas del cambio climático antropogénico.
Esta es la paradoja del aire acondicionado: En un mundo cada vez más cálido, cada vez más personas necesitan bajar la temperatura en su entorno inmediato para poder mantenerse sanas y ser productivas… pero el aire acondicionado, tal y como funciona hoy, está haciendo que el planeta se caliente más.
Probablemente, como humanidad no vamos a renunciar a usar las herramientas que tenemos para poder estar cómodos pero necesitamos una forma mejor de hacerlo… ¿hay alternativas? ¿son suficientes? ¿podrían sustituir al aire acondicionado actual a tiempo?
-¿Cómo llegamos aquí?- subtítulo
A lo largo de los siglos, los habitantes de lugares calurosos han desarrollado distintas formas para mantenerse frescos. En el video en el que te conté 10 curiosidades sobre los sistemas de refrigeración te platiqué cómo funcionaban algunos de ellos como las torres atrapa vientos y los Yackchals… pero los sistemas de aire acondicionado, nacieron en 1902, cuando el ingeniero Willis Carrier aprovechó “el poder de la termodinámica” para enfriar espacios interiores.
Sucede que en una imprenta de Brooklyn, en Nueva York, hacía demasiado calor y humedad. Esto provocaba que las páginas se arrugaran y la tinta en el papel se corriera. Carrier diseñó una máquina que utilizaba un sistema de ventiladores, conductos, calentadores, tuberías de vapor y condensadores, que modificaban tanto la humedad como la temperatura de la fábrica. Así nació la primera versión del aire acondicionado moderno.
A partir de entonces, la tecnología de Carrier comenzó a ser implementada en grandes edificios públicos, hoteles, cines…
Pero ¿podría ser esto accesible para la clase media? En 1952 se puso esta idea a prueba construyendo La Villa del Aire Acondicionado, en Austin, Texas.
Se construyeron 22 casas muy diversas en techos, persianas, orientación y tamaño de sus ventanas, nivel de aislamiento térmico, así como sus sistemas de aire acondicionado.
Por un año, se hizo un seguimiento detallado por un lado, de los aspectos técnicos como la temperatura y humedad dentro de las casas, y por el otro, investigadores de la Universidad de Texas siguieron el estado de salud y mental de las familias que ubicadas para vivir ahí obteniendo resultados positivos.
Una cosa muy curiosa del asunto es que me topé con un extracto de una entrevista a una de las personas que estaba viviendo en la villa… la persona decía que sí, que estar viviendo ahí con aire acondicionado era mucho mejor que sus recuerdos de otros años en que el por el calor, se sentían enojados en junio y así duraban todo el verano.
Punto extra para el Team Frío
En fin, ante el éxito de la villa de aire acondicionado… efectivamente las personas comenzaron a adoptar esta tecnología de manera masiva.
¿Por qué aumenta la temperatura global el uso del aire acondicionado?
Parte 1: máquina térmica
Por cuestiones de tiempo (y porque la gente se espanta cuando dices “termodinámica” demasiadas veces) no voy a hacer una explicación super detallada sobre cómo funciona un equipo de aire acondicionado. Esta va a ser una sobresimplificación, y aunque no parezca, ¡voy a intentar ser lo más breve posible!
Dije al inicio que Carrier utilizó “el poder de la termodinámica” en su máquina.
Hay tres principios que aplican aquí:
El primero es que en la naturaleza, todo va siempre de mayor a menor concentración. Esto aplica también para la energía térmica. si tienes una olla caliente sobre la estufa y se te ocurre tocarla directamente con tu mano sin un guante, la energía va a pasar de la olla a tu mano y te vas a quemar.
El segundo, es que cuando tienes un fluido y cambia de fase, este cambio requiere o liberar o absorber energía.
Por ejemplo, nuestro sudor, que es principalmente agua líquida, tiene cierto nivel de cohesión, las molécula se adhieren unas a otras… a nivel micro, las moléculas chocan unas con otras y vibran en función de la temperatura a la que se encuentre… a más temperatura, más vibración y choques… hasta que llega un punto en que las moléculas necesitan mucho más espacio que el pueden tener si se mantienen en fase líquida, así que comienzan a evaporarse.
Este cambio en la forma física de la sustancia requiere muchísima energía… esa energía provendrá de lo que sea que esté alrededor de la molécula, que le cederá energía y como consecuencia, bajará su temperatura…
En este caso, el efecto que percibimos es que mientras el sudor se evapora, literalmente baja la temperatura de nuestra piel. Por eso evolucionamos para sudar.
Y en el proceso inverso, cuando agua en fase vapor se condensa en agua líquida, el agua entrega energía a lo que sea que tenga alrededor.
Y el tercero, que es más abstracto que los otros: ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia del 100 %.
En todos los casos, hay un desperdicio energético… hay distintos nombres con los cuales tratamos de explicar este desperdicio, a veces le llamamos fricción, a veces desorden molecular, a veces entropía, a veces irreversibilidades de los procesos…
El nombre no es tan importante… el punto es que la energía eléctrica que le metas a una máquina como ésta, no puede ser utilizada al 100% para los fines de nuestro interés, siempre hay energía que simple y sencillamente se desperdicie.
Ahora, cómo esos principios se aplican en nuestro caso..
El aire acondicionado típico tiene dos partes, cada pieza tiene por dentro una serie de tubos delgados por los cuales fluye un refrigerante haciendo un ciclo de ida y vuelta.
En esta parte del equipo, el proceso que se realiza es una evaporación, que igual que cuando sudamos, deriva en que baje la temperatura… solo que en lugar de que baje la temperatura de nuestra piel, aquí baja la temperatura del aire que el equipo libera a la habitación…
Para que esto sea un ciclo, el refrigerante que se evapora aquí, en algún lado va a tener que condensarse, eso sucede acá… son procesos opuestos… en la evaporación se baja la temperatura del aire, obtenemos aire a menor temperatura, en la condensación se entrega energía al aire y aquí sale aire a mayor temperatura que literalmente se libera al medio ambiente afuera de la habitación.
Mientras se repite este ciclo, se aplica el segundo principio que te acabo de contar: evaporación y condensación, extraen y entregan energía térmica en lugares distintos.
Para que efectivamente esta máquina pueda estar funcionando y logrando que el calor fluya, se debe cumplir el principio 1: En la naturaleza todo va de mayor a menor concentración… para poder mover la energía térmica, en cada parte del equipo tiene que haber una diferencia de temperatura.
Al evaporar, se debe lograr que la temperatura obtenida en el aire aquí sea menor a la de la habitación que quiero enfriar para que efectivamente la energía se mueva…o se “extraiga” de la habitación.
Y en el condensador, debo asegurar que la temperatura sea siempre MAYOR a la del medio ambiente, para que efectivamente la energía se mueva de manera continua.
Pon muchas habitaciones haciendo esto en una región específica y encontrarás cierto aumento de temperatura en el ambiente…
Además está el principio 3: no existe máquina térmica perfecta. En todos los casos hay un desperdicio energético por lo que forzosamente tiene que producirse más electricidad que la energía que necesitas sacar de todas esas habitaciones… Aquí es importante recordar que muchos de nuestros procesos de generación de electricidad generan gases de efecto invernadero.
Parte 2: la humedad del aire
Intenta recordar cómo se sentía el calor la última vez que fuiste a la playa en verano.. en un ambiente tan húmedo que tu sudor simplemente no se evaporaba… ¿recuerdas esa sensación de estar permanentemente hecho una sopa con tu sudor?…
Ahora intenta recordar cómo se siente el calor de primavera estando en una ciudad. Sudas pero el sudor se evapora.
En un lugar con mayor humedad, típicamente el calor se siente porque si el ambiente está muy húmedo, tu sudor no se evapora y no te puede refrescar.
Aunque no lo detallo en mi explicación previa, cuando los equipos de aire acondicionado modifican las condiciones del aire en la habitación también cambian la cantidad de agua en el aire, por eso es que estas unidades tienen un pequeño dren de agua. De hecho, si resulta que el aire acondicionado de tu casa u oficina NO está drenando agua, algo está mal. Un equipo ordinario probablemente libera entre 15 y 70 litros de agua condensada al día según la capacidad de la unidad y horas de uso.
En clima muy húmedo no es inusual que las personas compensen bajando la temperatura de su aire acondicionado para lograr tener una sensación más cómoda.
De acuerdo al análisis realizado en este artículo, más de la mitad de las emisiones de los equipos de aire acondicionado proceden de la eliminación de la humedad del aire. Como describe el autor «Controlar la humedad con aparatos de aire acondicionado contribuye más al cambio climático que controlar la temperatura».
Parte 3: el refrigerante
Recordarás que en el video sobre el Dr. Mario Molina platicamos sobre su descubrimiento de que los CFCs estaban destruyendo la capa de ozono, y cómo entender eso ha salvado millones de vidas en el planeta gracias a que los países firmaron un acuerdo comprometiéndose a la prohibición del uso de esos compuestos y su sustitución.
Los refrigerantes actuales que contienen los equipos de aire acondicionado son de hecho, la siguiente generación de los CFC, se les llama HFC o hidrofluorocarbonos. Desafortunadamente, se evitó una catástrofe pero estos HFC contribuyen a otra… ya que los HFC pueden ser de cientos o miles de veces más potentes como gases de efecto invernadero que el dióxido de carbono.
Cuando estos equipos tienen fugas o no son desechados adecuadamente, los HFCs en su interior son liberados al ambiente. Dado su potencial como gas de efecto invernadero, los países han acordado de nueva cuenta prohibir y sustituir su uso, pero distintos países se comprometieron a fechas diferentes para hacerlo.
La sustitución en este caso parece ser un poco más complicada… no hay muchas alternativas de refrigerantes… o son tóxicos o flamables.
Necesitamos un cambio tecnológico, necesitamos equipos que se basen en principios distintos.
-¿Alternativas?
En principio, sería útil que todos nosotros comencemos con cosas que ayudan a que los edificios se calienten menos, desde pintar los techos de colores más claros, implementar azoteas verdes, hasta mejorar las ventanas y aislamientos, No todo el mundo puede hacer todo, pero muchos de nosotros podemos aportar con alguna de esas cosas al menos.
En cuanto al cambio tecnológico, hay investigadores que están probando distintos materiales calóricos. Estos son materiales con la capacidad de cambiar su temperatura cuando se les estira, se les aprieta, se les carga con electricidad o se acercan a imanes potentes. De manera que el ciclo de evaporación-condensación pueda sustituirse por aplicación de presión o un campo magnético y luego su proceso inverso.
El año pasado, el MIT publicó una propuesta de un sistema llamado ICER (insulated cooling with evaporation and radiation) que logra el enfriamiento a partir de una combinación del uso de la radiación solar para evaporar agua (que es el principio 2 otra vez), con dos materiales, un aerogel, que es algo así como una esponja super optimizada, y un hidrogel, que contiene el agua que se va a evaporar.
Una ventaja muy interesante de este sistema es que utiliza como fuente de energía la radiación solar y no electricidad.
Entiendo que la propuesta del MIT ya salió de la fase de laboratorio. El reto ahora es que la industria y el mercado, logren darle el mismo empuje que La Villa del Aire Acondicionado logró para esta otra tecnología.
REFERENCIAS
Air conditioning use emerges as one of the key drivers of global electricity-demand growth – News – IEA. (s. f.). IEA. https://www.iea.org/news/air-conditioning-use-emerges-as-one-of-the-key-drivers-of-global-electricity-demand-growth
Amato, A. (2020, 20 febrero). In hot pursuit of 21st century cooling. Physics. Recuperado 26 de agosto de 2023, de https://physics.aps.org/articles/v13/21
Clean Cooling Collaborative. (2023, 18 julio). The Cooling Challenge | Clean Cooling Collaborative. https://www.cleancoolingcollaborative.org/the-challenge/
Green roofs. (2021, 4 junio). U.S. General Services Administration. Recuperado 26 de agosto de 2023, de https://www.gsa.gov/governmentwide-initiatives/federal-highperformance-green-buildings/resource-library/integrative-strategies/green-roofs
Hall, M. (2016, 17 octubre). Banning the «super» greenhouse gas. dw.com. https://www.dw.com/en/banning-the-super-greenhouse-gas/a-36044849
Harford, B. T. (2017, 4 junio). How air conditioning changed the world. BBC News. https://www.bbc.com/news/business-39735802
Hydrofluorocarbons (HFCs) | Climate & Clean Air Coalition. (s. f.). https://www.ccacoalition.org/short-lived-climate-pollutants/hydrofluorocarbons-hfcs
LH Plc. (2022, 24 febrero). The influence of air conditioning on architectural design. Recuperado 26 de agosto de 2023, de https://lh-plc.co.uk/news/the-influence-of-air-conditioning-on-architectural-design/
Lu, Z., Leroy, A., Zhang, L., Patil, J. J., Wang, E. N., & Grossman, J. C. (2022). Significantly enhanced sub-ambient passive cooling enabled by evaporation, radiation, and insulation. Cell reports physical science, 3(10), 101068. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101068
Osaka, S. (2022, 12 septiembre). Air conditioning has a climate problem. new technology could help. Washington Post. https://www.washingtonpost.com/climate-environment/2022/09/10/air-conditioner-ac-unit-climate-change/
Osaka, S. (2023, 11 junio). How air conditioners will have to change in the future. Washington Post. https://www.washingtonpost.com/climate-environment/2023/06/07/air-conditioners-humid-climate-change/
Passive cooling system could benefit off-grid locations. (2022, 20 septiembre). MIT News | Massachusetts Institute of Technology. https://news.mit.edu/2022/passive-cooling-off-grid-0920
Rudgard, O. (2023, 17 mayo). How much air conditioning will it take to cool the world? Bloomberg.com. https://www.bloomberg.com/news/articles/2023-05-17/how-much-air-conditioning-will-it-take-to-cool-the-world
Sabnis, A., Kale, M. S., Dhanorkar, M., & Kale, S. P. (2020). Quality testing of air conditioner condensate and its potential in water conservation. Journal of Water Resource and Protection, 12(02), 93-101. https://doi.org/10.4236/jwarp.2020.122006
Seale, A. (2023, 8 agosto). Texas alumnus and his alma mater central to air-conditioned homes. UT News. Recuperado 26 de agosto de 2023, de https://news.utexas.edu/2023/08/07/texas-alumnus-and-his-alma-mater-central-to-air-conditioned-homes/
Shah, H. (2019, 24 junio). The unexpected history of the air conditioner. Smithsonian Magazine. https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/unexpected-history-air-conditioner-180972108/
Sisson, P. (2017, 9 mayo). How air conditioning shaped modern architecture—and changed our climate. Curbed. https://archive.curbed.com/2017/5/9/15583550/air-conditioning-architecture-skyscraper-wright-lever-house
The Times Editorial Board & By The Times Editorial Board. (2023, 26 agosto). Editorial: The 2022 heat wave killed 395 Californians. It took nearly a year to find out – Los Angeles Times. Los Angeles Times. https://www.latimes.com/opinion/story/2023-08-25/la-summer-2022-heat-wave-excess-deaths
Understanding global warming potentials | US EPA. (2023, 18 abril). US EPA. https://www.epa.gov/ghgemissions/understanding-global-warming-potentials
Woods, J., James, N., Kozubal, E., Bonnema, E., Brief, K., Voeller, L., & Rivest, J. B. (2022). Humidity’s impact on greenhouse gas emissions from air conditioning. Joule, 6(4), 726-741. https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.013
