Los científicos se han inventado una forma de calcular lo
rápido que evolucionan los hechos, y que se puede aplicar a las reacciones
químicas o a los fenómenos físicos. Algo parecido a conocer la inclinación de
la carretera por la que vamos en bici. Se denomina variación de entropía.
Un proceso será más rápido cuanto más rápido se degrade la
energía, o lo que es lo mismo, cuanto más incremente la entropía.
Cambiando el punto de vista, la forma de hacer que un
fenómeno se acelere es degradando más energía.
En cambio, para optimizar el uso de la energía, lo que nos
interesa es ralentizar los procesos.
(Ver sostenibilidad I, de los ritmos del equilibrio
dinámico)
Ejemplos típicos: los coches consumen más si van más rápido;
los frenos del coche se calientan más si frenamos a fondo. O podemos ir más
rápido en bici por una pendiente más pronunciada.
Esto mismo se puede aplicar a fenómenos algo más complejos,
por ejemplo en el estudio de la calefacción de una vivienda.
En casa nos gusta estar calentitos en invierno, para lo cual
buscamos un equilibrio térmico dinámico: necesitamos introducir tanto calor en
la casa como el que se escapa a través de las ventanas, las paredes, etc.
El calor tiende a ir de los sitios calientes a los fríos, de
manera que siempre que el exterior de la casa esté a menor temperatura que el
interior, estaremos perdiendo calor. Y cuanto más rápido se pierda, mayor
incremento de entropía.
La forma más efectiva de optimizar la energía de calefacción
de la casa es ralentizar las pérdidas de calor, incrementado el aislamiento de
la casa. De esta forma no solo mejoramos el balance de entropía en la pérdida
de calor, sino que además reduciremos el ritmo (la potencia) a la que tiene que
funcionar la calefacción.
Hay un buen ejemplo de este incremento de entropía producido
por las elevadas pérdidas de calor de las viviendas. Los centros de las grandes
ciudades, en invierno, pueden estar 2 ó 3 grados más calientes que su entorno.
Puede resultar cómodo, pero supone un cambio en el medio ambiente.
Pero existe otra forma, complementaria a la anterior.
Supongamos que no podemos modificar el aislamiento de la casa, de manera que
necesitamos, para compensar, introducir suficiente calor para mantener el
equilibrio térmico interior.
Las formas más habituales de introducir ese calor en casa
consisten en transformar otras formas de energía en calor: la energía química
de la leña, o el carbón o el gas natural (quemándolos); o la energía eléctrica
(en radiadores eléctricos). Esto supone utilizar energías de gran calidad para
transformarlas en energía de baja calidad, por lo que se trata de procesos con
un gran incremento de entropía y por lo tanto, poco eficientes.
Voy a explicar esto de la calidad de la energía con un
ejemplo poco científico. Imaginad que queréis llenar un contenedor de basura.
Para ello, ¿se os ocurriría comprar alimentos, cocinarlos y tirarlos
directamente? Es un desperdicio utilizar materias primas útiles para obtener
basura. Sería más rentable buscar algo barato, sencillo y abundante para llenar
el contenedor.
Algo parecido ocurre con la energía. La energía mecánica,
química o eléctrica tiene usos de gran calidad, y recurrir a ellas para
calentar es como usar la comida de El Bulli de munición para el tirachinas.
Desde hace años, los humanos conocemos la manera de forzar
al calor para moverse de sitios fríos a otros calientes. Esto supone mejorar su
calidad (hacerlo un poquito más util), y no sale gratis.
De la misma manera que se puede bombear agua desde el fondo
de un pozo hasta nuestra casa, podemos bombear calor desde un lugar frío a uno
caliente.
¿Qué ocurre en una nevera? Que el calor se extrae del
interior (frío) y se lleva al exterior (normalmente a través de una rejilla
trasera, que está calentita). Lógicamente para eso debemos ‘gastar’ energía
eléctrica, de la misma forma que una bomba de agua gasta energía eléctrica para
subir el agua desde un punto bajo hasta uno más alto.
De la misma forma funciona una máquina de aire
acondicionado, extrayendo el calor del interior y llevándolo al exterior, que
está más caliente.
Este sistema de bombeo de calor es imprescindible cuando
queremos enfriar algo, ya que el frío no se puede generar por sí mismo. Pero es
igualmente posible calentar un objeto o un espacio utilizando el mismo sistema.
La eficiencia de este sistema de bomba de calor (sí, se
llama así), depende de la temperatura inicial y de la temperatura final;
exactamente igual que en una bomba de agua, que consumirá más si tenemos que
elevar el agua a más altura.
Supongamos que queremos que nuestra a casa esté a 20ºC,
mientras en el exterior está cayendo una helada de –5ºC. Una bomba de calor
sería capaz de introducir en casa 1000w de calor gastando únicamente 170w de
potencia eléctrica. El cálculo es un poco complejo pero lo pongo, por si a
alguien le interesa:
(1/0,5)[COP] x 1 - ((273-5)K / (273+20)K) x 1000w = 170w.
Existen en el mercado sistemas de aires acondicionados ‘con
bomba de calor’; el fabricante nos indica que el aparato no sólo permite
extraer calor, sino también introducirlo en la casa.
Pero además de estos sistemas de aire acondicionado, que
llevan calor del aire interior al exterior (y viceversa), existen máquinas para
llevar calor del aire al agua (de los radiadores), o de la tierra al agua
(sistemas geotérmicos), agua-agua (desde un río o lago), etc.
En resumen: Es MUCHO más eficiente mover el calor de una temperatura
a otra que tirar energía útil simplemente para calentar. En casos habituales
podemos llegar incluso a una eficiencia 5 veces mejor.
