¿Es un mito que tener botellas con hielo en el congelador mejora el rendimiento?

Me gustaría calificar las respuestas ofrecidas por @Bort y @sammy gerbil según las estimaciones crudas que se dan a continuación.

Considere una nevera con un perfecto aislamiento térmico. Inicialmente se llena de aire a temperatura ambiente,$T_{room}$. Dejar$V_{fridge}$Sea el volumen interior de la nevera. Si todo el aire dentro del refrigerador debe enfriarse a una temperatura promedio$T_{cold}<T_{room}$, entonces debes quitar el calor

$$\begin{align} Q=\rho_{air}V_{fridge}C_{p,air}(T_{room}-T_{cold}) \end{align}$$ Dado que el frigorífico tiene un aislamiento térmico perfecto, no hay pérdidas, y $T_{cold}$puede mantenerse indefinidamente si no abre el refrigerador. Si abres la nevera $n$veces, suponiendo el peor de los casos en el que todo el aire frío dentro del refrigerador se reemplaza por aire ambiental, debe extraer $(n+1)Q$cantidad de calor.

Ahora considere otro refrigerador idéntico, en cuya fracción del volumen del refrigerador, llámelo$\phi$, se sustituye por agua, inicialmente todo a temperatura ambiente. Enfriando hasta$T_{cold}$requiere eliminación de calor,

$$\begin{align} Q'=[\rho_{water}~\phi V_{fridge}C_{p,water}+\rho_{air}(1-\phi)V_{fridge}C_{p,air}](T_{room}-T_{cold}) \end{align}$$ si abres la heladera $n$veces como antes, asumiendo de nuevo que todo el aire del interior es reemplazado por aire de la habitación y al mismo tiempo asumiendo que la temperatura del agua permanece sin cambios e igual a $T_{cold}$siempre, necesitamos quitar calor igual a $Q'+n(1-\phi)Q$.

Entonces, la relación de la cantidad de calor que se eliminará en los dos casos es

$$\begin{align} \alpha\equiv\frac{Q'+n(1-\phi)Q}{(n+1)Q} \end{align}$$ Dejar $n$Sea el número promedio de veces que abre la nevera entre reemplazos de agua dentro de la nevera. Para cualquier dado $\phi$, se obtendrán ahorros si $$\begin{align} \alpha & < 1 \\ \frac{Q'+n(1-\phi)Q}{(n+1)Q} & <1 \\ \frac{Q'}{Q}+n(1-\phi) & <(n+1) \\ \frac{Q'}{Q} & < 1+n\phi \\ n & >\frac{1}{\phi}(\frac{Q'}{Q}-1) \end{align}$$ Desde $\rho_{water}C_{p,water}\gg\rho_{air}C_{p,air}$, Entonces sí $1\geq \phi \gg 0$Debemos tener $\frac{Q'}{Q}\approx\frac{\rho_{water}C_{p,water}}{\rho_{air}C_{p,air}}\gg1$. Por lo tanto, necesitamos $$\begin{align} n>\frac{1}{\phi}\frac{\rho_{water}C_{p,water}}{\rho_{air}C_{p,air}}=\frac{1}{\phi}\frac{10^3\times 4.2\times 10^3}{1.2\times 1.0\times 10^3}\sim \frac{1}{\phi}10^3 \end{align}$$ Por lo tanto, incluso en el mejor de los casos donde $\phi\approx 1$, debe mantener el agua dentro del refrigerador el tiempo suficiente para abrir el refrigerador miles de veces entre reemplazos de agua, para que se produzca cualquier ahorro de energía. Esto sucede porque el costo inicial de enfriar el agua es mucho mayor que el del aire.

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En vista de la excelente Respuesta de Zero, debo señalar que mi Respuesta ignora la cuestión de la eficiencia energética y aborda solo el tema de la estabilidad de la temperatura . Estoy de acuerdo con Zero en que no es probable que esta práctica ahorre energía.

Una forma en que un congelador lleno puede mejorar la eficiencia es reduciendo la frecuencia con la que se enciende el compresor, lo que requiere una gran corriente. Si la temperatura es más estable, llevará más tiempo calentarse hasta la temperatura de "encendido", por lo que habrá menos ciclos del compresor. Pero hay otros factores que pueden superar la importancia de este.

Respuesta original

Gran parte de los alimentos que coloque en el congelador tendrán un alto contenido de agua, por lo que si mantiene el congelador lleno de alimentos, no necesitará botellas de agua. La comida proporciona la "termoinercia" que recomienda su papá y minimiza el espacio para el aire frío que cae y es reemplazado por aire tibio y húmedo a temperatura ambiente cuando abre la puerta del congelador. (Tener un arcón congelador evita que se caiga el aire frío. Lo mismo ocurre con guardar los alimentos en los cajones).

[ Nota : los fabricantes de frigoríficos recomiendan no sobrellenarlos. Dejar espacio para que circule el aire frío ayuda a mantener la temperatura uniforme.]

Pero si no eres capaz de mantener el congelador lleno, es una excelente idea, por la razón que da tu papá. Debe llenar tanto espacio como sea posible de esta manera, tratando de evitar tener que quitar las botellas de agua congeladas, que se descongelarán y tendrán que volver a congelarse más tarde.

Aunque llenar el espacio vacío con bloques de poliestireno (poliestirol) ahorrará energía, evitará el problema de entrada de aire caliente y reducirá la conducción de calor hacia los alimentos congelados, también reducirá la conducción de calor hacia los alimentos que aún no están congelados. Esto aumenta el tiempo que tardan los alimentos en congelarse, lo que aumenta el deterioro porque los alimentos están a una temperatura más alta durante más tiempo. El poliestireno casi no proporcionará "termoinercia".

Otras discusiones útiles:

Consejo experto SE: ¿Mantener un congelador lleno ayuda significativamente a la eficiencia energética?
Escépticos SE: ¿Mantener un refrigerador o congelador lleno mejora su uso de energía?
Física SE: ¿Un refrigerador vacío requiere más energía para mantenerse frío que uno lleno?
The Straight Dope: ¿Un refrigerador enfría más eficientemente cuando está lleno?