¿Qué es una Bomba de Calor?
Una bomba de calor es una tecnología que permite transferir calor desde una fuente de temperatura más baja a una de temperatura más alta, ya sea del aire o de un líquido. Se utiliza en aires acondicionados, refrigeradores y sistemas de calefacción, siendo una parte integral de nuestra vida cotidiana.
Aunque la bomba de calor consume electricidad para realizar la transferencia de calor, su eficiencia energética es notable, ya que la energía térmica generada es mayor que la consumida. Además, en comparación con los sistemas de combustión de gas o petróleo, la bomba de calor puede reducir significativamente las emisiones de CO2, lo que la convierte en una tecnología respetuosa con el medio ambiente. Por esta razón, está ganando atención como una opción ecológica y tecnológicamente avanzada.
Usos de las Bombas de Calor
Las bombas de calor solían utilizarse principalmente en frigoríficos y sistemas de aire acondicionado para enfriar cosas. Sin embargo, los avances tecnológicos han ampliado la gama de aplicaciones de las bajas a las altas temperaturas, y ahora se utilizan en diversos campos, como la calefacción y el suministro de agua caliente.
En el hogar, se utiliza en electrodomésticos esenciales para la vida diaria, como frigoríficos, aparatos de aire acondicionado y lavadoras/secadoras, y en equipos de bajo consumo, como ecocuartos y sistemas de calefacción por suelo radiante. También se utilizan en aires acondicionados y calentadores de agua comerciales en instalaciones con muchos usuarios, como oficinas y hospitales, y se espera que reduzcan significativamente los costos de los servicios públicos.
Principios de las Bombas de Calor
La temperatura de un gas se incrementa al ser comprimido y, a su vez, disminuye al expandirse. Las bombas de calor aprovechan esta propiedad para transferir calor. Utilizan refrigerantes, como el freón, que son capaces de transferir calor de manera eficiente al licuarse y vaporizarse repetidamente mediante procesos de compresión y expansión a temperaturas cercanas al ambiente.
La estructura de una bomba de calor consta de varios componentes, entre ellos el compresor, la válvula de expansión y dos intercambiadores de calor conocidos como evaporador y condensador. Estos elementos están conectados mediante tuberías por las cuales circula el refrigerante, que tiene un punto de ebullición bajo.
El refrigerante desempeña un papel fundamental en la transferencia de energía térmica. Los gases CFC son los más utilizados, ya que se evaporan y condensan en función de la presión y temperatura, pasando de estado gaseoso a líquido y viceversa.
Las válvulas de expansión son dispositivos que permiten que el gas CFC de alta temperatura y presión se expanda rápidamente, transformándolo en un gas de baja presión y temperatura.
Los compresores, ya sean centrífugos o alternativos, se encargan de comprimir el gas CFC a alta temperatura y presión.
Los intercambiadores de calor se dividen en dos categorías: evaporadores y condensadores. El evaporador absorbe calor del entorno y transforma el gas CFC en estado gaseoso, mientras que el condensador convierte el gas en líquido y libera calor al ambiente.
El refrigerante absorbe calor en el evaporador, se convierte en gas y es aspirado por el compresor. El gas, comprimido a alta temperatura y presión, se dirige hacia el condensador, donde se condensa en líquido. Luego, a través de la válvula de expansión, se convierte en un líquido de baja temperatura y presión, retornando nuevamente al evaporador. De esta manera, las bombas de calor transfieren calor desde la zona de baja temperatura hacia la zona de alta temperatura, repitiendo este ciclo.
Tipos de Bombas de Calor
Las bombas de calor pueden clasificarse según el principio de transporte de calor en
1. Bombas de Calor que Utilizan la Generación de calor y la Absorción de Calor del Refrigerante
Las bombas de calor de compresión de vapor, las bombas de calor de absorción y las bombas de calor de adsorción utilizan el calor de vaporización y condensación generado al vaporizar el refrigerante. Las bombas de calor que utilizan el calor de vaporización del amoníaco se utilizan principalmente en frigoríficos y congeladores.
2. Bombas de Calor que Utilizan Calor Distinto del del Aire
Bombas de calor que utilizan calor geotérmico, calor de fuentes de agua y calor solar. En todos los casos, la fuente de calor debe estar cerca, pero el calor puede propagarse de forma más eficaz que el calor del aire.
3. Bombas de Calor que Utilizan la Oscilación de la Red
Estas bombas de calor utilizan semiconductores. Al hacer pasar una corriente eléctrica a través de un elemento termoeléctrico, se genera un movimiento reticular en el elemento. Cuando el calor se transfiere mediante este movimiento reticular, es posible un control preciso de la temperatura. Por eso se utilizan principalmente en equipos médicos y de laboratorio que requieren un control preciso de la temperatura. Sin embargo, su alto rendimiento las convierte en bombas de calor caras.
4. Otras Bombas de Calor
Recientemente han empezado a aparecer bombas de calor que utilizan tanto la termoelectricidad como el calor de vaporización. Como puede verse, cada año se desarrollan nuevas tecnologías de bombas de calor que permiten captar y almacenar el calor de forma más eficiente.
Más Información sobre las Bombas de Calor
1. Indicadores de Rendimiento de las Bombas de Calor
El rendimiento de una bomba de calor se expresa como la relación entre la potencia de refrigeración o calefacción (kW) que puede producir y la potencia consumida (kW) y se denomina rendimiento del consumo de energía COP (Coefficient Of Performance). Cuanto mayor sea este valor, más ahorro de energía cabe esperar, y se utiliza como indicador de la capacidad de ahorro de energía de un climatizador, en particular en los climatizadores como COP de refrigeración y COP de calefacción.
Sin embargo, el COP indica la eficiencia del consumo energético en un entorno de temperatura constante, y cuando los acondicionadores de aire se utilizan realmente, el rendimiento varía en función de la temperatura ambiente y exterior. Por lo tanto, el APF (Factor de Rendimiento Anual) es ahora el principal estándar de ahorro de energía, que se define como un indicador de eficiencia energética que sustituye al COP en la Ley de Conservación de la Energía, que fue revisada en septiembre de 2006, y a diferencia del COP, el APF indica la eficiencia de funcionamiento de un aire acondicionado cuando funciona durante un año. El APF se diferencia del COP en que indica la eficiencia operativa del sistema tras un año de funcionamiento. Por lo tanto, se puede decir que el APF muestra una eficiencia operativa más cercana a la operación real.
2. Ventajas y Desventajas de las Bombas de Calor
A continuación se exponen las ventajas y desventajas de las bombas de calor:
Ventajas
- Ahorro de energía
Al recoger el calor del exterior, no es necesario crear calor nuevo, por lo que los equipos electrónicos con bombas de calor tienen una factura de electricidad relativamente baja. - Seguridad
Al no intervenir la combustión en la producción de calor, es más seguro. - Reducción de las Emisiones de Dióxido de Carbono
Al no haber proceso de combustión, las emisiones de dióxido de carbono son relativamente bajas.
Desventajas
- Susceptible al Ambiente Exterior
Las bombas de calor recogen el calor del exterior, lo que significa que son menos eficientes cuando la temperatura exterior es baja.
3. Uso Eficaz de las Bombas de Calor
Las bombas de calor son excelentes para ahorrar energía y costos porque pueden generar potencias de refrigeración y calefacción superiores a su consumo, pero tienen el inconveniente de que se ven fácilmente afectadas por el ambiente exterior. Sin embargo, las bombas de calor pueden extraer grandes cantidades de energía de pequeñas diferencias de temperatura. Se puede esperar un mayor ahorro de energía si se utilizan de forma más eficaz.
En una bomba de Calor, un lado se calienta y el otro se enfría en sentido contrario debido a la transferencia de calor. Normalmente, se utilizaría uno de los dos, pero si se puede construir un sistema que utilice tanto la calefacción como la refrigeración al mismo tiempo, se puede generar un mayor ahorro de energía.
Otra forma eficaz de utilizar las bombas de calor es utilizar el calor subterráneo como fuente de calor. En comparación con el aire exterior, el calor subterráneo tiene menos variaciones de temperatura a lo largo del año, por lo que la temperatura del suelo y de las aguas subterráneas es más fría en verano y más cálida en invierno. De este modo, se puede aprovechar eficazmente el calor subterráneo no utilizado y reducir considerablemente las emisiones de CO2.
Además, la mayor característica de las bombas de calor es que pueden aprovechar al máximo la energía térmica difícil de utilizar tal cual, como el calor residual de las fábricas y las aguas residuales de las fuentes termales.