Las bombas de calor son una solución ecológica. Podemos usarlas para calentar o enfriar casas de manera eficiente y económica. Utilizan fuentes de energía gratuitas como agua, aire y suelo, y consumen una pequeña cantidad de electricidad para calefacción o refrigeración. Antes de elegir una bomba de calor, puede ser necesario entender cómo funciona. Podemos hacerlo consultando el diagrama de la bomba de calor y su ciclo termodinámico.
Operación de una bomba de calor
El funcionamiento de una bomba de calor se basa en un ciclo termodinámico. En condiciones climáticas frías, la bomba de calor funciona en modo calefacción, extrayendo calor del aire, agua o suelo y proporcionando calefacción, agua caliente, calefacción por suelo radiante, etc., a través del evaporador, compresor, condensador y válvula de expansión.
En condiciones climáticas cálidas, la bomba de calor funciona en modo refrigeración, operando de manera inversa. La bomba de calor extrae calor del aire interior y lo transfiere al aire exterior a través de las funciones del evaporador, compresor, condensador y válvula de expansión, cambiando el refrigerante de líquido a gas y de regreso a líquido, enfriando finalmente la casa.
Los modos de calefacción y refrigeración de la bomba de calor son cíclicos.
En el modo calefacción, todas las bombas de calor pasan por los siguientes pasos y logran la función de calefacción a través de los siguientes componentes:
1.1 Evaporación (Evaporador)
1.2 Compresión (Compresor)
1.3 Condensación (Condensador)
1.4 Expansión (Válvula de Expansión)
A continuación, se desglosan los pasos principales de operación:
1.1 Evaporación (Evaporador)
Primero, comienza la etapa de evaporación, donde el refrigerante líquido en el evaporador absorbe calor del aire ambiente externo. Luego, el refrigerante cambia de líquido a gas a baja temperatura y baja presión.
1.2 Compresión (Compresor)
La etapa de compresión comienza cuando el compresor toma el refrigerante gaseoso a baja temperatura y baja presión. El compresor consume una pequeña cantidad de electricidad para convertir el gas de baja temperatura y baja presión en un gas a alta temperatura y alta presión.
1.3 Condensación (Condensador)
En la etapa de condensación, el refrigerante gaseoso caliente, a alta temperatura y alta presión, pasa a través del condensador de la bomba de calor, transfiriendo su calor al agua en el circuito de calefacción. Luego, se convierte de nuevo en líquido.
1.4 Expansión (Válvula de Expansión)
En la etapa de expansión, el refrigerante líquido pasa a través de la válvula de expansión de la bomba de calor para reducir la presión y la temperatura del refrigerante hasta que se evapore en un vapor húmedo de baja temperatura y baja presión (una mezcla de gas y líquido) y regrese al evaporador.
Luego, el refrigerante reanuda su ciclo termodinámico.
Cabe señalar que la operación de las bombas de calor reversibles es diferente en el modo de refrigeración durante el verano. Estos dispositivos absorben calor del interior y luego lo descargan al exterior para bajar la temperatura de la habitación.
Por favor, consulta el diagrama de la bomba de calor para entender su operación.
Bomba de calor de fuente de aire (ASHP)
Una bomba de calor de fuente de aire (ASHP) tiene un intercambiador de calor con aletas en el exterior del edificio. Un ventilador hace que el aire pase a través de él, y otro intercambiador de calor se utiliza para calentar el aire interior o calentar agua para calefacción a través de radiadores o calefacción por suelo radiante, liberando calor al edificio.
En modo de refrigeración, la ASHP extrae calor del aire interior y lo libera al aire ambiente a través del intercambiador de calor interno.
A continuación se presentan los diagramas de ciclo de calefacción y refrigeración de una ASHP, detallando los diferentes componentes y los procesos del ciclo.
Ciclo de refrigeración ASHP
Ciclo de calefacción ASHP
Una bomba de calor aire-aire absorbe calor del aire exterior y finalmente lo transfiere a la habitación para calefacción mediante una unidad de bobina de ventilador. Por el contrario, absorbe calor de la habitación y lo transfiere al aire exterior para fines de refrigeración. Sin embargo, las bombas de calor aire-aire no cumplen la función de calentar agua. Sería necesario añadir un dispositivo de calentamiento de agua para compensar esa función.
De manera similar a una bomba de calor aire-aire, una bomba de calor aire-agua extrae calor del aire exterior. Luego transfiere este calor al circuito de calefacción hidráulica de la casa, como radiadores, calefacción de agua caliente sanitaria o suministro de agua caliente.
¿Cómo funciona una bomba de calor aire-agua?
Una bomba de calor aire-agua funciona utilizando aire y refrigerante. Específicamente, extrae energía del aire. El refrigerante transfiere la energía a través del ciclo termodinámico de los cuatro componentes principales de la bomba de calor: evaporador, compresor, condensador y válvula de expansión.
Para comprender mejor su funcionamiento, consulte el diagrama esquemático de la bomba de calor aire-agua.
Esquema de la bomba de calor aire-agua
Como se muestra en el diagrama, el aire extraído por la unidad exterior transfiere su calor al refrigerante, que se convierte en gas después de pasar por el evaporador. Luego se envía al compresor, donde el compresor aumenta la presión y la temperatura del refrigerante tras su funcionamiento. El refrigerante completamente calentado transfiere su calor al agua en el circuito de calefacción del condensador. Luego, pierde su calor y vuelve a convertirse en líquido. Finalmente, pasa por la válvula de expansión, reduciendo su presión, y captura calor del aire nuevamente, distribuyendo el calor a través de calefacción geotérmica, radiadores o unidades de bobina de ventilador.
Cabe señalar que en una bomba de calor monobloc, las cuatro etapas del ciclo termodinámico del refrigerante ocurren dentro de un solo compartimiento. En cambio, una bomba de calor dividida incluye una unidad exterior e interior.
Los principios de funcionamiento de las bombas de calor aire-aire y agua-agua son similares. La diferencia entre las bombas de calor aire-aire, agua-agua, tierra-aire y tierra-agua radica en cómo utilizan la energía para calentar el refrigerante y distribuir el calor en el interior.
Una bomba de calor geotérmica (“GSHP”) o bomba de calor de fuente terrestre es un sistema de calefacción/refrigeración para casas que transfiere calor hacia o desde el suelo utilizando una bomba de calor, aprovechando la temperatura relativamente estable de la tierra a lo largo de las estaciones. Las bombas de calor geotérmicas son una de las tecnologías más eficientes en términos energéticos para calefacción, ventilación, aire acondicionado y calentamiento de agua, ya que requieren mucha menos energía en comparación con la quema de combustibles o el uso de calentadores de resistencia.
La eficiencia de las bombas de calor geotérmicas se mide mediante el coeficiente de rendimiento (COP), que generalmente varía de 3 a 6, lo que significa que el equipo proporciona de 3 a 6 julios de calor por cada julio de energía eléctrica consumida.
Las bombas de calor geotérmicas (GSHP) extraen calor del suelo a través de un sensor especial (horizontal, vertical o de aguas subterráneas). La energía capturada calienta un fluido térmico, que, a través del ciclo termodinámico del evaporador, compresor, condensador y válvula de expansión, calienta los pisos interiores o radiadores del edificio.
Las bombas de calor agua-agua pueden extraer calor de lagos, ríos o aguas subterráneas para calentar el refrigerante y luego, basándose en su ciclo termodinámico, usarlo para calentar agua caliente sanitaria residencial o de producción. El sistema involucra un pozo de suministro y un pozo de retorno para lograr las funciones de calefacción/refrigeración. La bomba de calor extrae agua subterránea del pozo de suministro, que luego se devuelve al suelo a través del pozo de retorno.
Comparación de diferentes bombas de calor
En esta sección, compararemos diferentes bombas de calor, explicando sus respectivas ventajas, desventajas y tiempos de vida útil.
En general, las bombas de calor de fuente aérea tienen precios relativamente más bajos y son más fáciles de instalar a corto plazo.
Entre todos los tipos, las bombas de calor de fuente terrestre tienen los costos iniciales más altos. La instalación requiere perforar y excavar una gran área de terreno o zanjas, lo que puede ser perjudicial para el suelo. Sin embargo, a largo plazo, aún pueden generar ahorros.
Las bombas de calor de fuente de agua tienen altos costos de instalación, pero ofrecen un alto retorno de inversión a largo plazo. En comparación con las bombas de calor de fuente terrestre, su instalación es relativamente más fácil y económica. Sin embargo, requieren fuentes de agua cercanas, de alta calidad y suficientes. El agua limpia es preferible, especialmente si se instala un sistema de circuito abierto.
Después de una breve comparación, puede tener una comprensión general de estos tres tipos de bombas de calor. Si tiene alguna pregunta adicional sobre bombas de calor, no dude en contactarnos directamente por correo electrónico.