Las bombas de calor

Sistemas de climatización: bombas de calor

El equipo denominado bomba de calor para sistemas de climatización funciona mediante el ciclo de frío de Carnot.

Este ciclo trata de aprovechar la energía latente del cambio de fase entre líquido y vapor de compuestos refrigerantes que se caracterizan por tener un punto de ebullición muy bajo ya que pasa de líquido a vapor a temperaturas ambiente.

Bombas de calor por compresión

Las bombas de calor basadas en Carnot también llamado de compresión trabajan en 4 fases:

• Compresor: El refrigerante llega en forma de gas a baja presión. Mediante energía eléctrica el aparato compresor hace que el gas aumente de presión y de temperatura.
• Condensador: El gas a alta temperatura llega a un intercambiador de calor donde el refrigerante se enfría, cediendo calor al exterior. Se licúa pasando de nuevo a estado líquido igualando su temperatura con el exterior y manteniendo la alta presión.
• Expansión: El refrigerante llega a la válvula de expansión. Se pulveriza, pasando a ser mezcla de gas y líquido. A su salida se encuentra líquido y a baja presión.
• Evaporador: Se trata de otro intercambiador de calor. El refrigerante en este caso, absorbe calor del recinto, pasando otra vez a estado de gas.  Esta vez a alta temperatura y baja presión.  El aire o el agua que pasa por el evaporador es el que cede el calor enfriando la temperatura del exterior. Finalmente el fluido a la salida del evaporador se vuelve a introducir en el compresor donde se inicia el ciclo de nuevo.

La evolución del aire acondicionado

Históricamente las bombas de calor han sido las clásicas máquinas de aire acondicionado usadas para frío en múltiples aplicaciones domésticas y terciarias, si bien lo que sucedía es que no eran demasiado eficientes y su consumo eléctrico era relativamente elevado. 

Este ciclo que inicialmente tenía como aplicación la obtención de frío para refrigeración en verano se ha podido revertir tecnológicamente mediante la implementación de válvulas de 4 vías. Así, la parte de frío (evaporador) se transforma en la de calor (condensador) y viceversa.

De este modo, se dispone, de una máquina reversible capaz de generar tanto frío como calor, perfecta para climatización. Además son equipos muy cómodos en su instalación puesto que tan solo requieren su conexión a la instalación eléctrica convencional.

Producción de frío y calor

Actualmente y gracias al desarrollo de la tecnología se han conseguido importantes avances en cuanto a la capacidad de producción de frío / calor con la misma energía eléctrica (el aporte al compresor). De esta forma, la bomba de calor se comporta hoy en día como un equipo de alta eficiencia energética.

Los rendimientos de las bombas de calor (en modo calor se denomina COP Coefficient of Performance y en refrigeración EER Energy Efficience Ratio) son siempre superiores al 100%. Esto es debido a que la bomba de calor no rentabiliza la electricidad suministrada para su funcionamiento sino que simplemente moviliza energía interna latente contenida en el refrigerante aprovechando su cambios de fase de líquido a vapor (y viceversa).

Por tanto el rendimiento de este tipo de equipos se calcula como la cantidad de energía útil obtenida a partir del trabajo del compresor que funciona con electricidad. De ahí que puedan ser muy altos, llegando en la actualidad hasta valores del 600% siendo lo más habitual valores comprendidos entre el 300-400%. En algunos casos se puede justificar incluso como energía renovable (geotermia, hidrotermia, aerotermia) gracias al gran rendimiento obtenido superior a las pérdidas de la obtención del mix eléctrico.

Problemas de las bombas de calor

En su contra, las bombas de calor tienen el handicap de que su comportamiento varía en función del las condiciones de temperatura del foco frío y del foco caliente. Trabajan peor (tienen menos rendimiento) cuanto más extremas sean las condiciones exteriores. Por ejemplo, si utilizamos la bomba de calor para calefacción esta conseguirá un peor rendimiento siempre que tengamos condiciones más frías en el exterior (baja mucho si las condiciones exteriores son inferiores a -5ºC). Y lo mismo ocurre en modo de refrigeración (en este caso a más de 40ºC).

Esto es debido a que el salto térmico en el intercambiador de calor (ya sea el condensador, ya sea el evaporador) se hace más pequeña con temperaturas extremas y por tanto, el dispositivo tiene menos capacidad para disipar o absorber calor.

Sin embrago, la bomba de calor es muy eficiente y con rendimientos cercanos a los nominales en climas templados (en España,  mediterráneo o cerca de la costa), pero no es tan ideal para climas extremos (clima continental, países nórdicos…). 

Cualquier duda consulta con los expertos de Certicalia, y ellos te ayudarán a elegir los sistemas que instalar en casa.