Bomba de calorEste artículo o sección sobre tecnología necesita ser wikificado con un formato adecuado a las convenciones de estilo de Wikipedia.Por favor, edítalo para cumplir con ellas. No elimines este aviso hasta que lo hayas hecho. ¡Colabora wikificando!

Diagrama del ciclo de una bomba térmica simple: 1) condensador, 2) válvula de

expansión, 3) evaporador, 4) compresor.

Una bomba de calor es una máquina que permite transferir o "bombear"

calor de un medio frío (que, por lo tanto, se enfría aún más) hacia un medio

más caliente, es decir a mayor temperatura (y que, por tanto, se calienta

aún más). Para lograr esta acción es necesario un aporte de energía dado

que, por la segunda ley de la termodinámica, de manera espontánea el

calor se dirige de un foco a más temperatura a otro a menos temperatura,

hasta que éstas se igualan. Se utilizan diversos fenómenos físicos para

crear bombas térmicas. Los más comunes son la compresión de gas, el

cambio de fase gas/líquido y el efecto termo-peltier.

Los frigoríficos son los dispositivos domésticos más comunes que hacen

uso de la bomba térmica. Se pueden encontrar frigoríficos que hacen uso de

los tres tipos de bomba térmica. Hay también sistemas de calefacción que

se sirven de las bombas térmicas. Las bombas térmicas de compresión de

gas que utilizan el ciclo Stirling se usan habitualmente para licuar el aire y

producir nitrógeno, oxígeno, argón y otros gases líquidos con propósitos

industriales.

Una máquina de Carnot, por ejemplo, es una máquina de vapor que realiza

un trabajo a partir del calor proporcionado por una fuente de energía. La

segunda ley de la termodinámica explica porqué ello es bastante difícil, con

importantes restricciones en la eficiencia de dichos procesos. Sólo una parte

del calor disponible del combustible que se quema puede ser transformado

en trabajo útil; el resto debe ser depositado en una reserva fría. Cuando

actúa como bomba de calor, el producto que se desea obtener es,

lógicamente, calor. No existe restricción para transformar el trabajo de la

energía eléctrica en calor. Esto significa que en un calentador eléctrico de

100 vatios producirá 100 julios de calor por segundo.

Una bomba de calor de cambio de fase emplea un líquido con un bajo punto

de ebullición, unas veces freón (CFC), otras amoníaco líquido, u

ocasionalmente los menos corrosivos propano o butano. Este líquido

requiere energía (denominada calor latente) para evaporarse, y extrae esa

energía de su alrededor en forma de calor (de la misma manera que el

sudor refresca el cuerpo). Cuando el vapor se condensa de nuevo, libera

energía, de nuevo en forma de calor. En primer lugar, la presión del líquido

se baja mediante una válvula de expansión en el lado que se va a enfriar,

forzándolo a que se evapore y a que extraiga calor de su alrededor. El gas

es entonces bombeado al otro lado (el compresor) donde se comprime a

líquido, haciendo que suelte su calor. El resultado que se produce es que al

final de la bomba, donde se deposita el calor, se obtiene el calor que ha sido

bombeado de un lado hacia otro más la cantidad de calor correspondiente a

la energía eléctrica que se ha utilizado para que la máquina se mueva (100

julios por segundo).

La cantidad de calor que se puede bombear depende de la diferencia de

temperatura entre el lugar desde el que se bombea, fuente fría (exterior) y

aquel donde se lo deposita, fuente caliente (interior). Cuanto mayor sea la

diferencia entre la temperatura de la fuente fría y la de la fuente caliente,

menor será el rendimiento (CEE o COP) de la máquina. Si el bombeo se

basa en el principio de cambio de fase, cuando haga un tiempo muy frío la

máquina parará de trabajar cuando la parte exterior, el condensador, se

enfríe. En estas condiciones, un simple calentador eléctrico funciona mejor,

a menos que la bomba de calor de cambio de fase sea reemplazada por

algo más adecuado, como un dispositivo de compresión de gas.

Las bombas térmicas tienen un rendimiento que, desde el punto de vista

práctico, es la relación entre la energía (térmica) producida y la energía

absorbida (generalemnte eléctrica), debiendo ser siempre mayor que la

unidad, puesto que con un aparato mucho más sencillo, una resistencia

eléctrica, se consigue un rendimiento muy próximo a la unidad; pero decir

que tienen un rendimiento superior a la unidad es un poco engañoso,

puesto que la energía térmica que "produce" es la suma de la que genera el

motor (en forma de calor) y la energía térmica obtenida del exterior (fuente

fría) aunque esta energía es gratuita. El término coefficient of performance o

COP (en castellano, coeficiente de eficiencia energética, CEE o coeficiente

de rendimiento, CoDeRe) se utiliza para describir la relación entre la

producción de calor y el consumo de energía que es necesario pagar. Una

bomba de calor típica tiene un COP de entre dos y seis (dependiendo de la

diferencia entre las temperaturas de ambas fuentes), mientras que un

calentador eléctrico de resistencia (por efecto Joule) tiene un COP de sólo

uno. Otra ventaja de las bombas térmicas es que no sólo se pueden utilizar

como bombas de calor, sino que pueden funcionar de forma inversa para

producir frío (pueden actuar también como bombas frigoríficas). Esto las

hace un componente útil de los sistemas de aire acondicionado.

Rendimiento [editar]

Supongamos un equipo climatizador de ventana que en la parte interior dé

frío y la de la calle calor, es decir, tomamos calor del interior y lo

expulsamos al exterior.

Si invertimos el proceso de compresión y expansión, nos dará calor en el

interior tomado del calor total o Entalpía del aire exterior. De este modo

conseguimos un rudimentario equipo de Ciclo Bomba de Calor.

En la práctica no es necesario invertir físicamente el equipo para lograr que

unas veces trabaje en frío y otras en calor, ya que estos equipos van

dotados de una válvula de 4 vias que nos permite cambiar, de forma

mecánica, el sentido de circulación del freón o gas ligero. De forma que

donde antes nos daba calor, ahora nos dará frío.

"Un equipo de Ciclo Reversible o Bomba de Calor, toma de la Red eléctrica

1 kW y produce entre 2,6 kW y 3 kW".

El enunciado anterior supone una aparente contradicción con uno de los

principios más sólidos de la termodinámica, como el de que se establece

que la energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma, y

siempre el contenido de energía permanece constante.

Los kW que faltan para dar 2,6 kW o 3 kW, se toman de la entalpía que hay

en el aire exterior. Debemos tener en cuenta que el frío es una sensación

humana, no existe; el frío es la ausencia de calor, el cual existe hasta llegar

a los 0 K (-273,15 ºC)

Esta particularidad hace especialmente atractiva la bomba de calor como

elemento de calefacción, ya que a diferencia de cualquier otra máquina, que

trabaja con rendimiento inferior al 100%, la bomba de calor "produce" más

energía de la que consume convirtiéndola en uno de los métodos más

rápidos y económicos ya que no produce sino que lo traslada, hasta

alcanzar una reducción de 66,5% del coste de energía con respecto al

sistema eléctrico.

Termodinámica(Redirigido desde Termodinamica)

La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa "calor" 1 y

δύναμις, dinámico, que significa "fuerza" 2 ) es una rama de la física que

estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de

los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor

significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo

que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y

cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se

desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras

máquinas de vapor.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones

termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la

energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o

trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía,

que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se

estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a

definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema

termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí

mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para

expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para

determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos

espontáneos.

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas

responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia

variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones

de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros

negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para otros

campos de la física y la química, ingeniería química, ingeniería

aeroespacial, ingeniería mecánica, biología celular, ingeniería biomédica, y

la ciencia de materiales por nombrar algunos.

Trabajo (física)

Tabla de contenidos

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1 Leyes de la termodinámica

1.1 Primera ley de la termodinámica

1.2 Segunda ley de la termodinámica

1.2.1 Enunciado de Clausius

1.2.2 Enunciado de Kelvin

1.2.3 Otra interpretación

1.3 Tercera ley de la termodinámica

1.4 Ley cero de la termodinámica

2 Termometría

2.1 Demostración de la existencia de la temperatura empírica de un sistema en base a la ley

cero

2.2 Propiedades termométricas

2.3 Escalas de temperatura

2.3.1 Escala Celsius

2.3.2 Escala Kelvin o absoluta

2.3.3 Escala Fahrenheit

3 Sistema y ambiente

3.1 Sistema

3.2 Medio externo

4 Equilibrio térmico

4.1 Variables termodinámicas

4.2 Estado de un sistema

4.3 Equilibrio térmico

4.4 Foco térmico

4.5 Contacto térmico

5 Procesos termodinámicos

6 Rendimiento termodinámico o eficiencia

6.1 Teorema de Carnot

7 Dilatación térmica

7.1 Dilatación lineal

7.2 Dilatación superficial

7.3 Dilatación volumétrica

8 Diagramas termodinámicos

9 Referencias

10 Véase también

11 Enlaces externos

Leyes de la termodinámica

Primera ley de la termodinámicaArtículo principal: Primera ley de la termodinámica

También conocido como principio de conservación de la energía para la

termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien

éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía

necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias

entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Eentra − Esale = ΔEsistema

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos

termodinámico, queda de la forma:

Segunda ley de la termodinámicaArtículo principal: Segunda ley de la termodinámica

Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos

termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido

contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua

pueda volver a concentrase en un pequeño volumen). También establece,

en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la

energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley

impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente

pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta

ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física

llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia

materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe

ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre

es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de

temperatura más baja.

Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio,

destacándose el de Clausius y el de Kelvin.

Enunciado de Clausius

Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen.

En palabras de Sears es: " No es posible ningún proceso cuyo único

resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta

temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente

a temperatura más elevada".

Enunciado de Kelvin

No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una

única fuente y lo convierta íntegramente en trabajo.

Otra interpretación

Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en

trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto

podemos concluir que el rendimiento energético de una máquina térmica

cíclica que convierte calor en trabajo siempre será menor a la unidad y ésta

estará más próxima a la unidad cuanto mayor sea el rendimiento energético

de la misma. Es decir, mientras mayor sea el rendimiento energético de una

máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.

Tercera ley de la termodinámicaArtículo principal: Tercera ley de la termodinámica

La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst,

afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto

mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también

como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su

entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos

cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero

absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es

probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.

Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son

sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas

macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell

ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes

de la Termodinámica.

Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la

energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza

descubiertas hasta ahora por la ciencia.

Ley cero de la termodinámica

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del

mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del

sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización,

tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del

tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les

conoce como coordenadas termodinámicas del sistema.

A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y

B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico

con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio

termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente

aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse

enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

Termometría

La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o

sistemas. Para este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que

se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del

calor; así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en

la dilatación, los termopares que deben su funcinamiento al cambio de la

conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la

intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.

Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio cero de la

Termodinámica que dice: "Si un sistema A que está en equilibrio térmico

con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C,

entonces los tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí".

Demostración de la existencia de la temperatura empírica de un sistema en base a la ley cero

Para dos sistemas en equilibrio termodinámico representados por sus

respectivas coordenadas termodinámicas (X1,Y1) y (X2,Y2) tenemos que

dichas coordenadas no son función del tiempo, por lo tanto es posible hallar

una función que relacionem dichas coordenadas, es decir:

f(X1,x2,Y1,Y2) = 0

Sean tres sistemas hidrostáticos, A,B,C, representados por sus respectivas

termodinámicas: (Pa,Va), (Pb,Vb),(Pc,Vc). Si A y C están en equilibrio debe

existir una función tal que:

f1(Pa,Pc,Va,Vc) = 0

Es decir:

Pc = g1(Pa,Va,Vc) = 0

Donde las funciones f1 y g1 dependen de la naturaleza de los fluidos.

Análogamente, para el equilibrio de los fluidos B y C:

f2(Pb,Pc,Vb,Vc) = 0

Es decir:

Pc = g2(Pb,Vb,Vc) = 0

Con las mismas considerciones que las funciones f2 y g2 dependen de la

naturaleza de los fluidos.

La condición dada por la ley cero de la termodinámica de que el equilibrio

térmico de A con C y de B con C implica asimismo el quilibrio de A y B

puede expresarse matemáticamente como:

g1(Pa,Va,Vc) = g2(Pb,Vb,Vc)

Lo nos conduce a la siguiente expresión:

f3(Pa,Pb,Va,Vb) = 0

Entonces, llegamos a la conclusión de que las funciones g1 y g2 deben ser

de naturaleza tal que se permita la eliminación de la variable termodinámica

comón Vc. Una posibilidad, que puede demostrarse única, es:

g1 = m1(Pa,Va)n(Vc) + k(Vc)

Asimismo:

g2 = m2(Pb,Vb)n(Vc) + k(Vc)

Una vez canceladas todas las partes que contienen a Vc podemos escribir:

m1(Pa,Va) = m2(Pb,Vb)

Mediante una simple repetición del argumento, tenemos que:

m1(Pa,Va) = m2(Pb,Vb) = m3(Pc,Vc)

Y así sucesivamente para cualquier número de sistemas en equilibrio

termodinámico.

Henos demostrado que para todos los sistemas que se hallen en equilibrio

termodinámico entre si, existen sendas funciones cuyos valores numéricos

son iguales para cada uno de dichos sistemas en equlibrio. Este valor

numérico puede ser representado con la letra griega θ y será definido como

la temperatura empírica de los sistemas en equilibrio termodinámico.

Así, tenemos que todo equilibrio termodinámico entre dos sistemas es

equivalente a un equilibrio térmico de los mismos, es decir, a una igualdad

de temperaturas empíricas de estos.

Propiedades termométricas

Una propiedad termométrica de una sustancia es aquella que varía en el

mismo sentido que la temperatura, es decir, si la temperatura aumenta su

valor, la propiedad también lo hará, y viceversa.

Escalas de temperatura

Lo que se necesita para construir un termómetro son puntos fijos, es decir,

procesos en los cuales la temperatura permanece constante. Ejemplos de

procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.

Los puntos generalmente utilizados son el proceso de ebullición y de

solidificación de alguna sustancia, durante los cuales la temperatura

permanece constante.

Existen varias escalas para medir temperaturas, las más importantes son la

escala Celsius, la escala Kelvin y la escala Fahrenheit.

Escala Celsius

Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de

solidificación del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0

respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0°.

Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por [°C]. El grado

Celsius, representado como °C, es la unidad creada por Anders Celsius

para su escala de temperatura. Se tomó como base para el Kelvin y es la

unidad de temperatura más utilizada internacionalmente. A partir de su

creación en 1750 fue denominado grado centígrado (se escribía °c, en

minúscula). Pero en 1948 se decidió el cambio en la denominación oficial

para evitar confusiones con la unidad de ángulo también denominada grado

centígrado (grado geométrico), aunque la denominación previa se sigue

empleando extensamente en el uso coloquial. Hasta 1954 se definió

asignando el valor 0 a la temperatura de congelación del agua, el valor 100

a la de temperatura de ebullición —ambas medidas a una atmósfera de

presión— y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una

de ellas definida como 1 grado. Estos valores de referencia son muy

aproximados pero no correctos por lo que, a partir de 1954, se define

asignando el valor 0,01 °C a la temperatura del punto triple del agua y

definiendo 1 °C como la fracción 1/273,16 de la diferencia con el cero

absoluto. Conversión de unidades [editar] La magnitud de un grado Celsius

(1 °C) es equivalente a la magnitud de un Kelvin (1 K), puesto que esta

unidad se define como igual a la primera. Sin embargo, las escalas son

diferentes porque la escala Kelvin toma como valor 0 el cero absoluto. Dado

que al cero absoluto corresponde un valor de -273,15 °C, la temperatura

expresada en °C y K difiere en 273,15 unidades: • La conversión de grados

Celsius a grados Fahrenheit se obtiene multiplicando la temperatura en

Celsius por 1,8 (9/5) y sumando 32: • Para convertir Fahrenheit a Celsius: •

Escala Kelvin o absoluta

En este caso, la escala fue establecida en base a la escala Celsius, donde

el valor de 0° corresponde al cero absoluto, temperatura en la cual las

moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible.

Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. En

escala Celsius esta temperatura corresponde a -273°C. Esta unidad de

medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta unidad se llama también

Escala Absoluta y es también la unidad adoptada por el Sistema

Internacional de Unidades.

Dado que 0[K] corresponden a -273[°C], se puede hallar una fórmula de

conversión, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:

T = tc + 273°

donde la letra T representa la temperatura en Kelvin y la letra tc

representa la temperatura en grados Celsius.

Escala Fahrenheit

En esta escala también se utilizaron puntos fijos para construirla, pero

en este caso fueron los puntos de solidificación y de ebullición del

cloruro amónico en agua. Estos puntos se marcaron con los valores de

0 y 100 respectivamente. La unidad de esta escala se llama grado

Fahrenheit y se denota por [°F]. Dado que en escala Celsius, los

valores de 0[°C] y 100[°C] corresponden respectivamente a 32[°F] y

212[°F] respectivamente, la fórmula de conversión de grados Celsius a

Fahrenheit es:

tf = tc + 32°

aquí el símbolo tf representa la temperatura en grados Fahrenheit y

el símbolo tc representa la temperatura en grados Celsius.

Sistema y ambiente

En el estudio de la Termodinámica la atención está dirigida al

interior de un sistema, aunque se adopte un punto de vista

macroscópico, sólo se consideran aquellas magnitudes de este tipo

que tienen relación con el estado interno del sistema. Para poder

entender las magnitudes involucradas en este tema, se hace

necesario definir los conceptos de sistema y estado de un

sistema.

Sistema

Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que

está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o

imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se

trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay

intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la

naturaleza, encontrar un sistema extrictamente aislado es, por lo

que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un

sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de

abierto. Ponemos unos ejemplos:

Un sistema abierto: es por ejemplo, un coche. Le echamos

combustible y él desprende diferentes gases y calor.

Un sistema cerrado: un reloj de cuerda,no introducimos ni

sacamos materia de él. Solo precisa un aporte de energía que

emplea para medir el tiempo.

Un sistema aislado:¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar

con él?. Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una

aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de

materia e intenta impedir que la energía (calor)salga de él.

Medio externo

Se llama medio externo o ambiente a todo aquello que no

está en el sistema pero que puede influir en él. Por ejemplo,

consideremos una taza con agua, que está siendo calentada

por un mechero. Consideremos un sistema formado por la taza

y el agua, entonces el medio está formado por el mechero, el

aire, etc.

Equilibrio térmico

Toda sustancia por encima de los 0º Kelvin (-273.15º

Centígrados)emite calor. Si 2 sustancias en contacto se

encuentran a diferente temperatura, una de ellas emitirá más

calor y calentará a la más fría. El equilibrio térmico se alcanza

cuando ambas emiten, y reciben la misma cantidad de calor, lo

que iguala su temperatura.

Nota: estrictamente sería la misma cantidad de calor por gramo,

ya que una mayor cantidad de sustancia emite más calor a la

misma temperatura.

Variables termodinámicas

Las variables que tienen relación con el estado interno de

un sistema, se llaman variables termodinámicas o

coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más

importantes en el estudio de la termodinámica son:

la masa

el volumen

la densidad

la presión

la temperatura

Estado de un sistema

Un sistema que puede describirse en función de

coordenadas termodinámicas se llama sistema

termodinámico y la situación en la que se encuentra

definido por dichas coordenadas se llama estado del

sistema.

Equilibrio térmico

Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas

independientes X e Y permanecen constantes

mientras no se modifican las condiciones externas se

dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos

sistemas se encuentran en equilibrio térmico se dice

que tienen la misma temperatura. Entonces se puede

definir la temperatura como una propiedad que permite

determinar si un sistema se encuentra o no en

equilibrio térmico con otro sistema.

El equilibrio térmico se presenta cuando dos cuerpos

con temperaturas diferentes se ponen en contacto, y el

que tiene mayor temperatura cede calor al que tiene

mas baja, hasta que ambos alcanzan la misma

temperatura.

Algunas definiciones útiles en termodinámica son las

siguientes.

Foco térmico

Un foco térmico es un sistema que puede entregar y/o

recibir calor, pero sin cambiar su temperatura.

Contacto térmico

Se dice que dos sistema están en contacto térmico

cuando puede haber transferencia de calor de un

sistema a otro.

Procesos termodinámicos

Artículo principal: Proceso termodinámico

Se dice que un sistema pasa por un proceso

termodinámico, o transformación termodinámica,

cuando al menos una de las coordenadas

termodinámicas no cambia. Los procesos más

importantes son:

Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura

no cambia.

Procesos Isobáricos: son procesos en los cuales la presión no

varía.

Procesos Isócoros: son procesos en los que el volumen

permanece constante.

Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay

transferencia de calor alguna.

Por ejemplo, dentro de un termo donde se echan

agua caliente y cubos de hielo, ocurre un proceso

adiabático, ya que el agua caliente se empezará a

enfriar debido al hielo, y al mismo tiempo el hielo

se empezará a derretir hasta que ambos estén en

equilibrio térmico, sin embargo no hubo

transferencia de calor del exterior del termo al

interior por lo que se trata de un proceso

adiabático.

Rendimiento termodinámico o eficiencia

Artículo principal: Rendimiento térmico

Un concepto importante en la ingeniería térmica

es el de rendimiento. El rendimiento de una

máquina térmica se define como:

donde, dependiendo del tipo de máquina térmica,

estas energías serán el calor o el trabajo que se

transfieran en determinados subsistemas de la

máquina.

Teorema de Carnot

Artículo principal: Ciclo de Carnot

Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824 demostró

que el rendimiento de alguna máquina térmica

que tuviese la máxima eficiencia posible (a las

que en la actualidad se denotan con su nombre) y

que operase entre dos termostatos (focos con

temperatura constante), dependería sólo de las

temperaturas de dichos focos. Por ejemplo, el

rendimiento para un motor térmico de Carnot

viene dado por:

donde Tc y Th son las temperaturas del termostato

frío y del termostato caliente, respectivamente,

medidas en Kelvin.

Este rendimiento máximo es el correspondiente al

de una máquina térmica reversible, la cual es sólo

una idealización, por lo que cualquier máquina

térmica construida tendrá un rendimiento menor

que el de una máquina reversible operando entre

los mismos focos.

Dilatación térmica

Artículo principal: Dilatación térmica

La dilatación térmica corresponde al efecto de que

las sustancias se "agrandan" al aumentar la

temperatura. En objetos sólidos, la dilatación

térmica produce un cambio en las dimensiones

lineales de un cuerpo, mientras que en el caso de

líquidos y gases, que no tienen forma

permanente, la dilatación térmica se manifiesta en

un cambio en su volumen.

Dilatación lineal

Consideremos primero la dilatación térmica de un

objeto sólido, cuyas dimensiones lineales se

pueden representar por l0 , y que se dilata en una

cantidad ΔL. Experimentalmente se ha encontrado

que para casi todas las sustancias y dentro de los

límites de variación normales de la temperatura, la

dilatación lineal ΔL es directamente proporcional

al tamaño inicial l0 y al cambio en la temperatura

Δt, es decir:

= = .

donde se llama coeficiente de dilatación

lineal, cuya unidad es el recíproco del grado,

es decir [°C]-1.

Dilatación superficial

Es el mismo concepto que el de dilatación

lineal salvo que se aplica a cuerpos a los que

es aceptable y preferible considerarl como

regiones planas; por ejemplo, una plancha

metálica. Al serle transmitida cierta cantidad

de calor la supeperficie del objeto sufrirá un

incremento de área: ΔA.

= = .

donde γ se llama coeficiente de

dilatación superficial.

Dilatación volumétrica

La dilatación térmica de un líquido o un

gas se observa como un cambio de

volumen ΔV en una cantidad de sustancia

de volumen V0, relacionado con un

cambio de temperatura Δt. En este caso,

la variación de volumen ΔV es

directamente proporcional al volumen

inicial V0 y al cambio de temperatura Δt,

para la mayor parte de las sustancias y

dentro de los límites de variación

normalmente accesibles de la

temperatura, es decir:

= = .

donde β se llama coeficiente de

dilatación volumétrica, medida en

la misma unidad que el coeficiente de

dilatación lineal.

Se puede demostrar fácilmente

usando el álgebra que:

Análogamente se puede obtener

el coeficiente de dilatación

superficial γ dado por:

Diagramas termodinámicos

Diagrama PVT

Diagrama de fase

Referencias

1. ↑ Según la RAE

2. ↑ Según la RAE

Véase también

Calor y Temperatura

(Continuación del estudio

de la Termodinámica.)

Criterio de signos

termodinámico

Entropía

Neguentropía

Exergía

Entalpía

Caos

Sistémica

Energía

Economía ecológica

Refrigeración por absorciónEl sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío

que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha

que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a

gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante

un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la

capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de

absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad

es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como

absorbida (soluto) amoniaco.

Más en detalle, en el ciclo agua-bromuro de litio, el agua (refrigerante), en

un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor,

llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, que refrigerará

ambientes o cámaras. Acto seguido el vapor es absorbido por el bromuro de

litio (absorbente) en el absorbedor, produciendo una solución concentrada.

Esta solución pasa al calentador, donde se separan disolvente y soluto por

medio de calor procedente de una fuente externa; el agua vuelve al

evaporador, y el bromuro al absorbedor para reiniciar el ciclo. Como los

sistemas de compresión, el sistema requiere una torre de enfriamiento para

disipar el calor sobrante.

Ventajas e inconvenientes [editar]

El rendimiento, medido por el COP (coefficient of performance, en la

normativa española, por el CoDeRE, Coeficiente De Rendimiento

Energético), es menor que en el método por compresión (entre 0,8 y 1,2

frente a 3 y 5,5 ), sin embargo en algunos casos compensa, cuando la

energía proviene de una fuente calorífica más económica, incluso residual o

un subproducto destinado a desecharse.

Un ejemplo de esta situación podría ser una instalación de aire

acondicionado solar: si se utilizasen placas fotovoltaicas solo se podría

utilizar un 15-20% de electricidad en comparación con unos paneles solares

térmicos que podrían aprovechar hasta el 90% de la energía solar recibida,

y a un precio de instalación mucho más reducido.

El conjunto completo paneles solares-absorción tendría un COP de entre

0,72 y 1,08 y el de compresión entre 0,54 (18% paneles y COP de 3, muy

habitual) y 1,1 (20% paneles y COP de 5,5)

También hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza

normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente

lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria

utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento

(0,8 frente a 1,37).

Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído

de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede reutilizarse.

Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a

pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones

pueden reducirse.

Los aparatos generadores por absorción son más voluminosos y requieren

inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería

muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes

excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).

Caldera (máquina)

Calderas de gasóleo.

Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado

para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una

transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente

en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el

calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía

utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las

cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión,

por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de

muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de

agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para

aplicaciones como:

Esterilización(Tindarización), es común encontrar calderas en los

hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos

médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera

vapor para esterilizar los cubiertos.

Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a

los petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

Generar electricidad a través de de un ciclo Rankine. Las calderas son

parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su

diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

Tabla de contenidos

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1 Tipos de caldera

2 Elementos, términos y componentes de una caldera

3 Véase también

4 Enlaces externos

Tipos de caldera [editar]

Acuotubulares: son aquellas en las que el fluido de trabajo se desplaza

a través de tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en

las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su

salida, y gran capacidad de generación.

Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en

un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y

gases producto de un proceso de combustión.

Elementos, términos y componentes de una caldera [editar]

Agua de alimentación: Es el agua de entrada que alimenta el sistema,

generalmente agua de pozo o agua de red.

Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque

condensador y que representa la calidad del vapor.

Vapor seco: Vapor de óptimas condiciones.

Vapor húmedo: Vapor con arrastre de espuma proveniente de una agua

de alcalinidad elevada.

Condensador: Sistema que permite condensar el vapor.

Estanque de acumulación: Es el estanque de acumulación y distribución

de vapor.

Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la

caldera.

Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de

agua de la caldera.

Fogón: Alma de combustión del sistema.

Combustible: Comburente que se transforma en energía calórica que

permite la vaporización.

Agua de calderas: Agua de circuito interior de la caldera cuyas

características dependen de los ciclos y del agua de entrada.

Ciclos de concentración: Número de veces que se concentra el agua de

caldera respecto del agua de alimentación.

Alcalinidad: Nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere

una concentración de iones carbonatos e hidróxilos que determina el

valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5

a 11.5.

Desoxigenación: Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de

calderas.

Incrustación: Sedimentación de sólidos con formación de núcleos

cirtalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que

merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

Dispersante: Sistema químico que mantiene los sólidos

descohesionados ante un evento de incrustación.

Antiincrustante: Sistema químico que permite permanecer a los sólidos

incrustantes en solución.

Anticorrosivo: Sistema químico que brinda protección por formación de

films protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

Corrosión: Véase Corrosión

Indice de vapor/combustible: Indice de eficiencia de producción de vapor

de la caldera.

BOMBA DE CALOR

TIPOS Y FUNCIONAMIENTO

El sistema de bomba de calor puede transmitir el calor del entorno hacia las dependencias que se pretenden calefactar. El calor generado puede utilizarse para calefacción y agua caliente sanitaria.

El principio de funcionamiento es el mismo que usa un aparato frigorífico. Un refrigerador consigue enfriar un recinto ya que quita energía del aire interior, a baja temperatura, y la cede al aire exterior, a mayor temperatura, calentándolo.

Si invertimos el funcionamiento de un refrigerador, enfriando el aire exterior y calentando el interior, obtenemos una bomba de calor. Por esta razón la mayoría de estos aparatos son reversibles y permiten refrigerar en verano y calefactar en invierno.

La bomba de calor se suele clasificar según el medio de origen y destino de la energía de tal forma que se denomina mediante dos palabras. La primera corresponde al medio que absorbe calor (foco frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente). A continuación de describen algunos de estos tipos.

BOMBA DE CALOR AIRE-AIRE: Son las más utilizadas, principalmente en climatización.

Esfuerzos y características técnicas

BOMBA DE CALOR AIRE-AGUA: Se utilizan para producir agua fría para refrigeración o agua caliente para calefacción y agua sanitaria.

BOMBA DE CALOR AGUA-AGUA: Permiten aprovechar la energía contenida en el agua de los ríos, mares, aguas residuales, etc.

BOMBA DE CALOR AIRE-AIRE

En este sistema, tanto la calefacción como la refrigeración del espacio acondicionado se consiguen mediante la inversión del flujo del fluido frigorífico (refrigerante con el que se carga el sistema de refrigeración) entre las baterías o intercambiadores denominados clásicamente evaporador y condensador. La inversión de este flujo se consigue mediante una válvula de 4 vías accionada mediante un termostato situado en el ambiente acondicionado.Las baterías intercambiadoras dejan de denominarse evaporador y condensador, debido a que actúan tanto una como la otra efectuando la doble función de evaporador y condensador, dependiendo de que el equipo esté trabajando en ciclo de calor o de frío. En un equipo bomba de calor aire-aire estas baterías se denominan:

Batería exterior: la que está efectuando las funciones de condensador en ciclo de frío y de evaporador en ciclo de calor. Está situada en el exterior del espacio acondicionado y de ahí viene su denominación.

Batería interior: situada en el interior del espacio acondicionado actúa como evaporador en ciclo de refrigeración y como condensador en ciclo de calor.

Ambas baterías son de tubo de aleta ya que se trata de intercambiadores aire-refrigerante debido a que el calor siempre se toma y se cede al aire (situado dentro y fuera del espacio acondicionado), de ahí el nombre de bomba de calor aire-aire. Actualmente los equipos bomba de calor aire-aire son del tipo compacto (package) o partidos (split). Sus capacidades oscilan entre las 4.500 y 20.000 frig/h y sus características fundamentales son: - La bomba de calor de este tipo cumple la doble función de calefactar y enfriar. En consecuencia con un solo equipo se pueden conseguir las condiciones de confort durante todo el año. - Las unidades tanto de calor como de frío para acondicionar un espacio determinado se consiguen mediante una sola fuente de energía (normalmente la eléctrica). - El calor suministrado por el equipo en el ciclo de calor es de dos o tres veces superior al absorbido por el equipo para su funcionamiento. - No se precisan chimeneas ni tomas de aire para que el equipo funcione. En consecuencia se reducen los costos de instalación.

BOMBA DE CALOR AIRE-AIRE

ESFUERZOS Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Por lo general, una bomba de calor tiene tres zonas de funcionamiento dentro de las cuales los componentes de la misma están sometidos a esfuerzos importantes. Estas zonas están definidas por las condiciones ARI de 7ºC y -7ºC. El material de las bombas no solamente debe estar concebido para su trabajo en estos puntos, sino que también debe estarlo para condiciones anormales, tales como:

Arranque en épocas muy frías. Tensiones de alimentación extremas. Averías de algún componente. Contaminación del refrigerante en mayor o menor grado.

Los equipos de diseño actual que se han probado en estas condiciones (además de las condiciones ARI) puede considerarse que gozan de una fiabilidad prácticamente asegurada.

Compresor El compresor es la parte fundamental de una bomba de calor. Su misión es bombear los vapores producidos en el evaporador a baja presión, y comprimirlos a alta presión. En consecuencia, la presión de alta (P.A.) y la presión de baja (P.B.) se producirán en función del sistema, de las temperaturas y de las posibles anormalidades que tengan lugar en el equipo.

Cuando las P.A. y P.B. son elevadas nos encontramos en una zona donde la potencia eléctrica consumida es importante, lo que implica que los esfuerzos mecánicos a que se someten los cojinetes, cigüeñal, válvulas, etc., son importantes.Otra zona de esfuerzos importantes se produce con una P.A. elevada y una P.B. débil. Con esa relación de compresión, la temperatura de descarga aumenta y el caudal de fluido frigorífico es bajo. En consecuencia se produce una mala refrigeración del motor eléctrico del compresor, acelerando la destrucción del compresor por vía química.Un equipo diseñado para funcionar solamente en ciclo de refrigeración, lo hace solamente en el exterior de las zonas de esfuerzos elevados.

Cuando acontecen situaciones anormales, tales como fuga de gas, filtros sucios, condensador sucio, falta de aire a través del evaporador o condensador, el punto de funcionamiento se sitúa entonces dentro de la zona de esfuerzos importantes y con el fin de proteger el compresor se montan las seguridades adecuadas (presostatos de alta, baja, etc.).

Compresor en ciclo de calorSi en un equipo de refrigeración se procede a invertir el ciclo a fin de que trabaje proporcionando calor, se obtiene el siguiente diagrama de funcionamiento.

          

Puede verse que en este caso, el ciclo del sistema se sitúa en un punto más alejado que el tarado del presostato de baja del equipo concebido como refrigerador solamente. Las primeras bombas existentes en el mercado montaban un presostato de baja regulado para una presión mas baja que a su vez está ya situado en la zona de esfuerzos importantes (nótese que el punto ARI -7°C no está situado en la misma).Además de los esfuerzos enumerados que solicitan a una bomba de calor, éstas están sometidas a otro esfuerzo adicional que se produce durante la formación de hielo y el ciclo de deshielo. Esta zona está situada alrededor de los 0°C. Por encima de + 7ºC no existe formación de hielo y por debajo de -7°C se deposita en muy pequeña cantidad.Durante el ciclo de deshielo, el funcionamiento del equipo se sitúa en la zona marcada [DE]

Compruébese que tanto las zonas de formación de hielo sobre la batería exterior como la de deshielo no están situadas en lugares que se han denominado críticos. El esfuerzo que que solicita al compresor durante estos periodos es el derivado de las inversiones del ciclo y que viene motivado por variaciones de presión, temperatura y caudal de refrigerante. Por este motivo puede haber algún momento que el funcionamiento del compresor está situado en la zona de esfuerzos elevados.En resumen, hemos encontrado tres zonas de esfuerzos.

1.º Los puntos ARI 7°C y -7°C que enmarcan perfectamente la zona de formación de hielo.2.º Por encima de 7°C, es decir hacia los 13°C y más arriba se entra en una zona de temperaturas exteriores elevadas.3.º Alrededor de los -15°C se encuentra la zona de temperaturas exteriores bajas.

En consecuencia una bomba de calor esta sometida a esfuerzos importantes en regiones que no quedan definidas por los puntos de medida 7ºC. y -7ºC. dentro de los cuales prácticamente todos los equipos de refrigeración funcionan correctamente. Debido a esto, es necesario que el compresor que se utilice en un equipo bomba de calor este diseñado de forma que:

Los arrollamientos del motor están preparados para soportar temperaturas mas altas de lo habitual.

Los elementos de protección de estos arrollamientos deben ser adecuados. El aceite utilizado para la lubricación del compresor debe ser adecuado para que soporte

las elevadas temperaturas a que se vera sometido sin sufrir transformaciones químicas. La lubricación debe estar asegurada durante cualquier condición de funcionamiento

asegurando la vida de todas las partes móviles y cojinetes, válvulas, válvula de inversión, válvulas de retención, etc.

El refrigerante debe mantenerse a su nivel adecuado tanto en ciclo de verano como de invierno para evitar golpes de líquido al compresor.Actualmente, gracias a los ensayos efectuados sobre las condiciones de funcionamiento de una bomba de calor se puede disponer de compresores herméticos especialmente diseñados para trabajar en equipos bomba de calor. Se han tornado medidas tendentes a reforzar los cojinetes y dar mas superficie de paso a través de las válvulas. Los motores eléctricos disponen de un aislamiento mejor y la refrigeración del estator ha sido mejorada. Asimismo se utilizan en este tipo de compresores aceites de base mineral quo evitan una

serie de problemas quo surgen cuando se utilizan aceites de refrigeración considerados estándar.Consecuentemente, estas mejoras permiten ampliar la zona de funcionamiento del equipo.

ConclusiónLa bomba de calor AIRE-AIRE es cada día mas fiable y en consecuencia cada vez mas sencilla (o viceversa).Los compresores mas robustos precisan menos órganos de protección. Los nuevos compresores desarrollados para aplicaciones de bomba de calor son mas compactos, mas ligeros, de mantenimiento mas fácil, contienen menos aceite y refrigerante disuelto en él, son menos ruidosos, pueden funcionar dentro de unos límites de voltaje mas amplios, y resisten mejor la contaminación del circuito.Por otro lado la tecnología electrónica permite disponer de paneles de mando de la bomba de calor donde los contáctores electromecánicos pueden reemplazarse por conmutadores electrónicos (triac) y toda la problemática del funcionamiento del equipo (protección contra funcionamiento en zonas de esfuerzos importantes tanto en alta como en baja, fallo de caudal a través de las baterías, filtros sucios, perdida de gas, temperaturas del refrigerante anormales, inicio y duración del deshielo solo cuando es realmente necesario, conexión automática del frío o el calor según necesidades del local acondicionado, puesta en funcionamiento de las resistencias complementarias cuando esta a una temperatura exterior inferior a la de equilibrio, etc.), queda resuelta de una forma sencilla y quo abarata costos de reparación.

BOMBA DE CALOR AIRE-AGUA

La bomba de calor extrae el calor del aire exterior y lo transfiere a los locales a través de un

circuito de agua a baja temperatura.

Es un sistema clásico de acondicionamiento de aire, que utiliza baterías frías y baterías calientes además de una "batería exterior" que se utiliza para eliminar o extraer el calor del exterior. En invierno, el evaporador de la maquina frigorífica se conecta a la batería exterior y el condensador a la batería caliente. El calor se extrae de una mezcla de aire exterior-aire de extracción que pasa por la batería y a través de la maquina eliminando sobre el aire que se introduce en el local por la batería caliente.Este sistema se presta extremadamente bien a aplicaciones con maquinas centrifugas y a pistón. Cuando la temperatura exterior descienda por debajo de 4° C., el fluido que se hace circular a través de las baterías exteriores debe incorporar una solución anticongelante a fin de protegerlas. Asimismo debe instalarse un dispositivo de deshielo de la batería exterior.Pueden efectuarse muchas variantes sin cambiar el principio básico de funcionamiento. Puede utilizarse una torre de agua para enfriar el agua de condensación en verano y concebirla además con baterías de aletas que puedan extraer el calor del aire exterior en invierno. Otra posibilidad es utilizar un enfriador de tipo evaporativo que funcione húmedo en verano y seco en invierno.

BOMBA DE CALOR AGUA-AGUA

Utilizan como fuente de calor el agua superficial de ríos, lagos, etc. o agua subterránea. La temperatura de estas fuentes es prácticamente constante durante toda la estación de calefacción, lo que permite mantener un COP constante y elevado durante toda la temporada.

En este tipo, tanto la calefacción como la refrigeración se efectúan mediante la inversión de los circuitos de agua entre el evaporador y el condensador de una planta enfriadora de agua. Este sistema precisa de una reserva de agua que se utiliza en verano para la condensación y en invierno como fuente de calor. Puede utilizarse con estos fines agua de un grifo, de pozos, lagos, etcétera. Las maquinas de refrigeración centrifugas o a pistón son ideales para este tipo de sistema.El cambio de la producción de frío a la de calor se efectúa gracias a un simple sistema de válvulas.

Legend

1. Condenser coil (hot side heat exchanger)

2. Expansion valve (gas expands, cools and liquifies)

3. Evaporator coil (cold side heat exchanger)

4. Compressor

5. Red = Gas at high pressure and temperature

6. Pink = Gas at high pressure and reduced temperature

7. Blue = Liquid at low pressure and greatly reduced temperature

8. Light Blue = Gas at low pressure and warmer temperature

Índice

Indice 1

Introducción 2

¿ Cómo funciona una bomba de calor? 3

Clasificación de las bombas de calor 5

Funcionamiento de las bombas de calor 6

Focos de la bomba de calor 9

Componentes de la bomba de calor 11

Refrigerantes 16

Coeficientes de prestación 17

Aplicaciones de la bomba de calor 20

Bomba de calor y medio ambiente 28

Proyectos de investigación y desarrollo tecnológico 34

Eficiencia o rendimiento de la bomba de calor 38

Definiciones de términos 40

Direcciones 41

Introducción

¿ Qué es lo que entendemos por una bomba de calor?

Denominamos BOMBA DE CALOR a una máquina térmica capaz de transferir calor de una fuente fría a

otra más caliente. Podriamos definirlo como un equipo de aire acondicionado, que en invierno toma calor

del aire exterior, a baja temperatura y lo transporta al interior del local que se ha de calentar; todo este

proceso se lleva a cabo mediante el accionamiento de un compresor.

Sus ventajas fundamentales son su consumo. El ahorro de energía, que es lo mismo que decir, ahorro de

dinero. Sirva como ejemplo: por 1 KW de consumo de la red eléctrica, da 3KW de rendimiento en calor; lo

cual equivale a decir que consumiendo la misma energía eléctrica, la Bomba de Calor suministra 3 veces

más calor que un aparato de calefacción eléctrica.

Resumiendo, la Bomba de Calor tanto en invierno como en verano; actúa como un equipo

acondicionador de aire para darnos nuestro hogar.

¿ Cómo funciona una bomba de calor?

El calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas

temperaturas. Sin embargo, la Bomba de Calor es capaz de hacerlo en dirección contraria, utilizando una

cantidad de trabajo relativamente pequeña. Las Bombas de Calor pueden transferir este calor desde las

fuentes naturales del entorno a baja temperatura (foco frío), tales como aire, agua o la propia tierra,

hacia las dependencias interiores que se pretenden calentar o bien para emplearlo en procesos que

precisan calor. Es posible también aprovechar los calores residuales de procesos industriales como foco

frío, lo que permite disponer de una fuente a temperatura conocida y constante que mejora el

rendimiento del sistema.

Las Bombas de Calor también pueden ser utilizadas para refrigerar. En este caso la transferencia de

calor se realiza en el sentido contrario, es decir desde la aplicación que requiere frío al entorno que se

encuentra a temperatura superior.

En algunas ocasiones, el calor extraído en el enfriamiento es utilizado para cuando se necesita calentar

algo.

Para transportar calor desde la fuente de calor al sumidero de calor, se requiere aportar un trabajo.

Teóricamente, el calor total aportado por la Bomba de Calor es el extraído de la fuente de calor más el

trabajo externo aportado.

El principio de funcionamiento de las Bombas de Calor provienen del establecimiento por Carnot en

1824, de los conceptos de ciclo y reversibilidad, y por la concepción teórica posterior de Lord Kelvin. Un

gas que evoluciona en ciclos, es comprimido y luego expansionado y del que se obtiene frio y calor.

El desarrollo de los equipos de refrigeración tuvo un rápido progreso, en

aplicaciones como la conservación de alimentos y el aire acondicionado. Sin embargo las posibilidades

de utilizar la otra fuente térmica, el calor o el frío y calor simultáneamente no se aprovecharon.

Esto fue debido por una parte a las dificultades tecnológicas que presentaba la construcción de la Bomba

de Calor y por otra al bajo precio de la energía, que hacía que ésta no fuera competitiva con los sistemas

tradicionales de calefacción a base de carbón, fuel-oil o gas, que presentaban una clara ventaja en

relación con sus costes. Pero la crisis del petróleo y la subida de los precios de los combustibles a partir

de

1973, benefició el desarrollo de la Bomba de Calor.

En el momento actual la utilización de Bombas de Calor supone un ahorro energetico y que se reduzcan

las emisiones de CO2. Las Bombas de Calor consumen menos energía primaria que cualquier otro

sistema pero hay que tener en cuenta como se genera la energia electrica que consumen las bombas de

calor para saber si de verdad no contaminan.

Si la energía eléctrica proviene de fuentes como la hidroeléctrica ó eólica, entonces la contaminacion es

nula, pero si son de otras como las térmicas es evidente que existe esa contaminación, que de todas

maneras es mucho menor que otros aparatos.

Clasificación de las bombas de calor

Las bombas de calor se pueden clasificar de distintas maneras:

&Según el Tipo de Proceso:

-Bombas de Calor, cuyo compresor está impulsado mecánicamente por un motor

eléctrico de gas, diesel, o de otro tipo.

-Bombas de Calor de accionamiento térmico (Bombas de Calor de absorción), en

las que el ciclo se impulsa mediante calor a temperaturas elevadas.

-Bombas de Calor electrotérmicas, que funcionan según el efecto Peltier.

&&Según el medio de origen y destino de la energía

Esta clasificación es la más utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante

dos palabras. La primera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco

frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente). Este cuadro en un principio puede parecer un poco

complicado pero lo explico más abajo.

Medio del que Medio al que se

extrae la energía cede la energía

Según medio de origen y AIRE AIRE

de destino de la energía AIRE AGUA

AGUA AIRE

AGUA AGUA

TIERRA AIRE

TIERRA AGUA

- Las bombas de calor aire-aire: son las que más se usan, sobre todo en climatización. - Bombas de calor

aire-agua: se utilizan para producir agua fría para refrigeración o agua caliente para calefacción y agua

sanitaria.

- Bombas de calor agua-aire: Permiten aprovechar la energía contenida en el agua de los ríos, mares,

aguas residuales, etc. Producen unos rendimientos energéticos mejores que las que utilizan aire exterior.

- Bombas de calor agua-agua: son bastante parecidas a las anteriores.

- Bombas de calor tierra-aire y tierra-agua: Aprovechan el calor contenido en el terreno. Son

instalaciones muy raras, por su coste y la gran superficie de terreno requerido

&&&Según construcción

- Compacta: Todos los elementos que constituyen la Bomba de Calor se encuentran alojados dentro de

una misma carcasa.

-Split o partidas: Están constituidas por dos unidades separadas. Una exterior donde se aloja el

compresor y la válvula de expansión y una unidad interior. De esta manera se evitan los ruidos en el

interior local.

-Multi-split: Están constituidas por una unidad exterior y varias unidades interiores.

&&&&Según funcionamiento

-Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefacción como en ciclo de refrigeración invirtiendo el

sentido de flujo del fluido.

-No reversibles: Únicamente funcionan en ciclo de calefacción.

-Termofrigobombas: Producen simultáneamente frío y calor.

Funcionamiento de una bomba de calor

& Bomba de Calor de Compresión Mecánica

La mayor parte de las Bombas de Calor existentes trabajan con el ciclo de

compresión de un fluido condensable.

Sus principales componentes son:

- Compresor

- Válvula de expansión

- Condensador

- Evaporador

Los componentes se conectan en un circuito cerrado por el que circula un fluido

refrigerante.

BOMBA DE CALOR DE COMPRESIÓN MECÁNICA ACCIONADA POR MOTOR ELÉCTRICO

Etapas del ciclo

1. En el evaporador la temperatura del fluido refrigerante se mantiene por

debajo de la temperatura de la fuente de calor (foco frío), de esta manera el

calor fluye de la fuente al fluido refrigerante propiciando la evaporación de éste.

2. En el compresor el vapor que sale del evaporador es comprimido elevando

su presión y temperatura.

3. El vapor caliente accede al condensador. En este cambiador, el fluido cede el

calor de condensación al medio.

4. Finalmente, el líquido a alta presión obtenido a la salida del condensador se

expande mediante la válvula de expansión hasta alcanzar la presión y

temperatura del evaporador. En este punto el fluido comienza de nuevo el ciclo

accediendo al evaporador.

El compresor puede ser accionado por un motor eléctrico o por un motor

térmico.

- Bombas de calor eléctricas: En este tipo de bombas el compresor es

accionado por un motor eléctrico. ( como la imagen del dibujo anterior)

- Bomba de calor con motor térmico: El compresor es accionado

mediante un motor de combustión, alimentado con gas o con un

combustible líquido. Las más extendidas son las Bombas de Calor con

motor de gas. (como el dibujo siguiente)

BOMBA DE CALOR CON MOTOR DE GAS

Ciertos tipos de Bombas de Calor (reversibles) son capaces de proporcionar calefacción y refrigeración.

Las Bombas de Calor reversibles incorporan una válvula de 4 vías que permite la inversión de circulación

del fluído frigorífico. De esta forma se consigue:

Que se bombee calor del exterior hacia el interior en el ciclo de calefacción.

Que se bombee calor del interior hacia el exterior en el ciclo de refrigeración.

En el siguiente diubjo se esquematizan los ciclos de calefacción y refrigeración.

El funcionamiento de una Bomba de Calor reversible es el siguiente:

Ciclo de calefacción:

- El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico. (1)

- En el intercambiador, situado en el interior del recinto a calentar, el fluido cede al aire del recinto el

calor de su condensación. (2)

- El fluido en estado líquido y a alta presión y temperatura se expande en la válvula de expansión

reduciendo su presión y temperatura, evaporándose en parte. (3)

- En el intercambiador situado en el exterior el fluido refrigerante completa su evaporación absorbiendo

calor del aire exterior, retornando al compresor (1) a través de una válvula de cuatro vías. (5)

CICLOS DE CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN

Ciclo de refrigeración:

- El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico (1) siguiendo su camino a través de la

válvula de 4 vías (5).

- En el intercambiador, situado en el exterior, el fluido se condensa cediendo su calor al medio exterior.

(4)

- El fluido en estado líquido y alta presión se expande en la válvula de expansión reduciendo su presión y

evaporándose en parte. (3)

- En el intercambiador (2), situado en el interior del recinto a refrigerar, el fluido frigorífico completa su

evaporación absorbiendo calor del medio interior.

&& Bomba de Calor de Absorcion

Las Bombas de Calor de absorción son accionadas térmicamente, esto quiere

decir que la energía aportada al ciclo es térmica en vez de mecánica como en el caso del ciclo de

compresión. El sistema de absorción se basa en la capacidad de ciertas sales y líquidos de absorber

fluido refrigerante. Las parejas de fluidos más utilizadas actualmente son: agua como fluido refrigerante

en combinación con bromuro de litio como absorbente, o bien el amoníaco como refrigerante utilizando

agua como absorbente.

BOMBA DE CALOR DE ABSORCIÓN

Los ciclos de absorción son análogos a los de compresión, únicamente se sustituye el compresor por un

circuito de disoluciones que realiza la misma función que éste, es decir, eleva la presión y temperatura

del fluído frigorífico enestado vapor. El circuito de disoluciones, denominado 2 en el dibujo, consiste en

un absorbedor, una bomba que impulsa la disolución, un generador y una válvula de expansión.

Se obtiene energía térmica a media temperatura en el condensador y en el bsorbedor. En el generador

se consume energía térmica a alta temperatura, y en la bomba energía mecánica.

Focos de la bomba de calor

La Bomba de Calor extrae energía de un medio. Mediante el trabajo externo aportado, esta energía es

cedida a otro. El medio del que se extrae la energía se llama foco frío y el medio al que se cede se llama

foco caliente.

En el esquema de la página siguiente se presentan algunos focos entre los que se puede

bombear calor

&Focos Fríos

Un foco frío ideal es aquel que tiene una temperatura elevada y estable a lo largo de la estación en que

es necesario calentar, está disponible en abundancia, no es corrosivo o contaminante, tiene propiedades

termodinámicas favorables, y no requiere costes elevados de inversión o mantenimiento.

Aire atmosférico.

Su utilización presenta problemas de formación de escarcha. Este problema se resuelve invirtiendo el

ciclo durante pequeños periodos, lo que supone un gasto adicional de energía. Para temperaturas por

encima de 5ºC no es necesario el desescarche.

Aire de extracción.

Esta es una fuente de calor común en edificios residenciales y comerciales. La Bomba de Calor recupera

el calor del aire de ventilación y proporciona calefacción. Existen sistemas diseñados para trabajar con

una combinación de aire natural y de aire de extracción.

Aguas naturales

Se pueden utilizar como focos fríos las aguas de ríos, lagos, aguas subterráneas o del mar. La eficiencia

obtenida con este foco es muy elevada y no presenta problemas de desescarche. La temperatura del

agua del mar a cierta profundidad (25-50 m) es constante (5/8ºC) e independiente de cambios climáticos

en el exterior, además la congelación no tiene lugar hasta -1 ó -2ºC. Cuando se utiliza agua del mar hay

que prever problemas de corrosión y de proliferación de algas.

Energía solar

Consiste en la captación de energía solar mediante paneles solares, encombinación con la Bomba de

Calor.

Energía geotérmica del suelo y subsuelo

Estas bombas se suelen utilizar en climas fríos donde las temperaturas extremas no permiten el

funcionamiento de bombas que utilicen como foco frío el aire exterior. Para aprovechar la energía del

suelo es necesario un sistema de tuberías. Estas instalaciones tienen un coste elevado, y requieren una

gran superficie de terreno.

Energías residuales y procedentes de procesos

Como foco frío se pueden utilizar efluentes industriales, aguas utilizadas para enfriar procesos de la

industria o de los condensadores de producción de energía eléctrica, aguas residuales, etc. Son fuentes

con una temperatura constante a lo largo del año. Los principales problemas para su utilización son la

corrosión y obstrucción del evaporador como consecuencia de las sustancias contenidas en las mismas.

&&Focos calientes

Aire

El calor obtenido del foco frío se cede al aire que pasa directamente a la habitación o es forzado a través

de un sistema de conductos.

Agua

Apropiados para la producción de agua para calefacción o agua caliente sanitaria y procesos industriales.

A través de un sistema de tuberías se distribuye a radiadores especialmente diseñados, a sistemas de

suelo radiante o a fan-coils.

¿Cuáles son los componentes de la bomba de calor?

&Compresor

Eleva la presión del vapor refrigerante desde una presión de entrada a una presión de salida más alta. Se

pueden clasificar en dos grandes grupos: compresores volumétricos o de desplazamiento positivo, que

pueden ser alternativos o rotativos, y compresores centrífugos.

En cuanto al acoplamiento motor-compresor pueden ser:

- Abiertos: El motor y el compresor son independientes. Los ejes se acoplan en el montaje asegurándose

la estanqueidad en el paso del eje.

- Semiherméticos: El compresor y el motor comparten el eje. Parte del calor generado en el motor se

recupera en el fluido refrigerante, con lo que el rendimiento es superior al de los abiertos.

- Herméticos: El motor y el compresor, además de compartir el eje, se alojan en la misma envolvente,

con lo que la recuperación del calor generada en el motor es mayor.

En las Bombas de Calor eléctricas se utilizan compresores herméticos para

potencias inferiores a 60-70 kW, para potencias superiores, (normalmente

Bombas de Calor aire-agua) se utilizan compresores semiherméticos.

Unicamente se utilizan compresores abiertos en aplicaciones aisladas y nunca en

equipos de serie.

En las Bombas de Calor accionadas mediante motor de gas el compresor es

abierto. El compresor lleva incorporado un embrague electromagnético que

permite la regulación de la potencia en función de la demanda térmica.

Las bombas de calor de gas suelen disponer de un motor de cuatro tiempos con un compresor

alternativo abierto.

Alternativos

Los alternativos húmedos están compuestos por un número variable de cilindros en el interior de los

cuales se desplazan pistones que comprimen el fluido. Los cilindros se suelen disponer en posición radial.

El fluido entra y sale de ellos por válvulas accionadas por la presión diferencial entre ellos. Disponen de

un sistema de lubricación mediante aceite a presión.

Este circuito de aceite actúa también como refrigerante. La refrigeración mediante aceite presenta

problemas de ensuciamiento del fluido refrigerante con aceite que puede penetrar en el interior del

cilindro.

Los alternativos secos consiguen presiones de salida más elevadas que en los anteriores, ya que la

compresión tiene lugar en varias etapas. Se extrae el calor generado en la compresión mediante

circuitos de agua en las etapas entre compresiones.

La estanqueidad entre cilindro y pistón se logra mediante segmentos muy resistentes que no requieren

refrigeración, a base de materiales como el politetrafluoro etileno. Este tipo de compresores tiene un

costo más elevado y desarrollan mayores potencias.

COMPRESOR ALTERNATIVO

Rotativos

El compresor de tornillo seco consiste en dos rodillos con un perfil helicoidal, uno macho y otro hembra

que giran con sus ejes paralelos. Al girar, el espacio entre ellos primero aumenta, generando una

depresión mediante la que se aspira el fluido, y posteriormente se reduce comprimiendo el fluido. Al no

existir contacto entre los rótores no es preciso lubricar con aceite, sin embargo sí es necesaria una

refrigeración auxiliar.

En el caso del compresor de tornillo húmedo se inyecta aceite a presión entre los rótores para conseguir

lubricación y refrigeración. Los compresores de tornillo se utilizan en generación de potencias térmicas

muy elevadas a partir de 500 kW y suelen ser semiherméticos.

COMPRESOR ROTATIVO

Espiral o scroll

Los compresores de espiral o scroll se utilizan para potencias térmicas de hasta 30 kW. El refrigerante se

comprime por la variación del volumen causada por na espiral giratoria. Son herméticos y permiten la

aspiración y descarga simultánea del refrigerante sin necesidad de una válvula. La reducción de partes

móviles mejora el desgaste y en consecuencia la duración de estos equipos.

COMPRESOR DE ESPIRAL O SCROLL

Swing

Los compresores swing se utilizan en equipos de baja potencia térmica (hasta 6 kW). Son rotativos

herméticos y consiguen la variación del volumen mediante un pistón rodante.

Centrífugos

Suelen tener varias etapas de manera que consiguen grandes saltos de presión y se destinan a equipos

de gran potencia.

&&Condensador

Se pueden clasificar en:

-Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al aire

Estos condensadores suelen ser de tubos de cobre con aletas de aluminio que incrementan la

transmisión de calor. Adicionalmente estas baterías disponen de ventiladores que inducen la circulación

del aire a calentar entre las aletas del condensador.

Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al agua

Pueden ser:

-Cambiadores de doble tubo en contracorriente:

El fluido refrigerante circula porel espacio entre tubos donde se condensa, mientras que el agua a

calentar circula por el tubo interior. El material empleado para la fabricación de los tubos es el cobre, y

se suele emplear en equipos de potencia térmica de 100 kW. Presenta problemas de mantenimiento por

la dificultad de la limpieza.

-Multitubulares horizontales: El fluido refrigerante se condensa en el interior de los tubos de cobre que se

encuentran arrollados dentro de una carcasa por donde circula el agua. La carcasa suele ser de acero

con tapas de fundición. Debido a las características del agua puede ser necesario que los tubos del

condensador sean de acero inoxidable o de aleación de níquel.

&&&Evaporador

-Según el estado del vapor de refrigerante a la salida del evaporador estos se

clasifican en:

De expansión seca:

El vapor que se introduce en el compresor está ligeramente sobrecalentado y hay ausencia total de

líquido. Estos evaporadores se emplean con compresores centrífugos donde dada la elevada velocidad,

la presencia de gotas de líquido dañaría los álabes.

Inundados:

El vapor que entra en el compresor se encuentra saturado y puedeincluso contener gotas de líquido.

-Según el fluido del que extraiga el calor, los evaporadores pueden ser:

Evaporadores de aire:

Las baterías evaporadoras son similares a las condensadoras. Disponen de una serie de tubos por los

que circula el fluido refrigerante y una carcasa donde se alojan estos tubos y donde se fuerza la corriente

de aire desde el exterior con la ayuda de unos ventiladores. Estos ventiladores pueden ser axiales o

centrífugos. Los centrífugos son capaces de

impulsar mayores caudales de aire y presentan menores niveles sonoros. Cuando la temperatura en la

superficie de los tubos del evaporador disminuye por debajo del punto de rocío del aire se produce el

fenómeno de la condensación y si se reduce aún más la temperatura el escarchado. El escarchado incide

negativamente en los rendimientos por dos motivos: pérdida en la superficie de intercambio, y pérdida

de carga en el flujo de aire a través del conjunto de tubos. Por esta razón las Bombas de Calor disponen

de dispositivos de desescarche incorporando resistencias en el evaporador o invirtiendo el ciclo durante

periodos reducidos de tiempo.

VENTILADOR AXIAL Y VENTILADOR CENTRIFUGO

Evaporadores de agua:

Pueden ser coaxiales en contracorriente o bien multitubulares.

&&&&Dispositivos de expansión

Son los dispositivos mediante los que se realiza la reducción de presión isoentálpica ( es decir con

variacion de entalpía igual a 0) desde la presión de condensación hasta la de evaporación.

Los elementos utilizados son:

-Tubo capilar para máquinas de potencia reducida y constante.

-Válvula de expansión: Las válvulas de expansión tienen una sección variable. Esta sección puede ser

variada automáticamente de forma que el sobrecalentamiento tras la evaporación se mantenga

constante y no accedan gotas de líquido al compresor. En este caso la válvula recibe el nombre de

termostática.

VÁLVULA EXPANSIÓN

&&&&&Dispositivos de seguridad y control

Los dispositivos de seguridad y control paran el compresor en aquellos casos en que se esté trabajando

fuera de las condiciones permitidas. Estos elementos de control son:

-Presostato de alta presión: Detiene el compresor cuando se alcanza una presión de condensación

elevada.

-Presostato de baja presión. Detiene el funcionamiento del compresor cuando la presión de aspiración es

demasiado baja.

-Presostato de aceite. Detiene el compresor cuando baja la presión del aceite del circuito de refrigeración

y lubricación de aceite.

-Termostato de descarga. Desactiva el compresor cuando la temperatura dedescarga es demasiado

elevada.

&&&&&&Dispositivos auxiliares

Válvulas de 4 vías:

Invierten el ciclo. Son utilizadas en Bombas de Calor reversibles, y en funcionamiento para desescarche.

Válvulas solenoides:

Cuando el compresor se detiene, impiden el paso del fluido al evaporador evitando que se inunde.

Depósito

A la salida del condensador y antes de la válvula de expansión se sitúa un depósito (acumulador) donde

queda el excedente de fluido refrigerante. Antes del acumulador se dispone un filtro con el que se limpia

el refrigerante de impurezas de tal manera que no dañe el compresor.

Refrigerantes de la bomba de calor.

Los fluidos refrigerantes deben tener ciertas propiedades termodinámicas de tal manera que condensen

y evaporen a las temperaturas adecuadas, para lograr su objetivo. Un fluido puede evaporar a mayor

temperatura cuando se eleva su presión, pero los compresores no pueden alcanzar cualquier presión y

los evaporadores y condensadores no deben trabajar a sobrepresiones ni depresiones elevadas

respectivamente.

Por otra parte, los fluidos refrigerantes no deben ser tóxicos, ni inflamables, ni reaccionar con los

materiales que constituyen la máquina.

Los fluidos halogenados presentan las mejores propiedades ya que trabajan en las temperaturas y

presiones adecuadas para esta aplicación y no son tóxicos ni inflamables. No obstante, pueden contribuir

a la destrucción de la capa de ozono. Si al final de su vida útil se liberan en el ambiente, la incidencia de

rayos ultravioleta sobre estas sustancias hace que se fotodisocien quedando libres radicales de cloro,

que acaban siendo transportados a la estratosfera donde reaccionan con el ozono destruyéndolo. Por

estas razones, la utilización de estos refrigerantes está restringida por ley.

Actualmente el fluido con el que funcionan la práctica totalidad de las Bombas de Calor en España es el

R-22, (HCFC-22) cuya fórmula química es CHClF2. El R-22 únicamente tiene un átomo de cloro y por

tanto resulta menos perjudicial para la capa de ozono que los CFC´s.

No obstante, y en virtud del reglamento de la Unión Europea 3093/94, se ha establecido un programa de

reducción progresiva de utilización de los HCFC´s, de forma que la producción de R-22 finalizará en el

año 2014.

En cuanto a las temperaturas y presiones de funcionamiento en la aplicación de Bomba de Calor del R-22

estas suelen ser:

Temperaturas Presiones (Kg/cm2 abs)

Evaporador Condensador Evaporador Condensador

+25ºC +70ºC 10,5 30,5

Coeficientes de prestación de la bomba de calor.

Se define el coeficiente de prestación de una Bomba de Calor COP (Coefficient of perfomance) como el

cociente entre la energía térmica cedida por el sistema y la energía de tipo convencional absorbida.

&COP teórico

En un ciclo ideal de Carnot:

Siendo

-T1: Temperatura absoluta del foco caliente

-T2: Temperatura absoluta del foco frío

&&COP práctico

- Alpha es un coeficiente de rendimiento que tiene en cuenta que el ciclo real no se desarrolla en

condiciones perfectas de isoentropicidad, (los procesos son irreversibles y no perfectamente

adiabáticos). Este coeficiente oscila entre 0,3, en máquinas pequeñas, hasta 0,65 en las de gran

potencia.

- Tf2 y Tf1 son respectivamente las temperaturas absolutas de evaporación y condensación del fluido

refrigerante.

Para que la transmisión de calor entre el fluido refrigerante y un foco frío tenga lugar, es necesario que

Tf2 sea inferior a T2. De la misma manera, para que el fluido refrigerante ceda calor al foco caliente, Tf1

debe ser superior a la temperatura del foco caliente T1

El COP práctico depende del coeficiente de rendimiento a y de las temperaturas del foco frío y caliente.

En la figura siguiente se representa esta dependencia.

&&&PER

Se le denomina REP (Rendimiento de Energía Primaria) o PER (Primary Energy Ratio) en terminología

anglosajona.

Este coeficiente, justifica la utilización de la Bomba de Calor frente a otras alternativas tradicionales.

COP PRÁCTICO DE UNA BOMBA DE CALOR.

Bomba de

calor

eléctrica

Bomba de calor

con motor de

combustión

Bomba de calor de

absorción de simple

efecto

Bomba de calor de

absorción de doble

efecto

COP 2,5-4 0,8-2 1-1,7 1,8-2,4

PER 0,9-1,4 0,8-2 1-1,7 1,8-2,4

El PER se define como la relación entre la energía térmica y la energía primaria consumida en el proceso.

En la tabla siguiente se muestran los valores habituales del COP y PER de distintas Bombas de Calor

trabajando entre 0º y 50º C.

&&&&COP medio estacional

Las condiciones del foco caliente y del frío van variando a lo largo del año, y en consecuencia las

temperaturas a las que debe trabajar el fluido también deben variar. Por esta razón es posible que haya

que aportar al sistema energías adicionales a la del compresor en los momentos más desfavorables. A la

hora de estudiar la viabilidad e interés de una Bomba de Calor en una determinada aplicación es

necesario determinar el valor de este coeficiente.

Siendo:

Q1 : Calor total cedido para la calefacción en el periodo considerado en valor absoluto.

W : Trabajo realizado por el compresor sobre el fluido en el periodo considerado en valor absoluto.

W´ : Resto de energías consumidas en el periodo considerado: pérdidas en el motor eléctrico,

aportaciones externas de calor, etc..

Al coeficiente de prestación estacional también se le denomina SPF (Seasonal Perfomance Factor) en

terminología anglosajona. Es con este factor con el que se deben de comparar los gastos de

funcionamiento de las diferentes alternativas de calefacción.

Aplicaciones de la bomba de calor en diversos sectores.

&Sector residencial:

- Climatización de viviendas.

Las Bombas de Calor utilizadas en estas aplicaciones son:

-Bombas de calor aire-aire:

Es la aplicación más habitual. Se suelen utilizar

unidades de baja potencia, que se destinan a la calefacción y refrigeración de

viviendas. El equipo está en contacto con el exterior del edificio, de donde extrae

el calor y también con el aire interior de la vivienda, a la que cede el calor. Este

será distribuido mediante un red de conductos por todas las habitaciones.

Si la unidad es compacta, el equipo integra todos los componentes en una sola

unidad. La batería exterior irá en contacto con el ambiente exterior y la unidad

interior estará conectada a la red de conductos, que distribuyen el aire por el

interior de la vivienda.

Si se utiliza un equipo partido, ambas unidades, la interior y la exterior irán

conectadas mediante tuberías aisladas, por las que circulará el refrigerante. La

unidad exterior irá colocada en el exterior de la vivienda, por ejemplo en la

terraza, jardín, etc. La unidad o unidades interiores pueden ser vistas o bien ir

situadas en el falso techo.

- Bombas de calor aire-agua: En este caso, la Bomba de Calor extrae el calor

del aire exterior y lo transfiere a los locales a través de un circuito de agua a

baja temperatura.

- Bombas de calor agua-agua: Utilizan como fuente de calor el agua superficial

de ríos, lagos, etc. o agua subterránea. La temperatura de estas fuentes es

prácticamente constante durante toda la estación de calefacción, lo que permite

mantener un COP constante y elevado durante toda la temporada. Como en el

caso anterior la distribución se hace mediante sistemas a baja temperatura.

- Bombas de calor agua-aire: Requieren también la disponibilidad de una

fuente de calor, agua subterránea, superficial, etc. La distribución se calor se

realiza mediante una red de conductos a todas las dependencias de la vivienda.

- Bombas de calor tierra-agua: Aprovechan la energía solar acumulada en el

terreno como fuente de calor. Este calor es extraído por la Bomba de Calor a

través de un circuito de agua con glicol, enterrado. La complejidad de la

instalación y la necesidad de disponer de una superficie de terreno grande,

hacen que la inversión sea elevada, por lo que esta aplicación es más propia de

zonas con temperaturas exteriores rigurosas, donde los equipos condensados

por aire no son adecuados.

La utilización de la Bomba de Calor para proporcionar calefacción, refrigeración y

agua caliente sanitaria en viviendas, es una aplicación ampliamente difundida en

España. La casi totalidad de los equipos existentes en el mercado son

reversibles, pudiendo trabajar en dos ciclos: de invierno, proporcionando

calefacción y de verano proporcionando refrigeración. Por esta razón las Bombas

de Calor están especialmente indicadas para situaciones en las que se prevea

demanda de calefacción y refrigeración, ya que con un incremento en el precio

del equipo, se pueden cubrir ambas necesidades con el mismo equipo. La gama

de potencias comercializada es lo suficientemente amplia como para cubrir las

necesidades de cualquier vivienda. En la figura se representa el funcionamiento

de ambos ciclos en una Bomba de Calor aire-aire.

CICLOS DE FRIO Y CALOR DE UNA BOMBA DE CALOR AIRE-AIRE

En función del tipo de explotación se pueden clasificar en monovalentes y

bivalentes. Se denominan monovalentes cuando la Bomba de Calor cubre por

ella misma la demanda de calefacción y refrigeración. En la explotación bivalente,

la Bomba de Calor por encima de cierta temperatura exterior suministra ella sola

las necesidades de calor. Por debajo de esa temperatura, la calefacción es

suministrada, bien por una caldera exclusivamente, o bien por la Bomba de Calor

y la caldera simultáneamente.

- Agua Caliente Sanitaria.

La Bomba de Calor también puede utilizarse para la producción de agua caliente

sanitaria. Aquí el agua es el foco caliente o sumidero de calor. En primer lugar el

COP estacional en este caso es superior al de la aplicación para climatización, ya

que su utilización tiene lugar durante todo el año. En segundo lugar el COP

práctico en verano es muy elevado, como consecuencia de las altas

temperaturas del aire exterior. Por último dado que el pico de demanda de agua

caliente sanitaria tiene lugar a primeras horas de la mañana resulta económica la

producción y acumulación de agua caliente sanitaria mediante Bomba de Calor

durante la noche acogiéndonos a la tarifa nocturna.

&&Sector Terciario

-Climatización.

La climatización de pequeños locales de oficinas, comercios, restaurantes etc., es una aplicación muy

habitual en este sector.

Los grandes edificios de oficinas se caracterizan por sus elevadas cargas internas de calor, originadas

por la iluminación, equipos ofimáticos y grado de ocupación. Por otra parte sus fachadas suelen tener

orientaciones diferentes. Así se presentan simultáneamente zonas en que debido a la insolación y las

cargas internas necesitan ser refrigeradas, mientras que otras zonas del edificio demandan calefacción.

Algunos tipos de Bombas de Calor pueden producir simultáneamente frío y calor resolviendo esta

situación, tanto de una forma centralizada como descentralizada.

Otra solución la ofrece la utilización de Bombas de Calor para transferencia del calor sobrante de unas

zonas del edificio a otras con necesidades de calefacción. Es el caso de edificios muy compartimentados.

Las Bombas de Calor del tipo agua-aire, están repartidas por los diferentes locales y conectadas entre si

mediante un circuito de agua. Las Bombas de Calor situadas en locales con necesidades de calefacción,

toman el calor del circuito de agua y lo ceden al aire. En los locales con necesidades de refrigeración las

Bombas de Calor evacúan al circuito de agua el calor excedentario. El bucle de agua conserva

globalmente una temperatura constante, generalmente entre 20º C y 30º C. Cuando una de las

necesidades bien de calor o bien de frío, llegue a ser preponderante, el excedente de la otra producción

provoca un calentamiento o un enfriamiento del bucle de agua. Por esta razón se incorpora un

dispositivo compensador como por ejemplo una caldera o un dispositivo de enfriamiento, haciendo

intervenir uno u otro según la necesidad. El circuito puede ser cerrado o abierto.

Circuito cerrado de agua: Si existe un excedente de calor, este es evacuado mediante una torre de

refrigeración, mientras que si el edificio es deficitario en calor, la energía calorífica complementaria la

aportará una caldera.

Circuito abierto: Si se dispone de una fuente suplementaria de agua, superficial o subterránea, ésta

puede ser utilizada en circuito abierto para aportar o evacuar el calor.

En los sistemas centralizados el frío o calor se producen en un punto del edificio y luego ha de ser

transportado a las diferentes dependencias. Para realizar este transporte se utilizan tres sistema

conductos de aire, tuberías de agua y tuberías de fluído refrigerante.

SISTEMA CON CONDUCTOS DE AIRE

En los sistemas que utilizan tuberías de agua los elementos terminales más usuales son los fan-coils.

Estos sistemas pueden ser clasificados en:

Sistemas a dos tubos : Por uno de ellos circula el agua caliente o fría, según la Bomba de Calor funciona en ciclo de calefacción ó de refrigeración. Por el otro circula el agua de retorno procedente de la unidad terminal.

Sistemas a cuatro tubos : En este caso hay dos tuberías de impulsión, una de agua fría y otra de agua caliente, y otras dos tuberías de retorno.

Por último se puede transportar el frío o calor generado a las distintas zonas, mediante tuberías de fluido

refrigerante. Uno de los sistemas utilizados es el sistema de caudal de refrigerante variable (VRV). En

estos equipos se varía el caudal de refrigerante impulsado a las unidades interiores en función de las

necesidades de cada una de las zonas o dependencias. De esta forma son capaces de incorporar hasta

16 unidades interiores y consiguen la máxima eficiencia energética, ya que únicamente proporcionan la

energía requerida en cada momento. El rendimiento energético de este sistema disminuye cuando existe

una gran diferencia de altura entre la unidad exterior y las interiores.

SISTEMA DE CAUDAL DE REFRIGERANTE VARIABLE.

- Climatización de piscinas.

En las piscinas climatizadas cubiertas, es necesario recurrir en invierno a un elevado número de

renovaciones de aire para evitar un excesivo contenido de humedad en el ambiente, debido a la

evaporación del agua del vaso de la piscina, que daría lugar a que se formen condensaciones en los

cerramientos. La Bomba de Calor permite reducir el caudal de ventilación necesario, obteniendo un

importante ahorro de energía. El aire húmedo de la piscina es enfriado en el evaporador de la Bomba de

Calor. El enfriamiento produce condensación del exceso de humedad acumulada en el aire. El aire frío y

seco es calentado en el condensador de la bomba y pasa de nuevo al recinto de la piscina. El excedente

de calor en la Bomba de Calor se utiliza para calentar el agua de la piscina. También se utiliza para la

calefacción de los locales anexos como vestuarios, duchas, etc.

&&&Sector industrial

Una parte importante del consumo energético en la industria se destina a procesos térmicos. Esta

demanda térmica se encuentra cubierta mayoritariamente por sistemas convencionales.

Hay procesos que requieren la aportación de calor mientras que otros son excedentarios. Lo habitual en

estos casos es que el calor sobrante sea evacuado a la atmósfera mediante torres de refrigeración, con

la consiguiente pérdida de energía, mientras que por otro lado siguen existiendo necesidades de calor

que se cubren, por ejemplo, con la utilización de calderas.

En estas situaciones las Bombas de Calor proporcionan una gran oportunidad para ahorrar energía, y son

una alternativa interesante debido a su doble efecto, de enfriamiento en el evaporador y de

calentamiento en el condensador.

La Bomba de Calor permite revalorizar energías térmicas degradadas. Parte de efluentes térmicos no

utilizables, y eleva el nivel de la energía térmica contenida en los mismos, en sustitución de

calentamientos por sistemas tradicionales.

Para aplicar la Bomba de Calor a la industria se deben analizar los procesos, con el fin de caracterizar los

flujos de calor e identificar las oportunidades de recuperación, evaluando su viabilidad tanto desde el

punto de vista energético como económico.

Las líneas de fluidos con calor residual más comunes en la industria son las procedentes de aguas de

refrigeración, efluentes o condensados. El problema que presentan estas fuentes es que su caudal

fluctúa. Por esta razón y para aprovechar este calor residual son necesarios acumuladores de gran

capacidad para conseguir una operación estable de la Bomba de Calor.

-Tipos de Bomba de Calor

Los principales tipos de Bombas de Calor para aplicaciones industriales son:

Bombas de calor en ciclo de compresión cerrado:

La temperatura máxima obtenida por los fluidos refrigerantes actuales está en torno a los 120º C. Este

es el tipo de bombas más extendido en la industria.

Sistemas de recompresión mecánica del vapor (MVR):

En estas bombas el fluido que evoluciona es el propio fluido de proceso en un ciclo abierto. Se clasifican

en sistemas abiertos y semiabiertos.

En un sistema abierto, el vapor de un proceso industrial es comprimido. Al elevar su presión se eleva su

temperatura, y condensado en el mismo proceso cede su calor.

En los sistemas semi-abiertos, el calor del vapor recomprimido es cedido al proceso mediante un

cambiador de calor. Se eliminan uno (semiabierto) o dos (abierto) cambiadores de calor (evaporador y/o

condensador) y el salto de temperaturas conseguido con la bomba es pequeño por esta razón. La

eficacia de utilización es elevada y se obtienen COP«s de 10 a 30.

Los sistemas actuales MVR trabajan con temperaturas de foco frío de 70 a 80º C y ceden el calor a

temperaturas entre 110 y 150º C. En algunos casos pueden llegar a los 200º C. El agua es el fluido de

trabajo más usual, aunque también se pueden utilizar otros vapores de procesos.

Bombas de calor de absorción de simple efecto:

En Suecia y Dinamarca se han utilizado para recuperar calor de incineradoras de residuos. Los sistemas

actuales con agua/bromuro de litio alcanzan una temperatura de salida de 100ºC y un salto térmico de

hasta 65º C, con un COP que oscila entre 1,2 y 1,4. La nueva generación de Bombas de Calor de

absorción avanzadas alcanzarán temperaturas de salida de 260º C y saltos térmicos superiores a los

mencionados.

Bombas de calor de absorción de doble efecto:

También se las denomina transformadores de calor. Se aplican a fluidos que tienen un calor residual y

una temperatura intermedia por encima de la del ambiente, pero por debajo de la utilizable. Mediante el

evaporador y el generador el fluido alcanza una temperatura adecuada para su utilización. En el

absorbedor se cede el calor al proceso. Todos los sistemas de este tipo en la actualidad, utilizan bromuro

de litio y agua como fluidos refrigerantes. Estos transformadores pueden alcanzar temperaturas de hasta

150º C, con un salto de temperatura de 50º C. Los COP«s en estas condiciones están comprendidos entre

0,45 y 0,48.

Ciclo de Bryton reverso :

Con este ciclo se recuperan las sustancias disueltas en gases en varios procesos. El aire saturado se

comprime y expande. El aire se enfría en la expansión, y las sustancias disueltas se condensan y son

recuperadas. La expansión tiene lugar en una turbina que acciona un compresor.

Aplicaciones.

La principal justificación de la utilización de la Bomba de Calor en la industria es la recuperación de calor.

La Bomba de Calor hace utilizables flujos de calor, que de otro modo serían disipados sin

aprovechamiento. El calor obtenido en el condensador de la Bomba de Calor puede ser utilizado entre

otras aplicaciones para:

-Calefación, climatización y agua caliente sanitaria: Estas aplicaciones son similares a las estudiadas en

los sectores residencial y terciario. Suministran agua por ejemplo a fan-coils, para la calefacción de

locales y naves.

-Calentamiento de agua: En la industria se presentan en muchas ocasiones, necesidades simultáneas de

agua fría y caliente, en el rango de temperaturas de 40º C a 90º C, para lavandería, limpieza y

desinfección. Esta demanda puede ser cubierta por Bombas de Calor. Las bombas instaladas en este

campo son principalmente de compresión con motor eléctrico.

-Secado de productos: Las Bombas de Calor se usan extensivamente en la deshumidificación industrial y

secado a temperaturas bajas y moderadas. Esta es una aplicación muy desarrollada en España.

Para secar un producto se utiliza la propiedad que tiene el aire para cargarse de humedad. La cantidad

de humedad absorbida por el aire es mayor, cuanto más alta sea la temperatura. El proceso consiste en

impulsar al local aire caliente y seco, que robará humedad al producto a secar. Posteriormente este aire

húmedo pasa por el evaporador de la Bomba de Calor, en el que se enfría y deshumidifica. La Bomba de

Calor está especialmente indicada para aquellos procesos que requieren un secado lento y sensible a

altas temperaturas.

Algunos ejemplos son:

a) Secado y curado de embutidos: en el caso del secado y curado de embutidos el proceso se realiza en

dos fases:

Estufaje : Con una duración de entre 30 y 75 horas. Primero se busca una desecación inicial rápida con aire seco a unos 28ºC. Después se baja la temperatura a 22-24ºC y se incrementa la humedad relativa.

Curado : Con una duración en torno a 20 días se mantienen temperaturas bajas de 12 a 15º C con humedades relativas en torno al 75 %.

b) Secado de tabaco: En la figura se observa el esquema del proceso de secado de tabaco.

1. Compresor / 2. Ventilador de circulación de aire en el interior del equipo / 3. Evaporador, enfría el

aire caliente y húmedo condensándose el agua / 4. Condensador, donde se calienta aire frío y seco /

5. Válvula de expansión / 6. Ventilador para la circulación del aire en en secadero / 7. Salida del

aguaextraída

PROCESO DE SECADO DE TABACO

c) Secado de lodos de plantas depuradoras de aguas residuales: También se utilizan en el secado de

lodos provenientes de las depuradoras de aguas residuales, como se observa en la figura, que

corresponde a un esquema de principio de un túnel de deshidratación de lodos mediante Bomba de

Calor.

Otros ejemplos de aplicaciones de secado, con su rango de temperaturas, son:

secado de cuero y pieles, secado de ladrillos, secado de maderas, secado de la malta de cerveza, secado

de lana y fibras textiles

Destilación y obtención de concentrados: Aún a pesar de que la evaporación y la destilación son

procesos intensivos de energía, la Bomba de Calor se utiliza con este fin en la industria química y

alimentaria. En la destilación se está produciendo una evaporación que requiere calor y una

condensación donde sobra calor. La Bomba de Calor puede funcionar cediendo calor en su condensador

y absorbiéndolo en el evaporador.

En los procesos de concentración se aplican sistemas MVR abiertos o semiabiertos, aunque también se

utilizan bombas de ciclo de compresión. La utilización es muy efectiva con COP's entre 6 y 30, cuando

son necesarios pequeños saltos de temperatura.

Una aplicación es la concentración en la industria alimentaria (lácteos, zumos...).

Calefacción de invernaderos: En los invernaderos las plantas absorben humedad y nutrientes por sus

raíces, devolviendo parte de la humedad al aire ambiente a través de las hojas, aumentando los niveles

de humedad dentro del invernadero. La Bomba de Calor permite reducir el nivel de humedad dentro del

invernadero, sin desperdiciar el calor.

Calentamiento y enfriamiento de agua en Piscifactorías: En las piscifactorías es necesaria la producción

de agua caliente y fría de forma simultánea, pues las condiciones de temperatura requeridas para la cría

y engorde son distintas a las necesidades para la fecundación de huevos y el crecimiento de los alevines.

El principal inconveniente es que normalmente la demanda de frío y calor no coincide. En la figura se

muestra un esquema de esta aplicación.

Fermentación del pan: En este procesos los azúcares contenidos en la masa se transforman en alcohol y

anhídrido carbónico. Este proceso debe desarrollarse a una temperatura en el entorno de los 22/30ºC.

Las especiales condiciones de la mayor parte de los obradores de panadería obligan a calentar en

invierno y refrigerar en verano si no queremos tener desviaciones importantes con respecto a las

temperaturas citadas. Las bombas utilizadas en esta aplicación son de compresión mecánica aire-aire

reversibles. En la figura se presenta un esquema de utilización de la Bomba de Calor en este proceso.

Otras sectores industriales donde la Bomba de Calor es de aplicación son:

Sector vinícola: Enfriamiento del vino y producción de agua caliente para el lavado de botellas.

Industria textil: Calefacción de los baños de tinte.

Industrias del papel y de la pulpa de madera: proceso de evaporación, calefacción y secado.

Industrias plásticas: Diversos procesos como refrigeración de las cabezas de extrusión e inyección, con recuperación del calor para la calefacción de locales.

Industria del caucho: Calefacción de las soluciones de separación.

Sector Lácteo: Pasteurización de los productos lácteos, evaporación, concentración y esterilización, y procesos de limpieza.

Industria alimentaria: Procesos de cocción en el sector de conservas, charcuterías, azucareras, etc.

Industrias siderometalúrgicas: Desengrase, lavado, galvanizado, preparación de pinturas y secado.

Industria cerámica: Secado.

Bombas de calor y medio ambiente

Ventajas medioambientales: reducción de las emisiones de CO2.

& Introducción.

La radiación solar que alcanza la superficie terrestre es parcialmente absorbida por ella, parcialmente

reflejada y parcialmente rerradiada. Es decir emitida de nuevo por la propia superficie, pero con

longitudes de onda mayores que las de las radiaciones incidentes.

La superficie de la Tierra se convierte, en un emisor de radiaciones que deben atravesar la atmósfera en

sentido contrario al de las radiaciones incidentes. En su camino hacia el espacio atraviesan primero la

troposfera, donde se encuentran con una serie de gases que absorben gran cantidad de ellas, y después

la estratosfera donde el ozono absorbe otra parte de la radiación infrarroja emitida.

La radiación proveniente del sol que alcanza la superficie terrestre eleva la temperatura de ésta,

mientras que la radiación rerradiada que escapa de la atmósfera enfría la Tierra. La temperatura media

de la superficie terrestre es el resultado de un equilibrio entre las ganancias y las pérdidas de energía en

forma de radiación. Cuanta más radiación rerradiada sea retenida por la atmósfera, más elevada será la

temperatura superficial de la Tierra. Es el mismo efecto de captación que tiene lugar en un invernadero

de plantas.

Los gases que provocan el efecto invernadero, al absorber la radiación infrarroja emitida por la superficie

terrestre son el CO2, el vapor de agua, el ozono, los óxidos de nitrógeno, los hidrocarburos y los

derivados halogenados de los hidrocarburos saturados. Así el CO2 es el principal responsable del efecto

invernadero intensificado. Su producción se debe esencialmente a los procesos de combustión, a la

respiración de los seres vivos y a la putrefacción de los tejidos orgánicos muertos. Hay que distinguir

entre efecto invernadero natural y efecto invernadero intensificado, causado por el hombre.

Durante siglos la actividad humana no tuvo ningún efecto medible sobre la composición media de la

atmósfera A partir de las segunda guerra mundial, la combustión de ingentes cantidades de petróleo, y

la desforestación incontrolada han dado lugar a la elevación de la concentración media del CO2.

En los años 80 los científicos que modelan el cambio climático alertaron de las consecuencias del

aumento de temperaturas en la Tierra, de no haber un esfuerzo por reducir las emisiones de gases de

invernadero, consecuencia de las actividades humanas.

Dado que una gran cantidad de las emisiones de CO2, se puede atribuir a la producción y utilización de

la energía eléctrica, el uso de tecnologías eficientes como la Bomba de Calor contribuirá a su

disminución.

&&Estudio comparativo

Las Bombas de Calor ofrecen una clara ventaja en relación con el medio ambiente, si las comparamos

con otros equipos de calefacción convenciona Internacional de la Energía (AIE), analizando el impacto

medioambiental de las cinco opciones siguientes:

caldera convencional de gasóleo

caldera convencional de gas

Bomba de Calor eléctrica, con electricidad obtenida en plantas de generación eléctrica convencional

Bomba de Calor a gas

Bomba de Calor eléctrica, con electricidad obtenida a partir de energías renovables

Las emisiones de CO2 originadas por las calderas y Bombas de Calor a gas, dependen de la eficiencia

energética de estos equipos y del tipo de combustible empleado. En las Bombas de Calor eléctricas, la

electricidad empleada para accionarlas, lleva implícita la emisión de CO2 en origen, es decir en las

centrales de generación eléctrica, además de las pérdidas de transporte y distribución de la energía

eléctrica.

En la figura se observa, que tanto la Bomba de Calor eléctrica como la de gas, emiten considerablemente

menos CO2 que las calderas. Una Bomba de Calor eléctrica que funcione con electricidad procedente de

fuentes de energías renovables no desprende CO2.

EMISIÓN RELATIVA DE CO2 DE DIFERENTES SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

En conclusión, las Bombas de Calor ofrecen una evidente ventaja sobre los equipos de calefacción

convencionales, en cuanto a reducción de emisiones de CO2.

&&&Emisiones de CO2 evitadas.

En el estudio antes citado, las emisiones de CO2 evitadas en 1997, por el parque mundial de Bombas de

Calor, han sido estimadas en un 0,5 % de las totales del globo, repartidas así:

64 millones de toneladas de CO2 en el sector residencial

54 millones de toneladas de CO2 en el sector comercial e industrial

Sin embargo, el potencial actual que tienen las Bombas de Calor para reducir las emisiones de CO2 del

globo es muy superior a este 0,5%. Se estima en un 6%, lo que equivaldría a una reducción de 1.200

millones de toneladas de CO2 al año, repartidas así:

1.000 millones de toneladas de CO2 en el sector residencial y comercial.

200 millones de toneladas de CO2 en el sector industrial.

Este potencial de reducción de emisiones de CO2 es uno de los mayores que puede ofrecer una única

tecnología, con la ventaja de que se trata de una tecnología que ya está disponible en el mercado.

&&&&Perspectivas futuras

El actual potencial de reducción de emisiones de CO2 por Bomba de Calor, estimado en un 6%, podría

llegar en un futuro próximo hasta el 16%, según la Agencia Internacional de la Energía. Se haría realidad,

gracias a los desarrollos de la tecnología, que permitirían que las Bombas de Calor y las centrales de

producción de energía eléctrica obtuvieran un rendimiento superior, y también por el incremento de la

energía eléctrica obtenida a partir de energías renovables.

POTENCIAL DE EMISIONES DE CO2 EVITADAS POR BOMBA DE CALOR

Hoy día los COP medios de las Bombas de Calor están entre el 2,5 y el 4. Para la próxima década se

prevén nuevas mejoras que los incrementen. En consecuencia, las Bombas de Calor resultarán más

atractivas y ocuparán una cuota mayor del mercado.

&&&&&Situación española

Las emisiones de CO2, como consecuencia de los procesos de calefacción, climatización y agua caliente

sanitaria en los sectores residencial y servicios, ascienden anualmente en nuestro país a 28 millones de

toneladas de CO2. Esto representa un 12 % de las emisiones nacionales de CO2.

Si aceptamos, de acuerdo con los apartados anteriores, que el potencial de reducción de emisiones de

CO2 por Bomba de Calor puede llegar a ser del 6%, su realización en España supondría evitar 1,68

millones de toneladas de CO2, lo que representaría una reducción del 0,7 % sobre el total de nuestras

emisiones.

EMISIONES DE CO2 EN ESPAÑA

Decíamos anteriormente que en las Bombas de Calor eléctricas, mayoritarias en nuestro país, la

electricidad consumida para accionarlas, ya lleva implícita la emisión de CO2 en origen. Es decir la

producida por las centrales de generación eléctrica y como consecuencia de las pérdidas de transporte y

distribución. Pero su efecto sobre el medio ambiente dependerá de cómo se genere esta energía

eléctrica. Si es mediante energía hidroeléctrica, nuclear o eólica, es clara la reducción de emisiones.

En la tabla siguiente se muestran las cuotas de producción de energía primaria para producción eléctrica

y el rendimiento medio de las centrales de generación para los diferentes combustibles.

Producción de energía

eléctrica en España

Cuot

a

(%)

Rendimiento medio de la central

de generación

(%)

FUEL-OIL 0,1 36

FUEL-OIL 3,7 36,5

CARBÓN (TURBA) 28,2 35,7

CARBÓN (LIGNITO) 6,1 32

BIOMASA 0,4 30

NUCLEAR 30,8 32

HIDROELÉCTRICA 18,4

RENOVABLES 2,4

AUTOPRODUCCIÓN 9,9

Se observa que de la cuota total un porcentaje del 51,6 % no entraña emisiones de CO2, lo que

representa una situación favorable para la Bomba de Calor. A esto hay que añadir que las energías

renovables están teniendo cada vez mayor importancia dentro del panorama energético español, lo que

beneficia la utilización de la Bomba de Calor, en relación con este aspecto.

Problemática asociada a los refrigerantes.

&Introducción.

En el año 1974, se publicó en Nature, el trabajo "Stratospheric sink for chlorofluoromethanes; chlorine

atom catalysed destruction of ozone" de Sherwood Rowland y Mario Molina. En él, los autores,

relacionaron la disminución del espesor de la capa de ozono atmosférico con la acción catalítica de las

moléculas de determinados compuestos halogenados derivados de hidrocarburos saturados.

La tierra recibe energía del sol en forma de radiaciones de distintas longitudes de onda. Antes de

alcanzar la superficie del planeta, estas radiaciones deben atravesar la atmósfera. La capa de ozono

sirve como filtro natural de los rayos ultravioleta del sol, actuando como un escudo protector. Cuando

estos compuestos alcanzan la estratosfera, zona más exterior de la atmósfera, quedan sometidos a las

radiaciones solares ultravioletas, descomponiéndose y liberando átomos de cloro. Tras una serie de

reacciones químicas complejas, el cloro destruye las moléculas de ozono. Por esta razón una mayor

cantidad de radiación ultravioleta corta alcanza la superficie de la tierra.

Uno de los compuestos halogenados derivados de hidrocarburos saturados causante de este efecto son

los CFC's conocidos como clorofluorocarbonos. Los CFC's fueron desarrollados en 1930 como fluidos de

trabajo para sistemas frigoríficos de compresión mecánica, obtenidos sintéticamente por halogenación

de hidrocarburos saturados. Aunque comenzaron como refrigerantes luego se emplearon en otros usos

como sprays, aislamientos, industria química etc., por lo que su uso en aire acondicionado representa

sólo una parte de sus aplicaciones.

Además de los CFC's existen otros fluidos de trabajo derivados de los hidrocarburos saturados que se

utilizan en instalaciones de aire acondicionado. Son los obtenidos por sustitución de algunos átomos de

hidrógeno por otros de flúor y cloro, llamados hidroclorofluorocarbonos o HCFC's. El HCFC's más conocido

es el R-22. En España la práctica totalidad de las Bombas de Calor que se comercializan lo utilizan. Se les

denomina abreviadamente CFC's y HCF's iniciales de sus componentes (cloro-flúor-carbonos) e (hidro-

cloro-flúor-carbonos).

El factor de destrucción de la capa de ozono depende directamente del contenido de cloro del

refrigerante. Para evaluar la capacidad de destrucción de ozono en términos cuantitativos se recurre a

un índice adimensional. Se llama ODP (Ozone Depleting Potencial) ó Potencial de Destrucción de Ozono.

Expresa el grado máximo en que un gas dado puede provocar la disminución de la capa de ozono. Por

convención se da el valor 1 a la capacidad del R-11 para destruir ozono.

En el cuadro siguiente se hace una comparación entre diferentes refrigerantes en relación con el

contenido de cloro, ODP y vida media estimada.

REFRIGERANT

E

CONTENIDO

EN CLORO

CACTOR DESTRUCCIÓN

OZONO (ODP)

VIDA MEDIA

ESTIMADA (AÑOS)

R-11 (CFC) 77.4% 1 60

R-12 (CFC) 58.6% 0.95 130

R-22 (HCFC) 41% 0.05 15

R-134-a (HFC) 0 0 16

Los CFC's tienen una vida media atmosférica muy larga lo que les permite conservar su estructura

molecular intacta hasta que alcanzan la estratosfera al cabo de 3 a 5 años después de su emisión. Los

HCFC's tienen una vida media atmosférica más corta que los CFC's, por lo que su capacidad de

destrucción es menor. Sólo una pequeña parte de las moléculas de HCFC's descargadas a la atmósfera

alcanzan la estratosfera y contribuyen a la destrucción del ozono de la misma manera que lo hacen los

CFC's. Los HCFC's tiene una incidencia 20 veces menor que el R-11.

Al detectarse las implicaciones de estos productos como modificadores del medio ambiente, se decidió a

nivel mundial eliminarlos y sustituirlos por otros de tipo HFC's (hidro-fluor-carbonos, sin cloro)

semejantes en seguridad y prestaciones pero inocuos para la capa de ozono.

En el año 1980 el UNEP (United Nations Environmental Programme) Programa de las Naciones Unidas de

Medio Ambiente inició los trabajos de preparación de un convenio internacional para establecer las líneas

generales para una acción internacional con vistas a la protección de la capa de ozono atmosférico.

En el año 1985 se aprobó el Convenio de Viena, para la protección de la Capa de Ozono. En él se

establecieron una serie de mecanismos de investigación y de cooperación, así como la adopción de

medidas legislativas, todo ello tendente a proteger la salud humana y el medio ambiente de los efectos

adversos resultantes de las modificaciones de la capa de ozono atmosférico.

Poco después de la firma del Convenio de Viena se iniciaron los trabajos de preparación de un protocolo

que regulase las sustancias que, aparentemente podían influir sobre la capa de ozono. En 1987 se

aprueba el texto llamado "Protocolo de Montreal relativo a las Sustancias que agotan la Capa de Ozono".

El texto deja abierta la posibilidad de ser enmendado en función de sucesivas evidencia científicas que

se fuesen obteniendo en relación con el agotamiento del ozono.

Como consecuencia de los resultados de las investigaciones científicas fomentadas por el Protocolo de

Montreal que han contribuido a aumentar el conocimiento del mecanismo de deterioro de la capa de

ozono, el número de sustancias reguladas y sus correspondientes calendarios de supresión, se han ido

endureciendo en las sucesivas enmiendas del Protocolo de Montreal, Helsinki (1989), Londres (1990).

Copenhague (1992) y Bangkok (1993).

La Comunidad Europea ha pretendido impulsar medidas más restrictivas que las del Protocolo de

Montreal en lo relativo al control de las sustancias que agotan la capa de ozono. El Consejo de la Unión

Europea, ha aprobado entre otros, el Reglamento 3093/94, relativo a las sustancias que agotan la capa

de ozono, que fija el calendario aplicable a estas sustancias.

&&Situación española.

Del estudio del mercado español, realizado sobre un total de 2.707 modelos diferentes de Bombas de

Calor, se obtiene como conclusión principal que prácticamente en su totalidad utilizan R-22. Sólo en 1

caso se ha detectado una Bomba de Calor que utiliza el R-134-a.

El parque actual de Bombas de Calor en los sectores residencial, comercio, servicio e industria concentra

en sus equipos una cantidad de refrigerante que se estima en 5.500 toneladas de R-22. Su reparto por

sectores es el siguiente:

SECTORDISTRIBUCIÓN POR SECTORES, DEL REFRIGERANTE R-22 EN

BOMBAS DE CALOR INSTALADAS EN ESPAÑA (Toneladas)

Residencial

Comercial/Institucio

nal

Industrial

1000

4000

500

Proyectos de investigación y desarrollo más recientes.

A continuación se expone un pequeño resumen de los proyectos más recientes y estado de la tecnología

cuanto a refrigerantes, ciclos, componentes de las máquinas y proyectos de Investigación y Desarrollo.

&Refrigerantes

La evolución de la Bomba de Calor en los próximos años dependerá en gran medida de la evolución de

los fluidos refrigerantes. Los refrigerantes organoclorados, alrededor de los cuales se habían desarrollado

todos los componentes de las Bombas de Calor, están condenados a desaparecer debido a su efecto

destructor sobre la capa de ozono y el efecto invernadero. Para que la Bomba de Calor continúe siendo

una alternativa atractiva desde el punto de vista del ahorro enérgetico, la sustitución de los refrigerantes

por otros debe mantener o superar las eficiencias de los ciclos.

Algunas alternativas para la sustitución planteando ventajas e inconvenientes.

- HCFC's

El primer paso para evitar la destrucción de la capa de ozono fue la sustitución de los fluoro carbonados

con dos átomos de cloro (CFC) por fluorocarbonados con un átomo de cloro y otro de hidrógeno (HCFC).

Estos refrigerantes contribuyen en menor medida a la destrucción de la capa de ozono por su mayor

estabilidad, pero influyen en el calentamiento global en mayor medida que estos. Sin embargo hace

poco también fueron incluidos en la lista de sustancias controladas, y se decidió su parada de fabricación

en el año 2020 con la completa desaparición en el año 2030.

- HCF'S

Los HFC's son fluidos refrigerantes sin cloro, y por tanto sin efecto sobre la reducción de la capa de

ozono, pero algunos de ellos tienen un efecto importante sobre el efecto invernadero. Con la sustitución

de refrigerante se pierde eficacia pero el COP no se reduce significativamente. Además debe ser

utilizado con lubricantes de poliol-ester debido a que es muy higroscópico. Además cuando se utilice

para llenar circuitos existentes se deben extremar las precauciones en la limpieza de los mismos.

- Mezclas

Las mezclas constituyen una importante posibilidad para la sustitución de los CFC's, tanto para su

utilización en Bombas de Calor nuevas como en las ya existentes. Una mezcla está constituida por dos o

más fluidos refrigerantes y puede ser:

Zeotrópica

Azeotrópica

Cuasi-zeotrópica

Las mezclas azeotrópicas evaporan y condensan a temperatura constante, mientras que las otras lo

hacen en un rango de temperatura (deslizamiento). El deslizamiento puede ser utilizado para mejorar la

eficiencia pero requiere la modificación del equipo. La ventaja de las mezclas es que pueden variar sus

propiedades en función de las necesidades de cada aplicación variando la proporción entre los

componentes. Las mezclas no azeotrópicas presentan problemas por diferente volatilidad de sus

componentes. En caso de fugas no se puede saber que cantidad de cada uno de los refrigerantes que

componen la mezcla se ha perdido por lo que es necesario llenar el circuito de nuevo con la carga total

de

- Fluidos de trabajo naturales

Los fluidos de trabajo naturales son sustancias que existen en la biosfera de una forma natural.

Generalmente tienen muy pocos inconvenientes en relación al medio ambiente (los potenciales de

destrucción de la capa de ozono y de calentamiento global son cero o aproximados a cero). Son, por lo

tanto, alternativas a largo plazo a los CFCs. Ejemplos de fluidos de trabajo naturales son el amoniaco

(NH3), hidrocarburos (ej. propano), dióxido de carbono (CO2), aire y agua. Algunos de los fluidos de

trabajo naturales son inflamables o tóxicos. Las implicaciones de seguridad del uso de dichos fluidos

pueden requerir el diseño de un sistema específico y unas rutinas de operación y mantenimiento

adecuadas.

- El amoniaco (NH3) es en muchos países el fluido de trabajo principal en refrigeración media y alta y en

plantas de almacenamiento en frío. Han sido desarrollados códigos, regulaciones y leyes principalmente

para tratar con las características tóxicas, y de alguna manera con las características inflamables del

amoniaco.

El amoniaco podría ser también considerado en sistemas pequeños, mayoritarios en el mercado de las

Bombas de Calor. En sistemas pequeños, los aspectos de seguridad pueden ser tratados usando equipos

con baja carga de fluido de trabajo y medidas tales como sistemas de distribución indirecta (con

salmuera), alojamientos o revestimientos a prueba de gas, y ventilación a prueba de fallos. El cobre no

es compatible con el amoniaco, con lo que todos los componentes deben ser de acero.

El amoniaco no se usa todavía en Bombas de Calor industriales de alta temperatura, pues normalmente

no hay compresores adecuados de alta presión disponibles (40 bares máximo). Si se desarrollan

compresores eficientes de alta presión, el amoniaco será un excelente fluido de trabajo a alta

temperatura.

- Los hidrocarburos (HC's) son fluidos de trabajo inflamables, con propiedades termodinámicas conocidas

y compatibilidad de material. Están formados por propano, butano y sus mezclas. Son utilizados en gran

medida en la industria del petróleo, esporádicamente aplicados en la refrigeración del transporte,

refrigeradores/congeladores domésticos, y Bombas de Calor recientes (Alemania).

Debido a su alta inflamabilidad, los hidrocarburos únicamente deberían ser utilizados para llenado de

circuitos existentes o aplicados en sistemas con baja carga de fluido de trabajo. Para garantizar la

seguridad necesaria durante la operación y el servicio, deberían tomarse precauciones como sistemas de

ventilación a prueba de fallos, adición de gas odorizante al fluido de trabajo, uso de detectores de gas

etc.

- El agua es un excelente fluido de trabajo para las Bombas de Calor industriales de alta temperatura

debido a sus propiedades termodinámicas favorables y al hecho de que no es ni inflamable ni tóxico. El

agua ha sido usada principalmente como fluido de trabajo en sistemas MVR abiertos y semi-abiertos,

pero también existen algunas Bombas de Calor de ciclo de compresión cerrado que usan agua como

fluido de trabajo.

La mayor desventaja del agua como fluido de trabajo es su baja capacidad de calor volumétrico. Esto

hace que se requieran compresores grandes y caros, especialmente a bajas temperaturas.

&&Ciclos

Los desarrollos recientes en los ciclos de compresión tradicional se encuentran relacionados con el uso

de nuevos refrigerantes. Los ciclos y sistemas son optimizados termodinámica y termofísicamente para

adaptarse a su comportamiento.

La utilización de códigos de simulación de comportamiento de refrigerantes es una herramienta muy útil

para la optimización de los mismos.

Los sistemas de mezclas zeotrópicas requieren una atención especial ya que, ofrecen la posibilidad de

mejoras en la eficiencia, pero pueden plantear muchos problemas; con un diseño inadecuado, se pueden

presentar cambios en la composición de la mezcla si el sistema tiene componentes con volúmenes

inactivos donde el refrigerante líquido se puede acumular.

Una de las pérdidas tradicionales en el ciclo real tiene lugar en la expansión. Para reducir esta pérdida se

están realizando investigaciones sustituyendo las válvulas de expansión tradicionales por dispositivos de

expansión de Lysholm de tornillo. Para aplicaciones en las que el fluido refrigerante presenta un gran

intervalo de deslizamiento en el sumidero de calor es posible diseñar sistemas con una gran eficiencia

ajustando el ciclo a este cambio de temperatura.

Para superar los problemas planteados por los refrigerantes organoclorados se están realizando

esfuerzos importantes en la investigación de ciclos distintos de los tradicionales.

Ciclos de aire : Se utilizan en la actualidad en aplicaciones especiales como el acondicionamiento de aviones.

Ciclos de absorción : Son objetivo de numerosas investigaciones en sus dos - Ciclos de absorción: Son objetivo de numerosas investigaciones en sus dos modalidades, simple efecto y doble efecto. Como consecuencia de estos esfuerzos investigadores los coeficientes de prestación se han incrementado considerablemente.

Ciclos de cascada : Con combinación de varios ciclos se consiguen mayores temperaturas en el condensador.

Ciclo de stirling : Utilizado para grandes saltos de temperatura. Existen algunas realizaciones experimentales para aplicaciones convencionales

&&&Componentes

- Compresores

En el compresor de tornillo y en el scroll, así como en otros diseños de compresores rotativos existen

posibilidades de integrar a media presión una entrada de tal manera que se mejora la eficiencia del ciclo

reduciendo pérdidas. La investigación en el campo de los compresores está orientada al incremento de

la eficiencia buscando isoentropicidad, reducción de ruido y vibraciones y mejora del engrase. La

fiabilidad es otro objetivo en estos desarrollos.

- Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor son componentes importantes en la eficiencia de las Bombas de Calor.

Pequeñas diferencias de temperatura son decisivas para la eficiencia energética de un sistema.

Existen interesantes desarrollos de cambiadores en los últimos tiempos. Estos desarrollos están

relacionados con el incremento de transferencia de calor en evaporador y condensador utilizando

superficies de microestructura. Sin embargo las microestructuras plantean problemas de ensuciamiento

por aceite.

Otro desarrollo es el intercambiador de aletas soldadas, que permite una disminución considerable de la

carga de refrigerante. Este tipo de cambiadores ha hecho también posible la utilización de refrigerantes

que requieren altas presiones en el condensador.

Las investigaciones en cambiadores están también orientadas a mejorar el intercambio que se ve

afectado por los lubricantes que requieren los nuevos refrigerantes.

- Controles

El control de la Bomba de Calor está influenciado por el desarrollo de la electrónica.

El control de operación de las Bombas de Calor se realiza cada vez en mayor medida mediante

programación gracias a la introducción de los microprocesadores en los esquemas de control. Esto

permite que la Bomba de Calor opere satisfactoriamente en diversos modos:

Refrigeración

Calefacción

Calefacción con fuente de calor de apoyo

Con acumulación de calor en agua

Desescarchando

Los microprocesadores hacen posible la autoadaptación de las máquinas a las distintas condiciones.

Con el control por microprocesador es también posible controlar el ciclo, reemplazando la tradicional

válvula termostática o variando la velocidad del compresor mediante los denominados "inverters".

También se puede actuar mediante la variación de la velocidad de los ventiladores.

El control mediante microprocesador puede tener también efectos sobre el mantenimiento. Es posible

mediante la incorporación de una tarjeta inteligente que registra las condiciones de funcionamiento, el

ajuste de los parámetros a las nuevas condiciones o incluso el mantenimiento a distancia.

&&&&Proyectos de investigación y desarrollo.

Varias entidades españolas participan en proyectos de investigacion de carácter internacional. A

continuación he extraido un proyecto realizado por miembros del ENEBC (Equipo Nacional Español de la

Bomba de Calor).

Proyecto ROTEX

El ROTEX es un sistema innovador de aire acondicionado, calefacción y agua caliente sanitaria que

funciona con un ciclo de absorción de doble efecto en el que se utiliza gas natural como combustible.

El origen del nombre Rotex viene del carácter rotativo del sistema, característica que permite intensificar

el proceso de absorción debido al campo gravitatorio de alta intensidad generado por la fuerza

centrífuga.

El refrigerante principal es agua, por lo que no se utiliza ninguno de los organoclorados que serán

restringidos en futuro próximo, y sobre todo, su rendimiento en función de la energía primaria consumida

es superior a los aparatos eléctricos de aire acondicionado que se comercializan en la actualidad.

El núcleo equivalente al compresor es un conjunto compacto que integra el generador, condensador,

evaporado y el absorbedor que ha sido diseñado y desarrollado durante los últimos años en Inglaterra

dentro de un programa Eureka, en el que han participado: British Gas, Caradon, Gas Natural, Lennox

Industries, Fagor e Ikerlan.

Se están construyendo 9 prototipos que serán probados en diferentes localidades europeas. Se prevée

su orientación tanto al sector residencial como al comercial.

PROYECTO ROTEX

Eficiencia o rendimiento de una bomba de calor.

La ventaja fundamental de la bomba de calor consiste en que es capaz de suministrar más energía de la

que consume. Esta aparente contradicción con uno de los principios más sólidos de la termodinámica, se

explica por el hecho de que el equipo recupera energía "gratuita" del ambiente exterior.

Por ejemplo, una bomba de calor puede proporcionar a un local 2,5 kWh absorbiendo de la red tan solo 1

kWh. Los restantes 1,5 kWh se obtienen gratuitamente del aire exterior.

La figura representa un diagrama de bloques que ilustra la eficiencia, o en otras palabras el rendimiento,

de una bomba de calor. Las cifras indicadas en la figura son:

Energía total entregada por el condensador al local (2,5 kWh)

Energía "no gratuita" tomada de la red eléctrica por el compresor (1 kWh)

Energía "gratuita" tomada del aire exterior por el evaporador (1,5 kWh)

Eficiencia de una bomba de calor

La eficiencia de esta bomba de calor vendría expresada por el cociente entre la energía entregada al

local (efecto útil) y la energía absorbida de la red eléctrica, es decir:

Eficiencia = 2,5

En consecuencia, la bomba de calor es potencialmente de gran interés para el usuario, dado que éste

paga por una cantidad de energía menor que la aportada por el equipo para calentar el local.

Puede deducirse la conveniencia de utilizar equipos acondicionadores con bomba de calor, para su

funcionamiento tanto en verano como en invierno. Además, un equipo con bomba de calor sólo supone,

aproximadamente, un 20% de incremento, frente a la inversión necesaria para un acondicionador

convencional exclusivamente para el verano.

Algunas definiciones de términos importantes

- A.C.S.:

Agua caliente sanitaria.

- Aparato acondicionador de aire:

Unidad que permite la refrigeración y eventualmente la calefacción de un espacio mediante su simple

conexión a la red de energía eléctrica, sin requerir otras instalaciones adicionales o complementarias

para su correcto funcionamiento.

- Bomba de calor:

máquina térmica que permite transferir calor de una fuente fría a otra más caliente.

- Climatización:

Proceso de tratamiento de aire que se efectúa a lo largo de todo el año, controlando, en los espacios

interiores, su temperatura, humedad, pureza y movimiento.

- Coeficiente de eficiencia energética de un aparato (CEE):

Cociente entre la potencia térmica total útil y la potencia total absorbida para unas condiciones de

funcionamiento determinadas.

- Coeficiente de prestación de un sistema (COP):

Relación entre la energía térmica cedida por el sistema y la energía de tipo convencional absorbida.

- Energía convencional:

Aquella energía tradicional, normalmente comercializada, que entra en el cómputo del producto interior

bruto.

- Energía residual:

Energía que se puede obtener como subproducto de un proceso principal.

- Expansión directa:

Proceso de tratamiento de aire efectuado por evaporaciones del fluido frigorígeno en el circuito primario

de una batería.

- Instalación unitaria:

Son aquellas en las que cada elemento es un generador de frío o calor independiente.

- Instalaciones individuales:

Son aquellas instalaciones no unitarias, en las que la producción de frío o calor es independiente para

cada usuario.

- Instalaciones colectivas:

Son aquellas instalaciones centralizadas en las que la producción de frío o calor sirve a un conjunto de

usuarios dentro de un mismo edificio.

- Instalaciones semicentralizadas:

Son aquellas instalaciones individuales realizadas con equipos autónomos dotados de una red de

conductos de distribución de aire.

- Potencia calorífica útil de una Bomba de Calor:

Producto del caudal másico del fluido portador por el salto de entalpía a través del condensador, en las

condiciones de funcionamiento que se especifiquen.

- Refrigeración:

Proceso de tratamiento de aire que controla, al menos, la temperatura máxima de un local.

- Sistemas agua-aire:

Técnica de acondicionamiento en la que la distribución de la energía térmica a diversos locales se realiza

mediante circuitos de agua y aire.

- Sistema centralizado:

Instalación en la que la producción de frío o calor se realiza centralmente distribuyéndose a diversos

subsistemas o equipos terminales que actúan sobre las condiciones ambientales de locales o zonas

diferentes.

- Sistema todo agua:

Técnica de acondicionamiento en la que la distribución de la energía térmica se realiza exclusivamente

mediante agua.

- Sistema todo aire:

Técnica de acondicionamiento en la que la distribución de la energía térmica a diversos locales se realiza

exclusivamente mediante aire.

- Unidad compacta:

Equipo autónomo totalmente montado en fábrica.

Direcciones de Internet relacionadas con la bomba de calor.

www.enebc.org/bomba

http://bdd.unizar.es/pag3/PAG6-2/5.htm

www.hictesa.com

www.acson.es

www.fecsa.es

www.enher.es

www.ribernet.es/instalaciones/instala.htm

http://imartinez.etsin.upm.es/lab1/p5/Bomba de calor.html

http://www.imst.upv.es/bombaCalor.htm

http://www.bluprint.es/sanitaristas/hidro.html

http://www.ciberia.es/~egl/definibomba.htm

http://www.ediho.es/contenidos/f265.html

http://cipres.cec.uchile.cl/~mabello/taller2/1.html

http://www.martiter.com/