la bomba de calor

8/7/2019 la bomba de calor

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ENEBC - La Bomba de Calor

1.1.- Introduccin.

1.2.- Clasificacin.

1.3.- Funcionamiento.

1.4.- Focos.

1.5.- Elementos Componentes.

1.6.- Refrigerantes.

1.7.- Coeficientes de prestacin.

1.1.- INTRODUCCIN

l calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas temperaturas. Sin

mbargo, la Bomba de Calor es capaz de forzar el flujo de calor en la direccin contraria, utilizando

na cantidad de trabajo relativamente pequea. Las Bombas de Calor pueden transferir este calor

esde las fuentes naturales del entorno a baja temperatura (foco fro), tales como aire, agua o la

ropia tierra, hacia las dependencias interiores que se pretenden calefactar, o bien para emplearlo

n procesos que precisan calor en la edificacin o la industria. Es posible, as mismo, aprovechar

os calores residuales de procesos industriales como foco fro, lo que permite disponer de una

uente a temperatura conocida y constante que mejora el rendimiento del sistema.

as Bombas de Calor tambin pueden ser utilizadas para refrigerar. En este caso la transferencia

e calor se realiza en el sentido contrario, es decir desde la aplicacin que requiere fro al entorno

ue se encuentra a temperatura superior. En algunas ocasiones, el calor extrado en el

nfriamiento es utilizado para cubrir una demanda simultnea de calor.

ara transportar calor desde la fuente de calor al sumidero de calor, se requiere aportar un

rabajo. Tericamente, el calor total aportado por la Bomba de Calor es el extrado de la fuente de

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alor ms el trabajo externo aportado.

l principio de funcionamiento de las Bombas de Calor no es reciente. Sus orgenes provienen del

stablecimiento por Carnot en 1824, de los conceptos de ciclo y reversibilidad, y por la concepcin

erica posterior de Lord Kelvin. Un gas evolucionaba cclicamente, era comprimido y

osteriormente expansionado, obteniendo fro y calor.

l desarrollo de los equipos de refrigeracin tuvo un rpido progreso, en aplicaciones como la

onservacin de alimentos y el aire acondicionado. Sin embargo las posibilidades de utilizar la otra

uente trmica, el calor o el fro y calor simultneamente no se aprovecharon.

sto fue debido por una parte a las dificultades tecnolgicas que presentaba la construccin de la

omba de Calor y por otra al bajo precio de la energa, que haca que sta no fuera competitiva

on los sistemas tradicionales de calefaccin a base de carbn, fuel-oil o gas, que presentaban una

lara ventaja en relacin con sus costes. Por ejemplo, en 1965, en Estados Unidos, slo las

ombas de Calor con un COP superior a 5 conseguan acercarse a los costes del combustible ms

aro, que en esos aos era el gas ciudad.

A finales de los aos cincuenta se inici la expansin de la Bomba de Calor en Estados Unidos y su

roduccin en serie, con la siguiente evolucin en el nmero de ventas: 1954 (2.000 unidades),

957 (10.000 unidades), 1963 (76.000 unidades).

n Europa no se inicia su comercializacin hasta 1970. As, en 1973 se vendieron en Francia 600

ombas de Calor de tipo domstico y 7.000 unidades en 1977. En Espaa en 1980, del orden de

.500 unidades. En 1968 se realiz la primera instalacin con Bomba de Calor a gas en Europa, enna pista polideportiva holandesa.

a crisis del petrleo y el alza de los precios de los combustibles a partir de 1973, impuls las

nvestigaciones en nuevos equipos de alta eficiencia, adems de cambiar el posicionamiento de los

ostes de calefaccin, situacin que benefici el desarrollo de la Bomba de Calor.

A lo largo de estos aos adems de los cambios coyunturales que han propiciado el aumento de las

entas, las Bombas de Calor han tenido una evolucin positiva desde el punto de vista tecnolgico.



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n un principio, el desarrollo se centr en equipos reversibles aire-aire. El fin principal de estas

ombas era la refrigeracin, en consecuencia el diseo estaba orientado a las condiciones del ciclo

ara obtener fro en verano. Por esta razn existan una serie de defectos de la mquina al

uncionar para dar calefaccin, que hoy en da se encuentran superados gracias al desarrollo de los

ompresores y a la introduccin de la electrnica para el control de desescarche.

stos defectos eran:

q Fallos del compresor por golpes de lquido, falta de engrase o sobrecarga del

motor de accionamiento

q Formacin de hielo en el evaporador

q Potencia calorfica baja.

q Costes de explotacin superiores a los previstos

n el momento actual la utilizacin de Bombas de Calor se justifica, adems de por el ahorro

nergtico que suponen, por su contribucin a la reduccin de las emisiones de CO2. Las Bombas

e Calor consumen menos energa primaria que los medios tradicionales de calefaccin. Sin

mbargo a nadie se le escapa que el efecto sobre el medio ambiente de las Bombas de Calor

epende mucho de cmo se genere la energa elctrica.

i la energa elctrica proviene de fuentes como la hidroelctrica elica, es clara la reduccin de

as emisiones, pero incluso cuando la electricidad que alimenta las bombas es generada mediante

entrales trmicas de combustibles fsiles, se demuestra que la reduccin total de emisiones es

mportante.



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1.2.- CLASIFICACIN

as Bombas de Calor se pueden clasificar segn diferentes criterios. A continuacin se muestran

lgunos de los ms utilizados.

egn el Tipo de Proceso

q Bombas de Calor, cuyo compresor est impulsado mecnicamente por un motor elctrico de gas,

diesel, o de otro tipo.

q Bombas de Calor de accionamiento trmico (Bombas de Calor de absorcin), en las que el ciclo se

impulsa mediante calor a temperaturas elevadas.

q Bombas de Calor electrotrmicas, que funcionan segn el efecto Peltier.

n las Bombas de Calor de compresin, la elevacin de presin y temperatura entre evaporador yondensador se logra mediante compresin mecnica del vapor. En el ciclo de absorcin este

fecto se logra mediante un circuito de absorcin. Por otra parte la compresin mecnica se puede

ealizar mediante un compresor accionado por un motor elctrico en las bombas con motor

lctrico, o bien por un compresor accionado por un motor de combustin de gas, en las Bombas

e Calor de motor de gas.

egn el medio de origen y destino de la energa

sta clasificacin es la ms utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante dos palabras. La

rimera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco fro) y la segunda al medio receptor

foco caliente)

Medio del que extrae la

energa

Medio al que se cede

energa

Segn medio de origen y de

destino de la energa

AIRE AIRE

AIRE AGUA

AGUA AIRE

AGUA AGUA



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TIERRA AIRE

TIERRA AGUA

q Bombas de calor aire-aire: Son las ms utilizadas, principalmente en climatizacin.

q Bombas de calor aire-agua: Se utilizan para producir agua fra para refrigeracin o agua caliente

para calefaccin y agua sanitaria.

q Bombas de calor agua-aire: Permiten aprovechar la energa contenida en el agua de los ros, mares,

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

exterior, debido a la mayor uniformidad de la temperatura del agua a lo largo del ao.

q Bombas de calor agua-agua: Similares a las anteriores, excepto que los emisores son radiadores a

baja temperatura, fan-coils o suelo radiante.

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

instalaciones poco habituales, debido a su coste y a la necesidad de disponer de grandes superficies de

terreno.

egn construccin

or la forma de construir la mquina, sta puede ser:

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

una misma carcasa.

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

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

interior local.

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

egn funcionamiento

q Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefaccin como en ciclo de refrigeracin invirtiendo

el sentido de flujo del fluido frigorfico gracias a una vlvula de 4 vas.

q No reversibles: nicamente funcionan en ciclo de calefaccin.

q Termofrigobombas: Producen simultneamente fro y calor.



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1.3.- FUNCIONAMIENTO

.3.1.- Bomba de Calor de Compresin Mecnica

a mayor parte de las Bombas de Calor existentes trabajan con el ciclo de compresin de un fluido

ondensable. Sus principales componentes son:

- Compresor

- Vlvula de expansin

- Condensador

- Evaporador

os componentes se conectan en un circuito cerrado por el que circula un fluido refrigerante.

FIGURA 1.1 BOMBA DE CALOR DE COMPRESIN MECNICA ACCIONADA POR MOTOR ELCTRICO

l ciclo se desarrolla en las siguientes etapas:

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

emperatura de la fuente de calor (foco fro), de esta manera el calor fluye de la fuente al fluidoefrigerante propiciando la evaporacin de ste.

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



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u presin y temperatura.

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

ondensacin al medio.

. Finalmente, el lquido a alta presin obtenido a la salida del condensador se expande mediante

a vlvula de expansin hasta alcanzar la presin y temperatura del evaporador. En este punto el

uido comienza de nuevo el ciclo accediendo al evaporador.

l compresor puede ser accionado por un motor elctrico o por un motor trmico.

- Bombas de calor elctricas: En este tipo de bombas el compresor es accionado por un motor

elctrico. (Fig.1.1)

- Bomba de calor con motor trmico: El compresor es accionado mediante un motor de

combustin, alimentado con gas o con un combustible lquido. Las ms extendidas son las

Bombas de Calor con motor de gas. (Fig.1.2)

FIGURA 1.2 BOMBA DE CALOR CON MOTOR DE GAS

Ciertos tipos de Bombas de Calor (reversibles) son capaces de proporcionar calefaccin y

efrigeracin. Las Bombas de Calor reversibles incorporan una vlvula de 4 vas que permite la

nversin de circulacin del fludo frigorfico.



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De esta forma:

q Se bombea calor del exterior hacia el interior en el ciclo de calefaccin.

q Se bombea calor del interior hacia el exterior en el ciclo de refrigeracin.

n la figura 1.3 se esquematizan los ciclos de calefaccin y refrigeracin. El funcionamiento de unaomba de Calor reversible es el siguiente:

Ciclo de calefaccin:

q El compresor eleva la presin y temperatura del fluido frigorfico. (1)

q En el intercambiador, situado en el interior del recinto a calefactar, el fluido cede al aire del recinto el

calor de su condensacin. (2)

q El fluido en estado lquido y a alta presin y temperatura se expande en la vlvula de expansin

reduciendo su presin y temperatura, evaporndose en parte. (3)

q En el intercambiador situado en el exterior el fluido refrigerante completa su evaporacin absorbiendo

calor del aire exterior, retornando al compresor (1) a travs de una vlvula de cuatro vas. (5)



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FIGURA 1.3 CICLOS DE CALEFACCIN Y REFRIGERACIN

Ciclo de refrigeracin:

q El compresor eleva la presin y temperatura del fluido frigorfico (1) siguiendo su camino a travs de la

vlvula de 4 vas (5).

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

(4)

q El fluido en estado lquido y alta presin se expande en la vlvula de expansin reduciendo su presin yevaporndose en parte. (3)

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

evaporacin absorbiendo calor del medio interior.



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.3.2.- Bomba de Calor de Absorcion

as Bombas de Calor de absorcin son accionadas trmicamente, esto quiere decir que la energa

portada al ciclo es trmica en vez de mecnica como en el caso del ciclo de compresin. El

istema de absorcin se basa en la capacidad de ciertas sales y lquidos de absorber fluidoefrigerante. Las parejas de fluidos ms utilizadas actualmente son: agua como fluido refrigerante

n combinacin con bromuro de litio como absorbente, o bien el amonaco como refrigerante

tilizando agua como absorbente.

FIGURA 1.4 BOMBA DE CALOR DE ABSORCIN

os ciclos de absorcin son anlogos a los de compresin, nicamente se sustituye el compresor

or un circuito de disoluciones que realiza la misma funcin que ste, es decir, eleva la presin y

emperatura del fludo frigorfico en estado vapor. El circuito de disoluciones, denominado 2 en la

gura 1.4, consiste en un absorbedor, una bomba que impulsa la disolucin, un generador y una

lvula de expansin. El vapor a baja presin procedente del evaporador es absorbido por el fluido

bsorbente en el absorbedor. El proceso de absorcin genera calor. La disolucin es bombeada a

mayor presin accediendo al generador, donde el fluido refrigerante entra en ebullicin gracias a

n calor que se aporta desde el exterior. El refrigerante es entonces condensado, separndose del

bsorbedor. El refrigerante pasa a travs del condensador mientras que el absorbente es

onducido al absorbedor.



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e obtiene energa trmica a media temperatura en el condensador y en el absorbedor. En el

enerador se consume energa trmica a alta temperatura, y en la bomba energa mecnica.

1.4.- FOCOS

a Bomba de Calor extrae energa de un medio. Mediante el trabajo externo aportado, esta energa

s cedida a otro. El medio del que se extrae la energa se llama foco fro y el medio al que se cede

e llama foco caliente. A continuacin se analizan algunos medios susceptibles de ser utilizados

omo focos fros o calientes para Bombas de Calor.

n el siguiente esquema se presentan algunos focos entre los que se puede bombear calor



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.4.1.- Focos Fros

n foco fro ideal es aquel que tiene una temperatura elevada y estable a lo largo de la estacin en

ue es necesario calefactar, est disponible en abundancia, no es corrosivo o contaminante, tiene

ropiedades termodinmicas favorables, y no requiere costes elevados de inversin o

mantenimiento.

n la siguiente tabla se presentan las temperaturas de las fuentes de calor normalmente utilizadas:

Fuente de calor o foco fro Rango de temperaturas (C)

Aire ambiente

Aire de extraccin

Agua subterrnea

Agua de lagos o ros

Agua de mar

Suelos

Subsuleo

Aguas residuales y de procesos

-10 / 15

15 / 25

4 / 10

0 / 10

3 / 8

0 / 5

0 / 10

>10

Aire Atmosfrico

u utilizacin presenta problemas de formacin de escarcha. Este problema se resuelve invirtiendo

l ciclo durante pequeos periodos, lo que supone un gasto adicional de energa. La temperatura

ebe ser superior a -5C para que el COP resulte interesante. Para temperaturas por encima de

C no es necesario el desescarche.

Aire de extraccin



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sta es una fuente de calor comn en edificios residenciales y comerciales. La Bomba de Calor

ecupera el calor del aire de ventilacin y proporciona calefaccin. Existen sistemas diseados para

rabajar con una combinacin de aire natural y de aire de extraccin en funcin de las necesidades.

Aguas naturales

e pueden utilizar como focos fros las aguas de ros, lagos, aguas subterrneas o del mar. La

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

emperatura del agua del mar a cierta profundidad (25-50 m) es constante (5/8C) e

ndependiente de cambios climticos en el exterior, adems la congelacin no tiene lugar hasta -1

-2C. Cuando se utiliza agua del mar hay que prever problemas de corrosin y de proliferacin

e algas en la superficie del intercambiador.

nerga solar

Consiste en la captacin de energa solar mediante paneles solares, en combinacin con la Bomba

e Calor.

nerga geotrmica del suelo y subsuelo

stas bombas se suelen utilizar en climas fros donde las temperaturas extremas no permiten el

uncionamiento de bombas que utilicen como foco fro el aire exterior. Para aprovechar la energa

el suelo es necesario un sistema de tuberas. Estas instalaciones tienen un coste elevado, y

equieren una gran superficie de terreno.

nergas residuales y procedentes de procesos

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

ndustria o de los condensadores de produccin de energa elctrica, aguas residuales, etc. Son

uentes con una temperatura constante a lo largo del ao. Los principales problemas para su

tilizacin son: La distancia al usuario, la variabilidad del caudal y en el caso de aguas residuales la

orrosin y obstruccin del evaporador como consecuencia de las sustancias contenidas en las

mismas.



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.4.2.- Focos calientes

Aire

l calor obtenido del foco fro se cede al aire que pasa directamente a la habitacin por la unidad

nterior o es forzado a travs de un sistema de conductos.

Agua

Apropiados para la produccin de agua para calefaccin o agua caliente sanitaria y procesos

ndustriales. A travs de un sistema de tuberas se distribuye a radiadores especialmente

iseados, a sistemas de suelo radiante o a fan-coils, que funcionan a temperaturas de 45-55C.

n la siguiente tabla se presentan las temperaturas de distribucin de agua y aire para las

iferentes aplicaciones de calefaccin:

Aplicacin Temperatura de distribucin (C)

Distribucin de aire para calefaccin

Distribucin de agua para calefaccin:

- Calefaccin a travs del suelo

- Fan-coils

- Radiadores convencionales

Calefaccin de distrito:

- Agua caliente

- Agua caliente-vapor

30-50

30-45

45-55

60-90

70-100

100-180



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1.5.- ELEMENTOS COMPONENTES

ara que el fluido refrigerante evolucione segn los ciclos anteriormente expuestos son necesarios

os elementos que a continuacin se explican

.5.1.- Compresor

u misin es elevar la presin del vapor refrigerante desde una presin de aspiracin a una presin

e descarga ms alta. Se pueden clasificar en dos grandes grupos: compresores volumtricos o de

esplazamiento positivo, que pueden ser alternativos o rotativos, y compresores centrfugos. En

uanto al acoplamiento motor-compresor pueden ser:

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

la estanqueidad en el paso del eje.

q Semihermticos: 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.

q Hermticos: El motor y el compresor, adems de compartir el eje, se alojan en la misma envolvente,

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

n las Bombas de Calor elctricas se utilizan compresores hermticos para potencias inferiores a

0-70 kW, para potencias superiores, (normalmente Bombas de Calor aire-agua) se utilizan

ompresores semihermticos.

nicamente se utilizan compresores abiertos en aplicaciones aisladas y nunca en equipos de serie.

n las Bombas de Calor accionadas mediante motor de gas el compresor es abierto. El compresor

eva incorporado un embrague electromagntico que permite la regulacin de la potencia en

uncin de la demanda trmica.

as Bombas de Calor con motor de gas disponibles actualmente en el mercado suelen disponer de

n motor de 4 tiempos que acciona un compresor alternativo abierto.

A l t e rna t i v os

os alternativos hmedos estn compuestos por un nmero variable de cilindros en el interior de



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

osicin radial. El fluido entra y sale de ellos por vlvulas accionadas por la presin diferencial

ntre ellos. Disponen de un sistema de lubricacin mediante aceite a presin.

ste circuito de aceite acta tambin como refrigerante. La refrigeracin mediante aceite presenta

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

ilindro.

a presin mxima de aspiracin est limitada en estas mquinas a 7 kg/cm2 y consigue presiones

la salida del compresor de 20 kg/cm2 como mximo. Los compresores alternativos se emplean

ara potencias trmicas generadas entre 0,1 kW y 100 kW.

os alternativos secos consiguen presiones de salida ms elevadas que en los anteriores, ya que la

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

ircuitos de agua en las etapas entre compresiones.

a estanqueidad entre cilindro y pistn se logra mediante segmentos muy resistentes que no

equieren refrigeracin, a base de materiales como el politetrafluoro etileno. Este tipo de

ompresores tiene un costo ms elevado y

esarrollan mayores potencias.

FIGURA 1.5 COMPRESOR ALTERNATIVO

Rota t i vos

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

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

enerando una depresin mediante la que se aspira el fluido, y posteriormente se reduce

omprimiendo el fluido. Al no existir contacto entre los rtores no es preciso lubricar con aceite, sin



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mbargo s es necesaria una refrigeracin auxiliar.

n el caso del compresor de tornillo hmedo se inyecta aceite a presin entre los rtores para

onseguir lubricacin y refrigeracin. Los compresores de tornillo se utilizan en generacin de

otencias trmicas elevadas a partir de 500 kW.

os compresores de tornillo se utilizan para grandes potencias, de 100 a 200 kW, y suelen ser

emihermticos.

FIGURA 1.6 COMPRESOR ROTATIVO

os compresores de espiral o scroll se utilizan para potencias trmicas de hasta 30 kW. El

efrigerante se comprime por la variacin del volumen causada por una espiral giratoria. Son

ermticos y permiten la aspiracin y descarga simultnea del refrigerante sin necesidad de una

lvula. La reduccin de partes mviles mejora el desgaste y en consecuencia la duracin de estos

quipos.



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FIGURA 1.7 COMPRESOR DE ESPIRAL O SCROLL

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

ermticos y consiguen la variacin del volumen mediante un pistn rodante.

Cent r f ugos

uelen tener varias etapas de manera que consiguen grandes saltos de presin y se destinan a

quipos de gran potencia.

.5.2.- Condensador

e pueden clasificar en:

Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al aire

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

ransmisin de calor. Adicionalmente estas bateras disponen de ventiladores que inducen la

irculacin del aire a calentar entre las aletas del condensador.

Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al agua

ueden ser:

Cambiadores de doble tubo en contracorriente: El fluido refrigerante circula por el espacio entre

ubos donde se condensa, mientras que el agua a calentar circula por el tubo interior. El material

mpleado para la fabricacin de los tubos es el cobre, y se suele emplear en equipos de potencia



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rmica 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

ue se encuentran arrollados dentro de una carcasa por

onde circula el agua. La carcasa suele ser de acero con tapas de fundicin. Debido a las

aractersticas del agua puede ser necesario que los tubos del condensador sean de acero

noxidable o de aleacin de nquel.

.5.3.- Evaporador

egn el estado del vapor de refrigerante a la salida del evaporador estos se clasifican en:

De expansin seca: El vapor que se introduce en el compresor est ligeramente sobrecalentado yay ausencia total de lquido. Estos evaporadores se emplean con compresores centrfugos donde

ada la elevada velocidad, la presencia de gotas de lquido daara los labes.

nundados: El vapor que entra en el compresor se encuentra saturado y puede incluso contener

otas de lquido.

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

vaporadores de aire: Las bateras evaporadoras son similares a las condensadoras. Disponen de

na serie de tubos por los que circula el fluido refrigerante y una carcasa donde se alojan estos

ubos y donde se fuerza la corriente de aire desde el exterior con la ayuda de unos ventiladores.

stos ventiladores pueden ser axiales o centrfugos. Los centrfugos son capaces de impulsar

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

uperficie de los tubos del evaporador disminuye por debajo del punto de roco del aire se produce

l fenmeno de la condensacin y si se reduce an ms la temperatura el escarchado. El

scarchado incide negativamente en los rendimientos por dos motivos: prdida en la superficie de

ntercambio, y prdida de carga en el flujo de aire a travs del conjunto de tubos. Por esta razn

as Bombas de Calor disponen de dispositivos de desescarche incorporando resistencias en el

vaporador o invirtiendo el ciclo durante periodos reducidos de tiempo.



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FIGURA 1.8 VENTILADOR AXIAL Y VENTILADOR CENTRIFUGO

vaporadores de agua: Pueden ser coaxiales en contracorriente o bien multitubulares.

.5.4.- Disposi tivos de expansin

on los dispositivos mediante los que se realiza la reduccin de presin isoentlpica desde la

resin de condensacin hasta la de evaporacin.

os elementos utilizados son:

ubo capilar para mquinas de potencia reducida y constante.

Vlvula de expansin: Las vlvulas de expansin tienen una seccin variable. Esta seccin puede

er variada automticamente de forma que el sobrecalentamiento tras la evaporacin se mantenga

onstante y no accedan gotas de lquido al compresor. En este caso la vlvula recibe el nombre de

ermosttica.

FIGURA 1.9 VLVULA EXPANSIN

.5.5.- Disposi tivos de seguridad y contro l



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os dispositivos de seguridad y control paran el compresor en aquellos casos en que se est

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

resostato de alta presin: Detiene el compresor cuando se alcanza una presin de condensacin

levada.

resostato de baja presin. Detiene el funcionamiento del compresor cuando la presin de

spiracin es demasiado baja.

resostato de aceite. Detiene el compresor cuando baja la presin del aceite del circuito de

efrigeracin y lubricacin de aceite.

ermostato de descarga. Desactiva el compresor cuando la temperatura de descarga es demasiado

levada.

.5.6.- Disposi tivos auxi liares

Vlvulas de 4 vas: Invierten el ciclo. Son utilizadas en Bombas de Calor reversibles, y enuncionamiento para desescarche.

Vlvulas solenoides: Cuando el compresor se detiene, impiden el paso del fluido al evaporador

vitando que se inunde.

A la salida del condensador y antes de la vlvula de expansin se sita un depsito (acumulador)

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

ue se limpia el refrigerante de impurezas de tal manera que no dae el compresor.



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1.6.- REFRIGERANTES

os fluidos refrigerantes deben tener ciertas propiedades termodinmicas de tal manera que

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

vaporar a mayor temperatura cuando se eleva su presin, pero los compresores no pueden

lcanzar cualquier presin y los evaporadores y condensadores no deben trabajar a sobrepresiones

i depresiones elevadas respectivamente.

or otra parte, los fluidos refrigerantes no deben ser txicos, ni inflamables, ni reaccionar con los

materiales que constituyen la mquina.

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

resiones adecuadas para esta aplicacin y no son txicos ni inflamables. No obstante, pueden

ontribuir a la destruccin de la capa de ozono. Si al final de su vida til se liberan en el ambiente,

a incidencia de rayos ultravioleta sobre estas sustancias hace que se fotodisocien quedando libres

adicales de cloro, que acaban siendo transportados a la estratosfera donde reaccionan con el

zono destruyndolo. Por estas razones, la utilizacin de estos refrigerantes est restringida por

ey.

l desarrollo de la tecnologa frigorfica y de la Bomba de Calor ha estado siempre ligada a la

nvestigacin en el campo de los refrigerantes. En el capitulo 3 se expone la problemtica asociada

la utilizacin de nuevos refrigerantes y las tendencias en este campo.

Actualmente el fluido con el que funcionan la prctica totalidad de las Bombas de Calor en Espaa

s el R-22, (HCFC-22) cuya frmula qumica es CHClF2. El R-22 nicamente tiene un tomo deloro y por tanto resulta menos perjudicial para la capa de ozono que los CFCs.

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

rograma de reduccin progresiva de utilizacin de los HCFCs, de forma que la produccin de R-

2 finalizar en el ao 2014.

n cuanto a las temperaturas y presiones de funcionamiento en la aplicacin de Bomba de Calor

el R-22 estas suelen ser:



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Temperaturas Presiones (Kg/cm2 abs)

EvaporadorCondensador

EvaporadorCondensador

+25C +70C 10,5 30,5

1.7.- COEFICIENTES DE PRESTACIN

e define el coeficiente de prestacin de una Bomba de Calor COP (Coefficient of perfomance)

omo el cociente entre la energa trmica cedida por el sistema y la energa de tipo convencional

bsorbida.

COP ter ico

n un ciclo ideal de Carnot:

iendo

1: Temperatura absoluta del foco caliente

2: Temperatura absoluta del foco fro

COP pr ct ico



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

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

diabticos). Este coeficiente oscila entre 0,3, en mquinas pequeas, hasta 0,65 en las de gran

otencia.

f2 y Tf1 son respectivamente las temperaturas absolutas de evaporacin y condensacin del

uido refrigerante.

ara que la transmisin de calor entre el fluido refrigerante y un foco fro tenga lugar, es necesario

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

aliente, Tf1 debe ser superior a la temperatura del foco caliente T1

l COP prctico depende del coeficiente de rendimiento a y de las temperaturas del foco fro y

aliente. En la figura 1.10 se representa esta dependencia.

PER

e le denomina REP (Rendimiento de Energa Primaria) o PER (Primary Energy Ratio) en

erminologa anglosajona.

ste coeficiente, justifica la utilizacin de la Bomba de Calor frente a otras alternativas

radicionales.



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FIGURA 1.10 COP PRCTICO DE UNA BOMBA DE CALOR.

Bomba de calor

elctrica

Bomba de calor con

motor de combustin

Bomba de calor de

absorcin de

simple efecto

Bomba de calor de

absorcin 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

l PER se define como la relacin entre la energa trmica y la energa primaria consumida en el

roceso.



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

Calor trabajando entre 0 y 50 C.

COP m edio es t ac ional

as condiciones del foco caliente y del fro van variando a lo largo del ao, y en consecuencia las

emperaturas a las que debe trabajar el fluido tambin deben variar. Por esta razn es posible que

aya que aportar al sistema energas adicionales a la del compresor en los momentos ms

esfavorables. A la hora de estudiar la viabilidad e inters de una Bomba de Calor en una

eterminada aplicacin es necesario determinar el valor de este coeficiente.

iendo:

Q1 : Calor total cedido para la calefaccin 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 energas consumidas en el periodo considerado: prdidas en el motor elctrico,

portaciones externas de calor, etc..

Al coeficiente de prestacin estacional tambin se le denomina SPF (Seasonal Perfomance Factor)

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

uncionamiento de las diferentes alternativas de calefaccin.

la bomba de calor

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