LA BOMBA DE CALOR. Una bomba de calor es un aparato cuyo funcionamiento se basa en la termodinámica.

Transcripción

1 Bomba de calor LA BOMBA DE CALOR Una bomba de calor es un aparato cuyo funcionamiento se basa en la termodinámica. Consiste en transportar energía en forma de calor de un ambiente (que puede ser aire, agua o suelo) a otro. Este proceso se genera a través del cambio de estado de gas a líquido de un fluido refrigerante por medio de la temperatura ambiente y con ayuda de un compresor. Un ejemplo claro de bomba de calor es el frigorífico. En este caso, se transfiere el calor del interior del frigorífico (reduciendo su temperatura) hacia el exterior, aumentando la temperatura de la estancia. En el caso de una bomba de calor para producción de agua caliente sanitaria el funcionamiento es similar: el gas absorbe el calor del aire del ambiente y lo cede al acumulador de agua a través de un condensador. Las bombas de calor son empleadas en equipos de climatización, en este caso, para aportar calor o calentar agua sanitaria, aunque también hay bombas de calor que funcionan con un ciclo inverso, es decir, que aportan frío al local. En este caso estamos hablando de bomba de calor reversible La ventaja de usar la bomba de calor reside en su capacidad de suministrar más energía útil (en forma de calor) de la que utiliza para su funcionamiento (energía eléctrica), pudiendo llegar a producir un ahorro del 70% respecto a un sistema de calentamiento tradicional como gas, electricidad o gasóleo. Componentes La bomba de calor aire-agua consta de dos partes: El grupo bomba de calor situado en la parte superior y el depósito de acumulación en la parte inferior. La bomba de calor está basada en el aprovechamiento de la energía que producen los cambios de estado del fluido refrigerante. Este fluido circula por el interior de un circuito cerrado que consta de: 1. Compresor, cuyo trabajo permite el desarrollo del proceso y que requiere de electricidad para su funcionamiento. Este es el componente que supone la mayor parte del consumo de energía eléctrica de NUOS. 2. Condensador. Intercambiador de calor situado a lo largo del calderín y a través del cual el fluido refrigerante en forma de vapor cede toda su energía al agua del J. M. Arroyo Rosa Página 1

2 depósito. A medida que va cediendo la energía condensa y vuelve a estado líquido. 3. Válvula de expansión. Componente del circuito por el que pasa el fluido refrigerante y que por medio de su cambio de sección, supone una reducción brusca de la presión y también un descenso notable de la temperatura. 4. Evaporador. Otro intercambiador de calor situado en la parte superior, que a través de su superficie ampliada por un sistema de aletas, permite el intercambio entre el fluido refrigerante y el aire ambiente. En este intercambiador el fluido refrigerante pasa a estado vapor. Como la energía térmica solamente puede ir de un nivel de energía más alto a otro más bajo, el fluido refrigerante presente en el evaporador, necesariamente debe estar a una temperatura menor que la del aire ambiente. Por otra parte, el fluido refrigerante situado en el condensador debe tener también necesariamente, una temperatura superior a la del agua a calentar en el depósito para poder cederle energía. Principio de funcionamiento de una bomba de calor: El principio de funcionamiento de la bomba de calor se puede estructurar en 4 pasos: - En el primer paso el fluido refrigerante se encuentra a baja temperatura y a baja presión y, por lo tanto, en estado líquido. El aire aspirado del ambiente pasa a través del evaporador, dónde el fluido refrigerante absorbe la temperatura del aire ambiente y cambia de estado. Al mismo tiempo, el aire es expulsado a una temperatura más baja. - El fluido refrigerante llega al paso 2 en forma de vapor pero todavía a baja presión. Pasándolo a través del compresor se produce un aumento de la presión con el consiguiente aumento de temperatura. - Como resultado se obtiene vapor en un estado elevado de energía. Este vapor situado en el paso 3 es el que circula por el condensador situado a lo largo del calderín donde va cediendo toda la energía al agua acumulada, volviendo así a estado líquido. - En el último paso del proceso, el fluido refrigerante ya en estado líquido se hace pasar por la válvula de expansión para obtener de nuevo el fluido en sus condiciones iniciales, es decir, a baja presión y a baja temperatura. De esta forma se puede volver a iniciar el proceso. J. M. Arroyo Rosa Página 2

3 Rendimiento Una vez conocido el funcionamiento de este proceso y para poder hablar de la eficiencia de la bomba de calor, debemos recurrir al COP (Coefficient of Performance) o lo que es lo mismo, un coeficiente de rendimiento. Este coeficiente nos da una relación entre la potencia suministrada y la potencia consumida. J. M. Arroyo Rosa Página 3

4 En este caso, una relación entre el calor cedido al agua que se debe calentar y la energía eléctrica consumida principalmente por el compresor. De forma práctica se puede decir que un COP 3 implica un rendimiento del 300%, o lo que es lo mismo, para 1kWh consumido de energía eléctrica se aportan 3 kw/h de energía en forma de calor al depósito de acumulación. El COP es variable según el tipo de bomba de calor y según las condiciones de funcionamiento. La variable que más influye en su funcionamiento es principalmente la temperatura ambiente, aunque también influye la temperatura entrada agua fría, temperatura de preparación y humedad relativa. Ejemplo: Calculemos el ahorro obtenido en la instalación de una bomba de calor en una vivienda de 4 personas en Valencia: La demanda de agua caliente es de 120 litros/día a 60ºC que corresponden a kw/h anuales. Considerando el COP elegido y la variación del mismo por la zona en la que se instala se obtiene un ahorro del 70% de energía. J. M. Arroyo Rosa Página 4

5 Conclusiones Dado que la bomba de calor aporta un 70% de ahorro en la producción de agua caliente sanitaria se puede equiparar al ahorro exigido en el apartado HE4 del Código técnico de la edificación, por lo tanto este equipo se puede utilizar justificadamente para disminuir el porcentaje de cobertura solar exigido en cualquier edificación sujeta a CTE. Además del ahorro que puede llegar a suponer, también hay que considerar otros efectos que produce su funcionamiento. El aire que expulsa, a diferencia de otros sistemas de calentamiento de agua sanitaria, no solamente no es el resultado de ningún tipo de combustión sino que es aire fresco. De esta forma, las bombas de calor contribuyen aunque sea en pequeña medida a la reducción del calentamiento global y también a la reducción de emisiones de CO 2. De hecho, se ha estimado que una bomba de calor de 80 litros permite reducir 480 kg/año de CO 2 vinculado a la producción de energía eléctrica. En resumen, la finalidad de la bomba de calor es llevar a otro nivel el concepto de calentamiento de agua sanitaria. Un sector en el que el concepto de eficiencia energética hasta ahora casi no tenía lugar. La bomba de calor supone un paso importante hacia la eficiencia y el ahorro energético utilizando como fuente de energía algo tan simple como el propio aire ambiente. J. M. Arroyo Rosa Página 5

6 Todo ello con un producto más flexible, más sencillo de instalar y más económico que otros equipos que se aprovechan de las energías renovables como el sol o la temperatura de la tierra. Además de ajustarse en mayor medida a las necesidades reales de la vivienda y ser más accesible al usuario. Tipos de bombas de calor Se distinguen 3 tipos principales de bomba a calor: Bomba a calor aire-aire : el calor que se toma del el aire se transfiere directamente al aire del local que debe calentarse. Bomba a calor aire-agua : el calor se toma del aire y se transfiere a un circuito de agua que abastecerá un suelo/techo radiante/refrescante, radiadores, ventilo convectores o aerotermos. Bomba a calor agua/agua : el sistema toma el calor de un circuito de agua en contacto con un elemento que le proporcionará el calor (la tierra, capa freática) para transferirlo a otro circuito de agua como en el caso anterior. Es el sistema generalmente adoptado por las bombas de calor geotérmicas. Coeficiente de rendimiento (COP) de una bomba de calor La eficiencia de una bomba de calor se mide por su coeficiente de rendimiento (COP). Para una correcta eficiencia y funcionalidad, una bomba de calor debe alcanzar un COP de entre 2 y 6, dependiendo de la diferencia entre las temperaturas de ambos focos (interior o exterior). Bomba de Calor Geotérmica GEOTERMIA Qué es una bomba de calor geotérmica? Una bomba de calor geotérmico, es una bomba accionada eléctricamente que utiliza la capacidad física de almacenamiento de calor de la tierra, para calentar o enfriar. Explotar las diferencias de temperatura que existen en el aire, el agua y la tierra, capaz fue de multiplicar el calor a través de un compresor. J. M. Arroyo Rosa Página 6

7 Cómo funciona la bomba de calor? Al igual que cualquier otra bomba de calor, esta bomba transforma energía en forma de calor, de un lugar a otro. Su frigorífico funciona según el mismo principio, pero a la inversa. La bomba de calor geotérmico acumula el calor que se encuentra almacenado en el suelo y/o las aguas subterráneas, y la traslada al edificio que se tiene que calentar. La bomba de calor es comparable a una nevera. El frigorífico se enfría, pero se calienta en el exterior J. M. Arroyo Rosa Página 7

8 Incluso los sistemas que funcionan a través de la bomba de calor pueden calentar o enfriar como un sistema de aire acondicionado (aire-aire) tradicional. En la práctica, es un refrigerante que, a su vez hace la función en el modo de calefacción. La bomba de calor aumenta la temperatura mediante la compresión del gas de refrigeración. La eficiencia de la bomba depende de la mano de obra que deben desempeñar, y es más eficiente sistema de calefacción a baja temperatura, por ejemplo, mediante la explotación de un sistema de distribución de suelo radiante. Para mejorar la eficiencia también es posible tener una muy importante vivienda bien aislada. Del COP (Coeficiente de Rendimiento) nos permite saber cómo de eficiente es una bomba de calor. El COP de una bomba de calor geotérmica es de 4 a 6, superando al de las bombas de calor más eficientes aire-aire. Esto quiere decir que por cada unidad de energía que usa el sistema, en este caso eléctrica, se obtienen 4 o más unidades de energía en forma de calor o frío de forma gratuita. Destacando que una bomba de calor geotérmica no varía con las condiciones meteorológicas o estacionales, una diferencia de otras fuentes de energías como la energía solar. Las bombas de calor funcionan con electricidad, pero gracias a su eficiencia es posible transformar a 1 Kw de electricidad en promedio de 4,5 a 7 Kw de energía térmica. Esto significa que de cada Kw consumido podemos obtener de 4,5 a 7 Kw gratuitos dependiendo de varios factores. J. M. Arroyo Rosa Página 8

9 El COP (Coefficient of Performance) nos permite saber cómo de eficiente es una bomba de calor. El COP de una bomba de calor geotérmica es de 4 a 7, superando al de las bombas de calor más eficientes aireaire (tan implantadas en el ámbito doméstico), estimado entre 2 y 3. Por los motivos expuestos anteriormente, hay que destacar que la eficiencia de una bomba de calor geotérmica no varía con las condiciones meteorológicas o estacionales, mientras que en una convencional el rendimiento disminuye en los momentos más calurosos en verano y en los más fríos en invierno, justo cuando más necesario es su uso. Para mejorar la eficiencia posible también es muy importante tener una vivienda bien aislada. La constancia de la temperatura del suelo implica un doble efecto benéfico: en invierno la temperatura del suelo es relativamente cálidas en verano la temperatura es inferior a la de aire. Viviendas donde se desaconseja la instalación: Las instalaciones en las cuales se pueden actualizar los sistemas de geotermia, son las cuales tengan como emisores, suelo radiante o fancoils. Desaconsejando actualizar las instalaciones a geotermia, cuando el emisor de calor sean radiadores de hierro o chapa. J. M. Arroyo Rosa Página 9

10 Aunque existan fabricantes que vendan sus equipos como actos para uso de geotermia en radiadores, la experiencia que tenemos como empresa instaladora de geotermia, realizando instalaciones, es la siguiente: La energía geotermia es una energía que trabaja a baja temperatura, alcanzando a su pleno rendimiento hasta los 60º grados de temperatura, cuando los radiadores necesitan una temperatura mínima de 75º grados, para realizar un aporte de calor, en el cual se aprecie el calor en la vivienda, (cierto es que depende del tipo de cerramiento que tenga la vivienda y las pérdidas de calor), por lo que tardaría bastante más tiempo en calentar la vivienda. Los consumos aumentarían considerablemente, lo que alargaría el tiempo de amortización de la instalación. Intentando buscar el mayor confort en su vivienda y evitando inversiones por parte del cliente que no sean realmente ventajosas. Una solución muy habitual en estos casos, es cambiar los radiadores por fancoils o radiadores de baja temperatura en caso de tener radiadores de aluminio también se podrían dimensionar (aumentar elementos). temariosformativosprofesionales.wordpress.com J. M. Arroyo Rosa Página 10