La bomba de calor es una máquina térmica que, utilizando un gas refrigerante en un ciclo termodinámico cerrado, transfiere calor del entorno natural, aire, agua o tierra, a un edificio o a aplicaciones industriales invirtiendo el flujo natural del calor, de modo que fluya de una temperatura más baja a una más alta.
El proceso consiste en extraer el calor de una fuente de energía renovable (aire, agua o tierra) a través del evaporador, y transferirlo a un foco de alta temperatura a través del condensador.
Para estudiar el funcionamiento de la bomba de calor, se parte de los estados de la materia en la naturaleza y de la denominación que recibe el proceso de cambio de fase o paso de un estado a otro, examinando inicialmente el ciclo frigorífico para, posteriormente, analizar la bomba de calor.
De los 5 procesos representados en la figura, el ciclo frigorífico aprovecha los cambios de estado del refrigerante (calor latente) y su capacidad de absorber o transferir calor en los mismos y, por consiguiente, de enfriar o calentar el medio que se quiere acondicionar.
La bomba de calor está formada por un circuito cerrado que contiene refrigerante que absorbe y cede calor en sus cambios de fase, es decir, pasa de estado gaseoso a líquido y viceversa. Este circuito se denomina circuito frigorífico y está formado por los siguientes componentes principales:
Evaporador: Intercambiador de calor en el que se produce el cambio de fase del refrigerante de líquido a vapor absorbiendo calor.
Compresor: Máquina que utilizando un trabajo exterior, comprime fluidos compresibles, incrementando su presión.
Condensador: Intercambiador de calor en el que se produce el cambio de fase del refrigerante de vapor a líquido cediendo calor.
Válvula de expansión: Regulador de la entrada al evaporador del refrigerante líquido procedente del condensador.
El ciclo frigorífico, en modo calefacción, consigue extraer calor del exterior e impulsarlo al interior del edificio. En este caso el intercambiador situado en el interior actúa como condensador y el intercambiador exterior funciona como evaporador.
El ciclo frigorífico, en modo refrigeración, consigue extraer calor del interior del edificio y expulsarlo al exterior. En este caso el intercambiador situado en el interior funciona como evaporador y el intercambiador exterior actúa como condensador.
Las fases que intervienen en el mismo son las siguientes:
En esta fase el refrigerante se evapora absorbiendo calor del medio que se pretende refrigerar.
En el proceso de compresión se eleva la presión y temperatura del refrigerante y se transfiere al mismo la energía necesaria para su movimiento a lo largo del circuito frigorífico.
En esta etapa se produce la condensación del refrigerante, cediendo calor.
En esta fase se genera una pérdida de carga, a través de la válvula de expansión, que reduce la alta presión del refrigerante procedente del condensador, a la presión de entrada al evaporador.
Las dos aplicaciones principales de la bomba de calor son:
Climatización de recintos (calefacción y/o refrigeración).
Producción de agua caliente para usos sanitarios.
Otras aplicaciones son:
Bombas de calor para piscinas cubiertas.
Bombas de calor para el aprovechamiento del aire de extracción.
Todas las aplicaciones mencionadas anteriormente se llevan a cabo mediante sistemas de climatización que integran los elementos necesarios para climatizar, y atendiendo al fluido caloportador, se clasifican en sistemas de aire y sistemas de agua.
SISTEMAS
de aire
Bombas de calor aire-aire o agua-aire
Estos sistemas generan aire caliente o frío que es aportado al local para combatir sus cargas térmicas.
SISTEMAS
de agua o hidrónicos
Bombas de calor aire-agua o agua-agua
Estos sistemas climatizan el recinto mediante un fluido caloportador intermedio, agua caliente o agua fría, generado por la bomba de calor.
¿Sabías qué aprovechando la energía disponible en el aire ambiente, el suelo o las aguas superficiales, la bomba de calor mejora la eficiencia energética del sistema y reduce el consumo de energía primaria no renovable asociada al funcionamiento del compresor?
¿Sabías qué en modo refrigeración, la unidad exterior de la bomba de calor funciona como condensador y la unidad interior como evaporador?
¿Sabías que Greenpeace en 2011 eligió la bomba de calor como el mejor sistema de calefacción en lo que se refiere a eficiencia energética?
¿Sabías qué la bomba de calor es capaz de proporcionar calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria, incluso mediante un solo equipo, por lo que es útil durante todo el año?
¿Sabías que la bomba de calor es una tecnología que utiliza energía procedente de fuentes renovables?
Es decir, una energía que es inagotable y gratuita, según la Directiva europea 2009/28/CE relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables.
¿Sabías qué en modo calefacción, la unidad exterior de la bomba de calor funciona como evaporador y la unidad interior como condensador?