La
bomba de calor ¿que es y como funciona?
Antes de entrar de
lleno con la explicación de lo que es y de
cómo funciona una bomba de calor hablaremos
acerca de dos fenómenos físicos que
intervienen en el funcionamiento de estos dispositivos.
-Diferencia
entre calor y temperatura
El primer concepto
del que se hablará es el de la diferencia que
existe entre calor y temperatura.
-El calor es un flujo
de energía que transmiten o absorben los cuerpos
y que se puede medir en calorías.
-La temperatura es
un indicador que sirve para medir la cantidad de calorías
que un cuerpo posee.
Es importante conocer
y comprender ambos conceptos, ya que no siempre un
cuerpo que este a una temperatura más elevada
va a tener mas energía calorífica que
otro con temperatura más baja. También
interviene la cantidad de masa del cuerpo.
Así por ejemplo,
tendrá mucha más energía calorífica
(calorías) una piscina que se encuentre a una
temperatura de 35 grados centígrados que un
clavo de hierro a 800 grados.
Esta al alcance de
cualquiera poner al rojo vivo un clavo con sólo
mantenerlo durante 5 minutos sobre una llama de un
encendedor o mechero. Sin embargo si mantenemos esa
misma llama durante ese mismo tiempo bajo una piscina
esta no se elevará ni un solo grado centígrado.
Ello es debido a que la piscina posee una masa mucho
mayor que la de un clavo y será necesario mucha
más energía para lograr que la piscina
suba de temperatura un grado que la necesaria para
lograrlo en un clavo.
- La compresión y la temperatura
Otro fenómeno
físico clave para comprender el funcionamiento
de las bombas de calor es el relativo a la relación
que existe entre la presión y la temperatura
en los fluidos. Así cuando un fluido se comprime
aumenta su temperatura y cuando se descomprime desciende.
Toda molécula
de un fluido tiene una cierta de cantidad energía
que le hace vibrar de determinada manera, más
violentamente cuanta más energía tenga.
El choque entre una molécula y otra es lo que
produce el calor.
Si las moléculas
están muy alejadas entre sí (esta poco
comprimido) tardarán mucho tiempo en chocar.
produciendo poco calor. En cambio si comprimimos el
fluido provocamos que las moléculas estén
en un espacio menor y en su movimiento de vibración
choquen más veces entre si produciéndose
más calor y elevando su temperatura aunque
en sentido estricto la cantidad de la energía
sea la misma.
-¿Como
funciona la bomba de calor?
El funcionamiento de
la bomba de calor se basa en la relación entre
la presión y la temperatura.
La bomba de calor toma
un fluido y lo comprime haciendo que su temperatura
suba. Ese calor “comprimido” se extrae
entonces para calentar la sustancia que nos interese
ya sea aire o agua.
Otros sistemas emplean
fluidos que al comprimirse cambian de estado y absorben
calor (calor latente) para luego volver a su estado
original y liberarlo donde se quiere que caliente
a otro fluido
El fluido el cual se
ha comprimido y del que se ha extraído parte
de su calor baja su temperatura. Esta temperatura
baja aún más en el momento en que se
descomprime a un punto muy por debajo de la que tenía
antes de ser comprimido. De esta manera se puede decir
que se extrae el calor de una sustancia para dársela
a otra.
ESQUEMA CONCEPTUAL
DEL FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA DE CALOR DE AIRE
1)
La bomba de calor toma el fluido frío del exterior
y lo comprime elevando su temperatura 2) El fluido caliente
comprimido transfiere su calor al fluido cálido
interior en el intercambiador 3) el fluido comprimido
y enfriado tras pasarle su calor al fluido cálido
interno se descomprime y se enfría aún
más, quedando más frío que el fluido
del exterior.
La particularidad
de la bomba de calor es que es capaz de extraer el calor
de un fluido a una determinada temperatura para traspasarlo
a otro medio con una temperatura mayor.
En circunstancias
naturales debería ocurrir de manera totalmente
opuesta, ya que el cuerpo de más temperatura
cede su calor a otro de menor temperatura hasta que
se alcance un total equilibrio de temperaturas entre
ambos cuerpos. Esto lo comprobamos fácilmente
cuando sacamos al exterior una olla cocinada al fuego
para que se enfríe. La olla y su contenido al
paso del tiempo tendrá la misma temperatura que
el medio ambiente en el que se encuentre.
En los
procesos de calefacción y ACS por bombas de calor
lo que se hace es tomar la cantidad inmensa de calor
que se encuentra en la atmósfera (o en el agua
o en la tierra) a una temperatura baja para llevarla
a un espacio reducido con poca energía pero con
una temperatura mayor.
Por este
método aparte de calefactar espacios también
se puede, invirtiendo el proceso, refrigerarlos en este
caso tomando el calor del interior para sacarlo al exterior.
-Tipos
de bombas de calor
Existen
distintos tipos de bombas de calor en función
de la naturaleza de los fluidos entre los cuales se
traspasa la energía calorífica, así,
podemos encontrar los siguientes sistemas:
-Aire-aire-
Pasa la energía entre dos sistemas atmosféricos
(aire exterior a aire de una estancia a calentar)
-Aire-agua-
Pasa la energía de un río, estanque o
agua subterránea al agua de una casa (calefacción
o ACS)
-Agua-aire-
Pasa la energía de un río, estanque o
agua subterránea al aire de un espacio a calentar
-Agua-agua-
Pasa la energía del aire al agua de una casa
(calefacción o ACS)
-Tierra-aire-
Toma el calor del subsuelo y lo traspasa al aire de
la estancia a calentar
-Tierra-Agua-
Toma el calor de la tierra y la traspasa al agua de
una casa (calefacción o ACS)
Sistemas
de calefacción y ACS con bombas de calor
Aplicando las bombas
de calor, existen varios tipos de calefacción
doméstica y obtención de ACS. Los sistemas
que actualmente se pueden encontrar en el mercado
son:
-Sistemas aerotérmicos.
Aquellos que extraen
la energía que posee el aire calentado por
el Sol para calefactar el interior de la casa (o para
ACS). En teoría estos sistemas pueden extraer
ese calor incluso de días muy fríos,
pues el aire siempre posee una cierta cantidad de
energía.
SISTEMA
AEROTÉRMICO AIRE-AGUA: 1 Bomba de calor, 2 Depósito
de agua, 3 ACS (uso del agua caliente sanitaria), 4-
Sistema de calefacción por suelo radiante
Se trata
de un sistema relativamente económico que sin
embargo puede llegar a ofrecer un rendimiento desigual
a lo largo del año en zonas de clima extremado
(cálido en verano, frío en invierno).
Puede
no ser muy apto para lugares con clima muy frío
ya que su nivel de rendimiento dependerá del
calor que pueda extraer del aire externo por lo que
en los días más fríos producirá
una menor cantidad de calor siendo precisamente cuando
es más necesario.
Ofrece
la ventaja de que muchas bombas aerotérmicas
tienen la posibilidad de invertir su funcionamiento
extrayendo el calor del interior hacia el exterior en
verano, haciendo así de aire acondicionado.
Sistemas
geotérmicos- En
este caso el calor se extrae de la tierra.
La tierra
mas allá de su capa más superficial ofrece
una gran estabilidad térmica a lo largo del año,
es por ello por lo que es una importante fuente de energía
especialmente para zonas de clima riguroso en los que
los sistemas aerotérmicos pueden ver muy mermado
su rendimiento en los momentos más desfavorables.
En este
caso se hace pasar un fluido calotransportador por el
área captadora que se encuentra enterrada. Existen
dos tipos fundamentales de instalaciones geotérmicas
en función de la disposición del área
de captación:
Sistemas
geotérmicos Horizontales: El
área de captación se dispone en horizontal
para captar la energía del Sol que llega desde
la superficie (por conducción de la radiación
solar directa o por la que transporta el agua que se
filtra) y la energía de la Tierra que llega desde
capas más profundas.
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