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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