¿QUE ES UNA BOMBA DE CALOR?

La eficiencia energética, especialmente durante los últimos años, ocupa titulares sin parar, lo que ha llevado a que muchas empresas del sector aprovechen esta tendencia para reforzar sus campañas de marketing y, de este modo, vender sus productos tecnológicos. Como consecuencia de esto, podría parecer que cada día hay un sistema de climatización industrial y/o comercial nuevo llamado a desbancar al anterior; no obstante, la realidad es que, muy a menudo, es la tecnología más asentada y conocida la que ofrece un mejor rendimiento.

Así pues, es crucial que las empresas frigoristas ofrezcamos un asesoramiento personalizado y profesional a nuestros clientes para que puedan evitar soluciones “milagrosas”, puesto que esta es la única manera de que escojan la opción más respetuosa con el medioambiente, más eficiente y que mejor se adapte a sus necesidades.

Es por eso por lo que, en este artículo, vamos a hablar de las bombas de calor, uno de los “básicos” de la climatización que, sin embargo, se posiciona como uno de los sistemas que mejores resultados puede ofrecer bajo un mayor abanico de circunstancias. En todo caso, ¿qué es una bomba de calor?

Una bomba de calor es un aparato que consta de un compresor, un condensador, una válvula de expansión y de un evaporador y que utiliza los principios de la termodinámica para evacuar el calor de una estancia o, por el contrario, para transferírselo, según se quiera calefactar o enfriar ese espacio. Esto se consigue, usualmente, gracias a los cambios de estado de un líquido refrigerante, tal y como comentaremos en el próximo apartado.

Consecuentemente, para poder entender cómo funciona la bomba de calor empezaremos explicando cuál es la función de cada uno de sus componentes.

• Válvula de expansión. Como en otras instalaciones, la válvula sirve para regular el paso de refrigerante (en estado líquido) desde el condensador al evaporador.
• Evaporador. Se trata de un intercambiador de calor, es decir, de un aparato pensado para que dos fluidos a temperatura distinta entren en contacto, directa o indirectamente, con el fin de que se produzca una transferencia de calor entre ambos. En él se produce el cambio de fase del refrigerante de líquido a vapor, lo que hace que absorba energía calorífica.
• Compresor. Este aparato comprime el líquido refrigerante para aumentar su presión.
• Condensador. Es otro intercambiador de calor. El fluido, en este caso, cede energía debido al cambio de estado gaseoso a líquido, lo que permite calentar la estancia o expulsar calor al exterior, según el modo en el que se emplee.

COMO FUNCIONA LA BOMBA DE CALOR

Ahora que sabemos que es una bomba de calor y cuáles son sus componentes, vamos a explicar detalladamente cómo funciona la bomba de calor.

En primer lugar, las bombas de calor ayudan a realizar la transferencia de energía calorífica de un espacio a otro gracias a la termodinámica, cuyos principios explican que es posible usar la energía presente en el agua, el aire (aerotermia) o en la tierra (geotermia) para calentar o enfriar estancias, locales u otros recintos de mayor tamaño. Así, la bomba de calor toma la energía de un ambiente y la cede a otro gracias a las propiedades del refrigerante y a los componentes que mencionamos, lo que implica que, en invierno, se transfiere al interior y, en verano, se invierte el proceso. En el caso de emplearse para enfriar la estancia o local, se puede explicar como funciona la bomba de calor de la siguiente manera:

• Al comienzo del proceso, el refrigerante está a baja presión y temperatura, por lo que está en estado líquido.
• El aire ambiente se hace pasar por el evaporador para que el líquido refrigerante absorba el calor presente en este medio, lo que permite expulsarlo a una menor temperatura de forma inmediata.
• El líquido refrigerante, al aumentar su temperatura, pasa a estado gaseoso, aunque esté a baja presión.
• Posteriormente, el compresor aumenta esta presión para incrementar aun más la temperatura, lo que hace que el refrigerante llegue al condensador en forma de gas a temperatura alta.
• En este equipo, el gas va cediendo energía al exterior, lo que provoca que el refrigerante pase, de nuevo, a estado líquido.
• Finalmente, el líquido refrigerante pasa por la válvula de expansión, que sirve para bajar la presión y, consecuentemente, la temperatura. De este modo, el refrigerante pasa a estar en un estado semilíquido y tiene una temperatura por debajo de la ambiente, lo que permitirá que absorba calor en la estancia que se quiere refrigerar. Después de esto, vuelve a comenzar el ciclo.

Todo este proceso, que, como hemos subrayado, se basa en la termodinámica, permite que las bombas de calor presenten unas ventajas únicas, algunas de las cuales enumeramos a continuación.

• Tienen unos gastos de mantenimiento muy reducidos, siendo el principal el cambio de filtros.
• No contaminan, puesto que es una tecnología que no emite dióxido de carbono ni ningún otro gas HFC.
• Son sumamente polivalentes, puesto que pueden aprovechar el calor de distintos medios (aire, agua y tierra) y pueden ser diseñadas para espacios de distinto tamaño.
  

Aerotermia bomba de calor: diferencias

Una vez llegados a este punto de la explicación, es inevitable mencionar que en muchos artículos sobre este tema el concepto de bomba de calor se acaba confundiendo con el de aerotermia. Es por eso por lo que, antes de proseguir, te explicamos brevemente qué es la aerotermia y en qué se diferencia de la bomba de calor.

La aerotermia industrial se basa en sacarle partido a la energía (en forma calor) que podemos encontrar específicamente en el aire, para lo que es necesario recurrir a una tecnología concreta: las bombas de calor de aerotermia. Estas, como hemos visto, consiguen transmitir o evacuar calor gracias a un circuito y a un refrigerante, el cual va cambiando de estado, de gas a líquido, como consecuencia de la acción de un compresor y de una válvula de expansión. Por otra parte, hay bombas de calor de muchos tipos y no todas funcionan gracias a la aerotermia (como veremos a continuación), si bien es verdad que las bombas de calor de aerotermia son especialmente útiles para elevar más la temperatura del agua, razón por la que se suelen utilizar para ACS. Aparte, también nos permiten obtener frío, lo que explica que estén tan extendidas y, por tanto, la confusión entre los dos términos que venimos manejando.

Todo esto nos lleva a la conclusión de que la aerotermia es el principio físico y la bomba de calor es una de las tecnologías que nos permiten aprovechar este fenómeno basado en la termodinámica. Es por este motivo por el que solo hay un tipo de aerotermia, pero múltiples tipos de bombas de calor.

Calefacción con bomba de calor

Una de las grandes ventajas de esta tecnología, como acabamos de comentar, es que se puede proveer calefacción con bombas de calor, pero también aire acondicionado con bomba de calor.

En el caso de la calefacción, la bomba de calor más común es la que utilizan los sistemas split. Estos son los más extendidos y constan de una sola unidad interior, la cual alberga el evaporador y tiene un ventilador, un filtro y un sistema de control. Usualmente, se instalan cuando solo se desea calentar una estancia de tamaño pequeño o mediano, porque es la más económica, pero la menos eficiente.

En caso de que el cliente quiera una solución más eficiente, habría que recurrir a bombas de calor suelo-agua o aire-agua. La calefacción por aerotermia o por geotermia consume mucha menos energía (hasta un 60% menos) que los sistemas tradicionales, pero es mucho más cara que el sistema split. Los emisores más comunes para estas calefacciones son los siguientes:

• Radiadores de agua. Para utilizar estos radiadores se tiene que instalar un turbofán, ya que la temperatura de impulsión de las bombas que utilizan es unos 30 grados inferior a la del régimen de trabajo del radiador.
• Radiadores de baja temperatura. La ventaja de este tipo de radiadores, en comparación con los anteriores, es que pueden trabajar a la temperatura de impulsión de las bombas (entre los 30 y los 40 grados).
• Suelo radiante. Es más común en viviendas y consiste en un circuito de tuberías situado bajo el suelo de la estancia, lo que permite que el calor “emane” del suelo y, por tanto, que se reparta de manera homogénea.

Aire acondicionado con bomba de calor

Al invertir este proceso, como decíamos, podemos conseguir aire acondicionado con bomba de calor, puesto que se evacúa el calor de la estancia. La tecnología más utilizada para esta aplicación son las bombas de calor aire-aire, que también se suelen encontrar en los sistemas split.

Por consiguiente, podemos ver que los sistemas split suelen funcionar en ambos sentidos y que, aunque consumen energía eléctrica para realizar su función, este consumo es mínimo, puesto que un alto porcentaje de la energía utilizada es la proveniente del ambiente. Así pues, estos sistemas se presentan como una alternativa bastante interesante para locales pequeños por su precio y por su eficiencia.

TIPOS DE BOMBAS DE CALOR

Ya que ya hemos comprendido que las bombas de calor pueden realizar estas dos funciones inversas (pero complementarias), vamos a explicar qué tipos de bombas existen. Algunos de ellos ya los hemos mencionado, pero aquí encontrarás una lista mucho más detallada que te puede resultar de gran utilidad si estás pensando en qué tipos de bombas de calor se pueden adaptar mejor a tus circunstancias.

• Bomba de calor aire-aire. Son las más sencillas y, consecuentemente, las que se incorporan en un mayor abanico de equipos. Simplemente, la bomba toma energía calorífica del aire exterior y la cede a un caudal de recirculación del aire del espacio que se desea calefactar.
• Bomba de calor aire-agua. En este caso, el calor del aire no se cede a un caudal de recirculación de aire, sino de agua. Así, también se puede usar para conseguir ACS o para suelos radiantes (gracias a su temperatura de funcionamiento más baja).
• Bomba de calor agua-agua. Este tipo de bombas toma la energía calorífica de una corriente de agua o de bolsas de agua presentes en el subsuelo y la transmite al caudal de recirculación de agua de la instalación.
• Bomba de calor agua-aire. Al contrario que la aire-agua, estas bombas usan el calor de la corriente de agua para transmitírselo al caudal de aire del espacio a calefactar.
• Bomba de calor tierra-agua/aire. Aunque son parecidas a las anteriores, son mucho menos frecuentes, puesto que son muy caras y se necesita un espacio bastante amplio para poder realizar la instalación. El agua, en estas bombas, fluye a través de unas tuberías que pasan bajo tierra, lo que permite que el agua capte el calor del terreno. Son las bombas que forman parte de las calefacciones geotérmicas y funcionan gracias a que la temperatura de la tierra es bastante constante a poca profundidad.
• Bombas de calor con tecnología inverter. Estas están dotadas con un microchip que permite variar la velocidad del compresor para adaptarla a la demanda, lo que posibilita que este componente del circuito no esté funcionando siempre al 100%. De este modo, se puede ahorrar mucha energía, se evita tener que cambiar el compresor más frecuentemente (ya que no tiene que trabajar siempre a máxima capacidad), se genera menos ruido y se consigue que el sistema resista mejor las temperaturas bajas (ya que el compresor no se tiene por qué parar).
  

Así pues, de esta breve descripción de los distintos tipos de bombas de calor podemos sacar las siguientes conclusiones.

Las bombas de calor geotérmicas suelen clasificarse en el mismo tipo que las hidrotérmicas, ya que ambas utilizan el agua para el intercambio de calor, aunque es verdad que las hidrotérmicas ofrecen la oportunidad de realizar un intercambio abierto directamente con el agua, sin embargo, esto no es lo más común.

Por otra parte, la estructura de las bombas aerotérmicas es muy parecida a la de las geotérmicas. Las diferencias entre ellas son, básicamente, que las geotérmicas necesitan que la estructura de tuberías pase por debajo de la tierra y que las aerotérmicas necesitan un ventilador que mueva el aire.

Finalmente, aquellas bombas que ceden el calor a un circuito de agua (suelo-agua, aire-agua y agua-agua) consiguen llevar a cabo el intercambio de calor haciendo que el refrigerante, que está a una temperatura muy alta, pase por un depósito con agua. En algunos casos, este fluido refrigerante fluye a lo largo de una tubería que sirve como serpentín, calentando así el agua que se va utilizar para calefacción y ACS.