Bomba de calor para niños
Una bomba de calor es una máquina térmica especial que mueve el calor de un lugar frío a otro más caliente. Imagina que es como una aspiradora de calor: lo "aspira" de donde hay menos y lo "sopla" donde se necesita más. Hace lo mismo que una máquina frigorífica (como tu nevera), pero con un objetivo diferente. Mientras que la nevera enfría lo de dentro, la bomba de calor busca calentar un espacio.
Contenido
¿Cómo funciona una bomba de calor reversible?
Las bombas de calor usan un ciclo llamado Ciclo Rankine o de compresión de vapor, que es muy parecido al de las neveras. Utilizan líquidos especiales llamados refrigerantes y los mismos componentes. Lo interesante es que la misma máquina puede enfriar y calentar. Por eso, muchas bombas de calor son "reversibles", lo que significa que pueden cambiar de función según la estación.
La válvula inversora: el secreto de la reversibilidad
Para que una bomba de calor pueda calentar en invierno y enfriar en verano sin tener que desmontarla, se le añade una pieza clave: una válvula inversora de cuatro vías. Esta válvula es eléctrica y, al activarla, cambia la dirección en la que circula el refrigerante. Así, el componente que antes enfriaba (el evaporador) ahora calienta (se convierte en condensador), y viceversa.
Durante el verano, el aparato que está dentro de tu casa enfría el aire, y el que está fuera libera el calor. En invierno, la situación se invierte: el aparato de fuera toma calor del aire frío y el de dentro lo libera para calentar tu hogar. Por eso, a estas partes se les llama "unidad interior" y "unidad exterior".
Las bombas de calor reversibles funcionan muchas horas al año, pero están diseñadas para ello. Usan refrigerantes comunes que funcionan bien en diferentes temperaturas. La unidad exterior es la que más trabaja, ya que debe soportar temperaturas muy frías en invierno (hasta -10 °C) y muy cálidas en verano (cerca de 40 °C).
¿Qué es el Coeficiente de Eficiencia (CoP)?
En las máquinas que producen o transforman energía, hablamos de "rendimiento". Pero las bombas de calor no "producen" energía, solo la mueven. Por eso, usamos el término "eficiencia". Para las bombas de calor, esta eficiencia se mide con el CoP, que significa "Coefficient of Performance" (Coeficiente de Rendimiento).
Una de las cosas más sorprendentes del CoP es que puede ser mayor que 1 (o 100%). Esto significa que la bomba de calor puede entregar más energía en forma de calor de la que consume en electricidad. Por ejemplo, un CoP de 3 significa que por cada unidad de electricidad que usa, la bomba de calor entrega 3 unidades de calor.
CoP de verano y CoP de invierno
Como las máquinas son reversibles, tienen dos CoP: uno para cuando enfrían (CoP de verano) y otro para cuando calientan (CoP de invierno). El CoP de invierno es el calor que la máquina entrega al espacio caliente, y el CoP de verano es el calor que quita del espacio frío.
Las bombas de calor son muy eficientes y ayudan a ahorrar energía. Utilizan fuentes de calor naturales y gratuitas, como el aire, el agua o la tierra. Esto reduce el consumo de electricidad y las emisiones de carbono, lo que es bueno para el medio ambiente. Por eso, en 2016, la Agencia Internacional de la Energía las consideró la mejor tecnología para climatizar espacios.
El CoP teórico puede ser muy alto, pero en la práctica, el CoP real es menor debido a las pérdidas de energía en el proceso.
¿Qué afecta el CoP real?
Varios factores pueden reducir la eficiencia de una bomba de calor:
- Intercambio de calor: La eficacia con la que el evaporador y el condensador intercambian calor con el aire exterior es clave. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el refrigerante y el ambiente, mejor será el intercambio, pero esto también puede reducir la eficiencia general.
- Ventiladores: Se usan ventiladores para mejorar el intercambio de calor, pero estos también consumen energía.
- Pérdidas en el compresor: El compresor, que es el "corazón" de la bomba de calor, siempre tiene algunas pérdidas de calor y fricción.
- Formación de hielo: Cuando la temperatura exterior es muy baja (menos de 0 °C), el vapor de agua del aire puede congelarse en el serpentín exterior. Esto forma una capa de hielo que dificulta el intercambio de calor. La máquina tiene que "descongelarse" de vez en cuando, lo que consume energía adicional.
- Motor eléctrico: El motor que impulsa el compresor no es 100% eficiente.
- Pérdidas de presión: El movimiento del refrigerante por las tuberías causa pequeñas pérdidas de presión.
A pesar de estos desafíos, las bombas de calor son muy eficientes. Pueden extraer calor del aire exterior incluso cuando hace mucho frío (hasta -10 °C), lo que las convierte en una fuente de energía renovable. Sin embargo, en climas extremadamente fríos, a veces se necesita un sistema de apoyo con energía convencional.
¿Cuándo es una bomba de calor una buena opción?
La energía eléctrica es de "alta calidad" porque se puede convertir en trabajo con mucha eficiencia. Producir calor directamente con electricidad (como en una estufa eléctrica) no siempre es lo más eficiente. Sin embargo, usar una bomba de calor para producir calor con electricidad sí es una buena idea, siempre que su CoP sea alto.
Para saber si una bomba de calor es rentable para calentar tu casa, se usa el CoP estacional. Este valor compara la energía total de calor que la máquina produce durante todo el invierno con la energía eléctrica que consume en ese mismo periodo. Los fabricantes suelen dar tablas con la potencia de sus modelos para diferentes condiciones, lo que ayuda a estimar el CoP estacional.
Desde el punto de vista energético, se busca un CoP estacional que justifique la energía eléctrica usada para producir el calor. Desde el punto de vista económico, la viabilidad depende de comparar el precio de la electricidad con el de otros combustibles.
Tipos de bombas de calor
Las bombas de calor se clasifican según de dónde toman el calor y a dónde lo transfieren. No solo usan el aire exterior; también pueden usar el agua de un río, una corriente subterránea o incluso el suelo.
Aquí tienes algunos tipos principales:
- Aire – aire: Son las más comunes. Toman calor del aire exterior y lo transfieren al aire dentro de la casa para calentarlo.
- Aire – agua: Toman calor del aire exterior y lo transfieren al agua de un sistema de calefacción, como el suelo radiante.
- Agua – aire: Toman calor de una fuente de agua (como un río o una corriente subterránea) y lo transfieren al aire de la casa.
- Agua – agua: Toman calor de una fuente de agua y lo transfieren al agua de un sistema de calefacción.
* Las bombas de calor que usan agua suelen tener un CoP más alto porque la temperatura del agua subterránea es más constante que la del aire. Sin embargo, su uso depende de tener una fuente de agua cercana.
- Tierra – aire y Tierra – agua: Estas son las que se usan en la calefacción geotérmica. El agua se usa como un fluido auxiliar para tomar el calor del suelo, cuya temperatura es muy estable a poca profundidad.
Aerotermia: una alternativa eficiente
La aerotermia es una tecnología de bomba de calor que aprovecha la energía del aire para calentar o enfriar espacios y producir agua caliente. La Unión Europea la considera una energía renovable. Es una opción ecológica y económica frente a las calderas tradicionales. Sus ventajas incluyen alta eficiencia, bajo mantenimiento y menos impacto ambiental, ya que no emite gases contaminantes. Los sistemas de aerotermia son reversibles, lo que significa que un solo equipo puede dar calefacción en invierno y refrigeración en verano. Se pueden instalar tanto en casas nuevas como en las ya existentes, y se pueden combinar con sistemas de calefacción tradicionales o con energía solar.
Véase también
En inglés: Heat pump Facts for Kids
- Bomba de calor solar
- Refrigeración por compresión
- Refrigeración por absorción
- Aerotermia
- Máquina frigorífica
- Diagrama Ph
- Rendimiento térmico
- Termodinámica
