{"id":8224,"date":"2022-10-14T17:17:49","date_gmt":"2022-10-14T15:17:49","guid":{"rendered":"https:\/\/www.davofrio.com\/?p=8224"},"modified":"2024-09-19T02:40:57","modified_gmt":"2024-09-19T00:40:57","slug":"bomba-de-calor-segun-idae","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/blog\/bomba-de-calor-segun-idae\/","title":{"rendered":"La bomba de calor: Funcionamiento, clasificaciones y tecnolog\u00eda seg\u00fan IDAE"},"content":{"rendered":"
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Una bomba de calor es una m\u00e1quina t\u00e9rmica, sujeta por tanto a las leyes de la termodin\u00e1mica, que transfiere el calor desde un foco fr\u00edo a otro caliente con una gran eficiencia. La ventaja que poseen las bombas de calor frente a otros sistemas reside en su capacidad para aprovechar la energ\u00eda existente en el ambiente (foco fr\u00edo), tanto en el aire como en el agua o en la tierra, para acondicionar las dependencias interiores (foco caliente) con una aportaci\u00f3n relativamente peque\u00f1a de trabajo en forma de energ\u00eda generalmente el\u00e9ctrica.\u00a0<\/p>

Para ello, la bomba de calor utiliza un gas refrigerante en un ciclo termodin\u00e1mico cerrado que, gracias a la existencia de dos focos a diferente temperatura, transporta el calor del medio ambiente a un habit\u00e1culo a acondicionar, servicio o aplicaci\u00f3n industrial, con la particularidad de invertir el flujo natural de calor, de modo que fluya desde una temperatura m\u00e1s baja a otra m\u00e1s alta. Esto es posible al disponer del trabajo adicional realizado por el compresor<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Figura 1: Principio de funcionamiento de la bomba de calor<\/p>

  1. El calor fluye naturalmente del foco caliente al fr\u00edo<\/li>
  2. Una bomba de calor mueve este en la direcci\u00f3n contraria<\/li><\/ol>

    Ciclo de la bomba de calor<\/h2>

    El principio de funcionamiento, como indica la figura 2, puede sintetizarse en cuatro etapas diferenciadas:<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    Figura 2: Bomba de calor de compresi\u00f3n mec\u00e1nica accionada por motor el\u00e9ctrico.<\/strong><\/p>

    1. Compresi\u00f3n: en el primer paso se comprime un fluido refrigerante. En ese proceso, la energ\u00eda el\u00e9ctrica consumida por el compresor se transforma en calor transmitido al refrigerante al elevar el mismo tanto su presi\u00f3n como su temperatura, aumentando por tanto su entalp\u00eda (cantidad de energ\u00eda que un sistema puede intercambiar con su entorno).<\/p>

    2. Condensaci\u00f3n: este fluido caliente se hace pasar por el condensador. En este intercambiador de calor, el fluido cede su calor al llamado foco caliente y al enfriarse se produce la condensaci\u00f3n del refrigerante, pasando de estado gaseoso a estado l\u00edquido (proceso exot\u00e9rmico).<\/p>

    3. Expansi\u00f3n: a continuaci\u00f3n, se hace pasar el fluido, todav\u00eda a presi\u00f3n, por una v\u00e1lvula de expansi\u00f3n, que consiste en un dispositivo que genera una gran p\u00e9rdida de carga por lo que se produce una reducci\u00f3n de presi\u00f3n isoent\u00e1lpica del fluido desde la presi\u00f3n de condensaci\u00f3n hasta la presi\u00f3n de entrada en el evaporador, reduci\u00e9ndose por lo tanto la temperatura del fluido.<\/p>

    4. Evaporaci\u00f3n: finalmente, el fluido pasa por otro intercambiador, situado en la fuente fr\u00eda, y llamado evaporador en el que se produce un cambio de fase endot\u00e9rmico, donde el refrigerante se evapora absorbiendo calor de nuevo, para volver a reiniciar el ciclo en el compresor.<\/p>

    Clasificaci\u00f3n de la bomba de calor<\/h2>

    \u00a0<\/b>En la figura 3 se representa un esquema de funcionamiento con los distintos medios que pueden actuar como focos fr\u00edo o caliente. La bomba de calor puede utilizar energ\u00eda almacenada en forma de calor bajo la superficie de tierra s\u00f3lida, energ\u00eda geot\u00e9rmica; en el aire ambiente, energ\u00eda aerot\u00e9rmica; o en las aguas superficiales, energ\u00eda hidrot\u00e9rmica.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    Figura 3: Esquema de funcionamiento de una bomba de calor y los focos fr\u00edos para calefacci\u00f3n.<\/p>

    Clasificaci\u00f3n de bombas de calor en funci\u00f3n del tipo de medio<\/p>

    \u00a0En funci\u00f3n del tipo de medio con el que la bomba de calor intercambia calor con el exterior (aire, agua o tierra); as\u00ed como del medio al que se transfiere el calor de la m\u00e1quina t\u00e9rmica (aire o agua), se pueden clasificar las bombas de calor de la siguiente manera:<\/p>

    1. Bomba de calor aire-aire.<\/li>
    2. Bomba de calor aire-agua.<\/li>
    3. Bomba de calor agua-aire.<\/li>
    4. Bomba de calor agua-agua.<\/li>
    5. Bomba de calor tierra-aire.<\/li>
    6. Bomba de calor tierra-agua.<\/li><\/ol>

      Por ejemplo, una bomba de calor en una vivienda suele ser del tipo aire-aire, tomando el calor del aire exterior para cederlo al interior de la vivienda mediante un simple intercambiador de aire, mientras que si dicha vivienda tuviese suelo radiante ser\u00eda de aire-agua, ya que el intercambio dentro de la vivienda se realizar\u00eda a trav\u00e9s de dicho suelo radiante. Y si adem\u00e1s el calor exterior se tomase del terreno bajo la vivienda, en lugar del aire exterior, tendr\u00edamos una bomba de calor agua-agua, con aprovechamiento de la energ\u00eda geot\u00e9rmica.<\/p>

      La figura 4 muestra un ejemplo de los flujos energ\u00e9ticos existentes en una bomba de calor. Como puede observarse, una parte significativa de la energ\u00eda utilizada por la bomba de calor proviene del medio ambiente exterior, raz\u00f3n por la cual los \u00edndices de eficiencia de las bombas de calor son superiores a la unidad.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Figura 4: Flujos de energ\u00edas en una bomba de calor.<\/p>

      El compresor de una bomba de calor<\/p>

      El compresor es uno de los equipos principales de una bomba de calor y es el encargado de elevar la presi\u00f3n del vapor refrigerante desde la presi\u00f3n de aspiraci\u00f3n a la de descarga. Los compresores pueden clasificarse como abiertos, semiherm\u00e9ticos o herm\u00e9ticos seg\u00fan sea la disposici\u00f3n del motor respecto al compresor. De acuerdo al mecanismo interno de la compresi\u00f3n, los m\u00e1s destacados son los compresores de desplazamiento positivo entre los cuales se encuentran los compresores alternativos (figura 5.a), que cada vez tienden a usarse menos; rotativos (figura 5.b), empleados frecuentemente, y especialmente en bombas de no elevada potencia; tipo scroll, cuyo rendimiento es el m\u00e1s elevado siendo posible su uso en un amplio margen de potencias y que se est\u00e1n imponiendo en el mercado actual; y de tornillo, utilizados en bombas de calor de gran potencia (>100 kW).<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t
      \n\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Figura 5.a:<\/span> Secci\u00f3n de compresor alternativo.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Figura 5.b: Ejes de un compresor rotativo. <\/b><\/span><\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Bombas de calor reversibles<\/h2>

      Actualmente son una amplia mayor\u00eda dentro del parque de bombas de calor en Espa\u00f1a los equipos correspondientes a bombas de calor reversibles. Este proceso reversible permite el funcionamiento de la bomba de calor, tanto en modo calefacci\u00f3n como en modo refrigeraci\u00f3n, circulando el gas refrigerante en un sentido u otro, y por consiguiente, invirtiendo el flujo de calor entre el interior y el exterior. Para ello se requiere de un dispositivo auxiliar, denominado v\u00e1lvula de cuatro v\u00edas, gracias a la cual es posible la reversibilidad en los equipos de calor, adem\u00e1s del funcionamiento de deshielo si se emplea este sistema.<\/p>

      Como se observa en la figura 6, la disposici\u00f3n y los componentes son los mismos, variando por tanto el funcionamiento de los intercambiadores de calor, con la inversi\u00f3n del ciclo gracias a la v\u00e1lvula de cuatro v\u00edas. En la figura de la izquierda, se aprecia el ciclo de calefacci\u00f3n, donde el intercambiador interior act\u00faa como condensador y el exterior lo hace como evaporador.<\/p>

      En modo refrigeraci\u00f3n, haciendo uso de una electrov\u00e1lvula auxiliar, desplaza el sentido dentro de la v\u00e1lvula de cuatro v\u00edas, invirtiendo el ciclo. A consecuencia de ello, el intercambiador interior act\u00faa como evaporador, siendo el exterior el que funciona como condensador.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Figura 6: Esquemas de funcionamiento de una bomba de calor reversible.<\/strong><\/p>

      En la figura 7 se visualiza el funcionamiento de una bomba de calor reversible desde el punto de vista del usuario. En modo refrigeraci\u00f3n, la unidad interior refrigera el aire de un local y para ello es necesario que la unidad exterior transmita calor al exterior. Por el contrario, en el funcionamiento en modo calefacci\u00f3n, para calentar el aire de un local con la unidad interior, es necesario que simult\u00e1neamente la unidad exterior capte calor del exterior.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Figura 7: Esquemas nemot\u00e9cnicos de los modos de calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n.<\/b><\/p>

      Eficiencia energ\u00e9tica en las bombas de calor<\/h2>

      \u00a0La eficiencia de una bomba de calor se mide a trav\u00e9s de su coeficiente de prestaci\u00f3n, COP1 (Coefficient of perfomance). Este coeficiente se calcula como la relaci\u00f3n existente entre la energ\u00eda t\u00e9rmica cedida por el sistema (Q) y la energ\u00eda absorbida por el compresor (W) en unas condiciones espec\u00edficas de temperatura y con la unidad a plena carga.<\/p>

      COP = Q\/W<\/p>

      En la figura 8 se observa, a modo de ejemplo, c\u00f3mo en una bomba de calor agua-agua con intercambio geot\u00e9rmico, son normales ratios elevados: la demanda t\u00e9rmica de un edificio (Q = 4 kWt, en azul) se obtiene en sus tres cuartas partes del intercambio energ\u00e9tico con el terreno (3 kWt, en verde) y la otra tercera parte (W = 1 kWt) es la energ\u00eda el\u00e9ctrica consumida por el compresor de la bomba de calor. As\u00ed tenemos un valor de 4 para el COP de la bomba de calor:<\/p>

      COP = Q\/W = 4kWt \/ 1kWt = 4<\/p>

      Por lo que en este ejemplo, del total de la energ\u00eda necesaria para climatizar el edificio solo la cuarta parte proviene de la energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t
      \n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

      Figura 8: Balance energ\u00e9tico en la bomba de calor.<\/strong><\/p>

      Eficiencia energ\u00e9tica en modo refrigeraci\u00f3n para las bombas de calor<\/h3>

      Funcionando en modo refrigeraci\u00f3n, la eficiencia de la bomba se mide a trav\u00e9s del EER (Energy Efficiency Rating) en lugar de COP. El EER es la relaci\u00f3n existente entre la energ\u00eda t\u00e9rmica absorbida por el sistema y la energ\u00eda utilizada por el compresor en unas condiciones espec\u00edficas de temperatura y con la unidad a plena carga.<\/p>

      El rendimiento en condiciones de funcionamiento para este tipo de tecnolog\u00eda, var\u00eda dependiendo de las condiciones del foco caliente y del foco fr\u00edo, por lo que es necesario establecer el concepto de rendimiento medio estacional (SPF) en una bomba de calor. La Decisi\u00f3n de la Comisi\u00f3n de 1 de marzo de 2013 lo define de la siguiente forma:<\/p>

      \u00abSPF: factor de rendimiento medio estacional estimativo, que se refiere al \u201ccoeficiente de rendimiento estacional neto en modo activo\u201d (SCOPnet), en el caso de las bombas de calor accionadas el\u00e9ctricamente, o a la \u201crelaci\u00f3n estacional neta de energ\u00eda primaria en modo activo\u201d (SPERnet), en el de las bombas de calor accionadas t\u00e9rmicamente.\u00bb<\/p>

      Usos de la bomba de calor<\/h2>

      Hay que mencionar finalmente que los usos dados a las bombas de calor dependen en buena medida del sector de utilizaci\u00f3n. As\u00ed, para las viviendas y los sectores de servicios, las aplicaciones m\u00e1s extendidas son la climatizaci\u00f3n de habit\u00e1culos, es decir, su calefacci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n, la generaci\u00f3n de agua caliente sanitaria y la climatizaci\u00f3n de piscinas. Por lo que respecta al sector industrial, adem\u00e1s de las aplicaciones en climatizaci\u00f3n de locales, existe potencial de utilizaci\u00f3n en procesos de secado y destilaci\u00f3n, as\u00ed como para el calentamiento de agua<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      Una bomba de calor es una m\u00e1quina t\u00e9rmica, sujeta por tanto a las leyes de la termodin\u00e1mica, que transfiere el calor desde un foco fr\u00edo a otro caliente con una gran eficiencia. La ventaja que poseen las bombas de calor frente a otros sistemas reside en su capacidad para aprovechar la energ\u00eda existente en el … Lire plus<\/a><\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":8236,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_joinchat":[],"footnotes":""},"categories":[105],"tags":[],"class_list":["post-8224","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blog"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8224","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8224"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8224\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15147,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8224\/revisions\/15147"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8224"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8224"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.davofrio.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8224"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}