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Refrigeracion
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16/10/2015 Bomba de calor Wikipedia, la enciclopedia libre
https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_calor 1/5
Diagrama de flujo de una bomba de calor reversible, funcionando enel ciclo de refrigeración.
Bomba de calorDe Wikipedia, la enciclopedia libre
Una bomba de calor es una máquinaque transfiere energía térmica desdeuna fuente fría (de bajo nivel térmicoo baja temperatura) a otra máscaliente (de nivel térmico más alto ode mayor temperatura).1
Recibe este nombre por analogía conlas bombas de agua, que sirven parasubir el agua desde un nivel bajo aotro más alto. Para lograrlo esnecesario un aporte de trabajo, puesde acuerdo con la segunda ley de latermodinámica, el calor se dirige demanera espontánea de una fuentecaliente a otra fría, hasta que sustemperaturas se igualen, y no al revés.
Para ello se emplea un aparato en todo semejante al de refrigeración por compresión de gasesrefrigerantes en el que en vez de obtener el calor de un ambiente cerrado para disiparlo en el exterior, seobtiene calor del exterior, o de cualquier otra fuente exterior, calentando un fluido frío en un evaporador,para enfriarlo en un condensador, cediendo calor para calentar los espacios interiores.
Técnicamente las máquinas para uno u otro uso son las mismas, variando solamente los campos detemperaturas en las que trabajan. Aun así, se suele llamar preferentemente bomba de calor a ladestinada a calefacción de espacios y máquina frigorífica a la que proporciona refrigeración. Y la razónes la analogía con la bomba de agua; se supone que una máquina frigorífica, aunque "bombea calor"hacia el exterior, lo que "se nota" es que enfría, mientras que la máquina destinada a calefacciónefectivamente lleva calor allí donde hace falta, obteniéndolo de un lugar que está a un nivel térmico másbajo.
Índice
1 Bomba de calor reversible2 Funcionamiento
2.1 El principio de funcionamiento en cuatro pasos3 Rendimiento4 Fuentes de calor5 Tipos de bomba de calor6 Usos7 Véase también8 Notas y referencias9 Enlaces externos
Bomba de calor reversible
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Válvula inversora de ciclo o"válvula de cuatro vías".
Una variante de este ingenio es la bomba de calor reversible, cuyaparticularidad radica en una válvula inversora de ciclo que forma partedel sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeración,transformando el condensador en evaporador y viceversa, de modo queen verano sirve como máquina frigorífica , para la refrigeración y eninvierno como bomba de calor, para calefacción.
El problema que tiene las bombas reversibles es que en cada tipo deciclo (calefacción o refrigeración) se trabaja con campos de temperaturadistintos. En las bombas de calor o las máquinas refrigeradoras seemplean fluidos específicos, pero en el caso de la reversible es elmismo, luego sus rendimientos no son tan buenos como en el caso delas que no son reversibles.
Funcionamiento
Una bomba de calor por compresión emplea un fluido refrigerante conun bajo punto de ebullición. Este fluido se hace pasar por un compresor, que eleva su presión y aumentacon ello su temperatura (su entalpía). Una vez comprimido el fluido refrigerante, pasa por unintercambiador de calor llamado 'condensador', y ahí cede calor al foco caliente, dado que el fluidorefrigerante ha salido del compresor a mayor temperatura que ese foco caliente. Al enfriarse el fluido enel condensador (cediendo calor al foco caliente), cambia su estado a líquido. A la salida delcondensador, comprimido, atraviesa una válvula de expansión, lo cual supone una brusca caída depresión. Al disminuir la presión, el fluido se enfría bruscamente y además empieza a evaporarse. En unintercambiador de calor, llamado evaporador, que hay después de la válvula de expansión, el fluido seevapora, absorbiendo calor del foco frío, puesto que está más frío que dicho foco. El fluido evaporadoregresa al compresor, cerrándose el ciclo.
Al contrario que la refrigeración, que se puede obtener mediante un ciclo de absorción, en este caso notiene cuenta producir calor de ese modo, porque es más eficiente emplear el calor que suele mover elsistema de absorción, directamente para calefacción, así, estos ingenios funcionan siempre porcompresión.
El principio de funcionamiento en cuatro pasos
1. En el primer paso se comprime un fluido refrigerante con un compresor. Según la Ley de GayLussac la presión es proporcional a la temperatura absoluta, luego cuando se comprime un gasaumenta su temperatura.
2. Ese fluido caliente se hace pasar por un intercambiador, llamado condensador, en el que el fluidocede su calor (al llamado foco o fuente caliente) y al enfriarse, se condensa parcialmente, pasandodel estado gaseoso a estado líquido.
3. A continuación se hace pasar el fluido, todavía a presión, por una válvula de expansión (queconsiste en un dispositivo con una gran pérdida de carga) en el que el fluido pierde presión (carga)bruscamente y por lo tanto se enfría también bruscamente.
4. Finalmente pasa por otro intercambiador, situado en la fuente fría, y llamado evaporador en el queabsorbe calor de nuevo, para volver a reiniciar el ciclo en el compresor.
Evidentemente cuando se trata de una bomba de calor propiamente dicha, el foco caliente del segundopaso es el intercambiador que genera el calor para la calefacción y es condición indispensable que elfluido esté a mayor temperatura que el ambiente. El del cuarto paso es el aire exterior o cualquier otrafuente fría, que también debe cumplir la condición de que el fluido que circula por el evaporador esté a
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menor temperatura que el ambiente exterior (en ambos casos se suele considerar un salto térmico de5 °C). Si se trata de un sistema de refrigeración, será al revés: en el segundo paso se hará la cesión decalor al exterior y en el cuarto paso se extraerá calor del interior del recinto que se quiere refrigerar.
Cuando el calor se obtiene del aire exterior, existe la posibilidad de que la humedad del aire se depositecomo escarcha en el serpentín del evaporador, pudiendo llegar a tener bastante espesor. Ahora bien, laescarcha es un aislante térmico razonable, reduciendo de modo notable la eficiencia del sistema, demodo que que hay que evitar su formación o disolverla cuando se forma.
Rendimiento
La cantidad de calor que se puede bombear depende de la diferencia de temperatura entre los focos frío ycaliente. Cuanto mayor sea esta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina (por ejemplo: paracalentar una habitación a 25°C, la máquina tendrá peor rendimiento si en el exterior hace 5° que si hace15°C).
Las bombas térmicas tienen un rendimiento, denominado COP (coefficient of performance), mayor quela unidad. Aunque esto puede parecer imposible, se debe a que en realidad se está moviendo calorusando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una parte muyimportante de este calor se toma de la entalpía del aire atmosférico. En toda bomba de calor se verificaque el calor transmitido al foco caliente es la suma del calor extraído del foco frío más la potenciaconsumida por el compresor, que se transmite al fluido.
Dado que el efecto útil de una bomba de calor depende de su uso, hay dos expresiones distintas delCOP. Si la bomba de calor está usándose para calentar una zona, el efecto útil es el calor introducido:
Si la máquina se está usando para refrigerar un ambiente, el efecto útil es el calor extraído del foco frío:
Una bomba de calor típica, funcionando en calefacción, tiene un COP de entre dos y seis, dependiendode la diferencia entre las temperaturas de ambos focos. En refrigeración el COP es menor, puesto que nose puede aprovechar el calor producido por el motor.
Otro coeficiente más ajustado es el rendimiento estacional o Índice estacional de eficiencia energética(SEER Seasonal Energy Efficiency Ratio), que seria el COP medio durante una temporada decalefacción o de refrigeración.
Fuentes de calor
Considerando solo la bomba de calor para calefacción, se pueden dar estas fuentes "frías":
Aire exterior.Fuente de agua, pozo o río.Geotermia.
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Tipos de bomba de calor
En función de las fuentes fría y caliente, por este orden, las bombas de calor pueden ser de varios tipos:
Bomba de calor aireaire: el calor que se toma del aire exterior se transfiere directamente al airedel local que debe calentarse.Bomba de calor aireagua: el calor se toma del aire y se transfiere a un circuito de agua queabastecerá un suelo/techo radiante/refrescante, radiadores, ventiloconvectores o aerotermos.Bomba de calor agua/agua: el sistema toma el calor de un circuito de agua en contacto con unelemento que le proporcionará el calor (la tierra, capa freática) para transferirlo a otro circuito deagua como en el caso anterior. Es el sistema generalmente adoptado por las bombas de calorgeotérmicas.Bomba de calor aguaaire: el calor se toma del agua, como en el caso anterior, y se transfieredirectamente al aire del local que debe calentarse.
Usos
La bomba de calor se utiliza en sistemas de calefacción y, las reversibles, además en refrigeración.Usada en calefacción tiene la ventaja de hacer que la electricidad sea económica para calentar, pues alcontrario que el uso de resistencias por efecto Joule, proporciona más energía que la que consume y elprecio de la unidad de energía eléctrica consumida es considerablemente más bajo que el de la energíatérmica proporcionada por un combustible en una caldera.
Pero el uso más adecuado de estos ingenios es el aprovechamiento de fuentes de calor de relativamentebajo nivel térmico para subir el nivel a otro utilizable; por ejemplo, en un manantial de agua templada,subir la temperatura del agua para utilizarla en calefacción.
En el aprovechamiento de la energía solar para calefacción existe el problema de que en las épocas enque más falta hace la calefacción, el rendimiento de los colectores es menor y el tiempo de insolacióndiario más corto. Se ha investigado sobre la posibilidad de aprovechar el calor de las temporadas máscálidas para acumularlo en grandes depósitos de agua, para usar el calor acumulado en las épocas frías, yahí puede emplearse la bomba de calor para llevar la temperatura del agua del depósito (temperatura a laque se llegó con fuentes renovables y no contaminantes) al nivel necesario para su uso en los sistemas decalefacción.2
Véase también
Refrigeración por compresiónRefrigeración por absorciónAerotermiaCaldera (calefacción)Diagrama PhRendimiento térmicoTermodinámica
Notas y referencias1. M. A. Gálvez Huerta; et alt. (2013). Instalaciones y Servicios Técnicos. Madrid: Sección de Instalaciones de
Edificios. Escuela Técnica Superior de Arquitectura, U.P.M. ISBN 9788492641253.2. Álvarez Pérez, Gustavo; Sánchez Sáinz, Francisco. «Acumulación estacional de la energía solar en
combinación con sistemas de alta eficiencia. La geotermia artificial»
16/10/2015 Bomba de calor Wikipedia, la enciclopedia libre
https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_calor 5/5
(http://geasyt.files.wordpress.com/2010/09/ponenciaacumulacionestacionalsolar2definitiva.pdf).Consultado el 23 de diciembre de 2013.
Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Bomba de calor.Cómo funciona una bomba de calor (https://www.youtube.com/watch?v=uF72uLc4ea4)
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Categorías: Máquinas térmicas Transferencia de calor Instalaciones de los edificios
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