Bomba de CalorBomba de Calor

Pablo RojasPablo Rojas

TermotecniaTermotecniaCurico, 2011Curico, 2011

¿Qué es una Bomba de calor?¿Qué es una Bomba de calor? Es una maquina térmica. Permite transferir energía en

forma de calor de un ambiente a otro.

El principio de funcionamiento de la Bomba de Calor se basa principio de Carnot, descubierto en 1824

Para lograr esta acción es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinámica, según la cual el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualan.

Estos sistemas permiten optimizar el consumo energético y disminuir la dependencia de los combustibles tradicionales

FuncionamientoFuncionamiento Este fenómeno de transferencia

de energía calorífica se realiza -principalmente- por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, cuya particularidad radica en una Válvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeración, transformando el condensador en evaporador y viceversa.

La bomba de calor toma el fluido frío del exterior y lo comprime elevando su temperatura.

El fluido caliente comprimido transfiere su calor al fluido cálido interior en el intercambiador .

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.

Tipos de BombasTipos de Bombas En primer lugar debemos aplicar una diferencia general entre En primer lugar debemos aplicar una diferencia general entre

dos tipos de bombas de calor, hablamos de las bombas de dos tipos de bombas de calor, hablamos de las bombas de calor de tipo refrigerante o calefactor, y las de tipo reversible calor de tipo refrigerante o calefactor, y las de tipo reversible las cuales son capaces de refrigerar o calefaccionar las cuales son capaces de refrigerar o calefaccionar dependiendo las necesidades. dependiendo las necesidades. 

El proceso es el mismo pero en diferentes sentidos, el El proceso es el mismo pero en diferentes sentidos, el refrigerante entregara calor o lo liberara dependiendo el refrigerante entregara calor o lo liberara dependiendo el sentido que el mismo recorra dentro del sistema definido por sentido que el mismo recorra dentro del sistema definido por la bomba de calor, esto se logra por medio de las la bomba de calor, esto se logra por medio de las denominadas válvulas de 4 vías, las cuales son capaces de denominadas válvulas de 4 vías, las cuales son capaces de redireccionar el fluido refrigerante, liberando calor al interior y redireccionar el fluido refrigerante, liberando calor al interior y cediéndolo al exterior o viceversa cediéndolo al exterior o viceversa

Bombas de calor movidas a gas.Bombas de calor movidas a gas.  

El trabajo producido El trabajo producido por el sistema por el sistema mecánico es mecánico es generado por la generado por la implementación de implementación de gas natural.gas natural.

Bombas de calor de compresión Bombas de calor de compresión mecánica accionada por motor mecánica accionada por motor

eléctricoeléctrico

Aquí es la Aquí es la energía eléctrica energía eléctrica convencional la convencional la que mueve él que mueve él sistema.sistema.

Bombas de calor de Bombas de calor de compresión mecánica solar:compresión mecánica solar:

Este tipo de bombas de Este tipo de bombas de calor son movidas por un calor son movidas por un motor eléctrico el cual se motor eléctrico el cual se alimenta de baterías que alimenta de baterías que son cargadas mediante son cargadas mediante energía solar, en caso de energía solar, en caso de no disponer de la carga no disponer de la carga suficiente generalmente suficiente generalmente las mismas recurren a la las mismas recurren a la energía eléctrica como energía eléctrica como solución alternativa.solución alternativa.

Según los elementos que Según los elementos que intervienen en el intercambio intervienen en el intercambio

calórico calórico

Pueden ser:Pueden ser:

Bombas de calor aire-agua.Bombas de calor aire-agua. Bombas de calor aire-aire.Bombas de calor aire-aire. Bombas de calor agua-aguaBombas de calor agua-agua.. Bomba de calor geotérmica.Bomba de calor geotérmica.

Bombas de calor aire-aguaBombas de calor aire-agua

Las mismas absorben Las mismas absorben el aire del ambiente, y el aire del ambiente, y generan un generan un intercambio entre el intercambio entre el mismo y el agua, mismo y el agua, restando calor al restando calor al ambiente y ambiente y entregándoselo al entregándoselo al líquido. líquido.

1 Bomba de calor, 2 Depósito de agua, 3 ACS (uso del agua 1 Bomba de calor, 2 Depósito de agua, 3 ACS (uso del agua caliente sanitaria), 4- Sistema de calefacción por suelo radiantecaliente sanitaria), 4- Sistema de calefacción por suelo radiante

VentajasVentajas

Un Un ahorro de energía ahorro de energía eléctrica superior al eléctrica superior al 80%80% que con otros  que con otros sistemas. sistemas.

Elementos que propician Elementos que propician el funcionamiento de la el funcionamiento de la bomba de calor son bomba de calor son naturales y no generan naturales y no generan contaminación contaminación

Bombas de calor aire-aire.Bombas de calor aire-aire.

Estas bombas de calor Estas bombas de calor puede aprovechar el puede aprovechar el intercambio entre dos intercambio entre dos elementos iguales elementos iguales generando la liberación o generando la liberación o ganancia de calor entre ganancia de calor entre un recinto cerrado y el un recinto cerrado y el exterior, genialmente son exterior, genialmente son las que encontramos en las que encontramos en funcionamiento en los funcionamiento en los climatizadores de climatizadores de ambiente.ambiente.

Bombas de calor agua-aguaBombas de calor agua-agua..

Requiere de algunas Requiere de algunas características como la características como la existencia de aguas existencia de aguas subterráneas las cuales subterráneas las cuales tienen una temperatura tienen una temperatura constante de entre 7 º C constante de entre 7 º C y 12 º C todo el año, la y 12 º C todo el año, la bomba intercambia calor bomba intercambia calor entre esta agua entre esta agua subterránea y la red de subterránea y la red de agua de la casa.agua de la casa.

Ventajas.Ventajas.

Gran parte de la energía Gran parte de la energía requerida para calentar el requerida para calentar el agua es transportada agua es transportada mediante un proceso de mediante un proceso de evolución en ciclos de un evolución en ciclos de un gas gas

Se calcula que más del Se calcula que más del 70% de la energía 70% de la energía utilizada para climatizar el utilizada para climatizar el agua de una casa agua de una casa mediante las bombas de mediante las bombas de calor agua-agua es calor agua-agua es gratuita gratuita

Bomba de calor geotérmica.Bomba de calor geotérmica. Bomba de calor, Tierra-Bomba de calor, Tierra-

Agua, Tierra-AireAgua, Tierra-Aire

Este tipo de bombas de calor Este tipo de bombas de calor son las menos implementadas son las menos implementadas debido a los requerimientos de debido a los requerimientos de instalación que disponen, las instalación que disponen, las mismas varían su mismas varían su funcionamiento de la bombas funcionamiento de la bombas convencionales ya que extraen convencionales ya que extraen el calor de la tierra, y son el calor de la tierra, y son sensiblemente mas costosas, sensiblemente mas costosas, pero también mas efectivas. pero también mas efectivas. 

AplicacionesAplicaciones

FrigoríficosFrigoríficos Calefacción de Calefacción de

residenciasresidencias Procesos industrialesProcesos industriales ACSACS Piscinas.Piscinas. Pisos radiantesPisos radiantes

Parámetros de diseñoParámetros de diseño

Condiciones climáticas presentesCondiciones climáticas presentes Tipo y tamaño de la bomba de calorTipo y tamaño de la bomba de calor Sistema de distribuciónSistema de distribución Temperatura exterior y máxima capacidades de Temperatura exterior y máxima capacidades de

calefacción.calefacción. Tipo de ubicación a calefaccionar o refrigerar.Tipo de ubicación a calefaccionar o refrigerar.

Impacto ambientalImpacto ambiental

Las bombas de calor procesan Las bombas de calor procesan energía natural limpia y renovable, energía natural limpia y renovable, su funcionamiento no es su funcionamiento no es contaminante y su impacto contaminante y su impacto ambiental es mínimo.ambiental es mínimo.

Según la EPA (Enviromental Protección Agency)

6% equivalente a 12006% equivalente a 1200

millones de toneladas millones de toneladas

Situación en chile.Situación en chile.

A pesar de su realmente buen desempeño a escala residencial, A pesar de su realmente buen desempeño a escala residencial, comercial e industrial no ha sido posible que esta tecnología se comercial e industrial no ha sido posible que esta tecnología se expanda en el país, por razones tanto económicas como expanda en el país, por razones tanto económicas como técnicas.técnicas.

El potencial de la bomba de calor para reducir las emisiones de El potencial de la bomba de calor para reducir las emisiones de CO2 en el país, es del 14 % equivalentes a unos 8.5 millones CO2 en el país, es del 14 % equivalentes a unos 8.5 millones de toneladas.de toneladas.

Eficiencia o rendimiento de una Eficiencia o rendimiento de una bomba de calorbomba de calor

La ventaja fundamental de la bomba de calor consiste La ventaja fundamental de la bomba de calor consiste en que es capaz de suministrar más energía deen que es capaz de suministrar más energía de la que la que consume. Esta aparente contradicción con uno de los consume. Esta aparente contradicción con uno de los principios más sólidos de la termodinámica, se explica principios más sólidos de la termodinámica, se explica por el hecho de que el equipo recupera energía por el hecho de que el equipo recupera energía "gratuita" del ambiente exterior. "gratuita" del ambiente exterior.

El COP que suelen presentar los equipos de bomba de El COP que suelen presentar los equipos de bomba de calor tienen como promedio un valor de 3 aunque calor tienen como promedio un valor de 3 aunque algunos equipos ya cuentan con un COP de hasta 4.6 algunos equipos ya cuentan con un COP de hasta 4.6

¾ de la energía utilizada proviene del medio ambiente esto representa un ahorro del 75%.

Con 1 kw-h de electricidad se producen alrededor de 4 kw-h de calor, por lo tanto el costo del kw-h producido seria alrededor de los 30,2 $.