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bomba de calor

¿Qué tipos de bomba de calor existen?

La bomba de calor se ha convertido en el sistema de climatización más eficiente. Teniendo en cuenta que puede llegar a producir 4 kW de calor con apenas 1 kW de electricidad. Además, si esa electricidad la generamos con un sistema de placas solares fotovoltaicas nos aseguramos de que disponemos de un sistema 100% ecológico.

Pero ¿qué es y cómo funciona una bomba de calor?

Una bomba de calor es un sistema de climatización cuyo funcionamiento está basado en la termodinámica. Estos equipos aprovechan la energía térmica que está disponible en el aire, en la tierra o en bolsas de agua, para trasladarla al interior de nuestras viviendas y edificios. La gran ventaja de una bomba de calor es que puede funcionar en dos direcciones. De forma que puede aportarnos calor o frío al interior de nuestra casa.

Para su funcionamiento utilizan un gas o líquido que es susceptible de absorber y ceder temperatura con cierta facilidad. Este gas es sometido a procesos de compresión, condensación, expansión y evaporación. De modo que en la condensación desprende calor y durante la evaporación lo absorbe. Cada una de estas dos fases la realiza en una parte del circuito que están separadas. Así, se consigue aprovechar la temperatura de un sitio para cederla al otro.

Es por este motivo que, si invertimos el ciclo de la bomba de calor, podemos aprovechar este sistema todo el año. Es decir, en invierno nos interesa absorber calor del exterior para llevarlo dentro de la vivienda. En cambio, en verano robaremos calor del interior para llevarlo fuer y así estamos refrescando nuestra vivienda.

Tipos de bombas de calor

Se ha aprovechado el avance de la tecnología para desarrollar bombas de calor que aprovechen la energía térmica contenida en cualquier ambiente. Es decir, podemos robar o ceder calor al aire que nos rodea. También aprovechar una bolsa de agua, en forma de embalse, lago o piscina y, además, de la tierra que tenemos en nuestro jardín. En función de donde saque la energía térmica las bombas de calor varían en su diseño y las denominamos de manera diferente.

Para reconocerlas y saber de dónde absorben la energía y donde la traslada se nombran mediante dos elementos. Estos pueden ser aire, agua o tierra. De este modo se nombra primero el sitio de donde se extrae el calor y el segundo hace referencia al lugar donde depositamos esa energía calorífica. Teniendo en cuenta el ciclo de invierno, es decir, para calefacción.

✓ Bomba calor aire-aire

Las bombas de calor aire-aire son los tradicionales aires acondicionados. Como su nombre indica, aprovechar la energía del aire del exterior de los edificios, para calentar o enfriar el aire de dentro. En un principio solo funcionaban en modo frío, sin embargo, al mejorar la tecnología y desarrollarse la válvula de 4 vías se pudo revertir el ciclo. De este modo, apareció lo que muchas personas conocen como bomba de calor. Ya que estos equipos de aire acondicionado eran capaces de cambiar a modo invierno y aportar calor al aire interior de nuestra casa.

Bomba de calor aerotérmica (aire-aire y aire-agua)

✓ Bomba calor aire-agua

Al igual que el modelo anterior, estos tipos de bomba de calor aprovechan la energía contenida en el aire que nos rodea. Al aprovechar el aire para conseguir la energía calorífica se les llama también equipos de aerotermia. No obstante, en este caso lo que se pretende es calentar o enfriar agua. Esta se puede utilizar tanto para uso doméstico, como para la calefacción o refrigeración.

En los últimos años, están apareciendo en el mercado los nuevos equipos de Aerotermia para ACS, que son los sustitutos naturales de los tradicionales termos eléctricos y de los calentadores de gas.

✓ Bomba de calor agua-agua

La bomba de calor agua-agua, o también conocida como hidrónica, aprovecha la energía del agua. En este caso, para su instalación necesitamos que haya alguna acumulación de agua, bien sea en forma subterráneo o superficial.  Por lo general se aprovecha alguna laguna, embalse o piscina, donde se sumerge una tubería del gas o líquido frigorífico. Esta debe tener suficiente longitud para que se pueda realizar el intercambio térmico.

Estos tipos de bomba de calor aprovechan esa disipación de calor para llevar la energía térmica al agua que usaremos en la vivienda. Tanto para limpieza como para calefacción, bien con fancoils, suelo radiante o radiadores de baja temperatura.

Bomba de Calor hidrónica o de agua-agua

✓ Bomba de calor tierra-agua o geotérmica

Las bombas de calor geotérmicas se conocen también como de tierra-agua. En este caso aprovechan la energía térmica del subsuelo. Se considera que son las más eficientes, ya que el subsuelo suele mantener una temperatura mucho más constante durante todo el año. A diferencia del aire que sufre muchas variaciones de temperatura en apenas una o dos horas. El agua de estanques o lagos también puede variar su temperatura fácilmente.  

En cambio, a una profundidad de un par de metros la temperatura de la tierra es mucho más constante. Esto es mejor para el funcionamiento de las bombas de calor, que a través de una red de tuberías enterradas en un terreno disipan la energía que se ha recogido del interior de la vivienda.

Bomba de calor Geotérmica o tierra-agua

Para su funcionamiento, estos tipos de bombas de calor deben disponer de una red de tuberías enterradas en la tierra. Debemos tener en cuenta, que en todos los casos la longitud de los tubos, su profundidad de instalación y disposición debe ser calculada por un técnico especializado. De forma que se garantice el adecuado intercambio térmico.

Estas pueden instalarse de diferentes modos. Bien en profundidad, haciendo un pozo de una altura suficiente para poder disipar la temperatura que han calculado los técnicos. O también, en superficie, de manera que es más fácil el trabajo.

En las instalaciones geotérmicas en superficie no es necesario excavar un pozo. Por el contrario, se necesita mucho más terreno para poder repartir el tubo por un área que permita el intercambio térmico. Este tipo de instalación de los tubos se puede hacer de dos guisas, bien con tubos rectos o con tubos en espiral. Cada uno de estos tipos necesitará de una longitud y un diámetro de tubo determinado.

Bomba de calor tierra-agua con tuberías horizontales rectas
Bomba de calor tierra-agua con tuberías horizontales en bucle

¿Conoces los sistemas de aire acondicionado VRV?

Los sistemas de aire acondicionado VRV, o también llamado VRF en inglés (Variable Refrigerant Flow) se instalan para climatizar varias estancias o habitaciones a través de una sola unidad exterior. Aunque su estructura es muy similar al aire acondicionado multisplits, se categorizan dentro de los equipos de aire acondicionado de expansión directa. Dependiendo de su composición de dos o tres tubos puede suministrar calor y frío simultáneamente. Veremos cómo están diseñados y cuáles son las características más importantes de estos sistemas.

Composición de los sistemas multizona VRV

Los sistemas de multizona VRV están compuestos por una red de conductos y aparatos que permiten climatizar de manera uniforme diferentes zonas en la vivienda. El sistema VRV fue diseñado por Daikin en el año 1982 como una versión mejorada de los aires acondicionados multisplits. La gran popularidad de estos sistemas se debe a su capacidad de modular individualmente cada aparato interior y poder incorporar la tecnología de recuperación de calor. Veamos que componentes constituyen estos sistemas tan eficientes de climatización:

Red de distribución: Este grupo engloba todas las tuberías de cobre aisladas que distribuyen uniformemente el gas refrigerante desde el equipo de generación térmica hasta los climatizadores. Además pueden ser de dos o tres tubos. Con una distribución de dos tubos puede dar aire caliente o frio. En cambio con tres tubos es un poco más complejo de montar pero podemos conseguir verter aire caliente y frio simultáneamente en la estancia. La distribución de tres tubos está destinado y recomendado para instalaciones comerciales de medio o gran tamaño.

Equipo de generación térmica: Este aparato externo es una bomba encargada de enfriar o calentar el gas refrigerante por medio de un circuito de aire cerrado.

Climatizadores: Estos sistemas internos son los encargados de calentar o enfriar el aire de la estancia tras el previo intercambio de energía en el equipo de generación. Será el encargado de verter el aire directamente a la temperatura que marquemos.

¿Cómo funciona el aire acondicionado VRV?

El funcionamiento de los sistemas de VRV es muy similar al de los aires acondicionados multisplits. A modo de resumen, el gas refrigerantes se somete a cambios de presión a lo largo del circuito cambiando la temperatura del aire a su paso. Si queremos frío, absorbe el calor de la estancia y lo vierte al exterior a la vez que se vierte aire frio en el interior. En cambio, si queremos calor el sistema invierte el ciclo generando calor en la estancia. No obstante, veamos el funcionamiento más en profundidad para entender mejor el proceso.

Los sistemas de VRV cuentan con una unidad exterior, tuberías de cobre por donde circula el gas refrigerante y varias unidades interiores que contienen la válvula de expansión y el evaporador. La diferencia entre estos y los aires acondicionado multisplits se encuentra concretamente en la caja de control entre la unidad interior y exterior. Regulan el flujo del refrigerante gracias a los sensores del termostato, mandando señales según la demanda de calor o frío. De esta forma el compresor aumenta su velocidad ya que tiene que subir la presión. Cuando las unidades internas ya no requieren más climatización, la caja de control no envía refrigerante y se ralentiza el compresor.

Además los sistemas VRV cuentan con un compresor inverter que varía la velocidad según la necesidad de climatización. Esto permite proporcionar la presión exacta independiente del número de unidades internas. También la unidad exterior cuenta con un mecanismo que evapora o condensa el gas refrigerante. Luego este gas refrigerante se distribuye por las tuberías hasta llegar a las unidades interiores. A diferencia de las bombas de aerotermia, estos sistemas cuentan con la ventaja de variar el volumen de refrigerante aportado a las baterías de condensación-evaporación.

¿Para qué tipo de vivienda se recomiendan los sistemas VRV?

Aunque esta tecnología lleva más de 80 años en desarrollo en Japón se ha empleado en todo tipo de edificios comerciales, oficinas, hospitales, estatales o públicos. Su alto nivel de eficiencia los convierte en unos de los sistemas más instalados en edificios de gran magnitud. Esto no significa que no se puedan instalar en viviendas unifamiliares o bloques de viviendas. Al contrario, consiguen una climatización aún más eficaz en viviendas de menos metros al disponer de mejor zonificación. Además tienen la capacidad de climatizar al completo por ejemplo, un hotel de pocas habitaciones. Se puede instalar múltiples unidades interiores con regulación independiente en cada habitación.

¿Y en residencias se pueden instalar? Resultan una excelente opción para residencias de 5-10 viviendas. Esta tecnología no solo adapta la demanda al consumo energético sino que además puede variar la temperatura en cada estancia independientemente. Esta instalación tan rentable puede climatizar las estancias mejorando el confort de los usuarios. Si aun no lo tienes muy claro puedes asesorarte con un experto en la materia.

Beneficios de los sistemas VRV

Ventajas Características
Zonificación Permiten gestionar la climatización de las estancias de manera individual sin afectar a los demás espacios
Mantenimiento El mantenimiento es bastante sencillo y rápido a diferencia de otros sistemas de climatización. Se debe controlar con frecuencia los niveles del gas refrigerante
Ahorro energético El ahorro energético que generan los sistemas VRV oscila entre el 10-25%. Solo usan la energía necesaria y no requieren de una gran carga de corriente para la puesta en marcha
Confort Gracias a la tecnología inverter se puede alcanzar temperaturas deseadas en poco tiempo. Se logra mantenerla dentro de un rango estable de variación y evitamos cambios drásticos de temperatura
Fácil instalación Su instalación es bastante sencilla. Su destacado sistema modular alterna el uso de compresores extendiendo la vida útil del sistema.

Se pueden elegir distintas combinaciones de condensadoras para alcanzar la capacidad y el espacio requerido a climatizar

 

 

Evolución del aire acondicionado: desde la antigüedad hasta nuestros días

Para llegar al aire acondicionado como lo conocemos en la era Moderna tenemos que retroceder algunos siglos. Desde tiempos remotos el ser humano siempre ha buscado a través de diferentes técnicas la forma de climatización y/o refrigeración.

Fuente de la imagen: National Geographic

Por ejemplo, ¿sabías que en el antiguo Egipto ya se utilizaban sistemas y métodos para poder reducir el calor? La técnica que utilizaban era principalmente para mejorar la sensación de calor dentro del palacio del Faraón, que contaba con unas paredes formadas de enormes bloques de piedras con un peso superior al de las 1.000 toneladas. El sistema no era otro que utilizar a 3.000 esclavos durante la noche para desmantelar las paredes y cargar las piedras al desierto. ¿Por qué? El clima por la noche en el desierto disminuye a niveles muy bajos y eso hacía que las piedras se enfriasen de manera notable. Tras pasar la noche en el desierto, poco antes de que amaneciera se volvían a colocar las piedras en el palacio. Una acción que hacían cada noche y que permitía al Faraón contar con una temperatura media en palacio de unos 26°C.

Por otro lado, ¿sabías que en la antigua India se colgaban esteras de hierba húmeda en las puertas y ventanas para así al entrar aire disminuyera la temperatura. ¿O que en algunos palacios del Imperio Musulmán las paredes estaban llenas de vegetación que se rociaban de agua continuamente para que la evaporación hiciera que se enfriara el ambiente?

Técnicas modernas

Y es que el ser humano siempre ha estado a la búsqueda de nuevas técnicas. Si nos vamos al año 1555, se tiene constancia de que se llevó a cabo el primer procedimiento técnico para acondicionar el aire, basado en un ventilador artificial utilizado, sobre todo, para las cuevas de minas. No sería hasta 1711 cuando Johann Justus Bartels ideó el primer ventilador que funcionaba para ambientes cerrados, como túneles.

En 1715 el francés Gaugger sería quien publicase, tras un estudio sobre la ventilación, su importancia para poder combatir enfermedades de tipo infecciosa. Una idea que llevaron a cabo en 1741 Stephen Hales y Martin Friewald cuando inventaron el acondicionados de aire para las habitaciones de hospital y los camarotes de los barcos. Un invento que estaba construido a través de dos palas grandes de molino. Su función era bombear el aire y dirigirlo a través de tubos para generar corrientes de aire.

100 años más tarde, sería el médico norteamericano John Gorrie quién creó la primera máquina frigorífica que utilizaba el conocido principio de expansión de aire para aliviar el calor a sus enfermos. Ya en 1842 el físico y matemático Lord William Thomson Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la termodinámica: absorción de calor a través de un gas refrigerante.

1902: llegada del aire acondicionado moderno

Sería en el año 1902 cuando el estadounidense Willis Haviland Carrier sentara las primeras bases de la refrigeración tal y como la conocemos. Carrier, con seis colegas, invirtió 32.600 dólares en su propia compañía, Carrier Engineering Corporation. Empresa dedicada exclusivamente al aire acondicionado y muy centrada en la investigación e innovación tecnológica de este producto, sobre todo aplicado al sector industrial. Algunos de sus primeros clientes fueron el Madison Square Garden y los departamentos del senado de los Estados Unidos y la cámara de representantes.

Fuente de la imagen: Carrier

Ya más adelante, en 1921, el propio Carrier patentó una máquina de refrigeración centrífuga, que fue el primer invento que permitía enfriar grandes espacios. Esto llevó a la compañía a ser pionera en diseño y fabricación de máquinas de refrigeración de espacios grandes. Aumentando la producción industrial durante el verano. El aire acondicionado revolucionó, sin duda, la vida norteamericana.

Aire acondicionado para viviendas

Pero no fue hasta 1928 cuando Carrier desarrolló el primer equipo dedicado a enfriar y calentar los hogares. Invento que lamentablemente, en un primer momento, acabó chocando con la gran depresión económica de los Estados Unidos, que hizo que sus ventas no cumplieran las expectativas creadas. Pero a partir de la II Guerra Mundial la situación cambió y comenzó a extenderse la compra de los sistemas de refrigeración en todo el país y a nivel mundial.

La importancia de un hogar bien climatizado

No encontrar este confort en el hogar puede tener consecuencias directas en nuestra salud. En primer lugar, en una casa mal ventilada la humedad se acumula en techos, alfombras y paredes. Además, los altos índices de agua en el ambiente ocasionan microclimas idóneos para la proliferación de ácaros y moho. Por otro lado, la temperatura adecuada de una vivienda debe estar en torno a los 20ºC. No podemos olvidar que tanto el calor como el frío se escapan a través de puertas y ventanas. Por lo que una buena solución para combatir estos problemas es la instalación de un equipo de climatización.

Otras alternativas de refrigeración

Fuente de la imagen: Fotolia

  • Refrigeración evaporativa

Es un proceso que se ha utilizado desde hace siglos como enfriador de aire. Sus principales ventajas son su elevada eficiencia energética, su seguridad y el respeto por el medio ambiente. Es un proceso natural que se basa en la utilización del agua como un refrigerante. Gracias a ello, es posible la transmisión a la atmósfera de todo el calor que resulta excedente en las máquinas de tipo térmico. Los equipos más comunes que emplean el enfriamiento evaporativo son los condensadores y las torres de enfriamiento.

  • Sistema aerotérmico de ventilación

Uno de los métodos que mejor funcionan para obtener una buena ventilación y a la vez conseguir eficiencia energética, que nos permite tener una temperatura confortable en nuestra vivienda, es el sistema por aerotermia. Este tipo de sistema es muy eficiente no sólo para la refrigeración de las casas en verano, sino incluso, para calentar las estancias en invierno.

  • Ventilación mecánica o inteligente

Dentro del sistema de ventilación mecánica encontramos por un lado la ventilación mecánica controlada que funciona con una central de ventilación que fuerza la extracción del aire para renovarlo y garantizar así la calidad del aire interior. Este tipo de ventilación permite gestionar eficientemente el consumo energético a la hora de renovar el aire interior de un espacio.

  • Aire acondicionado solar

Este tipo de sistemas cuentan con el mismo funcionamiento que un aire acondicionado tradicional, pero obtienen la energía del sol. Para ello, cuenta con paneles fotovoltaicos integrados para poder absorber la energía solar y así alimentar el sistema de aire acondicionado. Cuando hablamos de aire acondicionado solar podemos diferenciar dos tipos: el solar híbrido y el por absorción.