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1.1.- Introduccin.
1.2.- Clasificacin.
1.3.- Funcionamiento.
1.4.- Focos.
1.5.- Elementos Componentes.
1.6.- Refrigerantes.
1.7.- Coeficientes de prestacin.
1.1.- INTRODUCCIN
l calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas temperaturas. Sin
mbargo, la Bomba de Calor es capaz de forzar el flujo de calor en la direccin contraria, utilizando
na cantidad de trabajo relativamente pequea. Las Bombas de Calor pueden transferir este calor
esde las fuentes naturales del entorno a baja temperatura (foco fro), tales como aire, agua o la
ropia tierra, hacia las dependencias interiores que se pretenden calefactar, o bien para emplearlo
n procesos que precisan calor en la edificacin o la industria. Es posible, as mismo, aprovechar
os calores residuales de procesos industriales como foco fro, lo que permite disponer de una
uente a temperatura conocida y constante que mejora el rendimiento del sistema.
as Bombas de Calor tambin pueden ser utilizadas para refrigerar. En este caso la transferencia
e calor se realiza en el sentido contrario, es decir desde la aplicacin que requiere fro al entorno
ue se encuentra a temperatura superior. En algunas ocasiones, el calor extrado en el
nfriamiento es utilizado para cubrir una demanda simultnea de calor.
ara transportar calor desde la fuente de calor al sumidero de calor, se requiere aportar un
rabajo. Tericamente, el calor total aportado por la Bomba de Calor es el extrado de la fuente de
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alor ms el trabajo externo aportado.
l principio de funcionamiento de las Bombas de Calor no es reciente. Sus orgenes provienen del
stablecimiento por Carnot en 1824, de los conceptos de ciclo y reversibilidad, y por la concepcin
erica posterior de Lord Kelvin. Un gas evolucionaba cclicamente, era comprimido y
osteriormente expansionado, obteniendo fro y calor.
l desarrollo de los equipos de refrigeracin tuvo un rpido progreso, en aplicaciones como la
onservacin de alimentos y el aire acondicionado. Sin embargo las posibilidades de utilizar la otra
uente trmica, el calor o el fro y calor simultneamente no se aprovecharon.
sto fue debido por una parte a las dificultades tecnolgicas que presentaba la construccin de la
omba de Calor y por otra al bajo precio de la energa, que haca que sta no fuera competitiva
on los sistemas tradicionales de calefaccin a base de carbn, fuel-oil o gas, que presentaban una
lara ventaja en relacin con sus costes. Por ejemplo, en 1965, en Estados Unidos, slo las
ombas de Calor con un COP superior a 5 conseguan acercarse a los costes del combustible ms
aro, que en esos aos era el gas ciudad.
A finales de los aos cincuenta se inici la expansin de la Bomba de Calor en Estados Unidos y su
roduccin en serie, con la siguiente evolucin en el nmero de ventas: 1954 (2.000 unidades),
957 (10.000 unidades), 1963 (76.000 unidades).
n Europa no se inicia su comercializacin hasta 1970. As, en 1973 se vendieron en Francia 600
ombas de Calor de tipo domstico y 7.000 unidades en 1977. En Espaa en 1980, del orden de
.500 unidades. En 1968 se realiz la primera instalacin con Bomba de Calor a gas en Europa, enna pista polideportiva holandesa.
a crisis del petrleo y el alza de los precios de los combustibles a partir de 1973, impuls las
nvestigaciones en nuevos equipos de alta eficiencia, adems de cambiar el posicionamiento de los
ostes de calefaccin, situacin que benefici el desarrollo de la Bomba de Calor.
A lo largo de estos aos adems de los cambios coyunturales que han propiciado el aumento de las
entas, las Bombas de Calor han tenido una evolucin positiva desde el punto de vista tecnolgico.
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n un principio, el desarrollo se centr en equipos reversibles aire-aire. El fin principal de estas
ombas era la refrigeracin, en consecuencia el diseo estaba orientado a las condiciones del ciclo
ara obtener fro en verano. Por esta razn existan una serie de defectos de la mquina al
uncionar para dar calefaccin, que hoy en da se encuentran superados gracias al desarrollo de los
ompresores y a la introduccin de la electrnica para el control de desescarche.
stos defectos eran:
q Fallos del compresor por golpes de lquido, falta de engrase o sobrecarga del
motor de accionamiento
q Formacin de hielo en el evaporador
q Potencia calorfica baja.
q Costes de explotacin superiores a los previstos
n el momento actual la utilizacin de Bombas de Calor se justifica, adems de por el ahorro
nergtico que suponen, por su contribucin a la reduccin de las emisiones de CO2. Las Bombas
e Calor consumen menos energa primaria que los medios tradicionales de calefaccin. Sin
mbargo a nadie se le escapa que el efecto sobre el medio ambiente de las Bombas de Calor
epende mucho de cmo se genere la energa elctrica.
i la energa elctrica proviene de fuentes como la hidroelctrica elica, es clara la reduccin de
as emisiones, pero incluso cuando la electricidad que alimenta las bombas es generada mediante
entrales trmicas de combustibles fsiles, se demuestra que la reduccin total de emisiones es
mportante.
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1.2.- CLASIFICACIN
as Bombas de Calor se pueden clasificar segn diferentes criterios. A continuacin se muestran
lgunos de los ms utilizados.
egn el Tipo de Proceso
q Bombas de Calor, cuyo compresor est impulsado mecnicamente por un motor elctrico de gas,
diesel, o de otro tipo.
q Bombas de Calor de accionamiento trmico (Bombas de Calor de absorcin), en las que el ciclo se
impulsa mediante calor a temperaturas elevadas.
q Bombas de Calor electrotrmicas, que funcionan segn el efecto Peltier.
n las Bombas de Calor de compresin, la elevacin de presin y temperatura entre evaporador yondensador se logra mediante compresin mecnica del vapor. En el ciclo de absorcin este
fecto se logra mediante un circuito de absorcin. Por otra parte la compresin mecnica se puede
ealizar mediante un compresor accionado por un motor elctrico en las bombas con motor
lctrico, o bien por un compresor accionado por un motor de combustin de gas, en las Bombas
e Calor de motor de gas.
egn el medio de origen y destino de la energa
sta clasificacin es la ms utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante dos palabras. La
rimera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco fro) y la segunda al medio receptor
foco caliente)
Medio del que extrae la
energa
Medio al que se cede
energa
Segn medio de origen y de
destino de la energa
AIRE AIRE
AIRE AGUA
AGUA AIRE
AGUA AGUA
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TIERRA AIRE
TIERRA AGUA
q Bombas de calor aire-aire: Son las ms utilizadas, principalmente en climatizacin.
q Bombas de calor aire-agua: Se utilizan para producir agua fra para refrigeracin o agua caliente
para calefaccin y agua sanitaria.
q Bombas de calor agua-aire: Permiten aprovechar la energa contenida en el agua de los ros, mares,
aguas residuales, etc. Producen unos rendimientos energticos mejores que las que utilizan aire
exterior, debido a la mayor uniformidad de la temperatura del agua a lo largo del ao.
q Bombas de calor agua-agua: Similares a las anteriores, excepto que los emisores son radiadores a
baja temperatura, fan-coils o suelo radiante.
q Bombas de calor tierra-aire y tierra-agua: Aprovechan el calor contenido en el terreno. Son
instalaciones poco habituales, debido a su coste y a la necesidad de disponer de grandes superficies de
terreno.
egn construccin
or la forma de construir la mquina, sta puede ser:
q Compacta: Todos los elementos que constituyen la Bomba de Calor se encuentran alojados dentro de
una misma carcasa.
q Split o partidas: Estn constituidas por dos unidades separadas. Una exterior donde se aloja el
compresor y la vlvula de expansin y una unidad interior. De esta manera se evitan los ruidos en el
interior local.
q Multi-split: Estn constituidas por una unidad exterior y varias unidades interiores.
egn funcionamiento
q Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefaccin como en ciclo de refrigeracin invirtiendo
el sentido de flujo del fluido frigorfico gracias a una vlvula de 4 vas.
q No reversibles: nicamente funcionan en ciclo de calefaccin.
q Termofrigobombas: Producen simultneamente fro y calor.
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1.3.- FUNCIONAMIENTO
.3.1.- Bomba de Calor de Compresin Mecnica
a mayor parte de las Bombas de Calor existentes trabajan con el ciclo de compresin de un fluido
ondensable. Sus principales componentes son:
- Compresor
- Vlvula de expansin
- Condensador
- Evaporador
os componentes se conectan en un circuito cerrado por el que circula un fluido refrigerante.
FIGURA 1.1 BOMBA DE CALOR DE COMPRESIN MECNICA ACCIONADA POR MOTOR ELCTRICO
l ciclo se desarrolla en las siguientes etapas:
. En el evaporador la temperatura del fluido refrigerante se mantiene por debajo de la
emperatura de la fuente de calor (foco fro), de esta manera el calor fluye de la fuente al fluidoefrigerante propiciando la evaporacin de ste.
. En el compresor el vapor que sale del evaporador es comprimido elevando
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u presin y temperatura.
. El vapor caliente accede al condensador. En este cambiador, el fluido cede el calor de
ondensacin al medio.
. Finalmente, el lquido a alta presin obtenido a la salida del condensador se expande mediante
a vlvula de expansin hasta alcanzar la presin y temperatura del evaporador. En este punto el
uido comienza de nuevo el ciclo accediendo al evaporador.
l compresor puede ser accionado por un motor elctrico o por un motor trmico.
- Bombas de calor elctricas: En este tipo de bombas el compresor es accionado por un motor
elctrico. (Fig.1.1)
- Bomba de calor con motor trmico: El compresor es accionado mediante un motor de
combustin, alimentado con gas o con un combustible lquido. Las ms extendidas son las
Bombas de Calor con motor de gas. (Fig.1.2)
FIGURA 1.2 BOMBA DE CALOR CON MOTOR DE GAS
Ciertos tipos de Bombas de Calor (reversibles) son capaces de proporcionar calefaccin y
efrigeracin. Las Bombas de Calor reversibles incorporan una vlvula de 4 vas que permite la
nversin de circulacin del fludo frigorfico.
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De esta forma:
q Se bombea calor del exterior hacia el interior en el ciclo de calefaccin.
q Se bombea calor del interior hacia el exterior en el ciclo de refrigeracin.
n la figura 1.3 se esquematizan los ciclos de calefaccin y refrigeracin. El funcionamiento de unaomba de Calor reversible es el siguiente:
Ciclo de calefaccin:
q El compresor eleva la presin y temperatura del fluido frigorfico. (1)
q En el intercambiador, situado en el interior del recinto a calefactar, el fluido cede al aire del recinto el
calor de su condensacin. (2)
q El fluido en estado lquido y a alta presin y temperatura se expande en la vlvula de expansin
reduciendo su presin y temperatura, evaporndose en parte. (3)
q En el intercambiador situado en el exterior el fluido refrigerante completa su evaporacin absorbiendo
calor del aire exterior, retornando al compresor (1) a travs de una vlvula de cuatro vas. (5)
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FIGURA 1.3 CICLOS DE CALEFACCIN Y REFRIGERACIN
Ciclo de refrigeracin:
q El compresor eleva la presin y temperatura del fluido frigorfico (1) siguiendo su camino a travs de la
vlvula de 4 vas (5).
q En el intercambiador, situado en el exterior, el fluido se condensa cediendo su calor al medio exterior.
(4)
q El fluido en estado lquido y alta presin se expande en la vlvula de expansin reduciendo su presin yevaporndose en parte. (3)
q En el intercambiador (2), situado en el interior del recinto a refrigerar, el fluido frigorfico completa su
evaporacin absorbiendo calor del medio interior.
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.3.2.- Bomba de Calor de Absorcion
as Bombas de Calor de absorcin son accionadas trmicamente, esto quiere decir que la energa
portada al ciclo es trmica en vez de mecnica como en el caso del ciclo de compresin. El
istema de absorcin se basa en la capacidad de ciertas sales y lquidos de absorber fluidoefrigerante. Las parejas de fluidos ms utilizadas actualmente son: agua como fluido refrigerante
n combinacin con bromuro de litio como absorbente, o bien el amonaco como refrigerante
tilizando agua como absorbente.
FIGURA 1.4 BOMBA DE CALOR DE ABSORCIN
os ciclos de absorcin son anlogos a los de compresin, nicamente se sustituye el compresor
or un circuito de disoluciones que realiza la misma funcin que ste, es decir, eleva la presin y
emperatura del fludo frigorfico en estado vapor. El circuito de disoluciones, denominado 2 en la
gura 1.4, consiste en un absorbedor, una bomba que impulsa la disolucin, un generador y una
lvula de expansin. El vapor a baja presin procedente del evaporador es absorbido por el fluido
bsorbente en el absorbedor. El proceso de absorcin genera calor. La disolucin es bombeada a
mayor presin accediendo al generador, donde el fluido refrigerante entra en ebullicin gracias a
n calor que se aporta desde el exterior. El refrigerante es entonces condensado, separndose del
bsorbedor. El refrigerante pasa a travs del condensador mientras que el absorbente es
onducido al absorbedor.
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e obtiene energa trmica a media temperatura en el condensador y en el absorbedor. En el
enerador se consume energa trmica a alta temperatura, y en la bomba energa mecnica.
1.4.- FOCOS
a Bomba de Calor extrae energa de un medio. Mediante el trabajo externo aportado, esta energa
s cedida a otro. El medio del que se extrae la energa se llama foco fro y el medio al que se cede
e llama foco caliente. A continuacin se analizan algunos medios susceptibles de ser utilizados
omo focos fros o calientes para Bombas de Calor.
n el siguiente esquema se presentan algunos focos entre los que se puede bombear calor
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.4.1.- Focos Fros
n foco fro ideal es aquel que tiene una temperatura elevada y estable a lo largo de la estacin en
ue es necesario calefactar, est disponible en abundancia, no es corrosivo o contaminante, tiene
ropiedades termodinmicas favorables, y no requiere costes elevados de inversin o
mantenimiento.
n la siguiente tabla se presentan las temperaturas de las fuentes de calor normalmente utilizadas:
Fuente de calor o foco fro Rango de temperaturas (C)
Aire ambiente
Aire de extraccin
Agua subterrnea
Agua de lagos o ros
Agua de mar
Suelos
Subsuleo
Aguas residuales y de procesos
-10 / 15
15 / 25
4 / 10
0 / 10
3 / 8
0 / 5
0 / 10
>10
Aire Atmosfrico
u utilizacin presenta problemas de formacin de escarcha. Este problema se resuelve invirtiendo
l ciclo durante pequeos periodos, lo que supone un gasto adicional de energa. La temperatura
ebe ser superior a -5C para que el COP resulte interesante. Para temperaturas por encima de
C no es necesario el desescarche.
Aire de extraccin
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sta es una fuente de calor comn en edificios residenciales y comerciales. La Bomba de Calor
ecupera el calor del aire de ventilacin y proporciona calefaccin. Existen sistemas diseados para
rabajar con una combinacin de aire natural y de aire de extraccin en funcin de las necesidades.
Aguas naturales
e pueden utilizar como focos fros las aguas de ros, lagos, aguas subterrneas o del mar. La
ficiencia obtenida con este foco es muy elevada y no presenta problemas de desescarche. La
emperatura del agua del mar a cierta profundidad (25-50 m) es constante (5/8C) e
ndependiente de cambios climticos en el exterior, adems la congelacin no tiene lugar hasta -1
-2C. Cuando se utiliza agua del mar hay que prever problemas de corrosin y de proliferacin
e algas en la superficie del intercambiador.
nerga solar
Consiste en la captacin de energa solar mediante paneles solares, en combinacin con la Bomba
e Calor.
nerga geotrmica del suelo y subsuelo
stas bombas se suelen utilizar en climas fros donde las temperaturas extremas no permiten el
uncionamiento de bombas que utilicen como foco fro el aire exterior. Para aprovechar la energa
el suelo es necesario un sistema de tuberas. Estas instalaciones tienen un coste elevado, y
equieren una gran superficie de terreno.
nergas residuales y procedentes de procesos
Como foco fro se pueden utilizar efluentes industriales, aguas utilizadas para enfriar procesos de la
ndustria o de los condensadores de produccin de energa elctrica, aguas residuales, etc. Son
uentes con una temperatura constante a lo largo del ao. Los principales problemas para su
tilizacin son: La distancia al usuario, la variabilidad del caudal y en el caso de aguas residuales la
orrosin y obstruccin del evaporador como consecuencia de las sustancias contenidas en las
mismas.
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.4.2.- Focos calientes
Aire
l calor obtenido del foco fro se cede al aire que pasa directamente a la habitacin por la unidad
nterior o es forzado a travs de un sistema de conductos.
Agua
Apropiados para la produccin de agua para calefaccin o agua caliente sanitaria y procesos
ndustriales. A travs de un sistema de tuberas se distribuye a radiadores especialmente
iseados, a sistemas de suelo radiante o a fan-coils, que funcionan a temperaturas de 45-55C.
n la siguiente tabla se presentan las temperaturas de distribucin de agua y aire para las
iferentes aplicaciones de calefaccin:
Aplicacin Temperatura de distribucin (C)
Distribucin de aire para calefaccin
Distribucin de agua para calefaccin:
- Calefaccin a travs del suelo
- Fan-coils
- Radiadores convencionales
Calefaccin de distrito:
- Agua caliente
- Agua caliente-vapor
30-50
30-45
45-55
60-90
70-100
100-180
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1.5.- ELEMENTOS COMPONENTES
ara que el fluido refrigerante evolucione segn los ciclos anteriormente expuestos son necesarios
os elementos que a continuacin se explican
.5.1.- Compresor
u misin es elevar la presin del vapor refrigerante desde una presin de aspiracin a una presin
e descarga ms alta. Se pueden clasificar en dos grandes grupos: compresores volumtricos o de
esplazamiento positivo, que pueden ser alternativos o rotativos, y compresores centrfugos. En
uanto al acoplamiento motor-compresor pueden ser:
q Abiertos: El motor y el compresor son independientes. Los ejes se acoplan en el montaje asegurndose
la estanqueidad en el paso del eje.
q Semihermticos: El compresor y el motor comparten el eje. Parte del calor generado en el motor se
recupera en el fluido refrigerante, con lo que el rendimiento es superior al de los abiertos.
q Hermticos: El motor y el compresor, adems de compartir el eje, se alojan en la misma envolvente,
con lo que la recuperacin del calor generada en el motor es mayor.
n las Bombas de Calor elctricas se utilizan compresores hermticos para potencias inferiores a
0-70 kW, para potencias superiores, (normalmente Bombas de Calor aire-agua) se utilizan
ompresores semihermticos.
nicamente se utilizan compresores abiertos en aplicaciones aisladas y nunca en equipos de serie.
n las Bombas de Calor accionadas mediante motor de gas el compresor es abierto. El compresor
eva incorporado un embrague electromagntico que permite la regulacin de la potencia en
uncin de la demanda trmica.
as Bombas de Calor con motor de gas disponibles actualmente en el mercado suelen disponer de
n motor de 4 tiempos que acciona un compresor alternativo abierto.
A l t e rna t i v os
os alternativos hmedos estn compuestos por un nmero variable de cilindros en el interior de
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os cuales se desplazan pistones que comprimen el fluido. Los cilindros se suelen disponer en
osicin radial. El fluido entra y sale de ellos por vlvulas accionadas por la presin diferencial
ntre ellos. Disponen de un sistema de lubricacin mediante aceite a presin.
ste circuito de aceite acta tambin como refrigerante. La refrigeracin mediante aceite presenta
roblemas de ensuciamiento del fluido refrigerante con aceite que puede penetrar en el interior del
ilindro.
a presin mxima de aspiracin est limitada en estas mquinas a 7 kg/cm2 y consigue presiones
la salida del compresor de 20 kg/cm2 como mximo. Los compresores alternativos se emplean
ara potencias trmicas generadas entre 0,1 kW y 100 kW.
os alternativos secos consiguen presiones de salida ms elevadas que en los anteriores, ya que la
ompresin tiene lugar en varias etapas. Se extrae el calor generado en la compresin mediante
ircuitos de agua en las etapas entre compresiones.
a estanqueidad entre cilindro y pistn se logra mediante segmentos muy resistentes que no
equieren refrigeracin, a base de materiales como el politetrafluoro etileno. Este tipo de
ompresores tiene un costo ms elevado y
esarrollan mayores potencias.
FIGURA 1.5 COMPRESOR ALTERNATIVO
Rota t i vos
l compresor de tornillo seco consiste en dos rodillos con un perfil helicoidal, uno macho y otro
embra que giran con sus ejes paralelos. Al girar, el espacio entre ellos primero aumenta,
enerando una depresin mediante la que se aspira el fluido, y posteriormente se reduce
omprimiendo el fluido. Al no existir contacto entre los rtores no es preciso lubricar con aceite, sin
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mbargo s es necesaria una refrigeracin auxiliar.
n el caso del compresor de tornillo hmedo se inyecta aceite a presin entre los rtores para
onseguir lubricacin y refrigeracin. Los compresores de tornillo se utilizan en generacin de
otencias trmicas elevadas a partir de 500 kW.
os compresores de tornillo se utilizan para grandes potencias, de 100 a 200 kW, y suelen ser
emihermticos.
FIGURA 1.6 COMPRESOR ROTATIVO
os compresores de espiral o scroll se utilizan para potencias trmicas de hasta 30 kW. El
efrigerante se comprime por la variacin del volumen causada por una espiral giratoria. Son
ermticos y permiten la aspiracin y descarga simultnea del refrigerante sin necesidad de una
lvula. La reduccin de partes mviles mejora el desgaste y en consecuencia la duracin de estos
quipos.
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FIGURA 1.7 COMPRESOR DE ESPIRAL O SCROLL
os compresores swing se utilizan en equipos de baja potencia trmica (hasta 6 kW). Son rotativos
ermticos y consiguen la variacin del volumen mediante un pistn rodante.
Cent r f ugos
uelen tener varias etapas de manera que consiguen grandes saltos de presin y se destinan a
quipos de gran potencia.
.5.2.- Condensador
e pueden clasificar en:
Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al aire
stos condensadores suelen ser de tubos de cobre con aletas de aluminio que incrementan la
ransmisin de calor. Adicionalmente estas bateras disponen de ventiladores que inducen la
irculacin del aire a calentar entre las aletas del condensador.
Condensadores que ceden el calor del fluido refrigerante al agua
ueden ser:
Cambiadores de doble tubo en contracorriente: El fluido refrigerante circula por el espacio entre
ubos donde se condensa, mientras que el agua a calentar circula por el tubo interior. El material
mpleado para la fabricacin de los tubos es el cobre, y se suele emplear en equipos de potencia
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rmica de 100 kW. Presenta problemas de mantenimiento por la dificultad de la limpieza.
Multitubulares horizontales: El fluido refrigerante se condensa en el interior de los tubos de cobre
ue se encuentran arrollados dentro de una carcasa por
onde circula el agua. La carcasa suele ser de acero con tapas de fundicin. Debido a las
aractersticas del agua puede ser necesario que los tubos del condensador sean de acero
noxidable o de aleacin de nquel.
.5.3.- Evaporador
egn el estado del vapor de refrigerante a la salida del evaporador estos se clasifican en:
De expansin seca: El vapor que se introduce en el compresor est ligeramente sobrecalentado yay ausencia total de lquido. Estos evaporadores se emplean con compresores centrfugos donde
ada la elevada velocidad, la presencia de gotas de lquido daara los labes.
nundados: El vapor que entra en el compresor se encuentra saturado y puede incluso contener
otas de lquido.
egn el fluido del que extraiga el calor, los evaporadores pueden ser:
vaporadores de aire: Las bateras evaporadoras son similares a las condensadoras. Disponen de
na serie de tubos por los que circula el fluido refrigerante y una carcasa donde se alojan estos
ubos y donde se fuerza la corriente de aire desde el exterior con la ayuda de unos ventiladores.
stos ventiladores pueden ser axiales o centrfugos. Los centrfugos son capaces de impulsar
mayores caudales de aire y presentan menores niveles sonoros. Cuando la temperatura en la
uperficie de los tubos del evaporador disminuye por debajo del punto de roco del aire se produce
l fenmeno de la condensacin y si se reduce an ms la temperatura el escarchado. El
scarchado incide negativamente en los rendimientos por dos motivos: prdida en la superficie de
ntercambio, y prdida de carga en el flujo de aire a travs del conjunto de tubos. Por esta razn
as Bombas de Calor disponen de dispositivos de desescarche incorporando resistencias en el
vaporador o invirtiendo el ciclo durante periodos reducidos de tiempo.
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FIGURA 1.8 VENTILADOR AXIAL Y VENTILADOR CENTRIFUGO
vaporadores de agua: Pueden ser coaxiales en contracorriente o bien multitubulares.
.5.4.- Disposi tivos de expansin
on los dispositivos mediante los que se realiza la reduccin de presin isoentlpica desde la
resin de condensacin hasta la de evaporacin.
os elementos utilizados son:
ubo capilar para mquinas de potencia reducida y constante.
Vlvula de expansin: Las vlvulas de expansin tienen una seccin variable. Esta seccin puede
er variada automticamente de forma que el sobrecalentamiento tras la evaporacin se mantenga
onstante y no accedan gotas de lquido al compresor. En este caso la vlvula recibe el nombre de
ermosttica.
FIGURA 1.9 VLVULA EXPANSIN
.5.5.- Disposi tivos de seguridad y contro l
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os dispositivos de seguridad y control paran el compresor en aquellos casos en que se est
rabajando fuera de las condiciones permitidas. Estos elementos de control son:
resostato de alta presin: Detiene el compresor cuando se alcanza una presin de condensacin
levada.
resostato de baja presin. Detiene el funcionamiento del compresor cuando la presin de
spiracin es demasiado baja.
resostato de aceite. Detiene el compresor cuando baja la presin del aceite del circuito de
efrigeracin y lubricacin de aceite.
ermostato de descarga. Desactiva el compresor cuando la temperatura de descarga es demasiado
levada.
.5.6.- Disposi tivos auxi liares
Vlvulas de 4 vas: Invierten el ciclo. Son utilizadas en Bombas de Calor reversibles, y enuncionamiento para desescarche.
Vlvulas solenoides: Cuando el compresor se detiene, impiden el paso del fluido al evaporador
vitando que se inunde.
A la salida del condensador y antes de la vlvula de expansin se sita un depsito (acumulador)
onde queda el excedente de fluido refrigerante. Antes del acumulador se dispone un filtro con el
ue se limpia el refrigerante de impurezas de tal manera que no dae el compresor.
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1.6.- REFRIGERANTES
os fluidos refrigerantes deben tener ciertas propiedades termodinmicas de tal manera que
ondensen y evaporen a las temperaturas adecuadas, para lograr su objetivo. Un fluido puede
vaporar a mayor temperatura cuando se eleva su presin, pero los compresores no pueden
lcanzar cualquier presin y los evaporadores y condensadores no deben trabajar a sobrepresiones
i depresiones elevadas respectivamente.
or otra parte, los fluidos refrigerantes no deben ser txicos, ni inflamables, ni reaccionar con los
materiales que constituyen la mquina.
os fluidos halogenados presentan las mejores propiedades ya que trabajan en las temperaturas y
resiones adecuadas para esta aplicacin y no son txicos ni inflamables. No obstante, pueden
ontribuir a la destruccin de la capa de ozono. Si al final de su vida til se liberan en el ambiente,
a incidencia de rayos ultravioleta sobre estas sustancias hace que se fotodisocien quedando libres
adicales de cloro, que acaban siendo transportados a la estratosfera donde reaccionan con el
zono destruyndolo. Por estas razones, la utilizacin de estos refrigerantes est restringida por
ey.
l desarrollo de la tecnologa frigorfica y de la Bomba de Calor ha estado siempre ligada a la
nvestigacin en el campo de los refrigerantes. En el capitulo 3 se expone la problemtica asociada
la utilizacin de nuevos refrigerantes y las tendencias en este campo.
Actualmente el fluido con el que funcionan la prctica totalidad de las Bombas de Calor en Espaa
s el R-22, (HCFC-22) cuya frmula qumica es CHClF2. El R-22 nicamente tiene un tomo deloro y por tanto resulta menos perjudicial para la capa de ozono que los CFCs.
No obstante, y en virtud del reglamento de la Unin Europea 3093/94, se ha establecido un
rograma de reduccin progresiva de utilizacin de los HCFCs, de forma que la produccin de R-
2 finalizar en el ao 2014.
n cuanto a las temperaturas y presiones de funcionamiento en la aplicacin de Bomba de Calor
el R-22 estas suelen ser:
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Temperaturas Presiones (Kg/cm2 abs)
EvaporadorCondensador
EvaporadorCondensador
+25C +70C 10,5 30,5
1.7.- COEFICIENTES DE PRESTACIN
e define el coeficiente de prestacin de una Bomba de Calor COP (Coefficient of perfomance)
omo el cociente entre la energa trmica cedida por el sistema y la energa de tipo convencional
bsorbida.
COP ter ico
n un ciclo ideal de Carnot:
iendo
1: Temperatura absoluta del foco caliente
2: Temperatura absoluta del foco fro
COP pr ct ico
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lpha es un coeficiente de rendimiento que tiene en cuenta que el ciclo real no se desarrolla en
ondiciones perfectas de isoentropicidad, (los procesos son irreversibles y no perfectamente
diabticos). Este coeficiente oscila entre 0,3, en mquinas pequeas, hasta 0,65 en las de gran
otencia.
f2 y Tf1 son respectivamente las temperaturas absolutas de evaporacin y condensacin del
uido refrigerante.
ara que la transmisin de calor entre el fluido refrigerante y un foco fro tenga lugar, es necesario
ue Tf2 sea inferior a T2. De la misma manera, para que el fluido refrigerante ceda calor al foco
aliente, Tf1 debe ser superior a la temperatura del foco caliente T1
l COP prctico depende del coeficiente de rendimiento a y de las temperaturas del foco fro y
aliente. En la figura 1.10 se representa esta dependencia.
PER
e le denomina REP (Rendimiento de Energa Primaria) o PER (Primary Energy Ratio) en
erminologa anglosajona.
ste coeficiente, justifica la utilizacin de la Bomba de Calor frente a otras alternativas
radicionales.
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FIGURA 1.10 COP PRCTICO DE UNA BOMBA DE CALOR.
Bomba de calor
elctrica
Bomba de calor con
motor de combustin
Bomba de calor de
absorcin de
simple efecto
Bomba de calor de
absorcin de doble
efecto
COP 2,5-4 0,8-2 1-1,7 1,8-2,4
PER 0,9-1,4 0,8-2 1-1,7 1,8-2,4
l PER se define como la relacin entre la energa trmica y la energa primaria consumida en el
roceso.
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n la tabla siguiente se muestran los valores habituales del COP y PER de distintas Bombas de
Calor trabajando entre 0 y 50 C.
COP m edio es t ac ional
as condiciones del foco caliente y del fro van variando a lo largo del ao, y en consecuencia las
emperaturas a las que debe trabajar el fluido tambin deben variar. Por esta razn es posible que
aya que aportar al sistema energas adicionales a la del compresor en los momentos ms
esfavorables. A la hora de estudiar la viabilidad e inters de una Bomba de Calor en una
eterminada aplicacin es necesario determinar el valor de este coeficiente.
iendo:
Q1 : Calor total cedido para la calefaccin en el periodo considerado en valor absoluto.
W : Trabajo realizado por el compresor sobre el fluido en el periodo considerado en valor absoluto.
W : Resto de energas consumidas en el periodo considerado: prdidas en el motor elctrico,
portaciones externas de calor, etc..
Al coeficiente de prestacin estacional tambin se le denomina SPF (Seasonal Perfomance Factor)
n terminologa anglosajona. Es con este factor con el que se deben de comparar los gastos de
uncionamiento de las diferentes alternativas de calefaccin.
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