Si nos preguntamos qué es una bomba de calor, simplemente podemos decir que es una máquina que transforma energía térmica de un medio a baja temperatura, como el ambiente (agua, aire, tierra) y lo lleva a un nivel superior de temperatura siendo de esta forma aprovechable en diversas aplicaciones como en calefacción, preparación de agua caliente sanitaria, calor destinado a procesos, calefacción de piscinas e incluso para climatizar un ambiente.

Esto se realiza mediante una máquina térmica (denominada bomba de calor) en la cual un fluido refrigerante (que se encuentra dentro de un circuito cerrado) está constantemente sujeto a cambios de estado (evaporación, compresión, condensación y expansión). En términos coloquiales, una bomba de calor resulta muy similar a un equipo de refrigeración común, sólo que en una bomba de calor aprovechamos el calor generado por el equipo.

¿Han notado alguna  vez que detrás del refrigerador de casa sale calor? Pues bien, precisamente ese es el calor que se aprovecha en una bomba de calor, el calor disipado en el condensador del equipo. La particularidad de estos equipos radica en  que han sido específicamente diseñados para entregar calor y a mayores temperaturas.

Dependiendo del diseño de un sistema de bomba de calor, hasta un 75% de la energía generada proviene del ambiente (y de forma gratuita). ¿Cómo sucede esto? Simplemente tenemos que entender cómo se mide la eficiencia de una bomba de calor.    

La eficiencia de estos equipos se mide según su COP (Coefficient of Performance, por su sigla en inglés), que representa la razón entre la cantidad de calor generado y la energía consumida por el equipo. A modo de ejemplo, un COP = 4 quiere decir que por cada 4 kW entregados como calor, sólo se consume 1 kW en electricidad para accionar el compresor. El resto de la energía proviene del aire, del agua o de la tierra, según el sistema elegido.

¿Qué quiere decir esto? La mejor forma de entender las ventajas de una bomba de calor es mediante un simple ejemplo: Imaginemos que queremos calentar una habitación y necesitamos una potencia de 4 kW. Si para este fin utilizamos directamente una estufa eléctrica, tendremos que para suministrar los 4 kW de calor necesarios, nuestra estufa consumirá 4 kW en electricidad (COP=1). En cambio, si por el contrario utilizamos para el mismo efecto una bomba de calor, que entregue 4 kW de calor, sólo consumirá 1 kW en electricidad para accionar el equipo (COP=4), el resto de la energía proviene del ambiente. Por lo tanto, nuestro interés será contar con una bomba de calor cuyo COP sea lo más grande posible.

Para un equipo determinado, el COP varía con la temperatura de la fuente de calor y de suministro. Típicamente el COP de una bomba de calor se especifica para una condición estándar, por ejemplo A+7/W+35, lo que significa que el COP mostrado se obtiene cuando el aire exterior está a 7ºC y el agua en la salida del condensador se calienta a 35ºC.

¿Entonces, qué opciones tenemos en la selección de un sistema de bomba de calor? En este sentido lo principal es decidir primero cuál será nuestra "fuente de calor", es decir, si queremos aprovechar el calor del aire ambiente (aerotermia), del agua o de la tierra (geotermia). La decisión de cual fuente de calor es la más conveniente para un proyecto en particular debe basarse en las siguientes consideraciones: disponibilidad de la fuente de calor, la inversión que estemos dispuestos a realizar, el costo de funcionamiento que queramos obtener y el mantenimiento del sistema.

Una bomba de calor aerotérmica obtiene la energía directamente del aire ambiente. Pueden funcionar incluso con temperaturas del aire exterior de hasta 20ºC bajo cero. La ventaja de estos sistemas son que la inversión es la más baja de todas, y que el aire exterior es ilimitado. Sin embargo, la eficiencia de estos sistemas depende directamente de la temperatura del aire exterior; a menor temperatura exterior, menor eficiencia.

Tanto en Europa como en Norte América están muy de moda las bombas de calor geotermicas. La energía geotérmica es energía almacenada en forma de calor debajo de la superficie de la tierra sólida. Proviene del núcleo de la tierra así como de la energía térmica aportada por la acción diaria del sol y la lluvia sobre nuestro medio.

Los principales sistemas de captación utilizados en sistemas de bomba de calor geotérmica son los captadores horizontales y las sondas verticales.

Este tipo de sistemas son muy eficientes, puesto que al permanecer la temperatura del subsuelo prácticamente constante a lo largo de todo el día, el rendimiento de una bomba de calor geotérmica no se ve mayormente afectada por el clima exterior. El mayor inconveniente radica en el coste adicional que representa la instalación del sistema de captación geotérmico.

TAMBIÉN SIRVEN COMO AIRE ACONDICIONADO

Otra gran ventaja de una bomba de calor radica en la posibilidad de adquirir un equipo con características de inversión de ciclo, o reversibles. Esta función permite que la bomba de calor invierta su modo de operación pasando de suministrar calor a suministrar frío, lo cual nos permite, por ejemplo, con el mismo equipo suministrar en una edificación calefacción en invierno y climatización en verano.

En resumen, una bomba de calor permite disponer de un sistema muy eficiente y seguro: No emite sustancias a la atmósfera (no hay combustión), no emite CO2, no se generan óxidos de nitrógeno (NOx) ni de azufre (SOx). No emite olores. Los refrigerantes utilizados actualmente en las bombas de calor no dañan la capa de Ozono. Tampoco son sustancias tóxicas ni inflamables. Son sistemas muy robustos, no requieren ningún mantenimiento específico. Los compresores modernos presentan bajas vibraciones y bajo nivel sonoro. Con una bomba de calor es posible satisfacer todos los requerimientos de calefacción, agua caliente sanitaria, calefacción de piscinas u otros procesos e incluso climatización, y de paso dispondrá de un sistema independiente del precio del petróleo o del gas natural.

Por Felipe Trebilcock K.
Ingeniero Civil Mecánico, Magíster en Ingeniería, Universidad de Lieja, Bélgica.

Fuente: Revista Redagrícola nº 27, julio 2009.