Aspectos Generales

Una bomba de calor es un sistema que, vía un proceso termodinámico, puede transferir calor con gran eficiencia desde un medio frío a un medio con temperaturas mayores y viceversa. La principal característica de estos equipos es que, con un poco de trabajo (adicionando una pequeña cantidad de energía al sistema), puede “bombear el calor” invirtiendo el flujo natural de la energía, aprovechando así la energía existente para calentar un medio, enfriando otro. De esta forma, el “bombeo del calor” resultante es independiente de la temperatura a la que se encuentra cada uno de los medios entre los que se transfiere.

Las bombas de calor pueden utilizar diversos medios renovables para la obtención de energía, tales como flujos de agua superficial, la energía proveniente de la tierra o la energía del aire ambiente.

Se le llama bombas de calor aerotérmicas a las que utilizan la energía contenida en el aire ambiente, como medio de intercambio para la obtención de calor para calefacción, generación de agua caliente sanitaria (ACS), calentamiento de piscinas o procesos industriales. Así como aquellas que inversamente, también utilizan el aire ambiente como sumidero para rechazar calor, proveniente desde el interior de una edificación, un refrigerador o una cámara frigorífica, bajando la temperatura interior.

Las bombas de calor aerotérmicas reciben el nombre de aire acondicionado o sistema de refrigeración cuando el objetivo de la bomba de calor es extraer calor de un recinto o proceso y transferirlo al ambiente.

En general esta es una tecnología madura en Chile, existen varias empresas entregando soluciones a nivel residencial individual, en especial a lo referido a la climatización, pero también a la generación de agua caliente sanitaria con equipos compactos (que incluyen el acumulador de agua caliente); sistemas residenciales colectivos como en edificios donde por medio de sistemas centralizados se entrega tanto agua caliente como calefacción a los residentes.

Funcionamiento y Ventajas

Figura: Diagrama de una bomba de calor para el calentamiento de agua caliente sanitaria. Fuente: IDAE, 2015.

En la figura se muestra un diagrama simplificado de una bomba de calor para agua caliente sanitaria, donde solo una parte pequeña del calor proviene, en este caso, de la energía eléctrica que se utiliza para hacer funcionar el compresor.

La ventaja de las bombas de calor aerotérmicas es que, por cada unidad de energía utilizada para el transporte del calor, pueden movilizar entre 2 y 6 veces más energía térmica. A esta proporción nominal se le denomina Coeficiente de Desempeño o COP por sus siglas en inglés.

Por otra parte, el SCOP o factor de rendimiento estacional del sistema bomba de calor, cuenta el consumo de energía del sistema bomba de calor y de los equipos auxiliares ( como las bombas, ventiladores y sistemas de control), durante todas las estaciones del año en los que se utiliza. En Chile este valor ronda los 2,5 a 3,5 unidades de energía producida por cada unidad de energía inyectada a la máquina, variando además según la ubicación geográfica (zona más cálida o fría) donde se utiliza el equipo.

Aspectos técnico-económicos

Las bombas de calor se dimensionan de acuerdo con el perfil de uso y a la localización del proyecto:

• Perfil de uso que se tenga: de acuerdo el nivel y tipo de consumo de energía que se requiera abastecer, como por ejemplo calefacción de una habitación, procesos industriales, agua caliente sanitaria, etc., se podrá hacer uso directo del calor entregado por el equipo o se deberá plantear un sistema de almacenamiento de calor, como un acumulador de agua.
• Localización: Dependiendo de las características climáticas (variación de las temperaturas) donde se opera una bomba de calor aerotérmica, ésta puede tener grandes variaciones en la eficiencia con que puede realizar su trabajo.

En lugares donde la temperatura ambiente no varía mucho durante el año, una bomba aerotérmica puede ser una muy buena opción. Sin embargo, en lugares con alta oscilación térmica pueden ser interesantes las bombas geotérmicas, capaces de hacer intercambio con el subsuelo, dado que bajo los 5 a 7 metros se mantienen temperaturas estables, cercanas a la temperatura media anual durante todo el año. No obstante, ésta última opción requiere de una alta inversión para su implementación.

Claves de la aerotermia

• Tecnología consolidada, enfocada principalmente en climatización, para confort humano y en refrigeración de alimentos.
• Transfieren energía térmica entre el aire ambiente y otro medio (calentándolo o enfriándolo según se requiera).
• Mantenimiento y operación reducida.
• Desempeño depende de un buen dimensionamiento de los sistemas y condiciones de temperatura ambiente.
• Es el sistema más ampliamente utilizado en sectores con necesidad de climatización de espacios y refrigeración.

Aplicaciones

• Autoconsumo de energía térmica para agua caliente sanitaria, cocción, calefacción, calor de proceso, climatización y refrigeración, entre otros.