Funcionamiento y Ventajas de una bomba de calor aerotérmica

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.

Tipos de bombas de calor aerotérmicas

En general las bombas de calor aerotérmicas, que bordean los 60°C de temperatura máxima, son utilizadas en calefacción y calentamiento de agua sanitaria (ACS), aportando la energía del consumo base. Cuando existen consumos extras como períodos punta e imprevistos, se puede apoyar en equipo auxiliar de generación de calor como calderas o calefones a base de combustión.

Las bombas de calor se pueden agrupar por su configuración y uso:

Bombas de Calor Split: son las bombas de calor utilizadas para aire acondicionado y calefacción que cuentan el intercambiador con aire ambiente y mayoría del sistema fuera del recinto, manteniendo en el recinto el intercambiador con aire interno.

 Sistemas compactos y murales: son las bombas de calor utilizadas para aire acondicionado y calefacción que por su forma cerrada se instalan directamente en muros y ventanas o se utilizan manteniendo un ducto de intercambio con el aire exterior.

Bomba de calor para ACS: son las bombas de calor utilizadas para calentamiento de ACS residencial. En general esta bomba se incluye como un solo elemento junto con el estanque de almacenamiento de agua caliente.

Sistemas centralizados: Sistemas de bombas de calor donde los equipos se encuentran en un espacio propio para ellos, y desde aquí se realiza la distribución de calor para ACS, calefacción o procesos industriales.

Ejemplo de una bomba de calor aerotérmica para calefacción de aire residencial. La potencia térmica instalada es de 3.5 kWt, con una inversión: 500 mil CLP.

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