UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL
Facultad de Arquitectura y Urbanismo
CURSO: ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL III
“BOMBAS DE CALOR”
Docente: Mg. Amanda Cerrón Contreras
2023
FUNDAMENTOS BOMBA DE CALOR
Calefacción
Según la RAE, es la acción y efecto de calentar.
Desde un punto de vista genérico, calefacción es el
método o sistema, mediante el cual se aporta calor
a alguien o algo con el fin de mantener o elevar su
temperatura.
Refrigeración
Según la RAE , es la acción y efecto de
refrigerar
(hacer más fría una habitación u otra cosa).
Aplicado a la edificación se refiere al conjunto de
aparatos y accesorios que se instalan para alcanzar y
mantener las condiciones de bienestar térmico en
los seres humanos.
FUNDAMENTOS DE LA BOMBA DE CALOR
• La bomba de calor es una máquina térmica capaz de transferir calor de una
fuente fría a otra más caliente.
La transferencia de calor ocurre de:
FUNDAMENTOS DE LA BOMBA DE CALOR
• El principio de funcionamiento de las Bombas de Calor provienen del
establecimiento por Carnot en 1824, de los conceptos de ciclo y reversibilidad, y
por la concepción teórica posterior de Lord Kelvin. Un gas que evoluciona en
ciclos, es comprimido y luego expansionado y del que se obtiene frio y calor.
Se basa en la transferencia de energía en los
cambios de estado, mediante el aumento y/o
disminución de temperatura y de presión, de un
fluido que llamaremos refrigerante.
Refrigerante = Fluido = Gas o Líquido,
puede estas en los 2 estados,
dependiendo a que temperatura y
presión se encuentre.
BOMBA DE CALOR
La bomba de calor es el dispositivo de creación de calor o frío mas eficiente que
existe.
Puede usarse solo para aire acondicionado o para la climatización .
La climatización (proceso del tratamiento del aire) mediante bombas de calor es
la mas eficiente que existe.
Verano
• CCCCCCCC
Bomba de
calor
Interior-evaporador
Exterior-Condensador
REFRIGERA
Climatización
Invierno
Interior-Condensador
Exterior-Evaporador
CALEFACCIONA
FOCOS
FOCO FRIO (medio que absorbe calor)
Aguas subterráneas
Aire atmosférico
Energía solar
Energía geotérmica
Energía convencional
Vehículo agua o aire
Evaporador
Fluido refrigerante
Condensador
Vehículo agua o aire
FOCO CALIENTE (medio receptor)
Agua (procesos industriales, calefacción, …)
Aire( calefacción, secado,..)
Elección de las fuentes de calor
•
•
•
•
•
Lugar geográfico
Disponibilidad de recursos naturales
Costos operativos
Recuperación de calor de procesos
Ejemplos fuentes :
aire
agua
tierra
energía solar
PARTES DE LA
BOMBA DE
CALOR
8
BOMBA DE CALOR
-PARTES• UN EVAPORADOR Y UN CONDENSADOR:
son similares a un radiador, están formador
por un serpentín largo por el que circula por
su interior el refrigerante y hacen de
intercambiadores del calor con el exterior,
es decir con el aire que los rodea.
Es precisamente este aire de la atmósfera
que circula por entre los tubos del serpentín
el que intercambia el calor con el
refrigerante.
El aire circula por entre los tubos y cede o
absorbe el calor del refrigerante que circula
por el interior de lostubos.
Tanto el evaporador como el condensador
son intercambiadores de calor.
https://areatecnologia.com/calefaccion/bomba-de-calor.html
BOMBA DE CALOR
-PARTES• CONDENSADOR. El refrigerante en forma de
gas muy caliente, se "condensa" pasando al
estado liquido. Aquí es donde se cede el calor
al agua o al ambiente.
• EVAPORADOR. es un intercambiador de calor
en el que el refrigerante líquido circula por su
interior a baja temperatura y presión
procedente de la válvula de expansión
absorbiendo el calor del ambiente (aire
atmósfera) y enfriando el aire externo.
Durante el paso del fluido por el evaporador el
líquido se calienta y el aire se enfría (cede su
calor al refrigerante).
• COMPRESOR. Su misión es bombear desde el
evaporador al condensador el gas
refrigerante que circula por el interior del
circuito, elevando su presión desde por
ejemplo de 5 a 17 Bar.
Condensador
BOMBA DE CALOR
-PARTES• VÁLVULA DE EXPANSIÓN. Crea un
obstáculo, un tapón al paso del
refrigerante liquido, de forma que lo
haga pasar por ejemplo, de 17 a 5
Bar, provocando que a su salida esté
frío.
• Reduce drásticamente la presión del
refrigerante líquido que le llega del
condensador
para
enfriarlo.
• VALVULA DE 4 VIAS. Se encarga de
invertir el flujo del refrigerante
FUNCIONAMIENTO
• El proceso se resume en 5 etapas:
1. Un módulo exterior con un ventilador comienza
aspirando el aire exterior.
2. El aire exterior se dirige hacia un evaporador que
contiene un líquido refrigerante en estado líquido, este
refrigerante tiene la propiedad de recuperar las
calorías presentes en el aire. Así pues, su temperatura
aumenta y se transforma en gas.
3. Un compresor, alimentado por un motor eléctrico,
aspira el gas evaporado y lo comprime para aumentar
su temperatura.
4. A continuación, el gas pasa a un condensador que,
como su propio nombre indica, lo condensa para
transmitir el calor al aire interior. El gas (líquido
refrigerante) vuelve a pasar a estado líquido.
5. Cuando vuelve al estado líquido, el refrigerante pasa
a un reductor de presión que lo expande para que
regrese a su estado inicial, antes de una nueva fase de
evaporación.
¿Cómo funciona una bomba de calor?
• https://www.youtube.com/watch?v=Q9tt66C3D8U
Rendimiento energético en climatización:
EER, SEER, COP y SCOP
• La eficiencia energética o rendimiento energético de los equipos de
climatización o aire acondicionado con refrigerante básicamente se mide por
los ratios conocidos por sus siglas (EER, SEER, COP y SCOP).
• Básicamente los parámetros EER y SEER se refieren a la eficiencia del equipo
en refrigeración. El EER que en sus siglas en inglés es "Energy Efficiency
Ratio", es el rendimiento o eficiencia que tiene el aire acondicionado en
modo frío.
• Los parámetros COP y SCOP al rendimiento energético en calefacción.
El COP que en sus siglas en inglés es "Coefficient Of Performance", es el
rendimiento o eficiencia que tiene el aire acondicionado en modo calor.
• En el SEER y en el SCOP se mide el rendimiento energético estacional
• Cuantos más altos sean, mejor eficiencia tendrá el equipo que vayamos a
comprar.
COP (COEFICIENTE DE RENDIMIENTO)
• Los parámetros COP y SCOP se refieren al rendimiento energético del equipo en la
producción de calor, es decir, la calefacción
• Uno de los parámetros de mayor relevancia, en lo referente a la eficiencia de las bombas
de calor, es el COP, el coeficiente de eficiencia energética en modo calefacción, que se
define como el cociente entre la potencia de calefacción (Q) y la potencia eléctrica
absorbida a plena carga (W).
COP: Coeficiente De Desempeño.
 Por ejemplo, una bomba de calor puede proporcionar 3
kWh de calor (Q) absorbiendo de la red tan solo 1 kWh
(W). Los restantes 2 kWh se obtienen gratuitamente del
aire exterior.
COP (Coefficient Of Performance)
• Para el caso de bombas de calor, el COP (COEFICIENTE DE RENDIMIENTO) ideal viene
dado por el ciclo de Carnot, respondiendo a la expresión:
• Donde se observa que el COP ideal viene determinado mediante las temperaturas de los
focos, de forma que Tc representa la temperatura del foco caliente (la de cesión de calor)
y Tf la del foco frío (el que absorbe calor).
 Por ejemplo, en Apurímac ,la COP ideal de una bomba de calor seria:
 Tc =14°C ( la temperatura del foco caliente) y
 Tf =10°C ( la del foco frío).
 Entonces la COP ideal = 14 / (14 – 10 ) = 3.5
Rendimiento energético en climatización: EER,
SEER, COP y SCOP
Mientras que en el EER y el COP se mide la potencia con unas determinadas condiciones
ambientales, pero a plena carga;
En el SEER y en el SCOP se mide el rendimiento energético estacional teniendo en cuenta entre
otras las condiciones siguientes:
• La producción de energía de calefacción/refrigeración durante su uso anual normal entre el
consumo de energía eléctrica total en el mismo periodo.
• Se mide con cargas parciales (100%, 74%, 47%, 21%) que, en realidad, se ajusta más al uso real
del equipo cuando se instala.
• Consumo del equipo cuando está apagado, desactivado por termostato o en espera (consumos
fantasma).
Ejemplo:
• Para el caso del cálculo del rendimiento en frío tenemos que la
máquina aporta 9.4 Kw en frío y consume 3.13 Kw, por tanto su EER
sería:
EER = Energía aportada en frío/Energía consumida en frío
= 9.4 Kw / 3.130Kw = 3.00
• Para el caso del cálculo del rendimiento en calor tenemos que la
máquina aporta 11.2 Kw en calor y consume 3.28 Kw, por tanto su COP
sería:
COP = Energía aportada en calor/Energía consumida en calor
= 11.2 Kw / 3.28Kw = 3.41
Ejemplo:
• En caso de que no vengan los datos EER, COP o los estacionales SERR o SCOP, hay que
buscar cuanto consume la máquina y cuanta energía nos aporta.
Para una bomba de calor tanto el consumo como el aporte varían en función de si están
funcionando en modo calor (COP) o en modo frío (EER).
https://www.inesem.es/revistadigital/gestion-integrada/calculo-rendimiento-eer-cop-split-placa-caracteristicas-tecnicas/
Etiquetado y rendimiento energético de equipos
según SEER y SCOP
• En conformidad con el reglamento europeo , las letras o clases de eficiencia
energética corresponden a un determinado valor para los ratios de SEER y SCOP
que se especifican en la siguiente tabla.
En definitiva se deduce que cuando estamos comparando equipos, los parámetros
(SEER y SCOP) son más fiables que los ratios EER y COP.
CLASIFICACIÒN
CLASIFICACION
BOMBAS
AIRE/AIRE
BOMBAS
AIRE/AGUA
-El calor se toma del -Extrae el calor del
aire exterior y se
aire exterior y lo
cede al aire interior. transfiere a un
circuito de agua
- COP = 3 a 4
interior.
VENTAJAS:
-Son las mas
utilizadas.
-Son compactos,
ligeros.
-Menos ruidosos
-Fácil instalación y
escaso
mantenimiento.
BOMBAS
AGUA/AGUA
BOMBAS
GEOTERMICAS
-Extrae el calor del
agua superficial de
ríos, lagos, agua
subterránea.
-Utiliza el subsuelo
como intercambiador
de calor .
-Conserva una Temp.
Homogénea de 15 °C
durante todo el año.
COP = 3 a 4
COP = 5
COP = 3 a 4
VENTAJAS:
-Sistema compacto
DSVENTAJA
-Deben protegerse
acústicamente por
el ruido y las
vibraciones.
VENTAJAS:
-Mantiene un COP
cte y elevado
durante la
temporada.
VENTAJAS:
-Es la climatización
mas eficiente que
existe
-Dura toda la vida.
DESVENTAJA
-Elevado coste de
instalación
https://www.ocu.org/vivienda-y-energia/energia-renovable/informe/bomba-de-calor
BOMBA DE CALOR AIRE-AIRE
 En este sistema, tanto la calefacción como la refrigeración del espacio
acondicionado se consiguen mediante la inversión del flujo del fluido
frigorífico entre las baterías o intercambiadores denominados
clásicamente
evaporador
y
condensador.
En un equipo bomba de calor aire-aire estas baterías se denominan:
 Batería exterior: la que está efectuando las funciones de condensador en
ciclo de frío y de evaporador en ciclo de calor.
 Batería interior: situada en el interior del espacio acondicionado actúa
como evaporador en ciclo de refrigeración y como condensador en ciclo de
calor.
 Ambas baterías son de tubo de aleta ya que se trata de intercambiadores
aire-refrigerante debido a que el calor siempre se toma del aire y se cede al
aire.
BOMBA DE CALOR AIRE-AIRE
 Actualmente los equipos bomba de calor aire-aire son del tipo compacto
(package) o partidos (split).
 Sus capacidades oscilan entre las 4.500 y 20.000 frig/h
 La bomba de calor de este tipo cumple la doble función de calefactar y
enfriar. En consecuencia, con un solo equipo se pueden conseguir las
condiciones de confort durante todo el año.
 No se precisan chimeneas ni tomas de aire para que el equipo funcione.
En consecuencia, se reducen los costos de instalación.
El sistema Multi Split
El sistema Multi Split ofrece refrigeración y calefacción en todas y cada
una de las habitaciones instalando solo una unidad exterior.
https://www.lg.com/pe/business/multi-split
BOMBA DE CALOR (Aire-Agua)
BOMBA DE CALOR (Aire-Agua)
• La bomba de calor extrae el calor del aire exterior y lo
transfiere a los locales a través de un circuito de agua a
baja temperatura.
• Cuando la temperatura exterior descienda por debajo de
4° C., el fluido que se hace circular a través de las baterías
exteriores debe incorporar una solución anticongelante a
fin de protegerlas. Asimismo, debe instalarse un
dispositivo de deshielo de la batería exterior.
Gas ecológico R134A
BOMBA DE CALOR PARA PISCINAS
 La bomba de calor aprovecha el calor solar gratis, de forma que recoge y
absorbe la energía del aire circundante.
 La tecnología actual de las bombas de calor posibilita absorber calor del aire
exterior de una forma eficiente desde temperaturas del aire de 7° a 10°C. Lo
que para climas tropicales y subtropicales significa ca que puede mantenerse el
agua de la piscina a temperaturas de 26° a 32° durante todo el año,
prácticamente en cualquier situación meteorológica.
 En climas nórdicos la bomba de calor prolonga muy significativamente la
temporada de uso de la piscina.
Las bombas de calor agua-agua ,intercambian
el calor proveniente de aguas subterráneas ,
río, lago o pozo ,las cuales se mantiene a
temperaturas optimas y estables durante todo
el año, al circuito interno de la casa para su
uso .
Es decir el sistema extrae el calor presente en
la capa freática gracias a un pozo cavado y la
energía extraída es transferido al circuito de la
bomba de calor ,para la obtención de agua
caliente.
CAPA FREÁTICA
Es la primera
capa de agua
subterránea que
se encuentra al
realizar una
perforación
Las aguas de las capas subterráneas suelen estar
a una temperatura de 10 a 14 °C durante todo el
año. Es una fuente de energía importante y
estable que se puede utilizar perfectamente para
la calefacción de una casa con una bomba de
calor agua/agua.
• Utilizan como fuente de calor el agua
superficial de ríos, lagos, etc. o agua
subterránea. La temperatura de estas
fuentes es prácticamente constante durante
toda la estación de calefacción, lo que
permite mantener un COP constante y
elevado durante toda la temporada.
En este tipo, tanto la calefacción como la
refrigeración se efectúan mediante la
inversión de los circuitos de agua entre el
evaporador y el condensador de una planta
enfriadora de agua. Este sistema precisa de
una reserva de agua que se utiliza en verano
para la condensación y en invierno como
fuente de calor.
BOMBA DE CALOR
GEOTERMICA
• La climatización geotérmica es un sistema de climatización (calefacción o
refrigeración) que utiliza la gran inercia térmica del subsuelo, que tiene una
temperatura homogenea a lo largo de todo el año unos 15 °C, dependiendo de la
latitud del lugar. El gradiente de temperatura de la tierra es de 3 °C cada 100m.
• La calefacción geotérmica es también una bomba de calor, pero en lugar de
intercambiar calor con la atmósfera, lo hace con el terreno: en invierno, la bomba
de calor absorbe calor del terreno y lo libera en el edificio. En verano, absorbe
calor del edificio y lo libera en el terreno.
• Según los instaladores, se puede perforar desde 30m hasta 150m o incluso más.
• En general, se puede decir que este tipo de calefacción será tanto más idónea
cuanto más grande sea el edificio y mayor su tiempo de uso estimado .
BOMBA DE CALOR GEOTERMICA
 Hay dos tipos de
instalaciones:
- Sistema de captación
vertical, consistente
en un pozo de unos 50
metros en los que se
alojen las tuberías.
- Sistema de
captación horizontal,
en caso de que no se
puedan realizar
perforaciones o se
cuente con terreno
suficiente para alojar
los tubos.
EJEMPLO PRÁCTICO:
Colocando los pilares a una
profundidad de 5 m, le da el calor
suficiente o la falta de este, para
activar la bomba geotérmica,
cediendo calor al terreno o
recibiendo calor del terreno.
APLICACIONES DE LA BOMBA DE CALOR
• Calefacción
• Aire acondicionado
• Climatización integral (calefacción, aire condicionado y agua
caliente)
• Climatización de piscinas cubiertas
• Procesos industriales: secado de productos, destilación,
climatización de invernaderos y piscifactorías, fermentación en
la industria panadera, etc.
baño
piscina
lavandería
cocina
piscina
CONVERSIONES
1 Frigoría equivale 4 BTU
BTU ( British Thermal Unit ): es una unidad de energía utilizada en las industrias de
energía, generación de vapor, calefacción y aire acondicionado.
Bomba de calor para piscinas
Calentadores de piscinas
con bomba de calor de la
serie profesional Raypak,
diseñados
específicamente para
propiedades comerciales
como apartamentos,
condominios, hoteles,
moteles, escuelas,
parques, piscinas privadas
de alta gama y para
comunidades. También es
el calentador perfecto
para las duras condiciones
climáticas costeras donde
el aire salado desafía la
durabilidad
Bomba de calor para
piscinas
https://rheem.com.pe/wp-content/uploads/2020/05/Bomba-de-calor-profesional-1_compressed.pdf
ACTIVIDAD INDIVIDUAL
1. Presentar las características técnicas de 2 bombas de calor similares
de diferentes marcas indicando lo siguiente:
• TIPO
• COP
• EER
• CAPACIDAD NOMINAL
• CONSUMO NOMINAL