Bombas de calor: ¿cómo funcionan?, ¿qué mantenimiento necesitan?
Las bombas de calor (BdC) son las nuevas estrellas de la calefacción. Estos sistemas presentan numerosas ventajas y muchos gobiernos fomentan su uso mediante nuevas leyes y reglamentos, motivados principalmente por los planes ecológicos de lucha contra el calentamiento climático. Este completo repaso aporta la ayuda necesaria para saberlo todo sobre esta tecnología.
¿Por qué instalar una BdC?
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Porque los combustibles fósiles han perdido popularidad:
La ecología climática condiciona las decisiones de muchos gobiernos (sobre todo en Europa), que descartan las calderas de gas y petróleo en beneficio de las BdC, impulsadas por energía eléctrica. Objetivo: reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera y evitar la fluctuación inestable, y a menudo al alza, del precio del gas. En Francia, por ejemplo, las nuevas normas dan preferencia a las bombas de calor frente a las calderas de combustión en las viviendas individuales de nueva construcción a partir del verano de 2021. -
Porque las BdC ofrecen un excelente rendimiento:
El rendimiento energético de una bomba de calor es superior al de las mejores calderas de condensación. Sin embargo, rinden mucho peor cuando la temperatura del aire exterior se sitúa por debajo de -7 °C, aunque algunos trucos de instalación permiten resolver este problema en las regiones muy frías. -
Porque es una tecnología robusta y probada:
El funcionamiento de una BdC es idéntico al de una unidad de aire acondicionado, o incluso al de una nevera. Por tanto, se trata de una tecnología dominada y optimizada desde hace tiempo, que actualmente presenta muy pocos problemas de mantenimiento. -
Porque ofrece una gran flexibilidad de instalación:
La gran variedad de configuraciones de las bombas de calor las hace adecuadas para su instalación en todo tipo de edificios y entornos. Por ejemplo, es posible sustituir una caldera de combustión por una bomba de calor manteniendo la instalación del circuito de agua caliente sanitaria. Incluso pueden utilizarse para calentar una piscina. -
Porque los gobiernos pueden ofrecer ayudas financieras:
En algunos países, los gobiernos ofrecen a los propietarios de viviendas ayudas económicas para sufragar el coste de la conversión de un sistema de gas o gasóleo a una bomba de calor. En algunos casos, los paquetes disponibles son muy generosos y cubren gran parte del coste de la instalación.
¿Cómo funciona una BdC?
Las temperaturas y potencias mencionadas en este diagrama son indicativas, pueden variar.
Las bombas de calor recuperan el calor exterior para reinyectarlo en el interior de un edificio. Se basan en un circuito de fluido refrigerante que transporta la energía calorífica (térmica) por cambio de estado:
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Etapa 1: en el exterior, el evaporador recupera el calor ambiente para calentar el fluido a muy baja temperatura, en estado mayoritariamente líquido a baja presión, que de este modo pasa a estado gaseoso. A continuación, un compresor comprime bruscamente el gas, cuya temperatura aumenta con fuerza.
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Etapa 2: en el interior, el gas caliente entra en un condensador, que recupera su calor para calentar la vivienda, por agua o por aire. Seguidamente, enfría el fluido, que se condensa y vuelve al estado (casi) líquido. El fluido pasa entonces por un manorreductor, que reduce brutalmente su presión, y por tanto su temperatura, y regresa así a la etapa 1.
Por tanto, el principio de funcionamiento de una BdC es estrictamente idéntico al de una unidad de aire acondicionado, pero en sentido exactamente inverso. Es por ello que es posible equiparse con un sistema de BdC reversible (inverter), capaz de refrigerar en verano y calentar en invierno. En verano, la parte exterior desempeña el papel de condensador y la parte interna se convierte en el evaporador.
Por todo lo anterior, es importante elegir desde el principio el mejor sistema de BdC:
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La BdC aire-agua: Este sistema consta de una unidad exterior que calienta el fluido soplando aire ambiente. El sistema alimenta un circuito convencional de calefacción por agua (radiadores o suelo radiante) y también suministra agua caliente sanitaria.
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La BdC agua-agua: permite calentar el fluido refrigerante de forma pasiva, haciéndolo circular por una masa de agua natural (capa freática, lago, río, etc.). Ahorra más energía y está mejor adaptado a los inviernos muy fríos.
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La BdC aire-aire (o incluso agua-aire): calienta el interior gracias a unos splits internos que ventilan aire caliente. Su principal ventaja es que es reversible y actúa como aire acondicionado en verano con el mismo material.
Las BdC recuperan el calor del aire exterior, de modo que su rendimiento empieza a caer significativamente durante los inviernos muy fríos. A partir de -7 °C, el consumo de energía deberá ser mucho mayor para recuperar las calorías del aire exterior para calentar el fluido refrigerante en el evaporador. Existe un truco que consiste en situar la entrada de aire en un lugar alejado del evaporador, unido por una larga canalización subterránea, que calienta naturalmente el aire por geotermia antes de llegar al evaporador, lo que se conoce como «pozo canadiense».
Los rendimientos de las BdC se definen según un índice principal: el coeficiente de rendimiento (COP, o Coefficient of Performance). Por ejemplo, un COP de 3 significa que para 1 kW de potencia eléctrica consumida, la bomba proporciona 3 kW de calor, recuperando simplemente 2 kW de energía «gratuita» procedente del calor exterior. Es comprensible, pues, que el COP varíe en función de la temperatura exterior.
Tenga en cuenta que nuestros manifolds Si-RM350 y Si-RM450 también pueden calcular el EER, otro índice similar que describe la relación entre la capacidad de refrigeración real (en BTU) y el consumo de energía (en vatios): un EER de 10 significa que por cada 1 Wh consumido, el sistema produce 10 BTU/h.
Existen otros índices de eficiencia más específicos para proporcionar una evaluación menos teórica del rendimiento: SCOP (coeficiente de rendimiento estacional) y SEER (coeficiente de eficiencia energética estacional). Estos dos indicadores son más realistas, ya que tienen en cuenta varias temperaturas exteriores de referencia en una temporada determinada:
SCOP (coeficiente de rendimiento estacional):
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Modo de funcionamiento: calefacción
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Período de medición: toda la temporada de calefacción
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Cálculo: Cantidad total de calor producido durante una temporada / Cantidad total de energía consumida durante el mismo periodo.
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Detalles técnicos:
- Temperaturas de referencia: El SCOP se calcula utilizando cuatro puntos de funcionamiento predefinidos: -7 °C, +2 °C, +7 °C y +12 °C.
- Climas de referencia: Para el cálculo se utilizan tres climas europeos: clima cálido (Atenas), clima templado (Estrasburgo) y clima frío (Helsinki).
- Norma europea: El SCOP se define de acuerdo con la norma ErP (Energy-related Products), que tiene en cuenta el rendimiento estacional del aparato.
SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) o «eficiencia estacional de refrigeración»:
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Modo de funcionamiento: refrigeración.
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Período de medición: toda la temporada de refrigeración.
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Cálculo: cantidad total de refrigeración proporcionada durante una temporada / cantidad total de energía consumida durante el mismo período.
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Detalles técnicos:
- Temperaturas de referencia: el SEER se calcula utilizando temperaturas exteriores medias entre 13 °C y 46 °C.
- Condiciones de medición: El SEER tiene en cuenta las variaciones de temperatura exterior durante la temporada de refrigeración, suponiendo una temperatura interior constante de 20 °C y una temperatura exterior de referencia que depende de la región en cuestión.
- Etiqueta energética: Las unidades de aire acondicionado y las bombas de calor aire-aire muestran el SEER en su etiqueta energética, lo que permite a los consumidores comparar fácilmente los rendimientos energéticos.
Mantenimiento de las BdC: ¿qué controles deben efectuarse?
La fiabilidad es una de las grandes ventajas de las bombas de calor. El refrigerante está diseñado para durar eternamente, siempre que no haya fugas, lo cual es poco frecuente. Piense en una bomba de calor como en un frigorífico, que puede funcionar muchos años sin necesidad de mantenimiento. Sin embargo, algunos países como Francia exigen que las bombas de calor se revisen cada dos años, y cada 5 en el caso de los sistemas de alta potencia (>70 kW). Para los ingenieros, esto significa inspeccionar varios aspectos del sistema por orden de prioridad utilizando un colector, la herramienta más importante necesaria para este tipo de trabajo, y que ya se utiliza ampliamente en los sistemas de aire acondicionado.
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Fuga de fluido refrigerante:
Cuando se produce este problema, todo el sistema queda fuera de servicio. Nuestro detector de gas refrigerante Si-RD3 es la herramienta ideal para este trabajo. Si detecta una fuga, tendrá que vaciar el circuito, repararlo y, a continuación, utilizar una sonda de vacío (Si-RV3 o Si-RV4) para asegurarse de que el circuito es estanco. -
Medición de sobrecalentamiento y subenfriamiento:
Lea con precisión estos dos parámetros colocando un termómetro termopar como nuestro flamante modelo Si-TT3 directamente en la tubería de cobre del refrigerante. De este modo, podrá medir la temperatura de recalentamiento a la salida del compresor y la temperatura de subenfriamiento a la salida de la válvula de expansión. Ambos valores deberían coincidir con las propiedades de cambio de estado térmico del refrigerante dentro del circuito. Si es así, sabrá que la bomba de calor funciona correctamente (un recalentamiento demasiado alto puede indicar una falta de fluido, un subenfriamiento demasiado bajo puede indicar una sobrecarga de fluido o un problema en el condensador). Nuestros colectores digitales vienen con termómetros integrados con sensor CTN de alta velocidad, lo que le permite tomar lecturas de temperatura y presión al mismo tiempo. Mientras tanto, nuestra aplicación comprueba automáticamente las lecturas con los valores correctos para más de 130 refrigerantes diferentes, basándose en las propiedades térmicas almacenadas en la base de datos.
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Medición de alta y baja presión:
Otro indicador de fuga es cuando la diferencia (Delta) entre la presión del lado de alta (recalentamiento) y del lado de baja (subenfriamiento) es demasiado pequeña. Pero lo más importante es que la medición de estos parámetros le indicará si la bomba de calor funciona de forma eficiente y si el compresor y la válvula de expansión funcionan correctamente. Necesitará un manómetro digital, como nuestros colectores Si-RM350, Si-RM450, Si-RM3 o Si-RM13, para tomar estas dos mediciones simultáneamente.
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Cambio de fluido refrigerante:
A veces, puede ser necesario sustituir el refrigerante del circuito para adecuar la bomba de calor a las normas o mejorar su rendimiento. Tendrás que recuperar todo el líquido para poder reciclarlo y asegurarte de que el circuito está completamente vacío una vez hayas terminado. Esta operación también requiere una sonda de vacío. Encontrará una integrada en nuestros colectores Si-RM3, Si-RM13, Si-RM350 y Si-RM450, que también son útiles para otras tareas de puesta en servicio. -
Puesta en servicio y llenado de fluido:
Si está instalando una bomba de calor nueva, o poniendo en marcha el sistema después de reparar una fuga o sustituir el fluido, necesitará utilizar un colector para tomar lecturas de vacío, presión y temperatura una vez que haya llenado el circuito. Las mediciones simultáneas de alta presión/baja presión y temperatura permiten un diagnóstico rápido del circuito, para comprobar que la carga es correcta, lo que determina la eficiencia del sistema.
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Control y limpieza del sistema termodinámico:
Los requisitos de mantenimiento van más allá de la propia bomba de calor. En los sistemas de calefacción por agua, también tendrá que comprobar que otros componentes funcionan correctamente, como el depósito de agua caliente, las bombas de agua del sistema de calefacción, el compresor, la válvula de expansión y los componentes eléctricos. Puede utilizar un termómetro de infrarrojos, como nuestro modelo Si-TI3, para detectar temperaturas anormalmente altas en los sistemas eléctricos. Y en el caso de las bombas de calor reversibles, también deberá asegurarse de que las bombas de evacuación de condensados funcionan correctamente y, si es necesario, limpiarlas (consulte nuestra guía de limpieza) o sustituirlas (consulte nuestras minibombas de evacuación de condensados para aparatos de aire acondicionado). En el caso de las bombas de calor reversibles, también debe comprobar que las bombas de condensados funcionan correctamente, limpiándolas o sustituyéndolas si es necesario.Más información sobre bombas de condensados:
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Caudales de aire hacia las unidades exterior e interior:
Lo último que hay que comprobar, y lo más sencillo, es que los ventiladores funcionan correctamente. Para ello, mida el caudal de aire con un termoanemómetro de paletas como nuestro modelo Si-VV3. Es posible que tenga que reparar el ventilador o limpiar elementos como hojas, musgo o polvo para que los evaporadores y condensadores vuelvan a funcionar a pleno rendimiento, y para reducir el ruido durante el funcionamiento.
Si desea saber más sobre las herramientas que necesita para realizar el mantenimiento de una bomba de calor, eche un vistazo a nuestra completa gama de instrumentos de medición, que incluye todos los instrumentos de medición y bombas de evacuación de condensados necesarios para este tipo de tareas.
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