Cómo aumentar la eficiencia de una bomba de calor

Se discute a continuación cómo aumentar la eficiencia de una bomba de calor. Mayor eficiencia significa en este caso que se obtiene mayor cantidad de calor con el mismo consumo de electricidad o —en el caso de su uso con temperaturas exteriores menores a la de congelación del agua— que se evita la formación de hielo en el radiador de la bomba, caso en que la generación de calor es nula.

Introducción

Una bomba de calor es un artefacto que opera de modo inverso a una heladera o un acondicionador de aire en modo de refrigeración: extrae calor del ambiente exterior y lo introduce en una casa o recinto cualquiera.

Beneficios

En la Argentina del año 2016 no habían bombas de calor de alta eficiencia, ya que el uso más común de los acondicionadores de aire era disminuir la temperatura del aire interior. La calefacción de ambientes de lo hogares más pudientes se hacía entonces casi exclusivamente con estufas de gas o radiadores de agua calentada en un caldera. Los principales beneficios del uso de bombas de calor son:

• Disminución del costo de operación: por el mismo consumo de electricidad una bomba de calor produce el doble de cantidad de calor que la más eficiente de las estufas eléctricas. Es decir, tiene la mitad de costo de funcionamiento.

• Menor uso de un recurso escaso cuyo costo aumentará mucho a partir de 2016. En efecto, el gas surgente barato, mayoritariamente producido por el gran yacimiento gasífero de Loma de la Lata, está casi agotado. Durante la mayor parte de la década de 2016 Argentina tuvo que importar gas natural licuado y los nuevos yacimientos no convencionales, como los de shale gas y tight gas, producen a un costo muy superior al del auge del gas natural.

• Disminución de la contaminación ambiental. Los sistemas más eficientes de calefacción producen menor consumo de energía eléctrica. Como gran parte de ésta es producida por centrales térmicas, que generan gas de efecto invernadero, la disminución de su consumo disminuye la contaminación ambiental.

Cómo aumentar la eficiencia de generación de calor de un split

Los antiguos acondicionadores de aire eran grandes paratos que debían embutirse completamente en la pared de una habitación (o en una ventana, inhabilitando parcialmente su capacidad de aereación e iluminación), de modo que su instalación requería abrir un gran agujero en ella, con el consiguiente costo y molestias a los habitantes del edificio. En estos aparatos el aire exterior era succionado por un ventilador a través de un radiador que lo enfriaba o calentaba según el caso. El principio de funcionamiento del sistema de calentamiento o refrigeración, que todavía se mantiene hoy en todos los tipos de acondicionadores, es el calentamiento de un gas cuando se comprime, y su enfriamiento cuando se dilata.

Esquema de funcionamiento de una bomba de calor mejorada.

La instalación se ha simplificado enormemente en los modernos acondicionadores de aire tipo split, palabra inglesa que significa dividido. Si nos limitamos a las bombas de calor, en el artefacto de este tipo la unidad de extracción de calor se encuentra en el medio ambiente exterior del recinto, mientra que la unidad de calentamiento del aire está en su interior. La única comunicación entre las dos unidades es una doble tubería aislada de diámetro inferior a 10 cm) que hace circular el gas calentado de la primera a la segunda. En este tipo de bombas de calor el aire exterior no se introduce nunca al recinto que se quiere calentar, sólo se calienta el aire interior mediante un proceso de circulación forzada controlado por un termostato que permite fijar el valor máximo de temperatura a obtener.

Como las bombas de calor tipo split no usan aire exterior, se puede usar el aire caliente y contaminado con el tóxico monóxido de carbono que expelen al exterior las estufas de tiro balanceado. Como estas estufas están colocadas en el ambiente que se desea calentar (lo que no sucede con las calderas o sistemas distribuidos de calefacción), se puede aprovechar la alta temperatura de los residuos de combustión para facilitar la extracción hecha por la bomba de calor. Para eso basta agregar un conducto térmicamente aislado que redirija los gases de combustión hacia el lado de entrada de aire del radiador de la unidad exterior del acondicionador tipo split, gas tóxico que no penetrará al interior de la vivienda.

Conexión entre el calefactor y la bomba de calor

Campana recolectora de los gases de combustión
de un calefactor de tiro balanceado.

El conducto apropiado para redirigir los gases de combustión del calefactor a gas a la bomba de calor es un caño de chapa galvanizada de 75 mm de diámetro. Los caños de plásticos como el PVC no sirven porque se funden cuando se exponen a las temperaturas usuales de los gases de combustión. Para obtener la máxima temperatura a la entrada de la unidad exterior de la bomba, ya que los metales son excelentes conductores del calor, hay que revestir los caños y curvas con un buen material aislante y resistente al calor como la fibra de vidrio y el cartón mineral. Los revestimientos térmicos normales para caños forrados con espuma de polímeros no son apropiados porque se funden a estas temperaturas.

La recolección de los gases de combustión se puede hacer con una campana cuya parte inferior esté a la altura de la mitad del caño de salida del calefactor. Una forma simple de hacerla es usar un balde de chapa galvanizada cortado por la mitad, pieza que también debe revestirse para disminuir las pérdidas de calor, o fabricar un dispositivo semejante con chapa galvanizada similar a la de los caños. Hay que recordar que en los calefactores de tiro balanceado el caño de descarga consiste en dos caños coaxiales, donde el oxígeno ingresa por el caño interior y los gases de combustión son expelidos por el exterior formando un anillo cilíndrico. Esto calienta en contracorriente el aire fresco que ingresa, aumentando el rendimiento de la estufa a gas. La campana de recolección de los gases no puede envolver completamente el caño de descarga del calefactor, ya que no llegaría el oxígeno y el artefacto se apagaría.

Ingreso de los gases de combustión de un calefactor de tiro balanceado a la unidad exterior
de una bomba de calor.

En la figura adjunta se muestra un ejemplo de conexión terminada, donde la cubierta de aluminio se colocó encima del recubrimiento de cartón mineral (que todavía puede verse parcialmente) para evitar su deterioro por la lluvia, ya que es un material blando. Una alternativa menos estética pero más barata es envolver el caño ya aislado con tiras de lámina delgada de polietileno, teniendo el cuidado de empezar la envoltura en espiral por la parte más baja de los tramos verticales para evitar la filtración de agua al interior.

Fuentes generales

• Bomba de calor en Wikipedia en castellano. El artículo siguiente, para los que leen inglés, es mucho más completo que éste.
• Heat pump en la Wikipedia en inglés.
• Ministerio de Industria, Energía y Turismo de España; Prestaciones medias estacionales de las bombas de calor para producción de calor en edificios; Madrid (España); febrero de 2014.
• Heat Pump Systems. En inglés, bombas de calor en el Departamento de Energía de EEUU.