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República Bolivariana De Venezuela. Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa. Universidad Nacional Experimental Politécnica. De La Fuerzas Armadas. Núcleo-San Fernando De Apure.

Bombas de calor.

Profesor:

Bachilleres:

Lisandro M.

Moisés García.

San Fernando, 09 De Mayo Del 2019.

Introducción. Las bombas de calor son maquinas térmicas que basándose en la segunda ley de la termodinámica transfieren energía en forma de calor de un ambiente a otro. Para ello se basan en la técnica de refrigeración por compresión aprovechando energía de fuentes externas y gratuitas. Esta maquinas se pueden utilizar como refrigeradores en verano y como bombas de calor en invierno gracias a un sistema que invierte su funcionalidad, y de esta forma aprovechar los diferentes funciones que tienen una bomba de calor (mantener un espacio calentado a alta temperatura extrayendo energía de un ambiente a menor temperatura) y un refrigerador (mantener el espacio refrigerado a una temperatura baja al extraer el calor de él) en un solo equipo.

Índice. Introducción.

Pág.

Bombas de calor………………………………………….………………………….1 al 2. Funciones de una bomba de calor………………………………………..………2 al 4. Diagrama de una bomba de calor………………………………………...……….4. Diferencia entre una bomba de calor y un refrigerador………………..………..5. Conclusión. Bibliografía.

 Bombas de calor. Las bombas de calor sirven para aire acondicionado, pero también para calefacción, si el aparato es reversible. Es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un ambiente a otro, según se requiera. Para realizar esto se basa en las propiedades de cambio de estado de un fluido refrigerante y la 2º Ley de la termodinámica: "el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualan." Las bombas de calor son los dispositivos de climatización más eficientes que existen. Se basan en la técnica de "refrigeración por compresión", que se aplica también a otros aparatos, como el refrigerador (frigoríficos), los sistemas de aire acondicionado o la climatización geotérmica. Consiguen su elevada eficiencia, de hasta un 400%, gracias a que aprovechan las leyes de la física en su favor. Las bombas de calor absorben el calor de un sitio y lo transfieren a otro, tal y como hacen las bombas hidráulicas con el agua. Debido a la posibilidad de invertir su funcionamiento, en la actualidad se utilizan como calefacción en invierno y como sistema de refrigeración en verano (aire acondicionado reversible, invirtiendo el sentido de circulación del refrigerante). Se distinguen cuatro tipos principales de bomba a calor:  Bomba a calor aire-aire: el calor que se toma del el aire se transfiere

directamente al aire del local que debe calentarse.  Bomba a calor aire-agua : el calor se toma del aire y se transfiere a

un circuito de agua que abastecerá un suelo/techo radiante/refrescante, radiadores, ventilo convectores o aerotermos.  Bomba a calor agua-agua : el sistema toma el calor de un circuito de

agua en o con un elemento que le proporcionará el calor (la tierra, capa freática) para transferirlo a otro circuito de agua como en el caso anterior. Es el sistema generalmente adoptado por las bombas de calor geotérmicas.  Bomba de calor geotérmica: este tipo de bombas de calor obtiene la

energía del terreno a través de un fluido caloportador que absorbe el calor del suelo y lo transmite al circuito frigorífico de la bomba.

La eficiencia de una bomba de calor se mide por su coeficiente de rendimiento COP (Coefficient of Performance). En este caso, se trata de una relación entre el calor cedido y la energía eléctrica consumida principalmente por el compresor. Para una correcta eficiencia y funcionalidad, una bomba de calor debe alcanzar un COP de entre 2 y 6, dependiendo de la diferencia entre las temperaturas de ambos focos (interior o exterior). De forma práctica se puede decir que un COP 3 implica un rendimiento del 300%, o lo que es lo mismo, para 1kWh consumido de energía eléctrica se aportan 3 kWh de energía en forma de calor al depósito de acumulación. El COP es variable según el tipo de bomba de calor y según las condiciones de funcionamiento. La variable que más influye en su funcionamiento es principalmente la temperatura ambiente, aunque también influye la temperatura entrada agua fría, temperatura de preparación y humedad relativa.  Funciones de una bomba de calor. Se sabe por experiencia que el calor se transfiere en la dirección de temperatura decreciente, es decir, desde medios a temperatura alta hacia los de temperatura baja. Este proceso de transferencia de calor ocurre en la naturaleza sin requerir ningún dispositivo. Sin embargo, el proceso inverso no puede ocurrir por sí mismo. La transferencia de calor de un medio que se encuentra a baja temperatura hacia otro de temperatura alta requiere dispositivos especiales. Una bomba de calor es un aparato cuyo funcionamiento se basa en la termodinámica. Consiste en transportar energía en forma de calor de un ambiente (que puede ser aire, agua o suelo) a otro. Este proceso se genera a través del cambio de estado de gas a líquido de un fluido refrigerante por medio de la temperatura ambiente y con ayuda de un compresor. La bomba de calor tiene la capacidad de capturar energía de fuentes externas y gratuitas. Esta característica hace que sea un equipo que multiplica la potencia eléctrica de accionamiento del compresor, transportando calor útil de forma altamente eficiente. La bomba de calor está basada en el aprovechamiento de la energía que producen los cambios de estado del fluido refrigerante. Este fluido circula por el interior de un circuito cerrado que consta de:  Compresor, cuyo trabajo permite el desarrollo del proceso y que requiere de electricidad para su funcionamiento.

 Condensador. Intercambiador de calor situado a lo largo del calderín y a través del cual el fluido refrigerante en forma de vapor cede toda su energía. A medida que va cediendo la energía condensa y vuelve a estado líquido.  Válvula de expansión. Componente del circuito por el que pasa el fluido refrigerante y que por medio de su cambio de sección, supone una reducción brusca de la presión y también un descenso notable de la temperatura.  Evaporador. Otro intercambiador de calor situado en la parte superior, que a través de su superficie ampliada por un sistema de aletas, permite el intercambio entre el fluido refrigerante y el aire ambiente. En este intercambiador el fluido refrigerante pasa a estado vapor. Como la energía térmica solamente puede ir de un nivel de energía más alto a otro más bajo, el fluido refrigerante presente en el evaporador, necesariamente debe estar a una temperatura menor que la del aire ambiente. El principio de funcionamiento de la bomba de calor se basa en los principios de la termodinámica y se puede estructurar en 4 pasos:  En el primer paso el fluido refrigerante se encuentra a baja temperatura y a baja presión y, por lo tanto, en estado líquido. El aire aspirado del ambiente pasa a través del evaporador, dónde el fluido refrigerante absorbe la temperatura del aire ambiente y cambia de estado. Al mismo tiempo, el aire es expulsado a una temperatura más baja.

 El fluido refrigerante llega al paso 2 en forma de vapor pero todavía a baja presión. Pasándolo a través del compresor se produce un aumento de la presión con el consiguiente aumento de temperatura.  Como resultado se obtiene vapor en un estado elevado de energía. Este vapor situado en el paso 3 es el que circula por el condensador situado a lo largo del calderín donde va cediendo toda la energía, volviendo así a estado líquido.  En el último paso del proceso, el fluido refrigerante ya en estado líquido se hace pasar por la válvula de expansión para obtener de nuevo el fluido en sus condiciones iníciales, es decir, a baja presión

y a baja temperatura. De esta forma se puede volver a iniciar el proceso.  Diagrama de una bomba de calor. Las bombas de calor son dispositivos cíclicos que trabajan con fluidos llamados refrigerantes. El ciclo de refrigeración que se utiliza con más frecuencia es el ciclo de refrigeración de compresión de vapor, en el que intervienen cuatro componentes principales: un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador. Las variaciones que experimentan las propiedades durante los cambios de fase que ocurren durante un ciclo de refrigeración por compresión en una bomba de calor se comprenden mejor a través de un diagrama T-S. En un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, el refrigerante entra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador. La temperatura del refrigerante aumenta durante el proceso de compresión isentrópica, hasta un valor bastante superior al de la temperatura del medio circundante. Después el refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentado en el estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3, como resultado del rechazo de calor hacia los alrededores. La temperatura del refrigerante en este estado se mantendrá por encima de la temperatura de los alrededores. El refrigerante líquido saturado en el estado 3 se estrangula hasta la presión del evaporador al pasarlo por una válvula de expansión o por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende por debajo de la temperatura del espacio refrigerado durante este proceso. El refrigerante entra al evaporador en el estado 4 como una mezcla saturada de baja calidad, y se evapora por completo absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al compresor, completando el ciclo.

 Diferencia entre una bomba de calor y un refrigerador.

Los refrigeradores y las bombas de calor operan en el mismo ciclo, pero difieren en sus objetivos. El propósito de un refrigerador es mantener el espacio refrigerado a una temperatura baja eliminando calor de éste. Descargar este calor hacia un medio que está a temperatura mayor es solamente una parte necesaria de la operación, no el propósito. El objetivo de una bomba de calor, sin embargo, es mantener un espacio calentado a una temperatura alta. Esto se logra absorbiendo calor desde una fuente que se encuentra a temperatura baja, por ejemplo, agua de pozo o aire frío exterior en invierno, y suministrando este calor a un medio de temperatura alta como una casa. Un refrigerador ordinario que se coloca en la ventana de una casa con la puerta abierta hacia el frío aire exterior en invierno funcionará como una bomba de calor porque tratará de enfriar el exterior absorbiendo calor de él y rechazándolo hacia la casa a través de los serpentines situados detrás. Los refrigeradores y las bombas de calor son esencialmente lo mismo; únicamente difieren en sus objetivos. El objetivo de un refrigerador es mantener el espacio refrigerado a una temperatura baja al extraer el calor de él. No obstante, el objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura extrayendo energía de un ambiente a menor temperatura.

Conclusión. Las bombas de calor climatizan un ambiente aumentando su temperatura a través de la extracción de energía en forma de calor de un ambiente más frio que el climatizado, esto gracias a la circulación de un fluido por sus cuatro componentes

principales (compresor, condensador, válvula de expansión, evaporador). Las variaciones que experimentan las propiedades durante los cambios de fase de este fluido se pueden analizar a través de un diagrama T-S. Las bombas de calor sirven para aire acondicionado y calefacción siempre y cuando el aparato sea reversible. Estos tienen en común que operan en el mismo ciclo, pero tienen objetivos finales muy diferentes.

Bibliografía.

Cengel, Y. y Boles, M. (2006) Termodinámica. Quinta Edición. Mc Graw-Hill.