Información Técnica

Operación de la bomba de calor

El sistema geotérmico de circuito cerrado consiste en tres circuitos que operan durante todos los ciclos de bombeo y un cuarto circuito adicional, opcional, para producir agua caliente doméstica, como se muestra en las siguientes imágenes, y que se define como:

1. Circuito de calentamiento. Es un circuito que se utiliza para distribuir energía fría o caliente al edificio. En sistemas basados en ductos un ventilador del tipo de jaula de ardilla se utiliza para desplazar el aire por los ductos que conforman el sistema. Para calefacción bajo el piso, este circuito se conectará a un colector o serie de colectores por los que se hará circular agua caliente a través del edificio.
2. Circuito del refrigerante. Un circuito sellado y presurizado que transporta energía térmica de punto a punto del circuito. El flujo del refrigerante se hace circular a través del circuito mediante un compresor en la porción del circuito en la que el refrigerante es vapor.
3. Circuito subterráneo. Un circuito sellado y presurizado de agua o de solución anticongelante que se hace circular bajo la superficie de la tierra. Éste absorbe calor de la tierra con la que está en contacto en el invierno y le cede calor en el verano. El fluido se hace circular por medio de una bomba de bajo consumo de energía.
4. Circuito de agua caliente doméstica. Un circuito sellado y presurizado en el que se hace circular agua del cilindro de agua caliente doméstica al circuito desupercalentador calentador de la bomba de calor. El agua se hace circular en este circuito por medio de una bomba de bajo consumo de energía. La mayoría de las bombas de calor tienen un circuito de condensación total que proveerá el 100% de los requerimientos de agua caliente doméstica.

Durante la operación de la bomba de calor, la energía térmica se transfiere de un circuito a otro, proporcionando calefacción, enfriamiento, deshumidificación y calentamiento de agua para uso doméstico.

Ciclo de calefacción

Durante el ciclo de calefacción las entradas y salidas de calor son como sigue:

Entradas:

1. Energía térmica del suelo
2. Energía del compresor de la bomba de calor
3. Energía del ventilador y/o de la bomba de circulación

Salidas:

1. Calefacción del espacio en el edificio
2. Agua caliente para uso doméstico

Las principales entradas de calor son las de la energía térmica de la tierra y la de la energía del compresor. Para una bomba de calor de 10 KW que tenga un coeficiente de operación de 3, el 66.6% de la energía entregada proviene del suelo y el 33.3% de la energía eléctrica utilizada. Normalmente la cantidad de calor introducida en el sistema por las bombas será pequeña comparada con la energía de la tierra y del compresor. Esas bombas de circulación y los ventiladores se tomarán en consideración al especificar la capacidad y características de la bomba de calor.

El vapor de refrigerante en el circuito primero es comprimido, con lo que aumentan su temperatura y presión. El vapor, con la presión así incrementada, se hace pasar a través del sistema de refrigeración.

El vapor caliente continúa hacia un intercambiador de calor del refrigerante hacia el sistema de distribución que proporciona calefacción al edificio. A medida que el refrigerante cede calor en ese intercambiador, el vapor se condensa hacia el estado líquido. Por lo tanto, durante el ciclo de calefacción, el intercambiador de calor de distribución funciona como un condensador.

El líquido caliente que regresa del condensador para a través de un dispositivo de calibración. Este reduce la presión y causa una reducción correspondiente en la temperatura. El líquido ahora a baja presión y temperatura fluye entonces hacia el evaporador, donde la energía térmica del circuito subterráneo evapora el refrigerante y el ciclo se inicia nuevamente.

Durante el ciclo de calefacción una bomba de circulación mueve agua o solución anticongelante a través del intercambiador de calor enterrado en el suelo. A medida que esta agua circula a través del circuito subterráneo, se calienta por la mayor temperatura de la tierra. El calor es transferido del intercambiador de calor del refrigerante en la bomba de calor basado en agua. Durante esta parte del ciclo el intercambiador de calor de agua a refrigerante sirve como un evaporador, pues cambia el refrigerante líquido a vapor.

Para unidades con desupercalentadores, el gas caliente de la descarga de los compresores pasa a través de un segundo intercambiador de calor de agua a refrigerante que calienta agua para uso doméstico. En este punto, solo una pequeña porción de la energía total disponible (la energía térmica del vapor esta en su condición de sobrecalentado) es removida.

Ciclo de enfriamiento

Durante el ciclo de enfriamiento, las entradas y salidas de calor son las siguientes:

Entradas:

1. Calor ganado por el edificio.
2. Energía del compresor en la bomba de calor.
3. Energía del ventilador y/o de la bomba de circulación.

Salidas:

1. Calor residual hacia el suelo.
2. Agua caliente para uso doméstico.

La extracción de calor durante la generación de enfriamiento será mucho mayor que la requerida para calentar agua para uso doméstico. En una bomba de calor de 10 KW empleada para enfriamiento, la cantidad de calor liberado hacia el suelo es de aproximadamente 15 KW, de los cuales solo aproximadamente el 20% se requeriría para producir agua caliente de uso doméstico. El resto del calor debe ser expulsado por el intercambiador de calor en el suelo hacia la tierra. Durante las operaciones de enfriamiento, el gas caliente a la salida del compresor precalienta el agua caliente de uso doméstico, que es entonces forzada a circular a través del geo cambiador donde se expulsa hacia la tierra. El enfriamiento del espacio se logra haciendo pasar aire caliente a través de la bobina evaporadora fría. El líquido caliente y a alta presión en el condensador se hace pasar a través de una válvula de expansión, de lo que resultan una baja presión y baja temperatura. La evaporación de este vapor es el mecanismo de enfriamiento. Los componentes y su arreglo se pueden ver en la imagen inferior.