Los componentes: Intercambiador de calor, compresor y válvula de expansión
Introducción: Los elementos básicos de la bomba de calor
Una bomba de calor consta de cuatro componentes principales que trabajan juntos en un ciclo:
- Evaporador (intercambiador de calor para absorción de calor)
- Compresor (el corazón del sistema)
- Condensador (intercambiador de calor para cesión de calor)
- Válvula de expansión (reducción de presión)
Además está el refrigerante, que circula por todos los componentes. En este artículo examinamos cada componente en detalle.
El intercambiador de calor: Dar y recibir calor
Sin el intercambiador de calor, la tecnología moderna de calefacción y refrigeración sería difícil de imaginar. Este componente cumple la función principal de absorción y cesión de calor.
Principio de funcionamiento
En un intercambiador de calor se intercambia calor entre dos medios, sin que los medios se toquen directamente.
Importante: "Caliente" siempre se mueve hacia "frío" – es el segundo principio de la termodinámica en acción.
La transferencia de calor se produce principalmente mediante:
- Conducción: Transferencia de calor a través de materiales
- Convección: Transporte de calor por medios en movimiento
Ejemplos cotidianos
Encontramos intercambiadores de calor a diario en muchos aparatos:
| Aparato | Absorción de calor | Cesión de calor |
|---|---|---|
| Radiador de coche | Agua de refrigeración caliente | Aire que pasa |
| Frigorífico | Interior | Parte trasera (rejilla) |
| Bomba de calor | Ambiente (aire/tierra) | Agua de calefacción |
Tipos de intercambiadores de calor
Intercambiador de tubos
Estructura:
- Un tubo con medio circulante
- Espacio definido alrededor del tubo con otro medio
- El calor se transfiere a través de la pared del tubo
Ventajas:
Los intercambiadores de tubos destacan sobre todo por su sencillez:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Construcción simple | Pocos componentes |
| Robusto | Insensible a fluctuaciones de presión |
| Fácil mantenimiento | Fácil de limpiar |
| Económico | Fabricación barata |
Desventajas:
La sencillez también tiene limitaciones:
| Desventaja | Explicación |
|---|---|
| Menor eficiencia | Superficie de transferencia más pequeña |
| Mayor necesidad de espacio | Requiere más volumen |
Intercambiador de placas
Estructura:
- Varias placas con pequeños espacios intermedios
- Medio caliente y frío alternados
- Dirección de flujo opuesta para máxima eficiencia
Ventajas:
El diseño compacto ofrece ventajas decisivas:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Alta eficiencia | Gran superficie |
| Compacto | Poco espacio necesario |
| Ampliable de forma flexible | Se pueden añadir placas |
Desventajas:
La mayor complejidad también tiene inconvenientes:
| Desventaja | Explicación |
|---|---|
| Mayor coste | Fabricación más compleja |
| Sensible a la presión | Juntas susceptibles |
| Más difícil de limpiar | Muchos canales pequeños |
Uso en bombas de calor
En las bombas de calor se utilizan diferentes tipos de intercambiadores según la posición:
| Posición | Denominación | Tipo de intercambiador |
|---|---|---|
| Entrada | Evaporador | Tubo con aletas o placas |
| Salida | Condensador | Intercambiador de placas soldadas |
El compresor: El corazón del sistema
Este componente es responsable de la compresión del refrigerante. Mediante la compresión, la temperatura sube a un nivel aprovechable.
Principio de funcionamiento
- El refrigerante gaseoso es aspirado desde el evaporador
- El compresor comprime mecánicamente el gas
- La presión aumenta → La temperatura aumenta
- El gas caliente se conduce al condensador
El compresor es el verdadero "bombeo" en la bomba de calor.
Estructura
Un compresor consta de:
- Unidad de accionamiento: Normalmente un motor eléctrico
- Zona de compresión: Rotores o pistones
Tipos de compresor
Compresor scroll (estándar para bombas de calor)
Principio de funcionamiento:
- Dos elementos en forma de espiral
- Uno fijo, uno móvil
- El movimiento excéntrico comprime el gas
Ventajas:
Los compresores scroll se han establecido como estándar por buenas razones:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Muy silencioso | Sin movimientos bruscos |
| Alto rendimiento | Compresión eficiente |
| Larga vida útil | Poco desgaste |
| Suministro constante | Funcionamiento uniforme |
Compresor inverter (moderno)
Combina el compresor scroll con un convertidor de frecuencia:
- La velocidad del motor es variable
- Adapta la potencia a la demanda
- Sin encendido/apagado constante → menos desgaste
Ventajas:
La velocidad variable aporta ventajas decisivas:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Eficiente energéticamente | Solo la potencia necesaria |
| Silencioso | Sin ruidos de arranque |
| Duradero | Carga reducida |
| Regulación precisa | Temperatura constante |
Otros tipos de compresor
Además de los mencionados, existen otros tipos de compresor para aplicaciones especiales:
| Tipo | Aplicación |
|---|---|
| Compresor de pistón | Grandes instalaciones de refrigeración |
| Compresor rotativo | Pequeños aparatos de climatización |
| Turbocompresor | Instalaciones industriales |
La válvula de expansión: El antagonista
La válvula de expansión es el antagonista del compresor. Regula el reflujo del refrigerante desde el condensador al evaporador.
Principio de funcionamiento
Tras la cesión de calor en el condensador, el refrigerante todavía tiene:
- Presión elevada
- Temperatura elevada
La válvula de expansión:
- Reduce la presión mediante liberación controlada
- Con ello disminuye la temperatura
- El refrigerante está listo para el siguiente ciclo
Tipos de válvula
Válvulas de expansión no reguladas
- Construcción simple
- Abertura fija
- Para sistemas simples (p. ej., frigoríficos)
Válvulas de expansión reguladas
- Ajusta automáticamente el caudal
- Reacciona a temperatura y presión
- Estándar para bombas de calor
Mediante la regulación se puede ajustar con precisión la potencia calorífica.
El refrigerante: El líquido mágico
Sin las propiedades especiales del refrigerante, las bombas de calor no podrían funcionar.
¿Qué hace especial a un refrigerante?
Los refrigerantes tienen propiedades físicas especiales que los hacen ideales para este uso:
| Propiedad | Significado |
|---|---|
| Punto de ebullición bajo | Se evapora ya a temperaturas bajas |
| Alta capacidad calorífica | Absorbe mucho calor |
| Cambio de fase | Cambia eficientemente entre líquido y gaseoso |
Refrigerante vs. líquido refrigerante
Atención: ¡Estos términos se confunden a menudo! Un vistazo a las diferencias muestra claras distinciones:
| Refrigerante | Líquido refrigerante | |
|---|---|---|
| Estado de agregación | Cambia (líquido ↔ gaseoso) | Permanece igual |
| Transferencia de calor | Por cambio de fase | Solo por flujo |
| Aplicación | Bombas de calor, aire acondicionado | Refrigeración de motores |
Refrigerantes utilizados
Refrigerantes naturales
Los refrigerantes naturales son más respetuosos con el medio ambiente, pero cada uno tiene ventajas y desventajas específicas:
| Denominación | Propiedades |
|---|---|
| Propano (R290) | Respetuoso con el medio ambiente, ligeramente inflamable |
| CO2 (R744) | No inflamable, alta presión |
| Amoníaco (R717) | Muy eficiente, tóxico |
Refrigerantes sintéticos
Los refrigerantes sintéticos están siendo sustituidos progresivamente por alternativas más respetuosas con el medio ambiente:
| Denominación | Estado |
|---|---|
| R410A | Todavía permitido, pero en extinción |
| R32 | Estándar moderno |
| R1234yf | Tecnología del futuro |
Refrigerantes prohibidos
Debido a normativas medioambientales y de seguridad están prohibidos:
- CFC (p. ej., R11) – Destructores de la capa de ozono
- HCFC (p. ej., R22) – Gas de efecto invernadero
- A partir de 2025: Más HFC con alto PCA
PCA (Potencial de Calentamiento Atmosférico): Medida del potencial de efecto invernadero de una sustancia.
La interacción de todos los componentes
Evaporador (exterior)
│
│ Gas (frío)
↓
Compresor ←── Electricidad
│
│ Gas (caliente, alta presión)
↓
Condensador (interior)
│
│ Líquido (templado)
↓
Válvula de expansión
│
│ Líquido (frío, baja presión)
↓
de vuelta al evaporadorEl flujo de energía
- Calor ambiental (gratis) → Evaporador
- Corriente eléctrica → Compresor
- Calor útil → Calefacción
Lo especial: ¡Por 1 kWh de electricidad se obtienen 3–5 kWh de calor!
Conclusión
Resumen: Cada componente tiene su funcion especifica en el sistema global. El evaporador absorbe calor del ambiente, el compresor aumenta la temperatura, el condensador cede calor a la calefaccion y la valvula de expansion reduce presion y temperatura. El refrigerante transporta el calor entre los componentes. Solo en perfecta coordinacion funciona la bomba de calor de forma eficiente.
Continúa: En el siguiente artículo Indicadores clave y dimensionamiento de bombas de calor descubrirá cómo elegir la bomba de calor adecuada para su vivienda.
La serie completa de artículos sobre bombas de calor
- El anti-frigorífico: ¿Cómo funciona una bomba de calor? – Fundamentos
- Los componentes: Intercambiador de calor, compresor y válvula de expansión – Está aquí
- Indicadores clave y dimensionamiento de bombas de calor – COP, SPF y más
- Modos de funcionamiento: Monovalente, bivalente e híbrido – Modos de funcionamiento
- Tipos de bombas de calor y el tándem perfecto con instalaciones solares – Aire-agua, tierra-agua y solar