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Seleccionar el sistema de climatización para tu hogar, empresa o edificio dependerá de las necesidades de calentamiento en invierno y refrigeración en verano. También influyen las dimensiones de los espacios a climatizar y sus condiciones de aislamiento térmico. En este sentido, climatizar implica proveer a una estancia niveles de temperatura, calidad de aire y humedad suficientes para mantener el confort de las personas. Esto también es válido para la refrigeración, donde la temperatura también debe garantizar la conservación de alimentos y medicinas, principalmente. A continuación revisaremos los principales sistemas de climatización conocidos: la bomba de calor y los sistemas de expansión directa e indirecta.
La bomba de calor entre los sistemas de climatización
Entre las opciones de sistemas de climatización, la bomba de calor está en auge por su sostenibilidad, sencillez y eficiencia. Esta tecnología permite obtener calor en invierno y frío en verano empleando un solo equipo. Incluso, puede proporcionar agua caliente sanitaria.
En esencia, el funcionamiento de la bomba de calor se basa en el principio de la termodinámica. El mismo consiste en el transporte de energía en forma de calor de un ambiente a otro. En función de ello, el sistema toma la energía del entorno – sea aire, agua o tierra- y la transfiere al espacio interior, para calentarlo o enfriarlo, según la estación. Dicho de otro modo, en invierno capta el calor del exterior y lo transfiere a los espacios interiores. Mientras que durante el verano capta el calor del interior y lo transfiere al exterior para refrigerarlos.
Componentes de las bombas de calor y cómo se clasifican
Una bomba de calor consta de un circuito cerrado que contiene un refrigerante que absorbe y proporciona calor en sus cambios de estado: de gaseoso a líquido y viceversa. Este trayecto se conoce como circuito frigorífico y está integrado principalmente por:
- Un evaporador, en el que ocurre el cambio de estado del refrigerante de líquido a vapor para absorber calor.
- El compresor, que como su nombre lo indica, comprime el fluido para elevar su presión.
- Condensador o intercambiador de calor. En este ocurre el cambio de estado del refrigerante de vapor a líquido para proporcionar calor.
- Una válvula de expansión, cuya función es regular la entrada del líquido refrigerante, procedente del condensador, al evaporador.
Existen tres tipos de bombas de calor y su clasificación responde a la naturaleza del medio con el que intercambian calor del exterior:
- Bombas de calor aerotérmicas. Estos sistemas captan el calor de la energía contenida en el aire del ambiente exterior o interior.
- Hidrotérmicas. Consisten en sistemas de agua-aire y agua-agua para climatizar los espacios mediante agua fría o caliente, generada por bombas de calor. Gracias a un sistema de tuberías, el agua se distribuye por la casa o edificio. El calor o el frío llegan a cada estancia a través de radiadores de alta o baja temperatura, suelo radiante/refrescante, fan coils o ventiloconvectores, entre otros.
- Geotérmicas. Estas bombas obtienen el calor de la energía del subsuelo.
En todo caso, las bombas de calor son capaces de generar más calor con un mínimo consumo de energía eléctrica. Por ejemplo, los sistemas aerotérmicos pueden producir entre 3 y 4 kilovatios térmicos con solo 1 kW de electricidad.
Sistemas de climatización de expansión directa
Los HVAC o instalaciones de expansión directa (DX) son sistemas de climatización muy usados, ya que no requieren de gran cantidad de ductos y tuberías. Por esta razón su instalación es más fácil y menos costosa.
Normalmente, en un sistema DX el evaporador está ubicado en la estancia a climatizar. Entonces, al expandirse el refrigerante en la bobina del evaporador, absorberá el calor y enfriará el recinto. Los ejemplos de sistemas de expansión directa son muy comunes: el aire acondicionado de ventana, las unidades empaquetadas y los minisplits.
Ciclo de refrigeración de los sistemas DX
Un sistema DX con bomba de calor emplea una válvula de inversión que invierte el flujo del refrigerante. De esta forma, permite que la bomba de calor funcione como calefacción o refrigeración. En resumen, el ciclo de refrigeración de un sistema de expansión directa sería el siguiente:
El refrigerante se encarga de absorber el calor y lo condensa para generar frío o lo evapora para producir calor. Por consiguiente, el compresor cumple un rol relevante en el momento de cambiar el estado del líquido refrigerante: aumentando la presión del fluido para que se condense con más facilidad. Por el contrario, la válvula de expansión se encarga de disminuir dicha presión, con el fin de facilitar la evaporación del fluido. Igualmente, el compresor se encarga de hacer circular el refrigerante por el serpentín de enfriamiento para disminuir la temperatura del aire.
El sistema emplea serpentines para expandir el refrigerante y en el mismo momento enfriar el aire. En el transcurso del sistema, el gas comprimido pasa por una válvula antes de llegar al serpentín de refrigeración para liberar algo de la presión; permitiendo así su expansión y enfriamiento. El gas fresco pasa al serpentín. En paralelo, el aire externo pasa por el serpentín para enfriar.
Ventajas del sistema de expansión directa
Aparte de los bajos costes de instalación, los sistemas DX aportan otras interesantes ventajas:
- Los sistemas de expansión directa son fáciles de probar, ajustar y equilibrar.
- Apenas requieren espacios mínimos en el techo o la pared para su instalación.
- Por lo general, estos sistemas son equipos de bajo consumo y alta eficiencia energética.
- Sus costes de mantenimiento son relativamente bajos.
- Su nivel de ruido es bajo (NC35).
- Ofrecen confort en condiciones de carga variables.
- Controlan muy bien la humedad relativa.
Sistemas de climatización por expansión indirecta
Los equipos de expansión indirecta son los sistemas de climatización que tienen más facilidad para el control higrométrico o de humedad del aire. Mediante estas instalaciones circula un fluido caloportador, siendo el agua combinada con glicol uno de los más comunes. Por esta razón, también se les denomina enfriadores de agua con bomba de calor o de recuperación de calor. En ellos, el aire se enfría por expansión indirecta del refrigerante.
Se trata de grandes instalaciones que centralizan y distribuyen el aire. En consecuencia, requieren de mucho espacio y de un complejo sistema de ductos para llevar el aire a los puntos de consumo, lo que amerita una alta inversión. Igualmente, estas infraestructuras necesitan de un suministro constante de agua, aspecto que acarrea costes por consumo del líquido y para el control bacteriológico.
Es común que estos sistemas funcionen conjuntamente con unidades de tratamiento de aire, mejor conocidos como fan coils o climatizadores. Aunque también se asocian con radiadores a baja temperatura y suelo radiante.
Las instalaciones de refrigeración indirecta se utilizan para acondicionar el aire en espacios como centros comerciales (malls), supermercados y algunos edificios de oficinas. También son muy empleadas en empresas de productos lácteos y en la fabricación de hielo, ya sea en barras o bloques, e incluso en pistas de patinaje sobre hielo.
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