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Termodinámica.
Transformación de la energía

Procesos termodinámicos en la aerotermia

Procesos termodinámicos en la aerotermia

La aerotermia es una tecnología avanzada que utiliza la energía contenida en el aire para proporcionar calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria en los edificios.

Es una forma eficiente y sostenible de energía, ya que aprovecha una fuente renovable y prácticamente inagotable: el aire exterior.

¿Qué es la aerotermia?

La aerotermia se basa en el uso de bombas de calor, dispositivos que transfieren energía térmica de un lugar a otro utilizando un ciclo de refrigeración inverso. Estos sistemas pueden captar calor del aire exterior, incluso en condiciones frías, y transferirlo al interior de un edificio para calentarlo. De manera similar, pueden extraer calor del interior de un edificio y liberarlo al exterior para enfriar el ambiente.

Principios termodinámicos en la aerotermia

Para entender cómo funciona una bomba de calor aerotérmica, es importante conocer los principios básicos de la termodinámica que intervienen en su funcionamiento:

  1. Primera ley de la termodinámica (conservación de la energía): Esta ley establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra. En una bomba de calor, la energía térmica se transfiere del aire exterior al interior del edificio (o viceversa) mediante un ciclo de compresión y expansión de un refrigerante.
  2. Segunda ley de la termodinámica: Esta ley establece que el calor siempre fluye de un cuerpo caliente a uno frío de forma natural. Sin embargo, con el uso de energía eléctrica (trabajo), una bomba de calor puede invertir este flujo natural, extrayendo calor de una fuente fría (aire exterior en invierno) y transfiriéndolo a una fuente caliente (el interior del edificio).

Funcionamiento de la bomba de calor aerotérmica

Diagrama y esquema de funcionamiento de la aerotermiaAhora que ya conocemos las dos leyes de la termodinámica que intervienen en nuestro proceso, vamos a analizar el funcionamiento de estas máquinas térmicas.

El funcionamiento de una bomba de calor aerotérmica se basa en un ciclo termodinámico compuesto por cuatro procesos principales: evaporación, compresión, condensación y expansión. Veamos cada uno de ellos:

  1. Evaporación (proceso endotérmico): El ciclo comienza en el evaporador, donde el refrigerante absorbe calor del aire exterior. Aunque el aire esté frío, el refrigerante tiene una temperatura aún más baja, lo que permite que el calor fluya hacia el refrigerante, haciéndolo evaporar y convirtiéndolo en gas.
  2. Compresión (proceso adiabático): El refrigerante en estado gaseoso se dirige hacia el compresor. Aquí, se comprime, lo que aumenta su temperatura y presión. Este proceso requiere trabajo mecánico, generalmente proporcionado por un motor eléctrico.
  3. Condensación (proceso exotérmico): El gas caliente y a alta presión se mueve hacia el condensador, donde transfiere su calor al sistema de calefacción del edificio (agua o aire) por conducción térmica a través de un intercambiador de calor. Al perder calor, el refrigerante se condensa, pasando de gas a líquido.
  4. Expansión (proceso adiabático): Finalmente, el refrigerante líquido pasa por una válvula de expansión, donde su presión disminuye drásticamente. Esto hace que su temperatura también baje, preparándolo para volver al evaporador y reiniciar el ciclo.

Eficiencia energética

La eficiencia de una bomba de calor se mide por el Coeficiente de Rendimiento (COP, por sus siglas en inglés), que es la relación entre la energía térmica proporcionada al edificio y la energía eléctrica consumida por la bomba de calor. Un COP alto indica una mayor eficiencia.

Por ejemplo, un COP de 4 significa que por cada unidad de energía eléctrica consumida, la bomba de calor entrega cuatro unidades de energía térmica.

Ventajas e inconvenientes

La aerotermia presenta varias ventajas:

  1. Eficiencia energética: Las bombas de calor aerotérmicas son muy eficientes, con COPs que pueden alcanzar entre 3 y 5, dependiendo de las condiciones.
  2. Versatilidad: Pueden proporcionar calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria con el mismo sistema, adaptándose a diferentes necesidades a lo largo del año.
  3. Ahorro económico: A pesar de la inversión inicial, el ahorro en costos de energía a largo plazo es significativo.

Aunque la aerotermia tiene muchas ventajas, también presenta algunos inconvenientes:

  1. Condiciones climáticas: La eficiencia de las bombas de calor puede disminuir en climas extremadamente fríos, aunque las tecnologías más avanzadas están diseñadas para funcionar eficientemente incluso en condiciones adversas.
  2. Coste inicial: La instalación de un sistema de aerotermia puede ser costosa, aunque las ayudas y subvenciones pueden mitigar este problema.
  3. Espacio: Las unidades exteriores requieren espacio adecuado para su instalación.

Comparativa con la energía solar térmica

La aerotermia y la energía solar térmica son tecnologías eficientes y sostenibles para la climatización y producción de agua caliente sanitaria.

Por un lado, la aerotermia destaca por su alta eficiencia, con un Coeficiente de Rendimiento (COP) entre 3 y 5, lo que permite generar varias veces más energía térmica que la consumida en energía eléctrica. Es versátil, ya que puede proporcionar calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria, independientemente de la luz solar, y requiere menos mantenimiento. Sin embargo, su eficiencia puede disminuir en climas fríos y el coste inicial de instalación es elevado.

Por otro lado, la energía solar térmica utiliza la radiación solar, una fuente de energía renovable y gratuita, no emite gases de efecto invernadero y los costes operativos tras la instalación son bajos. Es ideal para la producción de agua caliente y calefacción en regiones soleadas, aunque depende de la disponibilidad de luz solar y puede necesitar protección contra la congelación en climas fríos. Además, requiere mantenimiento regular y espacio adecuado para los colectores solares, con un coste inicial también alto.

En comparación, la aerotermia es más fiable en diversas condiciones climáticas y más adecuada para uso durante todo el año, mientras que la solar térmica es altamente eficiente en climas soleados pero menos efectiva para refrigeración y en climas fríos.

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Data de publicació: 13 de junio de 2024
Última revisió: 13 de junio de 2024