¿Cómo es posible que la aerotermia tenga un rendimiento superior al 100%? ¿Crea energía?
La aerotermia está de moda, y poco a poco va asumiendo un papel central como alternativa verde para la climatización y obtención de agua caliente sanitaria (ACS) Aunque sustituye a los tradicionales calentadores de agua, el sistema se considera una fuente de energía renovable porque su rendimiento supera el 100%.
La forma en que funciona básicamente la aerotermia es aprovechando la energía térmica del aire, una fuente de energía renovable presente en todo el planeta con cero CO2 emisiones. Hoy está ganando popularidad gracias a otros desarrollos tecnológicos que le han permitido hacerlo, aunque su coste inicial sigue siendo elevado. Evidentemente no tiene competencia en cuanto a ahorro y bajo impacto medioambiental. Echemos un vistazo más de cerca a este sistema.
¿Qué es la aerotermia y para qué sirve?
A la hora de calentar o enfriar nuestros espacios de vida, oficinas, centros de recreación, etc., contamos con una variedad de recursos naturales que nos ayudan, así como máquinas que nos mantienen a una temperatura agradable. Hay una variedad de opciones disponibles, desde quemar combustible (gas natural) o material (pellets) hasta usar energía limpia, como una bomba de calor impulsada por energía verde.
Un extremo solución de eficiencia energética con bajo impacto ambiental es aerotermia. Este tipo de máquina calienta y enfría, luego reemplaza o integra los calentadores de agua (gas natural, GLP, diesel) así como las unidades de aire acondicionado (evaporadores y split).
Esto significa que el sistema se puede instalar tanto industrialmente como en centros comerciales, oficinas, hogares, etc. Por supuesto, dado que la tecnología en cuestión se ha desarrollado recientemente, y dado que funciona con calefacción por suelo radiante, no es una opción muy asequible en este momento.
En cuanto a los profesionales, este sistema es realmente simple y requiere poco mantenimiento. Además, distribuye el calor y el enfriamiento de manera uniforme en todos los edificios. Su consumo de energía, que es eléctrico, es mucho menor que el de otros sistemas. No apagar CO2 es sin duda un valor importante.
Para funcionar, la aerotermia necesita varias cosas: acceso al aire exterior, como aire acondicionado, y electricidad. Si queremos aprovechar todo su potencial, se pueden utilizar radiadores especiales de baja temperatura o suelo radiante. Ambos aumentan el costo inicial.
¿Cómo funciona un sistema de aerotermia?
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Retrocedamos por un momento al mundo del ocio y demos un paseo en bicicleta. En uno de nuestros viajes, notamos que uno de los neumáticos está un poco desinflado. Bajamos, tomamos la bomba y la inflamos, notando que el tubo se ha calentado … junto con nuestros músculos. La física contiene la explicación.
La bomba de bicicleta funciona aumentando la presión del aire en el tubo. Cuando eso sucede (¿quién recuerda la fórmula de la escuela sobre los gases ideales, P · V = n · R · T?) El aire se calienta. La aerotermia usa un sistema similar para elevar la temperatura en un circuito cerrado y luego usarlo para mover el calor de un lugar a otro.
Máquinas de aire acondicionado
Muchos de nosotros ya usamos aerotermia para aire acondicionado en casa. Tenemos una unidad exterior (el casete) y una unidad interior (el split), que generalmente se montan en la pared. Ambos están conectados por un circuito cerrado con gas refrigerante.
Es este circuito el que transporta el calor del interior al exterior de la casa, como si se tratara de una cinta transportadora. Dentro del espacio habitable, sentimos aire frío porque la partición toma nuestro aire caliente, lo enfría y lo devuelve a la habitación. El refrigerante enfría el aire interior, que se bombea de acuerdo con este esquema básico:
Un compresor eleva aún más la temperatura con este gas caliente, por lo que es fácil perder energía cuando dejamos que el aire exterior entre en contacto con sus tubos en el casete. El gas refrigerante, ahora enfriado, continúa su regreso a la casa, pero primero lo expandimos para que su temperatura baje aún más.
¿Una bomba de calor vía aerotermia?
Aerotermia puede él calentar espacios habitables sin cambiar esta maquinaria, pero para ello necesitamos un condensador con válvula de cuatro cilindros que invierta el proceso. Entonces, la «cinta transportadora de calor» ahora se mueve en la dirección opuesta. Y sí, el circuito todavía se llama «enfriamiento»:
De hecho, la nomenclatura técnica es bastante compleja porque estas máquinas, ya sea que suministren aire frío o caliente, se denominan «bombas de calor». Ya sea refrigeración o calefacción, el circuito interno contiene «refrigerante».
Aerotermia para ACS y calentamiento de agua
Hasta ahora hemos visto aerotermia convencional. La aerotermia ACS y el calentamiento de agua dan un paso adelante. En lugar de calentar o enfriar el aire, calienta o enfría el agua. Esto nos permite utilizar la aerotermia con circuito de radiador o disponer de agua caliente para ducharnos:
El Agua Caliente Sanitaria funciona con un circuito abierto a las aguas grises que acaba por el desagüe, mientras que el circuito del radiador es cerrado y circular. Como la aerotermia puede empujar agua muy fría a través de este segundo circuito, se recomienda cambiar a radiadores de baja temperatura o incluso a suelo radiante. Esto significa mayores costos, pero es rentable a largo plazo debido al bajo consumo de energía del sistema.
El aire tiene mucha energía interna que se puede aprovechar
Quizás el lector se esté preguntando: «¿Cómo es posible que la aerotermia pueda calentar un espacio habitable en invierno?, si el aire exterior es frío? Si es de -5 ° C, ¿podemos hacer que sea de 25 ° C en interiores? Si no hay calor, ¿es posible extraer energía? «El problema con estas preguntas es la escala a la que medimos la energía que nos rodea.
En 1742, Celsius fijó arbitrariamente los números 100ºC y 0ºC como los puntos de ebullición y congelación del agua, respectivamente. Un año después, Jean-Pierre Christin invirtió esa escala, pero seguía siendo una forma voluble de medir.
La verdad es que el hielo también tiene una cantidad significativa de calor, y términos como «hielo superficial frío» y «hielo caliente convectivo» se utilizan en astrofísica. Por ejemplo, tomemos la luna Europa. Hay mucho calor allí, si sabes dónde buscarlo:
William Thomson tardó un siglo en descubrir que existe una temperatura mínima en el universo («cero absoluto»), que es -273,15 ° C por debajo del punto de congelación del agua. Había encontrado la escala de temperatura absoluta, aunque no le prestamos mucha atención.
Como resultado, creemos que 0 ° C es la línea divisoria entre el calor y el frío, pero la aerotermia puede extraer fácilmente energía de entornos de -10 ° C, del mismo modo que podemos quemarnos las manos con la bomba mientras inflamos el neumático de nuestra bicicleta en invierno.
¿Por qué se considera una fuente de energía renovable?
Gracias a esta propiedad anterior, la aerotermia se considera una fuente de energía renovable con rendimiento entre 300% y 400%. El rendimiento es un concepto de ingeniería que puede parecer complejo pero que consiste en realizar una operación sencilla. El rendimiento de cualquier máquina se calcula dividiendo la energía útil obtenida por la energía total utilizada para su funcionamiento. Es así de simple:
En el caso de la aerotermia, la energía útil se calcula en calefacción o refrigeración, según se quiera hacer frío o calor, y la energía suministrada en vatios de electricidad. Por supuesto, estos tienen sus propias conversiones y campos de aplicación. Pero dejando a un lado los cálculos aburridos, podemos decir que el rendimiento supera el 100%.
¿Recibimos más energía de la que ponemos en el coche? Si y no. Nos ponemos más calientes o más fríos proporcionalmente al costo de la electricidad entregada. Si volvemos a los diagramas anteriores, podemos ver que las máquinas están recibiendo un suministro significativo de aire caliente. Esta es la clave: la energía del aire es gratis.
En los cálculos solo contamos la energía que nos cuesta obtener, no la obtenemos renovables del medio ambiente. El aire se carga de calor, incluso muy frío, y la aerotermia es capaz de aprovecharlo. Si ponemos esto en el cálculo de calor inicial, calcularemos la eficiencia del ciclo, que es inferior al 100%.
¿Cómo afecta esto a la eficiencia energética de los edificios?
Para facilitar la lectura, analizamos un sistema de calefacción de aire doméstico. Verlo es más fácil para los novatos que sistemas de aire acondicionado industrial, pero, por supuesto, estas máquinas también se pueden utilizar en grandes edificios. Centros comerciales, hospitales, oficinas …
El ciclo es el mismo, y también la física involucrada. Lo único que cambia es el tamaño. El cassette o la unidad exterior ocupa una habitación grande en lugar de solo un metro. Pero la mecánica es la misma: el calor se extrae del aire exterior y se transporta al interior, o viceversa, a través de un compresor, un evaporador y dos circuitos separados para el gas refrigerante y el agua.
La aerotermia se comporta de manera diferente a otros tipos de aire acondicionado. Por ejemplo, progresa más gradualmente y tiende a tener cierta inercia térmica. Esto es perfecto para temperaturas estables conocidas y predecibles, ya que evitará que el sistema tenga que ajustarse constantemente.
Aquí surge el valor de otro tipo de tecnología que permite la introducción exitosa de la aerotermia: monitoreo de aire acondicionado e historial de datos. En los hogares los llamamos termostatos y tienen un diseño suave e intuitivo; en el ámbito industrial se denominan BMS (Building Management Systems) y se integran con decenas de sistemas.
Si la aerotermia se puede utilizar tanto en hogares como en grandes superficies, es porque ahora podemos regular el movimiento de la energía minuto a minuto en función de una temperatura agradable y la temperatura esperada, tanto en interiores como en exteriores. del edificio. Los datos juegan un papel muy importante, por lo que tanto el BMS como los termostatos domésticos están conectados a Internet.
Como sistema de aire acondicionado renovable, la aerotermia no tiene rival en términos de eficiencia y costos operativos. Por otro lado, implica una importante remodelación de maquinaria y sistemas de distribución de calefacción y refrigeración, junto con una costosa inversión inicial. Sin embargo, esto seguirá disminuyendo gradualmente, ya que el mercado reduce los costos debido a la demanda.
