¬ŅC√≥mo es posible que la aerotermia tenga un rendimiento superior al 100%? ¬ŅCrea energ√≠a?

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.

¬ŅQu√© es la aerotermia y para qu√© 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.

¬ŅC√≥mo funciona un sistema de aerotermia?

Imagen que muestra a una persona bombeando la rueda de una bicicleta

Foto de Yourbestdigs.com

Retrocedamos por un momento al mundo del ocio y demos un paseo en bicicleta. En uno de nuestros viajes, notamos que uno de los neum√°ticos est√° un poco desinflado. Bajamos, tomamos la bomba y la inflamos, notando que el tubo se ha calentado ‚Ķ junto con nuestros m√ļsculos. La f√≠sica contiene la explicaci√≥n.

La bomba de bicicleta funciona aumentando la presi√≥n del aire en el tubo. Cuando eso sucede (¬Ņqui√©n recuerda la f√≥rmula 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.

M√°quinas 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 est√°n 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:

Diagrama que refleja el funcionamiento de la bomba de calor cuando está en modo frío

Un compresor eleva a√ļn m√°s la temperatura con este gas caliente, por lo que es f√°cil perder energ√≠a cuando dejamos que el aire exterior entre en contacto con sus tubos en el casete. El gas refrigerante, ahora enfriado, contin√ļa su regreso a la casa, pero primero lo expandimos para que su temperatura baje a√ļn m√°s.

¬ŅUna bomba de calor v√≠a aerotermia?

Aerotermia puede √©l calentar espacios habitables sin cambiar esta maquinaria, pero para ello necesitamos un condensador con v√°lvula de cuatro cilindros que invierta el proceso. Entonces, la ¬ęcinta transportadora de calor¬Ľ ahora se mueve en la direcci√≥n opuesta. Y s√≠, el circuito todav√≠a se llama ¬ęenfriamiento¬Ľ:

Diagrama que refleja el funcionamiento de la bomba de calor cuando está en modo calefacción

De hecho, la nomenclatura t√©cnica es bastante compleja porque estas m√°quinas, ya sea que suministren aire fr√≠o o caliente, se denominan ¬ębombas de calor¬Ľ. Ya sea refrigeraci√≥n o calefacci√≥n, el circuito interno contiene ¬ęrefrigerante¬Ľ.

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 desag√ľe, mientras que el circuito del radiador es cerrado y circular. Como la aerotermia puede empujar agua muy fr√≠a a trav√©s 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 energ√≠a del sistema.

El aire tiene mucha energía interna que se puede aprovechar

Quiz√°s el lector se est√© preguntando: ¬ę¬ŅC√≥mo es posible que la aerotermia pueda calentar un espacio habitable en invierno?, si el aire exterior es fr√≠o? Si es de -5 ¬į C, ¬Ņpodemos hacer que sea de 25 ¬į C en interiores? Si no hay calor, ¬Ņes posible extraer energ√≠a? ¬ęEl problema con estas preguntas es la escala a la que medimos la energ√≠a que nos rodea.

En 1742, Celsius fij√≥ arbitrariamente los n√ļmeros 100¬ļC y 0¬ļC como los puntos de ebullici√≥n y congelaci√≥n del agua, respectivamente. Un a√Īo despu√©s, Jean-Pierre Christin invirti√≥ esa escala, pero segu√≠a siendo una forma voluble de medir.

La verdad es que el hielo tambi√©n tiene una cantidad significativa de calor, y t√©rminos como ¬ęhielo superficial fr√≠o¬Ľ y ¬ęhielo caliente convectivo¬Ľ se utilizan en astrof√≠sica. Por ejemplo, tomemos la luna Europa. Hay mucho calor all√≠, si sabes d√≥nde buscarlo:

Imagen de una capa de hielo rota en pedazos

William Thomson tard√≥ un siglo en descubrir que existe una temperatura m√≠nima en el universo (¬ęcero absoluto¬Ľ), que es -273,15 ¬į C por debajo del punto de congelaci√≥n del agua. Hab√≠a encontrado la escala de temperatura absoluta, aunque no le prestamos mucha atenci√≥n.

Como resultado, creemos que 0 ¬į C es la l√≠nea divisoria entre el calor y el fr√≠o, pero la aerotermia puede extraer f√°cilmente energ√≠a de entornos de -10 ¬į C, del mismo modo que podemos quemarnos las manos con la bomba mientras inflamos el neum√°tico de nuestra bicicleta en invierno.

¬ŅPor qu√© se considera una fuente de energ√≠a renovable?

Gracias a esta propiedad anterior, la aerotermia se considera una fuente de energ√≠a renovable con rendimiento entre 300% y 400%. El rendimiento es un concepto de ingenier√≠a que puede parecer complejo pero que consiste en realizar una operaci√≥n sencilla. El rendimiento de cualquier m√°quina se calcula dividiendo la energ√≠a √ļtil obtenida por la energ√≠a total utilizada para su funcionamiento. Es as√≠ de simple:

f√≥rmula de rendimiento, energ√≠a √ļtil dividida por la energ√≠a suministrada

En el caso de la aerotermia, la energ√≠a √ļtil se calcula en calefacci√≥n o refrigeraci√≥n, seg√ļn se quiera hacer fr√≠o o calor, y la energ√≠a suministrada en vatios de electricidad. Por supuesto, estos tienen sus propias conversiones y campos de aplicaci√≥n. Pero dejando a un lado los c√°lculos aburridos, podemos decir que el rendimiento supera el 100%.

¬ŅRecibimos m√°s energ√≠a de la que ponemos en el coche? Si y no. Nos ponemos m√°s calientes o m√°s fr√≠os proporcionalmente al costo de la electricidad entregada. Si volvemos a los diagramas anteriores, podemos ver que las m√°quinas est√°n recibiendo un suministro significativo de aire caliente. Esta es la clave: la energ√≠a 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%.

f√≥rmula matem√°tica que determina el resultado de la suma de la energ√≠a √ļtil m√°s la energ√≠a del aire dividida por la energ√≠a suministrada

¬ŅC√≥mo afecta esto a la eficiencia energ√©tica 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 tambi√©n la f√≠sica involucrada. Lo √ļnico que cambia es el tama√Īo. El cassette o la unidad exterior ocupa una habitaci√≥n grande en lugar de solo un metro. Pero la mec√°nica es la misma: el calor se extrae del aire exterior y se transporta al interior, o viceversa, a trav√©s de un compresor, un evaporador y dos circuitos separados para el gas refrigerante y el agua.

conductos de aire acondicionado en una infraestructura industrial

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.

Aqu√≠ surge el valor de otro tipo de tecnolog√≠a que permite la introducci√≥n exitosa de la aerotermia: monitoreo de aire acondicionado e historial de datos. En los hogares los llamamos termostatos y tienen un dise√Īo suave e intuitivo; en el √°mbito 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.