La aerotermia está de moda, y poco a poco está asumiendo un papel central como alternativa verde para el aire acondicionado y la obtención de agua caliente sanitaria (SHW). Aunque es un sustituto de los calentadores de agua tradicionales, el sistema se considera una fuente. De energías renovables porque su rendimiento supera el 100%.
La forma en que básicamente funciona la aerotermia es aprovechando la energía térmica del aire, una fuente de energía renovable presente en todo el planeta con cero emisiones de CO 2. Hoy está ganando popularidad gracias a otros desarrollos tecnológicos que le han permitido hacerlo, a pesar de que su costo inicial sigue siendo alto. Por supuesto, no tiene competencia en términos de ahorro y su bajo impacto ambiental. Echemos un vistazo más de cerca a este sistema.
¿Qué es la aerotermia y para qué sirve?
Cuando se trata de calentar o enfriar nuestros espacios de vida, oficinas, centros de ocio, etc., tenemos 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.
Una solución de eficiencia energética extrema con bajo impacto ambiental es la aerotermia. Este tipo de máquina calienta y enfría, por lo que reemplaza o complementa los calentadores de agua (gas natural, GLP, diésel) y las unidades de aire acondicionado (evaporadores y splits).
Esto significa que el sistema puede instalarse a nivel industrial, así como en centros comerciales, oficinas, hogares, etc. Por supuesto, dado que la tecnología actual se desarrolló recientemente y que se ejecuta mediante calefacción por suelo radiante, no es un problema. Opción muy asequible en este momento.
En cuanto a los profesionales, este sistema es verdaderamente 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 en otros sistemas. No emitir CO 2 es sin duda un valor importante.
Para funcionar, la aerotermia necesita varias cosas: acceso al aire exterior, como un aire acondicionado, y energía eléctrica. Si queremos aprovechar todo su potencial, puede utilizar radiadores especializados de baja temperatura o calefacción por suelo radiante. Ambos incrementan el costo inicial.
¿Cómo funciona un sistema de aerotermia?
Demos un paso atrás por un segundo al mundo del ocio, y demos una vuelta en nuestra bicicleta. En uno de nuestros viajes, notamos que uno de los neumáticos es un poco plano. Nos bajamos, conseguimos la bomba y la inflamos, notando que el tubo se ha calentado … junto con nuestros músculos. La física sostiene la explicación.
La bomba de bicicleta funciona aumentando la presión de aire en el tubo. Cuando eso sucede (¿quién recuerda esa fórmula de la escuela sobre los gases ideales, P · V = n · R · T?), El aire se calienta. La aerotermia utiliza un sistema similar para elevar la temperatura en un circuito cerrado y luego lo utiliza para mover el calor de un lugar a otro.
Máquinas de aire acondicionado
Muchos de nosotros ya usamos la aerotermia para el aire acondicionado en el hogar. Tenemos una unidad exterior (el cassette) y una interior (la división), 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 desde el interior hacia el exterior de la vivienda, como si fuera una cinta transportadora. Dentro de la sala de estar, sentimos aire frío porque la división es tomar nuestro aire caliente, enfriarlo y volver a colocarlo en la habitación. El refrigerante enfría el aire interior, que se bombea siguiendo este esquema básico:
Un compresor aumenta la temperatura aún más con este gas caliente, por lo que es fácil que se pierda energía cuando dejamos que el aire exterior entre en contacto con sus tubos en el casete. El gas refrigerante, ahora enfriado, continúa su camino de regreso a nuestra casa, pero primero lo expandimos para que su temperatura disminuya aún más.
¿Una bomba de calor vía aerotermia?
La aerotermia puede calentar espacios de vida sin cambiar esta maquinaria, pero para hacer esto, necesitamos un condensador con una válvula de cuatro cilindros que invierta el proceso. Así que la «cinta transportadora de calor» ahora se está moviendo en la dirección opuesta. Y sí, el circuito todavía se llama «enfriamiento».
De hecho, la nomenclatura técnica es bastante compleja porque estas máquinas, ya sean de aire caliente o frío, se denominan «bombas de calor». Ya sea que se enfríen o calienten, el circuito interior tiene «refrigerante» en su interior.
Aerotermia para SHW y calentamiento de agua.
Hasta ahora, hemos visto la aerotermia convencional. La aerotermia para SHW y calentamiento de agua lleva las cosas un paso más allá. En lugar de calentar o enfriar el aire, calienta o enfría el agua. Esto nos permite utilizar la aerotermia con un circuito de radiadores o para que tengamos agua caliente para tomar una ducha:
El Agua caliente sanitaria funciona con un circuito que está abierto a aguas grises que terminan en el desagüe, mientras que el circuito de los radiadores es cerrado y circular. Dado que la aerotermia es capaz de empujar agua muy fría a través de este segundo circuito, se recomienda cambiar a radiadores de baja temperatura, o incluso a calefacción por suelo radiante. Esto significa mayores costos, pero es rentable a largo plazo debido al bajo consumo del sistema.
El aire tiene mucha energía interna que puede ser aprovechada.
Quizás el lector se esté preguntando: “¿Cómo es posible que la aerotermia caliente un espacio habitable en invierno, si el aire exterior es frío? Si está a -5ºC, ¿podemos hacerlo dentro de 25ºC? Si no hay calor, ¿se puede extraer energía? «El problema con estas preguntas es la escala con la que medimos la energía que nos rodea.
En 1742, Celsius fijó arbitrariamente los números de 100ºC y 0ºC como los puntos de ebullición y congelación del agua, respectivamente. Un año más tarde, Jean-Pierre Christin invirtió esa escala, pero todavía era una forma inconstante de medir.
La verdad es que incluso el hielo tiene una cantidad considerable de calor, y en astrofísica, se utilizan términos como «hielo de superficie fría» y «hielo convectivo caliente». Por ejemplo, tomemos la luna. Hay mucho calor allí, si sabes dónde buscarlo:
William Thomson tardó un siglo en descubrir que hay una temperatura mínima en el universo («cero absoluto») y que está a -273.15ºC por debajo del punto de congelación del agua. Había encontrado la escala de temperatura absoluta, aunque no le prestamos mucha atención.
Como resultado, pensamos que 0ºC es la línea entre el calor y el frío, pero la aerotermia puede extraer fácilmente la energía de los ambientes a -10ºC, al igual que podemos quemarnos las manos en la bomba mientras inflamos el neumático de nuestra bicicleta en el 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 un rendimiento entre el 300% y el 400%. El rendimiento es un concepto de ingeniería que puede parecer complejo, pero consiste en realizar una operación simple. El rendimiento de cualquier máquina se calcula dividiendo la energía útil obtenida por la energía total utilizada para que funcione. Es tan simple como eso:
En el caso de la aerotermia, la energía útil se calcula en calefacción o refrigeración, dependiendo de si queremos que sea caliente o frío, y la energía suministrada en vatios de electricidad. Por supuesto, estos tienen sus propias conversiones y campos de aplicación. Pero saltando los cálculos aburridos, podemos decir que el rendimiento supera el 100%.
¿Obtenemos más energía de la que ponemos en la máquina? Sí y no. Obtenemos más calor o frío proporcionalmente al gasto eléctrico. Si volvemos a los diagramas anteriores, podemos ver que las máquinas reciben un suministro significativo de aire caliente. Esa es la clave: la energía del aire es libre.
En los cálculos, solo contamos la energía que nos cuesta obtener, no lo que obtenemos de forma renovable del medio ambiente. El aire se carga con calor, incluso con aire muy frío, y la aerotermia puede aprovecharlo. Si ponemos esto en el cálculo de calor inicial, estaríamos calculando la eficiencia del ciclo, que está por debajo del 100%.
¿Cómo afecta esto a la eficiencia energética de los edificios?
Para facilitar la lectura, hemos estado estudiando un sistema de aerotermia doméstica. Visualizarlo es más fácil para los neófitos de los sistemas industriales de aire acondicionado, pero obviamente estas máquinas también se pueden utilizar en grandes edificios. Centros comerciales, hospitales, oficinas …
El ciclo es el mismo, y la física involucrada también lo es. Lo único que cambia son las dimensiones. El casete 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 dirige hacia el 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, tiene un progreso más gradual 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 es donde el valor de otro tipo de tecnología que hace posible la introducción exitosa de la aerotermia es el monitoreo del aire acondicionado y el historial de datos. En los hogares, los llamamos termostatos y tienen diseños suaves e intuitivos; en entornos industriales, se denominan BMS (Building Management Systems) y se integran con docenas de sistemas.
Si la aerotermia se puede usar en hogares y en áreas extensas, es porque ahora podemos ajustar el movimiento de energía minuto a minuto según la temperatura que sea cómoda y la temperatura esperada, tanto dentro como fuera del edificio. Los datos juegan un papel muy importante, por lo que tanto BMS como los termostatos domésticos están conectados a Internet.
Como un sistema renovable de aire acondicionado, la aerotermia no tiene rival en eficiencia y en costos de operación. Por otro lado, implica una remodelación significativa de la maquinaria y los sistemas de distribución de calefacción y refrigeración, junto con una inversión inicial costosa. Sin embargo, esto seguirá disminuyendo poco a poco, a medida que el mercado reduzca los costos debido a la demanda.
