Núcleo versátil

Los sistemas de calefacción han desarrollado tecnologías que buscan reducir el consumo de energía y hacer más variada su operación. Los equipos que cuentan con bomba de calor pueden ser un buen aliado en esta búsqueda por ofrecer calor y frío en los espacios por acondicionar

Jorge Naranjo y Arturo López

Es conocido por todo el sector HVAC que la climatización representa el mayor consumo energético, y que este gasto se eleva aún más en temporada de invierno, por el uso de sistemas en hogares, oficinas, teatros, etcétera. Si se quiere reducir la energía y ahorrar dinero en esta temporada es necesario hacer el uso correcto de los sistemas de calefacción.

Las recomendaciones principales para un máximo aprovechamiento y ahorro energético:

• Verificar las características arquitectónicas generales del hogar. Tamaño, número de habitaciones, distribución, etcétera
• Aislante térmico. Las principales filtraciones de calor se pueden dar por ventanas, puertas y paredes; por lo que es importante reducir al mínimo estas pérdidas
• Ubicación. Para una selección adecuada del equipo, la ubicación del área por acondicionar se vuelve relevante, ya que factores como el clima pueden afectar el funcionamiento de distintos sistemas de calefacción, en especial los sistemas con bomba de calor

La calefacción central por aire caliente se efectúa a través de ductos de aire conectados a un equipo central de calefacción, que a su vez suministra el aire caliente dentro de la habitación por acondicionar. Sobre este tipo de tecnología hay distintos sistemas de calefacción central por aire:

• Equipo paquete con calefacción gas
• Equipo paquete con calefacción eléctrica
• Equipo paquete con bomba de calor
• Calefactor a gas

Estas unidades se pueden separar, además, en dos tipos de uso: residencial y comercial.

Equipo paquete con calefacción gas

Estos sistemas cuentan con un intercambiador de calor tubular extra que, en algunos casos, es de acero inoxidable para aumentar su tiempo de vida. Esta característica depende de la marca del equipo; y su fuente de energía es, como su nombre lo indica, el gas. La mayoría de estas unidades vienen con válvulas para gas natural, por lo que si la instalación es con gas LP se requiere un cambio de válvulas, acorde a este tipo de sistema, instalación que no suele ser costosa. La capacidad de calefacción en estas unidades se mide en miles de BTU (british thermal unit) por hora (MBH).

Para que el sistema provea calefacción se inicia, mediante una chispa, el encendido de una flama que fluye a través del intercambiador, esto gracias a una válvula de gas que tiene el equipo, por lo que el fuego nunca entra en contacto con el aire, por eso es llamado “de fuego indirecto”.

Dentro del sistema de calefacción central se encuentra un ventilador centrífugo, que aspira el aire circundante a través de un ducto. Este aire frío es, posteriormente, empujado por un ventilador a través del intercambiador de calor, donde los tubos y aletas del intercambiador de acero se someten a altas temperaturas y, a medida que el aire fluye, aumenta su temperatura.

Una vez que el aire se calienta es conducido por medio de los ductos hacia el resto del edificio o lugar por acondicionar. El proceso es continuo, pero llega un punto en el que la temperatura del aire alcanza cierto límite y un termostato se encarga de apagar el equipo. El sistema permanece en espera hasta que la temperatura desciende, por debajo del límite establecido por el usuario, y es en ese momento cuando se activa automáticamente para empezar a calentar el aire otra vez, reiniciando el ciclo.

Equipo paquete con calefacción eléctrica

Es un sistema común de aire acondicionado tipo paquete, que por dentro cuenta con un arreglo de resistencias eléctricas. Es un equipo también llamado calentador de tiras. Éste se usa para calentar el aire que es succionado. El aire fluye a través del banco de resistencias y aumenta la temperatura del mismo. Aquí también el proceso es continuo, llegando a un punto en el que la temperatura del aire alcanza un cierto límite y el termostato apaga el equipo.

Este tipo de equipos se puede encontrar en distintos voltajes, desde 220 hasta 440 voltios, en una y tres fases. Al igual que los equipos paquete con calefacción a gas, la capacidad de calefacción se mide en MBH. Es importante no exceder el tamaño del equipo, porque pueden elevar los requisitos de carga máxima de la compañía de electricidad y aumentar considerablemente el costo de inversión inicial.

Equipo paquete con bomba de calor

Estos equipos son considerados como la mejor opción en cuanto al tema de eficiencia energética, y aunque el costo inicial es alto, la recuperación es rápida por los retornos de inversión que ofrece la tecnología.

Las bombas de calor están diseñadas para mover el calor de un fluido a otro. El fluido tanto al interior del hogar como al exterior es el aire. En verano, el calor del aire interior se mueve al fluido exterior, mientras que en el invierno, el calor se toma del fluido exterior y se mueve al aire interior en un sistema reversible.

Las bombas de calor utilizan el ciclo de compresión para mover calor. Una válvula de tres vías permite que la bomba de calor trabaje automáticamente en el modo de calefacción o en el modo de enfriamiento. El proceso de calefacción es el siguiente:

1. El compresor presuriza el refrigerante
2. El gas caliente entra en la bobina de condensación. El aire del cuarto pasa por la bobina, donde se calienta. El refrigerante se enfría y se condensa
3. El refrigerante, que es ahora un líquido presurizado, fluye a una válvula reguladora donde se expande para convertirse en un líquido fresco de baja presión
4. La bobina del evaporador, que sirve como el condensador en el proceso de enfriamiento, utiliza el aire exterior para hervir el gas refrigerante frío, el líquido presurizado. Así se completa el ciclo

Si el aire exterior es tan frío que la bomba de calor no puede climatizar adecuadamente el hogar, generalmente se usan, como calefacción suplementaria, bancos de resistencia eléctrica para proporcionar el calor requerido. Esto para garantizar la demanda térmica al interior del espacio a climatizar.

Durante el invierno, este tipo de tecnología debe cambiar al “ciclo de descongelación”, que derrite cualquier hielo que se haya formado en la bobina exterior.

La circulación de aire apropiada, a través de la bobina, es esencial para la operación eficiente de una bomba de calor. Durante la instalación, la proporción de circulación de aire se debe comprobar para asegurar que cumpla con las recomendaciones del fabricante.

Calefactor a gas

Estas unidades de calefacción queman combustibles, como gas natural, propano o aceite combustible para producir calor. Proporcionar aire caliente al interior por medio de un ventilador, donde se mantiene el confort durante el tiempo de frío. Las unidades de calefacción vienen con una variedad de eficiencias.

Las unidades de calefacción requieren oxígeno para la combustión y el aire adicional para dejar salir los gases de escape. La mayoría de estas unidades son unidades tipo respiradero, que usan el aire circundante para la combustión. Otras unidades cuentan con respiradero directo, o unidades desacopladas, y son las que traen el aire de combustión al área del quemador, vía entradas selladas, que se extienden al aire exterior.

Las unidades de calefacción con respiraderos directos se pueden instalar dentro de un hogar, puesto que no dependen del aire interior para un funcionamiento seguro. Las unidades de calefacción con respiraderos no directos tienen que recibir el aire exterior adecuado para la combustión y para la extracción de gases.

La principal preocupación con unidades de respiraderos no directos es que un calentador que no funciona correctamente puede permitir la entrada de gases en tubos de alimentación de aire fresco, los cuales que podrían contener monóxido de carbono venenoso; si hay escapes o fugas en el sistema de vuelta, o escapes de aire entre el área de la unidad de calefacción y el espacio vital, el monóxido de carbono podría entrar a áreas habitables y causar severos problemas de salud.

Actualmente, hay distintas marcas que usan detectores de gases para evitar el riesgo de intoxicación, además de que identifican igniciones electrónicas, tiene intercambiadores de calor más eficientes, y cuentan con mejores controles del aire de entrada y sopladores de aire inducidos. Los modelos con eficiencias superiores al 90 por ciento, según el Annual Fuel Utilization Efficiency (AFUE), comúnmente incluyen intercambiadores de calor secundarios especiales, que enfrían los gases de la tubería hasta que se condensen parcialmente, para así eliminar las pérdidas de calor por el tubo de escape.

Todos los sistemas centralizados de calefacción por aire funcionan como equipos para suministrar tanto aire fresco en épocas calurosas como aire caliente en el invierno u otoño; no así los sistemas como calefactores a gas, de principio. A este tipo de equipos es necesario hacerles adecuaciones, que consisten en agregar una condensadora y una bobina de frío, para cubrir las necesidades que se puedan presentar en todo el año y así aprovechar la instalación de los ductos de suministro de aire al hogar.

Sistema revolucionario

Debido a la variedad de sistemas de calefacción que hay, se recomienda comparar precio, garantía, servicio, ventajas de instalación y su adaptación a las condiciones climáticas que ofrece. También es necesario comparar los factores económicos de las unidades con eficiencia moderada y alta eficiencia, pues ésta se da por la proporción de calor ofrecida en BTUH a watts de electricidad consumidos. Este factor considera las pérdidas cuando el equipo se pone en marcha y se detiene.

Se hace hincapié en que sistemas como la bomba de calor tienen energía perdida durante el ciclo de descongelación. Pero, como ya se mencionó, estas unidades son la opción más eficiente y, por tanto, la opción perfecta para ahorrar en costos. En estricto sentido, el ahorro entre las bombas de calor y el resto de las unidades de calefacción depende del tipo de combustible, de su precio, del diseño del hogar y del clima exterior.

El aumento de precio a la energía ha mejorado el factor económico de un equipo más eficiente. No obstante, por la incertidumbre de los precios a largo plazo de diversas formas de energía es difícil comparar estas unidades con varios tipos de combustibles y bombas de calor.

[author ]Jorge Naranjo
Ingeniero Industrial con maestría en dirección de proyectos. Actualmente es bussines Developer en aire acondicionado para Rheem de México, empresa especializada en el sector de calefacción comercial, industrial y residencial con presencia en más de 75 países y un gran portafolio de soluciones para calentamiento de agua y acondicionamiento de ambiente.[/author]

[author ]Arturo López
Ingeniero mecánico con especialidad en termodinámica. Actualmente es product Manager Junior para Rheem de México, empresa especializada en el sector de calefacción comercial, industrial y residencial con presencia  en más de 75 países y un gran portafolio de soluciones para calentamiento de agua y acondicionamiento de ambiente.[/author]