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Bomba térmica

Una bomba térmica mueve el calor de un punto a otro. Existen varios efectos físicos utilizados para crear bombas térmicas . Los más comunes son la compresión de gas, el cambio de fase gas/liquido , y el efecto termo-peltier. Los frigoríficos son los dispositivos domésticos más comunes que hacen uso de la bomba térmica. Se pueden encontrar frigoríficos que hacen uso de los tres tipos de bomba térmica. Se pueden encontrar también sistemas de calefacción que hacen uso de las bombas térmicas. Por último, las bombas térmicas de compresión de gas que utilizan el ciclo de Stirling se utilizan habitualmente para liquificar el aire en orden a producir nitrógeno, oxígeno, argón, etc. líquidos con propósitos industriales.

En una máquina térmica Carnot, p.e. una máquina de vapor, se está interesado en producir trabajo (p.e. energía eléctrica) a partir del calor. La Segunda ley de la termodinámica hace que esto sea bastante díficil y ocasiona graves restricciones en la eficiencia de dichos procesos. Sólo una parte del calor disponible, dice, del combustible que se quema puede ser transformado en trabajo útil y el resto debe ser ser depositado en una reserva fría (p.e. el río).

Cuando actua como bomba de calor, el producto que se desea obtener es, lógicamente, calor. No existe restricción para transformar el trabajo (electricidad) en calor. Esto significa que en un calentador eléctrico 100 julios (vatios por segundo) de electricidad, producirán 100 julios de calor. En una bomba de calor se puede hacer más. Podemos utilizar la potencia eléctrica para hacer funcionar la bomba de calor para mover el calor .

Una bomba de calor de cambio de fase emplea un líquido con un bajo punto de ebullición, unas veces freón (CFC), otras amoníaco líquido, u ocasionalmente los menos corrosivos propano o butano. Este líquido requiere energía (denominada calor latente ) para evaporar, y extrae esa energía de su alrededor en forma de calor (de la misma manera que el sudor refresca el cuerpo). Cuando el vapor se condensa de nuevo, libera energía, de nuevo en forma de calor.

En primer lugar, la presión del líquido se baja mediante una válvula de expansión en el lado que se va a enfriar, forzandolo a que se evapore y a que extraiga calor de su alrededor. El gas es entonces bombeado al otro lado (el compresor) donde se comprime a líquido, haciendo que suelte su calor.

El resultado que se produce es que al final de la bomba, donde se deposita el calor, se obtiene el calor que ha sido bombeado de un lado hacia otro más la cantidad de calor correspondiente a la energía eléctrica que se ha utilizado para que la máquina se mueva (100 julios por segundo).

La cantidad de calor que podemos bombear depende de la diferencia de temperatura entre el lugar desde el que bombeamos (exterior) y aquel donde lo depositamos (interior). Cuanto más frío haga fuera, menos calor podemos bombear. Si el bombeo se basa en el principio de cambio de fase, cuando haga un tiempo muy frío la máquina parará de trabajar cuando la parte exterior, el condensador, se enfríe. En estas condiciones, un simple calentador eléctrico funciona mejor, a menos que la bomba de calor de cambio de fase sea reemplazada por algo más adecuado, como un dispositivo de compresión de gas.

Cuando se compara las características de las bombas térmicas, es preferible evitar la palabra "eficiencia", debido a que tiene diferentes significados. El término coefficient of performance o COP ( en castellano, "Coeficiente De Rendimiento" o CoDeRe) se utiliza para describir la razón entre la producción de calor y el consumo de energía (ej. eléctrica) . Una bomba de calor típica tiene un COP de aprox. tres, mientras que un calentador eléctrico tiene un COP de sólo uno.

Otra ventaja de las bombas térmicas es que no sólo se pueden utilizar como bombas de calor, sino que pueden operar de forma inversa para producir frío (pueden actuar también como bombas frigoríficas). Esto las hace un componente útil de los sistemas de aire acondicionado.

Véase también: energía solar, Refrigeración por absorción