Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Bombas de calor ¿qué son?

Texto y Fotos: Dr. Rosenberg J Romero D.
Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp-UAEM)


Voy caminando, por la mañana, me encuentro dentro del Campus Universitario de la UAEM, me dirijo hacia el Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (todos los universitarios lo llaman CIICAp). Llego a la entrada, registro mi ingreso y después de saludar al policía en turno me dirijo hacia el laboratorio 7 del CIICAp.
El laboratorio 7 o Ingeniería Térmica Aplicada es un laboratorio diferente al que un estudiante de secundaria o preparatoria imaginan. En este laboratorio no se tienen matraces o mecheros, en su lugar se tienen reactores metálicos y resistencias eléctricas de miles de watts. Aquí, me dedico a investigar las bombas de calor.

¿Qué son las bombas de calor? Es la pregunta totalmente pertinente. La respuesta técnica confunde a la mayoría de las personas, así que la responderé por medio de analogías con los objetos cotidianos en la vida de cualquier estudiante de secundaria.

Una bomba es una máquina que empuja a un fluido. Eso lo podemos ver en los sistemas de agua de las casas. Siempre habrá líquido fluyendo de la parte más elevada a la parte inferior. ¿Están de acuerdo? Afirmativo: continúo y lean la otra columna, negativo: les pido que vean que el agua de la regadera de su baño está por debajo del nivel del tanque de almacenamiento de su agua. Pero…¡Oh! ¡No hay bomba ahí! ¿Cómo es que sale el agua? Por diferencia de presión. Es decir, el agua que está elevada, empuja a la del fondo. Es así como se lleva a cabo un empuje. ¡Pero aquí no hay bomba! ¡Exacto!
Hemos descrito dos procesos de un fluido (el agua) uno de bombeo, en el que necesito aplicar energía para que suba y un proceso de flujo por gravedad. Estos dos procesos son el concepto general de bombeo y de proceso natural.

Bueno, ahora conociendo que es una bomba, pensemos en que en lugar de empujar agua, quiero llevar energía de un nivel térmico (temperatura 1) a un nivel térmico mayor (temperatura 2). ¡Ah caray! ¡Que extraño suena eso! Pues lo explicaré ahora.
En forma similar al bombeo de agua, pensemos en que hay un fluido que tiene la propiedad de ser líquido y si le cambiamos las condiciones de presión se vuelve vapor. Pensemos en el agua, nuevamente. El vapor lo vemos todos los días al bañarnos con agua caliente y, sorpresivamente, el espejo del baño condensa este vapor y lo vuelve líquido. Pues estos dos procesos de evaporación y condensación serán nuestro medio de transportar la energía.
Imaginemos a un hervidor con agua fría, lo calentamos y obtenemos vapor. Si a este vapor le colocamos una pared fría (en el baño es el espejo), se condensa y el vapor de agua se convierte en líquido. Pero …, ¿dónde está la energía? Pues hay dos lugares donde está la energía en este proceso.
La energía necesaria para convertir el agua líquida a vapor y esta misma energía del vapor que calienta la pared en donde se condensa el vapor. Si alguna vez colocaron su mano donde está el vapor, sentirán calor, ésa es la energía que cede el vapor a su mano y entonces el vapor se condensa convirtiéndose en gotitas.

Ahora, sabiendo que se aplica energía para volver vapor a una sustancia y se retira energía cuando se condensa, podemos pensar en que por medio de un fluido que se evapore y condense, puedo llevar energía de un lugar a otro. Pero el bombeo de calor es más que esto. Imaginemos al hervidor conteniendo un fluido que se vuelve vapor a los 10 °C; entonces, cualquier sustancia que esté a una temperatura mayor al estar en contacto con este evaporador hará que se genere vapor. Y si ahora ese vapor entra a un condensador para volverse líquido a 30 °C, concluimos que podemos aplicar energía a 10 °C y recuperarla a 30 °C. Eso es uno de los temas que investigo.