Intercambio de calor: Un componente imprescindible en los sistemas de calor y frío

El intercambio de calor es el proceso a través del cual el sistema térmico transfiere la energía calorífica de un medio gaseoso, líquido o sólido caliente a un medio frío.

Un buen ejemplo de esto es la aerotermia: la bomba de calor aire/agua captura el calor del aire exterior, un medio gaseoso, y transfiere esa energía calorífica al agua de calefacción, un medio líquido.
 
Otro tipo de intercambio de calor habitual en sistemas de calefacción es de líquido a líquido. Por ejemplo, las bombas de calor geotérmicas extraen el calor del suelo con la ayuda de una solución salina que circula a través de tuberías subterráneas. Esta solución, llamada salmuera o agua glicolada, se calienta en el subsuelo y transfiere ese calor al agua de calefacción que luego se utiliza para calentar el interior de la vivienda.

Pero no solo las bombas de calor hacen uso de estas leyes de la física. La termodinámica rige el funcionamiento de una gran variedad de sistemas de control de temperatura:

• En los sistemas de calefacción, se obtiene el calor del aire o un fluido caliente y se transfiere al agua de calefacción para su distribución.
• Los sistemas de aire acondicionado funcionan con dos fluidos distintos; al entrar en contacto, uno de ellos absorbe el calor del otro enfriándolo.
• En los sistemas de ventilación, el aire exterior entra al sistema por un conducto donde es filtrado y luego pasa por el intercambio de calor para enfriarlo o calentarlo, según se necesite.

El intercambio de calor se basa en el principio cero de la termodinámica. Esta ley de la física explica que, si dos cuerpos con temperaturas distintas entran en contacto, intercambiarán calor hasta que las temperaturas se igualen. De esta manera, el calor fluye del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta lograr el equilibrio térmico.

En una bomba de calor el funcionamiento es el mismo. Los cuerpos que intercambian calor son el aire ambiental extraído del exterior y un fluido refrigerante que circula por el sistema. El aire caliente transfiere la energía calorífica al fluido refrigerante, que luego transfiere esa misma energía al agua de calefacción que se distribuye a la vivienda, y lo libera a través de los radiadores y suelos radiantes. Aquí puedes aprender más sobre el funcionamiento de la bomba de calor.

Existen diferentes tipos de intercambio de calor, dependiendo del contacto de los medios, la dirección de flujo y la forma de la transferencia de calor. A continuación, te enseñamos las principales diferencias.

Intercambio de calor según el tipo de contacto de los medios

En esta categoría se puede hablar de dos tipos de intercambio de calor:

• por contacto directo
• por contacto indirecto.

En la tecnología de calefacción, la forma de intercambio más usada es la indirecta. En este caso, una pared divisoria con buena conductividad térmica separa los dos medios. En otros usos industriales, el intercambio directo juega un papel más importante. Ahí, los medios se mezclan sin separación y el calor se transfiere directamente de molécula a molécula.

Se habla de una transferencia de calor semidirecta cuando el calentamiento y el enfriamiento se producen en un mismo espacio, pero de forma diferida. Esto ocurre, por ejemplo, cuando un generador transfiere energía calorífica al agua de calefacción en el acumulador de calor y, posteriormente, esta fluye desde el acumulador a los radiadores para calentar las habitaciones, enfriando el acumulador en el proceso.

Intercambio de calor según la dirección de flujo de los medios

Para que el intercambio de calor sea continuo y eficaz, el medio caliente tiene que fluir más allá del medio frío. En este proceso, se puede dirigir el flujo de los medios de diferentes maneras. Según la dirección que tomen los medios, el intercambio de calor puede ser de los siguientes tipos:

• flujo paralelo
• contraflujo
• flujo cruzado

En el caso del contraflujo, los dos medios – caliente y frío – fluyen en direcciones opuestas. El medio frío entra en el intercambiador de calor por un lado, mientras que el caliente lo hace por el otro. En el momento en que los dos medios se encuentran se produce una transferencia de calor del medio caliente, que puede ser agua, gases, aceites u otros líquidos comunes, al frío.

El intercambio de calor en contraflujo es lento pero constante. En una bomba de calor, este proceso tiene lugar entre el refrigerante y el circuito del agua de calefacción. En el caso de flujos paralelos, los medios circulan en la misma dirección ya que entran en el intercambiador de calor por un mismo lado. Gracias al contacto continuo entre los dos medios, las temperaturas se igualan durante el proceso.

Otra variante es el flujo cruzado, lo que permite calentar eficazmente el medio frío a la vez que se enfría el medio caliente.

Intercambio de calor según el mecanismo de transferencia de energía

A esta categoría pertenecen tres tipos de intercambio de calor:

• por conducción
• por convección
• por radiación

En el intercambio por conducción, el calor se transfiere a través de un conductor, como por ejemplo un metal, sin que haya intercambio de materia entre los flujos de distintas temperaturas. Algunos intercambiadores de calor cuentan con placas especialmente diseñadas para esto. En otros casos, se puede realizar a través de los mismos tubos por donde circulan los fluidos. Para este tipo de intercambio de calor, es necesario escoger el material adecuado. Los plásticos, por ejemplo, no son buenos conductores, sino más bien aislantes.

A diferencia de la conducción, en la convección uno de los medios circula a través del otro. Por ejemplo, cuando un ventilador crea una corriente de aire fría que circula dentro de una habitación donde el aire es más caliente, se produce un intercambio de calor. Este tipo de intercambio solo es posible con líquidos y gases, ya que estos necesitan moverse libremente.

Por último, tenemos la radiación. Aquí, un medio caliente desprende calor desde su propio cuerpo. Se trata del calor que emana por el simple hecho de estar caliente, sin necesidad de conductores que transporten esa energía.

El intercambio de calor juega un papel crucial en los sistemas térmicos para el hogar. Aquí te enseñamos cómo funcionan en los distintos sistemas de calor y frío.

Intercambio de calor en la aerotermia

Las bombas de calor o aerotermias necesitan dos intercambiadores de calor para funcionar correctamente. El primero absorbe el calor del aire ambiental y lo transfiere al refrigerante, mientras que el segundo traspasa el calor del circuito refrigerante al agua de calefacción. De esta manera, el calor pasa de un medio gaseoso a un medio líquido y, nuevamente, de un medio líquido a otro.

WOLF cuenta con tres tipos de bombas de calor que ofrecen calefacción, aire acondicionado y agua caliente sanitaria durante todo el año.

• La CHA Monoblock cuenta con un gran nivel de eficiencia y utiliza el refrigerante natural R290, lo que la hace especialmente respetuosa del medioambiente.
• La FHA Monoblock ofrece alta flexibilidad de instalación, adaptándose a cualquier tipo de espacio.
• Finalmente, la solución de aerotermia de WOLF para ACS es FHS. Gracias a su fácil hibridación con energía solar térmica, es una alternativa realmente sostenible para rehabilitaciones energéticas.

Intercambio de calor en calderas de condensación

En calderas a gas o gasóleo el intercambio de calor se da en la cámara de combustión. Al arder, el aire dentro de la cámara de combustión se calienta y esa energía se transfiere al agua de calefacción que circula por un tubo. Con la nueva tecnología de condensación ocurre un segundo intercambio de calor en la chimenea. Los humos de combustión calientes son reutilizados para generar calor y disminuir así el consumo de gas.

Intercambio de calor en sistemas solares

Los sistemas solares también hacen uso del intercambio de calor. La superficie de los colectores solares captura la energía que irradia el sol, lo que calienta el fluido caloportador que se encuentra dentro de los colectores. Luego, esa energía se trasfiere al agua de calefacción a través de un intercambiador de calor. Como los colectores solares están expuestos a todo tipo de temperaturas, el fluido caloportador contiene un anticongelante para que no se endurezca en los meses de invierno. Por eso mismo, no puede circular por el circuito de calefacción y se necesita un intercambio de calor indirecto para que no haya contaminación.

Intercambio de calor en los sistemas de ventilación

En la ventilación doméstica con recuperación de calor, el intercambio de calor ocurre entre dos corrientes de aire. El aire exterior frío o flujo de impulsión circula a través del flujo de extracción – o aire interior – caliente, lo que transfiere el calor al flujo de impulsión. De esta manera, se puede gozar de aire fresco y ahorrar costes de calefacción al mismo tiempo.

Intercambio de calor en la preparación de ACS

La preparación de agua caliente sanitaria se lleva a cabo con intercambio de calor mediante un fluido caloportador que transfiere energía calorífica al agua sanitaria en una instalación de flujo paralelo. Los cilindros de preparación de ACS suelen ser ondulados para obtener la mayor superficie de transferencia de calor posible, y el intercambio se realiza en toda la instalación.

El intercambio de calor es un proceso físico sin el cual la tecnología de calor y frío no existiría. Un buen ejemplo de ello es la bomba de calor, la cual hace uso de las leyes de la termodinámica para aprovechar la energía calorífica ambiental de una forma eficaz, eficiente y respetuosa del medioambiente. Para conocer más acerca de la tecnología que hace posible mantener una temperatura agradable en casa durante todo el año, contacta con WOLF. Nuestros expertos te ayudarán a encontrar la instalación que mejor se adecúe a tus necesidades.