¿Te imaginas tener un aire acondicionado silencioso y altamente eficiente que se adapta automáticamente a tus necesidades de enfriamiento? ¡La próxima generación de aire acondicionado está aquí! En este artículo, exploraremos la tecnología detrás de estos sistemas avanzados y cómo están mejorando la comodidad y la eficiencia en nuestros hogares y edificios comerciales. Descubre todo lo que necesitas saber sobre la tecnología más innovadora en climatización.
A menos que haya estado viviendo bajo una roca durante los últimos años, ha escuchado que hay una crisis del costo de vida en curso en todo el mundo.
Con más personas buscando hacer economías en sus presupuestos domésticos, las opciones más eficientes para calentar y enfriar nuestros hogares se están volviendo cada vez más populares.
Si desea obtener más información sobre las formas de mejorar la eficiencia energética de su hogar, lea nuestra guía de mejoras para el hogar con alto retorno de la inversión que mejoran la eficiencia energética.
Una de estas opciones es una bomba de calor mini-split. Este ingenioso dispositivo utiliza los mismos principios que sustentan el funcionamiento del humilde refrigerador para calentar o enfriar el hogar.
Pero, ¿cómo funcionan y por qué son tan eficientes?
El resto de este artículo explicará qué son los minisplits, cómo funcionan y por qué son tan eficientes. Entonces, siga leyendo si desea obtener más información sobre esta tecnología de próxima generación.
¿Cómo funcionan las bombas de calor mini-split?
Los minisplits utilizan el ciclo de refrigeración para mover el calor de un lugar a otro para calentar o enfriar la casa. Son muy eficientes porque no utilizan conductos, que son una fuente de importantes pérdidas de energía, y porque mover el calor es más eficiente que generarlo directamente.
La tecnología de bombas de calor existe desde hace mucho tiempo, con el físico francés Carnot describiendo por primera vez los conceptos científicos detrás del ciclo de refrigeración desde 1824, que es lo que sustenta el funcionamiento de todas las bombas de calor.
Las mejoras en la tecnología han hecho que las bombas de calor sean cada vez más eficientes, hasta el punto en que ahora pueden ahorrarle mucho dinero en sus facturas de calefacción y refrigeración (HVAC).
¿Qué es una Bomba de Calor Mini-Split?
A veces, con diferentes nombres, bombas de calor mini-split, bombas de calor sin ductos o simplemente mini-splits, traen consigo un montón de jerga que puede ser confuso al principio.
Los minisplits se componen de dos partes principales, la unidad exterior y una o más unidades interiores.
La unidad exterior alberga el compresor, responsable de bombear el fluido refrigerante alrededor del sistema. El compresor es la parte más crucial del sistema y la más costosa de reemplazar si algo sale mal.
Las unidades interiores a menudo se denominan controladores de aire, unidades principales o evaporadores y son responsables de dirigir aire frío o caliente a la habitación a la que sirven soplando aire de la habitación a través del serpentín de la unidad.
La unidad exterior está conectada a las unidades principales dentro del edificio mediante tuberías de cobre, llamadas conjunto de líneas, que contienen refrigerante. El conjunto de líneas generalmente se empaqueta con cables eléctricos que proporcionan energía y facilitan la comunicación entre los componentes.
Un drenaje de condensado hecho de tubería de plástico generalmente se incluye con el conjunto de líneas y los cables eléctricos y permite que la humedad que se condensa en el serpentín de la unidad principal se drene de manera segura.
Las líneas de refrigerante están aisladas térmicamente para evitar pérdidas de energía a medida que se bombea el refrigerante a lo largo del conjunto de líneas.
También lo es el drenaje de condensado, que de lo contrario puede sudar durante el clima cálido y húmedo a medida que la humedad del aire se condensa en su pared exterior, lo que podría causar daños por agua.
Se requiere una unidad principal en cada habitación o zona que necesite calefacción o refrigeración. Las unidades principales están controladas por un control remoto, que puede usar para establecer la temperatura deseada para cada zona.
Principios de calefacción y tecnología mini-split
El calor siempre se moverá de caliente a frío; no fluirá espontáneamente de un cuerpo más frío a uno más cálido. Este principio es la segunda ley de la termodinámica, propuesta por Lord Kelvin a mediados del siglo XIX.
Entonces, ¿cómo mueve una bomba de calor el calor en la dirección opuesta?
La respuesta está en el ciclo de refrigeración, ideado por nuestro amigo francés Carnot en 1824.
Las bombas de calor utilizan los principios termodinámicos del ciclo de refrigeración para mover el calor de un lugar a otro. En términos simples, usan energía eléctrica para transferir calor del lado frío del sistema al lado caliente.
Esa es la explicación de alto nivel. Ahora profundicemos en los detalles del ciclo de refrigeración para comprender mejor lo que sucede en nuestro sistema mini-split.
El ciclo de refrigeración
El ciclo de refrigeración tiene cuatro etapas, que incluyen:
- Compresión
- Condensación
- Expansión
- Evaporación
Para comprender lo que sucede en una bomba de calor, seguiremos el recorrido del fluido refrigerante a medida que se bombea por el sistema.
Las diferentes etapas del ciclo de refrigeración manipulan la fase del refrigerante (ya sea líquido, vapor o gas). El refrigerante tiene las propiedades termodinámicas necesarias para absorber y liberar calor de manera óptima para que la bomba de calor funcione de manera eficiente.
Seguiremos el refrigerante alrededor de la bomba de calor mientras funciona en modo de enfriamiento. El sistema invertiría el proceso en modo calefacción, pero los principios serían los mismos.
Compresión
Comenzamos nuestro recorrido por el sistema cuando el refrigerante ingresa al compresor. Entra como gas sobrecalentado a baja presión.
El término «sobrecalentado» significa que el refrigerante está por encima de su temperatura de ebullición y, por lo tanto, se encuentra en estado gaseoso. El compresor comprime el gas, lo que lo convierte en un gas sobrecalentado a alta presión.
Condensación
Luego, el refrigerante ingresa al condensador. En el modo de refrigeración, el serpentín del condensador estaría en la unidad exterior.
Aquí, el gas comienza a enfriarse y, al hacerlo, cambia de gas a vapor (una combinación de gas y líquido).
El aire exterior se sopla a través de la bobina del condensador, lo que enfría aún más el refrigerante en su interior y hace que se condense en un líquido subenfriado a alta presión.
Expansión
Luego, el refrigerante líquido a alta presión viaja a través de la válvula de expansión (también conocida como dispositivo de medición).
La válvula de expansión hace que el refrigerante líquido se convierta en vapor cuando pasa a través de la válvula hacia una parte del sistema de menor presión.
Evaporación
Finalmente, el refrigerante ingresa al evaporador en su estado líquido subenfriado a baja presión. Aquí hierve y pierde calor al evaporarse.
A medida que continúa a través del evaporador, el refrigerante absorbe más calor y sale del serpentín del evaporador como un gas sobrecalentado a baja presión.
A continuación, en su viaje, el refrigerante pasa a lo largo de la línea instalada en el compresor, donde el proceso comienza de nuevo.
Refrigerantes Mini-Split
El refrigerante es crucial para el funcionamiento de un mini-split. A medida que pasa por el sistema y sufre el cambio de fase, presión y temperatura del ciclo de refrigeración, hace posible el calentamiento y enfriamiento proporcionados por la bomba de calor.
Los refrigerantes generalmente son gases a temperatura y presión ambiente y son productos químicos fabricados por el hombre.
Hay diferentes tipos de refrigerantes disponibles, pero tienen propiedades distintas y no se pueden usar indistintamente. Los propietarios de viviendas deben utilizar el refrigerante correcto en cada sistema.
Si usa el tipo incorrecto de refrigerante, su sistema no funcionará correctamente y podría dañarse.
freón
Freon es un nombre de marca registrada que se usa para describir una variedad de refrigerantes diferentes. Estos incluyen los clorofluorocarbonos (CFC) y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), que se están eliminando gradualmente.
Se ha descubierto que dañan la capa de ozono, lo que reduce la protección contra los dañinos rayos UV del sol y aumenta el riesgo de cáncer de piel.
Los refrigerantes de freón también pueden ser potentes gases de efecto invernadero. Por ejemplo, el HCFC-22 tiene un potencial de calentamiento global (GWP) casi 2000 veces mayor que el dióxido de carbono.
Clorofluorocarbonos (CFC)
Esta clase de refrigerante contiene cloro, que destruye las moléculas de ozono cuando las encuentra en la estratosfera.
Un solo átomo de cloro puede eliminar más de cien mil moléculas de ozono de la estratosfera, lo que la convierte en una sustancia que agota la capa de ozono.
Debido a que son tan dañinos para la capa de ozono y contribuyen al calentamiento global, estos refrigerantes también se están eliminando.
Ejemplos incluyen:
- Triclorofluorometano (Freón-11, R-11, CFC-11)
- bromoclorodifluorometano (BCF, halón 1211, H-1211, freón 12B1)
- 1,3-dicloro-1,2,2,3,3-pentafluoropropano (R-225cb, HCFC-225cb)
Hidroclorofluorocarbonos (HCFC)
Los HCFC contienen menos cloro que los CFC y, por lo tanto, tienen un efecto menos nocivo sobre la capa de ozono.
Sin embargo, pueden tener un alto potencial de calentamiento global. Por ejemplo, el monoclorodifluoroetano tiene un potencial de calentamiento global de unas 2000 veces mayor que el del dióxido de carbono.
Ejemplos de HCFC incluyen:
- HCFC-21 (CHFCl2) diclorofluorometano
- HCFC-141b (C2H3FCl2) diclorofluoroetano
- HCFC-142b (C2H3F2Cl) monoclorodifluoroetano
Hidrofluorocarbonos (HFC)
Los hidrofluorocarbonos no contienen cloro y no son dañinos para la capa de ozono.
Sin embargo, tienen un potencial significativo de calentamiento global y, por lo tanto, se están eliminando conforme a la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal.
Ha habido mucha innovación y experimentación en el sector de los HFC, y algunos se han utilizado en mezclas con otros refrigerantes.
Algunos de estos refrigerantes parecían prometedores en cuanto a sus propiedades termodinámicas, con el R134a introducido para reemplazar al R22, que estaba siendo eliminado.
Se podía utilizar en los sistemas existentes sin realizar muchos cambios en el equipo, pero la eficiencia era mucho menor, lo que generaba mayores costos de funcionamiento.
Ejemplos de HFC incluyen:
Otros refrigerantes
Hay otros refrigerantes que rara vez (o nunca) se usan en mini-splits. Vale la pena mencionarlos para comprender por qué no son adecuados para un sistema de bomba de calor doméstico.
Amoníaco (NH3 o R717)
El amoníaco se usa en muchas aplicaciones de refrigeración comercial, pero durante mucho tiempo ha sido prohibido en entornos domésticos debido a su toxicidad.
Es un refrigerante muy eficiente con cero potencial de calentamiento global y se adapta bien a la refrigeración de baja y media temperatura.
Hidrocarburos (HC)
A veces denominados refrigerantes naturales, los hidrocarburos no tienen potencial de agotamiento de la capa de ozono y tienen un escaso potencial de calentamiento global, lo cual es excelente desde el punto de vista ambiental. El único inconveniente es que son altamente inflamables.
Se utilizan principalmente en Europa y están prohibidos en muchos otros países, incluyendo los EE. UU..
Los ejemplos de refrigerantes de hidrocarburos incluyen:
- R1270 Propileno
- R600a isobutano
- R290 Propano
Para obtener más información sobre los refrigerantes, incluidos los más ecológicos y asequibles, lea nuestro artículo sobre este tema aquí.
Eficiencia mini-split
Ahora que sabemos cómo funciona un sistema mini-split, veamos qué tan eficientes son. Los minisplits son muy ecológicos porque usan la energía de manera efectiva para calentar y enfriar su hogar.
Tres métricas críticas describen la eficiencia de un sistema de bomba de calor mini-split. Ellos son:
- Factor de rendimiento estacional de calefacción (HSPF)
- Relación de Eficiencia Energética Estacional (SEER)
- Relación de Eficiencia Energética (EER)
La mayoría de las personas tienden a centrarse en HSPF y SEER cuando deciden el sistema adecuado para su hogar, con mayor énfasis puesto en el HSPF en climas más fríos y más atención en el SEER en climas cálidos donde el enfriamiento es más importante.
Pero, ¿qué significan estos factores y cómo se calculan?
Factor de rendimiento estacional de calefacción (HSPF)
El HSPF es la calefacción de espacios total requerida durante la temporada de calefacción de espacios (en Btu), dividida por la energía eléctrica total consumida por el mini-split durante la misma temporada (en vatios-hora).
HSPF le da una idea de la eficiencia con la que su sistema puede calentar su hogar durante el invierno. Cuanto mayor sea el HSPF, más eficiente será su bomba de calor.
Para obtener una certificación ENERGY STAR, su mini-split debe tener un HSPF de al menos 8.5.
Relación de Eficiencia Energética Estacional (SEER)
El índice de eficiencia energética estacional (SEER) es el calor total extraído del espacio acondicionado durante la temporada de enfriamiento anual (en Btu), dividido por la energía eléctrica total consumida por el mini-split durante la misma temporada (en vatios-hora).
La relación SEER indica qué tan eficientemente funciona su bomba de calor al enfriar su hogar durante los meses de verano. Cuanto mayor sea este número, más eficiente será el sistema.
Un mini-split debe lograr al menos 15 SEER para la certificación ENERGY STAR.
Relación de Eficiencia Energética (EER)
El EER es la relación entre la tasa típica de refrigeración de espacios proporcionada y la tasa promedio de consumo de electricidad de la unidad. Esta cifra se expresa en Btu por vatio-hora. Cuanto mayor sea el número, más eficiente será el sistema.
El EER brinda una medida estandarizada de la eficiencia de la unidad y debe ser de al menos 12,5 EER para calificar para una certificación ENERGY STAR.
¿Por qué los minisplits son tan eficientes?
La eficiencia de las bombas de calor es muy alta, particularmente cuando se compara con los hornos tradicionales de gas o petróleo o con la calefacción por resistencia eléctrica que utiliza sistemas centrales de distribución de aire.
Veamos algunos de los principales factores que contribuyen a sus impresionantes eficiencias.
Los minisplits no generan calor directamente
Los mini-splits no generan calor directamente, sino que usan electricidad para mover el calor desde el exterior del edificio hacia la casa. Mover el calor usando electricidad de esta manera es mucho más eficiente y puede generar ahorros significativos en sus facturas de calefacción.
Los minisplits no utilizan conductos
Otra razón por la que los minisplits son particularmente eficientes es que no requieren conductos.
Los conductos son responsables de las pérdidas de energía de alrededor del 25-40 % de la energía de calefacción o refrigeración que emite una unidad central de aire acondicionado o un horno. Esta ineficiencia puede ser por falta de aislamiento o por agujeros y fugas en los conductos.
Los minisplits eliminan este problema al eliminar por completo los conductos.
Alta controlabilidad
Otra razón por la que las bombas de calor sin conductos son tan eficientes es que los propietarios pueden controlar individualmente
a ellos. Esta característica significa que se pueden apagar por completo cuando una habitación no está en uso, lo que ahorra energía.
Uso de tecnología de compresor accionado por inversor
Por último, un mini-split moderno sin ductos utiliza un compresor de velocidad variable accionado por inversor, que regula automáticamente su velocidad para adaptarse a la demanda, aumentando cuando las cargas de calefacción o refrigeración son extensas, como cuando se enciende.
Una vez que se alcanza la temperatura de funcionamiento, vuelven a marcar su salida y pueden seguir funcionando, lo que les permite operar de manera muy eficiente.
En comparación con un compresor de una sola etapa, que está encendido o apagado, es mucho más eficiente porque se consume mucha energía en el arranque cuando la corriente eléctrica alcanza su punto máximo.
Este enfoque también puede prolongar la vida útil de su unidad porque encender y apagar con frecuencia aumenta el desgaste.
El compresor es el componente más costoso de su unidad y, si falla, es probable que deba reemplazar todo el sistema, por lo que puede ser un ahorro significativo.
Resumen
Las bombas de calor mini-split son una opción fantástica para calentar y enfriar su hogar.
Comprenden una unidad exterior y una o más unidades interiores que soplan aire acondicionado en sus espacios habitables.
Los minisplits no generan calor directamente, sino que utilizan la electricidad y el ciclo de refrigeración para moverlo desde el exterior de su hogar hacia el interior durante la temporada de calefacción y viceversa en el verano.
Algunos refrigerantes utilizados en las bombas de calor pueden causar daños ambientales. Aún así, el gobierno continúa tomando medidas para reducir estos daños mediante el uso de refrigerantes más ecológicos y la regulación y concesión de licencias para su uso.
Los minisplits son increíblemente eficientes debido a la avanzada tecnología que permite controlarlos con precisión, aprovechando al máximo la energía que consumen.
Tampoco requieren conductos, una fuente significativa de pérdida de energía en los sistemas de aire central.
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