¿La bomba de calor es un refrigerador?

Question

En un libro de texto de Termodinámica aparece el siguiente problema:

Una bomba de calor es un dispositivo eléctrico que calienta un edificio bombeando calor desde el frío exterior. En otras palabras, es lo mismo que un frigorífico, pero su finalidad es calentar el depósito caliente en lugar de enfriar el depósito frío (aunque hace ambas cosas).

Me cuesta entender la diferencia principal entre una bomba de calor y un frigorífico. En un frigorífico, el calor se extrae de una sustancia fría en la cabina del frigorífico y luego el exceso de calor se bombea fuera del aparato.

Ahora bien, en el caso de una bomba de calor, el calor también se bombea desde una "sustancia fría" (el frío exterior) y va a la "cabina" (el interior del edificio). Pero entonces, ¿cómo se calienta el edificio y no se refrigera? Me confunde mucho el enunciado del problema, no puede ser menos claro.

Answer 1

La principal diferencia entre una bomba de calor y un frigorífico es una cuestión de perspectiva. Una bomba de calor es simplemente un frigorífico cuyo interior está fuera de la casa. En otras palabras, una bomba de calor intenta enfriar el aire del exterior del edificio, y en el proceso calienta el aire del interior del edificio.

Dicho de otro modo, un frigorífico es simplemente una bomba de calor que toma el calor del interior del frigorífico y lo transfiere al exterior.

Answer 2

Antes de responder a la pregunta, hablemos de la palabra "eficiencia".

En el sentido que nos interesa aquí la palabra se utiliza para describir la eficacia con la que algún recurso consumido se convierte en algún efecto deseado. En el contexto de los motores termodinámicos, los frigoríficos y las bombas de calor, el resultado deseado y el recurso disponible son uno de

• el calor se mueve entre la fuente caliente y el mecanismo
• el calor se mueve entre la fuente fría y el mecanismo
• trabajo (realizado por o en el mecanismo)

los tres se denominan en términos de energía, por lo que utilizamos una relación $$ \text{efficiency} = \frac{\text{desired outcome (in energy)}}{\text{resource used(in energy)}} \;.$$

En un motor introducimos energía (calor del depósito caliente al motor, y obtenemos trabajo, por lo que $$ \text{efficiency}_\text{engine} = \frac{\text{work done}}{\text{heat supplied}} \;.$$

Tanto en el caso de un frigorífico como en el de una bomba de calor, el trabajo suministrado es el recurso utilizado, pero el resultado deseado varía: en el caso de la refrigeración, lo que importa es el calor eliminado de la fuente fría, mientras que en una bomba de calor lo que importa es el calor añadido a la fuente caliente. (Por razones históricas, también utilizamos aquí la expresión "coeficiente de rendimiento" en lugar de "eficiencia"). \begin {align*} \text {CoP}_ \text {frigorífico} &= \frac { \text {calor eliminado}} \text {trabajo suministrado}} \\ \\ \text {CoP}_ \text {bomba de calor} &= \frac { \text {calor suministrado}} \text {trabajo suministrado}} \;. \end {align*}

Así que, para poner finalmente la respuesta en palabras, la única diferencia es lo que usted está tratando de lograr .

Answer 3

Creo que parte de tu confusión se debe a que la afirmación que has destacado está bastante mal redactada. Un par de datos que podrían aclarar las cosas:

1.) una bomba de calor es una palabra científica elegante para designar cualquier aparato o unidad de refrigeración, ya sea un frigorífico de cocina, un acondicionador de aire, una "caja del pantano" o cualquier otra cosa. No estoy seguro de por qué el autor de la cita establece algún tipo de diferencia entre un frigorífico y una bomba de calor. (Que alguien me corrija si me equivoco en este punto).

2.) En alguna parte de su cita, el autor parece confundido sobre cómo se configuran normalmente las "bombas de calor". Todas las "bombas de calor" que he visto en el mundo real se utilizaban para enfriar una habitación o el interior de un congelador, etc.

3.) Por último, todo aparato cuya auténtica finalidad era calentar una habitación se llamaba calefactor. (Mi sarcasmo va dirigido al autor de la cita, no a ti SECUENCIA). Es cierto que un frigorífico tradicional puede calentar incidentalmente una habitación al enfriar el interior de la "cabina", pero esto es incidental, y debe presentarse como tal.

Estoy de acuerdo en que el autor no podía ser menos claro. Parece que el autor necesita reescribir esta sección del libro.

Answer 4

Aunque otras personas se centraron en el hecho de que al realizar una sola operación son esencialmente lo mismo, nadie ha señalado que las bombas de calor suelen estar construidas para ser reversibles, es decir, que pueden utilizarse tanto para enfriar como para calentar un ambiente (son fácilmente conmutables entre esas dos configuraciones). Los frigoríficos se construyen para realizar precisamente esa función.

Véase también el Artículo de la Wikipedia sobre las bombas de calor .

En particular este extracto (el énfasis es mío):

La energía térmica se transfiere naturalmente de los lugares más cálidos a los espacios más fríos. Sin embargo, una bomba de calor puede invertir esta situación absorbiendo el calor de un espacio frío y liberándolo a otro más cálido. El calor no se conserva en este proceso y requiere cierta cantidad de energía externa, como la electricidad. En los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), el término bomba de calor suele referirse a los dispositivos de refrigeración por compresión de vapor optimizados para obtener una alta eficiencia en ambas direcciones de la transferencia de energía térmica. Estas bombas de calor pueden ser reversibles y funcionar en ambos sentidos para proporcionar calefacción o refrigeración al espacio interior.

En resumen: desde el punto de vista de la ingeniería, una bomba de calor puede ser fácilmente reconfigurado para calentar o enfriar el área acondicionada, mientras que un refrigerador no puede.