Bomba de calor o sistema solar
Bomba de circulación para bomba de calor o sistema solar – guía técnica completa
Las bombas de calor y los sistemas solares térmicos pertenecen hoy en día a las tecnologías más extendidas de energía renovable en las viviendas unifamiliares. Ambas tecnologías comparten una propiedad clave: para funcionar correctamente necesitan con seguridad un flujo confiable del líquido portador de calor. Es aquí donde entra en juego la bomba de circulación – un componente que en apariencia es discreto, pero cuyo elección correcta, dimensionamiento y ajuste pueden decidir si todo el sistema funciona eficientemente y sin problemas durante décadas, o si se estropeará repetidamente y encarecerá innecesariamente su operación.
En este artículo examinaremos las especificaciones que diferencian las bombas de circulación destinadas a bombas de calor y sistemas solares de las bombas convencionales para calefacción central. Explicaremos por qué no es posible utilizar simplemente cualquier bomba, qué parámetros hay que vigilar, cómo se ve un esquema hidráulico correcto y qué en la práctica suele ser la fuente más común de problemas. Si aún no ha leído nuestro artículo Cómo elegir una bomba de circulación para calefacción central, le recomendamos comenzar allí – aquí continuamos desde allí y vamos más a fondo en aplicaciones especiales.
¿Por qué las bombas de calor y los sistemas solares son un caso especial
Una bomba de circulación convencional para calefacción central trabaja con una temperatura de agua de 50–75 °C, con agua pura o agua con inhibidor de corrosión y en un rango de presión y caudal relativamente sencillo de predecir. Las bombas de calor y los sistemas solares introducen toda una serie de desviaciones de esta "norma":
- Un líquido portador con mezcla antihelio: En el circuito primario de la bomba de calor (tierra-agua, agua-agua) o en el circuito solar se utiliza casi siempre una mezcla de agua y glicol de propileno, o bien de etileno. Estas mezclas tienen una viscosidad, densidad y propiedades químicas distintas a las del agua pura, lo que influye directamente en el rendimiento de la bomba y en los requisitos del material.
- Temperaturas extremas: Un colector solar térmico puede alcanzar temperaturas superiores a 180 °C en el líquido durante la estancamiento en verano. En invierno, la temperatura en el circuito puede estar por debajo de cero al encenderse. La bomba debe soportar este rango de temperaturas sin daños.
- Bajas temperaturas de operación: El circuito primario de tierra de una bomba de calor opera normalmente con temperaturas de −5 a +10 °C. Esto impone requisitos a los materiales de las juntas y rodamientos.
- Altos requisitos de eficiencia energética: La bomba de calor es una tecnología basada en el ahorro de energía. Si la bomba de circulación consume innecesariamente mucha electricidad, empeora el COP (coeficiente de rendimiento) del sistema completo. En el circuito primario tierra-agua, la bomba puede consumir 30–80 W continuamente – durante un año esto puede ser 260–700 kWh.
- Horas de funcionamiento prolongadas: Una bomba solar puede funcionar 2 000–4 000 horas al año (durante el día en la temporada). Una bomba de calor puede operar 4 000–6 000 horas al año. Esto es varias veces más que una bomba de calefacción convencional.
Estos factores juntos significan que la elección de la bomba para estas aplicaciones requiere una atención mucho más cuidadosa que en un sistema de calefacción estándar.
Bomba de circulación en una bomba de calor – diferenciación de circuitos
Una bomba de calor de tipo tierra-agua (geotérmica) trabaja normalmente con tres circuitos hidráulicos, cada uno de los cuales puede tener su propia bomba con requisitos distintos. Es importante diferenciar estos circuitos, ya que su confusión o elección incorrecta puede tener consecuencias graves.
Circuito primario (circuito de colectores de tierra o de pozo)
El circuito primario transporta el calor de la naturaleza (de la tierra, subsuelo o agua) al evaporador de la bomba de calor. Trabaja con temperaturas típicas en el rango de −5 °C a +15 °C dependiendo de la estación y la profundidad del colector. El líquido portador es siempre una mezcla de agua con glicol de propileno, normalmente en una concentración del 25–35 % (protección hasta unos −15 °C). El caudal en el circuito primario se dimensiona según la potencia de la bomba de calor – aproximadamente 0,25–0,35 litros por minuto por cada kilovatio de potencia térmica de la bomba.
Para el circuito primario necesitamos una bomba que:
- Pueda trabajar con mezclas de glicol (materiales resistentes al glicol de propileno)
- Tenga suficiente altura manométrica para superar la resistencia de un sistema de tuberías largo (los colectores de tierra pueden tener 200–600 m de longitud total de tuberías)
- Sea energéticamente eficiente, ya que funciona casi continuamente durante la temporada de calefacción
- Tenga una clase de eficiencia energética al menos A (idealmente una bomba con motor EC y función de revoluciones variables)
Circuito secundario (circuito de calefacción)
El circuito secundario es en realidad un circuito de calefacción clásico – transporta el calor del condensador de la bomba de calor al sistema de calefacción (suelo radiante, radiadores, fancoils). Aquí se puede utilizar una bomba de circulación convencional para calefacción central, pero con condiciones – la temperatura del agua es más baja que en la calefacción con caldera (35–55 °C en el suelo radiante, hasta 65 °C en radiadores), lo que aumenta los requisitos de dimensionamiento preciso debido a las diferencias de temperatura más pequeñas, pero no implica requisitos especiales de materiales.
Si la bomba de calor también funciona con agua caliente sanitaria (ACS), puede haber una bomba adicional para el circuito de calentamiento del depósito. Más información sobre el dimensionamiento del circuito secundario la encontrarás en el artículo ¿Qué potencia de bomba de circulación necesito para mi casa?.
Circuito integrado directo de la bomba de calor
La mayoría de las bombas de calor monobloque o split aire-agua o tierra-agua modernas tienen algunas bombas integradas directamente dentro de la unidad. Esto simplifica enormemente la instalación, pero es útil saber que estas bombas integradas normalmente tienen parámetros fijos o ajustables limitados y en casos de tuberías de alimentación muy largas o esquemas hidráulicos complejos pueden no ser suficientes – en tal caso es necesario añadir una bomba externa o un módulo hidráulico.
Bomba para sistema térmico solar – categoría especial
El sistema térmico solar es en muchos aspectos aún más exigente para la bomba que la bomba de calor. La razón son las temperaturas extremas que se producen durante la estancamiento (los colectores sin evacuación de calor pueden sobrecalentarse más allá de 180–200 °C) y también el amplio rango de temperatura entre invierno y verano.
Requisitos específicos para la bomba de circulación solar
Para el circuito solar se aplican estos requisitos técnicos que es necesario respetar al elegir la bomba:
- Resistencia térmica: La bomba debe soportar picos de temperatura de corta duración de hasta 130–140 °C (algunas bombas solares están certificadas hasta 160 °C). Las bombas de calefacción convencionales están dimensionadas solo para 110 °C.
- Resistencia a los glicoles: El circuito solar utiliza medios calientes basados en glicol de propileno o líquidos solares especiales. Los materiales de las juntas (EPDM, PTFE) y el cuerpo de la bomba deben ser químicamente compatibles.
- Resistencia a la estancamiento: Durante la estancamiento, el líquido en el intercambiador y en la bomba puede pasar temporalmente a la fase de vapor. La bomba debe poder manejar también el vaciado del sistema y el rellenado posterior tras el enfriamiento sin daños mecánicos.
- Bajo consumo: La bomba solar debería tener el menor consumo eléctrico posible, ya que su tiempo de funcionamiento se resta directamente del ahorro solar. Las estaciones de bomba solares modernas con motores EC tienen un consumo de 5–25 W en lugar de 50–100 W en los motores asíncronos antiguos.
- Regulación de velocidad: El regulador del sistema solar (regulador diferencial) suele controlar directamente la velocidad de la bomba mediante PWM o señal analógica 0–10 V. La bomba debe tener la entrada correspondiente.
Estación de bombeo solar frente a bomba individual
En la práctica, las bombas solares suelen formar parte de lo que se llama una estación de bombeo solar (grupo) – un dispositivo compacto que, además de la bomba, incluye también un vaso de expansión, una válvula de seguridad, un medidor de caudal, válvulas de cierre y termómetros. Esta estación es más ventajosa para la instalación, pero al elegirla es necesario verificar si la bomba en la estación es adecuada para el sistema dado (potencia de los colectores, longitud y dimensiones de las tuberías, tipo de líquido calórico).
Una bomba de circulación individual para el sistema solar es más adecuada para instalaciones más grandes o para reformas, donde los otros componentes (vaso de expansión, válvula) ya están integrados.
Dimensionamiento de la bomba – cálculos concretos y reglas
El dimensionamiento correcto de una bomba para una bomba de calor o un sistema solar requiere conocer dos parámetros básicos: caudal requerido (en m³/h o l/min) y altura manométrica necesaria (en metros columna de agua). Estos dos valores determinan el punto de funcionamiento de la bomba, en base al cual se elige la bomba de la característica (curvas Q-H).
Cálculo del caudal para el circuito primario de la bomba de calor
El caudal en el circuito primario de la bomba de calor se calcula según la potencia absorbida del suelo (no según la potencia térmica total de la bomba). Se aplica la fórmula:
Q = P_absorp / (c × ρ × ΔT)
donde P_absorp es la potencia extraída del colector geotérmico (típicamente el 60–70 % de la potencia térmica total de la bomba de calor, el resto es energía eléctrica del compresor), c es la capacidad térmica específica de la mezcla de glicol (aproximadamente 3,8 kJ/kg·K para una mezcla de 30 % de propilenglicol), ρ es la densidad de la mezcla (aproximadamente 1 040 kg/m³) y ΔT es la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del colector (típicamente 3–5 K).
Ejemplo: Una bomba de calor con una potencia térmica total de 10 kW, COP = 4. Potencia eléctrica del compresor = 2,5 kW. Potencia extraída del suelo = 7,5 kW. Con ΔT = 4 K y una mezcla de glicol del 30 %: Q = 7 500 / (3 800 × 1 040 × 4) = 0,000473 m³/s = 1,7 m³/h ≈ 28 l/min. Este es un caudal bastante elevado, para el cual necesitamos una bomba con capacidad suficiente.
Cálculo de la altura manométrica
La altura manométrica depende de la resistencia hidráulica de la red de tuberías. Para un colector geotérmico debemos considerar:
- Resistencia de las tuberías de alimentación y retorno desde el edificio al colector (depende del diámetro, longitud y velocidad del flujo)
- Resistencia de las propias tuberías del colector (típicamente 200–600 m en un colector horizontal o 50–300 m en pozos geotérmicos)
- Resistencia del evaporador de la bomba de calor (indicada por el fabricante, típicamente 1–3 m)
- Resistencia de válvulas, filtros y captadores de impurezas
A modo orientativo: para un colector geotérmico horizontal en una casa con una distribución de 2×30 m y un colector de 400 m con diámetro PE 32 mm, calculamos una altura manométrica total en el rango de 4–8 m. Para pozos geotérmicos con diámetros de sonda más pequeños (PE 25 mm, longitud total 2×150 m), podemos obtener una resistencia de hasta 10–16 m, lo que requiere una bomba más potente.
Corrección para la mezcla de glicol
Este es un punto que con frecuencia se olvida en la práctica. Las características de las bombas (curvas Q-H) siempre se indican para agua pura a 20 °C. El glicol tiene una viscosidad más alta (a 0 °C es aproximadamente 1,5–3 veces mayor que el agua), lo que reduce el caudal real y aumenta la altura manométrica necesaria para el mismo punto. Para una mezcla de propilenglicol del 30 % a 0 °C, hay que calcular un factor de corrección de aproximadamente 1,1–1,2 para la altura manométrica necesaria y 0,9–0,95 para el caudal, en comparación con los valores de la curva para agua.
En otras palabras: una bomba que según la curva para agua esté justo en el límite, probablemente no sea suficiente con glicol. Siempre reserve al menos un 15–20 %. Más información sobre la elección de los parámetros correctos la encontrará en el artículo ¿Qué potencia de bomba circuladora necesito para mi casa?.
Eficiencia energética – por qué vale la pena invertir en una clase A de EEI
Las bombas circuladoras modernas se dividen según el índice de eficiencia energética (EEI – Energy Efficiency Index). Desde el año 2015 está prohibida en la UE la venta de nuevas bombas circuladoras para sistemas de calefacción con un EEI superior a 0,23. Desde el año 2020 se aplica un límite más estricto de 0,20. Las mejores bombas disponibles con motores electrónicamente conmutados (EC) alcanzan un EEI < 0,10, lo que representa un consumo 5–10 veces menor en comparación con los motores asíncronos antiguos.
En aplicaciones de bombas de calor y sistemas solares, esto tiene aún más impacto práctico. Calculemos un ejemplo:
La bomba primaria de una bomba de calor (10 kW) funciona 4 500 horas al año. Bomba antigua con motor asíncrono: 80 W × 4 500 h = 360 kWh/año. Bomba moderna EC: 20 W × 4 500 h = 90 kWh/año. Diferencia 270 kWh/año a un precio de electricidad de 0,20 €/kWh = ahorro anual de 54 € solo en la bomba. En 15 años de vida útil, esto supera los 800 €. Además: cada vatio ahorrado en la bomba mejora el COP final del sistema – menos electricidad entra, más calor sale.
Este es uno de los motivos por los que es absolutamente justificado invertir en una bomba premium con motor EC en lugar de una solución barata en el caso de las bombas de calor. Más información sobre el ajuste de revoluciones y el funcionamiento eficiente la encontrará en el artículo Ajuste de revoluciones y potencia de la bomba circuladora.
Requisitos materiales y compatibilidad
Para el circuito primario de la bomba de calor y para el circuito solar se imponen requisitos especiales sobre los materiales de la bomba:
Cuerpo y rodete de la bomba
Las bombas de calefacción convencionales tienen el cuerpo de fundición o bronce – ambos son adecuados también para glicol. El problema puede ser el aluminio: mezclas de propilenglicol con un pH inadecuado (por debajo de 7) pueden corroer componentes de aluminio. En los sistemas solares, donde se utilizan bombas con cuerpo de aluminio (comunes en grupos solares), es necesario utilizar un medio de transporte térmico con pH correcto (7,5–8,5) y controlar regularmente su estado.
Juntas y anillos O
El material clave son las juntas: para mezclas de glicol y líquidos solares son adecuados el EPDM (caucho de etileno-propileno-dieno) o el PTFE (teflón). No son adecuados los neumáticos de nitrilo (NBR), que se hinchan y degradan con los glicoles. Siempre verificar en la documentación técnica de la bomba, con qué medios es compatible el dispositivo.
Embrague magnético frente a tapón mecánico
Las bombas de rotor húmedo (el tipo más extendido para estas aplicaciones) tienen el motor y el rotor refrigerados y lubricados por la propia sustancia transportadora de calor, sin sellado externo del eje. Esto es ventajoso desde el punto de vista de la compatibilidad con los glicoles, ya que se evita el problema de la degradación del sellado del eje. Más sobre las diferencias entre tipos de bombas en el artículo Diferencia entre bomba de circulación húmeda y seca.
Regulación y control de la bomba en el sistema
Los modernos sistemas de bombas de calor y reguladores solares requieren del control de la velocidad de las bombas de circulación. Existen estos tipos de regulación:
Presión proporcional (Δp-prop)
El ajuste más frecuente para el circuito secundario (de calefacción). La bomba aumenta o disminuye automáticamente las revoluciones para mantener una presión diferencial proporcional al caudal actual. El resultado es una operación silenciosa y eficiente en carga parcial – estado típico en bombas de calor.
Presión constante (Δp-const)
Adecuado para sistemas con grandes cambios de caudal (abren y cierran las válvulas de los radiadores). Menos adecuado para el circuito solar, donde regulamos el caudal deliberadamente.
Señal de control externa (0–10 V o PWM)
El regulador solar controla directamente la velocidad de la bomba mediante una señal externa. Esto permite optimizar el caudal según la intensidad actual de la radiación solar – con poca luz, flujo lento; con mucha luz, flujo rápido. Algunos algoritmos incluso optimizan el flujo para el máximo rendimiento solar, no solo para la máxima temperatura.
Funciones de protección
Las bombas para bombas de calor deben tener incorporada la protección contra el bloqueo del rotor (función anti-seize – funcionamiento automático breve tras una larga inactividad), protección contra el funcionamiento sin líquido y secuencia automática de purga de aire. Estas funciones prolongan la vida útil de la bomba y evitan averías tras una larga parada estival.
Consejos de instalación de la práctica
Tras años de trabajo con sistemas de bombas de calor y instalaciones solares, hemos reunido varios conocimientos prácticos que diferencian una instalación correcta de una problemática:
- Siempre instale la bomba con el eje del rotor en posición horizontal, no vertical. La instalación vertical reduce la vida útil de los rodamientos y puede causar ruido.
- Antes de la bomba, instale un captador de impurezas (filtro, separador magnético). El circuito primario de la bomba de calor al llenarse por primera vez puede contener impurezas del suelo o de las tuberías – sin filtro, estas llegan a la bomba y al evaporador.
- Para el circuito solar, utilice exclusivamente bombas destinadas a aplicaciones solares – no bombas de calefacción estándar "del mismo tamaño". La diferencia está en la resistencia térmica de los materiales y la certificación para líquidos solares.
- Desaire completamente el circuito primario antes de arrancar. El aire en el sistema con glicol forma burbujas mucho más estables que en agua pura y se purga con mayor dificultad. Utilice válvulas de purga automáticas y durante los primeros días de funcionamiento compruebe si el sistema hace ruido.
- Ajuste la concentración correcta de la mezcla de glicol y registre en la documentación. En cada revisión anual, compruebe con un refractómetro. El glicol degradado corroe las partes metálicas y destruye las juntas.
- En el sistema solar, instale una válvula de retención detrás de la bomba – evita la circulación inversa nocturna (el calor del depósito se pierde en el colector frío durante la noche).
El procedimiento detallado de instalación, incluyendo errores típicos, se puede encontrar en el artículo Instalación de la bomba de circulación paso a paso.
Problemas y averías típicos en la práctica
Según las intervenciones de servicio en bombas de calor y sistemas solares, los problemas más frecuentes con las bombas de circulación son los siguientes:
Rotor bloqueado tras la parada estival: Las bombas de sistemas solares o circuitos primarios de bombas de calor que han estado paradas varios meses pueden bloquearse debido a depósitos en el rotor. La mayoría de las bombas modernas resuelven esto con ciclos automáticos anti-seize, pero los modelos antiguos requieren un desbloqueo manual (destornillar y limpiar con un tornillo de servicio). Solución preventiva: ajuste la bomba para un funcionamiento breve diario incluso fuera de temporada.
Funcionamiento ruidoso (cavitación): Si la bomba emite un zumbido o ruidos de chisporroteo, la causa puede ser una presión insuficiente en la entrada (NPSH – net positive suction head). En sistemas solares, el líquido en un día caluroso de verano a alta temperatura puede parcialmente fluir como vapor. Solución: aumentar la presión del sistema (añadir un vaso de expansión, aumentar la presión previa), o reducir la temperatura (sombra en los colectores, refrigeración nocturna).
Bajo caudal a pesar del funcionamiento de la bomba: Síntoma típico de filtro obstruido, válvula cerrada o potencia de la bomba ajustada incorrectamente a un valor muy bajo. En las bombas de calor, se manifiesta en que la bomba de calor se desconecta por la avería "bajo caudal" o por sobrecalentamiento del condensador.
Otros problemas típicos se analizan en el artículo Averías comunes de la bomba de circulación y sus soluciones.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Puedo utilizar una bomba de calefacción normal para el circuito solar?
En la mayoría de los casos no. Las bombas de calefacción normales están dimensionadas para una temperatura máxima de 110 °C y se prueban con agua pura. El circuito solar en caso de estancamiento alcanza 130–180 °C y funciona con un líquido transportador especial (glicol o aceites sintéticos). El uso de una bomba inadecuada puede causar daños en las juntas, grietas en componentes plásticos del rotor y fugas de líquido. Siempre utilice bombas expresamente certificadas para aplicaciones solares.
¿Cuál es la diferencia entre la bomba primaria de la bomba de calor y una bomba de calefacción normal?
La bomba primaria de la bomba de calor trabaja con una mezcla de glicol a bajas temperaturas (−5 a +15 °C), debe funcionar miles de horas al año y debe tener el menor consumo eléctrico posible debido a su influencia en el COP del sistema. Una bomba de calefacción normal está optimizada para temperaturas más altas y horas de funcionamiento más cortas. En la práctica, para el circuito primario de la bomba de calor también se pueden utilizar algunas bombas de calefacción de alta calidad, pero siempre hay que verificar la compatibilidad de los materiales con el glicol y ajustar el rendimiento según la característica real de presión para la mezcla de glicol.
¿Cómo sé que la bomba del circuito primario de la bomba de calor es demasiado débil?
Síntomas: la bomba de calor se apaga por la avería de protección "bajo caudal" o "baja temperatura de aspiración", en las pantallas de la unidad de control de la bomba de calor aparecen grandes diferencias de temperatura entre la entrada y la salida del circuito primario (más de 6–7 K en funcionamiento normal), el sistema puede emitir ruido de cavitación. Solución: medir el caudal real con medidores de caudal o según las diferencias de temperatura y comparar con los valores requeridos de la documentación de la bomba de calor.
¿Por qué la bomba solar funciona, pero el colector no se calienta?
Este fenómeno puede tener varias causas: (1) el aire en el sistema impide la circulación (la bomba funciona, pero el líquido no se mueve – "la bomba funciona en vacío"), (2) la válvula de retención está atascada en la posición "cerrada", (3) la bomba es demasiado débil para superar la resistencia del sistema, (4) el regulador diferencial no activa la bomba con la diferencia de temperatura correcta – hay que comprobar el ajuste de ΔT de encendido (típicamente 5–8 K) y ΔT de apagado (típicamente 2–4 K). Una resolución sistemática de los problemas se puede encontrar en el artículo Averías comunes de la bomba de circulación y sus soluciones.
¿Cuánto tiempo dura la bomba de circulación en el circuito primario de la bomba de calor?
Las modernas bombas de rotor húmedo con motor EC tienen una vida útil de 15–25 años incluso con un alto número de horas de funcionamiento, si se instalan correctamente y se realiza una mantenimiento regular (control del líquido, filtros). Un factor crítico es la calidad del líquido transportador – el glicol degradado con un pH bajo reduce significativamente la vida útil de los rodamientos y las juntas. Una revisión anual del pH y de los inhibidores de la mezcla de glicol es una inversión preventiva barata. Más sobre el mantenimiento se puede leer en el artículo Mantenimiento y servicio de la bomba de circulación.
¿Debo cambiar la bomba cuando instale una bomba de calor en lugar de una caldera?
Para el circuito secundario (de calefacción) depende de los parámetros concretos: la bomba de calor trabaja con temperaturas más bajas y, en el caso del suelo radiante, el caudal es mayor que en un sistema de caldera con radiadores. La bomba existente puede estar subdimensionada (caudal insuficiente) o sobredimensionada (ruido y consumo innecesarios). Siempre recomendamos recalcular la hidráulica del circuito secundario al cambiar la fuente de calor. Para el circuito primario (el colector geotérmico) siempre se instala una bomba nueva, ya que con una caldera no existe el circuito primario geotérmico.
Conclusión – la bomba como el corazón del sistema de energía renovable
La bomba de circulación en una bomba de calor o en un sistema solar no es solo un componente auxiliar común – es uno de los dispositivos clave que determina la rendimiento final, la fiabilidad y la duración de toda la inversión. Un error en la elección o dimensionamiento se manifiesta como fallos frecuentes del sistema, mayor consumo eléctrico o desgaste prematuro.
El procedimiento correcto siempre es el mismo: primero determinar con precisión el caudal y la altura manométrica necesarios para el sistema concreto, tener en cuenta las correcciones para la mezcla de glicol y las temperaturas de funcionamiento, elegir una bomba certificada para dicha aplicación (solar, circuito primario de la bomba de calor, circuito de calefacción) con clase de eficiencia energética A y función de velocidad variable, y garantizar una instalación correcta y un mantenimiento regular.
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