Una bomba de calor es un sistema de climatización que utiliza electricidad para trasladar energía térmica mediante un circuito de refrigerante, un compresor y distintos intercambiadores de calor. En invierno puede aprovechar el calor disponible en el exterior y, dependiendo del diseño del vehículo, recuperar también energía térmica procedente de componentes eléctricos. Este sistema permite calentar el habitáculo con mayor eficiencia que una calefacción basada únicamente en resistencias eléctricas en la mayoría de las condiciones.
La necesidad de una climatización eficiente en los vehículos de cero emisiones
Los sistemas de propulsión eléctricos son muy eficientes y generan menos calor residual aprovechable para calentar el habitáculo que un motor de combustión. Por eso, la climatización puede representar un consumo de energía relevante, especialmente durante el invierno.
Una resistencia eléctrica transforma directamente la electricidad en calor. Es un sistema sencillo y eficaz para elevar la temperatura, pero la energía que consume procede de la batería de tracción. Una bomba de calor, en cambio, utiliza electricidad principalmente para accionar el compresor y trasladar energía térmica de un punto a otro, por lo que puede ser más eficiente en muchas condiciones de funcionamiento.
Esta mayor eficiencia puede reducir la energía que el vehículo destina a la climatización y dejar una mayor proporción disponible para la propulsión. Sin embargo, el rendimiento de una bomba de calor depende de factores como la temperatura exterior y el diseño del sistema, y disminuye cuando las condiciones son extremadamente frías.
No todos los coches eléctricos incorporan una bomba de calor. Su disponibilidad depende del fabricante, el modelo y la versión, por lo que conviene comprobar el equipamiento concreto del vehículo. Puedes conocer otros componentes en nuestro diccionario de las principales partes de un coche eléctrico.
Cómo funciona la bomba de calor para calentar el habitáculo
El funcionamiento básico se basa en un circuito frigorífico similar al utilizado por un sistema de aire acondicionado. El refrigerante absorbe energía térmica en una zona del circuito y la libera en otra. En modo calefacción, esta energía se utiliza para elevar la temperatura del habitáculo. En sistemas más avanzados, la bomba también puede aprovechar el calor residual de distintos componentes eléctricos.
El diseño exacto varía de un fabricante a otro. Algunos sistemas integran la climatización del habitáculo con la gestión térmica de la batería, el motor eléctrico y la electrónica de potencia, mientras que otros utilizan circuitos menos complejos.
El ciclo de compresión y expansión del gas refrigerante
De forma simplificada, el proceso puede dividirse en cuatro fases:
- El refrigerante absorbe energía térmica. Dependiendo del diseño, puede captarla del aire exterior o de circuitos que recuperan calor de otros componentes.
- El compresor aumenta la presión del refrigerante. Al elevar su presión, también aumenta su temperatura.
- El refrigerante cede calor. La energía térmica se transfiere al sistema encargado de calentar el habitáculo.
- La presión vuelve a disminuir. Una válvula de expansión reduce la presión y la temperatura del refrigerante para que pueda comenzar de nuevo el ciclo.
La gestión electrónica adapta el funcionamiento del sistema a las necesidades de climatización y, en determinados vehículos, también a la gestión térmica de la batería y de otros componentes eléctricos.
Cuando la temperatura exterior es extremadamente baja, la eficiencia de la bomba de calor disminuye. Por este motivo, algunos coches eléctricos combinan la bomba de calor con una resistencia eléctrica auxiliar para garantizar la calefacción del habitáculo en un rango más amplio de temperaturas.
Aprovechamiento del calor residual del motor eléctrico, el inversor y la batería
Algunos sistemas de gestión térmica recuperan parte del calor generado por los componentes eléctricos del vehículo para aprovecharlo en la climatización. De esta forma, una energía que de otro modo se disiparía puede utilizarse para reducir el trabajo necesario para calentar el habitáculo.
Dependiendo del diseño, pueden aprovecharse fuentes como:
- El motor eléctrico.
- El inversor y otros elementos de la electrónica de potencia.
- El cargador embarcado.
- La batería de alta tensión.
- Los circuitos de gestión térmica del vehículo.
No todos los coches utilizan estas fuentes de la misma manera. Hyundai y Kia, por ejemplo, han desarrollado sistemas capaces de recuperar calor procedente de los motores de tracción, inversores, cargadores y batería para mejorar la eficiencia de la calefacción.
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¿Cómo te ayuda este sistema a ahorrar batería en invierno?
La bomba de calor no aumenta la capacidad de la batería ni genera energía adicional. Su ventaja consiste en reducir la cantidad de electricidad necesaria para climatizar el habitáculo frente a un sistema basado únicamente en calefacción resistiva, especialmente cuando la temperatura exterior permite que la bomba trabaje de manera eficiente.
El beneficio final depende, entre otros factores, de la temperatura exterior, la temperatura seleccionada en el habitáculo, la duración y el tipo de trayecto, el diseño de la bomba de calor y la estrategia de gestión térmica del vehículo. Por eso, no existe un porcentaje de ahorro o una ganancia de autonomía que pueda aplicarse por igual a todos los coches.
El impacto de las bajas temperaturas en la autonomía real de un coche eléctrico
El frío puede reducir la autonomía de un coche eléctrico por varios motivos. A bajas temperaturas cambia el comportamiento de la batería y, al mismo tiempo, aumenta la energía necesaria para acondicionar tanto el habitáculo como, en determinados vehículos, la propia batería.
La climatización adquiere especial importancia porque, a diferencia de un vehículo de combustión, un eléctrico no dispone de una gran cantidad de calor residual del motor para calentar gratuitamente el habitáculo. Una bomba de calor reduce este consumo en muchas condiciones, aunque su ventaja disminuye con temperaturas extremadamente bajas.
Comparativa de consumo: cuántos kilómetros extra consigues con la bomba de calor en autovía
No existe una cantidad fija de kilómetros adicionales por equipar una bomba de calor. El efecto sobre la autonomía depende del vehículo, la temperatura exterior, la velocidad, la demanda de calefacción y la capacidad de la batería. Además, el ahorro relativo de la climatización tiene menos peso cuanto mayor es la energía destinada a mover el vehículo.
Como referencia, en una comparación publicada por el Departamento de Energía de Estados Unidos, a una temperatura exterior de 20 °F —aproximadamente −6,7 °C— un vehículo equipado con bomba de calor y calefacción eléctrica auxiliar necesitó un 38 % menos de potencia para el sistema de climatización que otro vehículo equipado únicamente con calefacción resistiva. A 0 °F —aproximadamente −17,8 °C— la contribución de la bomba de calor era mucho menor debido a la reducción de su eficiencia.
Ese 38 % corresponde al consumo del sistema de climatización en unas condiciones de ensayo concretas, no a un incremento equivalente de la autonomía. Por tanto, no es correcto convertirlo directamente en un número determinado de kilómetros adicionales.
Para reducir el consumo durante el invierno:
- Preclimatiza el habitáculo y, si el vehículo lo permite, la batería mientras el coche permanece conectado a la red.
- Utiliza la calefacción de los asientos o del volante cuando esté disponible para reducir la demanda de climatización general.
- Evita seleccionar una temperatura interior innecesariamente elevada.
- Aprovecha las funciones automáticas de gestión térmica previstas por el fabricante.
Mantenimiento y cuidados del sistema de climatización en eléctricos
La bomba de calor forma parte del sistema de climatización y debe revisarse conforme al programa de mantenimiento establecido por el fabricante. No existe una periodicidad universal para todos los coches eléctricos: los componentes, refrigerantes y procedimientos pueden variar entre modelos. El RACE incluye la comprobación de la bomba de calor, cuando el vehículo la equipa, entre las revisiones del sistema de climatización de un coche eléctrico.
Entre las comprobaciones que pueden formar parte del mantenimiento se encuentran:
- Sustituir el filtro del habitáculo en los intervalos indicados por el fabricante.
- Comprobar el funcionamiento del aire acondicionado y de la bomba de calor, si la equipa.
- Revisar posibles pérdidas o anomalías en los circuitos de climatización y gestión térmica.
- Comprobar el sistema de refrigeración de la batería y de los componentes eléctricos cuando corresponda.
- Realizar el diagnóstico electrónico y las actualizaciones previstas por el fabricante.
Si el sistema pierde capacidad para calentar o refrigerar, genera ruidos anómalos o aparece un aviso de avería, conviene realizar un diagnóstico antes de sustituir o recargar ningún componente. La bomba de calor forma parte de un conjunto que puede incluir circuitos de refrigerante, electrónica y elementos de alta tensión, por lo que debe intervenir personal con la formación y los medios adecuados.
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