Calculadora COP Refrigeración y Bomba de Calor (Carnot Inverso)
Calcola COP ideale di Carnot, COP reale e EER equivalente di un impianto frigorifero o pompa di calore. Consumo annuo, costo elettrico e classe di efficienza ErP UE 626/2011. Gratis, in 5 lingue.
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Aviso: este cálculo tiene valor puramente indicativo. Para decisiones importantes, consulta a un profesional cualificado.
Qué es el COP
El COP (Coefficient of Performance), o coeficiente de rendimiento, es el número adimensional que mide la eficiencia de una máquina frigorífica o bomba de calor. Es la relación entre el calor útil producido (frío extraído en refrigeración, calor entregado en calefacción) y el trabajo eléctrico absorbido por el compresor. Un aire acondicionado con COP = 3,5 consume 1 kW de electricidad y quita 3,5 kW de calor del ambiente. Una bomba de calor con COP = 4 entrega 4 kW por cada kW eléctrico — cuatro veces más eficiente que un radiador de resistencia (COP = 1). El COP es la métrica clave en diseño HVAC, certificación energética de edificios (EPBD, RITE, CTE), cámaras frigoríficas y etiquetado ErP UE 626/2011.
La fórmula de Carnot inverso: el límite teórico
Sadi Carnot (1824) demostró que entre dos focos a temperaturas T_c (frío) y T_h (caliente) existe un límite físico máximo de eficiencia para mover calor, independiente del fluido o del ciclo termodinámico:
COP_carnot (refrig.) = T_c / (T_h − T_c)
COP_carnot (calef.) = T_h / (T_h − T_c) = 1 + COP_refrig.
Las temperaturas se usan en kelvin (K = °C + 273,15), no en Celsius. Ejemplo: chiller con evaporador a 7 °C (T_c = 280,15 K) y condensador a 45 °C (T_h = 318,15 K), ΔT = 38 K → COP_carnot_frío = 280,15/38 = 7,37. Ninguna máquina real puede superar este valor. La relación η = COP_real / COP_carnot se llama "eficiencia de Carnot" y está entre 0,3 y 0,7 en dispositivos comerciales; con η = 0,5 el COP real es ~3,7. El COP de calefacción siempre es > 1 (por Q_h = Q_c + W), motivo por el que las bombas de calor son tan eficientes en invierno.
COP vs EER vs SEER vs SCOP
Muchos términos se superponen, aclaremos la jerarquía:
- COP de Carnot (ideal): límite teórico absoluto, depende solo de T_c y T_h. Inalcanzable en la práctica.
- COP real (nominal): valor medido en condiciones estándar de ensayo (T exterior, T interior, caudal aire/agua fijos). Ej. para split: EN 14511 A35/W7.
- EER (Energy Efficiency Ratio): sinónimo de COP en refrigeración; en EE.UU. en Btu/(W·h): EER = COP·3,412.
- SEER (Seasonal EER): valor medio ponderado durante toda la temporada estival, considerando cargas parciales y temperaturas variables. Introducido por EN 14825 en 2013 para ErP.
- SCOP (Seasonal COP): equivalente estacional para calefacción, calculado por zona climática (media/cálida/fría).
Esta calculadora da el COP puntual: válido para análisis termodinámico en un punto de funcionamiento fijo. Para conformidad normativa y comparación de productos usar SEER/SCOP de la etiqueta energética.
Ciclo real: por qué η_carnot < 1
Un ciclo real de compresión de vapor tiene η_carnot < 1 por cinco razones principales:
- Compresión no isoentrópica: el compresor real tiene un rendimiento isoentrópico del 65-85 %; la irreversibilidad genera entropía.
- Pérdidas de carga: rozamientos en tuberías e intercambiadores causan caídas de 3-10 kPa que el compresor debe vencer.
- ΔT en intercambiadores: la transferencia de calor requiere diferencia de temperatura, típicamente 5-10 K en evaporador y condensador. El ciclo "interno" opera entre T_c − 5 y T_h + 5, reduciendo el COP.
- Subenfriamiento y sobrecalentamiento: necesarios para seguridad (evitar líquido en el compresor) pero introducen irreversibilidad.
- Consumos auxiliares: bombas de circulación, ventiladores de condensador, control electrónico, 5-15 % del consumo total.
Valores típicos de η_carnot: split residencial 0,35-0,45; chiller comercial expansión directa 0,40-0,55; chiller centrífugo grande 0,55-0,70; bomba de calor aire-agua 0,40-0,50; bomba geotérmica 0,55-0,65 (gracias al ΔT estable del terreno).
Clases de eficiencia ErP y etiqueta UE
El reglamento UE 626/2011 y sus enmiendas clasifican los aires acondicionados y bombas de calor de A+++ (máxima eficiencia) a D (mínima) según SEER y SCOP. Umbrales orientativos (SEER estival para splits):
- A+++: SEER ≥ 8,50
- A++: 6,10 ≤ SEER < 8,50
- A+: 5,60 ≤ SEER < 6,10
- A: 5,10 ≤ SEER < 5,60
- B: 4,60 ≤ SEER < 5,10
- C: 4,10 ≤ SEER < 4,60
- D: 3,60 ≤ SEER < 4,10
SCOP invernal (zona climática media): A+++ ≥ 5,10; A++ 4,60-5,10; A+ 4,00-4,60. La calculadora devuelve una clase indicativa sobre el COP puntual calculado. Recordar que el SEER estacional es típicamente ~2× el COP nominal porque incluye largos períodos a carga parcial donde la máquina es más eficiente que en pico.
Aplicaciones: frigo, aire acondicionado, bomba de calor
- Frigorífico doméstico: T_evap ≈ −20 °C, T_cond ≈ 40 °C, COP típico 1,5-2,5. Eficiencia baja por ΔT muy amplio (60 K).
- Congelador comercial: T_evap ≈ −30 °C, T_cond ≈ 40 °C, COP 1,2-1,8.
- Split residencial: T_evap ≈ 7 °C, T_cond ≈ 45 °C en verano; COP frío 3,0-4,5; SEER 5-8. Muy buena eficiencia gracias a ΔT modesto (~38 K).
- Chiller agua-agua industrial: T_evap ≈ 7 °C, T_cond ≈ 35 °C (torre evaporativa); COP 4-6.
- Bomba de calor aire-aire: T_evap ≈ 2-7 °C (exterior), T_cond ≈ 35-55 °C (interior); SCOP 3-4.
- Bomba geotérmica: T_evap constante ≈ 10-15 °C todo el año; SCOP 4-5, la más eficiente.
- Chiller centrífugo grande (oficinas, centros comerciales): COP 5-7.
El coste eléctrico anual depende mucho de las horas de funcionamiento: 800-1500 h/año verano y 1500-2500 h/año invierno para residencial, más para comercial/industrial.
Cómo mejorar el COP de una instalación existente
- Reducir ΔT entre foco y usuario: impulsión a 35 °C en vez de 55 °C aumenta el COP un 30-40 %. Sistemas radiantes (suelo) ideales para bomba de calor.
- Aislar la envolvente: reduce la Q_útil requerida.
- Mantenimiento intercambiadores: batería exterior de aire acondicionado obstruida reduce COP 15-25 %; limpieza anual.
- Carga correcta de refrigerante: infracarga o sobrecarga reduce COP 10-20 %. Solo técnicos certificados F-Gas.
- Set-points razonables: 26 °C verano en vez de 22 °C reduce ΔT y mejora COP 20 %; 20 °C invierno en vez de 24 °C.
- Modulación inverter: on/off siempre al 100%; inverter modula 20-100% y es más eficiente a cargas parciales (SEER 8-9 vs 5-6).
Cómo usar la calculadora
Elige la modalidad (1 = refrigeración estival, 2 = calefacción invernal con bomba de calor). Introduce la temperatura del foco frío en °C (refrig: temperatura al evaporador, típicamente 7 °C chiller o 10-15 °C split; calef: temperatura exterior, 2-7 °C invierno). La temperatura del foco caliente en °C (refrig: ambiente donde el condensador cede calor, 35-45 °C; calef: temperatura de impulsión, 35 °C suelo radiante o 55 °C radiadores). La eficiencia de Carnot (0,4-0,5 doméstico, 0,55-0,65 industrial), la potencia térmica útil en kW (de la hoja técnica), las horas de funcionamiento anuales y el coste eléctrico. La calculadora devuelve COP ideal, COP real, EER equivalente, potencia eléctrica absorbida, consumo y coste anual, y una clase de eficiencia indicativa ErP.
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