Científicos del grupo de investigación en Ingeniería de los Sistemas Térmicos y Energéticos (Istener) de la Universitat Jaume I (UJI) de Castelló, en colaboración con la empresa Rank, han desarrollado el primer prototipo funcional de bomba de calor de alta temperatura de España para la recuperación de calor residual industrial. Los primeros resultados experimentales de este prototipo, que avanzará hacia sistemas energéticos más eficientes para hacer frente al cambio climático, se han publicado en la revista Applied Energy. Además, fueron presentados recientemente en la 25 edición del Congreso Internacional de Refrigeración IIR celebrado en Montreal (Canadá).
Este nuevo prototipo diseñado en la UJI emplea como refrigerante el HFC-245fa, muy conocido en ciclos orgánicos de Rankine, pero no tan habitual en refrigeración o bombas de calor convencionales. «Su principal ventaja es la alta temperatura crítica de este fluido (153,86 °C), que permite producir vapor o agua presurizada hasta 140 °C», explica el investigador del grupo Istener, Carlos Mateu. Sin embargo, este refrigerante posee un alto poder de calentamiento global (PCG), de 858, «con lo que es necesaria la búsqueda de refrigerantes más sostenibles que proporcionen similares prestaciones energéticas que dicho refrigerante; en consecuencia, este prototipo también establece una referencia para investigar nuevos refrigerantes con bajo PCG que sean sostenibles con el medio ambiente», agrega Mateu. De hecho, en los próximos meses, se investigarán experimentalmente los potenciales refrigerantes con bajo PCG que sustituirán al HFC-245fa en las bombas de calor de alta temperatura.
Las conclusiones de esta investigación demuestran que esta tecnología, según Mateu, «tiene un prometedor futuro en la descarbonización del planeta, ya que se ha generado calor útil a 140 °C a partir de una fuente de calor residual de baja temperatura a 80 °C, obteniendo un COP de 2,23», pues permitirá reducir las emisiones de efecto invernadero responsables del calentamiento global. A su vez, se ha demostrado que la integración de esta tecnología en sistemas de cogeneración para recuperar el calor del aceite de refrigeración del motor consigue reducir las emisiones de CO2 equivalente hasta un 57% en comparación a los sistemas convencionales de generación de calor, como las calderas de gas natural.
El catedrático de la UJI Joaquín Navarro Esbrí, coordinador del grupo de investigación Istener y experto en máquinas y motores térmicos, argumenta que la preocupación por mitigar el cambio climático reclama nuevos sistemas energéticos cada vez más eficientes y sostenibles que sean capaces de producir energía de forma eficiente, reduciendo así las emisiones de gases de efecto invernadero. «De esta necesidad en palabras del profesorâ– nacen las bombas de calor de alta temperatura para la recuperación de calor residual industrial. Estos sistemas funcionan exactamente igual que los aires acondicionados, enfriadoras y demás sistemas de compresión de vapor, con la diferencia de que se han aumentado las temperaturas de operación empleando nueva tecnología de compresores y nuevos refrigerantes, entre otros componentes».
Actualmente, gran parte de la energía en el sector industrial es vertida al ambiente sin posibilidad de recuperarla por la inexistencia de tecnología capaz de ello. El aceite de refrigeración de los motores, los humos de escape o la refrigeración de procesos industriales son algunos ejemplos de fuentes de calor residual industrial que por su baja temperatura no son útiles para la industria y por falta de tecnología no se pueden reaprovechar. «Es aquí donde la bomba de calor de alta temperatura tiene un prometedor futuro como sistema capaz de recuperar dicho calor industrial a baja temperatura y revalorizarlo para que vuelva a ser útil en los procesos industriales», concluye el coordinador de Istener.
La bomba de calor de alta temperatura, a diferencia de otros sistemas de compresión de vapor, es capaz de operar con temperaturas de evaporación entre 60-90 °C y con temperaturas de condensación entre 110-150 °C. Con un pequeño aporte de energía eléctrica para alimentar al compresor, este tipo de sistemas son capaces de absorber calor residual y producir un calor útil para la industria, entre 120-150 °C, en forma de vapor o agua presurizada con una alta eficiencia. Dicho calor generado es utilizado en procesos de industrias petroquímicas, alimentarias o cerámicas, entre otras, reduciendo el consumo de combustible fósil de los sistemas de generación de calor y, con ello, las emisiones de gases de efecto invernadero.
El grupo de investigación Istener pertenece al Área de Máquinas y Motores Térmicos del Departamento de Mecánica y Construcción de la Universitat Jaume I de Castelló. Sus principales líneas de investigación se centran en el desarrollo de sistemas de microgeneración y revalorización a partir de fuentes de calor de baja temperatura, en concreto, ciclos orgánicos de Rankine (ORC) y bombas de calor de alta temperatura. Además, su investigación también se centra en la búsqueda de refrigerantes sostenibles con bajo PCG tanto en sistemas de refrigeración como en ciclos orgánicos de Rankine y bombas de calor de alta temperatura. (Fuente: UJI)
