Científicos del grupo de investigación en Ingeniería de los Sistemas Térmicos y Energéticos (Istener) de la Universitat Jaume I de Castelló (UJI), en colaboración con una empresa privada, han desarrollado el primer prototipo funcional de bomba de calor de alta temperatura de España para la recuperación de la energía térmica residual procedente del sector 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 en la 25 edición del Congreso Internacional de Refrigeración IIR celebrado en Montreal (Canadá).
Actualmente, gran parte de la energía en el sector industrial es vertida al ambiente sin posibilidad de recuperación, ya que se trata de fuentes de calor 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», explica el coordinador del grupo de investigación Istener y catedrático de la UJI, Joaquín Navarro.
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.
Una referencia para estudiar nuevos refrigerantes más sostenibles
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.
La principal ventaja de este refrigerante es la alta temperatura crítica (153.86 °C), que permite producir vapor o agua presurizada hasta 140 °C, según explica el investigador del grupo Istener, Carlos Mateu. Sin embargo, este fluido 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».
«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.
Prometedor futuro en la descarbonización del planeta
Las conclusiones de esta investigación demuestran que esta tecnología, «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», aclara el científico.
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.