Valencià:
Científics del grup d’investigació en Enginyeria dels Sistemes Tèrmics i Energètics (Istener) de la Universitat Jaume I de Castelló, en col·laboració amb l’empresa Rank®, han desenvolupat el primer prototip funcional de bomba de calor d’alta temperatura d’Espanya per a la recuperació de calor residual industrial. Els primers resultats experimentals d’aquest prototip, que avançarà cap a sistemes energètics més eficients per a fer front al canvi climàtic, s’han publicat en la revista Applied Energy. A més, van ser presentats la setmana passada en la 25a edició del Congrés Internacional de Refrigeració IIR celebrat a Mont-real (el Canadà).
 
Aquest nou prototip dissenyat a l’UJI empra com a refrigerant l’HFC-245fa, molt conegut en cicles orgànics de Rankine, però no tan habitual en refrigeració o bombes de calor convencionals. «El seu principal avantatge és l’alta temperatura crítica d’aquest fluid (153.86 °C), que permet produir vapor o aigua pressuritzada fins a 140 °C», explica l’investigador del grup Istener, Carlos Mateu. No obstant això, aquest refrigerant posseeix un alt poder d’escalfament global (PCG), de 858, «amb el que és necessària la cerca de refrigerants més sostenibles que proporcionen similars prestacions energètiques que el dit refrigerant; en conseqüència, aquest prototip també estableix una referència per a investigar nous refrigerants amb baix PCG que siguen sostenibles amb el medi ambient», agrega Mateu. De fet, en els pròxims mesos, s’investigaran experimentalment els potencials refrigerants amb baix PCG que substituiran l’HFC-245fa en les bombes de calor d’alta temperatura. 
 
Les conclusions d’aquesta investigació demostren que aquesta tecnologia, segons Mateu, «té un prometedor futur en la descarbonització del planeta, ja que s’ha generat calor útil a 140 °C a partir d’una font de calor residual de baixa temperatura a 80 °C, obtenint un COP de 2.23», perquè permetrà reduir les emissions d’efecte d’hivernacle responsables de l’escalfament global. Al seu torn, s’ha demostrat que la integració d’aquesta tecnologia en sistemes de cogeneració per a recuperar la calor de l’oli de refrigeració del motor aconsegueix reduir les emissions de CO2 equivalent fins a un 57% en comparació amb els sistemes convencionals de generació de calor, com les calderes de gas natural. 
 
REVALORACIÓ ENERGÈTICA
 
El catedràtic de l’UJI Joaquín Navarro Esbrí, coordinador del grup d’investigació Istener i expert en màquines i motors tèrmics, argumenta que la preocupació per mitigar el canvi climàtic reclama nous sistemes energètics cada vegada més eficients i sostenibles que siguen capaços de produir energia de forma eficient, reduint així les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle. «D’aquesta necessitat –en paraules del professor– naixen les bombes de calor d’alta temperatura per a la recuperació de calor residual industrial. Aquests sistemes funcionen exactament igual que els aires condicionats, refrigeradores i altres sistemes de compressió de vapor, amb la diferència que s’han augmentat les temperatures d’operació emprant nova tecnologia de compressors i nous refrigerants, entre altres components».
 
Actualment, gran part de l’energia en el sector industrial és abocada a l’ambient sense possibilitat de recuperar-la per la inexistència de tecnologia capaç de fer-ho. L’oli de refrigeració dels motors, els fums de fuita o la refrigeració de processos industrials són alguns exemples de fonts de calor residual industrial que per la seua baixa temperatura no són útils per a la indústria i per falta de tecnologia no es poden reaprofitar. «És ací on la bomba de calor d’alta temperatura té un prometedor futur com a sistema capaç de recuperar aquesta calor industrial a baixa temperatura i revalorar-la perquè torne a ser útil en els processos industrials», conclou el coordinador d’Istener. 
 
La bomba de calor d’alta temperatura, a diferència d’altres sistemes de compressió de vapor, és capaç d’operar amb temperatures d’evaporació entre 60-90 °C i amb temperatures de condensació entre 110-150 °C. Amb una xicoteta aportació d’energia elèctrica per a alimentar el compressor, aquest tipus de sistemes són capaços d’absorbir calor residual i produir una calor útil per a la indústria, entre 120-150 °C, en forma de vapor o aigua pressuritzada amb una alta eficiència. Aquesta calor generada és utilitzada en processos d’indústries petroquímiques, alimentàries o ceràmiques, entre altres, reduint el consum de combustible fòssil dels sistemes de generació de calor i, amb això, les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle. 
 
El grup d’investigació Istener pertany a l’Àrea de Màquines i Motors Tèrmics del Departament de Mecànica i Construcció de la Universitat Jaume I de Castelló. Les seues principals línies d’investigació se centren en el desenvolupament de sistemes de microgeneració i revaloració a partir de fonts de calor de baixa temperatura, en concret, cicles orgànics de Rankine (ORC) i bombes de calor d’alta temperatura. A més, la seua investigació també se centra en la cerca de refrigerants sostenibles amb baix PCG tant en sistemes de refrigeració com en cicles orgànics de Rankine i bombes de calor d’alta temperatura.
 
 
Carlos Mateu-Royo, Joaquín Navarro-Esbrí, Adrián Mota-Babiloni, Francisco Molés, Marta Amat-Albuixech. Experimental exergy and energy analysis of a novel high-temperature heat pump with scroll compressor for waste heat recovery. Applied Energy. Volume 253, 2019. ISSN 0306-2619. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113504.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626191931178X
 

 
Notícia publicada a Facebook | Twitter | LinkedIn | Instagram

Español:
Científicos del grupo de investigación en Ingeniería de los Sistemas Térmicos y Energéticos (Istener) de la Universitat Jaume I 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 la pasada semana 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.
 
REVALORIZACIÓN ENERGÉTICA
 
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 profesor– 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.
 
 
Carlos Mateu-Royo, Joaquín Navarro-Esbrí, Adrián Mota-Babiloni, Francisco Molés, Marta Amat-Albuixech. Experimental exergy and energy analysis of a novel high-temperature heat pump with scroll compressor for waste heat recovery. Applied Energy. Volume 253, 2019. ISSN 0306-2619. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113504.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626191931178X
 

Noticia publicada en Facebook | Twitter | LinkedIn | Instagram