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