Internacional. Las bombas de calor utilizan energía ambiental para proporcionarnos calor. Sin embargo, generalmente requieren refrigerantes sintéticos, que contienen gases fluorados de efecto invernadero ambientalmente nocivos (gases F). Los investigadores de Fraunhofer ahora han contribuido al desarrollo de una bomba de calor que utiliza propano. La bomba es más amigable con el clima y más eficiente.
"La calefacción y el agua caliente representan alrededor del 40 por ciento del consumo final de energía de Alemania. Quemar combustibles fósiles de alta calidad como el gas natural o el petróleo crudo no solo tiene poco sentido energético, sino que también daña el clima. Cada unidad de energía eléctrica requerida para operar una bomba de calor, derivada a menudo de recursos renovables, genera de tres a cinco unidades de energía calórica neutra en CO2. Esto hace que las bombas de calor sean un elemento importante en la implementación de la transición de Alemania a un sistema de energía sostenible ", dice el Dr. Marek Miara, que coordina el trabajo en bombas de calor en el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE en Freiburg.
Una bomba de calor funciona de manera similar a una nevera. El refrigerante absorbe el calor dentro del refrigerador y lo transporta al exterior. La diferencia es que el calor que queda para escapar libremente de la parte trasera de un refrigerador es lo que extrae una bomba de calor, en este caso del suelo, el agua subterránea o el aire ambiente, para calentar nuestras casas o el agua.
Para lograr esto, el refrigerante calentado y vaporizado se comprime, lo que aumenta su temperatura y presión. El gas refrigerante caliente libera su calor en el agua y se condensa. El agua caliente fluye hacia sistemas de calefacción por suelo radiante, radiadores o tanques de almacenamiento de agua caliente, mientras que el refrigerante líquido, que ahora está frío, fluye de nuevo al denominado evaporador, donde una vez más absorbe la energía térmica. El ciclo comienza de nuevo desde el principio.
El informe dice que una alternativa natural y ambientalmente amigable a los refrigerantes sintéticos es el propano, que ya está ganando popularidad en los sistemas de aire acondicionado y refrigeración. Pero su uso en bombas de calor es relativamente nuevo.
Porque a pesar de que el propano tiene excelentes propiedades termodinámicas, es altamente inflamable, y esto plantea un desafío cuando se utiliza en un ciclo de calor.
"Si desea usar propano, debe mantener el volumen de refrigerante lo más bajo posible para minimizar los riesgos involucrados", dice la Dra. Lena Schnabel, que dirige el departamento de tecnologías de calefacción y refrigeración en Fraunhofer ISE.
La solución de los investigadores de ISE, junto con sus socios de investigación europeos, es emplear intercambiadores de calor con aletas altamente compactas, soldadas, que funcionan bien con pequeños volúmenes de líquido. La energía térmica se transfiere de una sustancia que fluye a la otra a través de intercambiadores de calor. Estos se componen de numerosos canales paralelos que contienen el refrigerante circulante, que o bien absorben calor (conocidos como "vaporizadores") o lo irradian ("condensadores"). "El líquido debería vaporizarse por completo o volverse a condensar sobre la longitud de la carrera. Para garantizar que funcionen de manera eficiente, la relación vapor-líquido debe ser idéntica en todos los canales. Generalmente, eso no es fácil de lograr, y se vuelve especialmente difícil si también estás tratando de limitar el volumen de refrigerante".
Para resolver el problema, Schnabel y su equipo desarrollaron un distribuidor con una estructura biónica: "Los distribuidores Venturi convencionales se ven como un montón de espagueti hecho de muchos tubos finos que se fusionan donde se encuentran con el vaporizador. Nuestro distribuidor es diferente: tiene una estructura de ramificación continua, como las ramas y ramitas de un árbol, que aseguran una distribución uniforme del refrigerante en los canales individuales del evaporador, incluso con un pequeño volumen de refrigerante. "Esta estructura permite el uso óptimo de la totalidad superficie del intercambiador de calor, que mejora la eficiencia.
Para reducir el riesgo de explosión al comprimir el propano, Schnabel y su equipo utilizaron un compresor especializado en el que se encapsularon todas las fuentes de ignición. Prestaron mucha atención al conectar los componentes individuales de la bomba para evitar que se escape el propano. "Actualmente estamos modificando el diseño técnico de la bomba de calor, probando el comportamiento a largo plazo de sus componentes y desarrollando estrategias de seguridad sostenibles", dice Schnabel.
Fuente: Fraunhofer Institute.
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