Nuevo sistema de bomba de calor promete revolucionar la eficiencia en climas fríos con un innovador proceso de descongelación
16 septiembre, 2024
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Un nuevo sistema de bomba de calor promete mejorar la eficiencia en hasta un 11,2% durante el proceso de descongelación
Investigadores del Reino Unido, específicamente de las universidades de Glasgow y Liverpool, han desarrollado un innovador concepto de bomba de calor que podría revolucionar el proceso de descongelación en climas fríos y húmedos. Este nuevo sistema permitiría realizar la descongelación sin interrumpir el suministro de calor, un problema común en las bombas de calor de fuente de aire actuales.
El equipo, liderado por el investigador Zhibin Yu, ha presentado un diseño experimental que se basa en la condensación del refrigerante dentro del evaporador cubierto de hielo, lo que permite descongelar el sistema sin comprometer la capacidad de calefacción. Este enfoque, que aún está en fase teórica, podría representar un avance significativo en la eficiencia energética de estos dispositivos.
**El desafío de la descongelación en bombas de calor**
Uno de los principales problemas que enfrentan las bombas de calor de fuente de aire es la acumulación de hielo en el evaporador cuando operan en condiciones de baja temperatura y alta humedad. Este fenómeno reduce el flujo de aire y aumenta la resistencia térmica, lo que disminuye la capacidad de transferencia de calor y, en consecuencia, el rendimiento del sistema. En algunos casos, la acumulación de hielo puede incluso provocar la parada completa de la bomba de calor.
El sistema propuesto por los investigadores británicos se basa en el ciclo de compresión de vapor Evans-Perkins, una tecnología ampliamente utilizada en sistemas de aire acondicionado y automóviles. La novedad radica en la integración de un sistema de almacenamiento de calor que permite recuperar parte del calor generado en el condensador durante la operación de descongelación. Este calor almacenado se reutiliza para alimentar el proceso de descongelación, lo que reduce el consumo eléctrico y mejora la eficiencia general del sistema.
**Cuatro modos de operación**
El diseño de la bomba de calor incluye varios componentes clave: un compresor, un condensador, un tanque de almacenamiento de refrigerante, un sistema de almacenamiento de calor, un evaporador, dos dispositivos de expansión y seis válvulas de bola. El sistema puede operar en cuatro modos diferentes:
1. **Calefacción y carga del almacenamiento de calor**: En este modo, el sistema recupera el calor subenfriado y lo almacena para su uso posterior.
2. **Descarga del almacenamiento de calor y ahorro de energía**: Aquí, el sistema reduce el consumo de energía del compresor al aumentar la temperatura de evaporación.
3. **Descarga del almacenamiento de calor, ahorro de energía y descongelación**: Este modo permite mantener la capacidad de calefacción mientras se ahorra energía durante la descongelación.
4. **Carga rápida del almacenamiento de calor**: En este caso, el refrigerante se condensa directamente para acelerar la carga del sistema de almacenamiento de calor.
Un microcontrolador se encarga de gestionar el cambio entre estos modos, abriendo y cerrando las válvulas según las necesidades del sistema, y monitoreando las condiciones para iniciar o finalizar cada operación en el momento adecuado.
**Mejoras en el rendimiento**
A través de un análisis termodinámico, los investigadores concluyeron que el sistema puede realizar el ciclo de descongelación de manera eficiente utilizando el calor almacenado, lo que resulta en un ahorro significativo de energía en el compresor y un aumento en el coeficiente de rendimiento (COP). Según el estudio, el sistema podría mejorar el COP entre un 7,5% y un 11,2% utilizando el refrigerante R410a, y entre un 7,5% y un 10,8% con R134a, en comparación con los métodos convencionales de descongelación por ciclo inverso.
Además, se evaluaron refrigerantes con bajo potencial de calentamiento global (GWP), como el R1234yf y el R32. De estos, el R1234yf fue el que mostró el mejor rendimiento, con una mejora de hasta el 13,2% en la eficiencia del sistema.
Finalmente, los investigadores estimaron que el tiempo de recuperación tras la descongelación podría ser de apenas 1,8 minutos para los refrigerantes R134a y R410a, mientras que el R32 requeriría 2 minutos y el R1234yf solo 1,7 minutos.
Este avance podría representar un cambio significativo en la tecnología de bombas de calor, especialmente en climas fríos, donde la descongelación es un desafío constante. Aunque el concepto aún está en fase teórica, los investigadores planean llevar a cabo experimentos para validar estos prometedores resultados.
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