Subenfriadores termoeléctricos impulsan la eficiencia de bombas de calor con propano hasta un 12%

Un equipo internacional de investigadores ha analizado cómo la integración de un subenfriador termoeléctrico (TESC, por sus siglas en inglés) en bombas de calor que utilizan propano (R290) puede mejorar significativamente su eficiencia energética. Los resultados de este estudio, publicados en la revista *Applied Thermal Engineering*, sugieren que esta combinación tecnológica podría aumentar el coeficiente de rendimiento (COP) de las bombas de calor en un 12,29%, lo que se traduce en una reducción considerable del consumo eléctrico.

El estudio, liderado por académicos de la Universidad Pública de Navarra, la Universidad Jaume I de España y la Universidad Tecnológica de Silesia en Polonia, se centró en un modelo computacional de una bomba de calor residencial diseñada para calefacción de espacios. El objetivo principal era evaluar el impacto del subenfriamiento termoeléctrico en el rendimiento de las bombas de calor que operan con propano, un refrigerante natural que ha ganado popularidad por su bajo impacto ambiental.

El subenfriador termoeléctrico (TESC) está compuesto por módulos termoeléctricos (TEM), que son dispositivos de estado sólido que utilizan electrones como fluido de trabajo para transferir calor. Estos módulos ya se emplean en aplicaciones como la refrigeración de procesadores de computadoras y sistemas portátiles de almacenamiento de alimentos y bebidas. En el contexto de las bombas de calor, el TESC se coloca entre el condensador y el intercambiador de calor interno (IHX), donde absorbe calor del propano, lo que permite un subenfriamiento que optimiza el ciclo de compresión de vapor.

El modelo computacional desarrollado por los investigadores simula el comportamiento del sistema bajo diferentes condiciones ambientales, con temperaturas exteriores que varían entre −20°C y 15°C. Además, se analizaron diferentes configuraciones del TESC, con sistemas que van desde 1 hasta 8 bloques de módulos termoeléctricos, y se evaluaron voltajes de los TEM entre 0,5 V y 10 V. También se consideraron dos temperaturas de entrada del agua: 40°C y 55°C, que son comunes en sistemas de calefacción por radiadores y fan-coils.

Uno de los hallazgos más relevantes del estudio es que el voltaje aplicado a los módulos termoeléctricos es crucial para maximizar la eficiencia del sistema. Un voltaje demasiado alto puede ser contraproducente, ya que aumenta el consumo de energía sin mejorar significativamente el rendimiento. En las simulaciones, la mayor mejora del COP (12,29%) se logró con una configuración de 8 bloques de TEM y a una temperatura ambiente de −20°C. No obstante, incluso con una configuración reducida de 4 bloques, la mejora en el COP fue del 9,54%.

Además, el análisis mostró que el TESC también podría aumentar el coeficiente de rendimiento estacional (SCOP) en un 9,98% cuando se utiliza para calentar agua en sistemas de radiadores convencionales. Esto sugiere que la tecnología no solo es efectiva en condiciones extremas de frío, sino que también ofrece beneficios durante todo el año.

El equipo de investigación tiene previsto construir un prototipo para validar los resultados obtenidos en las simulaciones. Según los investigadores, la inclusión de subenfriadores termoeléctricos en bombas de calor de propano no solo mejora el rendimiento energético, sino que también ofrece ventajas en términos de simplicidad, fiabilidad y coste. “Los sistemas termoeléctricos son robustos, simples, flexibles, fiables, económicos y fáciles de controlar”, concluyeron los autores.

Este avance podría representar un paso importante hacia la mejora de la eficiencia de las bombas de calor, una tecnología clave en la transición hacia sistemas de calefacción más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.

Fuente: https://www.pv-magazine.com/2024/09/17/thermoelectric-subcooling-may-improve-coefficient-of-performance-of-propane-heat-pumps-by-12/