- La tecnología de bombas de calor de alta temperatura puede suministrar vapor industrial y agua caliente a 320 華氏度。
- Esta tecnología ayuda a las fábricas a reducir su dependencia de los combustibles fósiles.
- El equipo de investigación destaca la importancia de la fiabilidad y la eficiencia de las bombas de calor de alta temperatura para las aplicaciones industriales.
- Los resultados de la monitorización muestran que las bombas de calor de gran tamaño funcionan bien en condiciones reales.
Los investigadores probaron una bomba de calor de alta temperatura a 320 華氏度（約 160 度攝氏）， demostrando que la tecnología puede suministrar vapor industrial y agua caliente, al tiempo que reduce la dependencia de los combustibles fósiles. Este estudio fue realizado por científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE) de Alemania. El equipo de investigación desarrolló un nuevo dispositivo de prueba de laboratorio para evaluar bombas de calor capaces de proporcionar vapor de proceso y agua caliente a presión a altas temperaturas.
Enfrentando el desafío de la descarbonización industrial
Este trabajo tiene como objetivo abordar el problema de la descarbonización industrial, un desafío principal para las fábricas que aún dependen de los combustibles fósiles para suministrar grandes cantidades de energía térmica. La ingeniera senior y gerente del proyecto FernWP del instituto, la doctora Ursula Wittstadt, señala que las bombas de calor de alta temperatura pueden ofrecer una alternativa. Ella subrayó el potencial de la tecnología: «A través de nuestro dispositivo de prueba, podemos medir estas interacciones, sentando así las bases para el desarrollo posterior de componentes y sistemas completos».
El nuevo dispositivo de prueba fue diseñado dentro del proyecto de investigación FernWP, con el fin de explorar cómo las bombas de calor pueden sustituir al carbón en la calefacción urbana e industrial. Los investigadores pueden utilizar esta instalación para medir el rendimiento de las bombas de calor a hasta 320 華氏度（約 160 度攝氏） y examinar la respuesta del sistema a fuentes de calor, cargas y modos de operación variables. Wittstadt añadió: «Para las aplicaciones industriales, la temperatura máxima alcanzable por sí sola no es el factor decisivo». El sitio de pruebas del instituto se centra en investigar bombas de calor capaces de generar vapor a 320 華氏度.
Según Wittstadt, las bombas de calor de alta temperatura deben producir de forma fiable y eficiente vapor de proceso o agua caliente a presión cuando cambian las condiciones de operación.
En el proyecto, el equipo probó una bomba de calor que utiliza butano como refrigerante. Dado que el butano es inflamable, también investigaron los requisitos de seguridad e instalación. Los datos recopilados en el dispositivo de prueba permiten a los fabricantes diseñar bombas de calor e intercambiadores de calor adecuados para altas temperaturas, cargas elevadas y condiciones variables. Al mismo tiempo, Fraunhofer ISE planea seguir desarrollando sus instalaciones de pruebas de seguridad para establecer conceptos de seguridad para los refrigerantes en bombas de calor de gran tamaño y alta temperatura.
Monitorización del funcionamiento de bombas de calor de gran tamaño
Además de las pruebas de laboratorio, Fraunhofer ISE ha monitorizado desde 2023 el funcionamiento de cinco bombas de calor de gran tamaño en redes de calefacción urbana. Los investigadores descubrieron que, cuando los componentes, los sistemas de control, la integración hidráulica y las estrategias de operación de estas bombas están bien diseñados, pueden operar de forma fiable y alcanzar su rendimiento objetivo. El gerente del proyecto Reallabor GroßWP de Fraunhofer ISE, Axel Oliva, reveló que los resultados de la monitorización muestran que las bombas de calor de gran tamaño funcionan bien en condiciones reales y logran su rendimiento objetivo.
Sin embargo, este rendimiento depende en gran medida de las condiciones ambientales. Señaló que, cuando la temperatura del agua desciende o la bomba opera a carga parcial, los sistemas que extraen calor del agua en circulación generan menos calor, y la producción también disminuye cuando la temperatura de la fuente cae por debajo de aproximadamente 43 華氏度（約 6 度攝氏）。
La central eléctrica de Mannheim forma parte del estudio del laboratorio viviente de bombas de calor de gran tamaño. Oliva enfatizó en el comunicado de prensa: «También vemos que operar una bomba de calor en un sistema de central eléctrica integrado requiere un buen conocimiento de las instalaciones existentes de la central, la red de calefacción urbana y las instalaciones de los clientes». Según el equipo de investigación, los operadores ahora hacen funcionar las bombas de calor cada vez más en función de la demanda diaria de calor y los precios de la energía. Esto implica que estos sistemas deben arrancar y detenerse con mayor frecuencia, pero sin perder fiabilidad. El equipo utilizará estos datos para modelar la interacción de las bombas de calor de gran tamaño con los sistemas eléctricos y de calefacción, lo que podría mostrar cómo operar las bombas de calor de manera más eficiente y reducir el uso de combustibles fósiles.
Elemento Especificación Temperatura máxima de operación 320°F (160°C) Refrigerante utilizado 丁烷
El potencial futuro de la tecnología de bombas de calor de alta temperatura
El desarrollo de la tecnología de bombas de calor de alta temperatura tiene una gran importancia para la descarbonización industrial. A medida que crece la demanda mundial de reducir la dependencia de los combustibles fósiles, esta tecnología ofrece una alternativa viable. Los estudios muestran que la estabilidad del rendimiento y la seguridad de estas bombas de calor a altas temperaturas son factores clave, especialmente bajo condiciones de operación variables. Con la acumulación de datos de pruebas de laboratorio y de operación real, los diseños futuros de bombas de calor serán más específicos, podrán satisfacer las necesidades de distintas fábricas y seguir impulsando el desarrollo sostenible de la industria.