Un grupo de investigación de la Universidad de Nottingham (Reino Unido) ha desarrollado un sistema de bomba de calor que utiliza agua o hielo como fuente de calor y aprovecha los gasoductos existentes para la transferencia de energía.
Los investigadores explicaron que los sistemas de bomba de calor de fuente de hielo generan calor a partir de hielo o lechada de hielo derivados del agua suministrada a través de gasoductos subterráneos o del agua almacenada proporcionada por las lluvias estacionales. «Este proceso aprovecha la elevada entalpía del cambio de fase, lo que permite una absorción significativa de energía con una masa o volumen mínimos», añadieron. «Este concepto de bomba de calor es eficaz con el agua como fuente de calor debido al elevado calor latente de fusión del agua, que permite una absorción sustancial de energía con poca masa».
El sistema propuesto, al igual que las bombas de calor geotérmicas, puede conectarse a un sistema de bomba de calor central, donde se interconectan numerosas unidades residenciales. Se dice que esta configuración es especialmente beneficiosa para zonas de reciente urbanización o posibles complejos residenciales, «donde pueden planificarse meticulosamente las dimensiones y el trazado de las tuberías de las nuevas unidades».
El sistema utiliza un ciclo de refrigeración por compresión que desplaza el gas comprimido caliente del compresor al condensador, el cual libera calor al disipador, donde sufre un cambio de fase y se transforma en líquido, lo que provoca un descenso de la temperatura. A continuación, el refrigerante líquido entra en el evaporador, donde absorbe calor de la fuente fría y se evapora. En la siguiente etapa, el refrigerante evaporado vuelve al compresor, donde se comprime de nuevo para reiniciar el ciclo.
Los académicos reconocieron que la bomba de calor propuesta tiene un coeficiente de rendimiento (COP) inferior al de las bombas de calor convencionales, pero también destacaron que estos sistemas tienen una circulación de agua reducida, lo que se traduce en menores costos adicionales debido al mayor consumo de energía y a la instalación de tuberías.
También explicaron que la solución propuesta es ideal para países lluviosos como el Reino Unido, que está equipado para utilizar las aguas residuales de la producción de hielo en los sistemas de alcantarillado de las ciudades sin un impacto significativo.
«Es importante destacar que el agua utilizada por la bomba de calor de fuente de hielo en este escenario se somete a un ciclo cerrado: Una parte de las aguas residuales se trata y se inyecta en las tuberías de gas de la ciudad, absorbiendo calor tanto de las aguas residuales como del suelo dentro de las paredes del alcantarillado y las tuberías de gas», explicaron además. «En esta configuración, la bomba de calor libera agua fría o lechada de hielo en el alcantarillado de la ciudad, que, tras un tratamiento sencillo, se devuelve parcialmente a los tanques de almacenamiento de agua para reutilizarla en el proceso y seguir alimentando las bombas de calor».
Mediante una serie de simulaciones, los investigadores evaluaron el rendimiento del sistema de fuente de hielo y lo compararon con el de las bombas de calor de fuente de aire y de fuente de agua, centrándose más concretamente en una comparación con una bomba de calor de aire comercial de 10 kW del fabricante alemán Vaillant.
Su análisis demostró que el sistema de fuente de hielo tiene un consumo energético superior en un factor de 2,7 en comparación con las calderas de gas convencionales, mientras que la calefacción por resistencia eléctrica, los sistemas de fuente de aire y los sistemas de fuente de agua tienen valores de 7,5, 3,2, 2,5 y 2,7, respectivamente.
«Además, el consumo eléctrico supera el pico actual durante el 89 %, 47 %, 35 % y 39 % de las horas del año para cada sistema respectivo», subrayaron. «Estos resultados enfatizan el papel del sistema propuesto en la gestión de los picos de demanda de electricidad y en la mejora de la capacidad de generación y transmisión tras la eliminación progresiva del gas natural».
El sistema se presentó en el artículo «Ice source heat pump system for energy supply via gas pipelines – Part1: Performance analysis in residential units» (Sistema de bomba de calor con fuente de hielo para suministro de energía a través de gasoductos – Parte 1: Análisis del rendimiento en unidades residenciales), publicado recientemente en Energy.
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