Dos equips d’investigació de la Universitat Jaume I de Castelló i la Universidad Pública de Navarra han provat, amb millores significatives d’eficiència, noves mescles de refrigerants i nous sistemes i elements que milloren el rendiment energètic de les tecnologies d’aquest sector, responsable del 7,8% de les emissions de gasos hivernacle, i que registra un augment anual de més de 170 milions de noves unitats només per a ús domèstic.
El projecte «Sistemas avanzados de refrigeración multietapa para aplicaciones de baja temperatura (HELTHA)», finançat per l’Agència Estatal d’Investigació del Pla Estatal d’Investigació Científica, Tècnica i d’Innovació 2021-2023, que finalitza al llarg de 2025, treballa en tres aspectes: noves arquitectures de refrigeració d’alta eficiència, noves mescles de refrigerants i aplicacions híbrides de dues tecnologies (compressió de vapor i termoelectricitat), que està en fase de desenvolupament en l’actualitat.
En el terreny de les noves arquitectures, els grups consideren que el sistema conjunt en cascada (en què hi ha dos circuits units tèrmicament on un s’encarrega de baixar la temperatura de l’altre) és una tecnologia prometedora per a aplicacions de temperatura ultrabaixa, però que cal més investigació per a millorar la seua eficiència energètica. No obstant això, han provat l’ús d’un intercanviador de calor intern (IHX) amb millores en el coeficient de rendiment (COP) fins a un 5,6%.
Pel que fa a les mescles, s’han provat diverses alternatives a l’isobutà (R600a), d’ús domèstic, i al dioxid de carboni, emprat en l’àmbit industrial, amb resultats molt positius. En el primer cas, les mescles RE170/R600 i R290/R600 han mostrat un rendiment energètic superior junt amb el manteniment de les propietats termodinàmiques, per la qual cosa podrien convertir-se, a llarg termini, en una opció en els cicles de compressió de vapor per a refrigeració domèstica.
En el cas de la refrigeració comercial o industrial, les mescles CO2/R32 y CO2/R1270 han presentat reduccions significatives de consum d’energia i pressions de treball, i podrien utilitzar-se com una opció al CO2 i als hidrocarburs en els sistemes on la càrrega màssica supera els límits de la normativa o per raons de seguretat, encara que seria necessari realitzar més proves pel que fa a la no-inflamabilitat de les mescles o possibles fugues.
L’equip investigador, dirigit per Daniel Sánchez García-Vacas i Rodrigo Llopis Doménech del Grup en Enginyeria Tèrmica (GIT), està integrat a l’UJI per Ramón Cabello López, Daniel Calleja Anta, Laura Nebot Andrés, Rafael Larrondo Sancho i Manel E. Martínez Ángeles. El Grup d’Enginyeria Tèrmica i de Fluids (ITF) de la Universitat Pública de Navarra està dirigit per David Astráin Ulibarrena i té com a investigadors Patricia Aranguren Garacochea, Álvaro Casi Satrústegui i Antonio Rodríguez García.
Durant el desenvolupament del projecte, el personal investigador ha col·laborat amb altres grups i centres d’investigació com l’Institut de Tecnologia Tèrmica de la Universitat Tecnològica de Silèsia (Gliwice, Polònia); l’Università degli Studi di Napoli Federico II (Nàpols, Itàlia) o l’Università degli Studi di Udine (Udine, Itàlia) i tenen previst iniciar contactes amb diverses empreses del sector amb les quals han treballat anteriorment per a implementar els avanços assolits en equips comercials en què es puga quantificar l’estalvi energètic obtingut.
Aquests avanços són resultat del projecte d’R+D+i (PID2021/126926OB-C21), finançat per MICIU/AEI/10.13039/501100011033/ i FEDER/UE. També han comptat amb el suport de MICIU (PRE2019-091617), de la Unión Europea – NextGenerationEU (INVEST/2022/294), de MCIN/AEI/10.13039/501100011033 i del Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER, una manera de fer Europa) de la UE (TED2021-130162B-I00).
Articles
Daniel Calleja-Anta, Manel Martínez-Ángeles, Laura Nebot-Andrés, Daniel Sánchez, Rodrigo Llopis, Optimizing R152a/R600 and R290/R600 mixtures for superior energy performance in vapor compression systems: Promising alternatives to Isobutane (R600a), Applied Thermal Engineering, Volume 247, 2024, 123070, ISSN 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.123070.
Rodrigo Llopis, Manel Martínez-Ángeles, Daniel Calleja-Anta, Laura Nebot-Andrés, Energy performance assessment of an auto-cascade cycle for ultra-low temperatures with the pair R1150 – R600a, Applied Thermal Engineering, Volume 240, 2024, 122255, ISSN 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.122255.
Ramón Cabello, Alejandro Andreu-Nácher, Daniel Sánchez, Rafael Larrondo, Energy influence of the internal heat exchangers placement in a cascade refrigeration plant. A theoretical and experimental analysis, Applied Thermal Engineering, Volume 244, 2024, 122690, ISSN 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.122690.
D. Sánchez, F. Vidan-Falomir, L. Nebot-Andrés, R. Llopis, R. Cabello, Alternative blends of CO2 for transcritical refrigeration systems. Experimental approach and energy analysis, Energy Conversion and Management, Volume 279, 2023, 116690, ISSN 0196-8904. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116690.