Investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), la Universidad Jaume I de Castellón y la Universidad Politécnica de Silesia (Polonia) han desarrollado un método para mejorar las bombas de calor que utilizan propano como refrigerante hasta aumentar su eficiencia un 12 %. Este avance ha sido posible gracias a la incorporación de un sistema de subenfriamiento termoeléctrico, diseñado para reducir el consumo eléctrico en este tipo de dispositivos. Este estudio concluye por primera vez que “las bombas de calor de propano pueden aprovechar de forma considerable el subenfriamiento termoeléctrico”, según el equipo autor de la investigación.
Dos autores del artículo, Patricia Aranguren y Antonio Rodríguez, investigadores de la UPNA.
“El sector de la construcción tiene un impacto significativo en el medio ambiente, ya que es responsable del 30 % de las emisiones totales de gases de efecto invernadero —afirma la profesora Patricia Aranguren Garacochea, investigadora del Instituto de Smart Cities (ISC) de la UPNA y autora principal del artículo que recoge este análisis computacional, publicado en la revista “Applied Thermal Engineering” —. Sabiendo que el consumo energético destinado a los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado representa el 50 % del consumo total de energía en los edificios, es necesario desarrollar tecnologías sostenibles capaces de proporcionar calefacción eficiente y contribuir a la descarbonización del sector”.
En este sentido, las bombas de calor son sistemas ampliamente utilizados en climatización, capaces de calentar o enfriar espacios transfiriendo calor de un lugar a otro. Funcionan mediante un circuito cerrado que utiliza un refrigerante, como el propano, para absorber y liberar calor de forma eficiente. Sin embargo, el consumo eléctrico de estos sistemas puede ser elevado, especialmente, en climas extremos.
El análisis computacional ha demostrado cómo el uso del subenfriamiento termoeléctrico puede mejorar significativamente este proceso. Este sistema reduce aún más la temperatura del refrigerante a la salida del condensador, lo que permite que el circuito funcione de manera más eficiente. Como resultado, las bombas de calor consumen menos electricidad para ofrecer el mismo calentamiento.
Cómo funciona esta tecnología
El subenfriamiento termoeléctrico emplea dispositivos llamados módulos termoeléctricos. Estos dispositivos generan un enfriamiento al aplicar corriente eléctrica, sin necesidad de partes móviles ni fluidos adicionales. Es compacto, silencioso y permite controlar con precisión la temperatura del refrigerante, lo que lo convierte en una solución práctica y sostenible para mejorar la eficiencia de las bombas de calor.
El refrigerante utilizado en este sistema es el propano (R290), un gas natural respetuoso con el medio ambiente, ya que, al ser un gas puro, no contiene agentes químicos que emiten gases de efecto invernadero a la atmósfera, por lo que tiene un impacto muy bajo en el calentamiento global. Además, el propano tiene grandes propiedades termodinámicas, lo que lo hace ideal para sistemas avanzados de climatización.
Impacto en la eficiencia energética
Con esta tecnología, el coeficiente de rendimiento (COP), que mide la eficiencia de las bombas de calor para calefacción, aumenta hasta un 12,29 %. Esto significa que dichas bombas de calor pueden transferir más calor por cada unidad de electricidad consumida, lo que reduce significativamente los costes energéticos y las emisiones asociadas al consumo eléctrico.
“Además de los grandes beneficios en términos de mejoras en el coeficiente de rendimiento y reducción del consumo energético, los sistemas termoeléctricos han demostrado ser robustos, simples, flexibles, fiables, económicos y fáciles de controlar —explica Patricia Aranguren sobre la investigación, en la que también han trabajado otros dos investigadores del Instituto ISC de la UPNA: David Astrain Ulibarrena y Antonio Rodríguez García—. Por ello, la hibridación propuesta puede llevarse a la práctica sin un aumento significativo en el coste o el mantenimiento del sistema, al tiempo que proporciona un mayor control durante su funcionamiento, un aspecto clave para los sistemas de compresión de vapor”.
Para confirmar experimentalmente los beneficios de incluir un subenfriador termoeléctrico en una bomba de calor de compresión de vapor de propano, el equipo de investigadores de este estudio ya trabaja en el diseño y la construcción de un prototipo.