Bomba de calor en acción en la planta de Tocircle en Glomfjord, Nordland. El proceso recupera el exceso de calor y puede alcanzar temperaturas de hasta 180 grados. Crédito: ToCircle Industries AS
Las bombas de calor que utilizamos para calentar nuestros hogares y el agua caliente sanitaria funcionan a temperaturas que oscilan entre 30 y 60 grados, pero muchos procesos industriales requieren temperaturas mucho más altas, y algunas industrias requieren una tecnología completamente diferente.
Las industrias, en colaboración con sus socios de investigación, han desarrollado recientemente el primer calor una bomba que puede producir calor de proceso a temperaturas de hasta 180 grados.
Perfecto para una quinta parte de las necesidades de la industria europea
Los diferentes procesos tienen diferentes necesidades de calentamiento: de 50 a 100 grados y hasta muchos miles de grados. Una quinta parte de las industrias en Europa requieren temperaturas de aproximadamente 100 a 180 grados.
“Esta nueva bomba de calor hace exactamente lo que quieren, por lo que tiene un enorme potencial comercial”, dice Michael Bantle, investigador de SINTEF. “Esto será de poco beneficio para las industrias que se esfuerzan por reducir tanto las emisiones de gases de efecto invernadero como el consumo de energía”, dice.
Las industrias que se beneficiarán de las bombas de calor que operan a estas temperaturas incluyen el sector alimentario, la pesca y la acuicultura, el papel, el petróleo y el gas y la metalurgia.
La primera lechería sin emisiones del mundo
La nueva bomba de calor representa un avance adicional en la tecnología desarrollada originalmente para procesar productos lácteos en TINE, en la ciudad noruega de Bergen, y ha permitido a la empresa convertirse en la primera lechería del mundo con cero emisiones. Fue el primero en utilizar únicamente bombas de calor para el calentamiento industrial de estos productos en el rango de temperatura de 100 ° C.
“El proyecto mostró cómo se puede lograr la rentabilidad utilizando procesos industriales verdes”, dice Bantle. “La bomba de calor nos ha permitido reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y ahorrar energía primaria al mismo tiempo. La energía primaria es la energía que se suministra al objeto desde fuentes externas ”, dice.
TINE logra esto actualizando su exceso de calor a temperatura de conversión de calor a través de una gama de bombas de calor y acumuladores de calor, reduciendo así el consumo total de energía hasta en un 50 por ciento.
En el sector lácteo, generalmente no se requieren temperaturas superiores a los 100 grados y se pueden generar utilizando amoníaco y agua como medio de trabajo.
“Esta mezcla es un refrigerante bien conocido, adecuado para temperaturas de funcionamiento que oscilan entre 50 y 120 grados”, agrega Bantle.
Desde su éxito en TINE, los científicos se han preguntado cómo se pueden lograr temperaturas aún más altas utilizando un concepto de bomba de calor que también utiliza un refrigerante respetuoso con el clima.
“Para alcanzar temperaturas de hasta 180 grados, tuvimos que identificar un refrigerante con propiedades térmicas ligeramente diferentes y terminamos obteniendo el más natural de todos: el agua”, dice Bantle.
Combinar dos máquinas en una
El proyecto es una empresa conjunta entre SINTEF, NTNU y el fabricante noruego de compresores Tocircle. Juntos, desarrollaron una bomba de calor que combina la amplia experiencia en I + D de SINTEF en tecnología de agua y vapor con una máquina de paletas rotativas especialmente diseñada y construida por Tocircle.
“Una máquina de paletas es un tipo de compresor con álabes que giran de tal manera que el volumen cambia con cada rotación”, explica Bantle. “El secreto del compresor Tocircle es que todas las partes móviles que entran en contacto con el medio de trabajo están lubricadas con agua”, dice.
El uso de agua inyectada junto con la compresión de vapor no solo promueve la lubricación sino que también reduce las tensiones térmicas en el sistema. Sin agua, existe el riesgo de que el compresor se sobrecaliente cuando se comprime.
“Todos estos factores combinados en una máquina representan una plataforma muy prometedora para el desarrollo de una bomba de calor de alta temperatura con agua limpia como medio operativo y, sobre todo, porque muchos procesos industriales en primer lugar, utilizan vapor como portador de energía ”, explica Bantle.
No se desperdicia calor
Los científicos predicen que la nueva tecnología de bombas de calor permitirá restricciones industriales Consumo de energía 40 a 70 por ciento, facilitado por la recuperación de calor residual a baja temperatura. En consecuencia, esto reducirá la necesidad de calderas de gas o eléctricas.
“Esto significa que ya no tenemos que desperdiciar calor, pero podemos guardárnoslo para nosotros”, dice Bantle. “Esto, a su vez, reducirá drásticamente nuestras emisiones de gases de efecto invernadero, ya que será posible retener el exceso de calor producido por el proceso industrial y alimentarlo a la bomba de calor, aumentando así el proceso”. temperatura,” Él dice.
“Invertir en una bomba de calor cuesta dinero, pero esta tecnología garantizará ahorros importantes, lo que nos permitirá recuperar los costos de inversión con relativa rapidez”, agrega Bantle.
Cero emisiones de gases de efecto invernadero
“Como tenemos un excelente acceso a la energía limpia en Noruega, no habrá emisiones de gases de efecto invernadero de esta tecnología de bomba de calor”, dice Bantle.
En gran parte de Europa, donde la combinación energética no es exclusivamente renovable, probablemente solo un tercio energía las fuentes pueden considerarse limpias.
“Pero incluso aquí, la nueva tecnología de bomba de calor traerá limitaciones similares Emisiones de gases de efecto invernadero“dice Bantle.” La reducción de las emisiones dependerá sólo en pequeña medida de la procedencia de la electricidad, si la electricidad se utiliza para La bomba de calor,” Él dice.
Se espera que la tecnología se lance en 2021.
Un prototipo de bomba de calor de alta temperatura para la recuperación de calor residual industrial