La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, y se basa en trabajos anteriores iniciados hace unos cinco años en los Ray W. Herrick Laboratories de Purdue. Los profesores de ingeniería mecánica James A. Braun y Eckhard Groll, junto al profesor adjunto de ingeniería civil Travis W. Horton, son los especialistas de Purdue a cargo de este trabajo.

Todo comenzó con el análisis de las bombas de calor tradicionales, que brindan calor en invierno y refrigeración en verano, pero no son eficaces para climas fríos extremos. La idea del proyecto era lograr mantener la eficacia de la bomba de calor, incluso cuando el frío es muy intenso.

La innovación tiene como objetivo mejorar la eficiencia energética en general de los sistemas de climatización a través de bombas de calor, pero con un especial énfasis en el impulso de su rendimiento en climas fríos. De esta manera, podrían ser vitales en regiones frías donde el gas natural no está disponible y los residentes dependen de sistemas de calefacción eléctrica o que utilicen gas propano líquido.

Una nueva alternativa en zonas frías

De esta manera, el ámbito geográfico de aplicación de las bombas de calor se ampliará en gran medida, abriendo un nuevo mercado para esta tecnología y una nueva solución para los pobladores de regiones frías. El avance fue publicado en una nota de prensa de la Universidad de Purdue, y también mereció un artículo del medio especializado Science Daily.

Los investigadores esperan completar un prototipo de aquí a tres años, con una inversión de 1,3 millones de dólares en el proyecto. El trabajo también involucra a tres estudiantes de doctorado, y marca una asociación de la universidad con Emerson Climate Technologies Inc. y Carrier Corp.

Emerson trabajará con los investigadores para diseñar el prototipo de la nueva bomba de calor, mientras que Carrier integrará la nueva bomba en un sistema completo de calefacción. El proyecto será presentado en distintas conferencias científicas, como la 13º International Refrigeration and Air Conditioning Conference o la 20º International Compressor Engineering Conference, entre otras.

El funcionamiento de la nueva tecnología y su capacidad de ahorro energético se concreta mediante la modificación del ciclo convencional por compresión de vapor utilizado en los sistemas tradicionales de bombas de calor y otros mecanismos de calefacción, refrigeración y aire acondicionado.

Nuevos enfoques en la compresión de vapor

El desarrollo de este nuevo enfoque podría aportar una metodología de modificación relativamente simple de las bombas de calor y otros sistemas de climatización existentes, sin requerir nuevas estructuras más complejas para mejorar la eficacia y reducir el consumo energético de este tipo de soluciones.

El ciclo estándar de compresión de vapor empleado en estos sistemas tiene cuatro etapas: en principio el refrigerante es comprimido, luego se condensa en un líquido, posteriormente se expande a una mezcla de líquido y vapor y, por último, se evapora completamente.

El proyecto investigará dos enfoques de enfriamiento durante el proceso de compresión, uno de los cuales emplea una cantidad relativamente grande de hidrocarburos que se inyectan en el compresor para absorber el calor generado durante toda la fase de compresión. En el segundo enfoque, una mezcla de refrigerante líquido y vapor se inyecta en las distintas fases de compresión para lograr el enfriamiento.

Ambos enfoques permiten mejorar el proceso de compresión y, al mismo tiempo, reducen las pérdidas de energía producidas durante la fricción en la fase de expansión. Según el profesor James A. Braun, "el enfriamiento del compresor mantiene el refrigerante denso, y eso es importante porque reduce la cantidad de energía necesaria durante el proceso de compresión".

Fuente

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