Estos días estamos hablando bastante de bombas de calor. Primero porque una normativa europea las ha llevado a primer plano como consecuencia de la prohibición de las calderas de gas. Pero también, porque ya hemos visto como incluso en climas muy fríos, una bomba de calor sigue siendo más eficiente que otros sistemas de calefacción.
Y cuando parece que nos tenemos que comenzar a acostumbrar a las bombas de calor que todos conocemos, ahora llega un nuevo desarrollo que propone reemplazar el funcionamiento clásico de este tipo de dispositivos, por una mucho más eficiente. Son las bombas de calor electrocalórica de estado sólido.
Sin gases refrigerantes
Foto | Enrique Pérez en Xataka
De las bombas de calor, ya conocemos su funcionamiento que se basa en el empleo de un ciclo termodinámico para transferir calor de un lugar a otro. Su función principal es mover el calor desde un espacio a baja temperatura hacia otro a temperatura más alta, de manera que, en el espacio de destino, el calor resulta más concentrado. Hay dos tipos principales de bombas de calor: las bombas de calor de compresión y las bombas de calor de absorción.
Las primeras, las bombas de calor de compresión, usan un ciclo de compresión y expansión de un refrigerante para transferir calor, componentes que circula por un ciclo cerrado de evaporación, compresión, condensación y expansión. En el lado evaporador, el refrigerante absorbe calor del entorno, y en el lado condensador, libera calor al entorno de destino.
Las segundas, las bombas de calor de absorción usan un absorbente y un refrigerante en lugar de un compresor en un ciclo qye incluye absorción, desorción, condensación y evaporación en el que el calor se absorbe en una solución, y luego esta solución se calienta para liberar el calor.
Foto de Gije Cho
Estos dos tipos son los más habituales y las que suelen usarse en todo tipo de aplicaciones para calefacción y refrigeración en edificios residenciales y comerciales, ya que pueden extraer calor del aire exterior (incluso en temperaturas frías) para calentar el interior de un edificio. Pero ahora llega una nueva propuesta.
Ha sido un grupo de ingenieros del Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), con un trabajo que ha sido publicado en Science, el encargado de crear un prototipo de bomba de calor electrostática regenerativa que es mucho más eficiente que una bomba de calor clásica.
Una bomba de calor electrocalórica de estado sólido es un dispositivo que utiliza materiales sólidos con propiedades ferroeléctricas o magnéticas para generar cambios de temperatura mediante la aplicación de un campo eléctrico. A diferencia de las bombas de calor tradicionales que utilizan compresores y refrigerantes (los cuales son perjudiciales para el medio ambiente), las bombas de calor electrocalóricas de estado sólido no tienen partes móviles y no requieren refrigerantes.
El principio básico detrás de estas bombas de calor es la capacidad de ciertos materiales sólidos para experimentar cambios en su temperatura cuando se les aplica un campo eléctrico. Cuando se aplica un voltaje a estos materiales, las partículas en el material pueden cambiar su orientación y, como resultado, se produce un cambio de temperatura. Este fenómeno se conoce como efecto electrocalórico.
Para lograrlo han usado unas tiras de tantalato de plomo y escandio, colocadas unas sobre otras, sumergidas en aceite de silicona, líquido que sirve tanto de lubricante como fluido térmico (transmite muy bien el calor), ya que es un excelente aislante eléctrico. Según explica Emmanuel Defay, al frente de la unidad de Nanotecnología del departamento de Investigación y Tecnología de Materiales (MRT) del LIST:
"Nuestra solución propuesta implica un conjunto de condensadores multicapa apilados dentro de una tubería llena de fluido conectada eléctricamente. El fluido fluye de un lado a otro entre los condensadores, creando un gradiente de temperatura".
Para funcionar, añaden electricidad, lo que hace que los capacitores se calienten provocando el empuje del fluido en una dirección, mientras que si se enfría, el fluido circula en la dirección opuesta y de esta forma se logra subir o bajar la temperatura sin usar gases refrigerantes. Con esta premisa, realizaron pruebas en los que se ha logrado un 64% de la eficiencia de Carnot (es una medida teórica máxima de la eficiencia de un motor térmico reversible funcionando entre frío y calor), la máxima lograda hasta la fecha en una bomba de calor.
Estas bombas de calor pueden ser más eficientes en términos energéticos y tener un diseño más compacto al eliminar la necesidad de compresores y refrigerantes. Sin embargo, y pese al avance, la tecnología de bombas de calor electrocalóricas de estado sólido está en una etapa de desarrollo y no es tan común en comparación con los sistemas de bombas de calor tradicionales.
Foto de portada | Alpha innotec en Unsplash
Vía | Omicrono
Más información | Luxembourg Institute of Science and Technology
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