Con la llegada de los primeros fríos cobran importancia los sistemas de climatización y entre ellos están las bombas de calor (junto a estufas, radiadores, sistemas de aerotermia...) . Las bombas de calor son el futuro para la climatización en nuestros hogares (no hay que olvidar que las calderas están sentenciadas), y además, están recién mejoras que las hacen aún más atractivas.
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.
Bombas de calor: tipos que hay
Foto | Enrique Pérez en Xataka
Las bombas de calor funcionan mediante un ciclo termodinámico que transfiere calor de un lugar a otro. Su principal función es trasladar el calor desde un espacio de baja temperatura hacia otro de temperatura más alta, concentrándolo en el espacio de destino para climatizarlo eficientemente. Existen dos tipos principales de bombas de calor: las de compresión y las 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.
Cómo funciona una bomba de calor
Imagen | Alpha Innotec en Unsplash
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, estas bombas de calor utilizan electricidad, lo que calienta los materiales electrocalóricos y provoca el movimiento del fluido en una dirección. Al enfriarse, el fluido circula en dirección opuesta, permitiendo así subir o bajar la temperatura sin necesidad de gases refrigerantes. Con este principio, se han realizado pruebas que han alcanzado hasta un 64% de la eficiencia de Carnot, que es la eficiencia teórica máxima de un motor térmico reversible operando entre dos temperaturas, lo cual representa un récord en bombas de calor.
Estas bombas de calor tienen el potencial de ser más eficientes energéticamente y de ofrecer un diseño más compacto al eliminar la necesidad de compresores y refrigerantes. Sin embargo, a pesar de estos avances, la tecnología de bombas de calor electrocalóricas de estado sólido aún se encuentra en una fase de desarrollo y es menos común en comparación con los sistemas tradicionales de bombas de calor.
Imagen portada | Xataka Smart Home
Más información | Luxembourg Institute of Science and Technology
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