Una nueva investigación puede señalar el camino hacia las bombas de calor sin heladas

Una fría mañana de invierno, el parabrisas del coche estaba envuelto en una gruesa capa de escarcha. ¿Quién no ha experimentado la frustración de raspar hielo o esperar a que funcione el descongelador? Es una lucha invernal diaria, pero ¿qué pasa si este problema de las heladas se extiende mucho más allá de su automóvil, hasta su propia casa? Bienvenidos a la batalla oculta contra las heladas en nuestros sistemas energéticos.

La escarcha se forma cuando el aire húmedo entra en contacto con superficies heladas. Cuanto más fría esté la superficie y más húmedo esté el aire, es más probable que se forme escarcha en la superficie.

En los edificios, la formación de escarcha es un problema que afecta a varios sistemas, incluidas las bombas de calor que mantienen calientes los espacios interiores. Investigadores de la Universidad de Saskatchewan están trabajando para eliminar este escenario frío mediante la creación de bombas de calor resistentes a las heladas.

Retos actuales

Las heladas plantean serios desafíos para el funcionamiento de las bombas de calor. La capa de escarcha actúa como aislante, reduciendo la capacidad de transferencia de calor, lo que aumenta el uso de energía e impacta negativamente en la comodidad de los usuarios. La escarcha también bloquea los conductos de aire y una acumulación severa de escarcha puede incluso dañar o destruir el sistema.

Las bombas de calor electrifican la calefacción y desempeñan un papel fundamental en nuestra búsqueda de eficiencia energética y respeto al medio ambiente, debido a su eficiencia relativamente alta. Al actuar como dispositivos que transfieren calor de un lugar a otro, son soluciones prometedoras para el futuro de la calefacción. Con el potencial de reducir el consumo de energía y las emisiones, mejorar las bombas de calor es crucial en nuestro mundo con conciencia ecológica.

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Para combatir la formación de escarcha, las bombas de calor comerciales suelen entrar en ciclos de descongelación recurrentes, durante los cuales no se puede acceder a la calefacción. Por lo tanto, la mayoría de las bombas de calor en climas fríos se instalan con sistemas de respaldo de calefacción eléctrica o de combustión de combustible. Se han sugerido varias técnicas de optimización para que los ciclos de descongelación sean más efectivos.

Dados los desafíos que supone eliminar la escarcha de las bombas de calor, la perspectiva de crear sistemas libres de escarcha se vuelve cada vez más atractiva. Sin embargo, prevenir las heladas sin consumir excesiva energía es una tarea compleja, llena de intrincados obstáculos técnicos.

La investigación en curso

Una gran parte de los actuales esfuerzos por desarrollar bombas de calor antiescarcha tienen su origen en la investigación sobre intercambiadores de energía antiescarcha. La unidad exterior de un sistema de bomba de calor es un intercambiador de calor. Facilita la transferencia de calor del aire exterior al fluido refrigerante que pasa por los serpentines.

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Si los intercambiadores de calor evitan la condensación, pueden reducir el riesgo de escarcha. Esto es lo que hacen los intercambiadores de energía de membrana al eliminar la humedad y evitar la saturación de aire.

Las bombas de calor del futuro pueden beneficiarse de los intercambiadores de energía de membrana que utilizan fluidos de trabajo líquidos. El intercambiador de energía de membrana sustituiría los tradicionales tubos con aletas en las unidades exteriores con bomba de calor y los haría resistentes a las heladas.

El uso de membranas para desarrollar soluciones antiescarcha para bombas de calor no está exento de desafíos. Necesitamos abordar varias cuestiones relacionadas con los intercambiadores de energía de membrana. Encontrar membranas comerciales y líquidos no corrosivos adecuados para la aplicación son dos ejemplos. La detección de heladas es otro desafío en los intercambiadores de energía de membrana.

Ya se han investigado las propiedades, el comportamiento y las condiciones que desencadenan la formación de escarcha. La investigación en curso realizada por mi equipo en la Universidad de Saskatchewan ahora intenta identificar las características ideales de la membrana y los factores de diseño para la aplicación.

Dar forma a un futuro sostenible

Las futuras bombas de calor resistentes a las heladas mejorarán drásticamente la eficiencia energética, reducirán las facturas de los hogares y darán un paso significativo hacia un futuro más sostenible. Los científicos están contribuyendo a los avances tecnológicos necesarios para hacer realidad este concepto futurista.

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Estos avances no se refieren sólo a la ciencia; simbolizan una transformación en nuestra vida cotidiana, haciendo que los días de invierno sean más cómodos y al mismo tiempo que nuestros hogares y edificios sean más respetuosos con el medio ambiente.