La Tesis Doctoral de Javier Marchante Avellaneda «Study of Response Surface Models for the characterization of the performance in Refrigeration Equipments and Heat Pumps», ha contado con José Miguel Corberán Salvador y Emilio Navarro Peris como Directores.
Desde nuestro «Área Térmica» seguimos trabajando tanto en equipos de refrigeración y bomba de calor, como en su integración en sistemas energéticos complejos. Así como en una línea de solar térmica de media temperatura. Sus áreas de trabajo incluyen tanto la caracterización experimental con un área en laboratorios de 300 m2 como el modelado de sistemas.
Agradecemos al tribunal el reconocimiento y mención internacional a este trabajo.
Resumen divulgativo de la tesis doctoral:
En un contexto de creciente preocupación por el calentamiento global y de políticas energéticas internacionales, en el cual los sistemas de climatización de los edificios suponen una parte importante del consumo energético global, los sistemas de bombas de calor son considerados como opciones muy interesantes y la alternativa más viable para la substitución de las calderas de gas. Esto viene motivado por su alta eficiencia y por ser fuentes de energía renovables, ayudando a promover la descarbonización en las ciudades.
La importancia de esta tecnología se ve subrayada por el compromiso de la Unión Europea (UE) con las fuentes de energía renovables, como demuestra el actual plan REPowerEU. Este plan enfatiza la transición hacia soluciones energéticas más limpias para abordar el cambio climático y disminuir la dependencia de Europa respecto al uso de combustibles fósiles. Además, el inminente plan de acción para acelerar el despliegue del uso de bombas de calor en toda la UE, previsto de ser publicado a mediados de 2024, refleja la creciente atención y enfoque estratégico en el avance de esta tecnología, con el objetivo de instalar 60 millones más de unidades en Europa para 2030. Esto sitúa a la bomba de calor como elemento clave con el que conseguir los objetivos más amplios de sostenibilidad energética y responsabilidad ambiental de la Unión Europea.
En este contexto, una caracterización precisa de estas unidades y de sus componentes, es de vital importancia con el objetivo de mejorar su diseño y funcionamiento. Lamentablemente, en los últimos años, el objetivo de incrementar la eficiencia energética de estos equipos ha venido ligado de una mayor complejidad en su diseño y caracterización.
Por ello esta tesis doctoral centra su investigación en el desarrollo de modelos empíricos sencillos, capaces de predecir con precisión las capacidades de calefacción y refrigeración, así como el consumo eléctrico de estos equipos. En la actualidad, las bombas de calor se integran comúnmente en sistemas para la climatización de edificios más complejos. La tendencia actual hacia soluciones híbridas, que combinan conjuntamente diversas fuentes de calor como la aerotermia, la geotermia o la captación solar, ha creado la imperativa necesidad de contar con modelos que simplifiquen la descripción de las bombas de calor como un único componente. Es por ello que los modelos obtenidos permitirán el desarrollo de mejores estrategias de control en estos sistemas, incrementando considerablemente su eficiencia.
Además, para el desarrollo de estos modelos, este trabajo ha generado una considerable aportación de información experimental obtenida en el laboratorio sobre el desempeño de estas unidades. Esto se logró mediante el ensayo de un nuevo prototipo de bomba de calor dual desarrollado en el marco de trabajo del proyecto europeo GEOTeCH. El prototipo, que opera como unidad aerotérmica o geotérmica, mostró un rendimiento superior con una estrategia de control que elige el modo de operación más eficiente según las condiciones de trabajo. Esto se obtuvo gracias al uso de los modelos anteriormente mencionados. Por ello, los resultados de este trabajo han permitido el perfeccionamiento y desarrollo de esta novedosa tecnología, que presenta también la ventaja de disminuir considerablemente los costes de instalación. Gracias a su tipología híbrida, esta unidad necesita intercambiadores enterrados de menor tamaño.
Por último, debido a su gran influencia en el consumo de las bombas de calor, esta tesis también ha desarrollado un extenso análisis sobre la caracterización de su componente principal, el compresor. Actualmente existe una creciente necesidad de modelar este componente – durante la etapa de diseño de estas unidades – debido a la continua evolución, generación y substitución de nuevos refrigerantes. Esta parte se ha desarrollado en colaboración con el laboratorio nacional de Estados Unidos, el Oak Ridge (activo del U.S. Department of Energy). Los resultados generados permiten obtener un modelado más preciso de este componente, así como disminuir significativamente los costes de experimentación. Esto supone una importante mejora del actual estándar de caracterización adoptado por los fabricantes (AHRI-540), de hecho, actualmente se están tratando de incluir esos trabajos en una futura revisión del estándar.