Aún con más de 100 años de existencia, desde que en 1835 Jacob Perkins patentó el primer sistema de refrigeración y Willis Carrier presentó la primera bomba de calor de la historia en 1911, su reconocimiento como piezas clave para la consecución del gran reto de la descarbonización sin embargo, es relativamente reciente. Utilizando electricidad en lugar de combustibles fósiles para generar energía térmica, tienen el gran potencial de funcionar de forma completamente renovable, además de que su eficiencia se encuentra entre tres y cinco veces por encima de cualquier caldera tradicional a temperaturas bajas y medias. A pesar de sus ventajas económicas y capacidad para la reducción de emisiones, actualmente solo representan el 5 % del calor industrial global.

Aunque han existido y existen importantes vías de apoyo gubernamental, especialmente impulsadas desde nuestro contexto europeo mediante reglamentaciones e incentivos, el clima actual de incertidumbre geopolítica ha impactado directamente en sus ventas, con una importante desaceleración de éstas, lo cual ha permitido que persistan las dudas de cara a su implantación y rentabilidad respecto a soluciones tradicionales. 

A lo largo de 2023, las ventas a nivel mundial de bombas de calor se redujeron un 3% después de varios años con incrementos de dos cifras (disminución de un 5% en el conjunto de la UE con especial recesión en Italia). Para alcanzar el objetivo de cero emisiones netas para 2050 (NZE), considerando que en la actualidad las bombas de calor únicamente cubren alrededor del 10% de las necesidades de calefacción y refrigeración, se debería triplicar su presencia para 2030.

Para ello, es imprescindible mayor y mejor apoyo político, además de la aceleración de la aplicación práctica de las distintas innovaciones técnicas ya existentes, con el fin de eliminar las limitaciones que éstas aún sufren en ciertas aplicaciones. En consonancia, resulta imperioso resaltar una serie de aspectos a tener en cuenta.

La gran oportunidad que nos acecha: las grandes bombas de calor industriales de alta temperatura (>100 ºC) y la necesidad de una mayor personalización en su diseño, a través de accesorios y otros componentes.

Actualmente en la mayor parte de las ocasiones, las normativas en instalaciones y de otro tipo como las municipales, nos obstaculizan de forma decisiva la elección del sistema: la gran cuestión es qué inversión se necesita y cuándo se trata de una opción rentable. La necesidad de un asesoramiento técnico de calidad cada vez se vuelve más imprescindible en este contexto.

La complejidad de una bomba de calor y sus componentes. 

Además de la importancia del corazón de cualquier bomba de calor, el compresor; se vuelven vitales para su eficiencia y adaptación a las grandes aplicaciones industriales, otros componentes como los intercambiadores de calor o el tan crucial software de control, el cual es crítico en procesos industriales (monitoreo remoto-mantenimiento preventivo y predictivo).

Los refrigerantes naturales, lo únicos supervivientes.

Entre los distintos grupos de refrigerantes (hidrofluorocarbonos (HFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC), refrigerantes naturales,..) debido a la actual regulación ambiental, los únicos supervivientes a corto plazo serán los denominados refrigerantes naturales, es decir, aquellos que disponen de un GWP-Global Warming Potential- menor o igual a 5; la totalidad de los restantes disponen actualmente de una calendario de eliminación total.

Sin embargo, los refrigerantes ecológicos, tienen sus propias consideraciones e importantes problemáticas. Éstos son altamente inflamables, característica que requiere medidas de seguridad específicas, pero disponen de mejores propiedades termodinámicas a altas temperaturas. Por otra parte, el amoníaco, utilizado históricamente para aplicaciones de refrigeración industrial, es tóxico, pero permite ciclos termodinámicos muy eficientes con un GWP de 0. Y finalmente, el CO2 no es tóxico, ni inflamable, ni contiene flúor, pero necesita de un ciclo transcrítico con altas presiones y es más apropiado para aplicaciones en las que se necesitan grandes saltos de temperatura. 

La colaboración entre los distintos stakeholders de un proyecto resulta esencial.

Los fabricantes de bombas de calor deben llegar a alcanzar la mejor relación entre estandarización y modularización para lograr dar solución a las distintas problemáticas existentes. Por otra parte, se debe seguir aplicando el mayor énfasis posible al diseño de máquinas de más de 100 kW de potencia y altas temperaturas de impulsión con refrigerantes naturales, y adicionalmente, reduciendo los actuales costes de fabricación. Para ello, se requiere de un profundo conocimiento de los distintos procesos industriales, la conexión a red o las fuentes para la extracción de calor. En consecuencia, es de vital importancia la colaboración de todos los actores involucrados en un proyecto: la arquitectura-ingeniería, el instalador, la promotora-constructora y los fabricantes y proveedores de equipos, que somos los que conocemos la parte tecnológica; asesorando de forma adecuada a los proyectistas; los cuales deberán ampliar sus perspectivas, ya que las soluciones de ayer no van a ser por mucho que nos agarremos a algunas de ellas, las soluciones de hoy ni mucho menos las del mañana. Debemos trabajar conjuntamente de cara a hacer viable y por lo tanto, accesibles la soluciones tecnológicas de un futuro inminente y ya del presente.

Este crecimiento inmediato de soluciones de alta potencia y temperatura a nivel industrial en bombas de calor se encontrará altamente reforzado por importantes inversiones, las cuales fundamentalmente atenderán a proyectos de mayor calado. Actualmente, la mayoría del apoyo económico ha ido a instalaciones de bombas de calor para aplicaciones de pequeño y mediano tamaño, trabajando a bajas temperaturas debido precisamente a las limitaciones tecnológicas como por el mayor retorno de inversión de proyectos con estas variables. Sin embargo, el futuro a corto y a largo plazo enfoca a las grandes bombas de calor industriales con temperaturas de impulsión superiores a 100 ºC. 

En definitiva, aquellos que entiendan y apliquen mejor lo que Albert Einstein dijo “tienes que aprender las reglas del juego y después jugar mejor que nadie” se llevarán “la mano” de los próximos años del sector.

Artículo para el Nº 32 de la revista Dínamo Técnica.
Autora: Silvia Fernández Pérez. Ingeniera Industrial. Project Manager del Norte de España para el Grupo Eurofred.