Un grupo de investigadores de la MIT World Peace University de India ha llevado a cabo una extensa revisión de toda la tecnología de bombas de calor solares de expansión directa (DX-SHP, por sus siglas en inglés) para aplicaciones de calefacción doméstica como el calentamiento de agua, el secado solar, la calefacción de espacios y el calentamiento de procesos industriales.
Según se informa, estos sistemas pueden producir agua caliente de 15 ºC a 60 ºC con un coeficiente medio de rendimiento (COP) de 1,5 a 4,5 y pueden funcionar de forma óptima en condiciones de heladas.
«Este trabajo presenta modelos para analizar el rendimiento energético y exergético de los componentes de un sistema DX-SHP», subrayan los académicos. «La investigación muestra que para un rendimiento óptimo de la bomba de calor solar, la radiación solar oscila entre 350 W/m2 y 700 W/m2, la velocidad del viento entre 0,5 m/s y 2,5 m/s, y la temperatura ambiente entre 5 ºC y 35 ºC».
Generalmente constan de un colector-evaporador solar, un compresor, un condensador y una válvula de expansión que funciona dentro de un ciclo de bomba de calor. El colector solar, que puede basarse en una unidad solar térmica sola o en un panel fotovoltaico-térmico (PVT), es definido por el grupo de investigación como el componente crucial del sistema, ya que expande directamente el refrigerante y recoge el calor tanto del aire solar como del ambiente, prevaleciendo este último en los días nublados.
«El colector-evaporador solar está directamente expuesto a la radiación solar», explica. «El refrigerante que fluye por los tubos absorbe la energía calorífica de la conversión térmica solar y del aire ambiente. A continuación, el refrigerante bombea el calor del evaporador al condensador a través del compresor».
En todas las configuraciones del sistema, la energía térmica residual, la calefacción directa o las aguas residuales calentadas se utilizan como entradas de energía térmica al evaporador, que es crucial para captar la energía térmica solar y transmitirla al refrigerante.
Los investigadores destacaron que los colectores-evaporadores de tubos con aletas deberían ser la opción preferida, ya que funcionan bien en todas las condiciones meteorológicas y su uso no se ve afectado por la temperatura ni por el modo de funcionamiento. «A medida que aumentan la temperatura y la radiación solar, aumenta el COP y disminuye el tiempo de calentamiento», añadieron. «Aumentar la frecuencia del compresor disminuye el tiempo de calentamiento y el consumo de energía, al tiempo que aumenta la ganancia de calor del evaporador».
También recomendaron adoptar refrigerantes respetuosos con el medio ambiente, como R290, R600, R1234ze (E), R1270 y R1234yf , así como utilizar nanofluidos para mejorar el rendimiento térmico y eléctrico de los colectores-evaporadores PVT.
«La investigación futura debe explorar el uso de fluidos de transferencia de calor en evaporadores de rollo y de fuente de aire como intercambiadores de calor de expansión indirecta en lugar de refrigerantes», concluyeron. «Esto incluye la evaluación del rendimiento, la optimización de varios fluidos y la investigación de la integración y sostenibilidad del sistema para una implementación más amplia».
Su revisión se presentó en el artículo «Recent Advancements in Solar Collector-Evaporator for Direct Expansion Solar Heat Pump«, publicado en la revista International Journal of Thermofluids.
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