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Potencial energético de una bomba de calor para la producción de vapor de agua utilizando refrigerantes naturales

Resumen

El análisis del uso de bombas de calor para la producción de vapor de agua representa una alternativa más económica y ambientalmente sostenible frente a las calderas industriales convencionales. Estos estudios son fundamentales para evaluar el potencial de reducción del consumo energético y de las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente al emplear refrigerantes naturales como el CO₂ (R744) y el propano e isobutano (R290, R600a). Este trabajo de grado se enfocó en evaluar el rendimiento energético y el impacto ambiental de bombas de calor que utilizan refrigerantes naturales como R744, R290 y R600a para la producción de vapor de agua, considerando una potencia de 10 kW en el condensador o enfriador de gas, y las condiciones ambientales de la ciudad de Bucaramanga, en comparación con una caldera convencional. Para ello, se desarrollaron modelos termodinámicos para cada configuración y se simuló su rendimiento, con el fin de realizar un estudio comparativo considerando el rango de temperaturas ambientales de Bucaramanga. Los resultados obtenidos reflejan que el sistema de bomba de calor presentó un mejor rendimiento en comparación con la caldera eléctrica convencional. En el caso del R744, el coeficiente de desempeño (COP) varió entre 3.36 y 4.57, y para el R290+R600a, entre 2.235 y 2.328. El consumo energético anual fue considerablemente menor en ambos casos: la caldera consumió 98,273.8 kWh/año, mientras que los sistemas con R744 y R290+R600a consumieron 27,793.6 kWh/año y 43,124.2 kWh/año, respectivamente. Del mismo modo, los resultados del impacto total equivalente de calentamiento (TEWI) mostraron que el sistema con R290+R600a generó menos de la mitad de las emisiones en comparación con la caldera eléctrica, mientras que el sistema con R744 alcanzó aproximadamente un tercio de dichas emisiones.