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

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dc.contributor.advisorAmarís Castilla, Carlos Fidel
dc.contributor.authorMoreno Bernal, Darwin Felipe
dc.contributor.authorGutiérrez Santos, Cristian Fernando
dc.contributor.evaluatorFlórez Mera, Juan Pablo
dc.contributor.evaluatorFuentes Díaz, David Alfredo
dc.date.accessioned2025-08-28T15:02:34Z
dc.date.available2025-08-28T15:02:34Z
dc.date.created2025-08-28
dc.date.issued2025-08-28
dc.description.abstractEl 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.
dc.description.abstractenglishThe analysis of heat pump systems for steam production represents a more economically and environmentally sustainable alternative compared to conventional industrial boilers. Such studies are essential for assessing the potential to reduce energy consumption and mitigate greenhouse gas emissions, especially when using natural refrigerants such as CO₂ (R744) and propane (R290+R600a). This undergraduate thesis focused on evaluating the energy performance and environmental impact of heat pumps employing natural refrigerants R744 and R290+R600a for the generation of water vapor (steam), considering a condenser or gas cooler capacity of 10 kW and the climatic conditions of Bucaramanga, Colombia, in comparison with a conventional electric boiler. Thermodynamic models were developed for each configuration and their performance was simulated, followed by a comparative study based on the local ambient temperature range. The results show that the heat pump systems performed more efficiently than the traditional boiler. For R744, the coefficient of performance (COP) ranged from 3.36 to 4.57, while for R290+R600a it ranged from 2.235 to 2.328. Both refrigerants exhibited significantly lower energy consumption compared to the boiler, with annual energy use of 98,273.8 kWh for the boiler, versus 27,793.6 kWh and 43,124.2 kWh for R744 and R290+R600a, respectively. Similarly, the results of the Total Equivalent Warming Impact (TEWI) showed that the R290+R600a system generated less than half of the emissions compared to the electric boiler, while the R744 system produced approximately one-third of those emissions.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero Mecánico
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/46050
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programIngeniería Mecánica
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Mecánica
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectBombas de calor
dc.subjectVapor de agua
dc.subjectTEWI
dc.subjectR290
dc.subjectR600A
dc.subjectConsumo energético
dc.subjectCaldera
dc.subjectR744
dc.subject.keywordHeat pumps
dc.subject.keywordWater vapor
dc.subject.keywordTEWI
dc.subject.keywordR290
dc.subject.keywordR744
dc.subject.keywordR600a
dc.subject.keywordEnergy Consumption
dc.subject.keywordBoiler
dc.titlePotencial energético de una bomba de calor para la producción de vapor de agua utilizando refrigerantes naturales
dc.title.englishEnergy potential of a heat pump for the production of water vapor using natural refrigerants
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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