¡LA INDUSTRIA DE LAS BOMBAS DE CALOR ESTA MARCANDO LOS LIMITES!
Artículo técnico por cortesía de Michael AARUP, Technical Manager en CAREL Nordic
Como todos sabemos, la industria de las bombas de calor industriales grandes está creciendo muy rápido, especialmente en la Unión Europea (UE) y, en un plazo de tiempo corto, seguramente en el resto del mundo.
Durante muchos años, el principal mercado de las bombas de calor ha sido el doméstico, lo que suponía grandes volúmenes, un refrigerante HFC y el uso de componentes estándar que siempre han estado disponibles en el mercado. Estos componentes son fáciles de utilizar y las temperaturas y presiones de diseño sencillas de alcanzar, por lo que no suponen un problema específico a la hora de construir una bomba de calor. Lo mismo ha ocurrido con las bombas de calor industriales.
Ahora la situación está cambiando: con la introducción de refrigerantes naturales en el mercado de las bombas de calor y especialmente en las industriales, han surgido nuevos desafíos para los proveedores de componentes.
Disponibilidad de componentes: bombas de calor domésticas vs industriales
Para el sector doméstico, el suministro de componentes no ha sido un gran problema hasta ahora, ya que hay una gran cantidad de ellos que son idóneos para pequeñas capacidades. Además, las temperaturas y presiones para una bomba de calor doméstica son fácilmente manejables para dichos componentes. Por lo tanto, hoy en día todavía no supone un problema fabricar bombas de calor pequeñas.
Sin embargo, para los diseñadores y fabricantes de bombas de calor industriales, la situación es completamente diferente. Nos referimos, por ejemplo, a bombas de calor de alta temperatura y presión, es decir, temperaturas superiores a 120ºC y presiones superiores a 120 bares para aplicaciones de CO2. En el mercado de estas bombas de calor industriales, el crecimiento en la UE es actualmente tan grande que los principales fabricantes de componentes necesitan desarrollar productos que puedan soportar las condiciones de temperatura y presión requeridas; de lo contrario, corren el riesgo de perder ventas.
¿Cuáles son los desafíos para los componentes compatibles con CO2?
Los fabricantes y diseñadores de unidades están buscando soluciones para cómo alcanzar temperaturas más altas del agua para calefacción y otros usos. Esto significa temperaturas y presiones más altas también del refrigerante, lo que supone un desafío en este momento. En general, los proveedores de componentes no pueden satisfacer la demanda de estas nuevas temperaturas o presiones de diseño con la suficiente rapidez.
El principal problema es que no se puede presentar una válvula aprobada para CO2 a 120 bares de presión y comunicar que desde este momento se puede usar a 140 bares o más. A menudo, las válvulas están diseñadas para la presión indicada más un margen de un tanto por ciento. Por lo tanto, para fabricar la misma válvula, pero esta vez para 140 bares, es necesario aumentar el espesor de los materiales y quizás incluso sea necesario rediseñar algunas de las piezas móviles del interior de la válvula.
Todo esto requiere tiempo para los departamentos técnicos, tanto para calcular/diseñar la válvula como para realizar el prototipo necesario para llevar a cabo las pruebas. Las válvulas se prueban primero en un entorno controlado, por ejemplo, en un laboratorio, durante un tiempo determinado; a continuación, se realizan los rediseños/ajustes necesarios. Todo esto significa más pruebas en el laboratorio. Si no hay contratiempos, se podrán realizar pruebas en campo con un fabricante de la unidad en un tiempo estimado en entre 9 y 12 meses.
Con suerte, y si todas las pruebas en campo van bien, dos años sería un resultado excepcional desde la fecha de inicio del proyecto hasta tener la nueva válvula aprobada para 140 bares de presión, y preparada en la línea de producción para luego ser entregada a los clientes. Sin embargo, en este momento, la industria de las bombas de calor podría necesitar una válvula que funcione a 150 bares de presión, debido a las temperaturas más altas y al mejor rendimiento de las bombas de calor. ¡Entonces, el ciclo empezaría de nuevo! Este ejemplo que he descrito es, en realidad, un caso real en el que he estado involucrado.
¿Qué ocurre con los componentes compatibles con los hidrocarburos?
La industria de bombas de calor con hidrocarburos como R-290, R-600a y R-600, también está creciendo rápidamente e implica los mismos problemas que los mencionados anteriormente. Existe una fuerte demanda en el mercado de altas temperaturas para los componentes. Una vez más, las válvulas son un gran ejemplo.
Las preguntas que nos hacen los clientes son: “¿Cuál es la temperatura máxima del refrigerante en el puerto de entrada de las válvulas? ¿Por qué no es más alta? ¿Cuándo tendrán una válvula aprobada para temperaturas más altas?”. Entonces se empieza de nuevo. Probablemente se pueda utilizar el mismo grosor de cuerpo de la válvula, pero se necesitan otros materiales dentro de las válvulas, debido a la temperatura más alta.
Ciertamente, todas las válvulas disponibles en el mercado hoy en día no coinciden con la capacidad requerida, debido al hecho de que muchos fabricantes de bombas de calor están comenzando a fabricar bombas de calor más grandes, lo que significa una mayor demanda de capacidad para los componentes.
Otro desafío: el equipo de producción
Otro desafío está relacionado con los equipos de producción y prueba en las líneas de producción de los fabricantes. Es posible que sea necesario actualizarlos e instalar nuevas máquinas, y todo esto lleva mucho tiempo. Y si pensamos en las materias primas a utilizar, ¿podemos utilizar las mismas que se usan actualmente o es necesario buscar otras nuevas?
Las altas temperaturas suelen ser un desafío para los materiales que se utilizan en la actualidad, por lo que también en este caso hay que considerar que se necesita tiempo para probar los materiales incluso antes de fabricar un prototipo de una nueva válvula. Obtener estos materiales es una parte importante de la fase de fabricación/diseño de un nuevo componente. Y la demanda del mercado es cada vez más alta.
Conclusión
Se han descrito excelentes ejemplos que llevan a situaciones en las que los proveedores de componentes intentan satisfacer la demanda del mercado lo mejor posible; sin embargo, actualmente el mercado de bombas de calor se mueve mucho más rápido que nunca. Por esta razón, la presión sobre los diseñadores de componentes es más fuerte que nunca. El mercado sigue superando sus propios límites, lo cual en realidad es algo bueno; sin embargo, a veces el mercado también necesita comprender que no es posible diseñar y aprobar un nuevo componente en el breve plazo que se desea. Como fabricante de componentes, siempre se intenta buscar la mejor solución y estoy seguro de que los demás proveedores de componentes actúan de la misma manera.
Ejemplo
A continuación, se indica un enlace a un proyecto que muestra cómo se están superando los límites en todas direcciones, altas temperaturas – presiones –capacidades: https://eudp.dk/en/node/16449
En este proyecto, uno de los problemas principales era qué refrigerante utilizar, y después de esto era necesario seleccionar todos los componentes en función de si realmente podían suministrarse. Las válvulas de expansión de los evaporadores fueron uno de los desafíos: 300 kW para refrigerante HC, a altas temperaturas. ¡Un gran ejemplo de componentes que aún no existen pero ya se necesitan en las instalaciones!
