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Daniel Schez García-Vacas, Jaume I, “la ingeniería térmica está presente en todas las aplicaciones industriales”

7 agosto 2018

Recuperamos durante este verano algunas de las entrevistas más relevantes que hemos publicado en este blog. Daniel Sánchez García-Vacas, del Grupo de Ingeniería Térmica de la Universidad Jaume I, nos habla de las investigaciones de este grupo pionero en España.

  • En primer lugar, háblenos del Grupo de Ingeniería Térmica de la Universidad Jaume I, ¿cuál es su área de estudio y qué investigaciones llevan a cabo en estos momentos?

Desde su creación en el año 1998, el Grupo de Ingeniería Térmica se ha dedicado al estudio de los procesos de transferencia de calor y refrigeración tanto a nivel teórico como experimental, siendo este último el aspecto que más nos caracteriza y más valor añadido nos aporta, la experimentación. Actualmente nuestras líneas de investigación se centran en la optimización de los sistemas de refrigeración comercial para reducir su consumo energético, y en el uso de refrigerantes de bajo GWP o PCA incluyendo tanto refrigerantes artificiales como naturales, como es el caso del CO2. Por concretar, disponemos de 4 líneas de investigación interconectadas que dan lugar a múltiples estudios:

  • Utilización del CO2 como refrigerante en régimen transcrítico y subcrítico en ciclos de compresión simple y múltiple directa (booster) o indirecta (cascada).
  • Evaluación de refrigerantes sintéticos de bajo PCA (HFCs o HFOs) en ciclos de compresión de vapor simple y múltiple directa (compound) o indirecta (cascada).
  • Uso de sistemas de refrigeración indirecta basados en CO2 bombeado y otros fluidos secundarios.
  • Evaluación energética de configuraciones de ciclos de refrigeración aplicadas a refrigeración comercial.  

Yo me incorporé al grupo de investigación en el año 2006 y desde entonces he trabajado en todas las líneas de investigación, aunque la más destacable es la del uso del CO2 como refrigerante en régimen transcrítico, ya que fue el tema de trabajo de mi trabajo final de carrera y tesis doctoral. Actualmente estoy analizando nuevas configuraciones para mejorar el COP de las instalaciones de CO2 transcrítico, así como el uso del CO2 como fluido secundario.

  • Tienen en su haber 3 premios de investigación, 10 libros y más de 50 publicaciones internacionales, entre otros logros. ¿Cuáles de estos premios o publicaciones destacaría?

Lo cierto es que todos ellos, ya que son fruto de muchas horas de trabajo entre todos los miembros del Grupo de Investigación. Aunque algunos reconocimientos son a titulo individual, no dejan de ser el resultado de todo el trabajo llevado a cabo por el Grupo de Investigación en las diferentes líneas de trabajo.   

  • ¿Por qué la ingeniería térmica es importante para la industria?

Porque está presente en todas las aplicaciones industriales y de ella depende la calidad del producto final y parte del consumo energético del proceso llevado a cabo para conseguirlo. En la fabricación de cualquier producto, el control de la temperatura así como el mecanismo de transferencia de calor para conseguirlo, es algo esencial. Un control ineficiente o un mal diseño de los sistemas de aporte/disipación de calor, puede significar un producto de mala calidad o un consumo energético desmesurado. Lo mismo ocurre en el sector de la refrigeración comercial, donde la ingeniería térmica está presente en toda la cadena de producción, conservación, distribución y venta del producto perecedero.

  • Nos centramos ahora en el Estudio de Mejoras de Ciclo de Comprensión de Doble Etapa Transcríticos y Subcríticos en CO2. ¿En qué punto se encuentra la investigación y cuáles son sus objetivos?

Una vez realizado el análisis teórico de las diferentes configuraciones que permiten mejorar los sistemas frigoríficos de CO2 en régimen transcrítico/subcrítico, el siguiente paso consiste es llevar a cabo los ensayos experimentales correspondientes que permitan corroborar dichos resultados. Actualmente nos encontramos en esta fase, intentando llevar a cabo un proyecto europeo que nos permita cuantificar de forma experimental los consumos energéticos de cada una de las configuraciones de cara a poder ofrecer a la comunidad científica y en especial, al sector de la refrigeración, datos objetivos sobre qué sistemas son los más adecuados en climas cálidos como es el caso de España.

  • ¿Se podría decir que el CO2 es una solución de refrigeración global desde el punto de vista energético?

El CO2 ofrece una ventaja única frente al resto de refrigerantes, y es su amplio rango de aplicación en la producción de frío a baja, media y alta temperatura, e incluso como bomba de calor. No hay duda que es un refrigerante natural que ofrece excelentes ventajas en términos de transferencia de calor, coste y compatibilidad medioambiental, pero hay que tener en cuenta que su baja temperatura crítica obliga al ciclo a trabajar en régimen supercrítico en muchas ocasiones, reduciendo el COP del ciclo, y por ende, aumentando su consumo energético. Es por ello que hay que tener muy presente que para que el uso del CO2 sea competitivo, los ciclos frigoríficos que utilicen CO2 como único refrigerante (en ciclo simple o en sistema de compresión múltiple booster), precisan de configuraciones más complejas para aumentar el COP de las instalaciones. Por ello, en resumen, sí que puede decirse que el CO2 es una solución de refrigeración global aunque precisa de ciclos complejos para poder aumentar la eficiencia de las instalaciones     

  • ¿Qué factores influyen a la hora de optar por una instalación de refrigeración en cascada, con ciclo booster –con comprensión o eyección- o híbrido?

Imagino que como todo, el principal factor será el económico. Nosotros no valoramos el coste de las instalaciones ni su mantenimiento, solo su comportamiento energético. Teniendo en cuenta este último aspecto, ante unas condiciones de funcionamiento determinadas (carga térmica, niveles de evaporación, condiciones ambientales, límites de funcionamiento… etc) es posible evaluar energéticamente cómo se comportarán los diferentes sistemas y en base a ello elegir el más adecuado dese este punto de vista.

  • ¿Cuáles son los niveles medios de ahorro energético que se pueden conseguir con este tipo de instalaciones?

A priori no es posible fijar un valor medio de ahorro ya que depende fuertemente de la ubicación en la que esté operando la instalación frigorífica. Suponiendo el mismo número de horas de trabajo anuales y las mismas condiciones de operación en los servicios de media y baja temperatura, una instalación ubicada en Burgos, por ejemplo, ahorría hasta un 6% si empleara un ciclo booster simple de CO2 o hasta un 11.6% empleando un sistema híbrido cascada-booster, que si se empleara un ciclo en cascada R513A/R744 convencional. En el caso de que dicha instalación se ubicara en Almería, cualquier configuración de ciclo consumiría desde un 3.6% hasta un 17.4% más de energía anual que el ciclo en cascada convencional. En cualquier caso, estos datos no dejan de ser valores teóricos de referencia que precisan ser contrastados con datos experimentales.       

  • A la industria de la distribución le preocupan las inversiones que son necesarias ante tecnologías que no están suficientemente probadas en el medio y largo plazo y, en algunos casos, han presentado caídas de eficiencia energética al pasar un tiempo de funcionamiento. ¿Esto último es así?

Por lo general, la mayoría de los componentes que montan las instalaciones de CO2 transcríticas y subcríticas comerciales son herencia de componentes previamente empleados en la industria, por lo que en mi opinión creo que son tecnologías suficientemente testadas como para evitar que se produzcan mermas en la eficiencia con el paso del tiempo. No obstante, son aspectos que el fabricante debe de asegurar a la hora de vendernos un producto, ya que todos ellos tienen que cumplir unos estándares de calidad determinados.  

  • En todo caso, ¿cuándo se podrá dar a la industria usuaria una respuesta tecnológica segura y probada? ¿Es esto una utopía?

No creo que sea una utopía ya que para bien o para mal, tenemos un horizonte temporal reducido para poder cumplir con las restricciones Europeas. Además existen industrias en España que emplean CO2 como refrigerante al igual que muchos supermercados que han apostado por esa tecnología. La cuestión no está en si el CO2 es una solución adecuada, sino más bien dentro de la solución cuál es la mejor opción

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