Dos equipos de investigación de la UJI y la UPNA optimizan mezclas y sistemas de refrigeración para mejorar el rendimiento energético de los equipos domésticos e industriales
El personal contactará con empresas del sector para implementar los avances conseguidos en equipos comerciales en los que se pueda cuantificar el ahorro energético obtenido
image: Two research teams from the Universitat Jaume I and the Public University of Navarra have successfully tested new refrigerant mixtures, systems, and components that significantly enhance energy efficiency in this sector. This industry, which accounts for 7.8% of global greenhouse gas emissions, sees an annual increase of over 170 million new domestic units. The project ‘Advanced multi-stage refrigeration systems for low-temperature applications (HELTHA)’, funded by the State Research Agency under the 2021-2023 State Plan for Scientific, Technical and Innovation Research, which ends in 2025, is working on three aspects: new high-efficiency refrigeration architectures, new refrigerant mixtures and hybrid applications of two technologies (vapour compression and thermoelectricity), which is currently in the development phase. The research team, led by Daniel Sánchez García-Vacas and Rodrigo Llopis Doménech from the Group in Thermal Engineering (GIT), is made up of Ramón Cabello López, Daniel Calleja Anta, Laura Nebot Andrés, Rafael Larrondo Sancho and Manel E. Martínez Ángeles at the UJI.
Credit: Universitat Jaume I of Castellón
Dos equipos de investigación de la Universitat Jaume I de Castellón y la Universidad Pública de Navarra han probado, con mejoras significativas de eficiencia, nuevas mezclas de refrigerantes y nuevos sistemas y elementos que mejoran el rendimiento energético de las tecnologías de este sector, responsable del 7,8% de las emisiones de gases invernadero, y que registra un aumento anual de más de 170 millones de nuevas unidades solo para uso doméstico.
El proyecto «Sistemas avanzados de refrigeración multietapa para aplicaciones de baja temperatura (HELTHA)», financiado por la Agencia Estatal de Investigación del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2021-2023, que finaliza a lo largo de 2025, trabaja en tres aspectos: nuevas arquitecturas de refrigeración de alta eficiencia, nuevas mezclas de refrigerantes y aplicaciones híbridas de dos tecnologías (compresión de vapor y termoelectricidad), que está en fase de desarrollo actualmente.
En el terreno de las nuevas arquitecturas, los grupos consideran que el sistema conjunto en cascada (en el que hay dos circuitos unidos térmicamente y en el que uno se encarga de bajar la temperatura del otro) es una tecnología prometedora para aplicaciones de temperatura ultrabaja, pero que hace falta más investigación para mejorar su eficiencia energética. Sin embargo, han probado el uso de un intercambiadores de calor interno (IHX) con mejoras en el coeficiente de rendimiento (VEZ) hasta un 5,6%.
Respecto a las mezclas, se han probado varias alternativas al isobutano (R600a), de uso doméstico, y al dióxido de carbono, empleado en el ámbito industrial, con resultados muy positivos. En el primer caso, las mezclas RE170/R600 y R290/R600 han mostrado un rendimiento energético superior junto al mantenimiento de las propiedades termodinámicas, por lo que podrían convertirse, a largo plazo, en una opción en los ciclos de compresión de vapor para refrigeración doméstica.
En el caso de la refrigeración comercial o industrial, las mezclas CO2/R32 y CO2/R1270 han presentado reducciones significativas de consumo de energía y presiones de trabajo, y podrían utilizarse como una opción al CO2 y a los hidrocarburos en los sistemas donde la carga másica supera los límites de la normativa o por razones de seguridad, aunque sería necesario realizar más pruebas en cuanto a la no inflamabilidad de las mezclas o posibles fugas.
El equipo investigador, dirigido por Daniel Sánchez García-Vacas y Rodrigo Llopis Doménech del Grupo en Ingeniería Térmica (GIT), está integrado en la UJI por Ramón Cabello López, Daniel Calleja Anta, Laura Nebot Andrés, Rafael Larrondo Sancho y Manel E. Martínez Ángeles. El Grupo de Ingeniería Térmica y de Fluidos (ITF) de la Universidad Pública de Navarra está dirigido por David Astráin Ulibarrena y tiene como investigadores a Patricia Aranguren Garacochea, Álvaro Casi Satrústegui y Antonio Rodríguez García.
Durante el desarrollo del proyecto, el personal investigador ha colaborado con otros grupos y centros de investigación como el Instituto de Tecnología Térmica de la Universidad Tecnológica de Silesia (Gliwice, Polonia); la Università degli Studi di Napoli Federico II (Nápoles, Italia) o la Università degli Studi di Udine (Udine, Italia) y tienen previsto iniciar contactos con varias empresas del sector con las que han trabajado anteriormente para implementar los avances conseguidos en equipos comerciales en los que se pueda cuantificar el ahorro energético obtenido.
Estos avances son resultado del proyecto de I+D+i (PID2021/126926OB-C21), financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033/ y FEDER/UE. También han contado con el apoyo de MICIU (PRE2019-091617), de la Unión Europea – NextGenerationEU (INVEST/2022/294) y de MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER, una manera de hacer Europa) de la UE (TED2021-130162B-I00).
Artículos
Daniel Calleja-Anta, Manel Martínez-Ángeles, Laura Nebot-Andres, Daniel Sánchez, Rodrigo Llopis, Optimizing R152a/R600 and R290/R600 mixtures for superior energy performance in vapor compression systems: Promising alternatives to Isobutane (R600a), Applied Thermal Engineering, Volume 247, 2024, 123070, ISSN 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.123070.
Rodrigo Llopis, Manel Martínez-Ángeles, Daniel Calleja-Anta, Laura Nebot-Andrés, Energy performance assessment of an auto-cascade cycle for ultra-low temperatures with the pair R1150 - R600a, Applied Thermal Engineering, Volume 240, 2024, 122255, ISSN 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.122255.
Ramón Cabello, Alejandro Andreu-Nácher, Daniel Sánchez, Rafael Larrondo, Energy influence of the internal heat exchangers placement in a cascade refrigeration plant. A theoretical and experimental analysis, Applied Thermal Engineering, Volume 244, 2024, 122690, ISSN 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.122690.
D. Sánchez, F. Vidan-Falomir, L. Nebot-Andrés, R. Llopis, R. Cabello, Alternative blends of CO2 for transcritical refrigeration systems. Experimental approach and energy analysis, Energy Conversion and Management, Volume 279, 2023, 116690, ISSN 0196-8904. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116690.