Bombas de calor: transformando el panorama energético mundial

La tecnología de las bombas de calor se utiliza cada vez más en todo el mundo en numerosos sectores para captar, potenciar y reutilizar lo que de otro modo sería calor residual. Este reciclado puede reducir de manera significativa los costes de calefacción y la dependencia de los combustibles fósiles. Cuando se aplica a escala, se pueden conseguir considerables ventajas económicas y ecológicas.

En los últimos años, GEA ha instalado tecnología de calefacción y refrigeración a base de amoníaco en plantas de procesado de alimentos, instalaciones de bebidas y lácteos, cervecerías, cámaras frigoríficas, sistemas de calefacción central y otros sectores.

¿Por qué amoníaco?La eficiencia termodinámica del amoníaco lo convierte en una opción muy económica y, gracias a las mejoras en la tecnología de compresores, las bombas de calor de amoníaco pueden producir ahora temperaturas más altas de lo que era posible antes.

En una gran instalación en que se requiera tanto calefacción como refrigeración, como una red de energía urbana o una fábrica de alimentos, la tecnología de las bombas de calor de amoníaco puede proporcionar un 40% menos de consumo energético, hasta un 40% menos de costes y un 40% menos de emisiones que el uso de refrigerantes sintéticos.

Recuperación de calor para calentar y enfriarDeseoso de ampliar el alcance de la calefacción y la refrigeración respetuosas con el medioambiente, un importante proveedor canadiense de refrigeración y calefacción se embarcó en un ambicioso proyecto que utiliza la tecnología de GEA para abastecer 557.000 metros cuadrados (seis millones de pies cuadrados) de espacio edificado con calefacción y refrigeración central.Para cumplir estos requisitos, GEA diseñó a medida y suministró dos bombas de calor GEA RedGenium al emplazamiento de Ontario. Cada bomba de calor suministra 2 megavatios (569 toneladas de refrigeración) de agua caliente a 85 °C (185 °F), así como agua fría a 4,4 °C (40 °F) para las necesidades de refrigeración.Mientras que los refrigerantes sintéticos tradicionales como los hidrofluorocarbonos (HFC) son conocidos por ser perjudiciales para el medioambiente, el nuevo sistema utiliza el refrigerante natural amoníaco. Tiene un potencial de agotamiento de la capa de ozono nulo.Eficiencia sostenibleEn el núcleo de cada una de las bombas de calor RedGenium hay un compresor alternativo GEA V XHP de presión extra alta. Con la capacidad de proporcionar temperaturas del agua de hasta 95 °C (203 °F) y un amplio rango de capacidad con una presión máxima de diseño de 63 bar (914 psi), el sistema basado en amoníaco proporciona el mejor rendimiento de su clase. Esto se traduce en un menor coste total de propiedad gracias a su consumo de energía significativamente bajo y a que el amoníaco es relativamente barato de obtener.A continuación, el sistema utiliza un pequeño aporte de electricidad (idealmente renovable) para potenciar el calor capturado. Los motores eléctricos funcionan con convertidores de frecuencia, y los intercambiadores de calor de placas y carcasa de alta eficiencia permiten que todo el sistema cumpla las normas más estrictas de sostenibilidad.

Las bombas de calor reducen las emisiones en Mars

El fabricante líder de confitería Mars ha instalado una solución de bomba de calor de amoníaco GEA en sus instalaciones de Veghel (Países Bajos), una de las mayores fábricas de chocolate del mundo. Tras analizar las oportunidades de ahorro y gestión de energía en sus plantas, se decidió que la instalación de sistemas de bombas de calor mejoraría significativamente la eficiencia energética de las operaciones generales de Mars y respaldaría el compromiso de la empresa con la reducción de emisiones.

La solución individualizada de bomba de calor GEA, basada en el compresor alternativo V HP GEA, extrae y potencia lo que de otro modo sería calor de baja temperatura inutilizable de las unidades de refrigeración, que luego se utiliza para calentar agua. El calor extraído de las unidades de refrigeración pasa por un intercambiador de calor, que puede calentar el agua hasta 63 °C (145 °F).

A continuación, esta agua se canaliza por la red de tuberías de agua caliente especialmente instalada en el tejado de la fábrica, desde donde puede enviarse a diversas zonas para su uso dentro de la planta, incluidos el almacenamiento de chocolate y sirope, y las unidades de tratamiento de aire. La cantidad de calor ahorrada por las bombas de calor equivale a unos 26 terajulios de gas y a unas 1.000 toneladas de emisiones de CO2 al año.

Mars tiene previsto instalar más bombas de calor en otras instalaciones en todo el mundo, ya que la reutilización del calor residual es uno de los elementos clave para el objetivo de la empresa de conseguir la neutralidad energética en 2040. 

Revolucionando la producción de zumos

Como parte de un vasto esfuerzo para construir una fábrica de zumos completamente neutra en carbono, la marca de batidos y zumos innocent confió a GEA el suministro de tecnología sostenible de procesado, calefacción y refrigeración para su nuevo emplazamiento. La temprana participación de GEA en el proyecto permitió poner en marcha numerosos procesos innovadores desde el principio, lo que situó a innocent en el buen camino para alcanzar sus objetivos de sostenibilidad.

En el corazón de la instalación de ahorro energético de innocent se encuentran las bombas de calor GEA. Al integrar los sistemas para lograr la máxima eficacia, GEA aconsejó a innocent que utilizara dos circuitos de calefacción separados: uno ajustado a 65 °C (149 °F) para la limpieza y el otro a 90 °C (194 °F) para la pasteurización y esterilización. Se incorporaron bombas de calor para calentar agua a partir del calor residual generado en los procesos. GEA tenía que minimizar la cantidad de vapor hasta el punto de poder utilizar un generador de vapor eléctrico alimentado con energía verde. 

“Tradicionalmente, todo el calor se suministra por encima de 100 °C (212 °F) utilizando vapor como medio en la producción de bebidas”, afirma Robert Unsworth, director global de sostenibilidad técnica de GEA. “Pero pusimos esto en duda. Ahora solo una fracción del calor requiere vapor, que se utiliza para la esterilización”. Al explotar al máximo el principio del intercambiador de calor, se obtuvieron increíbles ganancias en términos de reutilización del calor, reduciendo enormemente la cantidad de energía que antes se desperdiciaba en vapor no utilizado.

El proyecto llegó a ganar el oro en el premio del público de la Asociación Europea de Bombas de Calor (EHPA). “Me quito el sombrero ante GEA porque han estado a nuestro lado en todo momento, ayudándonos a desafiar los enfoques de diseño convencionales”, afirma Andy Joynson, antiguo director de operaciones de innocent drinks Europe. “Todos los pequeños detalles se suman a un gran éxito. Estamos operando con algo así como el 60% de la demanda energética que se necesitaría para hacer funcionar una planta de tamaño equivalente, así que es una diferencia significativa”.

Soluciones combinadas en la fábrica de procesado de pollo de Wipasz

Wipasz SA, uno de los mayores productores polacos de piensos y líder en la producción de carne fresca de pollo,necesitaba una solución amplia y compleja. Para su nueva planta procesadora de aves en Międzyrzec Podlaski, Polonia, la compañía buscaba soluciones que ofreciesen una producción más sostenible y eficiente en cuanto a consumo de energía.

Andrzej Wachink, director técnico de Wipasz S.A., declaró: “La nueva planta es muy amplia y moderna. Planteamos a GEA tres retos: mantener la planta refrigerada; recuperar el calor residual para reducir el consumo de energía de las calderas utilizadas para producir agua caliente, y crear una ventilación adecuada, especialmente en la zona de sacrificio”.

Los procesos de congelación y refrigeración son extremadamente sensibles a la temperatura, ya que el producto para la distribución en fresco se envasa a 0 °C (32 °F) y el resto se congela por lotes a -18 °C (0 °F), para su exportación o procesado posterior, como en el caso de los nuggets de pollo. 

Para satisfacer los distintos requisitos de la planta, GEA diseñó, proyectó y suministró 5,3 megavatios (1.507 toneladas de refrigeración) de capacidad frigorífica para cinco congeladores de placas, cinco túneles de congelación por lotes, dos cámaras frigoríficas y 64 enfriadores de aire. Entre los equipos se incluyen compresores alternativos GEA: un compresor alternativo Grasso V1800 para la climatización de la planta, un compresor de tornillo Grasso SP1 que gestiona el proceso de refrigeración principal de la carne de ave, y un compresor de tornillo Grasso SP2 para congelar y generar el calor que se necesita para agua y climatización. 

Además, la compañía ha instalado ocho unidades de gestión de aire para ventilar las salas de producción y cuatro unidades para climatizar el edificio de oficinas, todas las cuales se suministran con refrigeración desde la planta central de amoniaco y con el calor recuperado. También se entregaron a Wipasz dos sistemas de recuperación de calor que cubren todas las necesidades de agua caliente de las instalaciones, junto con otras demandas de calefacción que incluyen a las oficinas y las áreas comunes, lo que significa una reducción de la huella de carbono y una amortización muy rápida gracias a que no se han utilizado calderas.

Cuando se combina una bomba de calor con una unidad de refrigeración, son posibles tanto el enfriamiento como el calentamiento, convirtiendo un solo uso en un ciclo continuo y reduciendo los costes energéticos en un 40% o más. Esto representa un ahorro importante si consideramos que en la industria alimentaria, láctea y de bebidas, hasta un 60% de la energía se utiliza para calentamiento y refrigeración. Las fábricas de productos de ave como Wipasz son conscientes de las significativas ventajas económicas y ambientales que representa el uso de la recuperación de calor y las bombas de calor en los procesos de producción, especialmente en aquellos que requieren la aplicación de calor durante la preparación y posterior refrigeración y congelación.

Calefacción y refrigeración preparadas para el futuro

Las bombas de calor instaladas por GEA en emplazamientos de todo el mundo están diseñadas a medida para satisfacer unos requisitos de temperatura precisos, y seguirán estando preparadas para el futuro durante muchos años, gracias a la larga vida útil del amoníaco. En comparación con otros refrigerantes, que pueden durar solo 10 años más o menos, el desembolso en un sistema de amoníaco es seguro durante 30 a 40 años, posiblemente más.

A medida que se eliminan los gases fluorados en todo el mundo para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, se adoptan cada vez más refrigerantes naturales como el amoníaco. Esto ha allanado el camino para su uso más amplio y, a medida que aumenta la demanda de soluciones energéticas ecológicas, las bombas de calor de amoníaco se están generalizando en las instalaciones de energía térmica y fabricación de todo el mundo.