Las bombas de calor termoacústicas al borde de un avance comercial

El desarrollador neerlandés de bombas de calor termoacústicas BlueHeart Energy anunció que su tecnología de motor de bomba de calor termoacústica se está probando actualmente en entornos residenciales y que se espera su entrada en el mercado europeo en la primavera de 2027.

“Este lanzamiento inicial será deliberadamente modesto”, dijo el director ejecutivo Michiel Hartman a pv magazine. “Las primeras unidades se entregarán en volúmenes limitados, lo que permitirá a los socios validar el rendimiento en condiciones reales mientras aumenta la capacidad de producción. Posteriormente seguirá una implementación más amplia de forma gradual, y se espera que la escalada lleve al menos otro año. En otras palabras, aunque algunos clientes podrán adquirir sistemas en los próximos 12 meses, la disponibilidad generalizada llegará más tarde”.

El calendario coincide con un cambio más amplio en el panorama energético residencial europeo. Los hogares se enfrentan cada vez más a excedentes de generación solar, especialmente a medida que se eliminan gradualmente los esquemas de medición neta en mercados como los Países Bajos.

En el lanzamiento, se espera que los sistemas que incorporan el nuevo motor tengan un precio similar al de las bombas de calor existentes. La propuesta de valor inicial se centrará, por tanto, en otras ventajas: menor ruido, mayor flexibilidad, compatibilidad con edificios existentes y mejor integración con sistemas de energía renovable.

Con el tiempo, se espera que los beneficios económicos sean más evidentes, no necesariamente por menores costos de los equipos, sino por la reducción de los costos de instalación y de las facturas energéticas. La capacidad de evitar modificaciones importantes en los edificios y de aprovechar precios energéticos flexibles podría marcar una diferencia significativa en el costo total de propiedad.

Diseño del sistema

Una bomba de calor termoacústica funciona sin los procesos convencionales de compresión, condensación y evaporación. En lugar de un ciclo de refrigerante, utiliza ondas sonoras de alta intensidad para transferir calor. Estas ondas generan oscilaciones de presión en un gas, creando diferencias de temperatura que pueden aprovecharse para mover calor. Este enfoque reduce la complejidad mecánica y puede mejorar la durabilidad debido a la menor cantidad de piezas móviles.

“Una de las características definitorias de las bombas de calor termoacústicas es su flexibilidad”, afirmó Hartman. “Los sistemas convencionales funcionan mejor dentro de un rango de temperatura estrecho. Cuando se combinan con fuentes como paneles fotovoltaico-térmicos (PVT), pueden requerir componentes adicionales para regular la temperatura, lo que añade costo y complejidad. Los sistemas termoacústicos pueden operar de manera eficiente en un rango mucho más amplio de temperaturas de entrada, sin preacondicionamiento. Esto los hace especialmente adecuados para la integración con fuentes renovables variables”.

Las bombas de calor que incorporan este motor pueden utilizarse para calefacción de espacios, agua caliente sanitaria y refrigeración, tanto en aplicaciones residenciales como industriales.

Presentado por primera vez en 2022, el motor utiliza gas helio y ondas sonoras en lugar de un ciclo de compresión convencional. Dos pistones generan una onda acústica de 60 Hz, lo que hace que el gas se comprima y expanda alternativamente, mientras los intercambiadores de calor capturan las diferencias de temperatura resultantes.

El sistema es compacto y modular, con unidades individuales que ofrecen entre 1 kW y 6 kW de capacidad de calefacción. La potencia puede ampliarse hasta 600 kW combinando múltiples unidades. Opera en un amplio rango de temperaturas, con fuentes desde aproximadamente -25 °C hasta 40 °C y temperaturas de salida de hasta 80 °C, lo que lo hace adecuado tanto para edificios nuevos como para rehabilitaciones con radiadores existentes.

“Es compacto y muy silencioso, ya que su frecuencia constante permite una cancelación eficaz del ruido”, indicó Hartman. “En comparación con los sistemas convencionales, responde más rápido a la demanda y experimenta un desgaste mínimo debido a su funcionamiento suave y al número limitado de piezas móviles”.

El motor mide aproximadamente 55 cm x 55 cm y pesa alrededor de 60 kg. Los niveles de ruido se sitúan por debajo de 40 dB(A), gracias a pistones con cancelación de vibraciones y a su operación a frecuencia constante. “Su arquitectura simple garantiza un bajo mantenimiento y una vida útil de diseño de alrededor de 20 años”, añadió.

En el interior del motor, dos actuadores lineales, similares a altavoces, generan oscilaciones de presión que se propagan como ondas sonoras a través de un circuito cerrado de helio. Estas oscilaciones hacen que el gas se comprima y expanda en ubicaciones específicas, permitiendo la transferencia de calor. Un regenerador, junto con intercambiadores de calor, convierte este movimiento oscilante en un flujo continuo de calor.

La energía eléctrica impulsa las ondas de presión, el helio experimenta ciclos de compresión y expansión, y el calor se absorbe en un extremo y se libera en el otro. El resultado es un salto térmico que concentra el calor mediante ondas sonoras en un sistema sellado y presurizado.

El regenerador es un componente clave, compuesto por una estructura porosa diseñada para un intercambio térmico eficiente con el helio oscilante. Actúa como medio de almacenamiento térmico, facilitando la transferencia de calor entre el gas y el material sólido. A medida que el gas se mueve de un lado a otro, los gradientes de temperatura y los desfases entre presión y velocidad generan un flujo neto de calor en una dirección.

BlueHeart Energy no fabrica sistemas completos de bomba de calor. En su lugar, suministra el motor central, que se integra en productos finales por parte de empresas asociadas. Como resultado, la entrada al mercado depende no solo de la empresa, sino también de sus socios.

La compañía trabaja actualmente con un fabricante español de bombas de calor no identificado para lanzar un sistema que utilice el motor termoacústico a finales del primer trimestre del próximo año. Las demostraciones en ferias recientes han incluido tanto el motor independiente como sistemas integrados.

Rendimiento

Las comparaciones de rendimiento con bombas de calor convencionales son matizadas. “Los sistemas de compresión de vapor pueden alcanzar una eficiencia muy alta en puntos operativos específicos”, explicó Hartman. “Los sistemas termoacústicos ofrecen un rendimiento más consistente en un rango más amplio de condiciones”.

En lugar de alcanzar un máximo en un único punto óptimo, el sistema mantiene un perfil de eficiencia relativamente estable, especialmente en saltos térmicos elevados, como elevar agua de 10 °C a 55 °C o más. Esto lo hace especialmente adecuado para edificios existentes, donde suelen requerirse temperaturas de operación más altas.

“En términos prácticos, esto hace que la tecnología sea particularmente adecuada para rehabilitaciones”, señaló Hartman. “Los edificios antiguos, que representan la mayoría del parque residencial europeo, a menudo no pueden adaptarse a calefacción de baja temperatura sin costosas mejoras. Los sistemas termoacústicos pueden funcionar con radiadores y tuberías existentes, reduciendo la necesidad de renovaciones extensas”.

A medida que aumenta la producción y se amplían las asociaciones, el próximo año será clave para determinar la velocidad con la que la tecnología termoacústica gana tracción en el mercado. Su éxito dependerá no solo del rendimiento técnico, sino también de su capacidad para abordar los desafíos prácticos de propietarios, instaladores y actores de la industria.

“Lo que está claro”, concluyó Hartman, “es que la tecnología llega en un momento de cambio significativo. A medida que los sistemas energéticos se vuelven más descentralizados, dinámicos y basados en renovables, soluciones flexibles como las bombas de calor termoacústicas podrían desempeñar un papel cada vez más importante”.

BlueHeart Energy es una spin-off de la Netherlands Organization for Applied Scientific Research y tiene su sede en Heemskerk, en la provincia de Holanda Septentrional, donde opera una pequeña fábrica y una instalación de pruebas.

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