Sistemas energéticos
Esta línea de investigación se focaliza en el estudio, propuesta y comprobación experimental y/o numérica de componentes y sistemas energéticos que presenten mejoras de impacto ambiental, de eficiencia energética o económicas con respecto al estado de la tecnología actual. El grupo de investigación tiene experiencia en proyectos en temáticas diversas, tales como: el almacenamiento térmico de energía, la refrigeración por absorción, los colectores solares térmicos, el análisis de ciclo de vida, la energía distribuida y las auditorías energéticas en industria y edificios. El software que utiliza incluye un amplio abanico de herramientas, que van desde herramientas 0-D para el estudio de sistemas energéticos tales como EES, TRNSYS o Energy Plus a herramientas de análisis detallado de componentes en 2-D o 3 -D, tales como COMSOL Multiphysics o CREO.
Actualmente las líneas activas del grupo son las siguientes:
- Desarrollo de modelos matemáticos, mapas de potencial y prototipos de dispositivos de enfriamiento por radiación nocturna y estudio de su viabilidad técnica.
- Estudio y desarrollo de la próxima generación de tecnologías de energías renovables basadas en sistemas solares de alta concentración.
- Desarrollo y creación de spin-off de soluciones innovadoras para la refrigeración avanzada de alto flujo de calor en el campo de las aplicaciones microelectrónicas.
- Optimización de la eficiencia energética en la edificación y la industria con técnicas pasivas y activas, como por ejemplo: aislamiento térmico, almacenamiento de energía térmica, producción renovable de frío y calor.
PROYECTOS:
DESARROLLO Y EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN RADIANTE Y CAPTACIÓN SOLAR PARA PRODUCCIÓN COMBINADA DE CALOR Y FRÍO – RAD-CHC
Proyecto RTI2018-097669-A-I00 financiado por:
En el presente proyecto se desarrollará y analizará un nuevo equipo, el Colector y Emisor Radiativo (RCE), capaz de captar energía solar para producir calor y también capaz de producir frío mediante enfriamiento radiante nocturno. El proyecto probará la viabilidad de los equipos y determinará su potencial para producir frío y calor para ser implementado tanto en edificios como en la industria. Para ello, se desarrollará una nueva cubierta adaptativa, capaz de gestionar la radiación con diferentes longitudes de onda para permitir la captación solar durante el día y el enfriamiento radiativo durante la noche. La principal innovación del proyecto es el desarrollo y demostración de los nuevos equipos RCE, ya que no existe ningún estudio que combine ambas capacidades en un solo equipo y el concepto no ha sido probado. El comportamiento de los nuevos equipos se probará y caracterizará experimentalmente y se desarrollarán modelos numéricos validados para simular el equipo. Mediante estos modelos se analizará el efecto de diferentes mejoras y optimizaciones tanto en el equipo como en todo el sistema. Posteriormente, se determinará la capacidad del sistema para cubrir los requerimientos de frío y calor para las diferentes aplicaciones previamente seleccionadas, así como se identificarán nuevas aplicaciones adecuadas. Finalmente, se estudiará la viabilidad técnica, económica y de ciclo de vida del sistema.
Los beneficios del proyecto son: (1) alto impacto científico, desarrollando un nuevo equipamiento y abriendo un nuevo campo de investigación; (2) alto impacto socioeconómico, contribuyendo al cumplimiento de los acuerdos ambientales internacionales, reduciendo la dependencia energética de terceros países, fomentando la industria local y creando nuevos puestos de trabajo.
Equipo de investigación:
- Albert Castell
- Marc Medrano
- Ingrid Martorell
- Cristian Solé
- Lídia Rincón
- Andrea Salandin
- Sergi Vall
- Roger Vilà
- Ariadna Carrobé
DESARROLLO Y ANÁLISIS DE UN NUEVO DISPOSITIVO, EL COLECTOR Y EMISOR RADIATIVO ADAPTATIVO (AD-RCE), CAPAZ DE CAPTAR ENERGÍA SOLAR DURANTE EL DÍA PARA PRODUCIR CALOR Y TAMBIÉN FRÍO TANTO DIURNO COMO NOCTURNO MEDIANTE REFRIGERACIÓN RADIATIVA (ARES-DRC).
Proyecto PID2021-126643OB-I00 financiado por:
En el presente proyecto se desarrollará y analizará un nuevo equipo, el “Radiative Collector and Emitter” adaptativo (ad-RCE) capaz de captar energía solar durante el día para aportar calor y de generar frío a partir de refrigeración radiante nocturna durante el día y la noche. El nuevo ad-RCE combina la producción de calor y frío de forma renovable para aplicaciones industriales y en edificación, adaptando la producción de calor y frío a los perfiles de demanda gracias a su capacidad de producir tanto frío como calor durante el día. Se demostrará que el concepto es viable y se determinará su potencial de producción de frío y calor para implementación en edificios y aplicaciones industriales. Para tal fin se usarán nuevos materiales para refrigeración radiante diurna, que reflejan gran parte de la radiación solar incidente y emiten radiación térmica al espacio, y se combinaran con captadores solares convencionales.
La principal innovación del proyecto es el desarrollo y demostración del nuevo ad-RCE, dado que no existe hasta la fecha ningún estudio que demuestre el concepto o que desarrolle un equipo capaz de adaptar su producción de calor y frío a la demanda. Se estudiará experimentalmente el comportamiento del nuevo equipo y se desarrollarán modelos numéricos validados para su simulación. Mediante estos modelos se analizará el impacto de diferentes mejoras y optimizaciones en el equipo y el conjunto del sistema. Posteriormente se analizará la capacidad del equipo para adaptarse a las demandas de frío y calor de diferentes aplicaciones. Finalmente se estudiará la viabilidad técnica, económica y de ciclo de vida del sistema propuesto. El proyecto se estructura en diferentes paquetes de trabajo:
Los beneficios que el proyecto puede aportar son: (1) alto impacto científico, al desarrollar un nuevo equipo y abrir un nuevo campo de investigación; (2) gran impacto socio-económico, abordando diferentes ODS y contribuyendo a cumplir los compromisos Internacionales en materia medioambiental, disminuir la dependencia energética de otros países, reducir la pobreza energética, impulsar la industria local, y crear puestos de trabajo.
La difusión de resultados se realizará mediante la asistencia a congresos y workshops nacionales e internacionales y la publicación en revistas científicas y de difusión. Se considera también la posibilidad de realizar una patente si los resultados del proyecto son prometedores.
MEJORA DE LA POTENCIA DE UN SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE FRÍO Y CALOR RENOVABLES COMBINANDO ENFRIAMIENTO RADIANTE Y CAPTACIÓN SOLAR (BOOST-RCE).
Proyecto TED2021-131446B-I00 financiado por:
El proyecto BOOST-RCE estudiará un nuevo equipo capaz de producir calor y frío de forma renovable y en un único dispositivo, el Radiative Collector and Emitter (RCE). El RCE durante el día capta energía solar produciendo agua caliente y durante la noche, produce agua fría, por debajo de temperatura ambiente gracias a la refrigeración radiante y puede integrarse en edificios e industrias.
Esta propuesta contribuirá en diversas áreas temáticas del European Green Deal como incrementar la ambición climática; energía limpia, segura y asequible; industrias para una economía limpia y circular; y edificios eficientes en el uso de recursos y energía. El objetivo principal del proyecto es mejorar la potencia y la producción energética de agua fría del RCE propuesto en el grupo de investigación SEMB. Este proyecto se basa en el proyecto RAD-CHC (RTI2018-097669-A-I00) donde se probó el concepto RCE con resultados prometedores. El inconveniente principal del RCE son las bajas densidades de potencia de enfriamiento por debajo de temperatura ambiente (potencias promedio de alrededor 55 W/m2 con picos alrededor de 70 W/m2 en el sur de Europa). Esto es un orden de magnitud inferior a las de calor. Así, se requiere una mejora del RCE (equipo y sistema) para aumentar su producción de frío y acercarla lo más posible a las potenciales potencias de refrigeración presentadas en mapas de RC españoles y europeos.
El Proyecto se estructura en seis paquetes de trabajo:
Los beneficios que conllevará el proyecto son: (1) alto impacto científico con el nuevo RCE; (2) gran impacto socio-económico, abordando diferentes ODS y contribuyendo a cumplir los compromisos internacionales en materia medioambiental, disminuir la dependencia energética de otros países, reducir la pobreza energética, impulsar la industria local y crear puestos de trabajo. La difusión de resultados se realizará mediante la asistencia a congresos y workshops nacionales e internacionales y la publicación en revistas científicas de impacto y de difusión.
PLUG AND PLAY RADIATIVE COLLECTOR AND EMITTER (PNP-RCE)
Proyecto PDC2022-133215-I00 financiado por:
El presente proyecto se centra en el desarrollo y valorización de la tecnología Radiative Collector and Emitter RCE (Colector y Emisor Radiante), la cual fue desarrollada dentro del proyecto RAD-CHC (proyecto RTI2018-097669-A-I00). El principal objetivo del presente proyecto es el desarrollo y demostración en entorno relevante de un sistema RCE Plug and Play que sea robusto, durable, fiable y que pueda ser integrado en una instalación optimizada. El diseño del RCE debe permitir un funcionamiento a largo plazo con un bajo mantenimiento y un rendimiento sostenido en el tiempo. El proyecto previo RAD-CHC se centró en el desarrollo y análisis del nuevo concepto RCE, capaz de captar energía solar para producir calor, y de producir frío mediante enfriamiento radiativo nocturno, en un solo dispositivo y de forma renovable. Por lo tanto, este nuevo concepto RCE combina la captación solar para producción de calor y el enfriamiento radiativo nocturno para producción de frío para su uso en edificios y aplicaciones industriales. El RCE es capaz de producir de forma renovable Agua Caliente Sanitaria y frío (para apoyo al sistema de refrigeración), reduciendo el consumo de energía no renovable durante el año, así como la potencia máxima instalada de los sistemas convencionales.
Durante el proyecto RAD-CHC demostramos el concepto RCE y su capacidad de producir agua caliente durante el día y agua fría (por debajo de la temperatura ambiente) durante la noche, su potencial para cubrir diferentes demandas de frío y calor tanto para edificios convencionales como edificios de consumo de energía casi nulo, así como su idoneidad para diferentes procesos industriales. La combinación del RCE con equipos de aire acondicionado y bombas de calor convencionales también fue estudiado, demostrando potencial para mejorar su rendimiento. La tecnología RCE fue desarrollada a un nivel TRL5 durante el proyecto RAD-CHC.
El presente proyecto permitirá llevar la tecnología al nivel TRL6 Tecnología demostrada en entorno relevante. Con este fin, algunos aspectos clave deben ser estudiados: (1) desarrollo y validación de un sistema RCE Plug and Play robusto, durable y fiable, (2) optimización de la integración del sistema RCE en la instalación, (3) identificación del mercado de mayor interés para la implementación inicial de la tecnología RCE. Finalmente, se realizará la demostración de la tecnología RCE Plug and Play en un entorno relevante para verificar que los resultados indican viabilidad técnica. El proyecto permitirá realizar un paso más en la transferencia de tecnología y explotación de esta nueva tecnología. Los resultados serán presentados a la sociedad y a los actores industriales clave para favorecer un rápido desarrollo y futuros proyectos demostradores.
Los beneficios esperados del proyecto son un alto impacto socio-económico, abordando diferentes Objetivos para el Desarrollo Sostenible (ODS) y contribuyendo a cumplir los acuerdos medioambientales internacionales, reduciendo la dependencia energética de países terceros, reduciendo también la pobreza energética, impulsando la industria local y creando nuevos puestos de trabajo.
COOLHEAT-INDUSTRY: PRUEBA DE CONCEPTO PREINDUSTRIAL DE RCE EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
Proyecto 2024 PROD 00040 financiado por:
El proyecto COOLHEAT-Industry presenta un concepto innovador: el Colector y Emisor Radiativo (RCE), una tecnología renovable que produce calor y frío sin emisiones de CO₂ las 24 horas del día mediante captación solar y refrigeración radiativa, respectivamente. Esta tecnología puede integrarse con los sistemas convencionales de calefacción y refrigeración para mejorar la eficiencia y reducir tanto el consumo energético como las emisiones de CO₂.
La industria alimentaria, uno de los sectores más difíciles de descarbonizar, depende en gran medida de tecnologías tradicionales que consumen cantidades significativas de electricidad y combustibles fósiles para sus necesidades de calefacción y refrigeración. El objetivo principal del proyecto COOLHEAT-Industry es desarrollar una prueba de concepto preindustrial aplicada específicamente a la industria alimentaria, para validar y perfeccionar el modelo de negocio llave en mano de la tecnología RCE, garantizando que satisfaga eficazmente las necesidades de la industria.
COOLHEAT-Industry busca contribuir a la descarbonización de la industria alimentaria proporcionando ahorros energéticos de entre el 20 % y el 60 % en procesos que requieren tanto calor como frío, lo que se traduce en un ahorro económico sustancial y una reducción de la huella de carbono. Al apoyar la transición energética, la tecnología RCE contribuirá a la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, en particular el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante), el ODS 9 (Industria, innovación e infraestructura), el ODS 11 (Ciudades y comunidades sostenibles) y el ODS 13 (Acción por el clima). Este cambio hacia tecnologías más ecológicas no sólo ayudará a mitigar el cambio climático, sino que también mejorará la competitividad de la industria alimentaria al reducir los costos operativos y la dependencia de recursos no renovables.