Tesla y su visión de la aerotermia residencial e industrial

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Hace pocos días Tesla publicaba su informe titulado "Master Plan Part 3 - Sustainable Energy for All of Earth", donde expone ciertas pautas a tomar para conseguir un planeta más sostenible. Entre ellas, por supuesto está el coche eléctrico, pero en este post me interesa especialmente hablar de la visión de Tesla de la aerotermia residencial y doméstica.

Elon Musk Bomba de calor Tesla

El PDF (en inglés) lo podéis descargar aquí. Master Plan Part 3 - Sustainable Energy for All of Earth

El inicio del informe nos encontramos con un esquema de funcionamiento general de una bomba de calor, con diferentes focos fríos (subsuelo, aire, agua...) y diferentes focos calientes (aire, agua, sólidos...), posteriormente pasa a hablar de las "air source heat pumps", que vienen siendo las aerotermias domésticas y las aire-agua de toda la vida:

Air source heat pumps are the most suitable technology for retrofitting gas furnaces in existing homes, and can deliver 2.8 units of heat per unit of energy consumed based on a heating seasonal performance factor (HSPF) of 9.5 Btu/Wh, a typical efficiency rating for heat-pumps today

En este párrafo dice que este tipo de equipos tiene una eficiencia típica de 2,8 (COP) y hace referencia a un estudio de David Fischer donde no he encontrado ese valor, de hecho hace referencia a valores mayores:

An evaluation of over 800 heat pumps at nominal conditions listed in reference [3] shows that COP values for market available heat pump units lie in the range of 3.2 to 4.5 for air source heat pumps [David Fischer en On heat pumps in smart grids: A review]

Desconozco el porqué de esta discrepancia, pero el dato de 2.8 parece bastante bajo, el segundo (3.2-4.5) quizás sería más realista.

También aclarar que de momento estamos hablando de energía, no de euros ni de contaminación, que no tienen porqué tener una relación directa. 1kWh térmico de gas podría llegar a contaminar menos que 1kWh térmico obtenido por bomba de calor si este último se obtiene con una energía eléctrica muy "sucia".

A continuación nos muestra la distribución de la carga térmica típica en USA, diría que no es extrapolable al promedio español, en nuestra península lo habitual es que la carga máxima sea la de calefacción, a excepción de algunas zonas del sur.

Carga térmica a lo largo del tiempo (USA)

 

Un poco más adelante pasa a hablar del sector industrial, afirmando que la bomba de calor puede utilizarse en procesos donde se necesiten temperaturas hasta 200ºC, aunque con merma de eficiencia.

Industrial processes up to ~200C, such as food, paper, textile and wood industries can also benefit from the efficiency gains offered by heat pumps, although heat pump efficiency decreases with higher temperature differentials.

Esa afirmación la apoya en este estudio, el cual mi amigo GPT-4 resume de la siguiente forma:

El calor industrial, que constituye dos tercios de la demanda energética industrial y casi una quinta parte del consumo mundial de energía, es un componente clave del sistema energético y una fuente significativa de emisiones de CO2. A medida que la demanda de calor industrial continúa creciendo, es fundamental abordar los desafíos asociados con su regulación, diversidad de procesos y fuentes de energía, y desarrollar soluciones sostenibles como la electrificación, energías renovables, captura y almacenamiento de carbono, y eficiencia energética. Un marco regulatorio adecuado será clave para dirigir las inversiones hacia un futuro más sostenible para el calor industrial. 

Qué esta muy bien y resulta muy interesante pero no veo donde se afirma en él que es posible la utilización de la bomba de calor con temperaturas de hasta 200ºC. Algo falla con las referencias.

Posteriormente encontramos esta tabla que relaciona las temperaturas del foco caliente con el COP:

COP vs temperatura industrial

Based on the temperature make-up of industrial heat according to the IEA and the assumed heat pump efficiency by temperature in Table 2, the weighted industrial heat pump efficiency factor modeled is 2.2

Para esta afirmación, además de la tabla anterior, Tesla se apoya en este gráfico de la IEA  en el World Energy Outlook 2019 donde podemos ver el consumo de energía de los procesos industriales clasificados por la temperatura del mismo:

Gráfico temperatura procesos industriales

 

Vemos que por debajo de 200ºC tenemos aprox. el 45% de los procesos. Ponderando los tres primeros escalones con la "table 2" obtenemos esa afirmación de una eficiencia (COP) de 2.2 para procesos industriales <200ºC

Y ahora la pregunta que todo Nergizo se está haciendo ¿De dónde sale esa tabla que promete COPs de 3 a 100ºC si a mi ya me cuesta llegar a ese valor con mi aerotermia configurada a 50ºC?

Pues Tesla enlaza a un texto bastante "sesudo" con muchas gráficas y cálculos, donde no he sido capaz de encontrar esa justificación de la bomba de calor funcionando con un foco caliente a 200ºC.

—¿Pero qué dices Nergizo? Es Tesla, ¡es bien!

—Guarda ese fajo de billetes Fulgencio, todavía no hay nada a la venta

La temperatura crítica de un gas refrigerante es la temperatura por encima de la cual un gas no puede ser licuado, independientemente de la presión aplicada. En el texto he visto varias alusiones a dos refrigerantes: amoníaco e isobutano. Veamos sus temperaturas críticas con respecto a otros refrigerantes más comunes:

  • Isobutano (R600a): 134.7 °C
  • Amoníaco (NH3, R717): 132.4 °C 
  • R32 (Difluorometano): 78.2 °C
  • R290 (Propano): 96.7 °C
  • R410A (Mezcla de R32 y R125): 72.8 °C (promedio)

Sí con el gas R290 podemos fabricar equipos que lleguen a 75ºC y el isobutano tiene una temperatura crítica 38ºC superior, parece complicado que podamos llegar a 200ºC. Si algún nergizo encuentra alguna justificación a esto que lo publique en los comentarios por favor.

 

Conclusión

Veo un montón de datos muy interesantes y prometedores, pero poco justificados. Considero bastante desacertado que se enlacen todas esas referencias pero que las referencias no apoyen las afirmaciones, o al menos algunas de ellas.

Está claro que posiblemente la bomba de calor sea el futuro de la calefacción doméstica, pero lo de los procesos industriales a 200ºC lo veo bastante borroso a corto-medio plazo.

Si necesitas que te ayude con tu caso particular, puedes usar el servicio de consulta PRO para enviarme tu duda junto con toda la información necesaria (planos, presupuestos recibidos, etc.) y te responderé en un plazo de 2 días.

14 comentarios en «Tesla y su visión de la aerotermia residencial e industrial»

  1. ¿Supongo que lo habrás mirado bien, pero seguro que los grados que indican esos estudios son centígrados o celsius? Porque ellos suelen usar más bien el Farenheit, y ahí ya empiezan a cuadrar más todos los datos que pones.

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    • Es una hipótesis, pero la veo muy difícil ya que en el texto, como dice Pablo, dicen continuamente "C", que aunque se comen la "º" y deberían ser "ºC" parece que se refieren a centígrados.

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  2. Si, la verdad es que si asumes que el texto original habla de ºF, y cambias pues 200ºC por 93ºC entonces si que empieza a cuadrar un poquito más las cosas...
    no todas, porque los COP me siguen cantando, pero algo más digerible es..

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    • es que si no es algun error de ese tipo (no tuyo, ya he leido el pdf original y pone C)... o lo que dice son sandeces... o han inventado un gas refrigerante/bomba de calor nueva...

      Responder
  3. Bueno, Tesla, además de un gran ingeniero y visionario, era también un poco "fantasma" para vender sus ideas. Elon no le anda a la zaga. Hay que prestar más atención a sus logros conseguidos que a los que el dice que va a conseguir.
    Solo hay que comprar palomitas.

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  4. Comentario odioso de un listillo:

    ºC es la abreviatura de grados Celsius, en ningún caso de centigrados. Si actualmente hubiera alguna escala llamada así, su abreviatura seria en minúsculas (ºc)

    ¿Que coño eran los grados centigrados?¿que fue de ellos?
    Cuando Andresin (Anders Celsius) creó su escala no tuvo mejor ocurrencia que dividir el rango de temperatura que va desde el punto de congelación al de evaporación del agua destilada de Viena en cien partes... el problema es que llamo 0ºc al punto de ebullición y 100ºc al de congelación.
    Como parece muy poco acertado que el escalar aumente a medida que la entropía disminuye, se creó una nueva escala llamada Celsius cambiando el valor del punto de congelación y evaporación a 0ºC y 100ºC respectivamente.

    Dicho sea de paso, una cosa que está mas fría que el punto de congelación del agua, está a temperatura bajo cero, no a grados negativos, la entropía no puede ser negativa.

    Perdón por el comentario, pero si no lo digo, reviento

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  5. Sobre el gas de los 200ºC, he visto q la temperatura critica de muchos hidrocarburos es alta (aunque la de autoginicion debe hacerlos divertidos de usar).

    Fuente:
    https://www.academia.edu/38939387/CONSTANTES_FISICAS_DE_HIDROCARBUROS

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    • La temperatura crítica de esos hidrocarburos la tienes en el post, es alta pero no tanto como para poder calentar un fluido a 200ºC

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      • En el enlace que puse aparecian algunos "aromaticos" con temperaturas criticas superiores a los 300ºC
        Que no digo que sean aptos para usar en refrigeracion, pero me gustaria verlo si alguien hace el experimento 🙂

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          • Cierto.
            Mientras buscaba informacion sobre gases de refrigeración, me tope con algo curioso "CO2 transcrítico", "CO2 trabajando por encima de la temperatura crítica (30,04 C)" (no se si el sistema sería extrapolable al Isobutano o Amoníaco).

            Responder

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