El costo de la comodidad: Bombeo de calor.

Dr. Rosenberg Javier Romero Domínguez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos
Archivo: Termodinámica

La mayor parte de la civilización occidental ha invertido una gran cantidad de tiempo y estudios para facilitar la vida de las personas.
Hasta hace un siglo, la mayor parte del transporte estaba limitada al uso de las piernas, propias o de equinos. Con la llegada de la industria se hicieron los primeros autos que permitieron a las personas transportarse a lugares cada vez más lejanos, sin embargo, el costo de los primeros automóviles era prohibitivo para la mayoría de los ciudadanos.
En el caso de las comunidades rurales era aún impensable que las máquinas pudieran sustituir la intervención personalizada para la siembra, cuidado y cosecha de los alimentos.
          La civilización se fue poco a poco ideando de métodos de “abaratamiento” de las máquinas y con la contribución de Henry Ford, y su concepto aún vigente de “línea de producción” se pudo lograr la utopía de un sistema de máquinas que se dedicaban a crear nuevas bajo la supervisión de las personas. Esa contribución inició la producción masiva de la mayor parte de los productos que ahora nos rodean y satisfacen nuestras necesidades. Desde el papel en que se está leyendo esta idea hasta la computadora en donde quedará almacenada este documento y que se accederá por medio de otra máquina ordenadora o computadora personal. Sin embargo, cada una de las comodidades tiene un costo que no se previó prácticamente por nadie, un costo energético y un costo ambiental.
Resultado de cualquier transferencia de energía existe una eficiencia, es decir, que no existe un proceso real que sea eficiente al 100%, ya que en cada proceso en que un tipo de energía se transforma en otro se cede energía al entorno, ya sea en forma de calor u otra. De esta manera y bajo la premisa que no se puede crear ni materia o energía, el hacer máquinas requiere de materias primas que se utilizarán, pero que no podrán volver a ser 100 % materia prima de otro proceso, incluso de reciclado. Y en forma similar, la energía que se invierte en obtener un producto es imposible de recuperar en su forma original aunque el producto obtenido se intente convertir completamente en energía.
         En cada proceso que interviene una máquina, existirán siempre dos residuos: un residuo energético y un residuo material, por lo tanto, en cada actividad que realicemos habrá desechos de combustión y desechos materiales, ya sean orgánicos o inorgánicos. Esto pone de manifiesto que la comodidad del uso de lo que nos rodea contamina el entorno, y en este momento, aún con los esfuerzos de absorción de gases contaminantes, reciclado de residuos sólidos, la cantidad que se produce es mayor que la que podemos tratar e incorporar a nuevos productos.
Lamentablemente, tenemos un costo por la comodidad, ya que estamos fuera del equilibrio entre lo que producimos, lo que consumimos y lo que reciclamos, estos costos no están adheridos a los productos, ya que en ese caso, pensemos que una botella de PET en que está envasado una bebida, tiene un costo de producción bajo, y también un costo de reciclado, que no lo paga quien adquiere la bebida, y que sin el reciclado será un desecho que afecta además del consumidor a los que lo rodean, sin que ellos hayan participado en la compra, pero que es un costo por la comodidad de tenerlo ya disponible.
          En la industria hay una gran diversidad de procesos, la mayor parte de ellos involucran la transferencia de energía y el cambio de materia, de forma simultánea. En el caso de la energía, sabemos que es imposible generarla. La energía solamente se cambia de una forma a otra, de solar a eléctrica, de hidráulica a eléctrica, de hidrocarburo a mecánica, etc. En las industrias se hace una oxidación de un hidrocarburo para transformarlo en energía y productos de combustión, la energía en forma de calor se utiliza para tratamientos térmicos de suaves a intensos, para transformar algún producto. También, en la industria se utiliza la energía para realizar los movimientos de la materia prima en sus diferentes transformaciones hasta producto final en la “línea de producción” que ha transformado a la energía de los hidrocarburos, a eléctrica y después a mecánica, para lograr dicho movimiento.
En mi laboratorio de Ingeniería Térmica Aplicada, hay un grupo de profesionistas que estudiamos la transferencia de energía en forma de calor, es decir, no solo estudiamos que eficiencia tiene un proceso de transferencia dependiendo de las sustancias que participan y sus niveles térmicos. También hemos propuesto varios ciclos termodinámicos para hacer que la energía que se transfiere lo haga a un nivel útil para un proceso definido. Los ciclos básicos de termodinámica que estudiamos tienen la siguiente idea básica: un cuerpo con mayor nivel energético transferirá energía a otro cuerpo con menor nivel. Para revertir este proceso natural, se debe aplicar una cantidad de energía para que el cuerpo con menor nivel energético pueda transferir energía a uno mayor. Este concepto de “bombeo de calor” se estudia en el Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
          Para lograr la transferencia de energía térmica, se requiere de un área y un gradiente de temperaturas, la velocidad y el nivel térmico que se obtenga dependerá del material, en un proceso natural. En el caso del bombeo de calor, se requiere de ingresar una cantidad de energía extra para que ocurra el proceso inverso. Esto ocurrirá cuando haya un cambio de presión que modifique las propiedades termodinámicas para que se pueda lograr una transferencia de energía y materia simultánea no natural. Sin embargo, esto nuevamente tiene un costo energético, como hemos comentado ningún proceso puede ser 100 % eficiente, así que el lograr que el proceso de transferencia de energía de un nivel térmico bajo hacia un nivel térmico mayor es aún menos eficiente. Dependerá principalmente de las sustancias involucradas para lograr el gradiente de presión que pueda realizar el proceso. Para esta idea en mi laboratorio hemos diseñado y construido unas bombas de calor por absorción que lograr realizar una transferencia de energía desde un nivel bajo (70 °C) hasta un nivel relativamente alto (100 °C), sin embargo, el proceso solo tiene una eficiencia del 12%. Nuestro reto actual es utilizar la energía térmica de desecho a 70 °C y regresar al proceso de donde provino un 12 % del total de esa energía, con lo que disminuirá la cantidad de hidrocarburos que actualmente se queman en ese proceso. Hay diferentes sustancias y varios arreglos que pueden permitir incrementos mayores a 100 °C, y eso es lo que investigo en mi laboratorio. De esta manera se puede hacer un uso eficiente de la energía con el reto de hacer estos sistemas más eficientes.


Dr. Rosenberg Javier Romero Domínguez, joven investigador, que nació en 1970 en la Ciudad de Puebla, en donde realizó estudios de licenciatura en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla y se tituló como Ingeniero Químico. Cuenta con una maestría en Energía Solar por parte de la Universidad Nacional Autónoma de México y realizó estudios de Doctorado en la misma, graduándose con la Medalla Alfonso Caso. Actualmente trabaja para el Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos y es un reconocido investigador reconocido por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología como Investigador Nacional nivel II. Sus líneas de investigación son el ahorro de energía, ciclos termodinámicos, instrumentación y simulación de procesos.