Por: Ilana Koegelenberg
Las bombas de calor industriales están surgiendo como una tecnología fundamental para descarbonizar el calor de proceso y las redes de calefacción urbana. Dado que los fabricantes están ampliando los límites de temperatura por encima de 120°C y existe un reconocimiento creciente de que los sistemas de calefacción y refrigeración deben funcionar como soluciones integradas, en lugar de como equipos aislados, las bombas de calor también están pasando de aplicaciones de nicho a opciones convencionales. ¿Hacia dónde se dirige la tecnología y qué barreras persisten?
Los patrones regionales de adopción reflejan las políticas y la economía
El ritmo de adopción de las bombas de calor industriales varía significativamente entre regiones, condicionado por una compleja interacción entre la mentalidad, los precios de la electricidad, la infraestructura existente y el apoyo de las políticas públicas. Los países nórdicos lideran el despliegue mundial, beneficiados por relaciones favorables entre los precios de la electricidad y el gas, y por décadas de experiencia operativa demostrada.
Ivan Rangelov, responsable de bombas de calor industriales en Danfoss A/S, identifica varios factores clave que han influido en su adopción. “Los países nórdicos presentan las tasas más rápidas de implantación de bombas de calor industriales. Esto puede explicarse por la relación muy baja entre los precios de la electricidad y el gas en esos países, cercana a 1, así como por el hecho de que las bombas de calor ya han sido una tecnología probada en Escandinavia durante varias décadas”.
La extensa infraestructura de calefacción urbana de Escandinavia aporta una ventaja adicional, ya que permite que las bombas de calor sustituyan por completo a las calderas en muchas aplicaciones. Mientras tanto, Europa central y meridional registran ritmos de adopción más lentos, dado que las relaciones entre los precios de la electricidad y el gas siguen siendo menos favorables para la viabilidad económica de las bombas de calor. La menor demanda de calefacción en las regiones meridionales reduce aún más el incentivo económico para invertir en bombas de calor.
Los recientes acontecimientos geopolíticos están transformando el panorama del mercado. Las fluctuaciones de los precios del gas y la inseguridad del suministro tras las interrupciones de las importaciones de gas natural han acelerado el interés europeo por las soluciones de calefacción electrificadas. Rangelov señala que la dinámica está cambiando incluso en mercados tradicionalmente dependientes del gas. “También está aumentando el interés por las bombas de calor en países como el Reino Unido, donde el precio del gas solía ser demasiado bajo, pero recientemente ha crecido el interés”.
Norteamérica presenta una situación diferente. Aunque el continente está rezagado respecto a Europa en cuanto al despliegue, Rangelov observa un impulso creciente. “Vemos un mayor interés por las bombas de calor en el mercado norteamericano y ya tenemos varios proyectos en curso. Creemos que el mercado canadiense avanzará con rapidez, entre otros motivos, por los bajos precios de la electricidad”.
Tipos de tecnología y enfoque de las aplicaciones
El mercado de bombas de calor industriales está dominado por los sistemas agua-agua para aplicaciones de proceso, mientras que las configuraciones aire-agua están ganando terreno en las redes de calefacción urbana. Cada tecnología ofrece ventajas termodinámicas específicas adaptadas a casos de uso concretos.
Según Dominique Silva, responsable regional de marketing en Trane Technologies, “Esto depende en gran medida del tipo de aplicación, aunque observamos una elevada demanda de todo tipo de soluciones aire-aire, aire-agua y agua-agua”.
Rangelov señala que los procesos industriales y las aplicaciones de energía urbana son los principales impulsores de la demanda de bombas de calor industriales, y que los primeros muestran el mayor potencial a largo plazo.
La calefacción urbana ha integrado las bombas de calor con mayor rapidez debido a que sus requisitos de integración son más sencillos, mientras que las aplicaciones de procesos industriales presentan una mayor complejidad, pero ofrecen más potencial a largo plazo. Dentro de los sectores industriales, las operaciones de alimentación y bebidas representan la oportunidad más accesible. “Sin duda elegiría alimentación y bebidas como la opción más fácil para abordar la descarbonización industrial”, señala Rangelov.
Las aplicaciones que requieren calor de proceso de hasta 120°C están generando la demanda más intensa, especialmente en procesos de fabricación que requieren calefacción y refrigeración simultáneas.
Los sistemas de gestión térmica cuestionan el enfoque tradicional
La comprensión de estas demandas de las aplicaciones ha impulsado un cambio fundamental en la manera en que las instalaciones industriales abordan los sistemas de calefacción y refrigeración. En lugar de considerar las bombas de calor como sustitutos independientes de otros equipos, las empresas pioneras están avanzando hacia sistemas integrados de gestión térmica. Este enfoque a escala de sistema representa algo más que una mejora incremental: cuestiona décadas de prácticas de diseño aisladas.
Silva destaca el cambio de paradigma. “En lugar de tratar la calefacción y la refrigeración como sistemas ‘aislados’, los usuarios industriales deberían adoptar, y cada vez adoptan más, sistemas integrados de gestión térmica. Este diseño, en el que las plantas de enfriadoras y calderas funcionan en paralelo como sistemas independientes y separados, ya no es justificable”.
Según la Agencia Europea de Medio Ambiente, la calefacción y la refrigeración industriales generan aproximadamente entre el 20–25% de las emisiones de CO2 de Europa. Los sistemas tradicionales que funcionan de manera aislada desperdician con frecuencia energía valiosa, ya sea el calor rechazado por la condensación en la refrigeración o el calor residual de los procesos de calentamiento.
Silva subraya la importancia de un enfoque integral. “Los sistemas integrados de gestión térmica cuestionan la mentalidad tradicional y permiten a las plantas industriales recuperar, reutilizar y equilibrar la energía térmica entre sus procesos. Este enfoque a escala de sistema es fundamental para reducir las emisiones, recortar los costos y avanzar hacia operaciones verdaderamente descarbonizadas”.
Las capacidades de alta temperatura amplían el alcance del mercado
Mientras que el enfoque a escala de sistema aborda cómo se implantan las bombas de calor, los avances paralelos en las capacidades de temperatura están ampliando los ámbitos en los que pueden aplicarse. En los últimos años, los fabricantes han incrementado significativamente las capacidades de temperatura de sus productos, lo que ha abierto aplicaciones que antes se consideraban fuera del alcance de las bombas de calor.
El ritmo de esta evolución ha sido extraordinario. Según Rangelov, hace cinco años las bombas de calor solo podían alcanzar temperaturas de hasta 80°C. Ahora, todos los equipos de Danfoss permiten a los fabricantes construir bombas de calor capaces de suministrar agua a 100°C. La empresa ya ha lanzado compresores que pueden manejar agua caliente de hasta 120°C, y tiene previsto lanzar opciones de 130°C el próximo año.
Silva confirma que los avances tecnológicos en las bombas de calor están aumentando su atractivo: “Los avances en tecnología y diseño han permitido que estos sistemas alcancen temperaturas de salida del agua más elevadas con niveles de eficiencia muy superiores a los de las calderas, lo que convierte a las bombas de calor en una solución muy atractiva y viable para descarbonizar el calor de proceso y, al mismo tiempo, ofrecer una elevada eficiencia energética”.
Patrick Crombez, director general de Calefacción y Renovables para EMEA en Daikin Europe y presidente de la European Heat Pump Association (EHPA), explica que, aunque los sistemas de alta temperatura atraen atención, Daikin sigue centrándose en aplicaciones por debajo de 100°C, donde la eficiencia y la rentabilidad son mayores. No obstante, reconoce que el desarrollo continuo de las capacidades de alta temperatura será esencial para ampliar la adopción industrial.
De cara al futuro, Rangelov prevé refrigerantes que generen agua caliente y vapor para procesos de hasta 130°C, con la posibilidad de alcanzar 150°C. Por encima de ese umbral, la recompresión mecánica de vapor utilizando vapor como refrigerante puede alcanzar temperaturas superiores. “Sin embargo, para temperaturas superiores a 200°C, según la bibliografía, se utilizarán principalmente calderas eléctricas u otras tecnologías de generación de calor”, explica.
La selección del refrigerante debe conciliar regulación y rendimiento
Estas temperaturas de funcionamiento más elevadas exigen seleccionar cuidadosamente el refrigerante para equilibrar el rendimiento, la seguridad y el impacto ambiental. El Reglamento F-Gas revisado de la UE está influyendo en la selección de refrigerantes para bombas de calor industriales, aunque la transición hacia opciones de bajo potencial de calentamiento global (GWP) avanza a distintas velocidades según los rangos de temperatura y las aplicaciones.
Según Rangelov, los refrigerantes naturales, incluidos el amoníaco (R717), el CO2
(R744) y los hidrocarburos, están ganando terreno en el segmento de temperaturas más bajas. También se utilizan refrigerantes de bajo GWP, como los HFO, y algunos HFC, aunque estos últimos en menor medida en Europa.
La situación se simplifica para las aplicaciones de mayor temperatura. “Por encima de 100°C, el panorama es mucho más sencillo: salvo excepciones menores que todavía no se han ampliado a escala, solo pueden utilizarse hidrocarburos o refrigerantes de bajo GWP”, explica Rangelov.
El agua también puede funcionar como refrigerante, aunque Rangelov señala ciertos requisitos económicos. “Para que resulte viable económicamente, debe generarse ya por encima de 100°C, y todavía tenemos que llegar hasta allí con un refrigerante”.
Crombez confirma la influencia de la regulación sobre la elección de refrigerantes y señala que entre las opciones habituales se encuentran el amoníaco, el CO2 y diversos refrigerantes sintéticos capaces de alcanzar temperaturas más elevadas, utilizados en ocasiones en sistemas en cascada.
Silva adopta un enfoque que prioriza el rendimiento al seleccionar el refrigerante. “En Trane, seleccionamos refrigerantes que ofrecen un rendimiento óptimo con un impacto mínimo sobre el calentamiento global, sin comprometer la seguridad”.
Barreras económicas y desafíos de integración de los sistemas
A pesar de los avances tecnológicos y de los entornos políticos favorables en muchas regiones, varias barreras persistentes limitan la adopción de las bombas de calor industriales. Comprender estos obstáculos es esencial para las partes interesadas que desarrollan estrategias de aceleración.
Rangelov identifica el desafío fundamental. “El principal es una relación injusta entre los precios de la electricidad y el gas. Si esta relación disminuye, la curva de implantación crecerá mucho más rápido”.
La elevada inversión de capital para los sistemas de alta temperatura representa otro obstáculo importante. Crombez enumera como principales barreras la elevada inversión de capital de los sistemas de alta temperatura, la menor eficiencia a temperaturas elevadas y la competencia de las calderas eléctricas, especialmente a altas temperaturas.
La complejidad de la integración de los sistemas añade otra dificultad, especialmente a medida que aumenta el despliegue de bombas de calor. “Otra limitación para ampliar la implantación de las bombas de calor es la integración sectorial. Cuando se instala una bomba de calor, casi siempre debe integrarse en un sistema ya existente. Cabe esperar que este desafío aumente a medida que crezca el ritmo de implantación de las bombas de calor en la industria”, explica Rangelov.
Los requisitos de temperatura de los procesos diseñados en función de las capacidades de las calderas generan restricciones adicionales. Rangelov señala un desafío fundamental: los procesos suelen diseñarse en torno a las temperaturas de salida de las calderas y los operadores a menudo se muestran reacios a modificar estos parámetros establecidos. El reacondicionamiento de estos sistemas para que funcionen con bombas de calor requiere una planificación cuidadosa y, en ocasiones, el rediseño de los procesos.
Silva reconoce que existen problemas de mentalidad. “Aunque persisten la preocupación y el escepticismo tradicionales respecto al uso industrial de las bombas de calor, los beneficios superan con creces los obstáculos. Las preocupaciones habituales sobre la complejidad, el costo o las limitaciones del emplazamiento reflejan a menudo una mentalidad heredada, basada en sistemas aislados”.
La transición a sistemas integrados es más conceptual que física. “Pasar de sistemas separados a sistemas integrados no significa reinventar la planta. Significa replantear cómo fluye la energía a través de ella”, explica Silva.
Los cálculos del retorno de la inversión (ROI) varían significativamente según la región y la aplicación. Silva señala que los argumentos empresariales suelen ser atractivos. “Aunque los incentivos pueden aportar un impulso adicional, normalmente existe un argumento empresarial atractivo asociado a la transición hacia un enfoque de sistemas de gestión térmica, impulsado por una mayor eficiencia energética y por la necesidad de mantener menos equipos”.
El periodo de amortización de los sistemas integrales de gestión térmica suele situarse entre dos y tres años gracias a una mayor eficiencia energética y al ahorro operativo, aunque depende en gran medida de las diferencias entre los precios de la electricidad y los combustibles.
Los marcos políticos impulsan la adopción
El apoyo de las políticas públicas está acelerando el despliegue de bombas de calor industriales en múltiples frentes, desde incentivos financieros directos hasta obligaciones regulatorias que exigen la recuperación de calor residual. Las iniciativas europeas son especialmente amplias, aunque su implantación y los niveles de apoyo varían según el país.
La EHPA ha elaborado una descripción general de los mecanismos nacionales de apoyo a las bombas de calor industriales en 24 países europeos. Estos mecanismos varían según el país, pero comparten características comunes, entre ellas subvenciones que cubren un porcentaje de los costos de inversión, a menudo escalonadas según el tamaño de la empresa y la capacidad de la bomba de calor, incentivos para la recuperación de calor residual y la integración en la red, y requisitos técnicos.
Muchos programas nacionales exigen que las bombas de calor alcancen un factor de rendimiento estacional (SPF) de al menos 3,8, utilicen refrigerantes con un GWP inferior a 2.000 y cuenten con una capacidad nominal mínima de 100 kW para poder optar a las ayudas.
Varias iniciativas europeas, entre ellas el Clean Industrial Deal, la Industrial Decarbonisation Accelerator Act y la EU Heat Pump Accelerator Platform, buscan situar las bombas de calor en el centro de la descarbonización mediante la promoción de ayudas estatales simplificadas, la reutilización del calor residual y unos precios justos de la electricidad.
Más allá de los marcos regulatorios, los expertos del sector subrayan que una adopción satisfactoria requiere la participación de las partes interesadas en todos los niveles. Silva destaca la necesidad de amplias campañas de sensibilización. “La concienciación y la formación sobre el valor de las bombas de calor y los sistemas de gestión térmica son fundamentales para que siga aumentando la adopción de este tipo de tecnología sostenible. Lo necesitamos en todos los niveles, desde los fabricantes y los responsables políticos hasta las escuelas de ingeniería”.
Crombez reafirma el papel clave de las políticas públicas. “Las subvenciones y los incentivos desempeñan un papel fundamental en la adopción. Cuando están disponibles, ayudan a reducir los costos iniciales y aceleran el despliegue. Daikin aboga por marcos políticos estables y a largo plazo que respalden la descarbonización industrial”.
Previsiones de crecimiento del mercado y perspectivas futuras
Las bombas de calor industriales están ganando cuota de mercado en distintas regiones, y se espera que los mercados europeos experimenten un crecimiento significativo durante la próxima década, a pesar de la reciente desaceleración del mercado general de bombas de calor.
Rangelov prevé una expansión considerable. “Pronosticamos que esta tendencia crecerá en los próximos años y podemos esperar que el mercado europeo de bombas de calor industriales se multiplique por 10 en los próximos 10 años”.
Varios factores podrían influir en esta trayectoria de crecimiento, aunque el potencial fundamental sigue estando claro. La curva de adopción se acelerará si las relaciones entre los precios de la electricidad y el gas se vuelven más favorables. Rangelov considera que la tecnología de bombas de calor merece prioridad en las subvenciones. “Creo que hay otras tecnologías nuevas, o incluso tecnologías de combustibles fósiles, que han tenido prioridad para recibir subvenciones en lugar de las bombas de calor. Como tecnología madura que ya existe, me gustaría que recibiera un apoyo diferente”.
Aunque Europa lidera el despliegue, Norteamérica está empezando a reducir la brecha, especialmente en Canadá. Las diferencias regionales reflejan distintos entornos políticos, precios de la energía y estructuras industriales, pero el impulso está creciendo en los principales mercados.
Sigue abierta la cuestión de si las bombas de calor acabarán dominando por completo las aplicaciones de calefacción industrial. Crombez ofrece una valoración matizada. “Aunque las bombas de calor seguirán ocupando un lugar central en la calefacción industrial, es poco probable que sean la única tecnología utilizada. Las aplicaciones de alta temperatura afrontan limitaciones de eficiencia e inversión de capital, por lo que los sistemas híbridos y las calderas eléctricas seguirán complementando a las bombas de calor”.
Las limitaciones de temperatura definen los límites realistas del despliegue. En los sectores de alimentación y bebidas, pulpa y papel, textil y calefacción urbana, donde la mayoría de los procesos funcionan por debajo de 150°C, las bombas de calor están en posición de convertirse en la opción natural. Sin embargo, industrias como la química y la siderúrgica requieren temperaturas de hasta 500°C, más allá de las capacidades actuales de las bombas de calor.
Silva presenta la transición como un cambio tanto tecnológico como estratégico. “Redefinir la manera en que se gestionan los sistemas de calefacción y refrigeración es esencial para la eficiencia energética y la sostenibilidad. La gestión térmica ya no consiste únicamente en elegir la caldera o la enfriadora adecuadas. Es una alianza estratégica para la optimización energética, la descarbonización y la resiliencia operativa”.
Rangelov expresa optimismo respecto al papel central de las bombas de calor industriales en los esfuerzos de descarbonización. “El potencial existe y nos aseguraremos de apoyar al sector en este recorrido. Ya llevamos entre 5 y 10 años centrados en desarrollar nuevos equipos dirigidos a las bombas de calor industriales. Las bombas de calor industriales son uno de los objetivos estratégicos de Danfoss en nuestra estrategia LEAP 2030”.
La barrera más importante para acelerar la adopción podría no tener ninguna relación con la tecnología. “El paso más importante es cambiar la mentalidad: replantear la calefacción y la refrigeración como partes de un único sistema térmico no es solo un cambio tecnológico, sino también un cambio de liderazgo”, destaca Silva. “La buena noticia es que este cambio de mentalidad ya está en marcha. Ahora es el momento de ampliarlo”.
La transición hacia la gestión térmica integrada representa tanto la mayor oportunidad como el mayor desafío para la adopción de bombas de calor industriales. A medida que los fabricantes siguen elevando sus capacidades de temperatura y se refuerzan los marcos políticos, la propia tecnología ofrece cada vez mayores posibilidades. Sin embargo, el éxito dependerá en última instancia menos de las especificaciones de los equipos que de la disposición del sector a abandonar el pensamiento aislado. Para que las bombas de calor industriales capten una cuota de mercado significativa, el cambio de mentalidad debe avanzar al mismo ritmo que el progreso tecnológico.
Casos prácticos reales
Johnson Controls – Calefacción urbana de Rosenheim, Alemania
Para descarbonizar la calefacción municipal, Stadtwerke Rosenheim instaló tres bombas de calor de amoníaco Sabroe DualPAC suministradas por Johnson Controls. El sistema extrae energía térmica del cercano río Mühlbach y suministra agua a una temperatura de hasta 88 °C, proporcionando 4,7 MW de energía renovable y reduciendo las emisiones de CO₂ en aproximadamente 2.640 toneladas al año.
BITZER & Scheco – SFS Group, Suiza
SFS Group Schweiz AG modernizó sus instalaciones de Heerbrugg con una bomba de calor agua-agua a medida desarrollada por Scheco AG. Impulsado por un compresor de tornillo BITZER CSV, el sistema recupera el calor residual del agua subterránea para suministrar calefacción al edificio hasta +75 °C, sustituyendo las calderas de combustibles fósiles y reduciendo las emisiones, al mismo tiempo que mejora el aprovechamiento general de la energía.
Frascold & Tecnofreddo – Bomba de calor R290 de alta temperatura
Mediante un esfuerzo conjunto, Frascold y Tecnofreddo desarrollaron una bomba de calor basada en propano, diseñada para aplicaciones industriales y comerciales. Equipada con compresores ATEX-HT y un motor LSPM, funciona a temperaturas de hasta 80 °C con un COP mejorado y ahorro energético, y proporciona a los sectores alimentario, farmacéutico y de climatización una solución sostenible y de alta eficiencia.
¿Desea conocer en detalle todos estos casos prácticos?
Se incluyen en la edición especial de Refindustry Magazine 2025 / Número 4.
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