EnergíaGeotérmica by Pablo Formoso Estrada

Energía Geotérmica 1

¿ Qué es una energía

RENOVABLE ?

Es aquella energía que no se agota por su uso.

Así podemos considerar: - Hidráulica - Solar - Eólica - Biomasa - Geotérmica

Ventajas de las energías renovables: - Aprovechamiento de un recurso que se restablece rápidamente. - Reducción del consumo de combustibles fósiles importados. - No es contaminante. - Disminución de impactos al ambiente ( resultantes de las actividades de generación de energía con combustibles fósiles ).

Desventajas de las energías renovables: - Requieren una alta inversión inicial. - Fluctuaciones en la producción de energía, disponibilidad variable de los recursos naturales.

debido

- La aplicación depende de la disponibilidad de los recursos. - En muchos casos, se requieren estudios técnicos detallados para conocer el potencial.

Energía Geotérmica. Es la energía que proviene del interior de la Tierra y desde el exterior ( sol ).

Energía Geotérmica. El conjunto de técnicas utilizadas para la exploración, evaluación y explotación de la energía interna de la tierra se conoce como

geotermia.

¡ El suelo recibe permanentemente calor, por tanto la energía geotérmica es una energía renovable e inagotable !

Energía Geotérmica.

Energía limpia.

Energía Geotérmica.

Tipos de calor geotérmico.

Energía geotérmica a profundidades ( >400m ): - Aguas termales

(reservas de aguas)

- Sistemas geotérmicos (bombeando artificialmente aguas a las profundidades) - Profundas sondas geotérmicas (usando un circuito cerrado)

Energía geotérmica cerca de la superficie ( <400m ): ”Geotermia de baja entalpía” o “Geotermia somera”.

- Colectores geotérmicos 8

(a una profundidad de 1.5m)

Sondas geotérmicas (profundidades aproximadas de 100m) Pilotes geotérmicos (usando los cimiento de las construcciones o edificios) Pozos de aguas subterráneas (sistemas abiertos usando agua del subsuelo) Intercambiador tierra - aire (ventilación controlada) Almacenamiento de calor (acumulamos el exceso de calor para usarlo en invierno)

Energía Geotérmica.

Evolución del coste de energía.

Costes anuales para el calentamiento de una vivienda con gasóleo

Fuentes: Eurostat, Tecson

*: Estimado

Partes de una instalación Geotérmica

Captación 10

Intercambio

Emisor

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Variaciones de la temperatura del suelo.

Por medio de la siguiente gráfica puede apreciarse como la Tª del terreno depende de la profundidad y de la época del año.

Temperatura

Profundidad

Bomba de calor de aire

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Funcionamiento del sistema.

El calor útil se transmite a la vivienda mediante un circuito de distribución hidráulico: suelo radiante, fancoils, radiadores de baja temperatura.

El calor se extrae del suelo por medio de una captador en forma de tubo de plástico, dentro del cual fluye una mezcla de agua con anticongelante.

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Bombas de calor

Denominamos BOMBA DE CALOR a una máquina térmica capaz de transferir calor de una fuente fría a otra más caliente.

El calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas temperaturas. Sin embargo, la Bomba de Calor es capaz de hacerlo en dirección contraria, utilizando una cantidad de trabajo relativamente pequeña. Las Bombas de Calor pueden transferir este calor desde las fuentes naturales del entorno a baja temperatura (foco frío), tales como aire, agua o la propia tierra, hacia las dependencias interiores que se pretenden calentar o bien para emplearlo en procesos que precisan calor. Las Bombas de Calor también pueden ser utilizadas para refrigerar. En este caso la transferencia de calor se realiza en el sentido contrario, es decir desde la aplicación que requiere frío al entorno que se encuentra a temperatura superior.

Energía Geotérmica.

Bombas de calor

Máquina térmica, que operando según un ciclo, absorbe calor de un foco frío y lo cede a un foco caliente a consta del aporte de trabajo desde el exterior. … el calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas temperaturas…

… sin embargo, la Bomba de Calor es capaz de hacerlo en dirección contraria, utilizando una cantidad de trabajo relativamente pequeña.

Energía Geotérmica.

Designación de las Bombas de calor

La Bomba de Calor se denomina mediante dos palabras. La primera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente). Medio del que extrae la energía AIRE AIRE AGUA AGUA Unidad interior

Unidad exterior Tuberías con refrigerante

Medio al que se cede la energía AIRE AGUA AIRE AGUA

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Bombas de calor GEOTÉRMICAS

Ejemplo de bomba de calor AGUA - AGUA

Energía Geotérmica.

Principio de funcionamiento de la bomba de calor.

Las máquinas térmicas son capaces de absorber calor de un foco (interior) para cederlo a otro foco (exterior). De esta manera podemos refrescar una vivienda y si invertimos el ciclo calentarla.

Extraemos calor del suelo a la vivienda

Disipamos el calor de la vivienda al suelo

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Componentes de la bomba de calor.

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Rendimiento de la bomba de calor.

El COP es una relación entre la producción de calor y el consumo de energía.

Ej: COP = 4 Significa que por cada 1 kW consumido de la red obtendremos 4 kW de calor.

Energía Geotérmica.

Rendimiento de la bomba de calor.

Eficiencia estacional (Seasonal Performance Factor): • Operación en distintas condiciones de funcionamiento. • Operación a carga parcial. • Evaluar el funcionamiento transitorio.

pr EN 14511

Energía Geotérmica.

Rendimiento de la bomba de calor.

ÁMBITO DE APLICACIÓN: Esta instrucción será de aplicación as instalacións para o aproveitamento da enerxía xeotérmica de moi baixa temperatura (por debaixo dos 30°C), que empreguen as BCX para realizar un intercambio de calor co terreo a través dun fluído caloportador que circula, en circuíto pechado, entre a dita máquina e o terreo, co obxecto de dotar os edificios de calefacción, AQS e/ou refrixeración.

CONCLUSIÓNS: ‐... só a enerxía procedente das BCX que acaden un factor de rendemento medio estacional estimativo, SPF, maior do 2,447 poderá considerarse como procedente de fontes de enerxía renovables.

35 ºC

Debido a que non existe unha norma específica para o cálculo do SPF na Directiva 2009/28/CE, esta instrución toma como rendemento de referencia o COP da BCX calculado nas condicións S0°C/W35°C establecidas na norma EN‐UNE 14511.

0 ºC 24

CONCLUSIÓNS: ‐ No momento en que se desenvolva a dita directiva e se estableza unha metodoloxía para o cálculo do SPF, será este rendemento o que se empregue para a determinación da parte de enerxía procedente de fontes renovables das BCX, agás no caso da redacción dalgunha outra normativa que lle sexa de aplicación. ‐ O COP mínimo das BCX para supoñer que o factor de rendemento medio estacional, SPF, se sitúa por enriba do 2,447 (obtido pola fórmula SPF > 1,15·η do anexo VII da directiva 2009/28/CE), establécese nesta instrución no valor de 4 (calculado segundo a EN‐UNE 14511 e realizando os ensaios nas condicións S0°C/W35°C). ‐ Por conseguinte, e seguindo criterios xa establecidos noutros países da UE, fixando o COP dunha BCX nun mínimo de 4 podemos asegurar, cunha probabilidade moi alta, que o factor de rendemento medio estacional estimativo (SPF) desa BCX vai ser sempre maior do valor limiar do 2,447, o 25

CONCLUSIÓNS: ‐ Por conseguinte, e seguindo criterios xa establecidos noutros países da UE, fixando o COP dunha BCX nun mínimo de 4 podemos asegurar, cunha probabilidade moi alta, que o factor de rendemento medio estacional estimativo (SPF) desa BCX vai ser sempre maior do valor limiar do 2,447, o que implica que unha porcentaxe da enerxía proporcionada polas BCX que cumpran este requisito, poderán considerarse como procedentes de fontes de enerxía renovables ao cumprir co esixido no anexo VII da Directiva 2009/28/CE.

Sistemas de emisión 27

Energía Geotérmica.

Eficiencia en sistemas de emisión.

Relación entre el COP y la temperatura de impulsión.

Energía Geotérmica.

Elección del sistema correcto.

Paso 10 Paso 15 Paso 20

A través de este gráfico, puede apreciarse que el sobrecoste por la instalación de más metros de tubo para el suelo radiante ( paso 20 ), genera menos metros de perforación y menor potencia de la bomba de calor.

Instalaciones Geotérmicas Sistemas cerrados 32

Energía Geotérmica.

Sistemas de tubos.

Energía Geotérmica.

Sistemas de tubos.

Energía Geotérmica.

Ventajas del PE-Xa frente al PE.

- Mayor resistencia a entalladuras y fisuras. - No reduce el período de vida cuando las grietas no superan el 20% del espesor de pared. - No susceptible a cargas puntuales. - No hay cambios en las propiedades térmicas (calorenvejecimiento) para periodos mayores de 95°C. -

Mayor resistencia química que las tuberías PE 100.

Menores pérdidas de presión debido a la lisas paredes de las tuberías.

Energía Geotérmica.

Sistemas para explotar la energía del subsuelo.

Colector geotérmico

Sonda geotérmica

Pilote energético

Sonda Helicoidal

Energía Geotérmica.

Elección del sistema correcto.

Influencia del tipo de suelo.

Sonda geotérmica

Colector geotérmico

Pilote energético

¡ Para tener un valor exacto de la potencia del terrero, es recomendable realizar un TEST de Respuesta del terreno !.

Energía Geotérmica.

Sistemas para explotar la energía del subsuelo.

Colector geotérmico

Sonda geotérmica

Pilote energético

Energía Geotérmica.

Captación horizontal.

Instalación de los colectores horizontales de acuerdo con VDI-4640

Dimensionado captación horizontal.

Aprox. hacen falta 1,2 m2 por cada m2 de calefacción

Paso 1.- Determinar la potencia del evaporador.

Paso 2.- Determinar la superficie del colector.

Paso 3.- Calcular la cantidad de tubería necesaria para la instalación.

La distancia recomendada según la VDI 4640 es entre 50 – 80 cm

Energía Geotérmica.

Dimensionado captación horizontal.

Energía Geotérmica.

Disposición de los colectores horizontales.

Cuanto mayor es la capacidad térmica, mayor es el caudal volumétrico requerido para una diferencia de temperaturas entre la impulsión y el retorno dada y mayor es la dimensión de tubo necesaria.

Tipos de tendido de los colectores horizontales:

Energía Geotérmica.

Montaje de los colectores horizontales.

Energía Geotérmica.

Ejemplo de aplicación de los colectores horizontales.

Energía Geotérmica.

Instalación de los colectores horizontales.

El material excavado sólo se podrá reutilizar si los tubos son PE-Xa. Para instalar tubos de PE-100 se deberá utilizar arena. No tender los tubos distribuidores de PE-Xa sobre un lecho de grava o gravilla, porque las bolsas de aire reducen la conductividad. Por esta razón, con este tipo de suelos se debe verter alrededor de los tubos suelo fino, que garantice la absorción de la humedad. Utilizando tubos de PE-Xa no es necesario controlar la presencia de piedras en el suelo.

Energía Geotérmica.

Sonda geotérmica.

Valores que se pueden utilizar para instalaciones de menos de 30 kW y longitudes máximas de sonda de 100 m.

Instalación de las sondas geotérmicas de acuerdo con VDI-4640

Para el dimensionamiento de la instalación de sonda, si la situación geológica resulta poco clara, se deberán tomar testigos. En caso necesario, se realizarán mediciones geofísicas de dicho testigo o se medirá la capacidad térmica del subsuelo mediante un instrumento específico.

Sonda geotérmica.

Aprox. hacen falta 1 m de sonda para calefactar 2 m2

Paso 1.- Determinar la potencia del evaporador.

Paso 2.- Determinar la longitud total de las sondas.

Paso 3.- Calcular el número de sondas necesarias para la instalación.

Cuando se instalen varias sondas geotérmicas, la separación entre las mismas deberá ser: - mín. 5 m. para las longitudes de sonda inferiores a 50 m. - mín. 6 m. para las de mayor longitud

Energía Geotérmica.

Ejemplo de dimensionado de sondas geotérmicas

Energía Geotérmica.

Determinación del caudal necesario para las sondas.

Energía Geotérmica.

Sonda geotérmica ( PE–Xa ).

Introducción de una sonda de PE-Xa Pie de sonda PE-Xa

Sección de una sonda de PE-Xa

Diámetro del pie de la sonda en función de la sonda geotérmica

Energía Geotérmica.

Sonda geotérmica ( PE ).

Introducción de una sonda de PE Pie de sonda PE

Pie de sonda PE

Sección de una sonda de PE

Diámetro del pie de la sonda en función de la sonda geotérmica

Energía Geotérmica.

Accesorios sonda geotérmica.

Distanciador

Tubo de rellenado

Energía Geotérmica.

Medidas de instalación.

Energía Geotérmica.

Montaje de las sondas geotérmicas.

Diferencias principales entre el colector horizontal y la sonda geotérmica.

Energía Geotérmica.

- Próximos a la superficie - Influenciados por las fluctuaciones de temperatura ambiente - Mayor superficie ocupada - Mayor riesgo de rotura - Sencillos de instalar - Mayor cantidad de tubería a instalar

- No afectados por las condiciones ambientales - Menor superficie ocupada - Mejor nivel de conductividad térmica

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Pilote energético.

En la edificación moderna, cuando para el cálculo de estructuras el terreno no suficientemente firme, se emplean pilotes de cimentación. Cuando se integran en dicho pilote tuberías para el aprovechamiento de la energía geotérmica cercana a la superficie, se habla de PILOTES ENERGÉTICOS.

Es recomendable el empleo de tuberías PE-Xa con barrera contra la difusión del oxígeno, puesto que se previene la posible corrosión de los componentes de acero incorporados al sistema geotérmico.

Energía Geotérmica.

Pilote energético.

La colocación de las tuberías se realiza generalmente en forma de meandros en sentido longitudinal de la jaula de armadura. Las tuberías se fijan a la jaula de armadura mediante conectores para mallazo de pilote energético o abrazaderas para cables.

Energía Geotérmica.

Pilote energético.

Energía Geotérmica.

Montaje de los pilotes energéticos.

Energía Geotérmica.

Ejemplo de aplicación de los pilotes energéticos

Energía Geotérmica.

Dimensionamiento de los pilotes energéticos

Departamento de Formación

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