Manual tecnico geotermia by uponor Spain

Geotermia INFORMACIÓN TÉCNIC A

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Índice: Introducción •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4 Geotermia – en resumen •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5 El planeta Tierra, la fuente de energía ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6 Aspectos básicos Generalidades •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8 Sistema de bomba de calor •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 9 Sistemas de utilización de la geotermia Presentación de los sistemas •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20 Modos de funcionamiento •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21 Captadores horizontales Sistema / ámbito de aplicación •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 24 Cestas de energía Sistema / ámbito de aplicación •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32 Pilotes termoactivos Sistema / ámbito de aplicación •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41 Sondas - Capatadores verticales Sistema / ámbito de aplicación •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 56 Calidad de materiales Uponor PE-Xa •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 63 Quick & Easy •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 65 Planificación de proyectos Organización de proyectos •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 66

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Introducción Geotermia: independencia de la situación energética Los Gobiernos de toda Europa tienen el ambicioso objetivo de reducir el consumo energético con el fin de reducir la dependencia de los combustibles fósiles, como el petróleo y el gas. Las fuentes de energía renovables, como la energía solar y la geotermia, están ganando importancia con relación a la futura demanda energética en los edificios. Con el objetivo 20-20-20 la UE planea reducir el consumo energético y la emisión de gases de efecto invernadero en un 20% de aquí a 2020 y aumentar hasta un 20% el uso de fuentes de energía renovables (2007: 8,5%) de la producción total de energía. Por este motivo se han puesto en marcha en toda Europa diversas iniciativas legislativas encaminadas a promover el uso de las fuentes de energía renovables.

La geotermia presenta una serie de ventajas Renovable: la geotermia está disponible de manera infinita, 24 horas al día, para calefacción y refrigeración. Ecológica: el uso de geotermia reduce la emisión de gases de efecto invernadero. Segura y controlable: la geotermia es una tecnología madura, que lleva utilizándose más de 50 años para calefacción y refrigeración. Alto rendimiento: respuesta a todas las demandas energéticas, como calefacción, refrigeración, agua caliente y almacenamiento de energía. Versátil: aplicable junto con otras fuentes de energía. Económicamente sostenible: aprovechable a nivel regional, independiente de los proveedores externos y de la variación de los tipos de cambio de divisas. Garantiza la competitividad: la geotermia aumenta la competitividad industrial y tiene, gracias a ello, un efecto positivo en el desarrollo regional y el empleo.

Geotermia: uso versátil La geotermia se puede usar no sólo como fuente de energía para calefacción radiante y agua caliente, sino también como fuente de energía para refrigeración radiante con unos costes de uso muy bajos. La geotermia se puede usar en todo tipo de edificios: desde viviendas unifamiliares hasta grandes edificios de oficinas e industriales. Un sistema de geotermia en funcionamiento apenas genera costes de uso y tiene una larga duración.

Aunque el coste de inversión en un sistema de geotermia es ligeramente superior al de las calderas y aparatos de refrigeración convencionales, su periodo de amortización es corto gracias a sus menores costes operativos. La geotermia como fuente de energía, junto con los sistemas emisores radiantes, es la solución “todo en uno“ para la combinación de calefacción y refrigeración. Estos sistemas son más eficientes y fáciles de instalar que dos sistemas

diferentes para calefacción y refrigeración. Además, los sistemas emisores radiantes se benefician del principio de exergía en forma de una reducción de las temperaturas de funcionamiento para calefacción y de altas temperaturas de funcionamiento para refrigeración. La bomba de calor funciona así con mayor eficiencia (factor operativo), reduciendo el consumo energético y, por tanto, los costes operativos.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Geotermia - En resumen Ámbitos de aplicación / usos Calefacción Agua caliente Refrigeración Almacenamiento de energía

Edificios privado y públicos Edificios industriales Edificios de oficinas

Aspectos ambientales Reduce el uso de combustibles fósiles Reduce las emisiones de CO2 Fuente de energía renovable Instalada y utilizada correctamente, no tiene efectos adversos en el agua subterránea ni en el suelo

Aspectos técnicos La geotermia está disponible de forma casi ilimitada durante todo el año No requiere chimenea Funcionamiento seguro totalmente automático, escaso mantenimiento Uso de sistema central y distribuido Se puede combinar con otras fuentes de energía

Ámbitos de la aplicación Viviendas unifamiliares y bloques de pisos

Aspectos económicos Bajos costes operativos (electricidad necesaria para la bomba de

calor, pero sin costes de combustible) Nulo coste de mantenimiento (sin medición de las emisiones ni costes de limpieza) No requiere suministro de combustible Coste de inversión más alto que sistemas poco eficientes Amortización dependiente de la evolución general de los costes energéticos Eficiencia dependiente de la correcta instalación del sistema y de las tarifas eléctricas (“consumo eléctrico de la bomba de calor“)

Geotermia (griego: geo = tierra; termia = calor) o geotermia es el calor almacenado en la parte accesible de la corteza terrestre. La geotermia se refiere tanto al aprovechamiento directo de altas temperaturas como al uso del terreno como intercambiador de calor en usos de climatización mediante bomba de calor. Calor térmico visible: fuente caliente en Islandia

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

El planeta Tierra, la fuente de energía La corteza terrestre forma tan sólo una fina capa comparada con el diámetro de la Tierra, de unos 12.750 km. Bajo el océano, la corteza tiene un espesor aproximado de 5 a 10 km, mientras que por debajo de los continentes su espesor es de 15 hasta un máximo de 50 kilómetros. En la corteza ya se tienen altas temperaturas: hasta 1.100 °C en su cara inferior. Por debajo de la corteza se encuentra el manto que, según sus características petrofísicas, se divide en manto superior e inferior, con una zona de transición. El manto superior se extiende hasta una profundidad aproximada de 400 km con temperaturas de hasta 1.400 °C, la zona de transición se extiende hasta 900 km y el manto inferior hasta una profundidad de 2.900 km con temperaturas de hasta 3.700 °C.

Corteza (aprox. 30 km) aprox. 3 °C/100 m Manto > 1.200 °C Núcleo

aprox. 5.000 °C

Estructura de las capas de La Tierra

Por debajo de los 2.900 km empieza el núcleo terrestre, con un núcleo exterior líquido y un núcleo interior sólido. El núcleo exterior tiene una temperatura aproximada de 4.000 °C, y el núcleo interior probablemente más de 5.000 °C.

Este manual se refiere al aprovechamiento de la energía geotérmica existente en la parte superior de la corteza. Geotermia somera o de baja entalpía.

PR OO NU ON R DG E N OT ER RA MLA C N RTM É AT C NIIO CN A 1 U P O N O RUG ER GM Y ITAE CI N HFNOI C I NI Ó FO 01 5/2013 2

Geotermia somera Hablamos de geotermia somera en el caso de profundidades de aplicación de hasta 400 m. Aquí la temperatura aumenta una media de 3 °C por cada 100 m de profundidad. La temperatura media de la superficie terrestre es de unos 15 °C y viene determinada por una combinación de radiación de energía solar, emisión de calor al espacio, flujo de tierra y variantes o interferencias de estos factores. La geotermia somera permite obtener calefacción y agua caliente

al nivel de temperatura óptimo por medio de una bomba de calor geotérmica. Aparte de la profundidad y del tipo de roca, el agua subterránea desempeña también un papel importante en la generación de energía. En Europa, el terreno y el agua subterránea mantienen una temperatura casi constante a lo largo de las estaciones. Debido al flujo permanente, la energía térmica se suministra de manera constante para calefacción o se disipa para

U P O N O R G R O U N D E N E R G Y T E C H N I C A L I N F O R M AT I O N 0 5 / 2 0 1 2

refrigeración. Aun en el caso de variación considerable de las temperaturas exteriores según la estación, la temperatura a unos metros de profundidad se mantiene relativamente constante a una media de 15 °C. Por ello, la geotermia es una fuente de energía constante y en funcionamiento permanente, que permite su uso a lo largo de todo el año para la calefacción y refrigeración de edificios.

Aspectos básicos Generalidades Para la planificación del uso de la geotermia son fundamentales las condiciones locales. Determinar las propiedades del suelo en cuanto a contenido de agua y características térmicas del suelo (conductividad térmica, densidad, capacidad tér-

mica específica y latente), así como evaluar los distintos procesos de transporte del calor y las sustancias, son requisitos para determinar y definir la capacidad de una aplicación de tierra. El dimensionado correcto de la fuente de geotermia

tiene una gran repercusión en la eficiencia energética del sistema de bomba de calor. Las bombas de calor geotérmicas alcanzan un altísimo rendimiento con un campo de captación geotérmico correctamente dimensionado.

Región con alto potencial de energía geotérmica

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Sistema de bomba de calor Un sistema de bomba de calor es un sistema energético formado por una fuente de calor, una bomba de calor y un sistema de emisión del calor.

Fuentes de calor: Aire

Fuente de calor Las fuentes de calor del sistema de bomba pueden ser, en general, el aire, el agua y el suelo. Hablamos de geotermia cuando se usa el terreno como fuente de calor. Para el grado de aprovechamiento del terreno, son fundamentales la geología, la hidrología y las condiciones climáticas. Geología, hidrología y clima Los suelos tienen normalmente un grado de porosidad del 35 al 45%. Si se llenan de agua en lugar de aire, aumenta la conductividad térmica, la densidad y la capacidad térmica específica y latente del suelo. Esto tiene un efecto positivo en la capacidad máxima de extracción de un captador geotérmico.

Sistema de aprovechamiento del calor

Agua Bomba de calor

Suelo

Sistema de bomba de calor

climáticas, el cultivo, el nivel de agua subterránea y las características hidrológicas (capilaridad) del suelo. El contenido de agua del suelo se ve influido principalmente por los efectos de la subida capilar del nivel del agua subterránea y la penetración de la humedad debido a la filtración del agua de lluvia. La matriz potencial ΨM (presión de aspiración) de un suelo describe el grado en que el agua existente está unida a la matriz del suelo.

Cuanto menor es el contenido de agua, más unida estará el agua restante a la matriz del suelo. En contra de la matriz potencial actúan principalmente el potencial de gravitación ΨG (presión dinámica) o altura geodésica sobre el nivel freático así como, de manera insignificante, el potencial osmótico, el potencial de sobrecarga y el potencial de presión. En estado estacionario, ambos potenciales se igualan. ΨGes = ΨM + ΨG = 0

El contenido de agua del suelo depende de las condiciones

[Vol. %]

Contenido de agua estacionario sujeto a la altura sobre el nivel del agua subterránea Contenido volumétrico de agua

0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.1

100

Potencial de la matriz o altura sobre el agua subterránea [m] Arena Franco Limo

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Franco arcillosolimoso Arcilla

Aparte de la altura sobre el nivel freático, la cantidad media de agua de lluvia que se filtra en el terreno a largo plazo tiene una gran repercusión en el contenido de agua de cada suelo. Los chubascos breves que producen cursos de agua superficiales apenas influyen. Cuanto mayor es el contenido de agua del suelo, mejor permite la filtración del agua (permeabilidad del suelo). Con una lluvia relativamente continua a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, el contenido de agua del terreno aumenta, el agua de lluvia se va filtrando por gravedad. La cantidad de agua mensual que se filtra en el suelo corresponde a la diferencia entre la lluvia caída y la evapotranspiración (evaporación más transpiración de las plantas). Las características del suelo durante la época de uso de la calefacción están determinadas

sobre todo por los meses de octubre y noviembre. Durante estos meses el crecimiento de las plantas y la temperatura media exterior disminuyen, por lo que disminuye también la tasa de evaporación. El agua de lluvia es retenida en las capas superiores del suelo. Dependiendo de la capacidad del terreno, la permeabilidad y el contenido en agua subterránea; la variación de precipitaciones a largo plazo es lo que realmente puede tener algún efecto sobre las variaciones en el nivel freático.

Los suelos que se encuentran normalmente en la naturaleza son mezclas de arena, limo y arcilla. Comprenden las tres fases (materia sólida, agua y gases) en las que se basa la densidad, la conductividad térmica y la capacidad térmica específica y latente. Estas características geológicas deben ser identificadas, se pueden usar mapas o tablas geológicas locales. Pero sin duda, antes de ejecutar una instalación de geotermia, un test de respuesta térmica del terreno (TRT) nos proporciona datos exactos de conductividad del mismo.

Información: La conductividad térmica específica λ [W/(K · m)] describe la capacidad de un terreno para transportar la energía térmica por medio de la conducción del calor (transmisión de calor por conducción). Se trata de una constante del material dependiente de la temperatura. La capacidad térmica específica cp [MJ/(m³ · K)] especifica la cantidad de energía necesaria para calentar 1 m³ de terreno a 1 K. Cuanto mayor es este valor, más energía térmica puede absorber (almacenar) y luego liberar el terreno.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Ejemplos de conductividad térmica y capacidad térmica volumétrica específica para terreno a 20 °C

Rocas sedimentarias

Roca no consolidada

Tipo de roca

Conductividad térmica en W/(m · K) Valor recomendado

Arcilla/limo seco

0.4 – 1.0

0.5

Descripción del volu- Densidad en men de capacidad 10² kg/m³ térmica especial en MJ/(m³ · K) 1.5 – 1.6 1.8 – 2.0

Arcilla/limo saturado

1.1 – 3.1

1.8

2.0 – 2.8

Arena seca

0.3 – 0.9

0.4

1.3 – 1.6

1.8 – 2.2

Arena húmeda

1.0 – 1.9

1.4

1.6 – 2.2

1.9 – 2.2

Arena saturada

2.0 – 3.0

2.4

2.2 – 2.8

1.8 – 2.3

Grava/piedras secas

0.4 – 0.9

0.4

1.3 – 1.6

1.8 – 2.2

Grava/piedras saturadas

1.6 – 2.5

1.8

2.2 – 2.6

1.9 – 2.3

Depósito de glaciar

1.1– 2.9

2.4

1.5 – 2.5

1.8 – 2.3

Turba, carbón marrón terroso

0.2 – 0.7

0.4

0.5 – 3.8

0.5 – 1.1

Lodolita/limolita

1.1 – 3.4

2.2

2.1 – 2.4

2.4 – 2.6

Arenisca

1.9 – 4.6

2.8

1.8 – 2.6

2.2 – 2.7

Psefita/brecha

1.3 – 5.1

2.3

1.8 – 2.6

2.2 – 2.7

Marga

1.8 – 2.9

2.3

2.2 – 2.3

2.3 – 2.6

Caliza

2.0 – 3.9

2.7

2.1 – 2.4

2.4 – 2.7

Ladrillo de dolomita

3.0 – 5.0

3.5

2.1 – 2.4

2.4 – 2.7

Rocas sulfatadas (anhidrita)

1.5 – 7.7

4.1

2.0

2.8 – 3.0

Rocas sulfatadas (yeso)

1.3 – 2.8

1.6

2.0

2.2 – 2.4

Rocas cloradas (sal de roca/residuos de sal)

3.6 – 6.1

5.4

1.2

2.1 – 2.2

Antracita

0.3 – 0.6

0.4

1.3 – 1.8

1.3 – 1.6

1.1

Rocas metamórficas sólidas

Roca magmática sólida

Toba volcánica Roca volcánica de ácida a intermedia

p. ej. riolita, traquita

3.1 – 3.4

3.3

2.1

2.6

p. ej. traquibasalto, dacita

2.0 – 2.9

2.6

2.9

2.9 – 3.0

1.3 – 2.3

1.7

2.3 – 2.6

2.6 – 3.2

Roca volcánica de p. ej. andesita, basalto básica a ultrabásica Roca plutónica de ácida a intermedia

Granito

2.1 – 4.1

3.2

2.1 – 3.0

2.4 – 3.0

Sienita

1.7 – 3.5

2.6

2.4

2.5 – 3.0

Roca plutónica de Diorita básica a ultrabásica Gabro

2.0 – 2.9

2.5

2.9

2.9 – 3.0

1.7 – 2.9

2.0

2.6

2.8 – 3.1

grado metamórfico Pizarra bajo Esquisto silíceo

1.5 – 2.6

2.1

2.2 – 2.5

2.4 – 2.7

4.5 – 5.0

4.5

2.2

2.5 – 2.7

grado metamórfico Mármol medio o alto Cuarcita

2.1 – 3.1

2.5

2.0

2.5 – 2.8 2.5 – 2.7

5.0 – 6.0

5.5

2.1

Esquisto de mica

1.5 – 3.1

2.2

2.2 – 2.4

2.4 – 2.7

Gneis

1.9 – 4.0

2.9

1.8 – 2.4

2.4 – 2.7 2.6 – 2.9

Anfibolita

2.1 – 3.6

2.9

2.0 – 2.3

0.5 – 0.8

0.6

~3.9

Hormigón

0.9 – 2.0

1.6

Hielo (-10°C)

2.32

Bentonita Otros materiales

2.0 – 2.2

~1.8

~2.0

1.89

0.919

Plástico (PE-Xa)

0.42

1.8

0.96

Aire (de 0°C a 20°C)

0.02

0.0012

Acero

3.12

7.8

Agua (+10°C)

0.56

4.15

0.999

Fuente: VDI 4640 Observaciones: En el caso de la roca no consolidada, la densidad varía considerablemente en función de la compacidad y el contenido de agua. En la arenisca, psefita y brecha existe una gran amplitud de conductividad térmica; aparte del material, el estado de agregación y la saturación de agua, es importante el tipo de agente aglutinante o relleno geotérmico. U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

El agua subterránea, con su elevada capacidad térmica de 4.190 J/kgK a 10 °C, tiene una importante función en la capacidad de extracción del sistema geotérmico. En lo relativo a la permeabilidad del agua en el terreno, cabe distinguir entre la permeabilidad de Valores de referencia de la permeabilidad de la roca no consolidada

poros y la permeabilidad de juntas respecto a la sub-superficie de roca no consolidada o roca sólida. En la roca no consolidada (acuífero poroso) son especialmente decisivos para la permeabilidad del agua el tamaño y la distribución de los poros, mientras que en el caso

Roca no consolidada Grava pura Grava arenosa, arena media/ gruesa Arena fina, arena limosa Limo, franco arcilloso Arcilla, arcilla limosa

de la roca sólida lo son la frecuencia y la anchura de apertura de las juntas de separación. La siguiente tabla muestra los valores de referencia de la permeabilidad de la roca no consolidada.

Coeficiente de conductividad hidraúlica kf [m/s] más de 10-2 de 10-4 to 10-2

Evaluación de la permeabilidad muy permeable muy permeable

de 10-6 to 10-4 de 10-8 a 10-6 menos de 10-8

permeable ligeramente permeable Impermeable Fuente: VDI 4640

La temperatura aumenta una media de 3 °C por cada 100 m de profundidad. La evolución de las temperaturas a lo largo del año

(Europa central) en los 15 m superiores se muestra en la ilustración que aparece más abajo. En invierno la temperatura exterior puede

Temperatura (superficie terrestre) [ºC] 5

Profundidad en el suelo [m]

bajar con frecuencia de los cero grados, pero a unos metros de profundidad la temperatura del suelo alcanza ya un valor medio de 15 °C. En verano la temperatura exterior es casi de 20 °C de media; sin embargo, el suelo a unos metros de profundidad presenta una temperatura casi constante de 15 °C. Esto es aplicable en la mayoría de los casos a los periodos de transición de la primavera y el otoño. La evolución de la temperatura del suelo a poca profundidad pone de manifiesto que la geotermia es una fuente de energía constante que está siempre disponible.

20 5

Temperatura (profundidad) [ºC] La temperatura del suelo aumenta una media de 1 ºC por cada 33 m aproximadamente . 1. Febrero

1. Mayo

1. Noviembre

1. Agosto

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Bombas de calor Las bombas de calor son máquinas de ciclo con fluido refrigerante que permiten aprovechar la energía de baja

temperatura para la calefacción o refrigeración de edificios. La energía del entorno se extrae del aire

ambiente, el agua subterránea o el suelo. Mediante el uso de electricidad se pone la temperatura al nivel deseado. Principio de funcionamiento de una bomba de calor

Compresor

Evaporador Condensador Sistema de calefacción

Válvula de expansión

El funcionamiento cíclico en el interior de la bomba de calor consta de cuatro componentes: el evaporador, el compresor, el condensador y la válvula de expansión. El portador de la energía térmica es un refrigerante con un punto de ebullición extremadamente bajo. En el evaporador, el refrigerante absorbe el calor, volviéndose gaseoso. En el compresor se eleva la temperatura del refrigerante gaseoso por compresión. Para ello, el dis-

positivo precisa de corriente eléctrica externa. En el condensador se suministra la energía térmica en el ciclo de calefacción. En la válvula de expansión, el refrigerante se expande para volver a comenzar el ciclo. Las bombas de calor se pueden clasificar como: bombas de calor de aire/agua bombas de calor de agua/agua bombas de calor geotérmicas brine/agua.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

La designación del tipo de bomba de calor depende del medio que absorbe el calor (medio de transferencia del calor) y del medio que distribuye el calor en ambiente interior. Si el calor es absorbido por el brine (mezcla de agua / glicol) a través de un captador geotérmico y es disipado por agua a través de un sistema de climatización radiante, se trata de una bomba de calor geotérmica brine/agua.

Con relación al modo de funcionamiento podemos distinguir entre: monovalente (una sola fuente de energía) bivalente (dos fuentes de energía) monoenergético (un sólo recurso energético). Las bombas de calor de aire/agua están sujetas directamente a las fluctuaciones de la temperatura exterior. Por ello, presentan una menor eficiencia energética en las épocas de mayor demanda de calor: en invier-

no, cuando el aire ambiente posee el menor contenido energético. Para hacer frente a estos casos extremos, con una bomba de calor de aire/ agua se pueden admitir las cargas máximas de forma monoenergética

Bomba de calor con modo de funcionamiento monovalente

Bomba de calor con modo de funcionamiento monoenergético

Punto de dimensionado

-15

-10

Temperatura [ºC]

-10 -5 0 5 10

-5 -3 0

0 3 5

Punto de dimensionado

> 60 % 15

Días

-5

> 95 % 15

Punto de dimensionado

100 % 15

Bomba de calor con modo de funcionamiento bivalente-paralelo

Temperatura [ºC]

-15

con ayuda de una calefacción eléctrica adicional (resistencia adicional de calentamiento) o de forma bivalente con ayuda de una segunda fuente de energía (p. ej. caldera de combustible sólido).

Días

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Sistemas de calefacción y refrigeración de paneles radiantes llenos de agua

Esquemas de los sistemas de bombas de calor

Sistema de aprovechamiento del calor

Bomba de calor

Bomba de calor de salmuera/agua

Fuentes de calor

Intercambio de calor

Bomba de calor de agua/agua

Suelo

Colector horizontal colector vertical

Para aplicaciones de geotermia se utilizan bombas de calor brine/ agua. En este tipo de bombas circula una mezcla de agua/glicol a través del intercambiador de calor. Para evaluar el rendimiento de un sistema de bomba de calor se utili-

Agua

Aire

Agua subterránea - aguas superficiales

za el llamado coeficiente de prestación estacional β. Esto indica la proporción de energía térmica obtenida con relación a la energía eléctrica suministrada (capacidad nominal) a lo largo de un año. Cuanto mayor Coeficiente de prestación = estacional β

Bomba de calor de aire/agua

Aire circundante

es el coeficiente de prestación estacional, mayor será la eficiencia de la bomba de calor. Valores habituales en la Península Ibérica de 5 a 5,5.

W (energía térmica aprovechable) W (potencia eléctrica suministrada)

Garantizar la seguridad operativa Para poder evaluar la cantidad o la capacidad de energía que puede extraer de la tierra o suministrar a la tierra un intercambiador de calor, es necesario establecer unos criterios que permitan medir la eficiencia y que impidan superar unos valores límite.

cionamiento seguro durante todo el año. En lo relativo a la fuente de calor, esto supone que el brine no debe estar nunca por debajo de su temperatura de solidificación ni debajo de la temperatura mínima especificada por el fabricante de la bomba de calor

Para asegurarnos de que el sistema de bomba de calor funcione adecuadamente, han de cumplirse los siguientes criterios:

El brine se enfría en el evaporador para luego volver a calentarse en la fuente de calor. Estas son, por tanto, las temperaturas mínimas en el circuito del brine. Los portadores térmicos habituales que contienen agua se expanden durante la solidificación. Existe por ello el riesgo de que estallen el evaporador si se solidifica el brine.

La seguridad operativa se entiende desde el punto de vista de evitar los daños en el sistema y no superar la capacidad máxima de la bomba de calor con el fin de garantizar el fun-

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Los portadores térmicos utilizados principalmente para las fuentes de calor son mezclas de agua y glicol (sobre todo monoetilenglicol). Con la proporción de la mezcla establecida en 3:1 se garantiza la protección contra la congelación hasta -14 °C aproximadamente. Debemos asegurarnos, por lo tanto, de que la temperatura no descienda en ningún momento por debajo de este punto. Este es el motivo por el cual la mayoría de los fabricantes incluyen dispositivos de seguridad integrados que permiten apagar antes la bomba de calor.

La siguiente tabla muestra un ejemplo de cálculo del coste de explotación de un sistema de climatización geotérmica con bomba de calor comparado con un sistema de calefacción tradicional por gas. Ejemplo de comparación del coste de propiedad en Alemania Energía térmica necesaria [kWh] Eficiencia/Coeficiente de prestación estacional Cantidad de energía obtenida [kWh] Precio por kWh [ct/kWh] Precio básico [€/año] Costes operativos [€/año] Costes de medición de los gases de escape [€/año] Coste total [€/año] Diferencia [€/año] Costes en porcentaje

Gas 20,000 85% 23,529 6.68 142.8 1,714.56 45.11 1,759.65 – 100%

Heat pump 20,000 4 5,000 13.61 41 ,40 721.90 – 721.90 1,037.75 41%

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Sistemas emisores de climatización radiante Los sistemas emisores radiantes de baja temperatura son especialmente adecuados para su uso junto con sistemas de geotermia. Debido a la amplia superficie de emisión, las temperaturas de funcionamiento requeridas se encuentran apenas por encima (calefacción) o por debajo (refrigeración) de la temperatura de la habitación, lo cual mejora considerablemente la eficiencia energética de las bombas de calor utilizadas para los sistemas de geotermia. Los sistemas de baja temperatura incluyen los sistemas radiantes de calefacción y refrigeración en los cuales circula el agua: Sistemas de calefacción y refrigeración por suelo radiante Sistemas de calefacción y refrigeración por pared Sistemas de calefacción y refrigeración por techo Sistemas de calefacción por forjados activos En los sistemas radiantes de calefacción o refrigeración, la energía se transmite casi exclusivamente por radiación y no por convección. Se evita así generar corrientes y levantar polvo. Como los sistemas radiantes de calefacción y refrigeración son “invisibles”, no ocupan espacio útil y ofrecen una libertad casi ilimitada en cuanto al diseño y el mobiliario de las habitaciones, además de una relación óptima entre el espacio interior y el espacio aprovechable. Sistemas de refrigeración y calefacción por suelo radiante Existen soluciones de sistemas a medida no sólo para edificios nuevos, sino también para adaptar a suelos existentes en obras de reforma. Estos sistemas proporcionan un

alto grado de confort durante todo el año, tanto para refrigeración como para calefacción interior.

(sin partículas) y eficiencia en comparación con los sistemas de aire acondicionado.

Los sistemas de refrigeración y calefacción por suelo radiante se instalan de distintas formas. Los tipos más frecuentes para edificios nuevos y reforma son:

En los sistemas de calefacción y refrigeración por techo se puede distinguir entre los siguientes tipos:

Sistemas de reforma (baja altura) Sistemas con mortero Sistemas secos Sistemas de refrigeración y calefacción por pared Como alternativa a los sistemas de calefacción o refrigeración por suelo radiante o para ampliar las superficies de calefacción o refrigeración, se pueden utilizar sistemas de pared. Podemos distinguir entre: Sistemas por pared secos Sistemas por pared con mortero Los sistemas por pared secos se utilizan en reformas si no se va a cambiar o no se puede modificar la estructura del suelo. Además de las paredes existentes, se pueden utilizar paredes adicionales de estructura ligera (tabiquería seca) como superficies de calefacción o refrigeración. Dependiendo de la estructura de la pared, el sistema se instala debajo de los paneles o directamente en la capa de yeso. Los sistemas por pared con mortero se utilizan en caso de reforma parcial o cuando se aplica un nuevo enlucido. Sistemas de refrigeración y calefacción por techo La sistemas de refrigeración y calefacción por techo se utilizan cada vez más por motivos de comodidad (sin corrientes de aire), salubridad

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Paneles de techo Forjados activos como techo radiante Los paneles de techo se utilizan tanto en edificación nueva como en reforma. La refrigeración y calefacción en los paneles de techo se activa mediante la circulación de agua a través de circuitos emisores instalados directamente en los paneles de techo. Los forjados activos como techo radiante se utilizan para calefacción o refrigeración en edificios de varios pisos. Esta solución da como resultado unos techos activados térmicamente por medio de circuitos emisores por los cuales circula el agua atemperada, para modo refrigeración o modo calefacción, también válidos para construcción modular. El sistema de forjados activos activa térmicamente el núcleo de hormigón, y se utiliza para conseguir el confort térmico en el edificio de una manera sencilla, ecológica y con un ahorro de costes. El sistema de forjados activos es especialmente apto para edificios con una carga de refrigeración baja o media, con el fin de actuar contra el recalentamiento en verano. En edificios con una carga de refrigeración media o alta, el sistema de forjados activos se utiliza para hacer frente a las cargas básicas.

Uponor Pared

Uponor Contec

Uponor Minitec

Colectores horizontales Uponor

Cestas de energía Uponor

Pilotes de energía Uponor

Colectores verticales Uponor

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Uponor Classic

Uponor Siccus

Uponor Klett / Autofijación

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Sistemas de captación de energía geotérmica Presentación de los sistemas Entre los captadores de geotermia (intercambiadores de calor) podemos distinguir entre captadores horizontales y verticales. Los sistemas de geotermia habituales se pueden clasificar del siguiente modo:

Horizontales Captador horizontal o captador de superficie Cestas de energía Horizontales en espiral Verticales Sondas verticales Pilotes de energía y muros pantalla

La idoneidad de cada sistema de geotermia depende del entorno (propiedades del suelo y condiciones climáticas), los datos de rendimiento, el modo de funcionamiento, el tipo de edificio (comercial o privado), el espacio disponible y la normativa legal.

Captadores horizontales Captadores geotérmicos instalados en posición horizontal o diagonal en los cinco metros superiores del terreno (captador de superficie). Se trata de circuitos de tuberías instalados normalmente junto al edificio o bajo el forjado.

Cestas de energía Captadores de calor instalados verticalmente en el terreno a niveles más bajos. Aquí los circuitos de tuberías individuales están dispuestos en espiral o en forma de tornillo. Las cestas de energía son un tipo especial de captadores horizontales.

Pilotes de energía y elementos termoactivos Captadores geotérmicos instalados en pilotes y muros de cimentación. Se instalan circuitos de tuberías plásticas de última generación en forma de U, en espiral o en forma de meandro. Este sistema de captación geotérmica se implementa tanto en pilotes prefabricados, como en estructuras de cimentación, pilotes o muros pantalla montados en obra. Los circuitos del captador se montan directamente sobre las estructuras y después el conjunto se rellena de hormigón. Captadores verticales o sondas geotérmicas Captadores de calor instalados en posición vertical en el interior de un sondeo perforado en el terreno. En este caso se introduce uno (sonda en U simple) o dos (sonda en U doble) circuitos de tuberías en un pozo vertical perforado en el terreno a profundidades de entre 80 y 200 metros.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Modos de funcionamiento El modo de funcionamiento y el coste operativo correspondiente de la bomba de calor se definen en función de las demandas de calefacción y refrigeración de cada edificio. Funcionamiento en modo calefacción Energía eléctrica

Energía de la tierra

Sistema de calefacción

La geotermia se utiliza como fuente de calor La bomba de calor eleva la temperatura del medio hasta un nivel utilizable para el edificio

Sistema de refrigeración

Funcionamiento de la refrigeración (activa) Energía eléctrica

Energía de la tierra

Sistema de calefacción

La geotermia se utiliza como sumidero de calor (fuente de refrigeración) Nivel de temperatura insuficiente para refrigeración pasiva Compresor activo Posibilidad de funcionamiento doble

Sistema de refrigeración

Funcionamiento de la refrigeración (refrigeración pasiva/geocooling) Energía eléctrica

Energía de la tierra

Sistema de calefacción

La geotermia se utiliza como sumidero de calor (fuente de frío) Nivel de temperatura obtenido de la geotermia suficiente para la refrigeración pasiva, sólo está activa la bomba de circulación No es necesario arrancar la bomba de calor Costes operativos ínfimos (sólo bombas circuladoras)

Sistema de refrigeración

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Calefacción y refrigeración: funcionamiento doble Energía eléctrica

Dependiendo de las necesidades energéticas del edificio, la geotermia se utiliza como fuente de calor y/o como sumidero de calor (fuente de frío)

Sistema de calefacción

Energía de la tierra

Sistema de refrigeración

Tabla de selección de sistema de geotermia según el modo de funcionamiento y la configuración del sistema Modo de funcionamiento Calefacción Configuración del sistema Captador vertical Captador horizontal Cesta de energía Pilote de energía applicable

< 30 kW

Refrigeración Activa > 30 kW

< 30 kW

Pasiva / geocooling > 30 kW -

< 30 kW

> 30 kW -

limited use dependent on the general conditions

Refrigeración pasiva / geocooling La geotermia es el único sistema que permite la llamada refrigeración pasiva o geocooling. Las sondas verticales son la solución más efectiva de todas las aplicaciones posibles para este modo de funcionamiento. Un requisito para ello es el uso de un sistema de refrigeración radiante. El modo de funcionamiento en refrigeración pasiva ofrece diversas ventajas para el usuario y el medio ambiente: Mayor confort en la vivienda o edificio gracias a un ambiente interior agradable en las habitaciones Mejora del coeficiente de prestación estacional del conjunto del sistema mediante la regeneración del suelo Coste de inversión adicional mínimo, ínfimos costes Ahorro de recursos Compatible con el medio ambiente,

sin emisiones Debido a la mejora del aislamiento en los edificios nuevos, las necesidades de calefacción y refrigeración se reducen. Antes el diseño se centraba en la calefacción, mientras que ahora se ha trasladado a la refrigeración debido a la mayor demanda de bienestar. Los edificios modernos tienden cada vez más a calentarse en exceso en los periodos más cálidos del año. Para actuar eficazmente contra esto se toman cada vez mejores medidas pasivas. Para conseguir una temperatura operativa en las estancias interiores (temperatura de bienestar) de 26 °C se utilizan las temperaturas más frescas almacenadas en la tierra, que se transfieren al edificio a través de un sistema radiante. Descargando el calor sobrante del

edificio en la tierra, esta se regenera activamente, es decir, se vuelve a calentar. En los edificios donde se extrae más calor del suelo en invierno del que se repone en verano. Esto no se puede considerar un problema, ya que durante la transición del periodo de calefacción al de refrigeración suele transcurrir el tiempo suficiente para la regeneración pasiva o natural. La regeneración activa contribuye a mejorar aún más este fenómeno. La inversión adicional para tener un sistema geotérmico con refrigeración radiante activa y pasiva es mínima. El control de las condiciones de condensación y el cambio de modo calefacción a modo refrigeración pueden estar controlados por sistemas reguladores automáticos, como el sistema de gestión dinámica de energía de

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

de la bomba de calor no arranca y los costes se limitan al pequeño consumo eléctrico de las bombas de circulación.

están en funcionamiento la bomba de circulación de brine al terreno y la bomba de circulación del emisor radiante. Por tanto el compresor

Uponor. Únicamente se necesitan instalar como elementos adicionales los sensores de humedad. En el caso de la refrigeración pasiva, sólo

Temperatura operativa de la habitación [ºC]

Temperatura operativa de la habitación sin el uso de la refrigeración pasiva 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

Temperatura operativa de la habitación en el transcurso de un día Temperatura operativa óptima de la habitación Límites habituales de la temperatura operativa de la habitación 0

Temperatura operativa de la habitación [ºC]

Temperatura operativa de la habitación sin el uso de la refrigeración pasiva La ilustración de la izquierda muestra la evolución de la temperatura en el interior de una habitación con sombreado exterior en un día de verano típico de julio. Es evidente el calentamiento excesivo de la habitación.

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0

Tiempo [h] Temperatura operativa de la habitación con el uso de la refrigeración pasiva

27 26 25 24 23 22 21 20 19

Temperatura operativa de la habitación con el uso de la refrigeración pasiva El uso de la función de refrigeración pasiva produce una clara mejora de la temperatura operativa de la habitación.

Temperatura operativa de la habitación en el transcurso de un día

Temperatura operativa óptima de la habitación

Límites habituales de la temperatura operativa de la habitación

16 15 0

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0

Tiempo [h]

Ejemplo de cálculo: coste anual potencial, refrigeración pasiva

Potencia eléctrica Potencia eléctrica con el caudal calculado Tiempo de funcionamiento Demanda de energía total anual Tarifa eléctrica por kWh Coste energético anual Coste energético total

Bomba de circulación de brine al terreno 5 – 70 W 60 W 800 h 48 kWh 0.20 ¤/kWh 9.60 ¤

Bomba de circulación emisor radiante 16 – 310 W 55 W 800 h 44 kWh 0.20 ¤/kWh 8.80 ¤ 18.40 ¤

Ejemplo de cálculo: coste anual potencial, refrigeración activa

Potencia eléctrica Potencia eléctrica con el caudal calculado Tiempo de funcionamiento Demanda de energía total anual Tarifa eléctrica por kWh Coste energético anual Coste energético total

Compresor de la bomba de calor geotérmica 2,300 W – 800 h 1,840 kWh 0.20 ¤/kWh 368.- ¤

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Bomba de circulación emisor radiante 16 – 310 W 55 W 800 h 44 kWh 0.20 ¤/kWh 8.80 ¤ 376.80 ¤

Captadores horizontales Sistema / ámbito de aplicación Descripción de la aplicación Los captadores horizontales son una versión habitual de geotermia en lugares con disponibilidad de superficie. Consisten en circuitos de captadores horizontales, es decir, tuberías instaladas en paralelo a la superficie de la tierra. Ventajas Coste de inversión comparativamente bajo Buen coeficiente de prestación estacional Instalación sencilla Solución ideal para viviendas unifamiliares o pequeños edificios Baja profundidad de instalación sin alterar el equilibrio hidrológico Ilustración esquemática de un sistema de captador horizontal

Dependiendo de los distintos requisitos y condiciones, los circuitos de captadores geotérmicos individuales se instalan a una distancia de 0,5 a 0,8 m con tuberías de diámetro 32 mm; y de 1,2 a 1,5 m con tuberías de 40 mm. Los circuitos de captación se disponen de forma similar a un sistema de climatización por suelo radiante. Las líneas de suministro y de retorno de los circuitos se agrupa en cámaras o zanjas y se dirigen a la bomba de calor. Nota: La combinación de captadores horizontales con la estación de refrigeración Uponor EPG6 constituye una solución ideal de refrigeración libre.

La ventaja importante de los captadores horizontales es la baja inversión con un coeficiente de prestación estacional relativamente alto. De todos los sistemas de geotermia, el captador horizontal es la variante que implica menores costes. Se debe prever un espacio relativamente amplio de parcela no impermeabilizado. Una alternativa a los captadores horizontales es la activación de las losas de cimentación para la calefacción y/o la refrigeración pasiva. En este caso no se necesita espacio adicional aparte del propio edificio. Dado que la mayoría de los edificios se alzan sobre losas de cimentación, cimentación lineal o cimientos profundos, o una combinación de

estos, resulta útil el aprovechamiento del calor obtenido de la geotermia a través de los cimientos. Por debajo de la losa de cimentación o losa del forjado, es decir, entre la tierra y la losa, se suele integrar lo que se denomina una capa formada por hormigón de limpieza o grava fina. Para utilizar la geotermia se pueden integrar aquí las tuberías del captador. La capacidad que se puede alcanzar con las losas de cimentación es limitada y claramente inferior a los captadores horizontales sin construcción encima. Aquí, aparte del estado del suelo, tienen una importancia fundamental el nivel del agua subterránea y el flujo de agua subterránea. ¡Deben evitarse en cualquier caso las temperaturas inferiores al nivel de helada!

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Hasta un 99% del calor extraído del terreno por los captadores horizontales es energía solar almacenada en el suelo y no calor procedente del núcleo terrestre. Por este motivo, el contacto térmico con la superficie de la tierra resulta decisivo para la eficiencia. En invierno la energía solar neta que incide en el suelo es menor, pero la captación de calor es mayor. La energía extraída es la energía solar almacenada en el suelo durante el verano. La capacidad de almacenamiento básica del suelo se puede ver alterada por el cambio de fase del agua existente en el terreno. Por lo que es necesario instalar el captador geotérmico horizontal por debajo de la línea de helada natural.

Propiedades físicas de los tipos de suelo caraterísticos Contenido de agua Conductividad térmica Capacidad térmica específica Densidad

Unidad

Arena

Arcilla

Limo

Arcilla arenosa

% Vol. W/mK

9.3 1.22

28.2 1.54

38.1 1.49

36.4 1.76

J/kg K

805

1,229

1,345

1,324

kg/m³

1,512

1,816

1,821

1,820 Fuente: VDI 4640

Temperatura (superficie terrestre) [ºC] 5

0 Colector Horizontal Uponor

Profundidad en el suelo [m]

Funcionamiento

Profundidad de instalación: normalmente 1.2 – 1.5 m

20 5

Temperatura (profundidad) [ºC] La temperatura del suelo aumenta una media de 1 ºC por cada 33 m aproximádamente 1. Febrero

Instalación de circuitos individuales

1. Mayo

1. Noviembre

1. Agosto

Fijación de circuitos sobre mallazo

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Límites de aplicación La eficiencia de un captador horizontal depende sobre todo del contenido de agua del suelo que lo rodea. En un suelo arenoso con baja acción capilar, el agua de lluvia se filtra rápidamente a las capas más profundas de la tierra. Por el contrario, un suelo arcilloso con un alto efecto capilar puede retener el agua mucho mejor contra la gravedad. Estas diferencias hacen que el contenido volumétrico de agua en arena sea normalmente inferior al 10% y en arcilla superior al 35%. Por lo tanto, en arcilla hay más del doble de agua por volumen de suelo disponible como almacenamiento latente para un captador horizontal que en un suelo arenoso. Además, el agua que contiene el suelo mejora la conductividad térmica, por lo que el calor almacenado en las capas más profundas de la tierra y la energía solar de la superficie terrestre pueden fluir mucho más fácilmente hasta los captadores. En la tabla de la página anterior se hace una distinción entre arena, arcilla, limo y arcilla arenosa, lo que refleja muy bien la amplia gama de suelos existentes en la naturaleza. La arena en este contexto es un suelo suelto formado por granos separados (> 50 mm). En este tipo de suelo el efecto capilar es extremadamente bajo y la permeabilidad del agua en el terreno es alta. Así pues, el agua

de lluvia se filtra rápidamente a las capas más profundas, lo que da lugar por encima del agua subterránea a un bajo contenido volumétrico de agua inferior al 10%. La arcilla consiste básicamente en una mezcla de arena y limo, mientras que el limo es un sustrato de grano medio-fino (entre 2 mm y 50 mm). Estos suelos cohesivos presentan un contenido volumétrico de agua del 20 al 40%, por lo que resultan más adecuados que la arena para captadores horizontales. En arcilla arenosa, consistente en su mayor parte en granos muy finos (< 2 mm), el efecto capilar es aún mayor, produciendo un contenido volumétrico de agua superior al 30%. Las propiedades físicas exactas varían de un lugar otro, lo que se debe, entre otras cosas, al distinto nivel de precipitaciones. La siguiente tabla muestra los valores medios de las propiedades físicas de los distintos tipos de suelo. En Europa las diferencias climáticas son tan grandes que no tiene sentido instalar captadores horizontales siguiendo unas mismas referencias. En climas más cálidos es posible una mayor capacidad de extracción específica de la superficie sin producir daños en el sistema ni en el medio ambiente.

Construcción y medio ambiente Durante el uso en calefacción, los captadores horizontales extraen calor del suelo, por lo que este se enfría después hasta una temperatura inferior a la de un suelo no alterado. A la hora de determinar las dimensiones del sistema, debemos asegurarnos de que el suelo circundante y el medio ambiente no tengan ninguna alteración. En general, es posible que la flora situada por encima de un captador horizontal nazca con un ligero retraso en primavera. Dado que el captador horizontal suele encontrarse a profundidades de más de un metro y que son pocas las raíces de plantas que penetran hasta tal profundidad, el efecto es bajo. En principio se puede plantar cualquier especie de planta en la parcela del captador horizontal, incluso árboles. Las tuberías para geotermia a la profundidad habitual no resultan dañadas por las raíces y el efecto causado en las plantas por las tuberías es mínimo. El funcionamiento del captador horizontal puede ser sensible a la formación de hielo en invierno. Si la temperatura de la superficie exterior de las tuberías del captador desciende por debajo de 0 °C, el agua existente en el suelo circundante empieza a helarse. Una ligera formación de hielo no suele ser problemática, ya que en invierno el terreno también se hiela en algunas zonas hasta una profundidad de 0,5 m – 0,8 m, para derretirse

Reference values for the dimensioning of horizontal collectors Subsuperficie

Suelos secos no cohesivos Suelos húmedos cohesivos Arena/grava saturada de agua

Capacidad de extracción específica qE con 1.800 h/a [W/m²] 10 20 – 30 40

Capacidad de extracción específica qE con 2.400 h/a [W/m²] 8 16 – 24 32

Distancia de instalación

Profundidad de instalción

[m] 1 0.8 0.5

[m] 1.2 – 1.5 1.2 – 1.5 1.2 – 1.5

Distancia hasta las tuberías de suministro [m] > 0.7 > 0.7 > 0.7

Durante periodos de funcionamiento más prolongados debe tenerse en cuenta tanto la capacidad de extracción específica qE como el factor de extracción anual específico. En los captadores de geotermia, este debe situarse entre 50 y 70 kWh/(m² año). Valores de referencia para captadores de geotermia diseñados según la norma VDI 4640: ¡válido sólo para el funcionamiento en calefacción y producción de agua caliente!

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Circuitos de tuberías captador geotérmico Uponor PE-Xa

con la subida de las temperaturas en la primavera. Sin embargo, hay que ser rigurosos en el diseño para evitar que el terreno y el ambiente puedan verse afectados por formación de hielo en exceso. Dilatación del agua durante la congelación El agua retenida en el terreno aumenta su volumen cuando se produce congelación. Si existen relativamente pocos huecos llenos de agua, la formación de hielo no tiene un efecto destacado, ya que el hielo se puede dilatar ocupando los huecos adyacentes llenos de aire. Sin embargo, cuando el contenido de agua es alto, se produce dilatación del terreno con distintos efectos. El agua que circunda el captador se congela y se dilata y el terreno ejerce presión sobre el captador. Los suelos francos conservan en buena medida esa forma una vez que se ha derretido el hielo en primavera, manteniendo así el contacto entre el captador geotérmico y el terreno. El aumento de agua retenida en el terreno por lluvia o riego vuelve a llenar los pequeños huecos entre el captador y el terreno mejorando la transmisión térmica.

Montaje de captador geotérmico en losa del forjado

Efecto del agua en primavera Si se produce un gran efecto de congelación en invierno, los radios de hielo que rodean las tuberías del captador se unen entre sí y se interrumpe la difusión vertical de humedad. En primavera el hielo se derrite y el terreno se puede saturar de agua, impidiendo la filtración de agua de lluvia. Este fenómeno puede originar barro en la superficie del terreno encima del captador, y generar efectos de deslizamientos en casos extremos de pendientes superiores al 15%. Para pendientes inferiores se pueden instalar captadores geotérmicos horizontales sin riesgo por efectos del agua de primavera y la cantidad incrementada de agua de lluvia no se pueden filtrar al suelo. Se produce barro en la superficie de la tierra. Especialmente en las colinas con gran pendiente, las capas continuas de hielo bajo el suelo saturado de agua pueden provocar deslizamientos de tierras. No obstante, con una pendiente del terreno de hasta el 15% se puede instalar sin problemas un captador horizontal en paralelo a la superficie de la tierra. Debemos tener en cuenta también que la capa de hielo se puede derretir a tiempo para que el agua pueda

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

filtrarse a ese espacio. Dado que la evolución anual de las temperaturas y el nacimiento de la vegetación en primavera varían mucho según la región, no es útil establecer una fecha fija para esto. En lugar de ello, se considera apropiado el momento en que la media de la temperatura ambiente de dos a cuatro días alcanza un nivel límite de 12,0 °C. Este momento suele tener lugar entre mediados de abril y mediados de mayo. Para entonces los radios de hielo se habrán derretido hasta el punto de no estar ya en contacto entre sí, y además el agua filtrada acelerará entonces el proceso de derretimiento del hielo. Los efectos de la incidencia del agua pueden ser más negativos en el caso de suelos arenosos muy saturados próximos al nivel freático, ya que en estos suelos el agua suele filtrarse fácilmente y la capa de hielo dificultará el drenaje natural. En los suelos arcillosos el agua se filtra despacio también cuando están helados y, por ello, una capa de hielo cerrada tiene un efecto mínimo en el drenaje natural. A la hora de determinar las dimensiones del captador horizontal según la norma VDI 4640, hay que considerar la menor alteración posible para el medio ambiente.

Dimensionado de los captadores horizontales Aparte de las propiedades del suelo y las condiciones climáticas, el dimensionado de captadores horizontales depende de las horas de funcionamiento anual del sistema de bomba de calor. Se parte normalmente de un máximo de 1.800 horas de funcionamiento. La superficie de captación requerida en el caso de captadores horizontales se basa en la capacidad de extracción específica qE del suelo y la capacidad del refrigerante QO de la bomba de calor. Amin =

QO qE

[m²]

La capacidad del refrigerante corresponde a la proporción de la capacidad de la bomba de calor extraída del terreno y constituye la diferencia entre la capacidad térmica de la bomba de calor QH y el consumo eléctrico Pel. QO = QH – Pel

[W]

La longitud requerida de tubería de captador LK se calcula a partir de la superficie requerida del captador Amin y la distancia s de las tuberías del captador. LK =

Amin s

[m]

Cuando se reduce la distancia de las tuberías manteniendo la misma capacidad de extracción, el riesgo principal es la formación de barro en primavera. Los radios de hielo formados alrededor de las tuberías no se derretirían entonces a tiempo para dejar espacio para la filtración del agua de lluvia. Cuando se amplía la distancia de las tuberías, des-

ciende la temperatura del brine que circula por el captador para la misma cantidad de extracción de calor. En caso de carga máxima, la temperatura de retorno de la brine caería por debajo de -5 °C, lo que provocaría el apagado de la bomba de calor. Por lo tanto, una diferencia en la distancia de las tuberías superior a 5 cm requiere siempre una reducción de la capacidad de extracción específica de la superficie. Ejemplo de cálculo Bomba de calor (datos del fabricante) - Capacidad de calefacción QH = 8.9 kW - Consumo eléctrico Pel = 1.98 kW ➔ Capacidad refrigerante QO = 6.92 kW Captador horizontal (datos según la norma VDI 4640) - Periodo de uso anual 1,800 h - Capacidad de extracción qE = 25 W - Distancia de instalación s = 0.8 m ➔ Superficie del captador Amin = 277 m² ➔ LK = 346 m Dimensionado del captador horizontal ➔ 4 circuitos de calefacción por 100 m ➔ Distancia de instalación real = 0.69 m A la hora de determinar las dimensiones de las tuberías del captador, debemos asegurarnos de exista una baja pérdida de carga (importante: considerar que el brine – agua y anticongelante – tiene mayor vis-

cosidad que el agua), ya que el rendimiento y consumo de la bomba circuladora afecta el coeficiente de rendimiento estacional β del sistema de bomba de calor. En caso de dimensionado monovalente (una sola fuente de energía) de la bomba de calor de brine/ agua, las fuentes de calor se deben dimensionar de tal manera que cumplan los requisitos de potencia del edificio QG y no el de la bomba de calor. La capacidad de calefacción total QWP incluye el requisito de capacidad del edificio QG y para el calentamiento de agua doméstica Qww teniendo en cuenta un tiempo de bloqueo Z. QWP = (QG + QWW) · Z

[W]

Si en la etapa de diseño seleccionamos una bomba de calor con menor capacidad de calefacción que la necesaria, o bien el captador geotérmico tiene menor superficie de la necesaria, aumentarán las horas de funcionamiento de la bomba de calor generando un consumo eléctrico excesivo. Esto significa que el captador estará sometido a una mayor solicitación o se producirá un factor de extracción anual más alto. Es indispensable una planificación y dimensionado preciso y optimizado de los captadores horizontales. Debe evitarse un tamaño excesivamente reducido, ya que esto produce una disminución de la temperatura de la brine y, por lo tanto, un bajo coeficiente de rendimiento estacional. Un tamaño insuficiente puede dar lugar a una reducción continua de las temperaturas de la fuente de calor, alcanzando en casos extremos el límite operativo de la bomba de calor.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Montaje e instalación La obra de movimiento de tierras es parte de los costes de la obra de instalación de un captador, la ventaja es que es posible excavar la superficie del captador, instalar los circuitos y los tramos de conexión horizontales sin tener que usar técnicas de perforación. Con el método de excavación abierta se excava la superficie de un circuito por medio de una excavadora pequeña con un ancho de pala correspondiente a la distancia de las tuberías. A continuación se instala el circuito de tuberías en esa zona. Cuando se excava la segunda superficie para otro circuito, el suelo excavado se puede utilizar para rellenar la primera zona excavada previamente. Durante el relleno es necesario compactar el suelo lo mejor posible, ya

Principio de instalación de tuberías de Tichelmann con los circuitos de calefacción designados como bucles de tuberías

que el material suelto reduce el efecto capilar, produciendo un bajo contenido de agua y, por lo tanto, peores propiedades térmicas. No obstante, la excavación por zonas resulta útil con una distancia de las tuberías superior a 40 cm. Con distancias menores, la mayoría de las veces la mejor alternativa es excavar la superficie completa. El principal inconveniente en este caso es que hay que mover el doble de tierra, y se requiere más espacio libre para almacenar el material excavado. El transporte del material excavado hasta el espacio libre y de vuelta a la parcela del captador son trabajos adicionales que no serían necesarios en caso de instalar el captador geotérmico horizontal por zonas. Todos los circuitos de tuberías de los captadores horizontales instala-

Instalación del circuito de calefacción del sistema en espiral

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

dos en el suelo deben ser de la misma longitud y pueden conectarse a una bomba de calor a través de un colector de suministro y retorno según el principio de Tichelmann o retorno invertido. Cuando se instalan las tuberías según el principio de Tichelmann, la longitud requerida de las tuberías se divide en circuitos de tuberías conectados en paralelo. En cuanto a la pérdida de presión, hemos de tener en cuenta el caudal en los distintos circuitos de tuberías, la longitud de las mismas y su diámetro. Los distintos circuitos de captador se pueden diseñar e instalar como circuitos de tuberías en configuración de retorno invertido (véase la instalación de Tichelmann), en espiral o en doble serpentín.

Instalación del circuito de calefacción del sistema en forma de doble meandro Posibles variantes de instalación

Los fluidos caloportadores se elegirán siempre de manera que, en caso de fuga, se evite o se minimice la contaminación del agua subterránea y del suelo. Se elegirán sustancias orgánicas no tóxicas o biodegradables conforme a la norma VDI 4640. Asegúrese de que sea posible el llenado y la descarga del sistema. Para evitar el llenado excesivo, el sistema de bomba de calor debe estar

Si es posible, los captadores horizontales deben instalarse a una profundidad mínima de 1,2 m hasta una profundidad máxima de 1,5 m para

Importante ¡El agente anticongelante y el agua deben mezclarse en un recipiente con capacidad suficiente antes de introducir la mezcla en el captador!

Relleno principal. Incl. diseño de la vía

Tubo de suministro

Cinta de señalización de la zanja 30 – 40 cm por encima de la tubería

120 - 150 cm

Cuando se instale un captador de geotermia bajo la losa de cimentación de un edificio, la función del captador o del suelo que lo rodea se considerará de almacenamiento de energía. Se evitará sellar las superfi-

Según la norma DIN 4140-2, todas las tuberías generales de alimentación y retorno interiores al edificio, se deben aislar (aislamiento resistente a la difusión de vapor de agua) para evitar la condensación de agua. También es absolutamente recomendable aislar las líneas generales de alimentación y retorno de cualquier captador geotérmico.

garantizar la regeneración óptima del suelo sin el riesgo de caer por debajo del punto de congelación natural. Además, el sistema de bomba de calor se llena de brine, que suele ser una mezcla de agua y glicol (medio de transferencia del calor), para evitar la congelación del captador y del evaporador.

min. 70 cm

Seguiridad operativa Los circuitos de tuberías del captador horizontal se instalarán con una pendiente mínima hasta el colector para permitir el purgado de aire y evacuación de posibles bolsas de aire desde el captador horizontal hasta el colector. Todos los elementos y racores de conexión instalados fuera del edificio deben estar debidamente protegidos. Además, cada circuito del captador debe estar equipado con válvulas de corte para poder cerrarlo en caso necesario. Las tuberías de los circuitos del captador geotérmico se conectarán al colector de forma que no se produzca fugas ni las conexiones queden tensionadas.

cies del captador. El funcionamiento a largo plazo sólo está garantizado con el mismo nivel de aportación de calor y de extracción de calor (función de calefacción y refrigeración) a lo largo de todo el año. Con esta configuración, la regeneración del terreno por entrada de energía superficial está excluida. Las conexiones de tuberías montadas en la parte construida no están accesibles para ningún tipo de mantenimiento, por lo que deben usar el sistema de unión, Uponor Quick & Easy, libre de juntas tóricas y que ofrece garantía total a largo plazo.

Lecho: PE-Xa no requiere lecho de arena PE100 aprox. 30 cm de arena

Según la norma VDI 4640 los circuitos de tuberías no deben superar una longitud máxima de 100 m y las conexiones horizontales de suministro y de retorno no deben superar una longitud de 30 m hasta la bomba de calor para no generar excesivas pérdidas de carga. Si no es posible instalar circuitos de la misma longitud, se deberá utilizar una compensación hidráulica mediante válvulas de equilibrado con el fin de mantener la misma pérdida de carga en cada circuito del captador.

50 – 80 cm de distancia de la tubería (1.2 – 1.5 m con un diámetro de 40 mm) Lecho del captador horizontal según la norma VDI 4640

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

equipado con una válvula de seguridad. El brine debe mezclarse antes de introducirse en el circuito del terreno para conseguir la combinación adecuada y evitar así la congelación a ciertos niveles. El porcentaje de glicol suele ser del 25 – 30%. Por ello, las pérdidas de presión de las tuberías del captador son 1,5 -1,7 veces mayores que si estuviesen llenas de agua sin mezclar. Esto se debe tener en cuenta a la hora de calcular las dimensiones de la bomba circuladora. La prueba de presión debe efectuarse de acuerdo con la norma DIN 4279-1 (o norma local equivalente).

Dependiendo del tipo de tubería utilizada, los circuitos de tuberías se instalarán sobre un lecho de arena. Sólo si se utilizan tuberías Uponor PE-Xa será innecesaria la introducción en arena debido a su resistencia al fenómeno de propagación de grietas, tanto en crecimiento lento y como en crecimiento rápido. La distancia de instalación de los captadores horizontales se elegirá de tal manera que se evite la unión entre sí de los radios de hielo que se pudieran forman alrededor de las tuberías del captador. Estas distancias suelen ser de 0,5 m a 0,8 m

(1,2 – 1,5 m para un diámetro de 40 mm). La distancia de instalación entre los captadores horizontales y otras tuberías de suministros (gas, agua, calefacción, electricidad, etc.), edificios, espacio de circulación, fincas adyacentes y piscinas deberá ser como mínimo de 0,7 m. La fijación de los circuitos de tuberías (altura en el suelo y separación) se puede efectuar por medio de ganchos o instalando las tuberías sobre una malla de refuerzo.

Volumen de agua según las dimensiones de la tubería en los captadores horizontales Dimensiones de la tubería Diámetro interior PE-Xa [mm] [mm]

Volumen de agua [l/m]

25 x 2.3 32 x 2.9 40 x 3.7

0.327 0.539 0.835

20.4 26.2 32.6

Normativa legal Para los captadores horizontales puede ser necesaria una aprobación específica conforme a las normativas locales. Además de las regulaciones locales, se recomienda seguir como referencia la norma VDI 4640 específica de geotermia.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Cestas de energía Sistema / ámbito de aplicación Ventajas Eficaz desde el punto de vista económico y energético para la geotermia Solución ideal para viviendas unifamiliares y terciario de pequeñas dimensiones Menor necesidad de terreno que para el captador horizontal con un buen aprovechamiento del volumen del suelo Extracción de calor constante y frío pasivo Poca profundidad de instalación sin efectos en el nivel de agua

Ilustración esquemática de un sistema de cestas de enrgía

La cesta de energía es un tipo de diseño especial de captadores horizontales. Las cestas de energía se utilizan cuando no es posible la perforación profunda ni la cimentación termoactiva bien por motivos hidrológicos, o cuando el espacio disponible es demasiado pequeño. La cesta de energía es una alternativa muy efectiva desde el punto de vista económico y energético en el ámbito de la geotermia. La Cesta de Energía Uponor es la solución ideal para viviendas unifamiliares y terciario de pequeñas dimensiones. Descripción de la aplicación Durante el funcionamiento, el brine (mezcla de agua y glicol) circula

por la cesta de energía extrayendo calor o frío del suelo. Con ayuda de una bomba de calor se eleva la temperatura hasta alcanzar un nivel de funcionamiento utilizable. En los meses cálidos de verano, la temperatura fresca del suelo se puede utilizar para la refrigeración pasiva, conocida también como geocooling. Durante este proceso normalmente sólo está en marcha la bomba de circulación de brine de la bomba de calor. De este modo, el consumo energético durante la fase de refrigeración se limita al mínimo, por lo que es claramente más rentable que las variantes de refrigeración convencionales. La condición para ello, no obstante,

Nota: La combinación del sistema de cestas de geotermia con la estación de refrigeración Uponor EPG6 es una solución ideal para refrigeración pasiva o geocooling.

es un sistema radiante de calefacción y refrigeración. La alternancia en la solicitación al terreno funcionando en modo calefacción y modo refrigeración crea un equilibrio energético en la subsuperficie, garantizando así una fuente de energía de larga duración. La Cesta de Energía Uponor está diseñada para su uso a una profundidad de 1-4 metros. La cesta de energía se instala cerca de la superficie, a una profundidad en la que todavía se producen fluctuaciones de temperatura estacionales. Así pues, la temperatura del suelo se ve afectada por las condiciones meteorológicas. Las fluctuaciones estacionales se producen hasta profundidades que rondan los 15 metros (existen diferencias regionales); y las fluctuaciones diarias, hasta una profundidad aproximada de 1 m.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

A la profundidad de instalación del sistema de cestas de energía, es en noviembre cuando se alcanza la temperatura máxima del suelo y en mayo la mínima, a diferencia de lo que ocurre con las temperaturas exteriores. Esto se debe a que, por una parte, el suelo es un mal conductor del calor y, por otra parte, tiene una gran capacidad de almacenamiento del calor.

Así, la energía solar (radiación solar) que penetra en los primeros metros de la superficie terrestre a principios del verano se almacena durante varios meses. La temperatura del suelo desciende a un ritmo más lento que la temperatura del aire. Al principio del periodo de uso de la calefacción se producen las temperaturas máximas en el suelo, mientras que las mínimas se alcanzan al principio del

Temperatura (superficie terrestre) [ºC] 5

Profundidad en el suelo [m]

Cesta de Energía Uponor

Profundidad de instalación: 1 a 4 m

20 5

Temperatura (profundidad) [ºC]

periodo de refrigeración. En las profundidades de instalación de la Cesta de Energía Uponor se mantiene durante todo el año una temperatura relativamente constante de unos 7 a 13 °C. La forma cónica de la Cesta de Energía Uponor permite aprovechar un gran volumen de suelo a pesar de su superficie relativamente pequeña. De este modo, el gran volumen de terreno y la extracción de calor estable evitan la congelación inoportuna del entorno directo. En casos de carga extrema, tan sólo es posible que se forme hielo en el lado de la cesta de energía. No obstante, esta formación de hielo desaparecerá al reducirse la carga. Dado que las temperaturas de extracción son razonablemente constantes, esta es una fuente de energía ideal para alimentar la bomba de calor. Se incrementa así considerablemente la eficiencia de la bomba de calor. El uso recomendado está dentro de un intervalo de capacidad de hasta 30 kW.

La temperatura del suelo aumenta una media de 1 ºC por cada 33 m aproximádamente. . 1. Febrero

1. Mayo

1. Noviembre

Distancia diseñada y prefijada de las espiras de tuberías en la Cesta de Energía Uponor

1. Agosto

Instalación de la Cesta de Energía Uponor

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Límites de aplicación Gracias a la forma cónica de gran volumen de la Cesta de Energía Uponor se crea una mayor superficie para la absorción de la geotermia y se maximiza el volumen de fluido caloportador, brine. De esta forma se puede extraer la energía térmica del suelo de manera más constante. Se evita la llamada solidificación por congelación, ya que la extracción de calor tiene lugar por debajo de la línea de helada, a una profundidad de 1 a 5 m. Por ello, la superficie

situada sobre la Cesta de Energía Uponor instalada se puede usar como jardín sin ningún problema. Debe evitarse la construcción encima y la impermeabilización de la zona. La regeneración natural del suelo se produce por la radiación solar regular y el humedecimiento del suelo por la lluvia y la nieve derretida. La poca profundidad de instalación evita la alteración del equilibrio hídrico. El tamaño compacto de la Cesta de Energía Uponor requiere

hasta un 60% menos de superficie de parcela en comparación con el captador horizontal. Hipotéticos casos extremos como el levantamiento irregular del suelo por la formación de grandes círculos de hielo si el dimensionado del sistema es insuficiente, o la formación de una capa continua de hielo por debajo de la superficie que impediría la filtración del agua de lluvia, no suelen producirse con las cestas de energía.

Propiedades físicas de los tipos de suelo caraterísticos Contenido de agua Conductividad térmica Capacidad térmica específica Densidad

Unidad

Arena

Franco

Limo

Arcilla arenosa

% Vol. W/mK J/kg K kg/m³

9.3 1.22 805 1,512

28.2 1.54 1,229 1,816

38.1 1.49 1,345 1,821

36.4 1.76 1,324 1,820 Fuente: VDI 4640

En la tabla anterior se distingue entre arena, franco, limo y arcilla arenosa, lo que refleja la amplia gama de suelos existentes en la naturaleza. La arena en este contexto es un suelo suelto formado por granos separados (> 50 mm). En este tipo de suelo el efecto capilar es extremadamente bajo y la permeabilidad del agua subterránea es alta. Así pues, el agua de lluvia se filtra rápidamente a las capas más profundas, lo que da lugar por encima del nivel freático a un bajo contenido volumétrico de agua inferior al 10%.

El suelo franco consiste básicamente en una mezcla de arena y limo, mientras que el limo es un suelo de grano medio-fino (entre 2 mm y 50 mm). Estos suelos cohesivos presentan un contenido volumétrico de agua del 20 al 40%, por lo que resultan más adecuados que la arena para captadores horizontales. En arcilla arenosa, consistente en su mayor parte en granos muy finos (< 2 mm), el efecto capilar es aún mayor, produciendo un contenido volumétrico de agua superior al 30%.

Las propiedades físicas exactas varían de un lugar otro, lo que se debe, entre otras cosas, al distinto nivel de precipitaciones. La tabla muestra los valores medios de las propiedades físicas de los diferentes tipos de suelo. En Europa las diferencias climáticas son tan grandes que no tiene sentido instalar captadores horizontales siguiendo unas mismas normas. En climas templados es posible una mayor capacidad de extracción específica por unidad de superficie sin producir alteraciones en el sistema ni en el entorno.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Las ventajas de la Cesta de Energía Uponor son:

incluso en zonas de protección de aguas Sin efectos en el agua subterránea Sin riesgo de solidificación por congelación, sin efectos en el uso como jardín, sin efectos en la acción capilar del suelo Regeneración rápida del suelo por la acción del sol, la lluvia y la nieve derretida Refrigeración pasiva

No requiere permisos especiales ni trabajos de perforación Procedimiento sencillo de aprobación de obra (obligación de notificación, dependiendo del país) Debido a la poca profundidad de instalación, es posible su uso

Requiere poco espacio, 50-60% menos que los captadores horizontales Instalación posible en terrenos de difícil acceso en los que no se pueden utilizar equipos pesados de perforación Instalación rápida Sistema libre de mantenimiento

Dimensionado de las cestas de energía A la hora de determinar las dimensiones de un sistema de cesta de energía se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: La base para el dimensionado adecuado del sistema de cesta de energía es el cálculo correcto de la carga de calefacción y el análisis concreto del tipo de suelo y la humedad del suelo. Selección del sistema emisor Para un sistema de cesta de energía, al igual que para cualquier otro sistema de geotermia, es fundamental

la selección del sistema emisor y las temperaturas de trabajo del mismo. Para garantizar la máxima eficiencia posible de todo el sistema, se debe elegir una temperatura lo más baja posible, por esto motivo la mejor opción es optar por un sistema de emisión radiante. Por norma general se aplica lo siguiente: Un aumento de la temperatura del caudal del emisor en 1 grado Kelvin supone cerca de un 2,5% más de energía requerida. Temperatura del caudal del emisor recomendada

para los sistemas de calefacción radiantes: máximo 35°C. A partir de la experiencia se han establecido los siguientes valores de referencia para el dimensionado de los sistemas de captación geotérmica con Cestas de Energía Uponor. Estos valores sirven para evaluar las condiciones del suelo. Son adecuadas para la instalación de una Cesta de Energía Uponor las clases de suelos 1-4 (DIN 18300). A partir de la clase de suelos 5 debe consultarse con el fabricante.

Valor de referencia para el dimensionado de un sistema de captación geotérmica con Cestas de Energía Uponor Suelo seco sin cohesión Suelo húmedo cohesivo Arena / grava saturada de agua 500

600

700

800

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

Potencia específica de captación (caso de calefacción) por cada Cesta de Energía Uponor con 1800 h/a [W/cesta] Valor de referencia para el dimensionado de un sistema de captación geotérmica con Cestas de Energía Uponor XL Suelo seco sin cohesión Suelo húmedo cohesivo Arena / grava saturada de agua 500

600

700

800

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

Potencia específica de extracción (caso de calefacción) por cada Cesta de Energía Uponor XL con 1800 h/a [W/cesta]

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

En caso de que no sea posible clasificar claramente el terreno del emplazamiento de instalación, éste deberá ser analizado por un geólogo. Con modos de funcionamiento > 1.800 h, el número de Cestas de Energía Uponor deberá adaptarse a las condiciones del suelo. La bomba de calor necesaria debe ser elegida por el fabricante o por el proyectista del sistema de climatización geotérmica. Se seleccionará el modelo de bomba de calor en

función de la carga de calefacción, las temperaturas del sistema, la aplicación y el tiempo de funcionamiento. Esto dará lugar a la potencia de

refrigeración y calefacción. El siguiente ejemplo muestra cómo calcular el número necesario de Cestas de Energía Uponor: Vivienda unifamiliar

Potencia de calefacción calculada * Capacidad refrigerante Propiedades del suelo Capacidad máxima de extracción de una Cesta de Energía Uponor N.º requerido de cestas de energía Volumen de brine Tamaño del colector de geotermia

6 kW 4 kW (según el fabricante de la bomba de calor) Suelo húmedo cohesivo 1.2 kW 4 336 l 2 salidas

* incluida agua caliente y tiempo de bloqueo de la empresa suministradora; periodo de funcionamiento de 1.800 h

El cálculo de la pérdida de presión se refiere al ejemplo anterior. Aquí se utilizan sólo los datos para monoetilenglicol Densidad kg/m³ cp kJ/(kg • m) Viscosidad Pa • s Caudal másico kg/s N.º máximo de cestas en fila Velocidad del fluido m/s Longitud de tubería PE-Xa 32 x 2,9 mm por cesta incl. tubo de conexión en m Longitud de tubería PE-Xa 32 x 2,9 mm por conexión en serie de 2 cestas en m Pérdida de presión de la conexión en serie de cestas de energía incl. tubo de conexión integrado Pérdida de presión del colector de geotermia Uponor, 2 salidas Pérdida de presión total incluido el colector

Monoetilenglicol 29% 1,051 3,72 0,00313 0,36 2 0,32 150 300 280 mbar

30 mbar 310 mbar

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Montaje e instalación Es necesario estudiar la presencia de árboles y tuberías o cables (agua, teléfono, aguas residuales, etc.) en el plan de la obra. De esta manera se pueden evitar problemas de antemano y situar la posición exacta de las Cestas de Energía.

Cesta de Energía, la Cesta puede entrar en contacto con material de relleno de bordesy filos cortantres. Si se utilizasen materiales convencionales, como PE 100, las tuberías resultarían

dañadas. El suelo se tendría que cambiar por un relleno blando una mezcla de humus y arena. Este relleno adicional no es necesario con el uso de una tubería Uponor PE-Xa.

El lugar elegido para la ubicación de las Cestas, tiene que estar libre de edificaciones y estructuras como: garajes, cubiertas para aparcamiento, bodegas, piscinas o viales. De lo contrario ya no será posible la regeneración natural. Se deben mantener las siguientes distancias: La distancia mínima hasta los cimientos, fincas adyacentes, zonas de tráfico, piscina y tuberías de agua y aguas residuales debe ser de 1,5 a 2 metros. Las distancias y espacios recomendados entre la Cesta de Energía y otros elementos figuran en la tabla de datos técnicos. La Cesta de Energía Uponor consta de un captador geotérmico diseñado en tubería PE-Xa de 150 m de longitud lineal y DN 32 x 2,9 mm. Mientras que la Cesta de Energía Uponor XL consta de un captador geotérmico con 200 m de longitud lineal de tubo PE-Xa de última generación. La tubería va fijada a una estructura de cuatro barras ligeras diseñadas en espuma de poliuretano. La forma cónica del captador Cesta de Energía aumenta la superficie de captación geotérmica y el volumen para el fluido caloportador, aumentando el transporte de la energía. La tubería PE-Xa hace que la Cesta de Energía Uponor sea resistente al fenómeno de crecimiento lento y rápido de grietas. Sobre todo en el momento de rellenar el foso de excavación de la

Uponor Energy Cage PE-Xa

Datos técnicos

Cesta de Energía

Cesta de Energía XL

Metros lineales de tubería Diámetro superior (a) Diámetro inferior (b) Altura (c) Distancia de las tuberías Volumen de la cesta Distancia de centro a centro de cesta (d) Superficie necesaria en caso de instalación en fila / cesta Superficie necesaria en caso de disposición en paralelo / cesta Circuitos

150 m 2,4 m 1,4 m 2,0 m 114 mm 6,1 m³ 6,0 m 15 – 20 m²

200 m 2,4 m 1,4 m 2,7 m 114 mm 8,1 m³ 7,0 m 20 – 25 m²

35 – 40 m²

máximo 2 en serie

Volumen de brine Potencia de captación (garantizada con 1.800 horas de carga completa al año) Prefijación del captador geotérmico Tubo de conexión horizontal integrado para suministro y retorno

84 l 1,1 – 1,5 kW

directamente de forma individual en el múltiple 108 l 1,6 – 2,0 kW

Estructura de barras de espuma de PU con cinta de fijación 20 m 25 m

b a

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

La Cesta de Energía Uponor debe conectarse siguiendo el principio de Tichelmann, según el cual, con tuberías de igual longitud e igual sección transversal, se obtendrá un caudal y unas condiciones de flujo idénticos. Hemos de asegurarnos de que la longitud de las tuberías no difiera más de un 10%. Los tubos de conexión de flujo y flujo de retorno de 20 o 25 m se encuentran ya integrados en la Cesta de Energía Uponor. Si, en casos excepcionales, esto no fuera suficiente, el tubo se puede prolongar mediante el uso de la tecnología de conexión Uponor Quick & Easy. Debemos asegurarnos también de que los tubos de conexión tengan la misma longitud para evitar que se produzcan diferencias de presión y caudal. En caso de que esto no pueda evitarse, se puede efectuar un ajuste mediante el uso de caudalímetros en el colector de geotermia Uponor. Instalación de una Cesta de Energía

Las Cestas de Energía Uponor se instalan a una profundidad de 1,4 metros. El tiempo de instalación aproximado es de 1 hora por kW de capacidad de calefacción, es decir, para una vivienda unifamiliar con unos 6 kW, se calculará un día de trabajo. Las Cestas de Energía Uponor se entregan puestas sobre camión directamente en obra. Debido a su bajo peso, se pueden llevar rodando hasta el lugar de instalación una vez descargadas o bien

se pueden colocar con ayuda de una excavadora. Para la excavación del suelo, la excavadora debe tener un peso mínimo de 5-7,5 toneladas, dependiendo de la amplitud del proyecto. Si existe espacio suficiente, son preferibles excavadoras de mayor tamaño, idealmente una excavadora con una pala para tierra de dos metros. El foso de excavación de la cesta de energía se puede rellenar con el propio material excavado anterior-

mente. Debemos asegurarnos de ir regando y compactando el material de relleno durante el proceso de instalación, es decir, al rellenar el foso de excavación de la cesta de energía. Para evitar el asentamiento se pueden usar equipos de compactación después del rellenado. De lo contrario podrían producirse pequeños hundimientos durante los dos primeros años y además evitamos la presencia de aire que perjudica la transmisión de energía al captador geotérmico.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

La Cesta de Energía Uponor debe instalarse siguiendo estos pasos: 1. Trabajo de excavación 2. Introducción de la Cesta de Energía Uponor y rellenado del foso de excavación 3. Conexión al colector 4. Prueba de presión 5. Llenado del sistema con brine 6. Validación y documentación del sistema de cesta de energía.

dad de excavación depende de la línea de helada regional. En la mayoría de las regiones esta se sitúa a 0,7 – 1,2 m por debajo de la superficie de la tierra. Podemos establecer, por tanto, una profundidad de excavación de 3,2 – 3,7 m. A continuación se cava una zanja de conexión de 1,2 m de profundidad desde el primer hueco de excavación hasta el colector.

sujección. Así, se separa el tramo de tubo de conexión horizontal, y se facilita después el tendido de la tubería en la zanja de conexión. Este proceso está ilustrado también en las siguientes imágenes. Una vez concluido el trabajo de excavación, la cesta de energía se introduce en el foso de excavación con ayuda de una máquina adecuada (excavadora) y se rellena con el suelo excavado anteriormente. Es importante regar con suficiente agua y que el relleno quede lo más compacto posible. Las otras cestas de energía se instalan del mismo modo.

Mediante el uso de una excavadora adecuada se procede a realizar una excavación cuadrada de unos 2,5 x 2,5 m para la primera Cesta de Energía Uponor y Cesta de Energía XL que se va a instalar. La profundi-

Antes de introducir la cesta de energía en el foso excavado debemos realizar unas acciones preparatorias. El tubo de conexión integrado en la cesta de energía se debe sacar del interior para fijarlo a las espirales de tubería por medio de bridas de

Separación de los tubos de conexión

Colocación de los tubos de conexión

Fijación del tubo de retorno

Fijación del tubo de suministro

Excavación del foso de instalación

Introducción de la cesta de energía

Regado del material de relleno

Relleno de la Cesta de Energía Uponor PE-Xa

Cesta de energía instalada y compactada

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Debemos asegurarnos de mantener las distancias mínimas previstas de las cestas de energía entre sí. A continuación se excavan zanjas de conexión entre cada dos cestas de energía del campo de cestas, alineadas con el borde superior de la cesta. Después se conectan en serie dos cestas de energía y cada serie de cestas se conecta al colector. Las Cestas de Energía Uponor XL deben conectarse individualmente al colector. Luego, según la variante de instalación, bien las series de dos cestas o bien la Cesta de Energía XL, se conectan al colector de geotermia Uponor por medio de los adaptadores y racores a compresión, estos últimos incluidos en el propio colector. Dependiendo del caudal del sistema de cestas de energía, los tubos de conexión pueden tener diferentes dimensiones. Esto debe calcularse de antemano para minimizar las pérdidas de carga del sistema. A la entrada y a la salida de la sala de máquinas del edificio es conveniente usar sistemas pasamuros válidos para circulación de fluidos a presión. La prueba de presión según la norma DIN 4279-1 (o norma local equivalente) debe efectuarse para cada serie de captadores o captador geotérmico cesta individual y para los tramos de conexión horizontal.

El sistema de cestas de energía se debe rellenar con una solución anticongelante según la norma VDI 4640 para una temperatura mínimo de -15 °C. Si se utilizan las soluciones anticongelantes de Uponor, esto corresponde a una proporción de mezcla de 3:1. La cantidad de brine necesaria para la cesta de energía figura en los datos técnicos. ¡La solución anticongelante y el agua deben mezclarse en un recipiente con suficiente capacidad antes de introducir la mezcla en la Cesta de Energía Uponor! Una vez terminado el campo de captación geotérmica de Cestas de

Energía Uponor, se recomienda señalar la posición efectiva de la cesta en el plano o mapa del terreno y marcar los números de ramales de tubería. Esta documentación es de utilidad para conectar correctamente cada ramal al colector y como plano “as-built” para la legalización del proyecto. El instalador del sistema es el responsable de cumplir todas las normas y reglamentos aplicables. Se debe seguir un procedimiento de validación del sistema por parte de la dirección facultativa de la obra. Ejemplo de proporción correcta de la mezcla: Volumen de Brine Cesta de Energía Uponor Volumen total de brine

84 l

Cesta de Energía Uponor XL 108 l

Proporción de la mezcla

3:1

> Solución anticongelante

21 l

27 l

> Agua

64 l

81 l

Importante ¡La solución anticongelante y el agua deben mezclarse en un recipiente con suficiente capacidad antes de introducir la mezcla en la Cesta de Energía Uponor!

Volumen de agua según las dimensiones de la tubería Dimensiones de la tubería PE-Xa [mm]

Diámetro interior [mm]

Volumen de agua [l/m]

32 x 2,9

26,2

0,539

Normativa legal Para todos los sistemas de cestas de energía puede ser necesaria una aprobación específica conforme a las normativas locales. Además de las regulaciones locales, se recomienda seguir como referencia la norma VDI 4640 específicas de geotermia.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Pilotes de energía Sistema / ámbito de aplicación Descripción de la aplicación Un pilote de energía debe cumplir dos funciones: La función estructural, transferir las cargas mecánicas de la estructura al terreno; y la función energética, el uso captador geotérmico. El uso de un pilote de cimentación como pilote de energía no debe afectar a su función estructural. Límites de aplicación El proyectista debe evitar en cualquier caso la reducción de la capacidad de carga del pilote. Es decir, que la función energética no afecte a la función estructural. Fundamentalmente, se deben establecer limitaciones de temperaturas y evitar la pérdida de sección transversal debida a las tuberías del intercambiador geotérmico. Aunque el volumen que ocupan los captadores geotérmicos en las estructuras suele ser despreciable en comparación con todo el volumen de vertido de hormigón en la estructura. La energía suministrada por un sistema de cimentación termo-activa como los

Ilustración esquemática de un sistema de pilotes de energía

Ventajas pilotes o los muros pantalla se utiliza para cubrir la demanda base de climatización de un edificio, y en algunos casos también las demandas pico.

Temperatura (superficie terrestre) [ºC] 5

Profundidad en el suelo [m]

Uponor ener

Installation depth: ca. 10 - 30 m

20 5

Temperatura (profundidad) [ºC] La temperatura del suelo aumenta una media de 1 ºC por cada 33 m aproximádamente 1. Febrero

1. Mayo

1. Noviembre

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

1. Agosto

Coste de inversión adicional muy bajo en caso de cimientos de pilotes planificados Cubre la demanda base de energía Se puede utilizar con todas las cimentaciones profundas Solución ideal para aplicaciones residenciales y no residenciales En el caso de viviendas unifamiliares con cimentaciones profundas pueden llegar a abastecerse de forma monovalente con pilotes de energía si contamos con un adecuado aislamiento. La estática del edificio determina la distribución y el número de pilotes de cimentación. La distribución de los pilotes de cimentación según criterios exclusivamente energéticos (no estructurales) no suele resultar económicamente rentable frente a geotermia vertical (excep41

ción: p. ej. pilotes hincados prefabricados de bajo coste, usados también parcialmente como “pilotes perdidos”). Un sistema de pilotes de energía debe utilizarse como almacenamiento alterno, cambiando sistemáticamente el uso de calefacción y refrigeración. Se consigue así una capacidad de extracción específica óptima para la generación

tanto de calefacción como de refrigeración. El equilibrio de temperaturas de un sistema de pilotes de energía se puede diseñar de una manera equilibrada para que se mantenga estable en el tiempo. Con un equilibrio térmico prácticamente constante a lo largo de los años se minimiza la interferencia térmica mutua de los pilotes de energía adyacentes.

Según la experiencia con sistemas de pilotes de energía de tamaño medio y grande, el diseño y funcionamiento para cubrir la carga base el más rentable. Para ello se debe planificar y establecer una relación óptima de carga y trabajo durante el dimensionado. El funcionamiento en calefacción y refrigeración realizado es lo que determina principalmente la eficiencia del sistema de pilotes de energía.

Instalación de armaduras de refuerzo

Procedimiento de hormigonado de los pilotes in-situ

Tubo de llenado para el homigonado

Supervisión del montaje del pilote

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Pilotes de cimentación En cuanto a los pilotes de cimentación, cabe distinguir entre el tipo de producción y por el tipo instalación. Tipo de producción Pilotes prefabricados El pilote está prefabricado totalmente o en partes antes de su instalación en el terreno Pilotes de hormigón macizos Pilotes de hormigón centrifugados Tubos de acero Pilotes de hormigón in-situ El pilote se fabrica en obra, en el terreno rellenando de hormigón el hueco cilíndrico. Tipo de instalación Pilotes de hincado y prensado El pilote es enclavado en el suelo o prensado en el suelo bajo presión estática. Pilotes de perforación El pilote se instala en un pozo perforado. Los pozos se pueden realizar mediante distintos métodos de perforación.

Trabajo de perforación para pilote

Métodos de perforación Método de Kelly El método de Kelly permite formar pilotes de perforación: no entubados, parcialmente entubados, totalmente entubados o con lodos. La herramienta de perforación se sujeta a una barra de Kelly telescópica. Si se utiliza la entubación completa, los tubos de perforación se introducen en el suelo hasta alcanzar la profundidad necesaria, continuando la perforación hasta alcanzar la profundidad final. Método de Kelly con ampliación de la base de los pilotes La ampliación de la base de los pilotes se basa en el principio de una ampliación circular simétrica del diámetro inferior del pozo. Al ampliar la superficie de apoyo del pilote en el suelo que lo sustenta, aumenta la capacidad de carga exterior del pilote. La medida de la ampliación se determina teniendo en cuenta el suelo existente y los criterios geométricos de limitación según los requisitos estructurales. Otra posibilidad para aumentar la ca-

pacidad de carga es la inyección de cemento. Con este método aumenta la fricción superficial del pilote de perforación rellenándolo con cemento en suspensión. Médodo SOB Este método de perforación para pilotes es un procedimiento de barrenado que permite una perforación de gran metraje en suelo firme. En este método se utiliza como herramienta de perforación una barrena continua. Una vez que ha alcanzado la profundidad final del pozo, el tubo hueco interior de la barrena se rellena de hormigón de abajo arriba. Método DKS El sistema de doble cabezal rotativo es una combinación del método SOB con barrena continua y el método de Kelly con entubación. El resultado es un orificio entubado realizado con una barrena continua. Método VDW El sistema “contra la pared” nació de la necesidad de erigir nuevos edificios justo delante de edificios ya existentes en las ciudades. El principio de producción coincide con el del método DKS, pero se utilizan diámetros menores.

Hormigonado de pilote de perforación

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Tipos de pilotes de cimentación Pilotes huecos-centrifugados instalados por perforación Se trata de pilotes de forma redonda hechos de hormigón que se introducen en el terreno mediante distintos procedimientos de perforación. Estos pilotes trasladan las cargas estructurales a suelos sólidos más profundos; unidos entre sí forman un muro de contención para fosos de excavación o bancales, eliminan obstáculos en el suelo o bloquean el agua subterránea por debajo de la superficie. En función de su uso, puede variar la longitud, diámetro, material, diseño y distribución de los pilotes. Un tipo especial de pilotes de perforación son los micropilotes. Se trata de elementos de cimentación con un diámetro de hasta 300 mm, por medio de los cuales se transfieren las cargas a capas de terreno sólido más profundas a través de la fricción superficial. La particularidad de los micropilotes es que, con un pequeño diámetro, se puede conseguir una alta capacidad de carga mediante tecnologías de inyección de cemento a presión dirigida. La variedad de maquinaria de perforación existente hace posible procedimientos muy productivos para la formación de pilotes de perforación de pequeño diámetro incluso en espacios reducidos. Los edificios deteriorados por un asentamiento desigual se pueden estabilizar o elevar mediante micropilotes pretensados. Adaptados a las distintas condiciones del suelo, los

micropilotes se pueden montar con distintos métodos de perforación. Los pilotes de perforación están provistos de una armadura que absorbe las cargas de tracción, la presión o las cargas alternas. La transferencia de la carga al suelo circundante se consigue rellenando el pozo con mortero de cemento. Se puede añadir un relleno posterior para aumentar la fricción superficial / transferencia de carga. Pilotes huecos-centrifugados instalados por hincado Este tipo de pilotes instalados por hincado son una alternativa a los sistemas de cimentación convencionales muy razonable desde el punto de vista económico y técnico. El pilote de hincado dúctil es un sistema de cimentación rápido, flexible y sencillo por el cual se clavan en el tubos-carcasa de fundición dúctil (dependiendo de la longitud requerida se pueden unir varios segmentos mediante manguitos) para transferir las cargas al terreno. En función de las propiedades del terreno, el pilote se construye como pilote de columna o como pilote con inyección de cemento a presión. Dependiendo de la carga transferida, existen distintos diámetros de tubo con su respectivo grosor de pared para la construcción de los pilotes. El uso de excavadoras hidráulicas ligeras y ágiles permite realizar trabajos de construcción en espacios reducidos. Los pilotes se instalan en obra por medio de un martillo hidráulico de doble efecto. Pilotes de hormigón macizos de prensado Los pilotes de hormigón macizos de prensado están formados por secciones

que se instalan a presión en el terreno por medio de un sistema hidráulico. Una construcción existente o un sistema de lastre proporcionan la reacción necesaria para ello. El pilote está formado por secciones de hormigón armado colocadas una encima de otra. El suelo se puede excavar desde el pilote a través de su núcleo hueco, de manera que el pilote alcance la profundidad requerida sin necesidad de una gran reacción. Cuando el pilote se encuentra a la profundidad correcta, se crea una base ampliada utilizando una mezcla de mortero seco compactada en contenedores metálicos. El núcleo del pilote se llena de hormigón. Al utilizarse máquinas ligeras desmontables, este sistema resulta muy adecuado para el trabajo en condiciones difíciles y en espacios muy reducidos. El pilote de hormigón macizo de prensado se utiliza sobre todo para trabajos de recalce. La reacción necesaria en este caso la suele proporcionar el propio edificio por medio de una nueva solera de hormigón vaciada in situ. Se instalan y hormigonan unos anclajes en esta solera, y se dejan abiertos los orificios a través de los cuales se prensan los pilotes. Mediante el uso de esta técnica es posible fijar los pilotes al suelo con una precarga. La altura de trabajo mínima es de 0,8 m. De esta manera es posible introducir un pilote de hormigón armado hincado a presión bajo unos cimientos preexistentes. Estos cimientos se usan en este caso como contrapeso para hincar el pilote.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Pilotes de hormigón prefabricados Los pilotes de hormigón prefabricados se producen con una sección circular o una sección cuadrada sin hueco. Estos pilotes transfieren grandes cargas estructurales a un terreno sólido más profundo a través de la fricción superficial y transmisión de carga, y están provistos de armadura de refuerzo continua. Pilotes de hincado prefabricados Los pilotes de hincado prefabricados son también una alternativa muy razonable a los sistemas de cimentación convencionales desde el punto de vista económico y técnico. Los pilotes prefabricados de sección completa se instalan en obra con ayuda de un martillo hidráulico de doble acción. Dependiendo de la subsuperficie, es posible que no se pueda alcanzar la profundidad de colocación prevista originalmente y sea necesario cortar la longitud del pilote. En caso de termoactivación con captador geotérmico, hay que tener precaución durante la retirada del hormigón sobrante para no dañar el captador. Pilotes in-situ En el caso de los pilotes de perforación de gran diámetro, se realiza una perforación para introducir la camisa de acero que mantiene las paredes verticales de la perforación. A continuación se retira el material perforado en forma de lodos. El siguiente paso es intro-

del edificio. En casos especiales se utilizan también muros pantalla como elementos de cimentación profunda. Los muros pantalla sirven para sellar embalses, contener vertederos y almacenes u otras plantas industriales que pueden poner en peligro el agua subterránea. Por medio de cortadoras o fresas especiales se abre el terreno formando las ranuras profundas, las paredes de estas ranuras se aseguran por aplicación de lechadas especiales para evitar hundimientos.

Introducción de la armadura en la perforación

ducir la armadura interna del pilote y se rellena el hueco de perforación con hormigón in-situ. Por último se retira la camisa de acero. Este tipo de pilotes in-situ se suelen usar para cimentación estructural de edificios de gran altura. Muros pantalla termoactivos Los muros pantalla se construyen dentro de vaciados de terreno, se trata de armaduras con relleno de hormigón in-situ, y pueden llegar a alcanzar grandes profundidades. El espesor de los muros varía en función de las necesidades estructurales. Los muros pantalla presentan una deformación mínima, por lo que se utilizan principalmente como muros de contención en cimentaciones del centro de las ciudades. Debido a su impermeabilidad relativamente alta, se usan también como muro exterior

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Muros pantalla de hormigón in-situ Cuando se ha alcanzado la profundidad requerida para el muro pantalla, la lechada es sustituida normalmente por hormigón armado, con el fin de poder montar unos muros estructuralmente efectivos y capaces de contener el agua subterránea. Muros de sellado de una fase Los muros de sellado de una fase son muros pantalla hechos de una suspensión autoendurecible y construidos en una ranura excavada en el terreno. La suspensión autoendurecible se utiliza al mismo tiempo como lechada de recubrimiento. Se pueden instalar además elementos de sellado, como diafragmas o tablestacas.

Activación de los pilotes de cimentación Pilotes huecos-centrifugados instalados por perforación Los pilotes de hormigón huecoscentrifugados enclavados y los pilotes de prensado no se equipan con las tuberías del captador hasta que se han hincado en el suelo. Esta es también una gran ventaja de los pilotes de hormigón huecos-centrifugados, ya que las tuberías del captador se pueden adaptar a la profundidad de inserción real y se puede minimizar el riesgo de dañar las

Excavación de un foso y preparación de un plan de hincado de pilotes

tuberías del captador mediante una inspección previa del hueco del pilote. De forma similar a los captadores o sondas verticales, se introducen en el suelo dos bucles de tuberías y se llenan con material de relleno. En caso de un radio de curvatura estrecho de los bucles de tuberías, se recomienda usar codos en U de electrofusión, o también se pueden insertar directamente sondas verti-

Enclavamiento y acoplamiento de los pilotes centrifugados

Tendido y montaje de los tubos de conexión horizontales, incluida la conexión al grupo de conexión al múltiple. Prueba de presión del sistema completo. Hormigonado de la losa de cimentación

El flujo de suministro y de retorno de cada pilote de energía se puede agrupar por medio de piezas en Y o piezas en T o se puede combinar en grupos con otros pilotes.

Corte de los pilotes centrifugados sobresalientes, comprobación del vacío y medición de la longitud efectiva del vacío con cintra métrica

Instalación del colector en U doble y rellenado posterior al vacío

cales. Durante el rellenado debemos asegurarnos de que el material de relleno presente una alta conductividad térmica y un buen contacto con los materiales en distintas condiciones ambientales y que se pueda introducir sin crear huecos.

Finalización del revestimiento y montaje de la bomba de circulación y la bomba de calor

Instalación de pilotes huecos-centrifugados activados térmicamente

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Pilotes de hormigón enclavados prefabricados Los pilotes de hormigón enclavados prefabricados vienen ya equipados de fábrica con las respectivas tuberías del captador. Para ello, la tubería del captador se fija en el interior de la cesta de refuerzo, y el pilote se construye mediante hormigonado. El número de bucles de tuberías se adapta a la forma y el diámetro del pilote. Se debe prever un hueco para los

Excavación de un foso

tubos de conexión en la parte inferior del pilote. El extremo de las tuberías sale fuera del pilote de manera que sobresalga después de su instalación. Durante la instalación se debe seleccionar la dirección de los extremos sobresalientes de las tuberías de tal manera que no haya que guiar el tubo de conexión alrededor del pilote. Dependiendo de la subsuperficie, es posible que no se pueda alcanzar la profundidad de colocación prevista

originalmente y haya que cortar la longitud del pilote. En caso de activación con bucles de tuberías, la retirada del hormigón sobrante genera el riesgo de dañar las tuberías del intercambiador de calor. La ventaja del uso de pilotes de hormigón prefabricados es que el montaje y las pruebas de presión se realizan en fábrica y se evita dañar las tuberías del intercambiador de calor debido al hormigonado del pilote en el lugar de instalación.

Preparación de un plan de hincado de Hincado de los pilotes de hormigón los pilotes prefabricados

Retirada del revestimiento protector e Tendido y montaje de los tubos de instalación de las abrazaderas de 90º conexión horizontales, incluida la conexión al grupo de conexión al múltiple. Prueba de presión del sistema completo. Hormigonado de la losa de cimentación

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Finalización del revestimiento y montaje de la bomba de circulación y la bomba de calor

Instalación de pilotes de hormigón prefabricados activados térmicamente

Pilotes de hormigón in-situ En el caso de los pilotes instalados con el método de hormigón in-situ, las tuberías del captador se montan sobre la armadura antes de introducirla en la perforación. Las tuberías

Acopio de armaduras con captadores montados

del captador se suelen montar en la parte interior de la armadura para evitar que resulten dañadas en el proceso de instalación. Para ello, las tuberías del captador se fijan a la armardura en configuración de meandros, en espi-

ral, bucles paralelos o bucles cruzados al pie del pilote. Las tuberías deben ser de materiales resistentes a la tenso-fisuración, ya que, se fijan directamente sobre el mallazo del pilote.

Tubos de conexión PE-Xa para geotermia Uponor

Circuitos del captador geotérmico Uponor instalado en la armadura del pilote

Introducción de los bucles de tuberías PE-Xa Uponor Geotermica

Corte de la longitud del captador geotérmico montado en el pilote

Fijación de los circuitos del captador geotérmico

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Variantes de instalación

Instalación en forma de meandros

Instalación de bucles de tuberías paralelos

En el montaje de los captadores geotérmicos para cimentación, y especialmente con pilotes de pequeño diámetro, hay que tener en cuenta el radio de curvatura. Si no se pueden evitar radios de curvatura demasiado estrechos, se recomienda utilizar soportes para los codos de las tuberías o codos en U de electrofusión. En el caso de pilotes de longitud reducida, es posible la instalación en el pilote en forma de meandros con conexiones de suministro y de retorno directamente al colector. El número de circuitos del captador depende del diámetro de la armadura del pilote. Estos son los valores de referencia: Diámetro del pilote 20 – 70 cm

Número de tuberías verticales

4 – 6 codos en U en el extremo 75 – 80 cm 4 – 6 con curvatubos en el extremo 90 – 120 cm 6 – 8 130 – 180 cm 8 – 12

Instalación de bucles de tuberías cruzados

Las conexiones de suministro y de retorno de captador geotérmico del pilote de energía se agrupan por medio de un colector en la cabeza del pilote, un accesorio “Y” o accesorio “T”, y se pueden combinar con otros pilotes formando un grupo. En caso de distintos niveles de construcción, los extremos de los circuitos en la cabeza del pilote se deben equipar con tuberías protectoras o aislamiento, para su retirada una vez que se haya montado todo el pilote. Todos los extremos de los circuitos se mantendrán cerrados para evitar la entrada de suciedad. Como ya se indicó anteriormente, tanto en el diseño como en la instalación hay que considerar la reducción de la capacidad de carga del pilote. Es decir, que la función energética no afecte a la función estructural.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Instalación en espiral

Para evitar dañar las tuberías del captador, el pilote se hormigonará con un tubo de llenado (método de tolva), asegurando que no se dañen las tuberías. Para compactar el hormigón no deben utilizarse vibradores de hormigón. Si el pilote se va a hormigonar mediante vertido, habrá que comunicarlo al encargado de los trabajos.

Muros pantalla En el caso de los muros pantalla montados en obra, los circuitos del captador deben añadirse a las armaduras antes de introducir estas. Los circuitos captadores de energía geotérmica se suelen montar en el interior de la

Creación del pozo perforando con una barrena y enclavamiento de los tubos de perforación

armadura para evitar que resulten dañadas al introducir la armadura en el terreno La longitud convencional de los pilotes de cimentación es de unos 10 – 30 m. La temperatura en la capa superior de la tierra varía con la

Introducción del refuerzo con registros de tuberías

Llenado de hormigón de los tubos de perforación con el método de tolva y extracción simultánea de los tubos de perforación

Retirada del revestimiento protector e Tendido y montaje de los tubos de instalación de los codos de 90º conexión horizontales, incluida la conexión al grupo de conexión al múltiple. Prueba de presión del sistema completo. Hormigonado de la losa de cimentación

estación del año. En cuanto se alcanza la zona por debajo del límite de helada, esta fluctuación disminuye. A partir de una profundidad aproximada de 15 m, el suelo tiene una temperatura bastante constante.

Finalización del revestimiento y montaje de la bomba de circulación y la bomba de calor

Instalación de pilotes de hormigón in-situ activados térmicamente

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Dimensionado de los pilotes de energía Las dimensiones de los pilotes de energía dependen de las horas de funcionamiento anuales del sistema de bomba de calor geotérmica y del diseño de los pilotes de hormigón, así como de la posible interferencia mutua entre los pilotes de energía. Cuanto menor es la resistencia térmica RE del pilote de energía, mayor es la transferencia del calor. La resistencia térmica indica la pérdida de temperatura durante la transición del calor desde el terreno hasta el brine. Los parámetros que determinan la resistencia térmica del pilote son el diámetro perforado, la conductividad térmica del material del pilote y el tipo de pilote de energía. Un diámetro menor del pilote reduce la resistencia térmica. Una mayor conductividad térmica del material del pilote reduce la pérdida de calor durante la transferencia del calor y, por tanto, reduce la resistencia térmica. La resistencia térmica del pilote de energía RE se compone, por tanto, de las resistencias intermedias de los distintos elementos y las resistencias específicas del material.

Resistencias intermedias:

La capacidad refrigerante corresponde a la proporción de potencia que la bomba de calor obtiene del terreno y es la diferencia entre la potencia térmica QH y el consumo eléctrico Pel.

Suelo < > material del pilote < > tubería < > fluido caloportador (brine). Resistencias del material: RE = Rc + RR + RP [W/(m²K)] Rc coeficiente de transferencia del calor de brine/tubería RS coeficiente de transferencia del calor de los circuitos de tuberías RP coeficiente de transferencia del calor del material del pilote La longitud requerida de captador geotérmico L se basa en la capacidad de extracción específica qE del terreno y la capacidad del refrigerante QO de la bomba de calor. L=

QO qE

QO = QH + Pel

[W]

A la hora de determinar las dimensiones de los tubos de conexión de los pilotes de energía, debemos asegurarnos de que exista una baja pérdida de presión (importante: mayor viscosidad del brine comparada con el agua), ya que el consumo de la bomba circuladora reduce el coeficiente de rendimiento estacional β del sistema de bomba de calor.

[m]

Capacidad de captación específica por metro de profundidad del pilote Subsuperficie

Sustrato de baja calidad, sedimento seco Sustrato normal rocoso y sedimento saturado de agua Roca consolidada con alta conductividad térmica

Capacidad de captación específica qE por metro de profundidad del pilote para una potencia de calefacción de hasta 30 kW 1800 h/a 2400 h/a 25 W/m 20 W/m 60 W/m

50 W/m

84 W/m

70 W/m

Durante periodos de funcionamiento más prolongados debe tenerse en cuenta tanto la capacidad de captación específica como el factor de captación anual específico.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Fuente: VDI 4640

La velocidad de flujo máxima debe ser de 1 m/s. La velocidad de flujo en los pilotes de energía debe ser turbulenta, ya que un flujo turbulento mejora la transferencia del calor de la tubería al brine, aumentando así el rendimiento. En caso de dimensionado monovalente (una sola fuente de energía) tanto la bomba de calor como el captador geotérmico, se deben dimensionar de tal manera que se pueda satisfacer la demanda total del edificio QG. El cálculo de potencia total QWP incluye la demanda de climatización del edificio QG y la de agua caliente sanitaria Qww y se considera un tiempo de bloqueo Z. QWP = (QG + QWW) · Z

[W]

Si al seleccionar la bomba de calor se utiliza un modelo con menor potencia de refrigeración / calefacción de la necesaria o menor longitud de captador de la necesaria, aumentarán las horas de funcionamiento de la bomba de calor.

Esto significa que el terreno estará sometido a mayores solicitaciones térmicas y la sonda a un mayor factor de captación anual. Para evitar un consumo excesivo de electricidad por parte de la bomba de calor se tiene que dimensionar correctamente el captador geotérmico. Para determinar las dimensiones de los sistemas de pilotes de energía es muy importante conocer las propiedades térmicas del terreno. El cálculo de la conductividad térmica a partir de muestras no alteradas de una perforación de prueba es posible en principio, pero es un método muy elaborado que sólo se puede llevar a cabo en laboratorio. El dimensionado de los sistemas de pilotes de energía por medio de programas de simulación requiere disponer de datos precisos sobre la conductividad térmica efectiva a lo largo de todo el pozo. Estos parámetros se obtienen directamente del terreno del lugar de la

obra por medio de un Test de Respuesta Térmica. Test de respuesta térmica El Test de Respuesta Térmica se realiza con un pilote de energía montado. Durante esta prueba se aplica al pilote de energía una potencia térmica constante que luego se extrae. La evaluación se realiza de acuerdo con la teoría de la fuente lineal de Kelvin. Los resultados muestran las condiciones geológicas exactas en el lugar de instalación a lo largo de todo el pilote de energía y en condiciones de funcionamiento ordinarias, incluidos los efectos de un posible flujo de agua subterránea existente. Debido a la compleja correlación geológica e hidrogeológica necesaria para el dimensionado de los pilotes de energía, así como los conocimientos técnicos especializados, la simulación y el dimensionado de los sistemas de pilotes de energía deben ser realizados únicamente por personal especializado.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Montaje e instalación Los sistemas de pilotes de energía deben utilizarse siempre como intercambiadores alternos de calefacción y refrigeración. Debido edificación construida encima, el suministro natural de calor no es suficiente y, por lo tanto, cuando el sistema lleva varios años en uso, el nivel de temperatura en el suelo descenderá, cayendo por debajo del límite de uso real. Durante el funcionamiento de la calefacción, la temperatura debe ser lo más baja posible (< 35 °C) y durante la refrigeración lo más alta posible (> 16 … 18 °C). Todos los pilotes de energía, incluidos sus tubos de conexión, deben ser de la misma longitud y deben conectarse a una bomba de calor según el principio de Tichelmann a través de un colector de suministro y otro de retorno con tuberías de recogida. Cuando las tuberías se instalan según el principio de Tichelmann, la longitud requerida de los pilotes de energía se

divide en pilotes de energía conectados en paralelo para la potencia de extracción correspondiente. Por lo tanto, en lo relativo a la pérdida de carga, hay que tener en cuenta el caudal de los distintos pilotes de energía, la longitud de las tuberías y el diámetro de estas. Si no es posible instalar pilotes de energía, incluidos los tubos de conexión, con captadores de la misma longitud, deberá producirse una compensación hidráulica por medio de válvulas de equilibrado con el fin de mantener la misma pérdida de presión en cada circuito de tuberías. Los circuitos de suministro y de retorno de un pilote de energía se pueden agrupar por medio de un colector en la cabeza del pilote, un accesorio en “Y” o en “T”, y se pueden combinar con otros pilotes en un grupo. Las conexiones a los tramos horizontales se realizan en la cabeza del

pilote. Los extremos de las tuberías del captador del pilote se sacan fuera de la cabeza del pilote para no tener que guiar los tubos de conexión horizontales alrededor del pilote. Por medio de codos y accesorios, las tuberías verticales que salen del pilote perforado se conectan a los tubos horizontales para que no se formen bolsas de aire en esa zona. Los tubos de conexión se instalarán con una pendiente mínima hasta el colector para permitir el purgado. Esto debe hacerse preferiblemente en posición horizontal en un lecho de arena (con las tuberías de PE-Xa no es necesario el lecho de arena) bajo la solera hasta el colector correspondiente. Debemos asegurarnos de poner los tubos de conexión aislados y evitar así el contacto directo entre ellos con el fin de no provocar un cortocircuito térmico entre el flujo de suministro y de retorno.

Pilotes de energía: utilización térmica de la subsuperficie Situación inicial Temperatura de la subsuperficie aprox. 8–12°C

Refrigeración en verano La subsuperficie actúa como sumidero de calor

Otoño Almacenamiento de calor en la subsuperficie aprox. 12–16°C

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Calefacción en invierno Calefacción del edificio, subsuperficie utilizada como fuente de calor

Primavera Almacenamiento de frío en la subsuperficie a aprox. 4–8°C

Las conexiones horizontales se deben instalar con tubería pre-aislada, p. ej. con Uponor LHD thermo mini.

nica de unión fiable, libre de mantenimiento y duradera en el tiempo, como Uponor Quick & Easy.

Los tubos de conexión horizontal se pueden instalar individualmente (en paralelo) hacia el colector, o bien, en grupo (en serie). La ventaja de conectar cada pilote por separado al colector correspondiente es que, en caso de fallo de un pilote, tan sólo se pierde la potencia de ese pilote.

Según la norma DIN 4140-2, todos los tubos de conexión en la zona del conducto de pared, así como todas las tuberías portadoras de brine instaladas en la casa, deben estar aislados (aislamiento resistente a la difusión de vapor de agua) para evitar la condensación de agua.

Todos los colectores y accesorios deben instalarse en arquetas o registros accesibles, y protegidos cuando se encuentren fuera del edificio. Todos los pilotes de energía deben estar equipados con válvulas en los colectores para poder cerrarlos. Las conexiones horizontales entre los pilotes y los colectores se ejecutarán de manera que ningún elemento que sometido a esfuerzos. Debe tenerse en cuenta la interferencia mutua de los pilotes de energía.

Uponor LHD Thermo Mini

Normalmente no es posible determinar la cantidad y distribución de los pilotes de energía en función de criterios solamente energéticos, y se determinan según las condiciones estructurales del edificio. Una posibilidad de diseño son los llamados “pilotes perdidos”, es decir, los pilotes no activados térmicamente o instalados de forma adicional como pilotes de energía sin requisitos estructurales. Las conexiones de circuitos y tuberías, especialmente las no accesibles, deben ejecutarse con una téc-

Prueba de presión de las instalaciones de pilotes de energía

Con el fin de evitar la congelación del intercambiador de calor, las tuberías, los tubos de conexión y el evaporador, el sistema de bomba de calor se llena de brine, que suele ser una mezcla de agua y glicol (fluido caloportador). Importante Para los aspectos estructurales se deben tener en cuenta los límites de temperatura (min. > 0 °C/max. 25 – 30 °C).

Conexión entre pilotes de energía por medio de tuberías Uponor PE-Xa

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Tubo de suministro

Cinta de señalización de la zanja 30 - 40 cm por encima de la tubería

Asegúrese de que sea posible el llenado y la descarga del sistema. Para evitar el llenado excesivo, el sistema de bomba de calor debe estar equipado con una válvula de seguridad. El porcentaje de glicol suele ser del 25 – 30%. Por lo tanto, las pérdidas de presión de las tuberías del captador son 1,5 – 1,7 veces mayores que si estuviesen llenas de agua pura. Esto se debe tener en cuenta a la hora de calcular las dimensiones de la bomba. La prueba de presión debe efectuarse de acuerdo con la norma DIN 4279-1 (o norma local equivalente). Dependiendo del material de tubería utilizada, los tubos de conexión se tenImportante ¡El anticongelante y el agua deben mezclarse en un recipiente con capacidad suficiente antes de introducir la mezcla en el pilote de energía Uponor!

120 - 150 cm

Relleno principal incl. diseño de la vía

min. 70 cm

Los fluidos caloportadores del captador geotérmico y los tubos de conexión se elegirán siempre de manera que, en caso de fuga, se evite o se minimice la contaminación del agua subterránea y del suelo. Se elegirán sustancias orgánicas no tóxicas o biodegradables conforme a la norma VDI 4640.

Lecho de tubos de conexión. Flujo no aislado, reflujo aislado

derán en un lecho de arena. Sólo si se utilizan tuberías Uponor PE-Xa será innecesaria la introducción en arena debido a su resistencia al crecimiento lento y rápido de grietas.

La fijación de las conexiones horizontales (altura en el suelo y distancia) se puede efectuar por medio de ganchos o instalando las tuberías sobre una malla de refuerzo.

Volumen de agua según las dimensiones de la tuberías Dimensiones de la tubería PE-Xa [mm] 20 x 2.0 25 x 2.3 32 x 2.9 40 x 3.7 50 x 4.6 63 x 5.8 75 x 6.8 90 x 8.2 110 x 10.0 125 x 11.4

Diámetro interior [mm]

Volumen de agua [l/m]

16.0 20.4 26.2 32.6 40.8 51.4 61.4 73.6 90.0 102.2

0.201 0.327 0.539 0.835 1.307 2.075 2.961 4.254 6.362 8.203

Normativa legal Para todos los sistemas de pilotes de energía y cimentación termoactiva puede ser necesaria una aprobación específica conforme a las normativas locales. Además de las regulaciones locales, se recomienda seguir como referencia la norma VDI 4640 específica de geotermia.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Captadores verticales Sistema / ámbito de aplicación Los captadores verticales es el sistema más ampliamente utilizado en geotermia. Pueden cubrir todo el rango de potencias tanto para calefacción como para refrigeración y necesitan poco espacio. Los captadores verticales se pueden usar en prácticamente todos los tipos de suelo. Ventajas Sistema de geotermia que necesita poco espacio en términos comparativos Válido para prácticamente todos los tipos de suelo Refrigeración tanto activa como pasiva (geocooling) Calefacción y agua caliente sanitaria Solución ideal para aplicaciones residenciales y no residenciales Descripción de la aplicación

produce agua caliente sanitaria y calefacción. Una de sus principales ventajas en comparación con los sistemas de climatización convencionales y su ventaja frente a otras fuentes de energía renovable es que se aprovecha durante todo el año, tanto para refrigeración como para calefacción. La potencia captada por una sonda

vertical depende de las condiciones geológicas y climáticas, el diseño de la captación vertical y la fluctuación estacional de la demanda de frío y calor por parte del usuario. Para potencias superiores se pueden crear los llamados campos de captadores o campos de sondas geotérmicas verticales. Esto es una combinación de varios captadores verticales.

Límites de la aplicación

Captador vertical U Simple Uponor PE-Xa

Uponor G12

Un captador geotérmico vertical consta normalmente de dos o cuatro tuberías de material plástico en forma de U en paralelo. Estas tuberías vehiculan un fluido caloportador lla-

mado brine, una mezcla de agua y anticongelante. El brine extrae el calor del suelo, lo transporta hasta el evaporador de la bomba de calor y, una vez enfriado, regresa al captador

vertical. La energía extraída del suelo se calienta por medio de la bomba de calor hasta la temperatura requerida del sistema de calefacción radiante. La temperatura de suministro

Básicamente, los captadores verticales son intercambiadores de calor instalados en vertical en el interior del terreno. Se aprovecha la energía disponible en el terreno combinada con una bomba de calor, que eleva o disminuye la temperatura del fluido hasta un rango utilizable para aplicaciones de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Los sistemas de captadores geotérmicos verticales o sondas geotérmicas son ideales para el funcionamiento en refrigeración tanto activa, como pasiva (geocooling). En modo refrigeración el calor absorbido del edificio se transfiere al terreno. Por supuesto, también se

Ilustración esquemática de un sistema de captador vertical

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Dependiendo del sistema, las sondas verticales para el uso en la geotermia pueden tener una longitud de hasta 400 m. Las soldaduras o uniones entre los codos en U y la resistencia de las tuberías se comprueban en fábrica mediante una prueba de presión según normas de geotermia y materiales plásticos. No está permitida la soldadura de un captador vertical en el lugar de la obra. La sondas o captadores verticales deben suministrarse en obra, totalmente fabricadas y testadas una por una. Las temperaturas en la capa superior de la tierra varían con la estación. Sin embargo, cuando caen por debajo

Temperatura (superficie terrestre) [ºC] 5

0 Colector Vertical Uponor

Profundidad en el suleo [m]

suele ser de unos 35 °C. La temperatura de emisión del sistema ha de ser lo más baja posible para crear las condiciones para un alto coeficiente de rendimiento estacional.

Profundidad de instalación: de 30 a 250 m

Temperatura (profundidad) [ºC] On aver 1. Febrero

1. Mayo

del límite de helada, esta fluctuación disminuye claramente, y lo que es mejor, a partir de una profundidad de 15 m, el suelo presenta una tem-

1. Noviembre

1. Agosto

peratura prácticamente constante. Por ello, los captadores verticales apenas están sujetos a fluctuaciones de temperatura.

Tipos de captadores verticales Existen tres diseños básicos de captadores verticales:

Sección transversal de un captador en U simple

Sección transversal de un captador de U doble

Sección transversal de un captador coaxial

Captador en U simple Un captador o sonda geotérmica en U simple consta de dos tuberías del captador unidas en la parte inferior por un racor en forma de U. El captador en U simple tiene, por tanto, una tubería de ida o suministro y otra de retorno.

Captador en U doble Un captador o sonda en U doble consta de cuatro tuberías del captador unidas en la parte inferior por parejas de racores en forma de U. El captador en U doble tiene, por tanto, dos tuberías de ida o suministro y otras dos de retorno.

Captador coaxial Se trata de un captador formado por dos tuberías integradas la una en la otra (tubería interior y tubería exterior). Así pues, dependiendo del tipo de uso, la tubería interior se convierte en el flujo de suministro o de retorno.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Tipo especial: tubería aislada con tuberías exteriores no aisladas dispuestas en círculo

Dimensionado de los captadores verticales El dimensionado de los captadores verticales depende de las condiciones del terreno, el tiempo de funcionamiento anual del sistema de bomba de calor, el diámetro del pozo, el relleno del pozo, la posición de las tuberías en el pozo y la interferencia mutua entre los sistemas de captadores verticales.

Resistencias térmicas individuales.

Cuanto menor es la resistencia térmica del pozo Rb, mayor es la transferencia de frío o calor. La resistencia térmica de la perforación geotérmica o pozo indica la pérdida de temperatura durante el proceso de transferencia de energía desde el terreno hasta fluido caloportador – brine -. Factores que influyen en la resistencia térmica del pozo son: el diámetro del pozo, la conductividad térmica del material de relleno y el tipo de sonda vertical.

Rc coeficiente de transferencia del calor brine / sonda RS coeficiente de transferencia del calor de la sonda vertical RV coeficiente de transferencia del calor del material de relleno

Un diámetro pequeño del pozo reduce la resistencia del pozo. Una mayor conductividad térmica del relleno del pozo reduce la pérdida de calor durante la transferencia del calor, es decir, reduce la resistencia del pozo. La resistencia térmica del pozo es, por tanto, una combinación de las resistencias térmicas individuales de los distintos elementos y las resistencias específicas del material.

Terreno < > relleno del pozo < > sonda < > fluido caloportador (brine). Resistencias del material: Rb = Rc + RS + RV [W/(m²K)]

La longitud requerida del captador L depende de la capacidad de captación específica qE del terreno y de la capacidad refrigerante QO de la bomba de calor de brine/agua. L=

QO qE

La capacidad refrigerante corresponde a la proporción de potencia de la bomba de calor geotérmica extraída del terreno y es la diferencia entre la potencia QH y el consumo eléctrico Pel. QO = QH + Pel

A la hora de determinar las dimensiones de los tubos de conexión del captador vertical, debemos asegurarnos de que exista una baja pérdida de carga (importante considerar que el brine tiene mayor viscosidad que el agua), ya que el consumo de la bomba circuladora reduce el coeficiente de rendimiento estacional, factor β del sistema de bomba de calor geotérmica.

[m]

Capacidad de captación específica por metro de sonda vertical Subsuperficie

Sustrato de baja calidad, sedimento seco Sustrato normal rocoso y sedimento saturado de agua Roca consolidada con alta conductividad térmica

Capacidad de captación específica qE por m de sonda vertical para una potencia de calefacción de hasta 30 kW 1800 h/a 2400 h/a 25 W/m 20 W/m 60 W/m

50 W/m

84 W/m

70 W/m

Durante periodos de funcionamiento más prolongados debe tenerse en cuenta tanto la capacidad de captación específica q como el factor de captación anual específico. En las verticales estos deben estar entre 100 y 150 kWh/(m • a). Para Suiza se aplican las condiciones de dimensionado de la AWP/FWS.

[W]

Fuente: VDI 4640

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

La máxima velocidad del flujo de brine debe ser de 1 m/s. El régimen de trasiego en las sondas geotérmicas debe ser turbulento, ya que un flujo turbulento mejora la transferencia del calor de la sonda al brine, aumentando o disminuyendo así la temperatura del brine. En caso de dimensionado monovalente de la bomba de calor de brine/agua, las fuentes de calor se deben dimensionar de tal manera que cumplan el requisito de capacidad del edificio QG y no el de la bomba de calor. El requisito de potencia total QWP incluye el requisito de capacidad del edificio QG y para el calentamiento de agua doméstica Qww teniendo en cuenta un tiempo de bloqueo Z. QWP = (QG + QWW) · Z

[W]

Si al seleccionar la bomba de calor se utiliza un modelo con menor potencia de calefacción o menor longitud de sondas, aumentarán las horas de funcionamiento de la

bomba de calor. Esto significa que el terreno estará sometido mayores solicitaciones térmicas mayor esfuerzo o se producirá un factor de captación anual más alto. Es absolutamente fundamental establecer un correcto dimensionado del sistema, es decir, ni sobredimensionar las sondas ni la bomba de calor para no disparar la inversión. Ni infradimensionar el sistema para no tener exceso de consumo en el posterior funcionamiento normal del sistema. Por norma general se aplica lo siguiente: Con el dimensionado monovalente de una bomba de calor de brine/agua, la potencia de la bomba de calor debe ser al menos el 100% de la demanda de potencia total. Para determinar las dimensiones de sistemas de captadores verticales mayores (> 30 kW) es muy importante conocer las propiedades térmicas del terreno. El dimensionado de los sistemas de captadores verticales por medio de programas de simulación requiere información sobre la conductividad

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

térmica efectiva a lo largo de todo el pozo. Esta información se obtiene directamente en el lugar de la obra por medio de un Test de Respuesta Térmica. Test de Respuesta Térmica (TRT) El Test de Respuesta Térmica se realiza con una sonda geotérmica vertical. Durante esta prueba se aplica a la sonda de tierra una potencia térmica constante que luego se extrae. La evaluación de la conductividad se realiza de acuerdo con los modelos del foco lineal o cilíndrico. Los resultados muestran las condiciones geológicas exactas en el lugar de instalación a lo largo de todo el pozo y en condiciones de funcionamiento típicas, incluidos los efectos de un posible flujo de agua subterránea existente. Debido a la compleja correlación geológica e hidrogeológica del dimensionado del campo de sondas, así como los conocimientos técnicos especializados, la simulación y el dimensionado de los sistemas de captadores verticales deben ser realizados únicamente por expertos.

Montaje e instalación

Si no es posible instalar sondas verticales de la misma longitud, incluidos los tubos de conexión, deberá producirse un equilibrado hidráulico por medio de válvulas de equilibrado con el fin de mantener la misma pérdida de carga en cada circuito de tuberías. Los tubos de conexión se instalarán con una pendiente mínima hasta el colector para permitir la ventilación. Seguridad operativa Todos los colectores y racores deben instalarse en arquetas protegidas de la lluvia fuera del edificio o en la sala de máquinas. Además, los tramos horizontales deben estar equipados con válvulas esféricas en los colectores para poder cerrarlos en caso

Para evitar la interferencia térmica mutua, los captadores verticales deben instalarse con una distancia mínima entre ellos. En caso de presencia de aguas subterráneas, las sondas verticales deben colocarse en ángulo recto respecto a la dirección de flujo del agua subterránea. Se debe evitar

Las conexiones de tuberías montadas en el lado del edificio y no accesibles deben efectuarse con una técnica de conexión libre de mantenimiento, como Uponor Quick & Easy o racores de electrofusión. Según la norma DIN 4140-2 y el Código Técnico de la Edificación, todos los tubos de conexión horizontal en la zonas no calefactadas, deben estar aislados (aislamiento

Relleno principal incl. diseño de la vía

Tubo de suministro

Cinta de señalización de la zanja 30 - 40 cm por encima de la tubería

120 - 150 cm

Cuando los captadores verticales se conectan según el principio de Tichelmann, la longitud total requerida de captador geotérmico se divide en varias sondasd verticales de la misma longitud. Las sondas se conectan en paralelo. Por lo tanto, en lo relativo a la pérdida de carga, hay que tener en cuenta el caudal de los distintos captadores verticales, la longitud de las tuberías y el diámetro de estas.

necesario. Los tramos de tubos horizontales se conectarán a los colectores sin someterlos a esfuerzos.

min. 70 cm

Todos los captadores verticales, incluidos sus tubos de conexión, deben ser de la misma longitud y deben conectarse a una bomba de calor según el principio de Tichelmann a través de un colector de suministro y otro de retorno.

Lecho de los tubos de conexión. Suministro no aislado, flujo de retorno aislado

la impermeabilización de las zonas donde se instalen los captadores verticales.

resistente a la difusión de vapor de agua) para evitar la condensación de agua.

Dependiendo del tipo de tubería utilizada, los tramos de conexión horizontal se tenderán en un lecho de arena. El uso de tuberías PE-Xa hace que nos podamos ahorrar el lecho de arena debido a su resistencia al crecimiento lento y rápido de grietas.

Para evitar la congelación de la instalación del circuito del terreno, entre el captador vertical y el evaporador de la bomba de calor, ésta se llena de brine, normalmente una mezcla de agua y glicol (fluido caloportador).

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Construcción y medio ambiente Los fluidos caloportadores que circulen por las sondas geotérmicas y los tramos horizontales se elegirán siempre de manera que, en caso de fuga, se evite o se minimice la contaminación del agua subterránea y del suelo. Se elegirán sustancias orgánicas no tóxicas o biodegradables conforme a la norma VDI 4640.

calcular las dimensiones de la bomba de circulación. Las sondas geotérmicas verticales se entregan en obra totalmente fabricadas y probadas una por una. Para instalar el captador vertical después de la perforación, es conveniente llenarlo de agua antes de la instalación, con el fin de evitar que salga flotando. Normalmente se añaden pesos lastres adicionales al pie de la sonda.

Volumen de agua según las dimensiones de la tubería Dimensiones de la tubería PE-Xa [mm] 40 x 3.7 50 x 4.6 63 x 5.8 75 x 6.8 90 x 8.2 110 x 10.0 125 x 11.4

Diámetro interior [mm]

Volumen de agua [l/m]

32.6 40.8 51.4 61.4 73.6 90.0 102.2

0.835 1.307 2.075 2.961 4.254 6.362 8.203

Estos deben incluirse en el cálculo de la longitud de los pozos. La selección del diámetro del pozo depende del diseño del captador vertical y de las condiciones específicas del terreno. Cuanto menor es el diámetro del pozo, mejor es la transferencia del calor.

geotérmicos. Los materiales de relleno estándar, como la bentonita, tienen una conductividad térmica de 0,7 – 0,8 W/mK; los morteros geotérmicos mejorados térmicamente presentan una conductividad térmica de hasta 2,5 W/mK. De este modo se puede alcanzar una mayor temperatura de la brine o se puede reducir la longitud requerida de la sonda manteniendo la misma temperatura de la brine. El trabajo de relleno de los pozos geotérmicos a través del tubo de inyección debe efectuarse siempre de abajo arriba para evitar la formación de huecos. Los espaciadores entre las tuberías de sonda evitan el contacto térmicos entre el flujo de suministro y de retorno.

Importante ¡El agente anticongelante y el agua deben mezclarse en un recipiente con suficiente capacidad antes de introducir la mezcla en el captador vertical Uponor!

El relleno y compactación del pozo debe hacerse con material de relleno mejorado térmicamente, morteros

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

La prueba de presión debe efectuarse de acuerdo con la norma DIN 4279-1 (o norma local equivalente). Esta prueba se debe realizar antes del

relleno del pozo, para comprobar la estanqueidad y resistencia de las sondas. Durante el trabajo de relleno del material se debe mantener la

Normativa legal Para todos los sistemas de captadores verticales y perforaciones pueden ser necesarias aprobaciones específicas conforme a las normativas locales. Además de las regulaciones locales, se recomienda seguir como referencia las normas VDI 4640 específicas de geotermia.

Instalación sonda Uponor GeoVertis simple U

sonda en carga con el fin de evitar la formación de burbujas de aire en el espacio circular entre la pared de la tubería de la sonda y el material de relleno. La presencia de aire en esos espacios produciría efecto aislante y, por consiguiente, una reducción de la transferencia del calor desde el terreno al fluido caloportador.

Sonda Uponor GeoVertis doble

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Uponor, calidad de materiales PE-Xa Con su larga vida útil y su enorme resistencia, las tuberías Uponor PE-Xa no sólo ofrecen seguridad total de suministro, sino también una excelente relación precio-rendimiento. Las instalaciones ganan fiabilidad y seguridad inigualable durante décadas. Uponor ofrece una garantía prolongada de 10 años, incluida la compensación por daños en casos concretos para el montaje de tuberías PE-Xa sin lecho de arena según la normativa aplicable.

peróxido añadido reacciona en el proceso de fusión, separando parcialmente los átomos de hidrógeno de los átomos de carbono de las cadenas moleculares de polietileno. En esos puntos se produce la interconexión tridimensional de las cadenas moleculares. Se genera así una red tridimensional estable que no se puede “deshacer“. Por ello, las tuberías PE-Xa son especialmente adecuadas para todas las aplicaciones de instalación que implican un esfuerzo del material. Recuperación de pinzamientos con aire caliente

Uponor PE-Xa geotermia permite utilizar el reconocido sistema de unión Uponor Quick & Easy. Además, como segunda opción, las tuberías Uponor PE-Xa se pueden soldar por medio de racores de electrofusión autorizados por Uponor, ofreciendo la misma calidad en la unión igual que de tuberías de polietileno no reticulado. Durante el proceso de fabricación de las tuberías Uponor PE-Xa, las moléculas de polietileno se unen a una red tridimensional consiguiendo un alto grado de reticulación en un procedimiento de fabricación patentado. Gracias a este reticulado, la tubería adquiere unas excelentes propiedades térmicas y mecánicas que la convierten en la mejor opción para aplicaciones exigentes como la geotermia. Las tuberías PE-Xa para geotermia han sido reticuladas a alta presión según el método de frabricación patentado de Engel. En este proceso, el material de polietileno de alta calidad se funde para formar una tubería en las llamadas prensas de extrusión. Debido a la alta temperatura generada en el proceso y la alta presión, el

Cadena molecular "deshecha" a consecuencia de un esfuerzo en el polietileno no reticulado

La estructura molecular del polietileno reticulado PE-Xa no se deshace cuando es sometida a un esfuerzo

A diferencia de las tuberías de polietileno no reticulado, las tuberías de polietileno reticulado presentan lo que se denomina efecto de memoria. Esta es una de las principales propiedades diferenciadoras del material que recupera su forma original casi automáticamente después de una deformación mecánica, expansión, para ajustarse al sistema de accesoriosfittings Q&E de Uponor. Es la única unión natural y “viva” del mercado, ya que no tiene juntas tóricas ni elementos metálicos. Y además, cuanto más tiempo pasa, más tiende el material a recuperar su forma, por tanto, a largo plazo es incluso más segura.

Incluso los eventuales pinzamientos que se pudieran producir durante el montaje, se pueden solucionar calentando la tubería a un máximo de 133 °C.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

El efecto de memoria de las tuberías PE-Xa es el propiedad del material que permite la técnica de unión Quick & Easy exclusiva de Uponor. En este sistema, la tubería PE-Xa se expande mecánicamente con un expandidor manual o a batería, a continuación se inserta el racor o accesorio y, debido al efecto de memoria, el PE-Xa vuelve a recuperar su forma original con la fuerza de cierre necesaria y sin elementos adicionales sobre el racor, de manera natural rápida y segura.

Las tuberías fabricadas en otros materiales plásticos como PE 80 o PE 100 deben instalarse siempre en un lecho de arena, lo que constituye un proceso laborioso y costoso. Por el contrario, las tuberías fabricadas en polietileno reticulado con peróxido PE-Xa son muy dúctiles, se pueden someter a grandes esfuerzos mecánicos e instalar sin necesidad de un lecho de arena o grava conforme a la especiﬁcación DVGW W 400-2. El propio terreno excavado

análisis de resistencia a fluencia de las tuberías en el FNCT (ensayo de resistencia a fluencia por entalla). Este ensayo, específico de materiales plásticos, se mide la resistencia a la tracción de una muestra de material con una entalla o fisura. Para ello se realizan entallas alrededor de una muestra con una profundidad del 10% del espesor del material, y se expone la muestra a una fuerza de tracción dentro de un baño de agua caliente, que simula la duración en el tiempo.

se puede usar directamente para el rellenado y la compactación, lo que ahorra tiempo y dinero. Cuando tuberías de plástico se instalan sin lecho de arena, quedan expuestas a esfuerzos mecánicos y cargas puntuales. El esfuerzo de cargas puntuales sobre la pared exterior del tubo, p. ej. debido a piedras y otros cuerpos, y el esfuerzo tangencial de la tubería debido a la presión interna, actúan a la vez sobre la pared de la tubería. Como se puede ver en la ﬁgura nº1 , las acción de ambas fuerzas se suma en la pared interna de la tubería. En las tuberías de polietileno no reticulado, el resultado es la aparición de concentradores de tensiones que derivan en la aparición

Se mide entonces el tiempo transcurrido hasta que se forma una grieta producida por la entalla, se propaga la grieta y ﬁnalmente estalla la tubería. La comprobación de las tuberías Uponor PE-Xa a una temperatura de

Formación de grietas en tuberías de PE no reticulado 1 Tensión tangencial causada por la presión interna

Instalación de tuberías PE-Xa directamente, sin lecho de arena

El PE-Xa de Uponor para geotermia obtiene los mejores resultados en las cuatro pruebas más importantes: Propagación lenta de grietas: Prueba concluida sin resultados (al cabo de 14,300 h) Propagación rápida de grietas: La prueba S4 no puso de manifiesto ninguna propagación de grietas Resistencia a la fluencia: Un tiempo real de prueba de 30 años da lugar a una vida útil de más de 100 años Rendimiento en caso de exposición a una carga puntual: Ningún efecto, aprobado para instalación sin lecho de arena conforme a DVGW W400-2

Resultado: Propagación de las grietas del interior al exterior como causa típica del daño en las tuberías de polietileno no reticulado convencionales

Suelo

Esfuerzo de fibras exterior causado por cargas puntuales pi

Suma de las fuerzas en la F + F r t pared interna de la tubería

Carga puntual

Ft+ Fr

de grietas en la pared de la tubería, y se propagan hasta el exterior con el paso del tiempo. Provocando, por consiguiente, la rotura del material. El material de las tuberías de geotermia Uponor PE-Xa no se ve afectado por el fenómeno de propagación de grietas gracias a su alto grado de reticulación. Esta ventaja decisiva del material se ha conﬁrmado en pruebas independientes (S4, Notch, FNCTest). A la hora de seleccionar materiales plásticos para aplicaciones de geotermia se debe considerar el

Pared de la tubería

FNCT – σ = 4 N/mm · tiempo de fluencia a υ = 80 °C 80,000

Extrapolado a 80 °C

70,000

PE-Xa

60,000 50,000 40,000 30,000

Prueba a 95 ºC concluida sin estallido

20,000

Estallido

10,000

Estallido PE 80

PE 100

PE-Xa

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

95 °C se dio por concluida al cabo de 14.300 horas sin daños. Extrapolando a la temperatura de prueba de 80 °C, temperatura de ensayo para el PE sin reticulación, esto da lugar a una resistencia a fluencia de más de 70.000 horas, un valor muy superior al rendimiento de los materiales de PE no reticulado más avanzados. Debido a esta alta resistencia a esfuerzos mecánicos y resistencia a propagación de grietas, las tuberías Uponor PE-Xa son especialmente adecuadas para la geotermia: En el proceso de instalación de sondas geotérmicas o captadores verticales, es frecuente que se produzca contacto e impactos entre la sonda y la entrada y paredes de la perforación. Es bastante habitual que se produzcan fisuras y cortes en el material de la sonda geotérmica por la presencia

de elementos metálicos en la entrada de la perforación y/o filos de piedras cortantes en las paredes del pozo. Además de la resistencia a la propagación de grietas, el tubo de geotermia Uponor PE-Xa es capaz de recuperar su forma original tras una elongación que se pueda producir en los trabajos de instalación de la sonda en la perforación. En el caso de los pilotes termoactivos, puede producirse un esfuerzos mecánicos y entallas por filos cortantes al fijar las tuberías a la armadura de acero. Igualmente el material del captador geotérmico puede sufrir daños en los trabajos de introducir la armadura en el pozo del pilote y durante el hormigonado. El exclusivo material para geotermia Uponor PEXa, gracias a sus propiedades de: resistencia mécanica, resistencia tér-

mica, memoria elástica y térmica y resistencia al fenómeno de propagación lenta de grietas, representa la opción más segura y fiable para cualquier instalación de captación geotérmica. La base de un sistema de climatización alimentado por geotermia son los captadores geotérmicos. Aunque los captadores son el elemento base del sistema, en el presupuesto de toda la partida de geotermia (incluida la bomba de calor) habitualmente los captadores suelen representar como máximo el 5%. Por tanto, siendo el componente clave del sistema es conveniente elegir las sondas geotérmicas y captadores más seguros y fiables, con la ventaja de que económicamente no va a tener gran repercusión en el conjunto de la obra.

Quick & Easy Las tuberías Uponor PE-Xa (reticuladas a alta presión según el método de Engel) se caracterizan por tener memoria elástica y térmica. Por tanto, podemos aprovechar esta capacidad para utilizar la tecnología de unión Quick & Easy. Si una tubería Uponor PE-Xa se expande mecánicamente (sin calor) con una herramienta adecuada, el material recuperará su forma original en un breve periodo de tiempo. Aprovechando este efecto memoria el material se une a los accesorios y racores Quick & Easy obteniendo una unión natural y “viva” en el tiempo, es decir, el material del tubo siempre tiene tendencia a unirse con el accesorio debido a su efecto memoria. Por consiguiente, la unión Quick & Easy, a diferencia del resto de uniones existentes en el mercado, es más

segura a lo largo del tiempo que cualquier otro sistema. Con esta tecnología de unión el material de la tubería se convierte en un cierre estanco, se une con la fuerza adecuada y la forma adecuada al racor Quick & Easy, obteniendo una conexión natural y segura al 100% de la tubería de unión sin necesidad de juntas tóricas. La resistencia de la unión Quick & Easy es superior a la resistencia de la propia tubería. El proceso de ejecución de la unión es rápido y sencillo. En primer lugar se coloca el anillo de montaje en el extremo de la tubería para luego expandir el tubo junto con el anillo mediante una sencilla herramienta similar a un taladro de batería. Se acoplan distintos cabezales de dilatación según el diámetro de tubería Uponor PE-Xa con el que estemos trabajando.

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Antes de que el extremo de la tubería empiece a recuperar su forma original, se inserta el racor Uponor Quick & Easy. Ya al cabo de unos segundos, la tubería comienza a recuperar su tamaño original, produciendo una unión natural, estanca, resistente y totalmente segura. Dependiendo de la temperatura ambiente de trabajo, poco después de la ejecución de las uniones se puede efectuar ya normalmente una prueba de presión y estanqueidad. Para aplicaciones de geotermia se encuentra disponible la gama de racores Uponor Quick & Easy fabricados en PPSU. La polifenilsulfona (PPSU) es un material plástico de alto rendimiento que destaca por su gran resistencia mecánica y resistencia a la temperatura.

Introducir el anillo

Expansión de la tubería y el anillo

Inserción en el accesorio Quick&Easy

Planificación de proyectos Organización de proyectos Implementación de proyectos Las tareas de planificación en los proyectos de geotermia se pueden dividir en dos áreas la planificación llamada TBA que concierne el sistema de captación geotérmica, mientras que la planificación TGA incluye las instalaciones técnicas y de servicio del edificio. A continuación se muestra el proceso de planificación, que incluye el contenido y la asignación de tareas para la planificación del sistema de geotermia y la planificación de las instalaciones técnicas del edificio,

con el fin de ofrecer un resumen de las tareas necesarias y proporcionar al técnico una guía para el orden de ejecución de estas tareas. Este plan facilita además la comunicación entre el cliente y los distintos técnicos especializados, así como la supervisión de la finalización de las tareas.

Pasos de planificación 1.

Definición de los aspectos básicos

Planificación preliminar

Ingeniería del diseño

Planificación de la aprovación

Planificación de la ejecución

Preparación de la oferta

Colaboración en el proceso de licitación

Supervisión del lugar de la obra

Mantenimiento del objeto, documentación

Esquema de planificación, Fuente: Manja Gust, HGN Hydrologie GmbH, Niederlassung Magdeburg, 2008

U P O N O R G E OT E R M I A I N F O R M A C I Ó N T É C N I C A 1 1 / 2 0 1 3

Uponor ofrece a los profesionales de la construcción una calidad impecable, los conocimientos técnicos más avanzados y una colaboración a largo plazo. Como empresa líder internacional, somos reconocidos por nuestras soluciones que ayudan a crear un mejor entorno para la vida de las personas. La filosofía Uponor, Simply More incluye servicios para todas las fases del proceso de construcción: desde el primer concepto de un proyecto hasta un edificio en uso. Concepto y planificación

Diseño

Construcción

Edificios en uso

simply more

Uponor Hispania, S.A.U. Oficinas Centrales y Plataforma Logística Polígono Industrial Las Monjas Antigual Carretera de Extremadura, km. 20,700 Senda de la Chirivina, s/n 28935 Móstoles Madrid

T T F E

+34 91 685 36 00 +34 902 100 240 +34 91 647 32 45 atencion.cliente@uponor.com

1059495 – 11/2013 ME – Sujeto a cambios

Fábrica Uponor Polígono Industrial Nº 1, Calle C, 24 28938 Móstoles Madrid

www.uponor.es

www.climatizacioninvisible.com

T +34 91 685 36 00 F +34 91 647 32 45