Dimensionamiento de sondas geotérmicas mediante TRT (Test de Respuesta

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Geotermia
Dimensionamiento de
sondas geotérmicas
mediante TRT (Test
de Respuesta
Térmica)
Daniel Trisant, SIALTEC Geólogo Consultor. ITMinas
El artículo recoge al análisis de distintos cálculos geotérmicos
para dimensionar un campo de sondas geotérmicas , variando
el valor de las variables de Tª y conductividad térmica (λ), y
comprobando los valores límite para una justificación
económica
En una instalación geotérmica, se da la
singularidad de que conviven dos partes de
naturaleza distinta y condenadas a interactuar,
por una parte la instalación de calefacción
interior que puede tener un rango de
variabilidad tan amplio como permita el
presupuesto y el mercado, y por otro los
intercambiadores geotérmicos que estarían
influidos por la termogeología del lugar que es
obvio que no se puede escoger.
Dimensionamiento sondas
geotérmicas con TRT
Tomamos como ejemplo un edificio que se
pretende calentar con bomba de calor
geotérmica. Las cargas térmicas serían pues de
sólo de inyección de calor, arrojando un
cómputo final de energía de 100.000 kwh/año.
Para llevar a cabo el proyecto se escoge una
bomba de 40 Kw de potencia calorífica.
Es, pues, de vital importancia
dimensionar los intercambiadores geotérmicos
con la misma exactitud con que decidimos el
tipo de aislamiento o las características técnicas
de la bomba de calor.
Mediante bibliografía obtenemos que la
geología local se compone de calizas masivas
con valores termogeológicos de 2,4 W/m.K de
conductividad térmica y capacidad volumétrica
calorífica 2,3 MJ/m3.K; igualmente otro valor
que obtenemos de la literatura és la
temperatura del suelo 14ºC en este caso.
Llegados a este punto, cuando
tenemos determinado el emplazamiento, y el
tipo intercambiadores geotérmicos, en este
caso verticales, en el momento de llegar la
empresa de perforación le facilitaríamos un
planos con unas cruces y una profundidad y ya
está. Esto seria lo ideal, pero para llegar a este
resultado, antes hay que dimensionar
correctamente todo el campo de sondas
teniendo en cuenta todas las variables, para al
final obtener una instalación eficiente
energéticamente que es de lo que se trata.
Junto a estos valores del lado más
conservador y utilizando el programa Earth
Energy Design v. 3.15, configuramos el resto de
valores más estandard:
EED Version 3.15 - www.buildingphysics.com
- license for Daniel Trisant, Sialtec
1)
VALORES CALCULADOS TEORICO
Longitud total del pozo
agosto 2010
30
738.88 m
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optimistas y con un valor estandard de
extracción de potencia calorífica de 50 W/m se
dimensiona un campo de sondas geotérmicas
puede que el TRT no sea rentable, pero evita el
colapso de la instalación infra-dimensionada. A
modo de resumen, y para el ejemplo anterior, en
la Tabla 2 se compara el resultado de los dos
dimensionamientos con TRT y software de
cálculo de modelos de simulación numérica y
por otro lado con cálculos sencillos.
CARGA BASE: AÑO 50
Temperatura de fluido mínima media 2.79 °C
al final de DIC
Temperatura de fluido máxima media 9.96 °C
al final de SEP
Tabla 1
Fuente:
Cálculos EED v 3.15
Tabla 2
2) VALORES CALCULADOS CON TRT
( Conductividad 3.0 W/m.K y Tª suelo
14ºC)
Longitud total del pozo
599.07 m
CARGA BASE: AÑO 50
Temperatura de fluido mínima media 3.13 °C
al final de DIC
Temperatura de fluido máxima media 10.75
°C al final de SEP
Rojo: bomba de calor 40 Kw;COP 4; malla
rectangular 6 sondeos 6m x 100m
Conclusiones
La realización de un Test de Respuesta
Térmica es rentable a partir de unos 700 m de
perforación en calefacción, teniendo en cuenta
que el sondeo realizado se incorporará al
campo de sondas geotérmicas en la fase de
ejecución del proyecto, con lo que los gastos
son la ejecución del TRT y la ida de una
movilización de equipos de perforación. Aparte
de los metros, en distintas normas europeas a
partir de 30 kw de potencia se recomienda
hacer un ensayo.
A modo de resumen en la Tabla 1 podemos
analizar una serie de valores cruzados de
manera que para distintas temperaturas y
conductividades obtenemos distintos metros de
perforación. Para un valor teórico dado, el
ensayo de campo puede ratificar estos valores
pre-calculados, con lo cual el ahorro no existe,
es cero, más el gasto del ejecución del TRT. Pero
también se puede observar como con una
diferencia combinada de Tª y λ las diferencias a
favor del ahorro aumentan notablemente.
De todos modos lo más rentable es que la
instalación funcione bien gracias a que se han
echo los cálculos correspondientes y un buen
dimensionamiento para que la eficiencia
energética sea la máxima y redunde en un COP
nominal constante de las bombas de calor a lo
largo de todos los años estipulados para el
funcionamiento de la instalación.
En el caso contrario y extremo, cuando las
aproximaciones teóricas son demasiado
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