Pilotes termoactivos

60
SOSTENIBILIDAD
Energía geotérmica en la cimentación:
Pilotes termoactivos
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
Pilotes en edificaciones. Se integran
tubos para la captación de energía
geotérmica en los pilotes.
Cortesía Rehau
noticreto 118 mayo / junio 2013
61
sostenibilidad
La cimentación termoactiva es una tecnología aplicable a los elementos de las estructuras de concreto armado en las cimentaciones especiales, (pilotes, pantallas
y losas), utilizada para obtener energía para climatización
de edificios utilizando el calor del subsuelo. Estas cimentaciones aprovechan la temperatura del terreno para aumentar el rendimiento de las bombas de calor geotérmicas (BCG). Tales bombas funcionan bajo dos modalidades
fundamentales: en modo calefacción, donde el calor del
subsuelo se transfiere al edificio, y en modo refrigeración
que, a la inversa, elimina el calor generado en el edificio y
lo conduce al subsuelo.
En estas estructuras de concreto armado, el intercambio geotérmico se puede realizar por medio de un
circuito cerrado instalado en las armaduras de la cimentación. El circuito cerrado está formado por tubos de PEAD
“sondas geotérmicas”, a través de los cuales circula agua o
agua con anticongelante, produciendo un intercambio de
calor entre el fluido y el terreno. El líquido se conduce a
una BCG y la energía que se genera es suficiente para la
climatización completa de un edificio.
Los desarrollos de esta generación de energía geotérmica asociada a las cimentaciones se están utilizando en
España y otros países para proyectar y ejecutar instalaciones de ahorro y aprovechamiento energético. Ante la necesidad de disponer de procedimientos para la ejecución de
pilotes y pantallas termoactivas y su caracterización térmica se hace necesario realizar una serie de pruebas en obra,
con la finalidad de verificar el comportamiento térmico de
los dos tipos mencionados de cimentación termoactiva.
Estructura
de refuerzo
LA REVISTA
DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN edificación y el abastecimiento de agua caliente y sanitaria,
de pilotes con tubos para
pero deja la puerta abierta a otras energías renovables y a
la captación de energía
otras alternativas de ahorro energético, entre las cuales cageotérmica.
Cortesía Rehau
Esquema de
funcionamiento de los pilotes
termoactivos.
Energía geotérmica
En España, el Código Técnico de la Edificación (CTE),
DB-HE Ahorro de Energía exige la aplicación mínima de
energías térmicas renovables (solar y fotovoltaica) para la
Tomada de Pilotes y pantallas
termoactivas: Proceso
constructivo y caracterización
térmica
ben las instalaciones para el aprovechamiento de energía
geotérmica.
Al margen de la energía geotérmica procedente de
volcanes y aguas termales, la energía geotérmica de muy
baja entalpía (T < 25 °C) se fundamenta en la capacidad
que tienen el suelo y subsuelo para acumular el calor del
sol, manteniendo su temperatura constante a lo largo del
año, a partir de determinada profundidad. Una instalación geotérmica es, por lo tanto, una fuente de energía
renovable sostenible y limpia.
Pilote
Armadura
Tubos
Intercambiadores
de calor
5
3
4
2
1
1
1
noticreto 118 mayo / junio 2013
1. Pilotes Intercambiadores
2. Conexiones horizontales
3. Colector
4. Conducto principal
5. Bomba de calor
62
SOSTENIBILIDAD
En regiones de España donde se efectúan valiosos estudios al respecto, la temperatura del subsuelo comienza a tener cierta estabilidad a partir
de 5 m de profundidad, con independencia de las
condiciones meteorológicas exteriores. A partir de los
15 m la temperatura se equilibra en torno a los 17 °C,
fluctuando cada vez menos con la profundidad y aumentando en función del gradiente geotérmico. La
consiguiente estabilidad térmica supone que en verano el subsuelo esté considerablemente más fresco
que el ambiente exterior y en invierno tenga una
temperatura mayor que la intemperie.
Tipos de pilotes termoactivos
Los pilotes termoactivos se definen como una
cimentación profunda (función resistente) con
la capacidad de realizar intercambio geotérmico
(función térmica) con el subsuelo y el agua subterránea.
Frente a las cimentaciones termoactivas se han desarrollado dos líneas de actuación, clasificadas según el procedimiento constructivo de los pilotes termoactivos:
• Pilote termoactivo vaciado in situ.
• Pilote termoactivo prefabricado hincado.
Ensayos
Comparación de
ensayos realizados a
pilotes termoactivos
fundidos en sitio y
prefabricados hincados.
Tomada de Pilotes y
pantallas termoactivas:
Proceso constructivo y
caracterización térmica
En España, los ensayos con pilote vaciado in situ se realizaron
en el Edificio Departamental de las Facultades de Psicología y
Ciencias Sociales en el Campus de Tarongers de la Universidad de Valencia.
En cuanto al pilote termoactivo prefabricado hincado, las
pruebas se desarrollaron en dos etapas: en la primera se fabricaron 8 pilotes de sección cuadrada y en la segunda se hincaron cuatro de estos pilotes en un lote del Polígono Industrial
Ibaiondo, en Hernani.
A continuación se presenta una comparación entre los
ensayos realizados a pilotes termoactivos fundidos in situ y
prefabricados hincados:
PILOTE TERMOACTIVO VACIADO “IN SITU”
PILOTE TERMOACTIVO PREFABRICADO HINCADO
1. PROCESO CONSTRUCTIVO
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO
Litogia: Gravas y arenas con intercalaciones de niveles limo-arcillosos con arenas
Nivel Freático: -5,50 m
Calidad del agua: Débilmente agresiva por sulfatos (Qa)
Litogia: Depósitos aluviales finos, limosos arenosos,
y gruesos, gravas y bolos
Nivel freático: -5,00 m
Calidad del agua: No agresiva
CARACTERÍSTICAS DEL PILOTE
Tipo de pilote: Hormigonado in situ
Perforacion: Barrena Helicoidal
Diámetro perforación: 620 mm
Profundidad de perforación: 24 m
Armadura: 2 tramos de 12 m, con solape de 1 m
Sondas geotérmicas: 2 sondas de 32 x 2,9 mm
Profundidad efectiva de transmicion de calor: 23 m
Introducción de la armadura: Vibrador
Tipo de Pilote: Prefabricado de sección cuadrada
Sección: 300 x 300 mm
Longitud: 12 m
Armadura: 1 tramo de 12 m , con Azuche y Zuncho
Sondas geotérmicas por pilote: 1 sonda de 32 x 2,9 mm
Pilotes hincados: 4
Pilotes ensayados: 3 pilotes de los 4 hincados
Profundidad efectiva de transmisión de calos: 3 x 11,5 = 34,5 m
Distancia en centros de pilote: 1 m
2. CARACTERIZACIÓN TÉRMICA
ENSAYO 1: INYECCIÓN
ENSAYO 1: INYECCIÓN
Flujo de agua inyectado: 0, 3 m3/h
Salto térmico mantenido: 3 °C
Potencia inyectada: 1.391,63 W
Potencia inyectada por metros de pilote: 60,50 W/m
Tiempo de ensayo: 126 horas
Flujo de agua inyectado: 0, 6 m3/h
Salto térmico mantenido: 3 °C
Potencia inyectada: 2.087,45 W
Potencia inyectada por metros de pilote: 60,49 W/m
Tiempo de ensayo: 69,5 horas
ENSAYO 2: INYECCIÓN
ENSAYO 2: INYECCIÓN
Flujo de agua inyectado: 0, 6 m /h
Salto térmico mantenido: 3 °C
Potencia inyectada: 2.087,45 W
Potencia inyectada por metros de pilote: 90,75 W/m
Tiempo de ensayo: 71,20 horas
Flujo de agua inyectado: 0, 3 m3/h
Salto térmico mantenido: 3 °C
Potencia inyectada: 1.045,00 W
Potencia inyectada por metros de pilote: 30,28 W/m
Tiempo de ensayo: 63,5 horas
3
3. CONCLUSIONES DEL ENSAYO
El pilote es capaz de absorber la potencia de 60 W/m de una manera satisfactoria a lo largo de un pulso sostenido de inyección de mas de 4 dias , obteniéndose unas temperaturas de trabajo en un rango inferior a 30 °C , muy
satisfactorios para el rendimiento de un sistema basado en bombas de calor.
Para una potencia inyectada de 90 W/m las temperaturas obtenidas muestran una
más rápida saturación térmica del pilote, por lo que se obtienen unas temperaturas
de trabajo de bomba de calor menos eficientes.
En la tipología de pilotes prefabricados, como tienen poca profundidad efectiva (unos
12 m), el intercambio de calor se ve condicionado por la evolución de la temperatura
ambiente.
La selección de los ratios de potencia inyectada para cada ensayo se ha realizado con los
siguientes criterios:
- 60 W/m en condiciones de temperatura ambiente favorable ”modo refrigeracíon”
(inyección). El ensayo ha demsotrado que el pilote es capaz de absorber los 60 W/m
inyectados.
- 30 W/m en condiciones de temperatura ambiente desfavorable ”modo calefacción”
(extracción). En el ensayo de extracción tampoco se ha observado saturación térmica del
terreno para una potencia de 30 W/m.
noticreto 118 mayo / junio 2013
En las pruebas ambos tipos de pilotes obtuvieron resultados muy
positivos. Lógicamente, en algo se resiente la eficiencia energética de la
energía geotérmica cuando la profundidad de las sondas es moderada
y, por lo tanto, es mayor la exposición a las variaciones externas de
la temperatura del subsuelo. Sin embargo, es posible incrementar la
superficie de captación utilizando las perforaciones de la cimentación
del edificio.
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
GRÚAS Y EQUIPOS
Ensayos realizados a los pilotes vaciados en sitio en la Universidad de
Valencia.
Cortesía Energesis
64
SOSTENIBILIDAD
Hay un inconveniente atribuible a los aprovechamientos geotérmicos, que son las grandes inversiones
iniciales en infraestructura e instalaciones, en comparación con otros métodos. Esta desventaja puede compensarse si desde el proyecto tenemos en cuenta que la función de los cimientos no se limita a sustentar el edificio,
sino que también pueden ser elementos intercambiadores de calor con el terreno.
Un buen ejemplo de ello es el centro comercial
Atrium de Villach. Se encuentra ubicado en Austria y
ha merecido varios reconocimientos nacionales e internacionales, entre ellos el Energy Globe Award y el Premio
Trigos para la ecología pues, además de reducir considerablemente (en 50%) el consumo energético, también
evita emitir a la atmósfera cada año 500 toneladas de
dióxido de carbono.
Bibliografía
Centro Comercial Atrium
de Villach, en Austria, cuya
cimentación está compuesta
por pilotes y pantallas
termoactivas.
© Thomas Jantscher
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
noticreto 118 mayo / junio 2013
• Pilotes y pantallas termoactivas. Proceso constructivo y
caracterización térmica. Alberto Mazariegos, Luis Carlos
Antón, Rodrigo Valle, Javier Urchueguia, Salvador Quilis,
Salvador Martínez y Teresa Magraner.
• http://content.yudu.com/Library/A1g0u0/RevistaNoticias123/
resources/28.htm
• http://www.greenbarcelona.com/2013/03/las-cimentacionestermoactivas.html
• http://www.tgcom24.mediaset.it/green/articoli/1067094/
shopping-center-eco-grazie-al-calore-della-terra.shtml.
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN