Termoterra: energía geotérmica de baja entalpía en

Geotermia
Termoterra: energía
geotérmica de baja
entalpía en grandes
proyectos
Actualmente, en España existe un gran interés por el uso de la
energía geotérmica con aplicaciones a la climatización.Aunque
es una tecnología fuertemente desarrollada en otros países
europeos y Norteamérica en nuestro país aun se encuentra en
fase de desarrollo, siendo una energía renovable minoritaria. En
el presente artículo se describen las diferentes etapas necesarias
llevadas a cabo por TERMOTERRA para el diseño y ejecución
de grandes proyectos de aprovechamiento geotérmico
Daniel Muñoz Sanz (Director Termoterra);
Gonzalo Roberto Mayoral Fernández (Jefe de Grupo de Obras);
María Aranzazu Cuesta García (Jefe de Proyecto).
Energía geotérmica de baja
entalpía: situación actual
El rápido crecimiento económico de las
últimas décadas ha propiciado una mejora de las
condiciones económicas de la población, que
demanda, cada vez más, confort tanto en sus
puestos de trabajo como en sus viviendas. Ello
ha ocasionado un incremento de las
necesidades energéticas para climatización de
edificios urbanos e industriales. Además, se
añade la problemática derivada del alza de los
precios de los combustibles fósiles y a la
necesidad de la reducción de emisiones de
dióxido de carbono, en virtud de los tratados
internacionales destinados a combatir el
cambio climático.
Por ello, en los últimos años se ha realizado
un gran esfuerzo en los países desarrollados
para disminuir la dependencia energética
exterior, que se ha traducido en un gran
avance de las energías alternativas tanto en
implantación de las mismas como en
investigación. Por otro lado, se potencia
también que el consumo de energía sea lo más
eficiente posible para así conseguir disminuir la
demanda. El fin de dicho esfuerzo es disponer
de unas fuentes de energía alternativa y
sistemas de consumo más eficientes, capaces
de reducir la dependencia energética exterior
así como las emisiones de gases contaminantes
y de efecto invernadero.
Entre las energías renovables minoritarias se
encuentra la Energía Geotérmica, definida
como la energía almacenada en forma de calor
en el interior de la Tierra. La energía geotérmica
se puede aprovechar de diversas maneras en
función de las características del subsuelo.Así se
puede aprovechar el calor directamente para
obtener agua caliente, para generar energía
eléctrica, uso directo de aguas hidrotermales,
etc. Como hemos dicho, dicha energía está en
forma de calor, por lo cual podemos, en función
de la temperatura del subsuelo (profundidad)
clasificarla en cuatro categorías; muy baja
temperatura, baja temperatura, media
temperatura y alta temperatura. Cada categoría
abre un amplio abanico de diversos usos.
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Geotermia
Dentro de la categoría de baja temperatura
(<30ºC) o de “baja entalpía” se abre la
posibilidad del uso del subsuelo como elemento
intercambiador de calor para climatización tanto
doméstica como pública. Para ello, se requiere el
uso de bombas de calor y tiene la ventaja de que
se puede utilizar en prácticamente cualquier
lugar, siempre que posea una conductividad
térmica apropiada. El intercambiador geotérmico,
sistema que extrae o disipa calor en el subsuelo,
puede tener diversas configuraciones, aunque el
más difundido por su mayor rendimiento y
eficiencia es el consistente en una serie de
perforaciones verticales. Este sistema permite
cubrir las demandas de calefacción, refrigeración
y agua caliente sanitaria, según las necesidades
térmicas del edificio en cada momento del año
con una mayor eficiencia energética que otros
sistemas convencionales.
Esta tecnología comenzó a utilizarse hace
40 años, estando completamente desarrollada
en la actualidad. En Norteamérica y Europa
está muy difundida y países como Alemania,
Suecia, Holanda, Suiza o Austria han
incrementado notablemente el número de
instalaciones de este tipo en los últimos años
mejorando su eficiencia energética gracias a las
ventajas que presenta frente a las tecnologías
convencionales y otras energías renovables. De
hecho, en Europa hay más de 800.000
instalaciones en funcionamiento.
En España, es una tecnología recién llegada
pero de la que se prevé un crecimiento
exponencial en los próximos años.
Concretamente, en los dos últimos años en
nuestro país se ha generado un gran interés por
esta tecnología tanto por el sector privado
como por el público, produciéndose un
importante desarrollo de la misma.
TERMOTERRA, líder en el mercado español, ha
llevado a cabo ya importantes obras
geotérmicas de la que es especialista tanto en el
diseño como en la ejecución de instalaciones
geotérmicas “llave en mano”. El diseño y la
ejecución son dos factores determinantes para
el correcto funcionamiento de una instalación
geotérmica de gran tamaño.
una primera aproximación, estamos hablando
de una instalación que solo es viable desde el
punto de vista técnico mediante un
intercambiador, compuesto por sondeos
verticales que para dicha potencia puede
sumar más de 2.000 m de perforación (20
sondeos de 100 m, por ejemplo).
Generalmente,
estas
instalaciones
corresponden a edificios colectivos, tales como
hospitales, edificios de oficinas, polideportivos,
centros comerciales, centros educativos,
edificios oficiales, etc.; así como instalaciones
industriales y urbanizaciones completas (bien
bloques de pisos o bien de viviendas
unifamiliares).
El primer paso para un correcto diseño del
sistema debe ser la realización de un estudio
de viabilidad. Para tal estudio resulta
imprescindible disponer de datos energéticos
del edificio, es decir, el perfil de cargas y
demandas. Con dicha información y las
características geológicas de la ubicación,
TERMOTERRA determina el porcentaje de
demanda térmica a cubrir por el sistema, el
diseño del sistema geotérmico y su integración
en el sistema de climatización del edificio así
como el tiempo de amortización real
resultante. También se obtiene información
muy relevante como el ahorro energético
derivado, la reducción de emisiones
contaminantes, los trámites legales necesarios
o las subvenciones disponibles.
Diseño de la instalación
geotérmica de gran tamaño
Solemos definir una instalación geotérmica
de gran tamaño como aquella destinada a
suministrar más de 100 kW de potencia. En
Equipo ERT realizando mediciones en obra
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Sonda de perforación
El siguiente paso consiste en la realización de
un sondeo geotérmico piloto y su
correspondiente ensayo de respuesta térmico
ERT (también conocido como TRT - Thermal
Response Test). Durante el ensayo se produce la
circulación de un fluido portador de calor a
través de la sonda durante 48-72 horas y se
monitoriza la temperatura de entrada y salida al
sondeo. El ERT es un procedimiento
experimental que permite determinar “in situ”
la conductividad térmica (λ) del subsuelo. Una
condición importante es que durante todo el
período del experimento la potencia de
inyección de calor sea constante y conocida.
Mencionar que el sondeo piloto se realiza en el
futuro campo de sondeos y se realiza con el
mismo tipo de sonda, diámetro y relleno que
los sondeos constructivos, con lo cual se
asegura un comportamiento igual al que
tendrán los futuros sondeos.
Con los resultados obtenidos en el ensayo y
el perfil de cargas y demandas de climatización,
TERMOTERRA realiza una simulación y
modelización del sistema para dimensionar el
proyecto. De esta forma, se optimiza al máximo
el proyecto en función de las propiedades del
terreno, evitando así tanto posibles
sobredimensionamientos
y
extracostes
innecesarios como posibles pérdidas de
rendimiento por un comportamiento del
terreno peor al supuesto inicialmente. Por
tanto, es de suma importancia la realización del
ERT y su correcta interpretación.
Una vez completadas todas las fases
anteriores se concreta el diseño final de la
instalación y, finalmente, la ejecución
geotérmica completa.
Ejecución de la instalación
geotérmica de gran tamaño
TERMOTERRA
es
especialista
en
perforación geotérmica y es capaz de integrar
todos los mecanismos del sistema geotérmico.
Utiliza materiales de alta calidad siguiendo las
normas europeas existentes para una correcta
ejecución. TERMOTERRA es consciente de que
sólo de esta manera se garantizarán sistemas
económica y técnicamente satisfactorios sin
futuros efectos negativos sobre el medio
ambiente y un perfecto funcionamiento a lo
largo del tiempo.
Una vez decidido el tamaño del
intercambiador geotérmico (número de
sondeos, profundidad y espaciamiento), se debe
diseñar el campo de sondeos, teniendo en
cuenta los posibles obstáculos presentes en
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dicho campo así como las interferencias con
otros trabajos en caso de que se deba realizar el
capítulo de geotermia coincidiendo con otras
fases de la obra (tales como cimentaciones, etc.).
Para la ejecución de la perforación geotérmica
vertical TERMOTERRA dispone de equipos de
perforación diseñados específicamente para
geotermia,permitiendo alcanzar profundidades de
hasta 200 m en cualquier tipo de terreno. Para
ello se utilizan las máquinas más modernas, con
capacidad para perforación a rotopercusión o
simple rotación tanto en forma hidráulica como
neumática, con o sin circulación de lodos. El
cambio de un modo a otro se puede realizar
sobre la marcha de forma que la aparición de agua
o un terreno difícil que implique dicho cambio, no
supone una paralización del sondeo. Su doble
cabezal permite perforar simultáneamente con
encamisado lo cual supone una reducción de los
tiempos de perforación y un mayor rendimiento.
De esta forma se puede afrontar cualquier tipo de
terreno sin las limitaciones que otras
perforadoras, tales como las neumáticas, pueden
llegar a tener y que en muchos casos obligarían a
una menor profundidad de perforación o a un
coste extra para el cliente.
En cuanto a las sondas instaladas,
TERMOTERRA utiliza sondas construidas
específicamente para geotermia, según las
normativas de los países europeos en las que se
fabrican. Su instalación se realiza siguiendo
también la normativa europea y las indicaciones
del fabricante. De esta forma se garantiza un
correcto intercambio energético y una larga vida
útil de los sondeos. En cuanto al relleno de los
mismos, se suele realizar con una mezcla de
cemento-bentonita de alta conductividad
térmica especial para geotermia que también
viene preparada, con lo que se evita el riesgo de
una incorrecta mezcla por fallos en la
dosificación de los componentes cuando se
realiza in situ en obra.
Disposición de trabajo del equipo de perforación
Este factor es de suma importancia en
grandes proyectos como hospitales, centros
comerciales, urbanizaciones, etc. donde una
planificación de obra poco adecuada puede
influir negativamente tanto en los plazos como
en los costes de ejecución.
Una vez realizadas las perforaciones se
procede a la conexión de los mismos con los
colectores que han de unir el campo de sondeos
con la sala técnica. Para dicha conexión se
realizan una serie de zanjas que unen los sondeos
individuales con las arquetas de conexión. Dichas
arquetas vienen ya prefabricadas en polietileno y
a medida del proyecto en cuestión, cumpliendo la
misma normativa europea que las sondas. De
dichas arquetas salen los colectores principales
que unen ya el campo de sondeos con la sala
técnica. La distribución de sondeos por arqueta
de conexión obedece también al diseño de la sala
técnica, en función del número de bombas de
calor y las diferentes potencias que puedan
tener.
Un factor que no es tenido en cuenta y que
supone muchas veces un sobrecoste para el
promotor, más elevado cuanto más importante
es el proyecto,son una serie de medios auxiliares,
tales como el suministro de agua y la gestión de
lodos. En los proyectos de TERMOTERRA son
tenidos en cuenta en el diseño, los costes y la
planificación de la obra, dando recomendaciones
al promotor para un abaratamiento de los costes
que suponen o pudiendo también incluirse en los
trabajos a efectuar por TERMOTERRA.
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Arquetas y
distribuidores
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bomba de calor independiente para ella
conectada a una parte del campo geotérmico
y de una potencia acorde a las necesidades de
dicho ala. De esta forma se podría realizar
simultaneidad en la climatización. Del diseño
de la sala técnica también depende la
posibilidad de disponer de:
Colectores
horizontales entre
el campo de
sondeos y
distribuidores
1) Calefacción activa, o uso de la bomba de
calor para calefacción.
2) Refrigeración activa, o uso de la bomba de
calor para refrigeración.
Con esta operación, el intercambiador
geotérmico queda completado. Recalcar que en
todo el proceso se ha realizado un exhaustivo
control de calidad, de forma que a cada sonda
se le hacen hasta 3 pruebas de presión con el
fin de controlar que la instalación ha sido
correcta y no existe ningún fallo.
Finalmente se realiza el montaje en la sala
técnica. La sala técnica no es más que el lugar
en el que se disponen las bombas de calor
geotérmicas y se conectan al intercambiador
geotérmico. El diseño de la instalación
contenida en dicha sala es muy importante, ya
que de él depende que se pueda obtener el
máximo rendimiento del campo de sondeos. El
número y potencia de las bombas de calor a
instalar depende no únicamente de la potencia
total a suministrar, si no también de la
geometría del edificio a climatizar y del modo
de funcionamiento de dicha climatización. Así,
por ejemplo, si el edificio tiene dos alas
diferenciadas con distintas necesidades de
climatización, es lógico que cada una tenga una
3) Refrigeración pasiva, o uso directo del fluido
proveniente del intercambiador para
refrigeración sin necesidad de uso de la
bomba de calor (free cooling).
4) Carga como fuente, o uso del sistema para
intercambios térmicos entre diferentes
partes del edificio.
Además de las cuatro formas de trabajo
indicadas, se puede realizar un estudio más
amplio que permita combinar la energía
geotérmica con otros sistemas tales como la
energía solar térmica y compatibilidad con
diseños
ecoeficientes,
o
bien
el
aprovechamiento de sinergias con edificaciones
adyacentes que permita cubrir las necesidades
de climatización de terceros obteniendo como
beneficio un mejor rendimiento del sistema y un
alargamiento de la vida útil técnica del mismo.
Una vez finalizado el montaje de todo el
sistema y conectado al sistema de
climatización, se procede a las pruebas finales
y la puesta en marcha a cargo de técnicos
especializados de TERMOTERRA.
3 equipos de perforación trabajando simultáneamente
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En todas las actividades del proyecto descritas, e
integradas con ellas, se efectúa una escrupulosa
observación de las normas de seguridad y salud en el
trabajo así como de la gestión de residuos y respeto al
medioambiente y de directrices para asegurar la
calidad total.
Conclusiones
Como resumen, los pasos que sigue TERMOTERRA para
el diseño e instalación de un sistema de aprovechamiento
geotérmico “llave en mano” constan de las siguientes fases:
Fase 1. Diseño.
n Pre-diseño del sistema geotérmico en función de las necen
sidades de climatización y de las características del subsuelo. Opcionalmente estudio de sinergias con terceros.
n Ejecución de sondeo piloto y ERT.
n
n Simulación y diseño definitivo del sistema geotérmico:
n
sondeos, conexiones horizontales y sala técnica.
Fase 2. Ejecución del intercambiador
geotérmico.
n Decisión del tipo y nº de equipos de perforación.
n
n Planificación de la perforación.
n
n Planificación conexiones horizontales (colectores y disn
tribuidores).
n Establecimiento de necesidades de suministro de maten
riales y consumos y organización de suministros.
n Adecuación del espacio de trabajo.
n
n Ejecución de sondeos.
n
Fase 3. Montaje de la sala técnica.
n Planificación de la sala técnica (bomba de calor, válvulas
n
de regulación y de seguridad, tanques de inercia, etc.).
n Montaje de la sala técnica.
n
Fase 4. Puesta en marcha.
n Comprobaciones y chequeos finales.
n
n Puesta en marcha.
n
n Elaboración de manual de procesos.
n
En resumen, TERMOTERRA es consciente de que para
garantizar un sistema de aprovechamiento geotérmico
eficaz a sus clientes, siguiendo criterios de ahorro y
eficiencia energética, es necesario llevar a cabo todas las
fases del proyecto geotérmico, desde el prediseño,
pasando por el estudio de viabilidad y el ensayo de
respuesta térmico, hasta el diseño final de la instalación y
su construcción. Con ello se evitan divergencias entre
diseño teórico/realidad técnica, o entre el sistema de
intercambio geotérmico y la sala técnica que podrían dar
lugar a pérdida de eficiencia y merma del rendimiento.
También se evitan incrementos notables de costes y
plazos de ejecución.
www.termoterra.es
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