Instalación de energía geotérmica en viviendas

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Ruiz Pagán, Pablo
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Presentación del
Trabajo Final de Carrera
Elijo este trabajo ya que llamó mi atención que una energía renovable, tan
provechosa en edificación, fuera algo que se utiliza en nuestro país de forma casi nula.
Viendo las ventajas que este tipo de instalación puede otorgar tanto a la vivienda como
al entorno quise profundizar en él y por ello lo expongo de la siguiente manera:
El trabajo que presento a continuación consta de diez apartados que tratan de
mostrar de la forma más detallada posible los beneficios de una edificación que
obtenga su energía a través de una fuente infinita, la energía geotérmica.
A lo largo del trabajo se muestran aspectos descriptivos que van desde los
fenómenos naturales que esta energía origina en la tierra, explicación de los distintos
procesos para la obtención de calor, breve reseña sobre la historia del
aprovechamiento del calor presente en el subsuelo. Pasando por cuestiones en las
que me centro como por qué elijo este tema, por qué es importante tener en cuenta las
energías renovables o por qué un arquitecto técnico debe inclinares hacia una
edificación eficiente.
Y llegando a aspectos más relevantes como son, dentro de los conocimientos
adquiridos durante mis años de carrera, la instalación de viviendas que gozan de dicha
energía, teniendo en cuenta los distintos problemas con los que nos podemos
encontrar en la dirección y ejecución de la obra así como las diferentes variantes que
podemos elegir para la conducción del calor del subsuelo a la vivienda.
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Tratando a lo largo de este proyecto de demostrar que esta energía casi
desconocida es un recurso asequible, rentable y ecológico.
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PRESENTACIÓN
ÍNDICE
2
Historia de la energía geotérmica………………………………………...………13
3
Definición de energía geotérmica………………………………………...………17
3.1 Definición de e. geotérmica………………………………………..……...………18
3.2 Aplicaciones y tipos de energía geotérmica……..………………………………18
3.3 Los recursos geotérmicos…………………………………………………………20
3.3.1. Recursos de muy baja temperatura……………………………..……………20
3.3.2. Instalaciones de muy baja temperatura………………...………………..22
3.3.2.1.
Colectores horizontales enterrados………….……………22
3.3.2.2.
Sondas geotérmicas………………………………………...23
3.3.2.3.
Sondeos de captación de agua someros…………………27
3.3.2.4.
Cimientos geotérmicos……………………………..………28
4
La energía geotérmica en España……………..…………………………………31
4.1. Energía geotérmica de muy baja temperatura………………………………32
6. Elementos de la instalación……………………………………………….……….…35
5.1. Bomba de calor…………………………………………………………………...…36
5.1.1. ¿Cómo elegir una bomba de calor geotérmica? ……………………..…40
5.2. Intercambiadores….………………………………………………………….…..…41
5.2.1. Sondas geotérmicas………………………………………………….…..…41
5.2.2. Intercambiador horizontales geotérmicos………………………….….…44
5.2.3. Tubos intercambiadores (pilotes energéticos)……………………………46
5.3. Agua gliconada………………………………………………………………..….…48
5.3.1. ¿Qué es el glicol? …………………………………………………..………48
5.3.2. ¿Cómo se fabrica? ……………………………………………………….…48
5.3.3. ¿Por qué es necesario en glicol (anticongelante)? ……………..………48
5.3.4. ¿Cuál es debe ser la proporción agua-glicol?……………………………48
5.4. Sistemas de calefacción/climatización……………………………………………49
7.
Dirección y ejecución de la unidad de obra……………………………………….52
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1. Introducción……………………………………………………………………………….1
1.1. El calor de la tierra……………………………………………………………………1
1.1.1 El flujo de calor terrestre……………………………………………………….2
1.1.2 La propagación de calor en la tierra………………………………………….3
1.1.3 Manifestaciones geotérmicas……………………………………………….…4
1.2. El consumo energético…………………………………………………………….…7
1.3. ¿Por qué un arquitecto técnico se decide a emprender un proyecto sobre
energía geotérmica? …………………………………………………………...……9
1.3.1. Energía renovable……………………………….……………………………9
1.3.2. Energía limpia…………………………………………………………………9
1.3.3. Energía económica…………………………………..…………………...…10
1.3.4. Energía eficiente…………………………………………………….....……10
1.3.5. Energía continua……………………………………………………….……11
1.3.6. Energía para todo el mundo……………………..…………………………12
1.3.7. Energía local…………………………………………………………...……12
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6.1. Manual de instalación y dirección para el arquitecto técnico………………..…52
6.1.1. Justificación del apartado…………………………………………….…..…52
6.1.2. Trabajos previos……………………………………………………..…….…53
6.1.3. Análisis del proyecto…………………………………………………………53
6.1.3.1. Edificaciones existentes……………………………………………..54
a) Con terreno suficiente……………………………………………...…54
b) Sin terreno suficiente……………………………………………….…56
6.1.3.2. Edificaciones nuevas……………………………………………..….59
a) Con terreno suficiente…………………………………………….…..59
b) Sin terreno suficiente……………………………………………..…..61
6.1.3.3. Componentes para instalaciones…………………………………..62
a) Colector de distribución …………………………………………..…62
b) Dispositivos de corte y equilibrado………………………………….63
c) Colector porta instrumentos…………………………………………64
6.2. Listas de chequeo para la ayuda en la dirección de la ejecución……………65
6.2.1. Listas de chequeo generales…………….……………………...…………65
6.2.2. Lista de chequeo para intercambiadores horizontales……………….….67
6.2.3. Lista de chequeo para sondas geotérmicas…………..…..………..……68
6.2.4. Lista de chequeo para pilotes energéticos………………....…………….69
6.3. Mantenimiento……………….............……………………………...……..………69
8. Propuesta de instalación de energía geotérmica…………………………………74
8.1. Memoria descriptiva de la vivienda………….…………………………….………74
8.2. Memoria constructiva de la vivienda………………………………………………77
8.3. Calculo de demanda energética………………………………………..…………81
8.3.1. Climatización…………………………………………………………………81
a) Punto de confort………………….……………………………………81
b) Necesidades de refrigeración…….……………………….…………82
c) Necesidades de calefacción…………………………………………85
8.4. Propuesta de instalación de energía geotérmica.………………………….……87
8.4.1. Sistema de captación ………………………………………………………87
8.4.2. Bomba de calor geotérmica……….…………………………………..……90
8.5. Seguridad y salud…………………………..……………………………………….94
8.5.1. Objeto de estudio…………….……………………………...…….…………94
8.5.2. Características de la propuesta…………………………...…….………….94
8.5.3. Características de la zona de trabajo…………………………....…………94
8.5.4. Centros de asistencia más próximos…………………...……....…………94
8.5.5. Trabajos previos y normas en caso de emergencia, planificación de los
trabajos….……………………………………………………………..………..94
8.5.6. Normas en caso de accidente……………………….……………………..95
8.5.7. Seguridad en movimiento de tierras y perforaciones……………………95
8.5.8. Esquemas de seguridad……………………………………………………96
8.6. Cumplimentado de hojas de chequeo…………………………………………….97
8.7. Esquema de instalación…………………………………………………………….99
8.7.1. Presupuesto de la instalación geotérmica………………………………100
a) Ahorro energético respeto al sistema convencional… ………….102
b) Calefacción………………………………………………..……..…..102
c) Refrigeración…………………………………………………………104
d) Totales…………………………………………………………......…104
8.7.2. Análisis económico de la instalación……………………………………105
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7. Control de recepción de los productos y control de ejecución de la obra….71
7.1. Control de la ejecución de la unidad de obra…………...……………………..72
7.2. Control de ejecución de la unidad de obra termina………………………...…73
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8.7.3. Ahorro de emisiones de CO2……………………………………….……106
8.7.4. Conclusiones del estudio económico…………………………………...108
9. Reglamentación………………………………………………………………………110
10. Conclusión……………………………….…..…………………………………………111
11. Bibliografía……………….……………………………………………………..………112
ANEXOS
I.




Documentación grafica de la vivienda……………………………………...……II
Relación de planos………………………...………………………..………………..III
Plano 1: Situación, emplazamiento y parcela………………………………….….IV
Plano 2: Planta sótano. Instalación geotérmica. Distribución de conductos y
bomba de calor, y localización de pozos………………………………………...…V
Plano 3: Planta baja. Instalación geotérmica. Distribución de conductos y
bomba de calor, y localización de pozos…………………………………………...V
Plano 4: Planta primera. Instalación geotérmica. Distribución de conductos y
bomba de calor, y localización de pozos. ………………………………………....VI
Plano 5: Sección. Instalación geotérmica. Distribución de conductos y bomba
de calor, y localización de pozos. ………………………………………………….VI
Plano 6: Alzado norte. ……………………………..……………………………….VII
Plano 7: Alzado sur. ………………………………………………………….…….VII
Plano 8: Alzado este. …………………………………………………………...….VIII
Plano 9: Alzado oeste. ……………………………………………………………..VIII
II.
a)
b)
c)
Cálculos de cargas térmicas……………………………………......……………IX
Necesidades de refrigeración. ………………………………..……………………XI
Necesidades de calefacción. ……………………………………………….……XVII
Tablas resumen de refrigeración y calefacción..………………………………XXIII
III.
Cálculos económicos……………………….…………………………………XXIV
IV.
Fundamentos teóricos de la bomba geotérmica…………………….……XXVII
 Bomba de calor geotérmica……………………………..………………XVIII
o Elementos………………………...………………………………XVIII
o Funcionamiento……..……………………………………………XXX
o Fluido refrigerante………………………………………………XXXII
V.
Esquemas de instalación geotérmicas….……………………….......……XXXIV



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1. Introducción
1.1. El calor de la tierra
Hace unos 4.500 millones de años, la Tierra era una inmensa bola ardiente
constituida esencialmente por gases y polvo. Cuando esa nebulosa se enfrió y se
consolidó, hace unos 3.800 millones de años, se formó una corteza dura que atrapó en
su interior una ingente cantidad de calor, que todavía perdura hoy en día haciendo del
planeta una enorme caldera natural
Todos los procesos geodinámicas que suceden en la Tierra, desde los procesos
más superficiales, los volcanes, las intrusiones, los terremotos, la formación de
cordilleras y el metamorfismo, son controlados por la transferencia y generación de
calor en su interior. El calor es también el motor de la tectónica de placas, que
involucra a la litosfera y a la astenosfera, y de otros procesos a mayor profundidad,
como los movimientos de convección entre el manto y el núcleo externo.
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El planeta Tierra no es un cuerpo inerte y frío perdido en el espacio y arrastrado
pasivamente por la fuerza gravitacional del Sol. Desde el punto de vista energético
constituye un sistema activo que recibe y comunica energía al medio que le rodea, y el
calor es una parte de esa energía.
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Hace más de 250 años que se pudo constatar el hecho de que en las minas, la
temperatura aumenta con la profundidad a un ritmo de, aproximadamente, 1 ºC cada
30 m, y la existencia, en determinadas regiones del planeta, de volcanes con erupción
periódica de rocas en estado de fusión, de fumarolas con vapores y gases calientes
que pueden alcanzar temperaturas superiores a los 1.000 ºC, de fuentes termales y
otras manifestaciones térmicas atestiguan la existencia de un calor que proviene del
interior de la Tierra.
4.1.1 El flujo de calor terrestre
La energía térmica que se genera en el interior del planeta remonta lentamente
hasta la superficie, pues las rocas de la corteza terrestre son muy malas conductoras
del calor. El flujo de calor se calcula multiplicando el gradiente geotérmico por la
conductividad térmica de las rocas.
El gradiente geotérmico es la variación de temperatura en función de la
profundidad, expresado en ºC/km.
La conductividad térmica es una propiedad característica de cada material
que indica su capacidad para conducir el calor. Se expresa en W/m· ºC.
El producto de estas dos cantidades proporciona el flujo de energía, en forma
de calor, por unidad de superficie y por unidad de tiempo. Se expresa en mW/m2.
El gradiente geotérmico se mide en sondeos mineros o petrolíferos con la ayuda de
sondas térmicas. Tiene una valor medio para todo el planeta de 3,3 ºC cada 100 m.
Figura 1: Estructura interna de la tierra. Fuente: www.geothermie-perspectives.fr
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La conductividad térmica se mide en laboratorio sobre muestras de testigos de
sondeos representativas de las formaciones geológicas atravesadas. El flujo de calor
terrestre es del orden de 60 mW/m2. En determinadas regiones con presencia de
anomalías geotérmicas, se pueden medir valores de varias centenas de mW/m2, y en
áreas de elevado potencial geotérmico puede alcanzar varios millares.
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4.1.2 La propagación de calor en la tierra
Los mecanismos por los que se propaga el calor en cualquier medio son:
conducción, convección y radiación.
Figura 2: grafico con los mecanismos de propagación del calor.
Fuente: www.meteobasica.blogspot.com
Conducción es la transferencia de calor a través de un medio por interacción
entre partículas adyacentes. Puede tener lugar en sólidos, líquidos y gases, aunque es
característica de los sólidos, puesto que en gases y líquidos siempre se producirá
convección simultáneamente.
Si, por ejemplo, se pone una sartén al fuego, las partículas del fondo en contacto con
el fuego vibran con mayor energía. La energía se va transmitiendo a las partículas
vecinas más lentas y éstas, a su vez, la transmiten a las siguientes más alejadas del
extremo caliente. Las partículas de otro medio, un alimento que se va a cocinar en la
sartén, vibran empezando por la parte inferior, y la energía térmica se transmite hacia
la parte superior del mismo.
Radiación es la emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas,
como resultado de cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o
moléculas. Radiación térmica es la radiación emitida por los cuerpos debido a su
temperatura. Todos los materiales a temperatura superior al 0 absoluto emiten
radiación térmica. Los más calientes radian más que los más fríos. Cuando una
radiación electromagnética choca con un material, sus moléculas se mueven más
deprisa, calentando el material.
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Convección es el modo en que se transfiere la energía térmica entre una
superficie sólida y un fluido adyacente (líquido o gas). Comprende los efectos
combinados de la conducción y el movimiento del fluido provocado por las diferencias
de densidad del mismo.
Las partículas más calientes del fluido y, por tanto, menos densas, ascienden,
desplazando a las más frías, que se hunden por gravedad, dado que son más densas,
y éstas, posteriormente, al calentarse, son empujadas otra vez hacia arriba.
Cuanto más rápido es el movimiento del fluido, mayor es la transferencia de calor por
convección.
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4.1.3 Manifestaciones geotérmicas
Geotermia es una palabra de origen griego, deriva de “geos” que quiere decir
tierra, y de “thermos” que significa calor: el calor de la Tierra. Se emplea
indistintamente para designar tanto a la ciencia que estudia los fenómenos térmicos
internos del planeta como al conjunto de procesos industriales que intentan explotar
ese calor para producir energía eléctrica y/o calor útil al ser humano.
Determinadas zonas de la litosfera están sometidas a tensiones que generan
gran cantidad de calor y presión, produciéndose fracturas y fallas por las cuales
pueden ascender desde el manto, magmas, masas de rocas incandescentes, en
estado de fusión total o parcial, con pequeñas cantidades de materias volátiles como
agua, anhídrido carbónico, ácidos sulfúrico y clorhídrico, etc.
Si las condiciones tectónicas son favorables, los magmas, por su movilidad,
pueden ejercer un empuje hacia arriba y romper la costra superficial de la Tierra,
formando volcanes por los que se desparraman lavas, cenizas y gases. Se estima
que, para una determinada cantidad de magma arrojado por un volcán, un volumen
diez veces mayor permanece debajo de la superficie, formando cámaras magmáticas
que calientan las rocas circundantes. Si esas rocas son permeables o están
fracturadas, y existe circulación de agua subterránea, esta última capta el calor de las
rocas, pudiendo ascender hasta la superficie a través de grietas o fallas, dando lugar a
la formación de aguas termales, géiseres, fumarolas y volcanes de fango.
Estos fenómenos tienen características singulares que los diferencian de los
afloramientos de aguas comunes. Por estar siempre asociados a las fases póstumas
de los procesos magmáticos, además de la alta temperatura que presentan, están
acompañados de gases, principalmente carbónicos o sulfurosos, produciendo estos
últimos un olor fétido sumamente desagradable.
Juntamente con los volcanes, constituyen las manifestaciones superficiales visibles del
calor de la Tierra, y son los que tradicionalmente han atraído la investigación y el
estudio de los recursos de energía geotérmica.

Volcán: Abertura en la corteza terrestre por la cual sale lava, vapor y/o cenizas
con fuerza, o se derraman continuamente o a intervalos.

Aguas termales: Manantial natural del que brota agua más caliente que la
temperatura del cuerpo humano. Puede congregarse en lagunas o fluir por
arroyos.

Géiser: Surtidor intermitente de agua líquida mezclada con vapor de agua, a
una temperatura entre 70 y 100 ºC, con gran cantidad de sales disueltas y en
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Figura 3: Erupción del volcán Tungurahua, en Ecuador, 2011. Fuente: www.wikipedia.org
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suspensión.Los minerales disueltos en el agua quedan depositados alrededor
del géiser a modo de escoria o de sílice amorfa (geiserita).Muchos géiseres en
el mundo se han extinguido o vuelto inactivos por causas naturales o por la
instalación en sus inmediaciones de plantas de energía geotérmicas, como,
por ejemplo, en Wairakei (Nueva Zelanda) y en Nevada (EE.UU.). La mayor
concentración de géiseres se encuentra en el Parque Nacional de Yellowstone
(Wyoming, EE.UU.).
Figura 4: Geiser Clepsydra, en el Parque Nacional de Yellowstone. Fuente: www.wikipedia.org
Fumarolas: Nombre genérico dado a la emisión de gases y vapores de agua a
temperaturas muy elevadas, en ocasiones pueden alcanzar 500 ºC. Se las
denomina, en función de su composición química, carbónica, sulfurosa,
clorhídrica, etc. Las solfataras, además de vapor de agua a 90 – 300 ºC,
contienen sulfuro de hidrógeno que, en contacto con el aire, se oxida y
deposita azufre alrededor de la abertura. Las mofetas son fumarolas más frías,
90 ºC, que desprenden grandes cantidades de anhídrido carbónico.
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
Figura 5: Fumarolas de Furnas, Portugal. Fuente: www.wikipedia.org
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Volcanes de fango (mud pots): Erupciones de gases y barro que aparecen
donde no hay bastante agua para sostener un géiser o una fuente termal. El
vapor y los gases burbujean a través del barro formado por la interacción de los
gases con rocas sedimentarias. En Italia se llaman salsas. Son más frecuentes
en yacimientos petrolíferos relativamente poco profundos, donde los gases
emanados elevan arcillas sumamente hidratadas, llegando a formar charcas o
lagunas.
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
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1.2. El consumo energético
La sociedad actual vive acostumbrada a un nivel de vida que va más allá de la
simple iluminación. En plena era digital y con continuos avances, el consumo
energético es cada vez mayor. Tal aumento conlleva una reflexión sobre el
agotamiento de las energías utilizadas.
En España el gasto energético se reparte de la siguiente forma:
50
40
30
20
10
0
48,8
23,8
7,9
10,5
1,7
2,4
3,9
0,2
0,8
0,01
0,5
CONSUMO DE ENERGIA PRIMARIA EN ESPAÑA (EN %)
Figura 6: tabla de consumo de energía primaria en España. Datos obtenidos del instituto nacional de
estadística, www.ine.es, y grafico creado por el autor del TFC.
Así pues el consumo energético por sectores seria:
CONSUMO ENERGETICO EN ESPAÑA
11%
4%
TRANSPORTE
12%
50%
HOGAR
INDUSTRIA
23%
SERVICIOS
AGRICULTURA Y OTROS
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Figura 7: Tabla de consumo de energía por sectores en España. Datos obtenidos del instituto nacional de
estadística, www.ine.es, y grafico creado por el autor del TFC.
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Atendiendo al consumo energético en el hogar:
CONSUMO ENERGETICO EN EL HOGAR
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
DATOS EN %
CALEFACCION
46
AGUA CALIENTE
SANITARIA
20
ELECTRODOMESTICOS
17
Figura 8: Tabla de consumo de energía en el hogar. Datos obtenidos del instituto nacional de estadística,
www.ine.es, y grafico creado por el autor del TFC.
De estos datos, y como ya es sabido, el gasto más abundante de energías son
las llamada finitas o no renovables. El consumo indiscriminado de este tipo de
energías hace surgir el concepto de crisis energética, ya que se tratan de elementos
no renovables a corto plazo.
Son las energías limpias y renovables, casi infinitas, por las que debemos
apostar. Existen muchos tipos de energías renovables, como la eólica, solar,
hidráulica… las cuales aportan energías prácticamente no contaminantes y con el
tiempo con menor coste económico.
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Otro tipo de obtención de energía renovable es la energía geotérmica. Este
sistema de energía se basa en el aprovechamiento del calor del subsuelo para
climatizar y obtener agua caliente sanitaria de forma ecológica.
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1.3. ¿Por qué un arquitecto técnico se decide a emprender un proyecto sobre
energía geotérmica?
La respuesta es sencilla, en primer lugar el Código Técnico de la Edificación
(CTE) en su apartado DB AHORRO DE ENERGÍA, establece en su artículo 15 unas
exigencias básicas:
1. El objetivo del requisito básico “Ahorro de energía” consiste en conseguir un
uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a
límites sostenibles su consumo y conseguir asimismo que una parte de este consumo
proceda de fuentes de energía renovable, como consecuencia de las características
de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.
2. Para satisfacer este objetivo, los edificios se proyectarán, construirán,
utilizarán y mantendrán de forma que se cumplan las exigencias básicas que se
establecen en los apartados siguientes.
1.3.1. Energía renovable
A la escala del planeta, la energía geotérmica es el recurso energético más
grande que existe. Aunque la Tierra se enfría, pues evacua más calor que el que
produce, el ritmo de ese enfriamiento es de unos 130 ºC cada mil millones de años. A
causa de la lentitud del mecanismo de difusión térmica, la Tierra está perdiendo hoy
en superficie el calor que ella misma produjo en el pasado.
El calor de la Tierra es ilimitado a la escala humana y estará disponible muchos
años en sus yacimientos para las generaciones futuras, siempre que la explotación de
los recursos geotérmicos se haga de forma racional. Todo lo contrario que las
energías fósiles que se agotan a medida que se extraen.
Por lo que respecta a la vida de las explotaciones, entre 20 y 40 años, hay que
tener en cuenta que el calor está siempre contenido en la roca o en el terreno. Si el
medio de extracción es agua subterránea, ésta se renueva de forma natural por
recarga con aguas superficiales o por inyección artificial en el subsuelo. Si se emplean
sondas geotérmicas con circulación de un fluido en circuito cerrado, el subsuelo se
enfría algunos grados respecto a la temperatura inicial. Si la sonda geotérmica está
correctamente dimensionada, el flujo de calor compensa parcialmente esa disminución
de temperatura durante el periodo de reposo estival, o al invertir el sentido de
funcionamiento y transportar calor desde la vivienda unifamiliar o edificio que se quiere
refrigerar, hasta el subsuelo.
1.3.2. Energía limpia
Las bombas de calor geotérmicas utilizan sistemas de refrigeración sellados en
fábrica, con menos cantidad de refrigerante que los sistemas de aire acondicionados,
que rara vez o nunca son recargados, por lo que no contribuyen a la destrucción de la
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Ninguna instalación que emplee energía geotérmica precisa quemar
combustibles, por consiguiente, no contribuye a la emisión de gases de efecto
invernadero. Las instalaciones que emplean bombas de calor geotérmicas para
calefacción y refrigeración sólo consumen energía eléctrica para el funcionamiento de
los compresores eléctricos, de las bombas de circulación y de los ventiladores del
interior del edificio. Las emisiones equivalentes de gases son únicamente las
correspondientes a la producción en origen de esa energía, muy inferiores a las de los
sistemas tradicionales, pues el consumo de electricidad se reduce notablemente.
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capa de ozono. En el resto de aplicaciones directas del calor y en la producción de
energía eléctrica, las emisiones pueden llegar a ser casi nulas, reinyectando las aguas
geotermales a sus acuíferos.
Los fluidos geotermales que se emplean en las plantas de producción de energía
eléctrica pueden contener gases disueltos, sales, en ocasiones en concentraciones
elevadas, arenas y otros sólidos en suspensión. De forma general, se puede decir que
las centrales emiten a la atmósfera pequeñas cantidades de CO2, muy pequeñas
cantidades de SO2, y no emiten óxidos de nitrógeno.
Las plantas que trabajan con vapor seco y con vapor “flash” emiten a la
atmósfera vapor de agua y gases. Las plantas de ciclo binario prácticamente no
emiten gases, ya que funcionan utilizando un fluido secundario de bajo punto de
ebullición, que es evaporado en un intercambiador de calor antes de hacer girar la
turbina.
La cantidad media de CO2 emitida por las centrales geotermo eléctricas en el
mundo es de 55 g/kWh, mientras que una central de gas natural emite 10 veces más.
Las sales y los minerales disueltos son reinyectados, con el agua sobrante del
proceso, en sus acuíferos. Las arenas y sólidos en suspensión son filtrados, secados y
depositados como lodos en lugares apropiados. Algunos de esos sólidos, como por
ejemplo cinc, sílice y azufre, pueden recuperarse como subproductos y
comercializarse.
Las instalaciones para redes de calefacción local y las que trabajan con
bombas de calor no producen impacto visual, son invisibles. Sólo una tapadera
metálica o una pequeña estructura superficial señalan la ubicación de los sondeos en
el subsuelo. Las instalaciones para calefacción se encuentran en los sótanos de los
edificios a los que abastecen.
Las centrales geotérmicas eléctricas modernas son muy compactas, ocupan
entre 0,5 y 3,5 ha/MW frente a 2,2–4,5 ha/MW de una central nuclear, y alrededor de
8,5 ha/MW de una central de carbón. Al no necesitar transportar, almacenar ni quemar
combustibles, pueden ser integradas fácilmente en el paisaje.
1.3.3. Energía económica
Si la calefacción es la necesidad principal de la vivienda, la opción geotérmica
se ve favorecida por el menor consumo de electricidad, y por no consumir gas natural
o fuel-oil, más caros. Si las necesidades que prevalecen son las de refrigeración, el
consumo de energía eléctrica es muy inferior al de los climatizadores clásicos, que son
menos eficaces. Si se necesita calefacción y refrigeración, la opción geotérmica tendrá
un menor coste de energía eléctrica, pues al ser los equipos de menor potencia, el
consumo en las horas pico de demanda, cuando las tarifas son más elevadas, es
menor. Además, el periodo de retorno de la inversión se acorta al estar funcionando
más horas al año.
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Un sistema con bomba de calor geotérmica para una casa individual supone un
coste de inversión elevado, por regla general del doble de una instalación clásica de
calefacción y refrigeración. Sin embargo, los costes de explotación son mucho más
bajos que los de estos otros equipos, pues los costes de mantenimiento son
generalmente muy reducidos y, fundamentalmente, porque su rendimiento energético
elevado reduce el consumo de la energía de pago.
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El acceso a un recurso geotérmico de baja, media o alta temperatura necesita
de una inversión inicial elevada. Particularmente caras resultan las fases de
exploración en terrenos desconocidos, y la realización de uno o varios sondeos de
investigación. La inversión disminuye a medida que se reduce el área a investigar y se
lleva a cabo el desarrollo del yacimiento. Nada que sea ajeno a los sectores minero y
petrolero, que no por ello dejan de investigar yacimientos minerales y de hidrocarburos
en cualquier parte del mundo con posibilidades de explotación de recursos.
Siendo la inversión inicial elevada, el coste de explotación es bajo y cada vez
será más competitivo con la explotación de las energías fósiles, donde los precios irán
creciendo con el agotamiento de los recursos y las restricciones ambientales.
1.3.4. Energía eficiente
Las instalaciones para calefacción y climatización de edificios se diseñan,
generalmente, para condiciones extremas. Gracias a la energía geotérmica, por la
mayor estabilidad de las temperaturas del subsuelo, se podrán instalar bombas de
calor de menor capacidad que si tuviesen que utilizar la temperatura ambiente exterior.
En climas con variaciones de temperatura importantes, las bombas de calor
geotérmicas tienen mejores prestaciones que las bombas de calor que utilizan aire
exterior, cuyo rendimiento baja considerablemente con las temperaturas extremas.
Un sistema geotérmico utiliza la electricidad para activar el compresor de la
bomba de calor, los ventiladores del interior del edificio, las bombas de circulación de
los circuitos de intercambio con el subsuelo y en el edificio, y los sistemas de control.
En general, se produce entre 2 y 4 veces más energía térmica o frigorífica que la
energía eléctrica que se consume. Eso significa que estos sistemas tienen
rendimientos de 200 a 400%, muy superiores a las resistencias eléctricas, donde el
rendimiento máximo es del 100%.
También son superiores a los sistemas clásicos de climatización. Una
instalación que utilice energía geotérmica, comparada con instalaciones clásicas de
bombas de calor o de climatización, permite ahorros de energía de 30 a 70% en
calefacción y de 20 a 50% en climatización.
Un sistema geotérmico también compite ventajosamente con otros sistemas de
calefacción, incluso con los sistemas con mejores prestaciones de gas natural. La
tecnología que emplean las bombas de calor geotérmicas ha sido calificada por la
Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos como la más eficiente
para calefacción y refrigeración existente hoy en día. El Departamento de Energía de
EE.UU. considera que la bomba de calor geotérmica es ideal para aplicaciones en
edificios residenciales, comerciales y gubernamentales.
1.3.5. Energía continua
La energía geotérmica depende de las características intrínsecas del subsuelo
(gradiente geotérmico, permeabilidad de las rocas, etc.), constantes para cada caso
concreto, lo cual asegura una gran regularidad en su utilización. Los coeficientes de
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Página16
Contrariamente a la energía solar o a la eólica, la energía geotérmica no
depende del clima, de la radiación solar ni del viento. Está disponible 24 horas al día,
365 días al año.
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Trabajo Fin de Carrera
disponibilidad de las centrales geotérmicas eléctricas son del 90% de media, y en
redes de calefacción se puede alcanzar el 100%.
1.3.6. Energía para todo el mundo
A diferencia de las energías fósiles, las más utilizadas hoy en día, los recursos
geotérmicos no están localizados en lugares concretos, frecuentemente desérticos o
en el fondo de los mares. El calor del subsuelo está presente en todos los continentes
a disposición de la Humanidad.
Dependiendo de las formaciones geológicas o de la composición de las rocas,
y del gradiente geotérmico, la energía geotérmica será de mayor o menor temperatura,
y más o menos fácil de extraer, pero las técnicas existentes hoy en día permiten un
desarrollo planetario de la energía geotérmica.
1.3.7. Energía local
Por su propia naturaleza, la energía geotérmica es una energía local, para
consumir sobre el propio terreno. Es la respuesta más próxima para satisfacer las
necesidades energéticas de calefacción y refrigeración.
Reduce la dependencia de importaciones energéticas y asegura la regularidad
en el abastecimiento. Disminuye las pérdidas energéticas derivadas del transporte de
electricidad y la contaminación que provoca el transporte de combustibles por
carretera.
La relación entre el calor del subsuelo y su aprovechamiento en superficie es
de doble sentido, de forma que es posible adaptar los recursos geotérmicos a las
necesidades y las necesidades a los recursos geotérmicos. La energía geotérmica
ofrece oportunidades económicas para la implantación de nuevas industrias y favorece
el desarrollo local.
RENOVABLE
LIMPIA
ECONOMICA
CONTINUA
LOCAL
GLOBAL
Página17
EFICIENTE
Figura 9: El porqué de la energía geotérmica. Fuente: Autor del TFC.
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Trabajo Fin de Carrera
2. Historia de la
energía geotérmica
Las regiones volcánicas han sido siempre polos de atracción para los seres
humanos, por el hecho de la existencia de fumarolas y de fuentes termales que podían
utilizar para calentarse, cocer alimentos o simplemente bañarse.
Los restos arqueológicos más antiguos relacionados con la energía geotérmica
han sido encontrados en Niisato, en Japón, y son objetos tallados en piedra volcánica
que datan de la Tercera Glaciación, hace entre 15.000 y 20.000 años.
Los manantiales termales eran zonas neutrales donde los miembros de las
naciones guerreras debían bañarse juntos en paz.
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Página18
Hace más de 10.000 años, los Paleo-Indios de América del Norte, ya usaban
las aguas termales para cocinar alimentos y sus minerales con propósitos medicinales.
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Las primeras civilizaciones, unos 3.500 años antes de Cristo, apreciaban la
práctica de los baños termales y la utilización de barros termominerales, pero fueron
griegos y, posteriormente, romanos los que dejaron numerosos ejemplos de la
aplicación de la energía geotérmica en la calefacción urbana y en las tradicionales
termas y baños públicos, que se convirtieron en gigantescos centros de ocio, salud y
negocio. Las termas de Caracola, en Roma, tenían un aforo para 1.600 personas.
Los romanos difundieron su uso por todo el imperio, extendiéndose con el paso del
tiempo a Japón, América y Europa.
La extracción de azufre, travertinos, caolines, limonitas y óxidos de hierro
también ha estado ligada tradicionalmente a las fuentes termales.
En 1330 ya existía una red de distribución de agua caliente en algunas casas
en Chaudes-Aigues, Francia, por cuyo mantenimiento los usuarios tenían que pagar
una tasa. Servía, al mismo, tiempo para lavar lana y pieles. Por la misma época, en
Italia, en la región de Volterra, en Toscana, pequeñas lagunas con agua caliente
salobre de las que se escapaba vapor a más de 100 ºC, eran explotadas para extraer
ácido sulfúrico concentrado y alumbre.
Durante mucho tiempo, el hombre se conformó con utilizar el calor que afloraba
de forma natural en la superficie del planeta. A partir del siglo XIX, los avances
técnicos y el mejor conocimiento del subsuelo permitieron buscar cada vez a mayor
profundidad, y explotar cada vez mejor el calor de la Tierra.
El descubrimiento en 1818 de sales de boro en Larderello, Toscana (Italia),
marcó el inicio de la utilización industrial de los recursos geotérmicos.
En 1827 el fundador de esta industria, el francés Francois Larderel, desarrolló
un sistema para utilizar el calor de los fluidos en el proceso de evaporación, en lugar
de quemar madera de los bosques cercanos, que se encontraban en rápida
deforestación.
En Francia, en 1833, en el barrio de Grenelle, en París, se inició el primer
sondeo profundo, un pozo artesiano de 548 m de profundidad, que tardó ocho años en
construirse y captó agua potable a 30 ºC en el acuífero de arenas albienses de la
Cuenca de París.
En Estados Unidos la primera red local de calefacción urbana entró en
funcionamiento en 1892 en Boise, Idaho.
En el siglo XX el empleo de la energía geotérmica se incrementa, arrastrado
por las necesidades cada vez más elevadas de energía para abastecer a la civilización
moderna.
Entre 1910 y 1940, el vapor de baja presión fue utilizado para calefacción de
invernaderos, y de edificios industriales y residenciales. A finales de la Segunda
Guerra Mundial, las tropas alemanas, durante su retirada, destruyeron por completo la
central, los pozos y las tuberías.
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La industria del ácido bórico en Larderello dio paso, en 1904, a la generación
de electricidad a partir de vapor geotérmico, entrando en funcionamiento en 1913 una
central de 250 kW.
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Figura 10: Primera instalación de generación de energía eléctrica de origen geotérmico en Larderello
(Italia), en 1904. Fuente: Geothermal Education Office 2000.
En 1919 se perforaron los primeros pozos en Beppu, Japón, y en 1924 se
instaló una planta experimental de 1 Kw para producir energía eléctrica.
En 1921, en Estados Unidos, en la zona de The Geysers, en California, se
perforaron dos pozos y se instaló una pequeña máquina de vapor que, conectada a
una dinamo, producía electricidad para un pequeño establecimiento termal.
La primera red moderna de calefacción urbana alimentada por energía
geotérmica se instaló en Reikjavik, Islandia, en 1930. Desde entonces, redes de
calefacción que utilizan la energía geotérmica se encuentran en funcionamiento en
Francia, Italia, Hungría, Rumanía, Rusia, Turquía, Georgia, China, Estado Unidos y la
propia Islandia, donde, hoy en día, el 95% de los habitantes de la isla tienen
calefacción por medio de una red de 700 km de tuberías aisladas que transportan
agua caliente.
Después de la Segunda Guerra Mundial, muchos países fueron atraídos por la
energía geotérmica al considerarla competitiva respecto de otras fuentes de energía.
La primera instalación con bomba de calor geotérmica en una vivienda entró en
funcionamiento en 1945 en Indianápolis, EE.UU., en la casa de Robert C. Webber,
empleado de Indianápolis Power and Light Co.
for
de
en
se
A partir de la década de los setenta se inicia, en diversas partes del mundo,
una intensa actividad de exploración e investigación de recursos geotérmicos al objeto
de utilizarlos para producción de energía eléctrica o para calefacción y agua caliente.
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Página20
En 1947, Kemler, E.N., en su publicación “Methods of Earth Heat Recovery
the Heat Pump” ya mostraba los esquemas de los diferentes métodos de conexión
bombas de calor al terreno que se siguen utilizando actualmente. En 1948 entró
funcionamiento otra instalación en la Universidad del Estado de Ohio, y en 1949
instaló otra en una casa experimental en la Universidad de Toronto, Canadá.
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Trabajo Fin de Carrera
Es también a partir de esa década, como consecuencia de las alzas de los precios del
crudo, pero particularmente a partir de la década de los noventa, bajo la presión de las
exigencias ambientales y, más particularmente, de la reducción de las emisiones de
CO2 a la atmósfera, cuando el empleo de bombas de calor geotérmicas empieza a
conocer un desarrollo prometedor a nivel internacional.
En menos de 15 años se ha llegado a la situación actual, con más de un millón
de instalaciones, no sólo en América del Norte, Estados Unidos y Canadá, sino
también en algunos países europeos, particularmente en Suecia, Suiza, Alemania y
Austria. Sólo en Suecia, existen hoy en día más de 400.000 bombas de calor
instaladas.
Página21
En el año 2000, la capacidad geotermo-eléctrica instalada a nivel mundial era
de 8.000 MWe, pasando a 9.000 MWe en el año 2005. Por lo que respecta a los usos
no eléctricos de la energía geotérmica, en el año 2000 la capacidad instalada en 59
países era de unos 15.000 MWt. En 2005, la capacidad instalada en 72 países
ascendió a alrededor de 28.000 MWt, de los cuales unos 15.000 MWt correspondían a
bombas de calor geotérmicas.
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3. Definición de
energía geotérmica
Antes de definir lo que es la energía geotérmica, quisiera establecer el objetivo
de este Trabajo Final de Carrera.
Como técnico que me han formado debo tener unos conocimientos tanto
teóricos como prácticos de lo que vamos a realizar, sabiendo en todo momento lo que
tengo entre manos y como funciona, para así poder expresar acertadamente lo que el
operario debe hacer y porque debe hacerlo de una forma determinada.
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Página22
Desde que descubrí este tipo de energía hace unos meses, no pude resistirme
a profundizar e investigar sobre él. Es por ello que en este TFC quisiera establecer las
pautas para la ejecución de la instalación geotérmica, estudiando cuando ha de
realizarse, atendiendo a las interferencias con otras instalaciones, preparación de los
elementos de la instalación, así como aspectos y problemas más importantes que
pudieran surgir antes, durante y después de su ejecución.
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6.1 Definición de energía geotérmica
“Energía geotérmica es la energía almacenada en forma de calor por debajo de
la superficie sólida de la Tierra.”
Esta definición es oficial en Alemania (VDI 4640) y ha sido adoptada por el
Consejo Europeo de Energía Geotérmica (EGEC). Engloba el calor almacenado en
rocas, suelos y aguas subterráneas, cualquiera que sea su temperatura, profundidad y
procedencia. No incluye el calor contenido en masas de agua superficiales,
continentales o marinas, cuyo aprovechamiento también es posible mediante
intercambiadores y bombas de calor.
Sin embargo, el calor contenido en rocas y suelos es demasiado difuso para
ser extraído directamente de forma económica, siendo necesario disponer de un fluido,
generalmente agua, para transportar el calor hacia la superficie de forma concentrada,
mediante sondeos, sondas geotérmicas, colectores horizontales, o mediante
intercambiadores de calor tierra-aire enterrados a poca profundidad en el subsuelo.
Una vez en superficie, el fluido geotermal, en función de su contenido en calor, se
destinará a la producción de energía eléctrica, si es posible, y en caso contrario, se
aprovechará su calor directamente recurriendo al empleo de intercambiadores de
calor, o de bombas de calor en caso necesario
6.2 Aplicaciones y tipos de energía geotérmica
Las aplicaciones que se pueden dar a un fluido geotermal dependen de su
contenido en calor, o lo que es lo mismo, de su entalpía.
Entalpía es la cantidad de energía térmica que un fluido, o un objeto, puede
intercambiar con su entorno. Se expresa en kJ/kg o en kcal/kg.
Página23
Como no existen aparatos que determinen directamente la entalpía de un fluido
en el subsuelo, pero sí existen sondas térmicas que miden la temperatura, y como la
entalpía y la temperatura pueden considerarse, más o menos, proporcionales, la
práctica habitual ha generalizado el empleo de las temperaturas de los fluidos
geotermales en lugar de sus contenidos en calor, pues, al fin y al cabo, son las
temperaturas las que determinan su futura aplicación industrial.
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Figura 11: Tabla de los principales usos de la energía geotérmica en función de su temperatura.
Fuente: www.geothermie-perspectives.fr
Así pues, se establecen las cuatro categorías siguientes para la energía
geotérmica:
• Alta temperatura: más de 150 ºC
Una temperatura superior a 150 ºC permite transformar directamente el vapor de agua
en energía eléctrica.
• Media temperatura: entre 90 y 150 ºC.
Permite producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que es el que
alimenta a las centrales.
• Baja temperatura: entre 30 y 90 ºC.
Su contenido en calor es insuficiente para producir energía eléctrica, pero es
adecuado para calefacción de edificios y en determinados procesos industriales y
agrícolas.
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• Muy baja temperatura: menos de 30 ºC.
Puede ser utilizada para calefacción y climatización, necesitando emplear bombas de
calor.
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6.3 Los recursos geotérmicos
Se entiende por recurso geotérmico a la concentración de calor que existe en
la corteza terrestre en forma y cantidad tales que su extracción económica es actual o
potencialmente posible. Serán los recursos de muy baja temperatura los que nos
interesan puesto que son los aplicables a viviendas:
6.3.1
Recursos de muy baja temperatura
Prácticamente la totalidad de la corteza terrestre del planeta constituye un
extenso yacimiento de recursos geotérmicos de muy baja temperatura, menos de
30ºC, que se ve interrumpido por la presencia de masas de agua continentales o
marinas.
En cualquier punto de la superficie del planeta se puede captar y aprovechar el
calor almacenado en las capas superficiales del subsuelo, a pocos metros de
profundidad, o en acuíferos poco profundos, para climatización de casas individuales y
edificios por intermedio de bombas de calor geotérmicas.
La superficie del suelo intercambia calor con la atmósfera y sufre las
variaciones diarias de temperatura hasta una profundidad de 0,5 m. A pocos metros de
profundidad, la temperatura permanece relativamente estable, entre 7 y 13 ºC, si se la
compara con la temperatura ambiente en superficie. Ello es debido al calor recibido del
Sol, que calienta la corteza terrestre especialmente en verano, y a la gran inercia
térmica de suelos y rocas.
Las variaciones estacionales de temperatura son perceptibles en el terreno
hasta una profundidad de alrededor de 10 m. A partir de 10 m de profundidad y con
poca circulación de agua subterránea, el subsuelo es capaz de almacenar el calor que
recibe y mantenerlo incluso estacionalmente, de forma que el terreno permanece a
una temperatura prácticamente constante durante todo el año. A una profundidad de
15 m se considera que el terreno está a temperatura constante todo el año, con un
valor ligeramente superior a la temperatura media anual de la superficie. Dicho valor
depende del clima, de la vegetación, de la cobertura del suelo, de su pendiente, de la
cantidad de nieve y de las propiedades generales del suelo.
A partir de 15 m de profundidad, la temperatura de las rocas, que reciben el
calor terrestre que remonta de las profundidades, no depende de las variaciones
estacionales de temperatura, ni del clima, sólo de las condiciones geológicas y
geotérmicas.
Por debajo de 20 m de profundidad, la temperatura aumenta a razón de unos
3ºC cada 100 m como consecuencia del gradiente geotérmico.
Página25
En la mayor parte de las regiones del planeta, las rocas se encuentran a una
temperatura de 25 – 30 ºC a 500 m de profundidad.
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Figura 12: Gráfico que muestra la relación entre la profundidad y la temperatura en función de la época
del año. Fuente: www.efitek.es
Conocidos y localizados los recursos para aprovechar los yacimientos de
energía de muy baja temperatura, se establecen una serie de estudios previos que
podrán ser muy simples o muy complejos, dependiendo de la potencia que se tenga
que suministrar, del tipo de instalación que tenga que extraerlo, de las horas de
funcionamiento anual y de la modalidad de la demanda (calefacción y/o refrigeración, y
producción de agua caliente sanitaria).
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Figura 13: La siguiente imagen muestra cuatro sistemas de aprovechamiento de la energía de la tierra a
muy baja temperatura. Fuente: http://www.geothermie.ch
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4.3.2. Instalaciones de muy baja temperatura
Realizados los estudios previos las instalaciones se agrupan en:
• Intercambiadores horizontales enterrados.
• Sondas geotérmicas.
• Sondeos de captación de agua someros.
• Cimientos geotérmicos.
4.3.2.1.
Intercambiadores horizontales enterrados
Con tan sólo una capa superficial de suelo de 0,8 m de espesor es posible
enterrar unos intercambiadores horizontales, tubos de polietileno de 25 a 40 mm de
diámetro, por los que circula agua con un anticongelante que, conectados a una
bomba de calor geotérmica, pueden satisfacer las necesidades de calefacción de una
vivienda familiar de tipo medio, alrededor de 150 m2.
Sólo se necesita que la parcela de terreno disponga de un espacio despejado
que sea 1,5 veces la superficie habitable a calentar, en el caso de vivienda nueva, y
hasta 3 veces para casas antiguas con malos aislamientos térmicos.
Debido a la escasa profundidad a la que están enterrados los tubos, el clima
tiene una influencia extraordinaria en esta modalidad de explotación. El terreno sirve,
por así decirlo, de acumulador de energía solar. La energía geotérmica propiamente
dicha no reviste más que un papel secundario.
Dependiendo de la altitud topográfica del terreno, las capas de tubos que
forman los serpentines o bucles geotérmicos permiten obtener de 20 a 30 W de
energía térmica por m2 ocupado por el bucle.
En estos casos, unos breves reconocimientos geológicos y geotécnicos del terreno, y
seguir las recomendaciones del fabricante de la bomba de calor suele ser suficiente.
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Figura 14: Colocación de colectores horizontales. Fuente: ww.ansoltec.com
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4.3.2.2.
Sondas geotérmicas
Si la capa de suelo no tiene espesor suficiente, si la superficie disponible para
enterrar los intercambiadores horizontales es insuficiente, si existen canalizaciones en
el subsuelo, o si la demanda energética es mayor que la que pueden proporcionar los
intercambiadores horizontales, siempre se podrán utilizar intercambiadores de calor,
en posición vertical, en el interior de uno o varios sondeos, con profundidades que
pueden ir desde cerca de 20m hasta más de 100 m, y diámetros de perforación de tan
sólo 10 a 15 cm. Estos dispositivos reciben el nombre de sondas geotérmicas.
Un parámetro clave para el dimensionamiento de una sonda geotérmica es la
potencia de extracción de calor por metro lineal de sonda, y varía, generalmente, entre
20 y 70 W/m.
En el caso de requerir mayores potencias, por tratarse de grupos de viviendas
o de edificios de grandes dimensiones, puede recurrirse al empleo de campos de
sondas geotérmicas, en número de 4 a 50, dispuestas lo más cerca posible de las
edificaciones o incluso debajo de ellas, con profundidades de 50 a 300 m, que
dependerán de la potencia requerida y de las condiciones geológicas locales.
En el caso de instalaciones para potencias inferiores a 30 kW no se requieren
estudios previos extensos, ya que suelen dimensionarse para terrenos estándar, a
partir de valores tabulados proporcionados por los fabricantes de equipos, o a partir de
guías técnicas y normas publicadas por asociaciones de ingenieros y arquitectos en
países donde estos sistemas geotérmicos están muy implantados, como pueden ser
Alemania, Austria, Francia, Suecia y Suiza.
Para poder dimensionar una sonda geotérmica es necesario conocer
previamente:
• Conductividad térmica del terreno. La potencia de extracción es proporcional a
la
conductividad térmica.
• Humedad natural del suelo. Mejora la conductividad térmica y garantiza un buen
contacto entre sonda y suelo.
• Presencia o ausencia de aguas subterráneas. Cuando una sonda geotérmica penetra
en una capa freática (primera capa con agua subterránea que se encuentra en el
subsuelo), o en un acuífero somero, en los que el agua presente una velocidad de flujo
superior a varios centímetros por día, la cantidad de calor útil aumenta sensiblemente.
• Tipo de prestaciones de la instalación. Puede determinarse a partir de las
temperaturas del exterior y del interior del edificio, horas de funcionamiento, modalidad
(calefacción-refrigeración-ACS), meses de funcionamiento, etc.
En suelos y rocas secos, y en los materiales de revestimiento del sondeo que
aloja el material de relleno y los tubos de la sonda geotérmica, la propagación del calor
se realiza por conducción.
Página28
En el seno del líquido que circula por el interior de la sonda, el calor se propaga
por convección natural y por convección forzada. Si la sonda atraviesa un medio
poroso saturado de agua, existirá también propagación de calor por convección natural
y forzada.
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Para la transferencia de calor por conducción, las propiedades físicas más
importantes de suelos, rocas y materiales de la sonda son la conductividad térmica y la
capacidad térmica volumétrica. Para la transferencia de calor por convección, la
permeabilidad del terreno también es un parámetro importante.
• Conductividad térmica es el flujo de calor transmitido por conducción a través de un
cuerpo sometido a un gradiente de temperatura de 1 K/m (1 grado Kelvin por metro).
Se expresa en W/m· K, o en W/m· ºC.
• Capacidad térmica volumétrica es la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de 1 m3 de terreno en 1 K. Se expresa en J/m3· K.
• Permeabilidad es la capacidad de un suelo o roca para ser atravesado por el agua.
Se expresa en m/s. Permite determinar la velocidad de flujo del agua subterránea.
Página29
Las instalaciones de tamaño medio a grande, como son los campos de sondas
geotérmicas, no se pueden diseñar simplemente con ayuda de un conjunto de reglas
generales y recomendaciones. Hay que hacer una revisión exhaustiva de la geología e
hidrogeología del emplazamiento, recopilar información sobre infraestructuras,
servicios y captaciones enterrados en el subsuelo, sobre posibles instalaciones
similares cercanas a las que se puede interferir o ser interferido por ellas, y determinar
en laboratorio las propiedades geotérmicas de los materiales con muestras tomadas
en los sondeos.
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La siguiente tabla muestra los valores de conductividad térmica y capacidad
térmica volumétrica de las rocas más comunes y de algunos materiales de uso
frecuente.
TIPO DE ROCA
Min.
Basalto
Diorita
Cabro
Granito
Peridotita
Riolita
1,3,
2,0
1,7
2,1
3,8
3,1
Gneis
Mármol
Metacuarcita
Micasquistos
Esquistos arcillosos
1,9
1,3
Caliza
Marga
Cuarcita
Sal
Arenisca
Rocas arcillosas
2,5
1,5
3,6
5,3
1,3
1,1
Grava, seca
Grava, saturada de
agua
Morrera
Arena, seca
Arena saturada de
agua
Arcilla / limo, seco
Arcilla/ limo,
saturado de agua
Turba
0,4
Bentonita
Hormigón
Hielo(-10ºC)
Plactico(PE)
Aire (0-20ºC)
Acero
Agua (+10ºC)
0,5
0,9
1,5
1,5
Valor
Max.
típico
Rocas magmáticas
1,7
2,3
2,6
2,9
1,9
2,5
3,4
4,1
4,0
5,3
3,3
3,4
Rocas metamórficas
2,9
4,0
2,1
3,1
Aprox. 5,9
2,0
3,1
2,1
2,1
Rocas sedimentarias
2,8
4,0
2,1
3,5
6,0
6,6
5,4
6,4
2,3
5,1
2,2
3,5
Rocas no consolidadas
0,4
0,5
Aprox. 1,8
CAPACIDAD TERMICA
VOLUMETRICA
(Mj/m3K)
2,3-2,6
2,9
2,6
2,1-3,0
2,7
2,1
1,8-2,4
2,0
2,1
2,2
2,2-2,5
2,1-2,4
2,2-2,3
2,1-2,2
1,2
1,6-2,8
2,1-2,4
1,4-1,6
Aprox. 2,4
1,0
0,3
1,7
2,0
0,4
2,4
2,5
0,8
5,0
1,5-2,5
1,3-1,9
2,2-2,9
0,4
0,9
0,5
1,7
1,0
2,3
1,5-1,6
1,6-3,4
0,2
0,4
0,7
Otros materiales
0,6
0,8
1,6
2,0
2,32
0,39
0,02
60,0
0,58
0,5-3,8
Aprox. 3,9
Aprox. 1,8
1,87
0,0012
3,12
4,19
Figura 15: Tabla de conductividad térmica y capacidad térmica volumétrica de diferentes tipos de rocas y
materiales. Fuente: Apuntes de Paud, D. sobre la energía geotérmica y almacenamiento de calor.
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CONDUCTIVIDAD TÉRMICAS
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La capacidad de las sondas geotérmicas verticales se puede determinar
experimentalmente realizando Test de Respuesta Térmica en uno o varios sondeos
piloto. Gracias a las medidas de temperatura realizadas en el interior del tubo de una
sonda geotérmica, se puede tener una imagen exacta de las temperaturas
encontradas a lo largo del mismo.
Figura 16: Esquema y equipo móvil para realización de test de respuesta térmica.
Fuente: www.girodgeotermia.com
Se utilizan programas informáticos para el diseño de la matriz de sondeos y
para simulación numérica dinámica, que permiten tener en cuenta las posibles
interferencias entre ellos, y la existencia de flujos regionales o locales de agua
subterránea que facilitarían el transporte de calor dentro de la red de sondeos.
Página31
Cuando un sistema completo está ya instalado y funcionando, un programa
informático que mide las prestaciones del campo de sondas durante dos años, permite
evaluar si los objetivos fijados por el proyecto energético han sido alcanzados,
optimizar los reglajes, y ajustar el modo de funcionamiento.
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4.3.2.3.
Sondeos de captación de agua someros
Si la permeabilidad del terreno es suficientemente elevada puede recurrirse a
explotar la capa freática mediante dos sondeos, uno de producción, con una bomba
sumergida que conduce el agua a la bomba de calor para, una vez extraída su energía
y enfriada, ser devuelta a la capa freática por un pozo de reinyección, o ser vertida a
un cauce fluvial. Para evitar el enfriamiento continuo del agua subterránea, los
sondeos de toma y restitución de agua deben situarse respectivamente aguas arriba y
aguas abajo del flujo subterráneo.
Para una instalación con una potencia calorífica de 20 kW puede ser necesario
un caudal de agua de alrededor de 6 m3/h. Para demandas energéticas grandes, de
más de 75 kW, los sistemas abiertos que explotan acuíferos poco profundos, por
debajo de la capa freática, mediante pozos de captación y de reinyección, ofrecen,
cuando pueden utilizarse, ventajas económicas con respecto a los campos de sondas
geotérmicas, derivadas del ahorro que supone tener que perforar menos metros de
sondeos.
En sistemas abiertos que explotan acuíferos poco profundos, se requiere un
estudio hidrogeológico local y la perforación de, al menos, dos pozos, de extracción y
de reinyección, en los que se realicen ensayos hidráulicos para comprobar que no se
vean interferidos entre ellos hidráulica y térmicamente, reduciendo la eficiencia del
sistema, y ensayos de calidad del agua, vigilando que tenga bajos contenidos en
hierro y bajo potencial redox, al objeto de evitar problemas de corrosión, sarro y
colmatación de tuberías y conducciones, que puedan afectar al funcionamiento de la
instalación a largo plazo.
Otro aspecto, no menos importante, a tener en cuenta en la fase de estudios
previos, es el de las autorizaciones para captación de agua, por la cantidad de
disposiciones a nivel local, autonómico y nacional, sobre protección de las aguas
subterráneas que, como es lógico, anteponen el abastecimiento de agua potable a las
poblaciones para consumo humano a la captación con fines de climatización de
edificios.
Página32
Figura 17: Esquema para calefacción de vivienda unifamiliar mediante sondeos de captación de agua en
la capa freática. Fuente: Cattin, S. Infos-Géothermie nº 4. Suisse énergie. 2002
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4.3.2.4.
Cimientos geotérmicos
Cuando en una excavación, porque es necesario para asegurar la estabilidad
de los terrenos circundantes, o porque un suelo no tiene suficiente resistencia para
soportar las cargas de una estructura mediante cimentaciones superficiales, se
emplean pilotes, pantallas subterráneas, muros de contención o losas, fabricados con
hormigón armado, que se hincan en el terreno, generalmente a nivel de la capa
freática, a profundidades comprendidas entre 10 y 40 m. De forma indirecta, se están
creando unas condiciones propicias para el intercambio de energía geotérmica de muy
baja temperatura con el terreno, dado el gran volumen que se ve afectado. Basta con
insertar en el interior de parte, o de la totalidad, de esas piezas de hormigón, una red
de tubos de polietileno por los que circule agua con un anticongelante, y conectarlos
en circuito cerrado con una bomba de calor o con una máquina de refrigeración.
En sus inicios, entre finales de los años setenta y principios de los ochenta,
esta tecnología se empleaba en casas individuales y plurifamiliares, pero actualmente
es una de las más utilizadas para calentar edificios de grandes dimensiones en
invierno y para enfriarlos en verano, por mediación del almacenamiento subterráneo
estacional de calor y de frío, recibiendo diferentes denominaciones: cimientos
geotérmicos, energéticos o termoactivos, geoestructuras, pilotes intercambiadores de
calor, etc.
Figura 19: Colectores intercambiadores de calor integrados en un pilote. Fuente: ww.ansoltec.com
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Figura 18: Colectores intercambiadores de calor integrados en un pilote.
Fuente: Geothermal Energy. Clause, C. 2006
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Por lo que respecta a los estudios previos necesarios para poder implantar una
instalación geotérmica de este tipo, es válido mucho de lo indicado para los campos de
sondas geotérmicas.
Es importante conocer de antemano:






Características geotécnicas de los estratos del subsuelo en que han de
hincarse las cimentaciones activas.
Nivel de la capa freática, oscilaciones anuales, dirección y velocidad de flujo.
Características del terreno necesarias para definir el potencial geotérmico:
capacidad térmica volumétrica, conductividad térmica y permeabilidad.
Existencia o ausencia de manantiales cercanos o construcciones subterráneas
que desvíen o calienten las aguas freáticas.
Temperatura máxima, mínima y media anual del subsuelo.
Distribución mensual y semanal del consumo de energía en calefacción y
refrigeración, así como sus rendimientos de punta.
CARACTERÍSTICAS
DE LOS ESTRATOS
DISTRIBUCIÓN DEL
CONSUMO DE
ENERGÍA
NIVEL DE LA CAPA
FREÁTICA
INSTALACION
CIMIENTOS
GEOTÉRMICOS
EXISTENCIA DE
MANANTIALES O
CONSTRUCCIONES
SUBTERRANEAS
Página34
TEMPERATURA DEL
SUBSULEO
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En la figura 20 se muestran los campos de variación de las tres características
de los terrenos, en formaciones geológicas blandas que se pueden encontrar en la
construcción de pilotes.
TIPO DE SUELO
PERMEABILIDAD
(M/S)
Arcilla
Limo
Arena
Grava
10-8-10-10
10-5-10-8
10-3-10-4
10-1-10-3
CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA (W/MK)
SECO
0,2-0,3
0,2-0,3
0,3-0,4
0,3-0,4
CAPACIDAD TÉRMICA
VOLUMÉTRICA
(MJ/M3K)
SATURADO
SECO
SATURADO
1,1-1,6
0,3-0,6
2,1-3,2
1,2-2,5
0,6-1,0
2,1-2,4
1,7-3,2
1,0-1,3
2,2-2,4
1,8-3,3
1,2-1,6
2,2-2,4
Figura 20: Tabla de variación de las principales características, de los terrenos más comunes.
Fuente: Paud, D. Geothermal energy and heat storage. 2002.
En la tabla se aprecia que los valores de la conductividad térmica y de la
capacidad térmica volumétrica son mucho más elevados en presencia de agua
subterránea.
La capacidad de un conjunto de pilotes intercambiadores para almacenar
energía térmica estacionalmente, depende directamente de la velocidad de flujo de la
capa freática. Basta una velocidad de 0,5 a 1 metro por día para que se disipe la
energía transferida por los pilotes y se impida su almacenamiento.
El diseño de una instalación de calefacción y de climatización utilizando
cimientos geotérmicos debe ser concebido lo más pronto posible en un proyecto, pues
los pilotes serán colocados en obra antes de que las instalaciones de calefacción y
refrigeración hayan sido dimensionadas.
Página35
Es muy importante que, desde el principio de la planificación del proyecto
constructivo, colaboren arquitectos, geólogos, ingenieros, especialistas en
cimentaciones, expertos en proyectos de climatización de edificios, la dirección de
obra y otros profesionales implicados en el proyecto, para que la empresa
especializada encargada de la cimentación proceda al cálculo y simulación, en tres
dimensiones, de los diferentes parámetros que influyen recíprocamente, y que
determinan, en última instancia, los límites del rendimiento de las instalaciones.
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5. La energía geotérmica
en España
La situación del uso de la energía geotérmica en España se puede resumir en
muy pocas palabras:
El número de bombas de calor geotérmicas instaladas en el país en el año 2006,
según fuentes del sector, era de alrededor de 300. La mayoría se encontraban en
Cataluña, principalmente en viviendas residenciales de nueva construcción.
La potencia instalada para utilización de calor geotérmico en el año
2005, era de 22,28 MWt, ascendiendo la energía empleada a 347,24 TJ.
La potencia instalada para producción de energía eléctrica de origen
geotérmico es nula.
En los apartados siguientes se intenta buscar explicación al escaso
aprovechamiento que se hace en España de los recursos geotérmicos de muy baja
temperatura, y se expone una visión resumida del conjunto de los recursos
geotérmicos de más de 30 ºC de temperatura que, por su pequeña relevancia, se han
agrupado en un solo apartado sin diferenciación de temperaturas.
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La conclusión a la que se llega es que la aportación de la energía geotérmica al
consumo de energía primaria en España es insignificante. En el año 2004 era del
0,01%, y actualmente será menor, pues en los últimos años se ha producido un
espectacular crecimiento de la energía eólica y de la energía solar, térmica y
fotovoltaica, mientras que la energía geotérmica ha permanecido estancada.
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4.1. Energía geotérmica de muy baja temperatura
Resulta extraña la escasa implantación que tienen las bombas de calor
geotérmicas en España, alrededor de 300, aún más si se compara, no ya con los
países del norte de Europa, con inviernos muy fríos, sino con nuestro vecino Francia,
de clima más benigno, que con 28.500 unidades, en 2005 ocupaba el cuarto lugar
dentro de la Unión Europea, por detrás de Suecia, Alemania y Austria.
Si hubiese que señalar los motivos, se podrían apuntar entre otros:
Clima y población: la mayor parte de la superficie interior de España está
sometida a un clima continental con inviernos largos y fríos, con veranos frescos en el
norte y cálidos en el sur. Las mayores concentraciones de población se dan,
principalmente, en Madrid y su área de influencia, y una parte importante de la misma,
la Meseta Norte, está muy despoblada.
Hay mayor número de habitantes en las zonas periféricas e insulares del país, y en
ellas se ubican la mayoría de las plazas turísticas, los establecimientos hoteleros y las
segundas residencias de las gentes del interior de la Península.
Estas otras regiones cuentan con temperaturas suaves en invierno y elevadas
en verano, como en toda la Zona Mediterránea, Zona Atlántica Andaluza e Islas
Baleares, o con temperaturas suaves todo el año, ya sea con precipitaciones
abundantes, como en Galicia y la Zona Cantábrica, o con precipitaciones escasas,
como en las Islas Canarias. El periodo de utilización de calefacción en muchos
hogares es muy corto, y la refrigeración o aire acondicionado, hasta hace
relativamente pocos años, se ha considerado un lujo por una gran mayoría de
españoles.
Falta de promoción: la gran demanda de bombas de calor geotérmicas habida
en los países del centro y norte de Europa en los últimos años ha originado que los
principales fabricantes de Suecia, Estados Unidos, Francia e Italia, no hayan tenido
capacidad de exportación a nuestros país hasta hace pocos años. Las primeras
bombas de calor geotérmicas empezaron a instalarse en España en 2000-2001.
Poco interés: por parte de los promotores inmobiliarios, y por parte de los
compradores de vivienda nueva, más preocupados por la evolución del “euribor” que
por la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera, y no dispuestos a ver
incrementadas sus hipotecas con el coste adicional, no desdeñable, que representa
una instalación para aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja
temperatura.
Falta de apoyo institucional: los organismos competentes de la
Administración Central han apoyado la construcción de parques eólicos y solares
fotovoltaicos, y la implantación de paneles solares para la producción de ACS en los
hogares, llegando a hacerlo obligatorio en los edificios de nueva construcción,
olvidándose de la energía geotérmica.
Página37
Sólo recientemente se ha producido una inflexión en este aspecto y,
actualmente, son muchas las comunidades autónomas que subvencionan parte de los
costes de inversión en instalaciones de bombas de calor geotérmicas.
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Figura 21: Esquema de vivienda unifamiliar con instalación geotérmica de climatización y ACS.
Fuente: Guía de la Energía Geotérmica de la Comunidad de Madrid.
Ausencia de reglamentación específica: relativa a la perforación de sondeos
para instalar sondas geotérmicas. Instaladores, usuarios potenciales y,
particularmente, empresas de sondeos, han visto retrasarse sus proyectos porque la
persona responsable de conceder la autorización no disponía de reglamentación
pertinente, o porque no la ha considerado de su competencia.
Si a esto se une el poco volumen de mercado que representan las sondas
geotérmicas, se comprende la falta de interés de las empresas de sondeos españolas
por especializarse y dedicarse a este ámbito.
Éstas, y puede que algunas más, se vislumbran como las principales causas
del escaso aprovechamiento de la energía geotérmica de muy baja temperatura en
España.
Si la escalada de los precios de los combustibles fósiles continúa, y si las
tarifas de la energía eléctrica para consumo doméstico siguen aumentando, la
situación puede revertir significativamente en los próximos años.
Estas circunstancias propician que el suelo almacene más calor solar que en
otros países europeos. Si en los países del centro y norte de Europa aprovechan
temperaturas del subsuelo a pocos metros de profundidad de sólo 10 – 12 ºC, e
incluso de tan sólo 8 ºC en Suiza, en España, a partir de 5 m de profundidad, la
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Página38
El clima, apuntado como primer argumento, cuenta a su favor con la radiación
solar. La Península Ibérica recibe una radiación media de unos 15 MJ/m2·d, que
calienta la superficie de unos suelos que, en grandes zonas del país, está
desprotegido de vegetación, con elevada temperatura ambiental, que recibe escasas
precipitaciones anuales y que, cuando se cubre de nieve, lo hace durante un corto
periodo de tiempo.
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temperatura es de alrededor de 15 ºC con pequeñas variaciones. Entre 15 y 20 m de
profundidad, la estabilidad térmica suele ser de 17 ºC todo el año. La inercia térmica
condiciona también el desfase temporal, alcanzando el subsuelo los valores más
frescos en primavera, tras el invierno, y los valores más cálidos en otoño, tras el
verano.
Página39
Se podría afirmar que el suelo español reúne mejores condiciones para
almacenar e intercambiar calor, que el de la mayoría de los países donde las
instalaciones de bombas de calor geotérmicas están más implantadas.
La situación de las compañías eléctricas, obligadas a comprar a particulares energía
eléctrica procedente de energías renovables, con costes de generación mayores que
las que ellas producen de combustibles fósiles, no podrá mantenerse mucho tiempo
sin repercutirlo a los consumidores. En la medida que esto ocurra, la energía
geotérmica de muy baja temperatura saldrá del olvido en el que parece estar recluida.
La adaptación y transposición, por parte de los organismos competentes de las
comunidades autónomas, de reglamentación y normativa que ya existe en otros
países europeos sobre realización de sondeos para aprovechamiento geotérmico,
facilitará la labor de instaladores y perforistas, y reducirá la demora que soporta un
usuario desde que hace su elección por la energía geotérmica hasta que puede
disfrutar de ella.
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5. Elementos de la
instalación
Como se ha comentado anteriormente, esta instalación lleva a cabo la
climatización aprovechando la diferencia de temperatura entre el subsuelo y el
ambiente exterior, a través de un colector instalado bajo tierra que en invierno
aprovecha la temperatura más alta del suelo para la calefacción, y en verano la
temperatura más baja para la refrigeración.
Para diferenciarlo del sistema geotérmico clásico de aprovechamiento del agua
caliente a gran profundidad, el sistema se llama geotérmico de bomba de calor, en
ingles se le conoce con las siglas GHP (Geotermal Heat Pump) o GSHP (Ground
Source Heat Pump).
Como característica favorable respecto a la energía solar térmica es que este
sistema no es afectado por las condiciones meteorológicas o estacionales, ya que la
temperatura del subsuelo permanece constante durante todo el año.
 Se utiliza el sistema de lazo abierto en el caso de que se disponga en el
terreno de una fuente de agua, un pozo, río, embalse, acequia o lago. La
tubería colectora extrae el agua y la envía al intercambiador de calor de la
bomba de calor y la retorna a una cierta distancia de su origen, sin
contaminarla en el proceso. Este sistema es el preferible, ya que resulta más
económico, pero no siempre es posible, pues las normas locales de sanidad
pueden prohibirlo.
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El sistema puede actuar en lazo abierto o cerrado.
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 En el sistema de lazo cerrado disponemos un circuito por el que circula el
líquido intercambiador y se compone básicamente de:
o
Red de tuberías enterradas en el subsuelo, horizontales, verticales o
sumergidas en lagos o estanques, con agua en su interior circulando
mediante una bomba. La red actúa como un intercambiador de calor
que toma el calor relativo de la tierra en invierno y el frío relativo en
verano.
o
Bomba de calor geotérmica con refrigerante en un circuito intermedio.
El lado caliente del circuito comprime el gas y aumenta su temperatura,
que se transmite al circuito de distribución de calor del edificio, mientras
que el lado frío del circuito actúa a la inversa.
o
El circuito de distribución del edificio puede incorporar, suelo radiante o
bien radiadores o bien conductos de aire para repartir las frigorías o
calorías generadas por el intercambiador enterrado en la tierra.
Este TFC se centrará fundamentalmente en circuitos de lazo cerrados.
En los apartados que siguen a continuación se tratara de explicar el
funcionamiento de las distintas partes de la instalación geotérmica al mismo tiempo
que se enumeran cada uno de los elementos que la componen.
5.1.
Bombas de calor geotérmicas
Las leyes que sobre la forma de comportarse los gases enunciaron Boyle,
Mariotte, Charles y Gay-Lussac, no son más que el reflejo de un principio ya conocido
desde muy antiguo por los físicos y que puede enunciarse así: “Un gas se calienta
cuando se comprime y se enfría cuando se expande”. Este sencillo enunciado, casi
evidente, es el origen de una de las máquinas con más difusión en la sociedad y con la
que vamos a explicar el funcionamiento básico de una bomba de calor.
En efecto, los clásicos frigoríficos, tanto domésticos como industriales, utilizan
este principio. El denominado comúnmente “refrigerador” o “nevera” son armarios o
cajones aislados térmicamente para que el calor no penetre dentro de dicho armario.
Dentro del refrigerador se dispone de un panel de captación, que contiene en su
interior un circuito hidráulico, por el que circula un líquido refrigerante o un gas licuado.
Este líquido tiende a evaporarse captando o “robando” rápidamente el calor
introducido junto con el alimento. Una vez captado el calor en el líquido o gas, éste
pasa a un compresor que lo comprime, consiguiendo así que aumente de temperatura.
Aumentada su temperatura en la compresión, se traspasa por circulación al panel o
circuito exterior (parte trasera de los refrigeradores). El calor que transporta el líquido
invadirá la ausencia de éste en el ambiente exterior, disipándolo fuera del refrigerador.
Página41
Este mecanismo es lo que se denomina una bomba de calor, y con ella se ha
conseguido extraer el calor del interior del frigorífico y se ha disipado en el exterior.
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Así pues, de una forma más general podemos definir una bomba de calor como
un mecanismo que aprovecha las leyes de la termodinámica para mover el calor de
forma ultra eficiente de un lugar a otro, en lugar de generarlo, como hace por ejemplo
una caldera. Para lograrlo, convierte el líquido refrigerante que circula por su interior
en gas de forma mecánica. El gas absorbe el calor de donde nosotros queremos
extraerlo, y el compresor, que es el único proceso que consume electricidad,
comprime el gas para pasarlo de nuevo al estado líquido, extrayendo el calor, que
podemos aplicar después donde más nos interesa.
Si se consigue aprovechar el frío en el evaporador (válvula de expansión) para
enfriar un ambiente en verano, y el calor en el condensador (compresor) para calentar
el mismo ambiente en invierno, se habrá conseguido alcanzar el concepto de
climatización.
Un aparato de aire acondicionado es una bomba de calor semejante a un
frigorífico, pero que dispone de componentes adicionales que permiten enviar calor en
cualquiera de los dos sentidos. Por lo tanto lo que hace es expulsar al aire de la calle
el calor que hay en nuestra casa en verano, e introducir en invierno aire caliente.
Pues bien, la bomba de calor geotérmica hace lo mismo que la máquina de aire
acondicionado pero el lugar de intercambiar el calor con el aire de la calle, lo
intercambia con el subsuelo, que mantiene una temperatura homogénea de 15°C a lo
largo de todo el año.
1 Kw
BOMBA DE CALOR
8 Kw
Con la bomba de calor se gasta una sola unidad de energía (1 Kw, electricidad,
gas, gasóleo, etc) y es capaz de producir hasta ocho unidades de energía (8 Kw de
calor y/o frio).
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Figura 22: Interior de una bomba de calor. Fuente: Catálogo waterkotte iberia.
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Figura 23: Bomba de calor geotérmica en modo refrigeración.
En verano el terreno es más frío que el aire con lo que las tuberías condensan
el refrigerante a temperaturas más bajas, mientras que en invierno es al revés y las
tuberías evaporan el refrigerante a temperaturas más altas.
Figura 24: Bomba de calor geotérmica en modo refrigeración calefacción.

Bombas de calor agua-agua: Utilizan como fuente de calor el de la tierra o el dl
agua freática, o de ríos, lagos, etc. y transfieren el calor a radiadores.

Bombas de calor agua-aire: Utilizan la misma fuente de calor anterior (tierra o
agua freática o de ríos y lagos) y lo transfieren mediante aire en conductos
situados en la vivienda o edificio.
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Página43
Dependiendo de los fluidos de entrada y de salida, las bombas de calor
geotérmicas son básicamente:
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Las bombas de calor pueden tener una potencia de 2 kW hasta 27 kW, y sus
capacidades de calefacción y refrigeración se expresan en kW (Europa).
La instalación se puede conectar a suelo radiante, sistema de radiadores o a
cualquier sistema de calefacción y refrigeración cuyo fluido de transmisión sea el agua.
Nos encontramos pues con un aparato de gran eficiencia que puede obtener calor de
la tierra que tenemos a nuestro alrededor utilizando una pequeña cantidad de energía
eléctrica, que nos devuelve en forma de calor multiplicada por 4 o 5. Además no
contamina ni perjudica al medio ambiente, y tiene un mantenimiento mínimo.
Página44
Como inconveniente podríamos citar que tiene un coste inicial elevado, como
unas 2,5 veces el de otros equipos, debido especialmente al coste realización de los
pozos para las tuberías intercambiadoras.
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5.1.1
¿Cómo elegir una bomba de calor geotérmica?
Las hay de muchos tipos y fabricantes. El dato más importante es su COP
(coefficient of performance) coeficiente de eficiencia. Cuanto mayor sea el COP,
mayor será su eficiencia energética y menor consumo eléctrico.
Para encontrar una bomba adecuada, atenderemos a los siguientes puntos:

Consumen aproximadamente de un 20% a un 30% de energía
eléctrica y obtienen del subsuelo entre un 80% y un 70% gratis de
energía calorífica. (Según marcas y fabricantes y COP).

Ejemplo: suponiendo una bomba de calor con un COP de 5
instalada en una casa que necesite para calefacción un total de
25000 Kw/año de energía calorífica, consumirá 5000 Kw/año de
energía eléctrica.
No necesitan apoyo de ningún otro tipo de caldera.
Las eficientes no llevan ningún tipo de resistencia de apoyo (Según
marcas y fabricantes).
Producen calefacción, refrigeración, ACS. (Según modelos y
fabricantes).
Son silenciosas (producen el ruido de una nevera grande).
Sin humos, ni olores, ni peligro de incendio.
Las más eficientes tienen un COP (coefficient of performance ) de 5
o superior y las más avanzadas técnicamente usan sistemas
inverter o modulantes con un COP de 6 o superior.
Las modernas utilizan como fluido liquido-gaseoso R410A hecho
que posibilita un mayor rendimiento.
Las modernas están controladas por un autómata computerizado
con posible conexión a Internet.








El COP se calcula del siguiente modo:
COP =
Para una mejor comprensión lo explicaremos mediante un ejemplo numérico:
El valor típico del COP varía entre 3,5 y 5,5. Esto quiere decir:
Si extraemos de la tierra 10 kW, solo nos cuesta
= 2,86 kW
o bien, dependiendo de la bomba geotérmica
= 1,81Kw
Página45
Además, el sistema en sí, no genera CO2, exceptuando la energía eléctrica de
alimentación de la bomba que puede producir CO2 según se esté generando.
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5.2. Intercambiadores geotérmicos.
El intercambiador enterrado está constituido por conductos de polietileno de
alta resistencia y gran duración producidas en fábrica de una sola pieza. Por estos
conductos circula el agua gliconada que facilita el intercambio de calor con el terreno.
Los intercambiadores geotérmicos no deben instalarse por debajo de superficies
edificadas o selladas.
Existe un inconveniente en las regiones frías, en las que las temperaturas del
suelo a 1m de profundidad pueden alcanzar el punto de congelación incluso sin
aprovechamiento de calor. A una profundidad de 2 m, la temperatura mínima es de
unos 5ºC. La temperatura sube según aumenta la profundidad, no obstante, la
corriente térmica que viene de la superficie disminuye. Por lo tanto, en caso de una
instalación demasiado profunda, la descongelación en primavera no queda asegurada.
Por este motivo, la profundidad de instalación debe situarse de 0,2 a 0,3 m por
debajo del límite máximo de heladas. En la mayoría de las regiones, este se encuentra
entre 1,0 y 1,5 m.
Los intercambiadores se diferencian según el tipo de instalación:
5.2.1. Sondas geotérmicas: son elementos enterrados verticalmente en el
terreno hasta una profundidad de, normalmente, 70 - 150 m.
Se fabrican en polietileno de alta calidad y gran durabilidad.
El dimensionamiento exacto depende de las condiciones geológicas e
hidrogeológicas. Normalmente el instalador no dispone de estos datos,
por lo que se precisa la contratación de un estudio geotécnico.
Para la configuración de las sondas geotérmicas se dan dos casos:
Instalaciones individuales con bomba de calor y una potencia de caldeo
de hasta 30kW; suponiendo una longitud de las sondas geotérmicas
entre 40 y 100 m, distancia mínima entre sondas de 6m y utilización de
sondas doble uve con diámetro 32 o 40.
En estas potencias de extracción ha de tenerse en cuenta el
trabajo de extracción específico anual, el cual supone un factor de
influencia a largo plazo.

Instalaciones que se compongan de varias instalaciones individuales,
que superen las 2400 horas de servicio al año, se utilicen para calentar
y refrigerar o tengan una potencia total superior a 30kW.
Página46

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En el primer caso se puede utilizar la configuración de la siguiente tabla:
SUBSUELO
POTENCIA DE
EXTRACCIÓN ESPECIFICA
Para 1800 h
Para 2400 h
Valores generales de orientación
Subsuelo malo (sedimento seco) (λ< 1,5W/(m*K))
25 W/m
20 W/m
Subsuelo normal de roca solida y sedimento saturado de
60 W/m
50 W/m
agua(λ< 1,5-3,0 W/(m*K))
Roca solida con conductividad térmica alta (λ>3,0 W/(m*K))
84 W/m
70 W/m
Tipo de roca:
Gravilla, arena, secas
< 25 W/m
<20 W/m
Gravilla, arena, acuíferas
65-80 W/m
55-65 W/m
En caso de fuerte flujo de agua subterránea en gravilla y
80-100 W/m
80-100 W/m
arena, para instalaciones individuales
Arcilla, barro, húmedos
35-50 W/m
30-40 W/m
Piedra caliza (macizos)
55-70 W/m
45-60 W/m
Piedra arenisca
65-80 W/m
55-65 W/m
Magmáticas acidas
65-85 W/m
55-70 W/m
Magmáticas básicas
40-65 W/m
35-55 W/m
Gneis
70-85 W/m
60-70 W/m
Figura 25: Potencias de extracción para sondas geotérmica. Fuente: Manual de planificación e instalación
de bombas de calor para calefacción y ACS.
En el segundo caso se debe comprobar la configuración de la instalación
mediante los cálculos de una oficina de planificación para geotermia.
Figura 26: Introducción de sondas geotérmicas. Fuente: Fuente: ww.ansoltec.com
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Página47
En la planificación y al solicitar el permiso respectivo deben observarse las
directivas y normas incluidas en el código de minera y de aguas.
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Figura 27: Introducción de sondas geotérmicas. Fuente: ww.ansoltec.com
Figura 28.Sonda geotérmica, y lastre para sonda. Fuente: Catálogo raugeo.
Este tipo de sonda en U es la única que no precisa de uniones soldadas. Por
cada metro de sonsa se puede contar con una media de 50W como potencia de la
fuente de calor.
Página48
Figura 29.Sonda geotérmica. Fuente: Catálogo raugeo.
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5.2.2. Intercambiadores geotérmicos instalados en posición horizontal a una
profundidad de aprox. 1,5 m. Se fabrican en polietileno de alta calidad y
gran durabilidad.
Si el terreno no es pedregoso el tubo será de PE-100, si por el contrario lo es,
se utilizaran tubos de de polietileno reticulado de 32 mm.
La superficie necesaria para instalar un intercambiador geotérmico horizontal
depende de la potencia frigorífica de la bomba de calor, del tipo de suelo, contenido
de humedad de la tierra y zona climática, duración máxima del periodo de heladas,
de la disponibilidad de una superficie libre de grandes dimensiones junto al edificio.
En zonas montañosas a mediana altura a partir de aproximadamente 900 m a 1000
m sobre el nivel del mar las potencias de extracción son muy reducidas, por lo que
no se recomienda este tipo de colectores.
Los intercambiadores geotérmicos constituyen la alternativa idónea a la sonda
geotérmica. Presentan un buen rendimiento y se pueden colocar de forma sencilla y
con un coste reducido, porque no es necesario contratar a una empresa
especializada en sondeo. Se debe tener cuidado con las cargas puntuales del
terreno si el material del colector no está reforzado. Para evitar la rotura se deberá
apoyar sobre una cama de arena.
Página49
Figura 30: Colectores horizontales.
Fuente: Catálogo raugeo.
Figura 31: Introducción de intercambiadores geotérmicos. Fuente: ww.ansoltec.com
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Figura 32: Introducción de intercambiadores geotérmicos en una losa de cimentación. Fuente:
Centro de investigación de la geotermia.
Página50
Los serpentines se deben conectar o instalar mediante un distribuidor de ida y
colector de retorno, de tal modo que todos los circuitos tengan la misma longitud.
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5.2.3. Tubos intercambiadores geotérmicos introducidos en los pilotes de las
cimentaciones (conocidos como pilotes energéticos).
La dificultad para la instalación radica en la resistencia de los tubos, así como,
en especial, en los reducidos radios de curvatura que admiten los materiales, gracias a
lo cual se posibilita una captación de energía segura a largo plazo. Dado que los
trabajos de pilotaje resultan ya de por sí necesarios, la integración del sistema de
colector conlleva unos costes adicionales reducidos.
La configuración de este tipo de instalaciones se debe realizar según el
fabricante o proveedor. El fabricante deberá garantizar el funcionamiento a largo plazo
del sistema según las siguientes indicaciones:



Temperatura de salmuera mínima admisible.
Potencia frigorífica y caudal de salmuera de la bomba de calor utilizada.
Horas de servicio anuales de la bomba de calor.
Adicionalmente se deben suministrar las siguientes informaciones:



Perdidas de presión con el caudal de salmuera indicado para configurar la
bomba de circulación de salmuera.
Posibles influencias sobre la vegetación
Prescripciones de instalación
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Figura 33: Intercambiadores de calor, integrados en un pilote. Fuente: Manual de planificación e
instalación de bombas de calor para calefacción y ACS
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Figura 35: Armadura de pilote con captadores antes y después de su colocación.
Fuente: www.enercret.com
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Figura 34: Diversos tipos de instalación de tubos captadores verticales en sondas geotérmicas. Fuente:
Geothermal Aplications. Climate Master.
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5.3. Agua gliconada
5.3.1. ¿Qué es el glicol?
El glicol (HO-CH2CH2-OH) se denomina sistemáticamente etano-1,2-diol. Se
trata del diol más sencillo, nombre que también se emplea para cualquier poliol. Su
nombre deriva del griego glicos (dulce) y se refiere al sabor dulce de esta sustancia.
El glicol es una sustancia ligeramente viscosa, incolora e inodora con un
elevado punto de ebullición y un punto de fusión de aproximadamente -12 °C (261 K).
Se mezcla con agua en cualquier proporción. Es utilizado como aditivo anticongelante.
5.3.2. ¿Cómo se fabrica?
El glicol se genera industrialmente a partir de eteno mediante oxidación con
oxígeno en presencia de óxido de plata como catalizador e hidrólisis del óxido de
eteno generado en la primera etapa.
Otra forma de sintetizarlo es mediante tratamiento con una solución fría, diluida
y básica de permanganato de potasio, llevándose a cabo con una estereoquímica sin
(hidroxilación con permanganato).
5.3.3. ¿Por qué es necesario en glicol (anticongelante)?
El anticongelante es necesario para la protección de la bomba de calor. La
mezcla se compone comúnmente de un 75% de agua y 25% de Etilenglicol o
Propilenglicol.
5.3.4. ¿Cuál es debe ser la proporción agua-glicol?
La siguiente tabla muestra el volumen total y cantidad de anticongelante por
cada 100m de tubo, para diferente tubos de PE y una protección contra heladas de
hasta – 14ºC.
Figura 36: Volumen total y
cantidad de anticongelante por
cada 100m de tubo para
diferentes tubos de PE y una
protección contra heladas de
hasta -14ºC.
Volumen
por cada
100m (l)
Anticongelante
por cada 100 m
(l)
Caudal max.
De salmuera
(l/h)
25x2,3
32,7
8,2
1100
32x2,9
53,1
13,3
2900
40x3,7
83,5
20,9
2900
50x4,6
130,7
32,7
4700
63x5,8
207,5
51,9
7200
75x6,9
194,2
73,6
10800
90x8,2
425,5
106,4
15500
110x10
636
159
23400
125x11,4
820
205
29500
140x12,7
1031
258
40000
160x12,7
1344
336
50000
Página53
Fuente:
Manual
de
planificación e instalación de
bombas
de
calor
para
calefacción y ACS
Tubo DIN
8074 (PN
12,5) (mm)
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5.4. Sistemas de calefacción/refrigeración en viviendas
La calefacción y/o refrigeración de la vivienda con la bomba de calor
geotérmica, puede realizarse de diversas formas:

Por conductos de aire en las habitaciones
En el modo calefacción, la bomba de calor agua-aire absorbe el calor del
terreno y, a través de un intercambiador de calor, el refrigerante calienta el aire. Este
es dirigido a través de conductos a las diferentes habitaciones en la misma forma que
lo haría si la vivienda tuviera aire acondicionado.
En el modo de refrigeración, el refrigerante absorbe calor del aire interior que
circula por los conductos y a través del serpentín exterior del evaporador, libera calor
al agua fría que circula por el tubo en U del pozo perforado en el terreno.
Figura 37: Calefacción - refrigeración con bomba de calor agua-aire.
Fuente: Centro de investigación de la geotermia.
Página54
La bomba de calor agua-aire debe impulsar más volumen de aire que en un
sistema normal de aire acondicionado. Por lo tanto, el instalador debe dimensionar
adecuadamente los conductos para un mayor caudal de aire y además debe aislarlos
acústicamente, por lo menos en los primeros metros y debe colocar además una unión
flexible entre la bomba de calor y el conducto principal para evitar vibraciones. El ruido
que emite la bomba de calor es bajo, del orden de unos 47 a 60 dB.
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
Con agua en suelo radiante
Está formado por múltiples tuberías de polipropileno embebidas en el suelo de
hormigón y separadas en las áreas de las habitaciones, con control independiente de
temperatura.
Para un correcto funcionamiento de la instalación hay asegurarse de que la
diferencia de temperaturas entre el lazo cerrado del pozo y el sistema de distribución
del agua caliente sea el adecuado para obtener el máximo rendimiento de la bomba de
calor. Cuanto mayor sea la diferencia tanto menor será el rendimiento.
Figura 38: Colector suelo radiante.Fuente:www.ansoltec.com
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Figura 39: Esquema radiador suelo radiante. Fuente: Catálogo Enertres.
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
Con radiadores de agua
Permite aprovechar los existentes y disponer del apoyo de la caldera de gas
natural o gasoil existente. Asimismo, como la bomba de calor no puede calentar agua
más allá de 50 °C y los radiadores convencionales trabajan normalmente entre 65 y
70°C, como mínimo, se deduce que si únicamente la bomba de calor alimenta a los
radiadores, éstos deberían tener una mayor superficie para tener la misma efectividad.
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Figura 40: Esquema radiador de agua. Fuente: Catálogo Enertres.
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8. Dirección y ejecución
de la unidad de obra
6.1. Manual de instalación y dirección para el arquitecto técnico
6.1.1. Justificación del apartado
La gran función del arquitecto técnico como director de ejecución en la obra se
centra en mayor medida en el control, para que todo se adecue a la calidad exigida, a
las normas de la buena construcción y sobre todo a que se haga una colocación
correcta de todo aquello que compone la edificación que debemos dirigir.
Independientemente de la magnitud de la obra que estemos ejecutando,
debemos conocer cada parte de esta, y lo más importante, saber cómo se ha de
realizar, para poder prever los inconvenientes que puedan surgir en el proceso.
La energía geotérmica es unos de esos campos en la que la técnica está
avanzando. Es un grandísimo desconocido, el cual puede permitir a un Arquitecto
Técnico abrirse camino dentro de un mercado cada vez más competitivo y en un
campo prácticamente desierto.
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Como directores de ejecución debemos estar al día en los continuos avances
de las técnicas constructivas, conociéndolas al dedillo, para poder dirigir e ilustrar a los
encargados del montaje para una correcta ejecución.
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Trabajo Fin de Carrera
Por este motivo espero que este trabajo, y en especial este capítulo, ayude al
Arquitecto Técnico a desenvolverse en este campo.
6.1.2. Trabajos previos
Para comenzar debemos conocer a la perfección cada elemento que
compondrá la instalación, como ya se explico en el Capitulo 5.
6.1.3. Análisis del proyecto
Como en todos los proyectos, existirá una primera fase de análisis, en la que
someteremos a examen el proyecto encomendado para conocer las partes de las que
se compone y en la que debemos determinar cuándo comenzaran los trabajos de
instalación geotérmica y que necesitaremos para su correcta realización.
En primer lugar, lo que nos encontraremos como en todos los proyectos que
llegan a nuestras manos, es la memoria descriptiva en la cual se nos muestra el
destinatario, el titular, situación, etc.
En el apartado de los antecedentes se analiza en el caso de un edificio
construido: la estructura existente, su actividad, instalaciones existentes.
Tanto en edificaciones nuevas como en edificios construidos se estudia la
climatología, estratificación del terreno, su conductividad térmica, humedad, etc. De
estos datos se obtendremos el tipo de instalación y materiales a emplear. En este
apartado ha de estudiarse la ubicación de los colectores, ya sea en el exterior si se
dispone de terreno o en el interior del edificio.
Así pues podremos atender a distintos tipos de instalación recogidos en el
siguiente gráfico:
ESTUDIO DE
INSTALACIÓN
GEOTÉRMICA
EDIFICIOS
EXISTENTES
SIN TERRENO
COLECTORES
HORIZONTALES
SONDAS
GEOTÉRMICAS
SIN TERRENO
LOSAS Y
PILOTES
ENERGTICOS
SONDAS
GEOTÉRMICAS
CON TERRENO
SUFICIENTE
LOSAS Y
PILOTES
ENERGÉTICOS
COLECTORES
HORIZONTALES
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CON TERRENO
SUFICIENTE
NUEVA
EDIFICACIÓN
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6.1.3.1. Edificaciones existentes:
-
Intercambiadores horizontales.
Sondas geotérmicas en exterior o en interior.
En este tipo de construcciones deberemos atender a dos posibilidades:
a)
Con terreno suficiente:
Si se opta por los intercambiadores horizontales se debe efectuar la
excavación de las zanjas para introducir los intercambiadores. Dicha
excavación se realizara mediante pala o retroexcavadora. Se extenderá una
cama de arena en el fondo de la excavación para colocar sobre esta los
intercambiadores. La profundidad rondara los 1,5 m y entre tubos existirá una
separación de 50-80 cm. El tipo de tendido puede ser helicoidal, de meandro
doble o Tichelmann.
Figura 41: Distribución helicoidal, de meandro doble o Tichelmann. Fuente: Autor TFC.








Elegir la ubicación de los distribuidores en el punto más alto de la instalación
de colector.
Los distribuidores pueden ser instalados en arquetas de plástico prefabricadas,
de fábrica de ladrillo o de hormigón armado.
Extender los tubos, alinearlos y fijarlos con piquetas.
Es fundamental respetar los radios de curvatura
Una vez cubiertos los tubos con el material excavado o la arena retirar
nuevamente las piquetas.
Llenar la tubería con el agua gliconada.
Barrer las tuberías hasta que queden libres de aire, situando un recipiente
abierto debajo de un extremo de las mismas.
La prueba de presión de la tubería y de los componentes de la instalación
(distribuidor, tuberías de conexión, etc.) se realiza con 1,5 veces la presión de
servicio.
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Montaje de intercambiadores horizontales, pasos a seguir:
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Figura 42: Colectores para sondas geotérmicas. Fuente: www.ansolec.com
Es necesario la colocación de estos colectores para evitar acometer en el
cuarto de instalaciones todas las tuberías de los intercambiadores, además de para
realizar el equilibrado hidráulico, y para poder comprobar el correcto funcionamiento
individual de cada intercambiador geotérmico. Si hubiera algún problema desde aquí
se podría desconectar.
Desde este punto se conectaran los colectores a la bomba de calor geotérmica.
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En el anexo V aparecen planos, creados por el autor de este TFC, de un
esquema de instalación con intercambiadores horizontales.
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b) Sin terreno suficiente.
Si es el caso de una edificación en la que no se dispone de terreno suficiente
para la implantación de colectores horizontales se dispondrán sondas geotérmicas.
Estas sondas se instalarán, si disponemos de cierto terreno junto a la
edificación en este, o si no se dispone, en sótanos o garajes.
La primera opción es al aire libre. El trabajo consiste en la realización de
perforaciones en el terreno, que varían en función de la demanda energética. La
maquinaria empleada son perforadoras, y su tamaño varía según la profundidad
necesaria. En obra deberemos de disponer de accesos para la entrada y salida de
maquinaria de perforación, así como de espacio necesario a la hora de perforación.
Se deberán replantear en el terreno la ubicación de las sondas, a fin de tener
localizadas las mismas. La distancia de separación entre sondas no será inferior a 6
metro, y entre sondas y edificio 2 metros.
Atenderemos especialmente a las canalizaciones que pudieran existir de
saneamiento, gas, electricidad,… a fin de no producir averías en las mismas a la hora
de la perforación. Se mantendrá una distancia con estas instalaciones de 70cm
mínimo.
Una vez realizada la perforación se introduce la sonda que podrá se de U o
doble U. Para facilitar la introducción se le colocara un lastre en el extremo y
posteriormente se rellena la canalización, según el tipo de terreno, con grava fina o
una lechada de bentonita-cemento. A la hora del relleno se intentar realizar el vertido
de tal forma que se eviten la creación de bolsas de aire que interrumpan la
conductividad térmica del aislante. Para el relleno de la excavación se introducirá junto
con la sonda una tubería de llenado.
La conexión con el colector se realizara en el punto más alto de la instalación, y
se colocara un dispositivo de desairación.













Antes de desenrollarlas, comprobar si las bobinas presentan desperfectos.
Cargar la sonda en el dispositivo desbobinador o extenderla.
En caso necesario fijar el lastre o el elemento auxiliar para la introducción en el
pie de la sonda
Llenar la sonda con agua, para que ésta no ascienda.
Introducir la sonda junto con el tubo de llenado en el pozo.
Descender la sonda y el tubo de llenado completamente dentro del pozo.
Realizar la prueba de presión y de flujo de la sonda llena de agua.
Rellenar completamente el intersticio anular del pozo.
Realizar la prueba final de funcionamiento de la sonda geotérmica llena de
agua, aplicando una presión de mín. 6 bar
Empalmar las sondas a las tuberías de conexión.
Conectar dichas tuberías al distribuidor ubicado en el punto más alto de la
instalación.
Purgar la instalación con el medio caloportador ya mezclado.
Barrer las tuberías hasta que ya no contengan aire, colocando un recipiente
debajo de un extremo de las mismas.
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Montaje de sondas geotérmicas, pasos a seguir:
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
Realizar una prueba de presión final del sistema en su conjunto, aplicando 1,5
veces la presión de servicio.
Figura 44: Máquina perforadora para sondas. Fuente: Autor del TFC.
Disposición de las perforaciones para sondas:
Como se ha mencionado anteriormente, la distancia mínima entre sondas
deberá ser 6m para que la influencia mutua sea baja y se asegure la regeneración en
verano. Si se requieren varias sondas, estas deberán colocarse perpendicular a la
dirección en que fluya el agua subterránea. La distancia respecto a la edificación será
de 2m.
SENTIDO DE FLUJO DE AGUA SUBTERRÁNEA
SONDA 1
6 M MÍNIMO
SONDA 2
6 M MÍNIMO
SONDA 3
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Página62
Figura 45: Distancia mínima entre sondas geotérmicas. Fuente: Autor del TFC.
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La siguiente imagen muestra la sección transversal de una sonda doble uve.
En este tipo de sonda se realiza primero una perforación con el radio r1. Se introducen
después cuatro tubos de sonda y uno de llenado con una mezcla de hormigón y
bentonita. El fluido de la sonda desciende a través de dos tubos de sonda y luego
asciende nuevamente a través de otros dos. En la parte inferior, los tubos están unidos
a una cabeza de sonda, de tal modo que se produce un circuito cerrado.
Figura 46: Sección transversal sonda doble uve. Fuente: Autor del TFC.
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En el anexo V aparecen planos, creados por el autor de este TFC, de un esquema de
instalación con sondas verticales.
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6.1.3.2. Edificaciones nuevas:
En este tipo de situaciones se estudiara en la fase de ejecución del proyecto la
instalación más conveniente.
-
Pilotes energéticos.
Colectores horizontales en el interior de losas.
Intercambiadores horizontales.
Sondas geotérmicas en exterior y en interior.
a) Con terreno suficiente
Este supuesto es el más idóneo, puesto que con suficiente espacio alrededor
de la edificación podemos adoptar cualquier variable existente en instalaciones
geotérmicas.
Los pilotes energéticos no distan mucho de una instalación de sondas
geotérmicas. La dificultad de este sistema radica en la resistencia de los tubos así
como en los reducidos radios de curvatura que admiten los materiales.
La disposición de los intercambiadores en el interior del pilotaje puede ser
formando meandros en vertical o hacer un tendido del intercambiador en forma de
sonda de U.
Meandros en vertical: Los tubos se tienden dentro de la jaula
de armadura formando bucles de tubo sin fín con forma de meandros.
Este tipo de tendido presenta ventajas, sobre todo de simplicidad de
montaje. La conexión de los ramales de impulsión y de retorno a la red
de tuberías se efectúa en la cabeza del pilote.
Figura 48: Sondas en pilote en forma de meandro. Furente: Catalogo Caleffi
Página64
Sonda en U: Los tubos se tienden en forma de U dentro de la jaula
de armadura. Esta modalidad de tendido de los tubos presenta ventajas,
sobre todo relacionadas con la desaireación de las tuberías. La conexión
de los ramales de impulsión y retorno a la red de tuberías se efectúa en la
cabeza del pilote.
Figura 49: Sondas en pilote en forma de U. Furente: Catalogo Caleffi
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Montaje de pilotes energéticos, pasos a seguir:

















Tendido de las tuberías en forma de meandros dentro de la jaula de armadura.
El tendido de los tubos se efectúa en sentido longitudinal dentro de la jaula de
armadura.
La fijación mediante unión positiva de los tubos se realiza a la armadura y en
las zonas de cambio de dirección de los tubos por medio de conectores para
mallazo de pilote energético a intervalos de 0,5 m.
Colocar un tubo protector sobre las tuberías en la zona de la cabeza del pilote.
Fijar y cortar las tuberías.
Identificar las tuberías.
Las tuberías de conexión se cortan en la cabeza del pilote y se aplica tubo
protector sobre las mismas.
Se lleva a cabo la identificación del pilote energético con arreglo al proyecto de
montaje.
Montar la unidad para pruebas de presión.
Aplicar una presión de prueba de 6 bar.
Montar una unidad para pruebas de presión en los extremos, intercalando una
reducción con manómetro.
Aplicar una presión de prueba de 6 bar y registrar dicha presión de prueba en
un protocolo.
Poner en obra del hormigón
Realizar una 2ª prueba de presión tras la puesta en obra del hormigón
Conectar las tuberías a los tubos distribuidores
Registrar en un protocolo la presión de prueba aplicada tras la puesta en obra
del hormigón.
Los pilotes energéticos se pueden conectar directamente a las tuberías de
distribución o a los distribuidores del circuito de calefacción o de
refrescamiento.
Página65
En el anexo V aparecen planos, creados por el autor de este TFC, de un
esquema de instalación con intercambiadores horizontales con pilotes energéticos.
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Los intercambiadores horizontales en el interior de losa se ejecutaran del
mismo modo que los pilotes energéticos, pero en posición horizontal.
b) Sin terreno suficiente.
En estas circunstancias los tipos de instalaciones que podemos efectuar son:
-
Pilotes energéticos.(Explicado anteriormente)
Intercambiadores horizontales en el interior de losas.(Explicado
anteriormente)
Sondas geotérmicas en interior.
La ejecución de sondas geotérmicas en el interior se realiza del mismo modo
que en el exterior. Se tendrá que tener en cuenta el acceso de la maquinaria al sótano,
planta baja o garaje en el cual se realizaran los sondeos.
Una vez ejecutados los sondeos y colocado los intercambiadores las sondas se
derivan de igual forma que el sonde anteriormente explicado, a un colector geotérmico.
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Figura 51: Colocación de sondas geotérmicas. Fuente: www.geotermiasolar.net
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6.1.3.3.
Componentes para instalaciones
COLECTOR DE
DISTRIBUCIÓN
COLECTOR PORTAINSTRUMENTOS
UNIDAD DE CONTROL
BOMBA DE CALOR
a) Colector de distribución
1
2
3
4
5
6
7
Figura 52: Despiece de colector de distribución. Fuente: Catálogo enertres.
El colector geotérmico se compone de:
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1- válvulas automáticas de purga de aire.
2- termómetros Ø 80 mm.
3- grifos de carga y descarga.
4- colectores de ida y retorno.
5- tapones de cabecera con aislamiento.
6- soportes murales.
7- tacos de fijación a la pared.
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Página67
-
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Trabajo Fin de Carrera
El colector de distribución, totalmente componible, está diseñado para que
pueda montarse en banco y fijarse después a soportes murales. Esta característica
también facilita la preparación de los intercambiadores y su conexión al colector.
El colector es modular para que pueda adaptarse a viviendas de pequeñas
dimensiones. Los módulos están específicamente diseñados para limitar los
fenómenos de condensación. El fluido queda aislado del exterior por una cámara de
aire. Los módulos se compactan entre sí mediante dos tapones de cabecera
realizados en latón y cuatro tirantes, con una junta intermedia que aísla el canal de
paso de agua y las cámaras de aire. Las conexiones del colector se pueden hacer a la
izquierda o a la derecha, según la posición de los intercambiadores respecto a la
bomba de calor.
b) Dispositivos de corte y equilibrado
2
3
4
5
6
Figura 53: Despiece de colector de distribución. Fuente: Catálogo enertres
1- Válvula de corte de esfera con posibilidad de integrar un sensor
de medición del caudal.
2- Aislamiento para válvulas de corte.
3- Sensor integrable para medición del caudal.
4- Palanca de mando para válvulas de corte.
5- Válvula de equilibrado con caudalímetro.
6- Aislamiento para válvulas de equilibrado.
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1
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c) Colector porta instrumentos
Figura 54: Despiece de
colector de instrumentos.
Fuente: Catálogo enertres
El grupo está compuesto por:
Figura 55: Despiece de colector de instrumentos y situación bomba calor. Fuente: Catálogo enertres.
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BOMBA DE CALOR
INTERCAMBIADOR GEOTÉRMICO
BOMBA DE CALOR
1) Válvula automática de purga de aire.
2) Dos vainas de 1/2” para sondas de temperatura.
3) Desfangador con válvula automática de purga de aire y grifo de descarga.
4) Colector portainstrumentos en cobre.
5) Grifo automático de corte para vasos de expansión.
6) Válvula de seguridad con descarga orientable.
7) Grifos de carga y descarga.
8) Vaso de expansión.
9) Placa de anclaje (fondo de la caja de alojamiento) con soportes.
10) Manómetro según normas I.S.P.E.S.L.
11) Presostato de mínima homologado por el I.S.P.E.S.L.
12) Dos válvulas de corte con palanca larga para facilitar el uso en presencia
de aislamiento.
13) Dos termómetros.
14) Tubo flexible para conexión al vaso de expansión.
15) Carcasa aislante preformada.
16) Presostato de seguridad (opcional).
17) Flujostato (opcional).
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Trabajo Fin de Carrera
6.2. Listas de chequeo para la ayuda en la dirección de la ejecución
Una vez analizado y estudiado con detalle el proyecto que nos ha sido
asignado, tendremos que comenzar con el trabajo real de obra, en la que
entablaremos una relación con la dirección de obra, constructores, propiedad, etc.
La realización de una instalación geotérmica no entabla demasiada
complejidad, no obstante el control no debe descuidarse, y por ello he decidido incluir
unas listas de chequeo de la instalación.
6.2.1.
6.2.2.
6.2.3.
6.2.4.
Listas de chequeo generales.
Lista de chequeo para intercambiadores horizontales.
Lista de chequeo para sondas geotérmicas.
Lista de chequeo para pilotes energéticos.
6.2.1. Listas de chequeo generales:
LISTA DE CHEQUEO
ANÁLISIS DEL PROYECTO
Nº1
CORRECTO
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
CORRECTO
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
Disponemos de toda la documentación necesaria para ejecutar la
instalación.
Nos han sido facilitados todos los planos necesarios para la
ejecución.
Cumple la instalación con la normativa de aguas.
Cumple la instalación con la normativa de minas.
Quedan perfectamente descritos y detallados los procesos de la
unidad de obra.
Se corresponden los planos con la realidad (huecos en forjado,
volúmenes, etc).
Tenemos los medios necesarios para trabajar con seguridad.
Nos hemos reunido con la dirección facultativa para resolver las
dudas.
Acordamos un día, a poder ser semanal, para reunirnos con la
dirección facultativa e instalador.
LISTA DE CHEQUEO
RECOPILACIÓN Y ACOPIO DE LOS MATERIALES
Nº2
Ruiz Pagán, Pablo
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Página70
Están definidos los materiales a emplear.
Las fichas técnicas se corresponden con el proyecto.
Están ubicadas las zonas de acopios.
Es accesible el lugar de acopio.
Los acopios estarán protegidos de los agentes atmosféricos.
Es correcto el traslado de los materiales desde el lugar de acopio
al tajo.
Está previsto el sistema de retirada de material sobrante.
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LISTA DE CHEQUEO
LIBRO DEL EDIFICO
Nº3
CORRECTO
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
Se han entregado los planos necesarios para que el usuario
conozca perfectamente los lugares por donde discurren las
instalaciones.
Se dispone de manual de uso.
Se ha realizado demostración de funcionamiento al usuario.
LISTA DE CHEQUEO
COLECTOR DE DISTRIBUCION, DISPOSITIVOS DE CORTE Y EQUILIBRADO
CORRECTO
INCORRECTO
Nº4
CONSULTAR
D. OBRA
Página71
Válvulas automáticas de purga de aire.
Termómetros Ø 80 mm.
Grifos de carga y descarga.
Colectores de ida y retorno.
Tapones de cabecera con aislamiento.
Soportes murales.
Etiquetas de sentido de flujo e identificación de los circuitos.
Tacos de fijación a la pared.
Válvula de corte de esfera con posibilidad de integrar un sensor
de medición del caudal.
Aislamiento para válvulas de corte.
Sensor integrable para medición del caudal.
Palanca de mando para válvulas de corte.
Válvula de equilibrado con caudalímetro.
Aislamiento para válvulas de equilibrado.
Ruiz Pagán, Pablo
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LISTA DE CHEQUEO
COLECTOR PARA INSTRUMENTOS
Nº5
CORRECTO
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
Válvula automática de purga de aire.
Dos vainas de 1/2” para sondas de temperatura.
Desfangador con válvula automática de purga de aire y grifo de
descarga.
Colector portainstrumentos en cobre.
Grifo automático de corte para vasos de expansión.
Válvula de seguridad con descarga orientable.
Grifos de carga y descarga.
Vaso de expansión.
Placa de anclaje (fondo de la caja de alojamiento) con soportes.
Manómetro según normas I.S.P.E.S.L.
Presostato de mínima homologado por el I.S.P.E.S.L
Dos válvulas de corte con palanca larga para facilitar el uso en
presencia de aislamiento.
Dos termómetros.
Tubo flexible para conexión al vaso de expansión.
Carcasa aislante preformada.
Presostato de seguridad (opcional)
Flujostato (opcional).
6.2.2. Listas de chequeo para intercambiadores horizontales:
LISTA DE CHEQUEO
INTERCAMBIADORES HORIZONTALES
Nº6
CORRECTO
INCORRECTO
Ruiz Pagán, Pablo
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Página72
Acopio de material.
Creación de accesos para maquinaria.
Limitar zona de trabajo y restringir accesos.
Replanteo de circuito de instalación
Replanteo de arquetas.
Replanteo de pasamuros.
Excavación de zanjas no superior a 1,2 m.
Revisión de material antes de su uso.
Colocación de intercambiadores geotérmicos
Sistema de colocación de Helicoidal
tendido
De meandro doble
Tichelman
Separación entre intercambiadores de 50-80 cm
Instalación arquetas
Prefabricada.
De fábrica.
Hormigón armado.
Comprobación de uniones
Distribuidores colocados en el punto más alto de la instalación.
Conexión de los intercambiadores al colector.
Cobertura con terreno adecuado.
Desaireación de los intercambiadores.
Prueba de presión a 1,5 veces la presión de servicio.
CONSULTAR
D. OBRA
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6.2.2.1.
Lista de chequeo para sonda geotérmica.
LISTA DE CHEQUEO
SONDA GEOTÉRMICA
Nº6
CORRECTO
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
Página73
Acopio de material.
Creación de accesos para maquinaria.
Limitar zona de trabajo y restringir accesos.
Replanteo de
Separación minima 6m entre sondas
sondas geotermias.
Separación entre sonda y edificio
Distancia de 70 cm con otras instalaciones
Replanteo de arquetas.
Replanteo de pasamuros.
Tipo de sonda
De U
De doble U
Perforación de sonda con maquina perforadora.
Se han colocado el lastre en el extremo de la sonda
Se han realizado correctamente las soldaduras
Relleno
Grava
Bentonita-cemento
Introducción de tubería de llenado junto con la sonda
Comprobar estado de las bobinas antes de desenrollar
Instalación arquetas
Prefabricada.
De fábrica.
Hormigón armado.
Ninguna
Llenado de la sonda con agua para evitar su ascensión
Prueba de presión con sonda llena de agua
Relleno de pozo
Prueba de sonda a 6 bar
Empalme de sondas con colector
Purga de instalación
Prueba final a 1,5 veces la presión de servicio
6.2.3. Lista de chequeo para pilotes energéticos:
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LISTA DE CHEQUEO
PILOTES ENERGÉTICOS
Nº6
CORRECTO
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
Acopio de material.
Creación de accesos para maquinaria.
Limitar zona de trabajo y restringir accesos.
Excavación de pilotes, según proyecto.
Tipo de
Meandro en vertical
intercambiador
En U
Resistencia de intercambiador corresponde con la del proyecto
Se respetan los radios de curvatura de los intercambiadores
Replanteo arqueta de registro.
Tendido de tubería dentro de la jaula en sentido longitudinal
Fijación a armadura a 0,5 m
Tubo protector en zona de cabeza del pilote
Identificar tuberías
Prueba a 6 bar del intercambiador y registrar dicha prueba
Vertido de hormigón
2º prueba tras vertido y registro de prueba.
Instalación arquetas
Prefabricada.
De fabrica.
Hormigón armado.
Ninguna.
Conexión de intercambiador a colector.
Lo más importante en este apartado será hacer el seguimiento de la ejecución
con profesionalidad y rigor.
6.2.4. Mantenimiento
Al margen del tipo de contrato de mantenimiento y otros acuerdos establecidos
entre la empresa instaladora y el usuario (propietario) de la instalación geotérmica, es
recomendable establecer, al menos, un par de visitas programadas a la instalación,
previas al inicio del periodo estival e invernal.
En estas visitas el técnico debe cerciorarse que la instalación se usa y funciona
correctamente, y comprobar que todo funciona solidariamente, sin perjuicio de ninguna
parte.
Página74
El técnico se asegurara que el instalador realiza, al menos una vez al año, una
comprobación exhaustiva del estado de la instalación, a fin de detectar algún defecto o
envejecimiento prematuro que pueda afectar negativamente al buen funcionamiento
de todo el sistema de calefacción y distribución de ACS. En caso de no acordar con el
instalador las revisiones, será el técnico el que deba realizar las comprobaciones y
emitirá un dictamen sobre el estado de la instalación.
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A su vez el técnico se cerciorará que el uso es el establecido por el fabricante
es el que se está llevando a cabo por parte del usuario.
Página75
Se comprobaran que funcionan todas las medidas de seguridad, haciendo
saltar el cuadro general de automáticos para comprobar que la instalación se para. Si
no fuera así se avisara al instalador para que proceda al cambio o reparación del
cuadro, pues podría estar defectuoso. Se revisara cada conducto para comprobar que
no padece de perdidas, que permanecen con sus aislamientos y que el estado de
envejecimiento es el apropiado. De los colectores comprobaremos que no se han
edificado sobre estos, o que no están sometidas a cargas.
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7. Control de recepción
de los productos y
control de ejecución
de la obra
Entre nuestras obligaciones se cita la de verificar la recepción en obra de los
productos de construcción, ordenando la realización de ensayos y pruebas precisas y
la de dirigir la ejecución material de la obra comprobando los replanteos, los
materiales, la correcta ejecución y disposición de los elementos constructivos y de las
instalaciones, de acuerdo con el proyecto y con las instrucciones del director de obra,
así como colaborar con los restantes agentes en la elaboración de la documentación
de la obra ejecutada, aportando los resultados del control realizado
.
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Página76
Posiblemente este sea uno de los apartados más importantes para de director
de ejecución, ya que la LOE designa al arquitecto técnico como el responsable de
dicho control. En el artículo 13 de la Loe se define al arquitecto técnico como “el
director de ejecución de obra” y es por ello que asumimos la función técnica de dirigir
la ejecución material de la obra y de controlar cualitativamente y cuantitativamente la
construcción y la calidad de lo edificado.
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El control de recepción de materiales atiente al siguiente esquema:
CONTROL DE LA
DOCUMENTACION DE LOS
SUMINISTROS
DOCUMENTOS DE
IDENTIFICACION DEL
PRODUCTO
CONTROL DE RECEPCION EN
OBRA DE PRODUCTOS,
EQUIPOS Y SISTEMAS
CONTROL DE RECPCION
MEDIANTE DISTINTIVOS DE
CALIDAD Y EVALUACIONES
DE IDONEIDAD TECNICA
VERIFICAR SI ES SUFICIENTE
PARA ACEPTAR
CONTROL DE LA EJECUCIÓN
DE LA OBRA
CONTROL DE RECEPCION
MEDIANTE ENSAYOS
SEGUN REGLAMENTACION,
PROYECTO O DF
CONTROL DE LA OBRA
TERMINADA
DOCUMENTACION QUE SE
INCLUIRA EN EL LIBRO DEL
EDIFÍCIO
Figura 56: Esquema de control de recepción de materiales. Fuente: Autor del TFC.
7.1.
Control de la ejecución de la unidad de obra
Preparación de la base:
 Estabilidad
 Geometría y regularidad
 Limpieza
Control previo de los métodos de ejecución:
 Aprobación de procedimientos
 Cualificación de la mano de obra
Control del replanteo:
 Ubicación, espesor de las distintas capas, niveles, pendientes, huecos, etc.
Control de las medidas de seguridad y disposición de los medios y elementos
auxiliares:
 Medidas de seguridad generales y específicas
 Disposición y adecuación de andamios
 Medios de transporte de los materiales
Control del proceso de ejecución:
 Materiales utilizados.
 Espesor y tipo de fábrica, espesor y macizado de juntas, nivel de las hiladas,
aparejo, planeidad, desplome, etc.
 Dimensiones cámaras y colocación capas intermedias, enjarjes en encuentros
y esquinas, comprobación de elementos complementarios.
 Aplomado, enrasado, anclaje, productos de sellado.
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Control de las condiciones ambientales:
 Humedad relativa, temperatura, soleamiento, lluvia, viento superior a 50 km/h,
etc.
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Control de la unidad acabada:
 Aplomado general
 Alineamientos
 Remates, acabados etc.
7.2.
Control de ejecución de la unidad de obra termina
Al concluir la instalación se realizara el control de ejecución de la unidad
acabada sometimientos a la instalación a las pruebas referidas en el capítulo anterior,
según el tipo de instalación del que se trate.
Como encargados del programa de control se establece a continuación los
apartados sobre los que realizar el control de recepción de las diferentes unidades de
obra:
PROGRAMA DE CONTROL
CONTROL DE
MATERIALES
CONTROL DE LA OBRA
TERMINADA
CONTROL DE LA
EJECUCIÓN
PREPARACION DE LA
BASE
CONTROL DOCUMENTAL
CONTROL DE LOS
METODOS DE EJECUCIÓN
CONTROL VISUAL
CONTROL DEL
REPLANTEO
CONDICIONES DE
TRANSPORTE, DESCARGA,
ACOPIO Y
ALMACENAMIENTO
CONTROL DE ENSAYOS SI
FUERA NECESARIO, AL NO
DISPONER DE MARCADO
CE
CONTROL DE SEGURIDAD
Y DISPOSICION DE LOS
MEDIOS AUXILIARES
CONTROL DE
CONDICIONES
AMBIENTALES
CONTROL DEL PROCESO
DE EJECUCIÓN
CONTROL DE LA UNIDAD
ACABADA
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Figura 57: Esquema de control para la unidad de obra. Fuente: Autor del TFC.
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8. Propuesta de
instalación
geotérmica
A continuación realizare un estudio económico de una vivienda aislada situada en
La Manga del Mar Menor. El estudio constara de tres supuestos de instalación
geotérmica, mediante pilotes energéticos, sondas geotérmicas, colectores enterrados.
8.1.
Memoria descriptiva de la vivienda
El edificio al que vamos aplicar el presente proyecto consiste en una vivienda
unifamiliar tipo aislada construida en una parcela de 372,6m2.
Figura 58: Situación geográfica de la vivienda unifamiliar. Fuente: google.maps
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Se encuentra situada en Cabo de Palos, en el término municipal de Cartagena.
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Figura 59: Situación de la vivienda unifamiliar en la Cabo de Palos.
Fuente: google.maps
Página80
Figura 60: Situación de la vivienda unifamiliar en Cabo de Palos.
Fuente: google.maps
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La distribución de la vivienda es de la siguiente forma:
Planta baja:







Salón
Porche
Cocina-comedor
Escalera acceso a sótano y planta primera
Dormitorio
Aseo
Baño
Planta primera:




Dos terrazas
Dos dormitorios
Un baños
Un estudio
Planta sótano: la vivienda cuenta con un sótano accesible desde el exterior de la
vivienda. Se utiliza de garaje, despensa y cuarto de maquinas.
Cuadro de superficies de la vivienda.
ÚTILES
TOTAL SÓTANO
12,25 m2
10,90 m2
11,60 m2
4,80 m2
4,30 m2
43,85 m2
TOTAL VIVIENDA + SOTANO
TOTAL TERRAZAS
TOTAL
ÚTILES
208,53 m2
34,99 m2
243,52 m2
ÚTILES
93,85 m2
ÚTILES
PLANTA BAJA
Salón
Cocina-comedor
Dormitorio
Aseo
Baño
Paso a sótano
Paso a planta primera
TOTAL PLANTA BAJA
24,85 m2
16,75 m2
14,74 m2
5,50 m2
6,88 m2
1,08 m2
1,08 m2
70,88 m2
ÚTILES
TERRAZAS
Porche
Terraza este
Terraza oeste
Terraza descubierta
TOTAL TERRAZAS
5,33 m2
9,98 m2
18,21 m2
1,47 m2
34,99 m2
Página81
PLANTA PRIMERA
Dormitorio 1
Dormitorio 2
Estudio
Baño
Paso
TOTAL PLANTA PRIMERA
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8.2. Memoria constructiva de la vivienda
Describimos a continuación los elementos constructivos de la vivienda que
afectan a la realización del presente proyecto.

Cimentación y estructura
Cimentación formada por losa de hormigón armado. Y la estructura a base de
pilares de hormigón armado, vigas y zunchos. La vivienda se ha construido sobre losa
y la estructura la componen pilares de hormigón armado y forjado unidireccional de
viguetas prefabricadas.
Figura 62: Detalle de encuentro entre muro de contención y forjado. Fuente: banco de detalles
constructivos CYPE.
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Figura 61: Detalle de arranque de muro en losa de cimentación. Fuente: banco de detalles constructivos
CYPE.
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
Cubiertas
Tanto las terrazas como el patio interior son transitables, con acabado de
baldosas antideslizantes.
1. Forjado de hormigón armado y viguetas
(30 cm).
2. Hormigón celular para formación de
pendientes (12 cm).
3. Lámina impermeable
modificado lbm-40 (1cm).
de
betún
4. Aislamiento poliestireno extruido (5
cms).
5. Capa de regularización para colocación
de pavimento (2cm).
6. Solado de gres para exteriores (2cm).
Figura 63: Detalle terraza planta primera. Fuente: Apuntes de construcción UPCT.

Albañilería
Toda la tabiquería interior se realizará con fábrica para revestir, de 7 cm de
espesor.
1. Revestimiento pétreo transpirable.
2. Enfoscado de mortero mixto de cal (1,5 cm).
3. Ladrillo cerámico hueco 24 x 11,5 x 11 cm.
4. Aislamiento térmico y acústico de paneles napa
(4 cm).
Figura 64: Cerramiento fachada exterior. Fuente: apuntes de construcción UPCT.
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5. Tabicón de termoarcilla (14 cm).6. Tendido de
yeso proyectado (1,5 cm).
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
Revestimientos continuos
Enlucido de yeso en zonas interiores enlucido de yeso de 1.5 mm de espesor.
Los cerramientos exteriores, superficies vertical y horizontal de garaje, bóveda de
escalera, y antepechos de cubierta están revestidos con enfoscado de mortero de
cemento.
Falso techo de escayola en baños, cocina y distribuidores.

Alicatados y chapados
Los baños y cocinas con azulejo cerámico, combinados en los baños con
cenefas perimetrales en ambos casos.

Pavimentos
La vivienda está pavimentada con baldosas de gres. Las zonas húmedas
también con pavimento de gres.
Las terrazas con baldosas de gres antideslizante para exterior.

Carpintería exterior
En salón y dormitorios está realizada de aluminio lacado, con persiana
incorporada sistema monoblock. Las ventanas son correderas y abatibles, y las
balconeras correderas de doble hoja.
La puerta de acceso a cada vivienda será de chapa metálica, prensada e inyectada
con cerradura de seguridad.

Carpintería de madera
Las puertas de paso interior están realizadas de tablero aglomerado y ciegas,
excepto en la cocina que tiene una parte acristalada.

Fontanería, aparatos sanitarios y grifería
Toda la red de distribución de agua caliente y fría de la vivienda esta realizada
con tubería de polietileno reticulado.
La red principal de evacuación y pluviales se compone de bajantes y colectores de
polietileno de alta resistencia.

Instalación eléctrica
La instalación eléctrica de la vivienda dispone de una caja general de
protección (C.G.P.) situada junto a la valla del límite de la parcela. Desde estas cajas
parte la línea repartidora a la vivienda hasta llegar a la caja de distribución.
La instalación interior de las viviendas está realizada mediante conductores aislados
bajo tubos protectores empotrados en tabiques, techos, muros y cielo raso de la
vivienda. Cuenta con un grado de electrificación elevado de 9.200 W y ocho circuitos.
Instalaciones de telecomunicación
La vivienda dispone de instalación completa de radio y televisión terrestre
individual, mediante la colocación de antenas de recepción de TV y teléfono.
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
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
Pinturas
Las paredes y techos interiores están pintados con pintura lisa transpirable y
los exteriores con revestimiento pétreo liso para exteriores.
Los elementos exteriores de cerrajería acabados con esmalte sobre capa de
imprimación.

Vidrios
Página85
El acristalamiento de todas las carpinterías exteriores esta realizado con doble
vidrio aislante tipo climalit 4/8/4.
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8.3.
Cálculo de la demanda energética
8.3.1. Climatización
a) Punto de confort
El confort o bienestar climático depende de factores ambientales y personales. La
norma ISO 7730 lo define como “aquella condición de la mente humana que expresa
satisfacción con el ambiente térmico”.
Debe haber un equilibrio entre el calor producido y el perdido por el cuerpo, con lo
cual depende de muchos factores: temperatura, presión, viento, humedad, actividad y
vestuario.
Los factores ambientales son el caudal de aire (viento), la temperatura y la
humedad del aire y la radiación (solar o de objetos calientes próximos). Las
combinaciones de los parámetros ambientales anteriores que no generen estrés en el
cuerpo humano se conocen como confort climático.
Figura 65: Zona de confort o bienestar. Fuente: Modelo de Olgyay.
En tiempo caluroso, el cuerpo humano debe eliminar calor para mantener su
equilibrio térmico. La evaporación de humedad desde la piel es un factor importante en
este equilibrio y el efecto de refrigeración que se produce depende de la humedad del
aire (cuanto más alta, la refrigeración disminuye) y del vestido, que si es grueso va a
dificultar el flujo de aire de evaporación.
El objetivo de una buena climatización es conseguir unas condiciones
ambientales saludables y adecuadas que además no conlleven un gasto energético
innecesario.
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En el caso contrario, en condiciones de frío, el cuerpo debe reducir la pérdida
de calor, protegiéndose del viento o aumentando la producción de calor, por ejemplo,
mediante ejercicio físico.
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Las condiciones internas de confort que se adoptaremos serán las
recomendadas por el RITE.
PARAMETROS
Temperatura operativa en verano (°C)
Humdad relativa en verano (%)
Temperaturaoperativa en invierno (°C)
Humedad relativa en invierno (%)
Velocida admisible con difusión por mezcla (m/s)
LIMITE
23 ≤ T ≤ 25
45 ≤ T ≤ 60
21 ≤ T ≤ 23
40 ≤ T ≤ 50
V ≤ 0.14
Figura 66: Tabla de calidad ambiental. Fuente: RITE IT 1.1.4.1
b) Necesidades de refrigeración
Para la estimación de las cargas de refrigeración necesarias en nuestra vivienda
hemos utilizado una hoja de cálculo que se basa en que la ganancia de calor de una
habitación o edificio depende de los siguientes parámetros:
- Tamaño del área a enfriar.
- Tamaño y posición de las ventanas, y si están a la sombra.
- Número de ocupantes.
- Calor generado por el equipo y la maquinaria.
- Calor generado por la iluminación.
Se calcula la carga de refrigeración de cada componente en las habitaciones,
multiplicándolo por un factor determinado según la temperatura exterior máxima de la
zona, y se suman todas para obtener la carga total expresada en kW.
La hoja de cálculo que hemos utilizado esta pre-dimensionada con factores
adecuados a diferentes temperaturas máximas exteriores comprendidas entre 32 y
43°C. Debemos elegir la columna de factores que más se adapta a la temperatura
exterior en nuestra vivienda.
Para ello he consultado en la página web de la Agencia Estatal de
Meteorología (AEMET) los datos de la estación meteorológica situada en San Javier,
que nos mostrara una visión bastante segura de la caracterización climatológica de
nuestra zona, ya que la situación es muy similar.
En la siguiente tabla se observamos un ejemplo de cómo se realiza el cálculo
de dimensionado de cargas térmicas de refrigeración necesaria en el salón. Los
cálculos del resto de habitaciones de la vivienda pueden consultarse en el anexo 2.
Hay que decir que la tabla está realizada tomando como base unos valores medios
adecuados a la mayoría de viviendas convencionales (en cuanto a construcción y tipo
de materiales empleados), por lo que puede ser que no sean completamente exactos,
Ruiz Pagán, Pablo
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Página87
Consultando las temperaturas máximas absolutas en los meses de Julio y
Agosto registradas en la zona durante los últimos 25 años, tomamos como referencia
la media, que se corresponde con 34,5°C, una temperatura que se supera a menudo
en el mes de Julio. Elegimos entonces la columna de factores correspondientes a la
temperatura de 35°C, que es la más próxima a nuestra media.
Instalación de energía geotérmica en viviendas
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aunque tratándose de instalaciones de pequeñas dimensiones no se produce una
excesiva diferencia con los resultados obtenidos realizando cálculos más complejos.
Únicamente debemos introducir en la columna “Cantidad” los valores que se
correspondan a la habitación de nuestra vivienda que queremos dimensionar.
La tabla realiza la multiplicación por los factores correspondientes a la
temperatura exterior dado como resultado las cargas térmicas producidas por cada
apartado. La suma de los diferentes apartados dará como resultado la carga total de
refrigeración necesaria en esa estancia. La suma de los resultados obtenidos en las
diferentes estancias nos da como resultado la carga total de refrigeración necesaria en
la vivienda y los resultados se expresan en frigorías/hora y W. (1 frigoría/h = 1,157 W)
A continuación se muestra un resumen de las cargas de refrigeración
resultantes del cálculo de toda la vivienda.
CANTIDAD
FACTOR
DORMITORIO PRINCIPAL
ZONA
NORTE
32
35
2
1- Suelo
2- Volumen de la habitación
3- Ventanas expuestas al sol
(usar solo las de una pared,
la que de él mayor resultado)
SóE
SO
O
NO ó SE
4-Todas las ventanas no incluidas en el
punto 3
5- Pared expuesta al sol (usar solo la
pared usada en el punto 3)
6- Todas las paredes no incluidas en el
punto 5 exteriores
7- Tabiques (todas las paredes interiores
adyacentes a espacios sin acondicionar)
Techo con espacio sin
acondicionar
8- Tejado o
techo
(Usar solo
uno
GRADOS DE DISEÑO EXTERIOR
14, 74 m
2
38, 33 m
2
3,5 m
38
41
43
8
13
19
25
115
120
5
135
150
165
210
220
230
240
260
285
155
30
300
165
40
315
175
55
330
190
70
345
205
85
22,4
6
117,9
191,65
420
2
10,4 m
2
30
36
45
50
57
374,4
11,7 m
2
17
25
37
45
55
292,5
18.98 m
2
8
11
17
21
25
208,78
14,74 m
2
6
8
13
19
25
117,92
22
8
27
8
35
11
40
11
45
14
46
53
59
66
72
Sin aislamiento
50 mm o mas de
aislamiento
Tejado sin aislamiento
Incandescentes y
equipos
Fluorescentes
ZONA SUR
0,56 m
techo
9- Personas
10- Luces y equipos
eléctricos en uso
CENTRO
FRIGORIAS
/h
2
80,00 W
120
0,86
240
68,8
50,00 W
1,0625
53,125
2111
Página88
Carga de refrigeración total
Ruiz Pagán, Pablo
Escuela de Arquitectura Técnica
UCAM 2011
Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
HABITACIÓN
DORMITORIO PPAL
DORMITORIO 1
DORMITORIO 2
ESTUDIO
COCINA-COMEDOR
SALON
TOTAL
FRIGORÍAS
2111
1773
2424
1309
2352
2699
WATIOS
12.668
14.657
Figura 67: Resumen de cargas de refrigeración de la vivienda. Fuente: Autor del TFC.
Página89
Obtenemos como resultado que la potencia necesaria para refrigerar la vivienda debe
ser de 15 kW.
Ruiz Pagán, Pablo
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UCAM 2011
Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
c) Necesidades de calefacción
Para determinar las cargas térmicas de calefacción hemos utilizado una hoja de
cálculo similar a la utilizada en para obtener las cargas de refrigeración.
Se tienen en cuenta los parámetros relativos a superficie, volumen, ventanas y
paredes expuestas, personas y elementos eléctricos que pueden afectar al ambiente.
El método de actuación es idéntico al del cálculo de refrigeración.
Las diferentes columnas de factores se corresponden con los determinados para
diferente zonas climáticas con temperaturas mínimas comprendidas entre los -6 y 6°C.
Consultamos nuevamente los datos históricos de temperaturas de los últimos
25 años tomados por la estación meteorológica de san Javier y obtenemos como
resultado que la media de las temperaturas mínimas absolutas en los meses de
invierno es de – 0,5ºC.
Tomamos por lo tanto como buenos para nuestro cálculo los factores de la columna
correspondiente a 0 ºC.
SóE
SO
O
NO ó SE
4-Todas las ventanas no incluidas en el
punto 3
5- Pared expuesta al sol (usar solo la
pared usada en el punto 3)
6- Todas las paredes no incluidas en el
punto 5 exteriores
7- Tabiques (todas las paredes interiores
adyacentes a espacios sin acondicionar)
Techo con espacio sin
acondicionar
14,74 m
2
38,324 m
2
3,5 m
ZONA SUR
-6
-3
0
3
6
6
8
19
25
150
240
330
190
70
165
260
345
205
85
31
115
210
285
155
30
120
220
300
165
40
13
5
135
230
315
175
55
10,4m
2
30
36
45
50
57
468
11,7m
2
17
25
37
45
55
433
18,98m
2
8
11
17
21
25
323
14,74m
2
6
8
13
19
25
192
22
8
27
8
35
11
40
11
45
14
46
53
59
66
72
GANANCIAS TERMICAS
2
Incandescentes y 80,00
50,00
120
0,86
- 240
- 69
1,0625
- 54
Carga de calefacción total
Ruiz Pagán, Pablo
192
473
2
Sin aislamiento
50 mm o mas
de aislamiento
Tejado sin aislamiento
equipos
Fluorescentes
CENTRO
0,56m
techo
9- Personas
10- Luces y equipos
eléctricos en uso
KCAL / h
ZONA
NORTE
2
1- Suelo
2- Volumen de la habitación
3- Ventanas expuestas al sol
(usar solo las de una pared,
la que de él mayor resultado)
8- Tejado o
techo
(Usar solo
uno
GRADOS DE DISEÑO EXTERIOR
Escuela de Arquitectura Técnica
Página90
DORMITORIO PRINCIPAL
CANTIDAD
FACTOR
1749
UCAM 2011
Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
En este caso se puede observar como los puntos 9 y 10 producen resultados
que se restan a los anteriores. Esto se debe a que tanto las personas, como las luces
y otros equipos eléctricos aportan calor al ambiente, es decir, están produciendo unas
ganancias térmicas, por lo que se tienen en cuenta con símbolo negativo respecto a
las anteriores.
A continuación se muestra un resumen de las cargas de calefacción resultantes
del cálculo de toda la vivienda. El cálculo del resto de habitaciones puede consultarse
en el anexo 2 de este proyecto.
HABITACIÓN
DORMITORIO PPAL
DORMITORIO 1
DORMITORIO 2
ESTUDIO
COCINA-COMEDOR
SALON
TOTAL
KCAL / h
1749
1658
1171
1214
1686
2047
WATIOS
9525
11.020
Figura 68: Resumen de cargas de calefacción de la vivienda. Fuente: Autor del TFC.
Página91
Después de realizar los cálculos para todas las estancias de la vivienda hemos
obtenido como resultado que es necesaria una potencia de calefacción de 11kW.
Ruiz Pagán, Pablo
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Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
8.4.
Propuesta de instalación de energía geotérmica
Una vez hemos hecho el cálculo de la demanda energética de la vivienda
necesaria para climatización, tenemos que dimensionar y elegir los elementos que
formaran la instalación geotérmica.
A continuación vamos a realizar el estudio y dimensionamiento de los
diferentes elementos que formaran la instalación de climatización.
8.4.1. Sistema de captación
La función de un intercambiador de calor subterráneo es servir de vía de
conexión entre el terreno, que es la fuente o el pozo de calor (en modo calefacción o
en modo refrigeración), y el intercambio de calor con el refrigerante de la misma.
En nuestro caso hemos elegido la disposición de los captadores en lazo
cerrado vertical, ya que realizado el cálculo para su disposición de forma horizontal,
contando con la disposición de las trinchera excavadas y la separación entre estas,
nos da como resultado que necesitaríamos una superficie de 59 m2 por kW de
calefacción a obtener. Con lo cual para la necesidad de calefacción de nuestra
vivienda, 11 kW, sería necesaria una superficie de terreno de:
11 kW x 59 m2/kW = 649 m2
Teniendo en cuenta que disponemos de una superficie de terreno de 377 m2
nos vemos obligados a la utilización del sistema vertical mediante la perforación de
pozos. Este sistema tiene una clara desventaja, y es el coste de las perforaciones de
los pozos necesarios, que suelen ser entre 50 y 100 m, si los comparamos con la
realización de trincheras a 2 metros de profundidad necesarias para el sistema
horizontal.
Sin embargo tiene también algunas ventajas respecto a los sistemas
horizontales. La principal es que necesita menos extensión de terreno, también
requiere una longitud menor de tubería y no le afectan las oscilaciones estacionales de
temperatura del suelo.
La longitud de los captadores, y por tanto de la perforación vertical a realizar,
depende de dos factores, de la potencia necesaria de climatización y la conductividad
térmica del terreno.
Nuestro sistema de captación geotérmica se dimensiona para garantizar el
100% de la demanda de calefacción y refrigeración de la vivienda.
Las potencias demandadas para el captador geotérmico son de 11 kW de
calefacción y 15 kW de refrigeración.
Para determinar el tipo de terreno en la zona de nuestra vivienda será
necesario consultar el estudio geológico antes del comienzo del proyecto. De este
estudio obtendremos el tipo de terreno.
Al tratarse de un supuesto de instalación, no dispongo de estudio geotécnico,
por lo que supondré que el terreno está formado por gravas y arenas.
Ruiz Pagán, Pablo
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Página92
Para el cálculo de la longitud del intercambiador, realizaremos los cálculos
necesarios utilizando la potencia de calefacción, es decir, 11kW.
Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
Con este dato consultamos en la figura 49 las propiedades de este tipo de
suelo:
Tipo de suelo
Conductividad
W/ m ºC
Difusibilidad
2/s
m
Densidad
3
Kg/m
Capacidad
calorífica
Kj/Kg ºC
Flojo húmedo (arena suelta, lodo)
Flojo seco (arena suelta, grava
compacta, barro)
Denso, húmedo (caliza, arena,
grava compacta, barro)
Denso, seco(caliza, arena, grava
compacta, barro)
Roca ligera (caliza)
Roca pesada (granito)
Escarcha ligera
Escarcha densa
0,9
0,3
0,000000516
0,000000284
1600
1400
1,05
0,84
1,3
0,000000645
2100
0,96
0,9
0,000000516
200
0,84
2,4
3,5
1,4
2
0,00000103
0,00000129
0,0000011
0,00000137
2800
3200
1580
2070
0,84
0,84
0,76
0,69
Figura 69: Tabla de propiedades de varios tipos de suelo. Fuente: RETscreen International .
Así obtenemos el dato de la conductividad térmica de nuestro terreno: 1,3 W/m °C.
La norma VDI 4640 indica la relación entre la conductividad térmica del terreno y la
extracción de calor que puede esperarse de ese terreno.
Figura 70: Propiedades de varios tipos de suelos. Fuente: RETscreen International.
Página93
La figura 70 nos muestra una gráfica realizada para una vivienda con una
demanda de calefacción de 10 kW. Si introducimos en la gráfica la conductividad
térmica de nuestro terreno, 1,3 W/m °C, obtenemos como resultado que se pueden
extraer 34 w/metro.
Ruiz Pagán, Pablo
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Trabajo Fin de Carrera
Considerando la proporción correspondiente entre los 10 kW (10000 W) de la
figura y los 11 kW (11000 W) de demanda de nuestra vivienda resulta:
x
= 355,8
Redondearemos a 360 m
Esta es la profundidad necesaria del pozo y por tanto la longitud de los
intercambiadores.
Para reducir la distancia podemos introducir 2 tubos en U en el pozo con lo que
aumentamos el doble la longitud de captación y por tanto podemos reducir la
profundidad del pozo a la mitad, 180 m.
Sin embargo, sigue siendo una profundidad excesiva, y que puede aumentar el
coste de la perforación, y por tanto de la instalación. Por ello buscamos otra solución
que nos disminuya la profundidad de perforación y por tanto nos mantenga estable
nuestro presupuesto.
La solución consiste en realizar dos pozos en lugar de uno. Siguiendo el mismo
esquema de diseño, introduciendo en ellos dos tubos en U. La profundidad de estos se
ve reducida 90 m.
Los pozos tendrán un diámetro de entre 150-200 mm. Antes de su realización
debemos asegurarnos de que en el subsuelo no existan tuberías de gas, agua, o
cualquier tipo de conducción.
8 metros
Figura 71: Localización de las perforaciones de los pozos. Fuente: Autor del TFC.
Se realizaran dos perforaciones de 90 metros de profundidad, con un diámetro
mínimo de 150 mm para facilitar la correcta introducción de las sondas, la separación
entre sondas será como mínimo de 6 metros, y entre sondas y el edificio 2 metros. Las
sondas serán de PE del tipo doble U con un diámetro de 25 mm.
Ruiz Pagán, Pablo
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Página94
El lugar de las perforaciones debe quedar claramente reflejado en un plano una
vez termine la instalación por si en un futuro fuera necesario realizar algún trabajo de
reparación o mantenimiento, en los propios captadores o en los alrededores, poder
localizar su posición fácilmente.
Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
8.4.2. Bomba de calor geotérmica
A partir de los datos de la demanda energética necesaria para la correcta climatización
de la vivienda se ha buscado un aparato que cumpla con los requisitos de nuestra
instalación.
 Potencia mínima de 11 kW calefacción y 15 kW refrigeración.

Tipo suelo – aire. Toma el calor del suelo y la transmite a la vivienda mediante
aire a través de conductos.
Figura 72: Bomba de calor geotérmica. Fuente: ECONAR modelo EV 470/471
Hemos seleccionado una bomba de calor geotérmica que se adecua a nuestra
instalación de la marca ECONAR, concretamente el modelo EV 470/471. A
continuación pasamos a enumerar sus características técnicas.

Caudal de agua del lazo cerrado vertical: 45,5 l/m2 (12 GPM).

Caudal de aire a la vivienda: 2.633,5 m3/h (1.550 cfm).

Modo calefacción: 12 kW (41.000 BTU/h)

COP =

Modo refrigeración: 15 kW (48.000 BTU/h).

COP (refrigeración) =
= 3,6
=
= 4,2
La bomba de calor estará situada en el sótano de la vivienda según se indica
en la figura siguiente.
Ruiz Pagán, Pablo
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Página95
=
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Trabajo Fin de Carrera
Bomba de calor
Intercambiadores
Figura 73: Instalación bomba de calor. Fuente: Autor del TFC
Sera necesario la instalación de varias rejillas para que el local se encuentre
permanentemente ventilado.

Sistemas de distribución:
La energía calorífica o frigorífica se distribuirá por la vivienda en forma de aire.
La bomba de calor, desde el sótano, impulsara aire frio o caliente (dependiendo de la
época del año) verticalmente y a través de un sistema de conductos se distribuirá por
toda la vivienda.
Los conductos estarán formados a partir de paneles de lana de vidrio
revestidos de aluminio tanto interior como exteriormente.
Página96
Figura 74: detalle de conductos para aire acondicionado de lana de vidrio. Fuente: Catálogo Perantón.
Ruiz Pagán, Pablo
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El sistema de conductos de distribución se realizara de la forma y recorrido que
aparecen en las siguientes figuras:
Conducto distribución
de aire.
Conducto retorno de
aire.
Dirección del flujo de
aire
Bomba de calor
Intercambiadores
Página97
Figura 75: Distribución de conductos en planta sótano. Fuente: Autor del TFC
Ruiz Pagán, Pablo
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Conducto distribución
de aire.
Conducto retorno de
aire.
Dirección del flujo de
aire
Figura 76: Distribución de conductos en planta primera. Fuente: Autor del TFC
Conducto distribución
de aire.
Conducto retorno de
aire.
Dirección del flujo de
aire
Página98
Figura 77: Distribución de conductos en planta primera
Ruiz Pagán, Pablo
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8.5.
Seguridad y salud
8.5.1. Objeto de estudio
Este apartado de seguridad y salud pretende establecer unas previsiones
respecto a Prevención de riesgos y accidentes laborales, así como las instalaciones
preceptivas de Salud y Bienestar de los trabajadores.
8.5.2. Características de la propuesta
Según los cálculos obtenidos en los apartados anteriores se precisa la
realización de dos sondas geotérmicas, a cielo abierto. Además se prevé la ejecución
de una arqueta de fábrica de ladrillo para la colocación del colector geotérmico y la
perforación del muro de sótano para introducir los colectores de ida y retorno hasta la
bomba de calor.
La maquinaria a emplear será: máquina perforadora y grúa pluma.
8.5.3. Características de la zona de trabajo
El solar posee forma rectangular y linda por la fachada sur con otra finca y el
resto permanece libre. Se disponen de todos los servicios urbanísticos. Las
dimensiones de la vivienda se han definido anteriormente. La climatología es la propia
del lugar, temperaturas cálidas en invierno y calor en verano, con un nivel bajo de
precipitaciones atmosféricas.
El acceso a la zona de trabajo se realizara por la fachada oeste, para ello será
necesario el uso de una grua pluma para introducir la maquinaria de perforación en el
lugar de trabajo.
8.5.4. Centros de asistencia más próximos
Los centros sanitarios más próximos son:
Centro de salud de La Manga del Mar Menor, km 3, tlf: 968 14 21 25
Hospital Universitario Santa Lucia de Cartagena, tlf: 968 12 86 00
8.5.5. Trabajos previos y normas en caso de emergencia, planificación de
los trabajos.
Página99
Trabajos previos: se realizara el vallado o acordonado de la zona de jardín para
evitar el acceso de personas ajenas a la instalación puedan manipular la maquinaria o
el material de instalación. No se precisara la instalación de casetas de ningún tipo
debido a la escasa complejidad de la unidad de obra.
Se solicitara el corte de la calle, de la fachada oeste, para la introducción de la
maquina perforadora y el material de acopio, mediante grúa pluma. Para ello se debe
señalizar convenientemente mediante discos varios días antes.
El día de la llegada de maquinaria y materia se redigira el sentido de circulación
de los peatones para evitar que pasen por la acera a través de la cual se realiza la
entrega de la maquinaria y los materiales.
Durante los trabajos de perforación las medidas de seguridad a seguir serán
las que se citan a continuación.
Ruiz Pagán, Pablo
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Trabajo Fin de Carrera
8.5.6. Normas en caso de accidente
Ante un accidente se actuará rápidamente, con serenidad y apartando a los
curiosos y a las personas inútiles.
-
-
-
-
-
-
La extracción del herido, si queda aprisionado, por ejemplo bajo
escombros, se hará con especial cuidado para no causarle mayores
lesiones y se le limpiarán las vías respiratorias.
Toda persona que haya perdido el conocimiento debe ser acostada
con la cabeza al mismo nivel que el resto del cuerpo. Si tiene la cara
congestionada, entonces, la cabeza debe levantarse. Si se presenta
vómitos, se le pondrá la cabeza de lado.
Hay que abrigar al lesionado y desabrocharle y aflojarle los vestidos,
corbatas o cualquier prenda que pueda oprimirle, aunque sea
ligeramente.
Se manejará al herido con precaución, siendo muy importante que se
le tranquilice y anime.
Cuando la ropa cubra cualquier parte del cuerpo donde se sospeche
que existe lesión debe eliminarse ésta parte de la prenda cortando o
rasgando la tela.
No debe administrarse bebida alguna a una persona inconsciente. Aún
con el conocimiento recobrado no deben darse bebidas alcohólicas.
El transporte se hará de forma adecuada. Si los primeros auxilios
fueron correctos, es preferible, antes de realizar el transporte, esperar
la llegada del médico al lugar del accidente.
La posición conveniente durante la elección del medio de transporte y
la evacuación son fundamentales.
Así en casos muy agudos puede ser imprescindible el helicóptero y, en ciertos
casos graves, una ambulancia quirófano. El vehículo se conducirá con cautela. De ser
posible se avisará, al Centro Hospitalario receptor la llegada del accidentado.
8.5.7. Seguridad en movimiento de tierras y perforaciones
Posibles riesgos laborales que no pueden eliminarse.
-
Desplome de tierras, por el propio terreno.
Caída de personas, vehículos, maquinaria u objetos desde el borde de
coronación.
Caída de personas al mismo nivel.
Generación de Polvo.
Ruido de la Maquinaría.
Hundimiento de la Maquinaría en el interior de la obra.
Se respetara la distancia mínima con la maquina perforadora.
-
Casco de polietileno, certificado, cuando se esté fuera de los
vehículos.
Botas de seguridad y/o Goma (PVC).
Guantes de cuero,
Goma o PVC.
Trajes impermeables para ambientes lluviosos.
Gafas de antiproyecciones.
Ruiz Pagán, Pablo
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Página100
Equipos de protección personal. EPI.
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Trabajo Fin de Carrera
-
Mascarilla antipolvo con filtro recambiable.
Sistemas de protección colectica.SPC.
-
Iluminación de la obra en trabajos nocturnos.
Barandillas y/o cinta de balizamiento.
Señales ópticas y sonoras en movimientos de equipos.
Cuadros eléctricos de maniobra protegidos según normativa vigente.
Señalización e iluminación de la zona de trabajo.
-
El Real Decreto 485/1997 establece un conjunto de preceptos sobre
-
las características de las
señales de seguridad en las obras.
Señales de prohibición.
Señales de indicación de peligros.
Señales de información de seguridad.
Señales de obligación.
Señales de equipos contra incendios.
En zonas de paso 20 Lux en caso necesario.
En zonas de trabajo 200 a 300 Lux en caso necesario.
8.5.8. Esquemas de seguridad
2
1
3
Figura 78: Esquema de seguridad. Fuente: Autor del TFC.
Ruiz Pagán, Pablo
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y
vallado
para
Página101
1- Calle cortada mediante señalización
introducción maquinaria y materiales.
2- Zona acopio materiales.
3- Zona acopio maquinaria.
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Instalación de energía geotérmica en viviendas
Trabajo Fin de Carrera
8.6.
Cumplimentado de hojas de chequeo
LISTA DE CHEQUEO
ANÁLISIS DEL PROYECTO
Nº1
CORRECTO
Disponemos de toda la documentación necesaria para ejecutar la
instalación.
Nos han sido facilitados todos los planos necesarios para la
ejecución.
Cumple la instalación con la normativa de aguas.
Cumple la instalación con la normativa de minas.
Quedan perfectamente descritos y detallados los procesos de la
unidad de obra.
Se corresponden los planos con la realidad (huecos en forjado,
volúmenes, etc).
Tenemos los medios necesarios para trabajar con seguridad.
Nos hemos reunido con la dirección facultativa para resolver las
dudas.
Acordamos un día, a poder ser semanal, para reunirnos con la
dirección facultativa e instalador.
LISTA DE CHEQUEO
RECOPILACIÓN Y ACOPIO DE LOS MATERIALES
Están definidos los materiales a emplear.
Las fichas técnicas se corresponden con el proyecto.
Están ubicadas las zonas de acopios.
Es accesible el lugar de acopio.
Los acopios estarán protegidos de los agentes atmosféricos.
Es correcto el traslado de los materiales desde el lugar de acopio
al tajo.
Está previsto el sistema de retirada de material sobrante.
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Nº2
CORRECTO
X
X
X
X
X
X
x
LISTA DE CHEQUEO
LIBRO DEL EDIFICO
Nº3
CORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
X
X
x
Página102
Se han entregado los planos necesarios para que el usuario
conozca perfectamente los lugares por donde discurren las
instalaciones.
Se dispone de manual de uso.
Se ha realizado demostración de funcionamiento al usuario.
INCORRECTO
Ruiz Pagán, Pablo
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Trabajo Fin de Carrera
LISTA DE CHEQUEO
COLECTOR DE DISTRIBUCION, DISPOSITIVOS DE CORTE Y EQUILIBRADO
CORRECTO
Válvulas automáticas de purga de aire.
Termómetros Ø 80 mm.
Grifos de carga y descarga.
Colectores de ida y retorno.
Tapones de cabecera con aislamiento.
Soportes murales.
Etiquetas de sentido de flujo e identificación de los circuitos.
Tacos de fijación a la pared.
Válvula de corte de esfera con posibilidad de integrar un sensor
de medición del caudal.
Aislamiento para válvulas de corte.
Sensor integrable para medición del caudal.
Palanca de mando para válvulas de corte.
Válvula de equilibrado con caudalímetro.
Aislamiento para válvulas de equilibrado.
INCORRECTO
Nº4
CONSULTAR
D. OBRA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
x
LISTA DE CHEQUEO
COLECTOR PARA INSTRUMENTOS
Nº5
CORRECTO
Válvula automática de purga de aire.
Dos vainas de 1/2” para sondas de temperatura.
Desfangador con válvula automática de purga de aire y grifo de
descarga.
Colector portainstrumentos en cobre.
Grifo automático de corte para vasos de expansión.
Válvula de seguridad con descarga orientable.
Grifos de carga y descarga.
Vaso de expansión.
Placa de anclaje (fondo de la caja de alojamiento) con soportes.
Manómetro según normas I.S.P.E.S.L.
Presostato de mínima homologado por el I.S.P.E.S.L
Dos válvulas de corte con palanca larga para facilitar el uso en
presencia de aislamiento.
X
X
X
Dos termómetros.
Tubo flexible para conexión al vaso de expansión.
Carcasa aislante preformada.
Presostato de seguridad (opcional)
Flujostato (opcional).
X
X
X
X
x
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
Página103
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Ruiz Pagán, Pablo
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UCAM 2011
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LISTA DE CHEQUEO
SONDA GEOTÉRMICA
Nº6
CORRECTO
Acopio de material.
Creación de accesos para maquinaria.
Limitar zona de trabajo y restringir accesos.
Replanteo de
Separación minima 6m entre sondas
sondas geotermias.
Separación entre sonda y edificio
Distancia de 70 cm con otras instalaciones
Replanteo de arquetas.
Replanteo de pasamuros.
Tipo de sonda
De U
De doble U
Perforación de sonda con máquina perforadora.
Se han colocado el lastre en el extremo de la sonda
Se han realizado correctamente las soldaduras
Relleno
Grava
Bentonita-cemento
Introducción de tubería de llenado junto con la sonda
Comprobar estado de las bobinas antes de desenrollar
Instalación arquetas
Prefabricada.
De fábrica.
Hormigón armado.
Ninguna.
Llenado de la sonda con agua para evitar su ascensión
Prueba de presión con sonda llena de agua
Relleno de pozo
Prueba de sonda a 6 bar
Empalme de sondas con colector
Purga de instalación
Prueba final a 1,5 veces la presión de servicio
8.7.
INCORRECTO
CONSULTAR
D. OBRA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Esquema de instalación
Página104
En el anexo V aparecen planos, creados por el autor de este TFC, de un
esquema de la instalación propuesta.
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8.8.
Presupuesto de la instalación geotérmica.
La inversión inicial a realizar por el propietario es de 27.357,18 €. Esta cifra
engloba los costes del equipo, transporte e instalación de los mismos, así como el
beneficio industrial de la empresa instaladora.
En la figura 79 se presenta el desglose del presupuesto de la instalación antes
de incluir subvenciones:
COMPONENTE
Pozos, perforación y asentamiento de los
orificios de 90 m.
Tubería PE sw alta densidad de 25 mm
(8x90+40)
Solución anticongelante para lazo cerrado
de captadores,(10% del volumen total).
Propilenglycol (m3)
Bomba de calor geotérmica ECONAR 12
kw EV 470/471
Conductos aire y accesorios
Instalación (20%)
CANTIDAD
180
PRECIO
UNITARIO
75,00 €
COSTE
13.500,00 €
760
1,40 €
1064,00 €
0,1489
1200,00 €
178,68 €
1
8200,00 €
8200,00 €
1
0,20
1250,00 €
19320,04 €
1250,00 €
3864,01 €
28056,69 €
IVA (18%)
5050,2042 €
TOTAL 33.106,894€
Figura 79: Presupuesto de instalación geotérmica. Fuente: Autor del TFC.
Estamos realizando una instalación que produce energía mediante fuentes
renovables y no contaminantes al ambiente con CO2.
Suponiendo que obtuviéramos algún tipo de subvención por parte del Estado, o
la Región de Murcia, el presupuesto de inversión inicial seria de 17.782,17 € tal y
como se refleja en la figura 80.
Presupuesto inicial
% de subvención*
Subvencion (€)
Inversión inicial con subvención
33.106,894€
46 %
15.229,17 €
17.782,17 €
Figura 80: Cálculo de inversión inicial, con subvención. Fuente: Autor del TFC.
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Página105
*Dato elegido al azar.
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Existen subvenciones aplicables en la Región de Murcia. A continuación se
comenta en qué consiste este tipo de subvención, sus aplicaciones y fechas de
solicitud (obtenido de la pagina web de Agencia de Gestión de Energía de la Región
de Murcia, www.agem.com):
Ayudas para la ejecución y explotación de los proyectos de instalaciones de
aprovechamiento de recursos energéticos renovables en el área solar térmica, solar
fotovoltaica aislada o mixta eólica-fotovoltaica aislada, biomasa, biogás,
biocombustibles y geotermia.
Agencia de gestión de la energía de la región de Murcia
Dirección: C/ Pintor Manuel Avellaneda nº 1 - 1º izqda - 30001 Murcia
Teléfono: 968 223 831 / 968 223 834
Web: www.argem.es
Email: [email protected]
Plazo de presentación: Hasta el 04/06/2011.
Más información sobre las subvenciones de Murcia
Geotermia:
Tipo de aplicaciones:
Sistemas de aprovechamiento de la energía geotérmica, calor y/o frío
existente en el subsuelo para su consumo en el sector doméstico, industrial o de
servicios, mediante sistemas electromecánicos o termodinámicos:
F-1) Aprovechamiento de energía térmica para redes de distrito.
F-2) Aprovechamiento de la energía térmica para climatización utilizando bombas de
calor que intercambien con el terreno, ya sean de circuito abierto
o cerrado, tanto para instalaciones existentes que se reformen, como para
instalaciones nuevas.
Página106
3. Se establece en uno el número máximo de proyectos subvencionables, por
tecnología y periodo subvencionable, salvo, en el caso de una solicitud de varias
instalaciones enmarcadas en una misma acción en el área solar térmica de baja
temperatura y biomasa o en actividades divulgativas, docentes, humanitaria u otras de
interés social, presentada por una institución de carácter social, en el que se
establecerá el número máximo de instalaciones en atención al criterio de satisfacción
efectiva de la finalidad propuesta en la acción, con un máximo de cuatro instalaciones,
y siempre, dentro, de las disponibilidades presupuestarias existentes.
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8.8.1.
Ahorro energético respeto al sistema convencional.
La implantación de la instalación geotérmica permitirá ahorrar en el consumo
de gas y electricidad de la vivienda. Estudiaremos por separado el ahorro en
calefacción y en refrigeración.
a) Calefacción:
El gasto anual de gas se ha calculado en base a lo reflejado en las facturas emitidas
por la compañía suministradora durante el año 2010. En la figura 59 podemos
observar un resumen del consumo anual de gas durante el periodo de 2010.
Gastos anua de gas natural de una vivienda en 2010
m3
kWh
€/kWh
1498,6
17469,18
0,04835591
Termino
fijo
46,80
Alquiler
contador
13,86
Total + IVA
(18%)
1068,37 €
Figura 81: Resumen consumo anual de gas en 2010. Fuente: Autor del TFC.
Obtenemos el coste medio del kW obtenido mediante gas:
= 0,061215 €/ kWh
=
Concepto
Potencia contratada
(2 meses x 1,752399)
Consumo kWh
Potencia kW
5,75
Factor
3,0504798
Euros
20,15 €
455
0,140069
Subtotal
53,73 €
73,88 €
3,78 €
Impuesto sobre electricidad
(4,864% del subtotal x 1,05113)
77,66 €
13,98 €
91,64 €
Base
IVA (18%)
Total factura
Precio medio kW/h (total factura / consumo)
0,2014077 €
Figura 82: Calculo coste medio del kW eléctrico, a partir de facturas. Fuente: Autor del TFC.
Del mismo modo obtenemos también el coste medio del kW eléctrico a partir de una
factura eléctrica (figura 82):
= 0,202407 €/ kWh
Página107
=
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La bomba de calor que hemos proyectado instalar tiene un COP (coeficiente de
eficiencia energética) de 3,6, por lo tanto:
El sistema consumirá
= 3,06 kW para generar los 11 kW de calefacción,
produciendo por lo tanto un ahorro de 11-3,06 = 7,94 kW.
Siendo 17.469,18 kW de gas consumidos, los kW eléctricos gastados
anualmente para hacer funcionar la bomba de calor son:
=
= 4.852,22 kW
cuyo coste anual es de 4.852,22 Kw x 0,201407 €/kW = 977,34 €/año
Luego el ahorro anual correspondiente en calefacción será:
Página108
1.068,37 € (consumo de gas) - 977,34 € (electricidad bomba calor) = 91,03 €
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b) Refrigeración:
Actualmente la vivienda no dispone de ningún tipo de instalación de
refrigeración, por lo que para realizar nuestro estudio vamos a suponer una instalación
convencional de aire acondicionado formado por una bomba de calor aire-aire que
distribuye el frio a través de conductos.
La bomba de calor de la instalación supuesta es la marca Mitsubishi Electric,
modelo de la serie PEHD-RP140JA , con una potencia de refrigeración de 14,5 kW y
un EER (coeficiente eficiencia energética) de 2,52.
El sistema consumirá
= 5,95 kW para generar 15 kW
El gasto de energía eléctrica, durante el periodo estival Junio – Septiembre,
producido por la bomba de calor convencional será el siguiente:
5,95 kW/h x 8 h/día x 30 días x 4 meses = 5.712 kW
5712 kW x 0,201407 €/kW = 1.150,44 €
Realizamos el mismo cálculo con la bomba de calor geotérmica de la marca
ECONAR, modelo EV 470/471, con una potencia de refrigeración de 15 kW, y un ERR
de 4,2.
El sistema consumirá
= 3,57 kW para generar 15 kW para refrigerar.
El gasto de energía eléctrica durante el mismo periodo de verano producido por
la bomba de calor geotérmica será el siguiente:
3,57 kW/h x 8 h/día x 30 días x 4 meses = 3.427,2 kW
3.427,2 kW x 0,201407 €/kW = 690,262 €
El ahorro total anual de energía eléctrica en la producción de refrigeración del sistema
geotérmica respecto al convencional será pues:
Ahorro eléctrico total = 1,150,44 € – 690,262 €= 460,178 €
c) Totales:
Página109
El ahorro energético por año, por gasto de gas y electricidad, será:
Ahorro total anual = Ahorro en calefacción + Ahorro en climatización
Total = 91,03 € + 460,718 € = 551,208 €
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8.8.2. Análisis económico de la instalación.
A partir de los datos obtenidos en vamos a construir la simulación del estado
económico de la inversión, su evolución futura y el periodo de amortización, que nos
permitirá tener una visión sobre la viabilidad del proyecto en cuanto al retorno de la
inversión (Pay – Back).
AÑO
INV.INICIAL
Ingreso (ahorro
gas electricidad)
Ahorro
mantenimiento
(1% inversión)
Inversión
Flujo de caja
Pay-back
1
5
10
15
20
512,538
671,84
942,28
1321,6
1853,61
177,82
216,14
275,86
352,06
449,35
690,36
-17.091,81
887,98
-13.852,12
1218,14
-8464,11
1673,66
-1065,48
2302,96
9109,4
-17.782,17
-17.782,17
-17.782,17
Figura 83. Previsión económica de la instalación en 20 años. Fuente: Autor del TFC.
Trasladamos los datos obtenidos una gráfica y obtenemos una visión más clara
de la evolución de la inversión en el tiempo. Podemos observar que el retorno de la
inversión no se produce de una manera lineal en el tiempo, sino que con el paso del
tiempo vamos recuperando una mayor cantidad de dinero en el mismo periodo de
tiempo debido principalmente a la previsión de aumento de precio del gas y la
electricidad en los próximos años.
15000
10000
5000
0
-5000 0
5
10
15
20
25
-10000
-15000
-20000
AMORTIZACION
AÑOS
Figura 84. Amortización de la instalación Geotérmica. Fuente: Autor del TFC.
Página110
Será a partir de los 15/16 años cuando hayamos recuperado la inversión inicial
de 17.782,17 € realizada en la instalación del sistema de climatización geotérmico.
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8.8.3. Ahorro de emisiones de CO2.
Las bombas de calor geotérmicas reúnen características positivas para el
medio ambiente. Sus efectos beneficiosos, en términos de reducción de CO2, son
indiscutibles se comparan con otras posibilidades de calefacción y de refrigeración de
edificios residenciales y comerciales.
Esa circunstancia, unida a un menor consumo de energía eléctrica, es el
motivo por el que los organismos públicos en un gran número de países desarrollados
apoyan e incentivan la instalación de bombas de calor acopladas al terreno como
forma de reducir la dependencia energética de los combustibles fósiles.
Por último, es interesante verificar el ahorro de emisiones de CO2. Este ahorro
de emisiones se traduce en un ahorro económico en el momento en que se pone un
precio al derecho de emisión.
Desde el año 2005 se ha establecido un mercado financiero donde se compran
y venden derechos de emisión. Estos derechos representan la posibilidad de emitir
una tonelada de CO2 a la atmosfera. Su precio oscila actualmente alrededor de los
17€. (Datos de Marzo del 2011). Por lo tanto es muy importante en todo tipo de
instalaciones energéticas modernas calculas las nuevas emisiones de CO2, ya que
todo ahorro de tipo medioambiental supone un ahorro económico importantísimo.
Para el cálculo de los derechos de emisión consumidos se tiene en cuenta la
siguiente expresión:
Dónde:
tCO2 = DA (kWh) x FE x (



)
tCO2 = Toneladas de dióxido de carbono emitidas
DA = Datos de la actividad. Representa la diferencia del consumo de
electricidad de un sistema convencional de un sistema geotérmico.
FE = Factor de emisión. Kg de CO2 emitidas por cada kWh.
Las emisiones de CO2 geotérmicas dependerán fundamentalmente del COP
de la instalación y del FE medio del sistema eléctrico en el que nos encontramos, ya
que la energía primaria utilizada por la instalación geotérmica es energía eléctrica. De
esta forma, será necesario utilizar un factor de emisión medio para el sector eléctrico
español, que será el siguiente:
FE medio electricidad = 0,501
Página111
FE medio gas = 0,563
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El ahorro del consumo, y las emisiones de CO2 será:
Ahorro anual:
Refrigeración: 5712 - 3427,2 = 2284,8 kW
Calefacción: 17469,18 – 4852,22 = 12616,96 kW
INSTALACION
CALEFACCION
REFRIGERACION
TOTAL
AHORRO ANUAL
(kw)
12.616,96
2284,8
14.450,23
FACTOR EMISION
CO2
0,563
0,501
EMISIONES CO2
7103,35
1144,68
8248,03
Figura 85: ahorro de consumo y emisiones de CO2. Fuente: Autor del TFC.
La instalación geotérmica produce un ahorro anual de 8,24 tCO2. Este ahorro
de emisiones se traduce en el siguiente ahorro económico a favor de la instalación
geotérmica:
Ahorro CO2 = 8,24 tCO2 x 17 €/ tCO2 = 140,08 €/año
Página112
Este ahorro económico en la geotermia supone un extra de beneficio anual, lo
cual mejora ligeramente los cálculos económicos. Este ahorro adicional influye
favorablemente en el conjunto del país y supondría una mejora en la amortización de
la inversión si repercutiese en los usuarios de la instalación.
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8.8.4. Conclusiones del estudio económico
33106,894 €
17782,17 €
17469,18 kW
12616,96,94 t
8200 €
5712 kW
4852,55 kW
3427,2 kW
2284,8 t
690,26 € 1150,44 €
977,34 € 1068,37 €
Inversión
inicial
Gasto
energetico
calefaccion
(anual)
Gasto
economico
calefaccion
(anual)
Gasto
energetico
refrigeracion
(anual)
Gasto
economico
refrigeración
(anual)
Geotérmica sin subvención
Geotérmica
Calefacción gas natural
Bomba calor convencional
Emisiones CO2
Instalación convencional
Página113
Figura 86: Tabla resume del estudio económico. Fuente: Autor del TFC.
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La instalación de climatización geotérmica es un sistema muy eficiente pero
que necesita de una inversión inicial elevada si lo comparamos con otros sistemas
convencionales. En nuestro caso asciende a 33.106,894 €. Esto es debido
principalmente a la necesidad de realizar excavación o, como es nuestro caso,
perforación para disponer los captadores geotérmicos. Esto encarece el coste total de
la instalación, ya que comparado con una instalación convencional por ejemplo de
bomba de calor aire-aire, la cual tendría un coste de 8200 €, y solo sería necesaria la
instalación de las máquinas (unidad exterior e interior), que también tiene un precio
inferior al de la geotérmica. Esta inversión inicial se ve reducida gracias a la existencia
de subvenciones que premian la implantación de instalaciones que utilizan energías
alternativas, y que en nuestro caso alcanza el 46% de la inversión, 15.229,17 €. Con lo
cual deberíamos realizar un desembolso inicial de 17.782,17 €.

La instalación geotérmica tiene un consumo muy inferior de energía (4.852,55
kW) si lo comparamos con una instalación de calefacción a gas natural. Sin
embargo en términos económicos esta diferencia tan grande desaparece y
queda reducida un pequeño ahorro (91,03 €). Esto es debido a la gran
diferencia de precio que hay entre la electricidad y el gas natural (0,0483 € el
kW de gas y 0,2014 € el kW de electricidad).

Comparada con un sistema de refrigeración de aire acondicionado formado por
bomba de calor convencional (aire-aire) podemos observar que se produce un
ahorro del sistema geotérmico en cuanto al consumo energético, 3427,2 kW
frente a los 5712 kW de la instalación convencional. Económicamente el ahorro
resultante es de la misma proporción, siendo de 460,718 €, ya que el tipo
energía que utilizan las dos instalaciones es la misma, electricidad.

La instalación geotérmica produce menos CO2 a la atmosfera a lo largo de un
año (calefacción y refrigeración) que la suma de las dos instalaciones
convencionales (calefacción a gas natural y bomba de calor aire-aire). 2284,8 t.
frente a los 12.616,96 t. de las convencionales, que tiene un valor tan elevado
por el uso de gas natural.
Podemos afirmar pues que la instalación de climatización geotérmica supera a
las convencionales en cuanto a menor consumo energético, menor gasto energético, y
menor contaminación del medio ambiente.
Por lo tanto, después de realizar este estudio queda claro que con la
instalación de sistemas que utiliza energías renovables, obtenemos ahorro en cuanto
al consumo energético, lo que nos reporta también ahorro económico, y además
disminuimos las emisiones de CO2 a la atmosfera.
Sin embargo el objetivo que se pretende conseguir es que este tipo de
instalaciones sean factibles sin necesidad de ningún tipo de ayudas en pocos años.
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Página114
Hoy en día las instalaciones que funcionan con energías renovables son
viables gracias a las ayudas estatales, bien subvencionando parte de la instalación o
primando el precio de la energía producida.
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9. Reglamentación
Actualmente en España, no existe una legislación específica para los sistemas
que aprovechan la energía geotérmica. Esto es debido principalmente, a la escasa
experiencia que hay en este país con el uso de la geotermia. Por tanto, el desarrollo
de una legislación específica para regular este sector, está siendo lento
fundamentalmente para el caso de aplicaciones de muy baja temperatura.
Con la aprobación de la nueva Directiva Europea de Energías Renovables
(2009/28/EC), se espera un impulso en el desarrollo de la geotermia, ya que este tipo
de energía será contemplada por primera vez en un Plan de Acción Nacional.
Al no contar con una legislación propia, el uso de recursos geotérmicos se
regula mediante otras leyes como la de minas o la de aguas.
En la Ley 54/1980 de 5 de Noviembre, de modificación de la Ley de Minas
(22/1973 de 21 de Julio), se hace mención en la sección D, a los recursos minerales
energéticos entre los que se encuentran los geotérmicos, siendo esta sección
aplicable a los recursos de alta entalpía
Además, son de aplicación los Reales Decretos 2857/1978, de 25 de agosto,
por el que se aprueba el Reglamento General para el Régimen de la Minería y el
863/1985, de 2 de Abril, por el que se aprueba el reglamento general de normas
básicas de seguridad minera.
En nuestro caso, al tratarse de un aprovechamiento geotérmico de muy baja
temperatura, es necesario solicitar permiso tanto a la Sección de Minas de la Región
de Murcia, como a la Confederación Hidrográfica del Segura.
Suele suceder, que al no haberse tramitado por parte de las administraciones
ninguna instalación de características similares, no dispongan de procedimientos
exclusivos para la obtención de permisos, por lo que necesariamente hay que seguir
los procedimientos generales con los que se trabaja en la Confederación.
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Además de tener en cuenta el Reglamento Minero, al tratarse de un sistema
abierto que utiliza aguas subterráneas, hay que considerar el Real Decreto Legislativo
1/2001, de 20 de Julio, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Aguas.
En esta ley se indica que en los acuíferos que hayan sido declarados como
sobreexplotados, o en riesgo de estarlo, no podrán realizarse nuevas obras sin la
correspondiente autorización, aunque no se sobrepasen los 7.000 metros cúbicos.
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10. Conclusión
Tras haber indagado y profundizado en este proyecto en el cual intento
exponer los beneficios de una instalación que aprovecha la energía geotérmica, he
llegado a conclusiones claras que me llevan a posicionarme en actitud positiva ante
ésta.
Son destacables sus características positivas como la importancia de una
energía renovable, necesaria y útil en un mundo en el que los recursos finitos llegan a
su límite, debemos actuar en consecuencia, de la forma más responsable posible
inclinándonos hacía recursos que nos ayuden a cuidar el entorno en el que nos
encontramos.
Durante años he oído hablar de la importancia de estas fuentes de energía
(eólica, solar, hidráulica,...) y en lo referente a la edificación la energía solar, como
fuente aprovechable para la vivienda y hoy en día exigida en las nuevas
construcciones. Todas estas energías han ido ocupando un lugar cada día más
extenso en nuestra sociedad; sin embargo la energía geotérmica aún está por
descubrir en comparación a las energías renovables mencionadas anteriormente.
Personalmente, tras haber conocido la infinidad de cualidades que la energía
geotérmica ofrece opino que ésta debe ocupar un lugar preferente dentro de lo que
llamamos energía renovable para una vivienda eficiente.
Me veo obligado, al menos a que esta fuente tan desconocida para muchos
comience a ocupar un lugar más importante dentro de las energías renovables que
podemos adquirir para que vivienda y entorno no se vean condicionadas por recursos
finitos, sino que ambas se beneficien en adjetivos de ecología, comodidad y
rentabilidad.
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Página116
Como arquitecto técnico que comienza ahora a ver las distintas posibilidades
ante las que me encuentro; y tras haber estudiado este tema en profundidad, quedo
íntimamente ligado a la idea de llevar a cabo una edificación eficiente, utilizando la
energía geotérmica puesto que supone un nulo impacto visual y requiere de los
conocimientos de un arquitecto técnico para su instalación.
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11. Bibliografía
Manual de Geotermia (2008). Instituto para la Diversificación y Ahorro de la
Energía (IDAE) e Instituto Geológico y Minero de España (IGME).

Energía geotérmica de baja temperatura (2008). Antonio Creus Solé. CEYSA.

Guía técnica de diseño de sistemas de bomba de calor geotérmica (2010).
Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDEA).

Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Conectadas a Red (2002).
Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDEA).

Detalles constructivos CYPE (2011). CYPE ingenieros S.A.

Apuntes Calidad del proceso constructivo (2009). Eloísa González Ponce.

Catálogo de productos Perantón.

Catálogo de productos Econar.
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Página117

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Catálogo de productos Enertres.

Catálogo de productos Caleffi.

www.geothermie-perspectives.fr

www.climatemaster.com

www.egeg.org

www.geoheat.oit.edu

www.geothermie.de

www.girodgeotermia.com

www.idae.es

www.ingelco.es

www.geotermiasolar,net

www.retscreen.net

www.geothermie.ch

www.ansoltec.com

www.geotermalia.es/index.php?id=7

www.portalenergia.es/articulos/2009/06/sistemas-de-geotermia-paraclimatizacion.jsp

www.imsrenovables.es/verProyecto.php?id=49

www.ingeosolar.com/geotermia.aspx

www.ingeo.es/vinculos.html

www.google.maps.com
Página118

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