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SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO GEOTERMICO DE BAJA ENTALPIA/ MUY BAJA TEMPERATURA

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La tierra contiene de forma permanente alrededor de 40 millones de MW de calor de su interior.

Del 100 % de energía geotérmica existente, alrededor de un tercio proviene del tiempo de formación de la tierra. El resto del calor geotérmico se genera continuamente de forma natural por la desintegración de isótopos radiactivos del manto y la corteza. Teniendo en cuenta que la corteza de la tierra es mal conductor de calor, se almacena en las capas interiores de la misma. El aumento de la temperatura, en función de la profundidad, posee una media global alrededor de 3°C por cada 100 m

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La energía geotérmica de baja (>30ºC<T<50ºC) o de muy baja (<30ºC) entalpía basa sus aplicaciones en la capacidad que el subsuelo posee de acumular calor y de mantener una temperatura sensiblemente constante, entre 10 y 20 m de profundidad, a lo largo de todo el año.

Debido a que el contenido en calor de los recursos geotérmicos de baja entalpía es insuficiente para producir energía eléctrica, aquellos recursos con temperaturas por debajo de 50º e incluso hasta 15ºC, pueden ser utilizados para producción de agua caliente sanitaria y para climatización, ayudándose de un sistema de bomba de calor.

Para el aprovechamiento energético, se distinguen distintos sistemas:

SISTEMAS ABIERTOS

  • Sistemas de agua subterránea 4‐50m de profundidad
  • Agua acumulada en túneles y minas

SISTEMAS CERRADOS

  • Captación horizontal 1,2‐2 m de profundidad
  • Cimentaciones activas 8‐45m de profundidad
  • Captación vertical 10‐250m de profundidad

OTROS

  • Aguas residuales urbanas
  • Pozos canadienses
  • Descongelación túneles, carreteras o vías

Dentro de estos sistemas, para climatización y ACS, los más usuales son los sistemas cerrados. A continuación, se detallan ciertas particularidades de los mismos:

1.            Particularidades de la captación geotérmica horizontal

  • La profundidad de captación geotérmica oscila entre 1,0 a 1,5 m
  • Se debe respetar una separación mínima entre tubos de 50 – 80 cm.
  • Tubo de polietileno negro de PE 100 Diámetro 25×2.3mm.
  • Vida útil garantizada de la tubería se sitúa entre 50-100 años en función de la temperatura de uso (Aplicación) y el tipo de sonda empleada
  • Hay que mantener una distancia mínima de 1 m a conducciones de agua fría o de depuración, así como a los cimientos.
  • Son ideales en suelos húmedos y embarrados.
  • Para suelos pedregosos cubrir la superficie de los tubos colectores con arena de forma que se mantenga la humedad y una buena transferencia de calor.
  • Se puede seguir cultivando y plantando especies vegetales, excepto árboles de raíces muy profundas.
  • Tubería del circuito debe ser de material resistente a la difusión de vapor.
  • La regeneración del terreno se realiza principalmente desde arriba, a partir de las radiaciones solares y las precipitaciones. El flujo geotérmico es en este caso comparativamente reducido. Por esta razón, no se deberá construir por principio encima de los colectores ni situarse los mismos debajo de superficies impermeabilizadas

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Para el dimensionado de la captación geotérmica horizontal en instalaciones de < 15 kWt, normalmente se dimensiona la captación utilizando tablas de Referencia (norma VDI 4640).

Cuando se aumenta la potencia necesaria hasta los 30kWt, será necesario además realizar una simulación geotérmica del terreno, de modo que se garantice la recuperación energética del terreno durante el periodo de funcionamiento y sea capaz de mantener a la bomba de calor con un COP  alto.

Para instalaciones con necesidades mayores a los 30 kWt, es necesario además hacer un Test de Respuesta Geotérmica (TRT) por las mismas razones expresadas en el punto anterior.

A modo de ejemplo, para unas necesidades de 10 kWt, aproximadamente es necesario una superficie de terreno entre 350 m2 de terreno y 475 metros de tubería, considerando una captación geotérmica de aproximadamente de 28 W /m2 terreno

2.            Particularidades de la captación geotérmica vertical

  • Profundidad pozos: de 70-150m.
  • Separación mínima entre pozos de 5 m.
  • Sondas prefabricadas en polietileno negro de alta densidad PE 100 PN16 diámetro 32×2.9mm DOBLE U / o DN 40 simple U
  • Relleno del espacio anular para favorecer el intercambio y evitar bolsas de aire
  • Vida útil garantizada de las sondas se situa entre 50-100 años en función de la temperatura de uso (Aplicación) y el tipo de sonda empleada
  • Mantener una distancia mínima de 1 m a conducciones de agua fría o de depuración, así como a los cimientos.
  • La tubería del circuito debe ser de material resistente a la difusión de vapor.
  • Perforaciones-Ø aprox. 150 mm, con sondas en U: si es simple con Ø: 40 mm y si es doble con Ø: 32 mmImagen 3

Para el dimensionado de la captación geotérmica vertical, al igual que para la horizontal, si la instalación demanda menos 15 kWt, normalmente se dimensiona la captación utilizando tablas de Referencia (norma VDI 4640).

Cuando se aumenta la potencia necesaria hasta los 30kWt, será necesario además realizar una simulación geotérmica del terreno, de modo que se garantice la recuperación energética del terreno durante el periodo de funcionamiento y sea capaz de mantener a la bomba de calor con un COP  alto.

Para instalaciones con necesidades mayores a los 30 kWt, es necesario además hacer un Test de Respuesta Geotérmica (TRT) por las mismas razones expresadas en el punto anterior.

A modo de ejemplo, para unas necesidades de 10 kWt, aproximadamente es necesario una perforación de 150 m. La captación geotérmica será de aproximadamente 65 W /m lineal de pozo vertical.

3.            Ventajas e inconvenientes entre ambos sistemas cerrados

El sistema vertical de captación geotérmica ofrece mayor rendimiento estacional de la bomba de calor que un sistema horizontal, lo que supone un menor consumo eléctrico, con una temperatura en el pozo de captación constante a lo largo de todo el año y no influenciado por las condiciones atmosféricas. Otras ventajas serían además que se necesita poca superficie ocupada de terreno, permite la instalación de piscinas, árboles… y es más ventajoso para el refrescamiento directo.

Como contra, el sistema vertical es sensiblemente más costoso que el sistema horizontal

4.            Tramitaciones

Las instalaciones geotérmicas necesitan de permisos previos a realizar el aprovechamiento geotérmico. En primer lugar, realizar un proyecto técnico por un Ingeniero de Minas, cuyo coste ronda los 400€. Con esta documentación se solicita a través de la sede electrónica el permiso correspondiente. Al finalizar la instalación deberá registrarse la misma como instalación térmica si esta supera los 5kWt e incluso si fuese necesario, como instalación frigorífica.

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