BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS - sistemamid.com

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BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS

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Índice

•Fundamentos de la máquina frigorífica y la bomba de calor

•Tecnología de las bombas de calor agua-agua

•Fundamentos de intercambiadores de calor enterrados

-Tipos de intercambiadores

-Cálculo de intercambiadores

-Nuevo programa de CIAT GEO2

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FUNDAMENTOS DE LA MAQUINA FRIGORÍFICA Y LA BOMBA DE

CALOR

…O cómo llevar el calor de dónde hay menos temperatura a dónde hay más…

Foco caliente

Foco frío

Pa

Pf

Pc

Tc

Tc

Foco caliente: Edificio (Tc = 22ºC) (sumidero de calor)

Foco frío: Medio Ambiente (Tf = 0ºC) (fuente de calor)

Pf: Potencia Frigorífica (kW)

Pc: Potencia Calorífica (kW)

Pa: Potencia absorbida (kW)

COP = Pc / Pa

EER = Pf / Pa

consumida Energía

afrigorífic EnergíaCSPF

consumida Energía

calorífica EnergíaHSPF

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CALOR

Foco caliente

Foco frío

Tc

Tc

Tcondensación > Tc

Tevaporación < Tc

Evaporador

CondensadorCompresor

Expansión

Gas

5

1

22s3

4


CALOR

Las prestaciones (el rendimiento) y el funcionamiento de la bomba de calor, van a depender de las temperaturas de los medios ambientes (los focos térmicos), contra los que se trabaje …

Cálculo del ciclo termodinámico

•Presión y temperatura de evaporación

•Presión y temperatura de condensación

•Potencia frigorífica

•Potencia calorífica

•Potencia absorbida

•COP, EER

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Clasificación de equipos

Aire-Agua

Aire-Aire

BOMBAS DE CALOR AEROTÉRMICAS


CALOR

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CALOR

Clasificación de equipos

Agua-Aire

BOMBAS DE CALOR GEOTERMICAS


CALOR

Agua-Agua

BOMBAS DE CALOR HIDROTÉRMICAS

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TECNOLOGÍA DE LAS BOMBAS DE CALOR AGUA-AGUA

Tecnología de equipos no reversibles

Sin inversión del ciclo frigorífico

El cambio de funcionamiento se hace en el lado agua

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Tecnología de equipos reversibles


Inversión del ciclo frigorífico

El cambio de funcionamiento

se hace en el lado refrigerante

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Ciclo de Calefacción

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Ciclo de Refrigeración

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COMPRESORES

Refrigerantes actuales HFC (R-410a, R-407C): no perjudican la capa de ozono

¿Refrigerantes naturales? (propano R-290, CO2 R-744, NH3 R-717): sin potencial de efecto invernadero

Tecnología scroll

0

1

2

3

4

5

6

SCROLL-R407C SCROLL-R290 PISTON-R290 SCROLL-R410a

Diferentes COP para diferentes combinaciones de compresores y refrigerantes en diferentes

bombas geotérmicas de 17 kW (Fuente: CIATESA)

Compresor scroll

(Fuente: emersonclimate.com)

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INTERCAMBIADORES DE CALOR

Intercambiadores de placas soldadasCompactosAcero Inoxidable

Intercambiador de placas

(Fuente: CIAT GROUP)

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GRUPO HIDRÁULICO INCORPORADO: ”plug in”, normalmente en pequeñas potencias

Bomba de circulación

(Fuente: GRUNDFOS)

GRUPO HIDRÁULICO EXTERNO: Suministrado por fabricante o instalado in situ


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PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS)


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5 kW 1,2 MW


30 kW 300 kW 500 kW

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CAPTACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO VS INTERCAMBIADOR CERRADO

FUNDAMENTOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

ENTERRADOS

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TIPOS DE INTERCAMBIADORES

HORIZONTALES

•Próximos a la superficie

•Influenciados por las fluctuaciones de

temperatura ambiente

•Mayor superficie ocupada

•Mayor riesgo de rotura

•Sencillos de instalar

•Pequeñas potencias

(Fuente: Proyecto PROFIT GEOTERMIA)

(Fuente: Programa GEO2 CIATESA)


ENTERRADOS

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VERTICALES (BOREHOLES)

•No afectados por las condiciones

ambientales

•Menor superficie ocupada

(Fuente: Proyecto GEOCOOL)(Fuente: Programa GEO2 CIATESA)


ENTERRADOS

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VERTICALES (BOREHOLES)

•Dificultad de instalación. Mayor

especialización

•Mayor costo

•Libres de mantenimiento

Debate:

¿Especialistas en sondeos de agua vs

especialistas en geotecnia y

micropilotaje?

(Fuente: ENERGESIS INGENIERÍA S.L.)

La respuesta en Europa y USA:

Especialistas en bombas de calor geotérmicas.


ENTERRADOS

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SLINKY

(Fuente: ELK 2004. Cortesía EVE)

•Próximos a la superficie

•Influenciados por las fluctuaciones

de temperatura ambiente

•Más compactos

•Laboriosos

•Pequeñas potencias


ENTERRADOS

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TIPOS DE INTERCAMBIADORES.

INTEGRADOS EN LA EDIFICACIÓN

(Fuente: Instalaciones TONVA S.L.)


ENTERRADOS

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(Fuente: Stent. Cortesía EVE)


INTEGRADOS EN LA EDIFICACIÓN. PILOTES GEOTÉRMICOS


ENTERRADOS

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CÁLCULO DE INTERCAMBIADORES GEOTÉRMICOS. MÉTODO IGSHPA

•International Ground Source Heat Pump Association

•Teoría línea infinita (Kelvin 1861)

•Fuente de calor de espesor muy pequeño y longitud

infinita que sólo cede calor en sentido radial

• La resistencia del suelo, Rs, ha sido descrita por diversos

autores, (Ingersoll & Plass 1948), (Ramey 1962)

)αr,(t,RR:suelo térmica aResistenci

kπ2

r

rln

R :tubería térmica aResistenci

)R(RTT

QΔL :adorintercambi de Longitud

RR

TTq

sss

t

i

e

f

st

sf

st

sf


ENTERRADOS

q (W/m)

Tf Ts

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• El calor inyectado o extraído del terreno varía durante el funcionamiento de la bomba

de calor. La máquina arranca y para, y además, su funcionamiento también depende de

la temperatura de aplicación en el edificio.

•Las expresiones matemáticas de las que se obtiene la resistencia térmica del suelo Rs,

deberían contemplar este efecto.

•En la práctica es suficiente aproximación con multiplicar la potencia térmica

intercambiada con el terreno por el factor de utilización, que es la fracción del tiempo en

la que realmente la bomba de calor ha estado en marcha.

•El cálculo del factor de utilización Fu debe hacerse por simulación de la demanda

energética en cada caso. Cada edificio en cada climatología, y con cada equipo de

climatización, tendrá un factor de utilización.

FuRR:suelo térmica aResistenci ss

*


ENTERRADOS

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• La temperatura del terreno Ts a una profundidad y a un tiempo, es función de la

temperatura exterior en ese instante (Kusada&Achenbach 1965):

•Para obtener la longitud de intercambiador necesario para satisfacer la máxima carga

de refrigeración se tomará el instante de máxima temperatura anual. Viceversa para el

caso de calefacción

365α

πy

mMAX365α

πy

mMIN eATTeATT ,

añoeltodoenbajamásmediaatemperaturlacontiempot

ddifusividaα

mediaatemperaturT

superficieladeatemperaturladeoscilaciónladeamplitudA

tiempot

dprofundiday

)]απ

365

2

yT-t-(t

365

2πcos[eA-Tt)(y,T

0

m

s0365α

πy

ms


ENTERRADOS

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•Finalmente, las expresiones para determinar la longitud de intercambiador necesario

en refrigeración y en calefacción quedan:

Programa GEO CIATESA


ENTERRADOS


)FuR(RTT

PΔL

)FuR(RTT

PcΔL

Cst

fMIN

C

Rst

MAXf

R

f

Nota:

En refrigeración (R) Tf = Tª agua condensador

En calefacción (C) Tf = Tª agua evaporador

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Avance del nuevo software GEO2


ENTERRADOS

Programa GEO CIATESA

-Nueva versión del software de dimensionado de intercambiadores de calor enterrados acoplados

a bombas de calor agua-agua CIAT.

-Cálculo de la longitud del intercambiador y los parámetros de funcionamiento (EER, COP) de la

instalación para diferentes diseños de intercambiador enterrado

NOVEDADES

Compatible con VISTA, XP y WINDOWS7

Nueva interfaz de usuario

Nuevas gamas de plantas más eficientes: AGEO, AGEO CALEO, DYNACIAT LG/LGP ILG

Selección de diferentes temperatura de aplicación en refrigeración y calefacción

Además de las capitales de provincia, incluye las zonas climáticas conforme a CTE

NUEVO PROGRAMA DE CIAT GEO2

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FUNDAMENTOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE

CALOR ENTERRADOS


GEO2 ha sido desarrollado en colaboración con el Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica

de Valencia en el marco del proyecto de I+D GEC Desarrollo de un Programa de Simulación Energética de

Sistemas de Climatización no Convencionales, co-financiado por la Agencia de Innovación y Desarrollo de

Andalucía y por la Corporación Tecnológica de Andalucía

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FUNDAMENTOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE

CALOR ENTERRADOS


GEO2 ha sido desarrollado en colaboración con el Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica

de Valencia en el marco del proyecto de I+D GEC Desarrollo de un Programa de Simulación Energética de

Sistemas de Climatización no Convencionales, co-financiado por la Agencia de Innovación y Desarrollo de

Andalucía y por la Corporación Tecnológica de Andalucía

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Miguel Zamora García

Responsable de I+D+i

[email protected]

LA CONSIDERACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR COMO

ENERGÍA RENOVABLE

Gracias por su atención

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