II CONGRESO DE ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA EDIFICACIÓN Y LA INDUSTRIA

RIESGOS DEL EMPLEO DE PERFORACIONES DE MUCHA

PROFUNDIDAD, CONTAMINACIÓN DE

ACUIFEROS, ALTERNATIVAS Y CARACTERISTICAS DE

CAPTACIÓN

JOSÉ MARIA GUTIÉRREZ ESCUDERO

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Índice

11 Geotermia de baja profundidad

22 Geotermia de alta profundidad

33 Bomba de calor del futuro

44 El colector de acero inox

• Colectores en espiral, ventajas y desventajas.

• Sondas simples o dobles, PE tipo U, ventajas y desv entajas.

• Captadores ideales

• Características

• Cálculos de rendimiento

• Desventajas

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I. Colectores de espiralUna combinación entre colectores de superficie y perforaciones

Ventajas:� Reducida profundidad de perforación (3 m) = reducción de costes� Montaje por empresa usual de perforaciones� Mejor rendimiento poniendo el colector de espiral en capas de agua� Regeneración por riego directo por agua de lluvia y energía solar Desventajas:� Gran diámetro de perforación : > 400 mm� En la práctica el agujero es tapado sólo con arena y barro � Desprendimientos en el terreno (no emboquillado del inicio perforación)� Profundidad total = 3,5 m máx. Rendimiento 150 W/m en una longitud instalada de la

espiral de 20 m hecho de material PE25/ 1 � Movimiento de tierras de aprox. 12 m³ para conseguir 4,8 kW con 12 – 14 colectores de

espiral� Se necesita una gran superficie para varias perforaciones

Colector de espiral de 2,0 m de alto + agujero de 1,50 m

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II - Sondas Mono-Duplex Tubo en U – Material PE 25-32-40 mm

Ventajas:� Espacio reducido (perforaciones con intervalos de 5 – 7 m según VDI 4640) � Diámetro de perforación de 180 mm� Buen ajuste hidráulico de las sondas es posible � Una nueva industria ha encontrado aquí un campo de juego

Desventajas:� Riesgo de perforación (bajada o subida de las sondas, oquedades o corrientes)� El barro y restos de la perforación son clasificadas como basura especial reciclar� La desviación de la perforación no se puede calcular (se pueden aproximar

demasiado)� Perforación de las capas de agua potable y sus consecuencias para el medio

ambiente � Aseguramiento de la inyección para impermeabilizar la conducción del agua� Reglamentación regional complicada con altas exigencias para conseguir las

autorizaciones� Longitud de montaje de las sondas >25 m hasta 150 m� La regeneración de las sondas subterráneas en el comportamiento a corto plazo

es muy lento

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Desventajas:� Peligro para las generaciones futuras � Capas de agua del segundo acuífero son capas de agua potable � Cuando la perforación no funciona:

• Vuelta al estado anterior de antes de la perforación (según norma en Alemania VDI 4640 hoja 2)

• Limpiar los fluidos del intercambiador de calor con agua fresca y echar a la basura

• Especial según normas • Mostrar la vuelta al estado anterior al organismo regulador• Sacar sondas y tapar agujero

¿Es esa la técnica del futuro?

Dentro de la bentonita, el agua encuentra un camino entre la pared de la sonda, uniendo las 2 capas de agua. Esto destroza las capas acuíferas. Por ejemplo, en la ciudad de Wismar ha quedado sólo agua putrefacta.

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Tiene que funcionar con colectores /sondas

que tengan dos características especiales:Instalaciones no invasivas en acuíferos reservados

Zona de rápida regeneración (media de 15 m)

Profundidad recomendada de montaje de las sondas de PS Ingelco

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<99 m ?

<25 m !

Colector IngelcoColector IngelcoColector IngelcoColector Ingelco

Agua

Sonda Duplex

PozoEnergía

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BajadaBajadaBajadaBajada SubidaSubidaSubidaSubida

TornilloFlujo

(Longitud): 6 m(Longitud): 6 m(Longitud): 6 m(Longitud): 6 mTubo ascendente de calor 25 PE VA Tubo ascendente de calor 25 PE VA Tubo ascendente de calor 25 PE VA Tubo ascendente de calor 25 PE VA 28 mm 28 mm 28 mm 28 mm Tubo descendente de frTubo descendente de frTubo descendente de frTubo descendente de fríííío 25 PE VA o 25 PE VA o 25 PE VA o 25 PE VA 28 mm28 mm28 mm28 mmRendimiento: mayor de 1 kWRendimiento: mayor de 1 kWRendimiento: mayor de 1 kWRendimiento: mayor de 1 kWVolumen: 45 litrosVolumen: 45 litrosVolumen: 45 litrosVolumen: 45 litros

Manguito de

conexión

Características de la sonda PS Ingelco

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Ventajas:

� Un alto rendimiento por metro con reducido trabajo de perforación

� Profundidad 8 – 25 m

� Pequeño diámetro de perforación, 150 mm, que facilita la limpieza o una perforación con tornillo

� Perforación más precisa en el primer acuífero

� Cumple la norma DIN 18302:2006-10 de construcciones de pozos

� La estructura de las capas es conocida normalmente a través de sondeos del terreno antes del montaje

� Seguridad de planeamiento antes de la perforación

� No se destruye tantos terrenos cultivados en la actividad de montaje

� Sólo se necesitan pequeñas superficies de terreno en comparación a los colectores de espiral o los colectores de superficie

� Transporte y montaje más fácil: Longitud de sólo 6,0 m/unidad

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Bomba de calorBomba de calorBomba de calorBomba de calor 10 kW de energ10 kW de energ10 kW de energ10 kW de energíííía calora calora calora caloríííífica con 5 COP = 2,00 kW de fica con 5 COP = 2,00 kW de fica con 5 COP = 2,00 kW de fica con 5 COP = 2,00 kW de potencia elpotencia elpotencia elpotencia elééééctrica ctrica ctrica ctrica

Rendimiento requerido de la perforaciRendimiento requerido de la perforaciRendimiento requerido de la perforaciRendimiento requerido de la perforacióóóónnnn 8 kW 8 kW 8 kW 8 kW

FlujoFlujoFlujoFlujo 2.100 litros/h a 4 K 2.100 litros/h a 4 K 2.100 litros/h a 4 K 2.100 litros/h a 4 K

Volumen por colector Volumen por colector Volumen por colector Volumen por colector 47 litros (kg) 47 litros (kg) 47 litros (kg) 47 litros (kg)

2.100 l pasando por 4 colectores2.100 l pasando por 4 colectores2.100 l pasando por 4 colectores2.100 l pasando por 4 colectores = 525 l por colector por hora= 525 l por colector por hora= 525 l por colector por hora= 525 l por colector por hora

525 l por 47 l (volumen de 1 colector)525 l por 47 l (volumen de 1 colector)525 l por 47 l (volumen de 1 colector)525 l por 47 l (volumen de 1 colector) = 11 veces ocurre un cambio de agua por hora, es = 11 veces ocurre un cambio de agua por hora, es = 11 veces ocurre un cambio de agua por hora, es = 11 veces ocurre un cambio de agua por hora, es decir 11 x 47 l/hora (3.600 s) decir 11 x 47 l/hora (3.600 s) decir 11 x 47 l/hora (3.600 s) decir 11 x 47 l/hora (3.600 s) = 47 l cada 327 s a = 47 l cada 327 s a = 47 l cada 327 s a = 47 l cada 327 s a ∆ t de 4 Kt de 4 Kt de 4 Kt de 4 K

Capacidad calorCapacidad calorCapacidad calorCapacidad caloríííífica del agua fica del agua fica del agua fica del agua 4 190 J 4 190 J 4 190 J 4 190 J kg x Kkg x Kkg x Kkg x K

Q = m x c x Q = m x c x Q = m x c x Q = m x c x ∆ t t t t 47 kg x 4 K x 47 kg x 4 K x 47 kg x 4 K x 47 kg x 4 K x 4190 J 4190 J 4190 J 4190 J ==== 787,7 787,7 787,7 787,7 kJkJkJkJ

kg x Kkg x Kkg x Kkg x K

1 k J = 1 kWs 1 k J = 1 kWs 1 k J = 1 kWs 1 k J = 1 kWs 787,7 kWs 787,7 kWs 787,7 kWs 787,7 kWs = = = = 2,401 kW por sonda2,401 kW por sonda2,401 kW por sonda2,401 kW por sonda327 s 327 s 327 s 327 s

C = Capacidad calorC = Capacidad calorC = Capacidad calorC = Capacidad caloríííífica del aguafica del aguafica del aguafica del aguaQ = Rendimiento calorQ = Rendimiento calorQ = Rendimiento calorQ = Rendimiento calorííííficoficoficoficom = masa de llenado de la sondam = masa de llenado de la sondam = masa de llenado de la sondam = masa de llenado de la sonda

ResumenResumenResumenResumen2,401 kW x 4 colectores 2,401 kW x 4 colectores 2,401 kW x 4 colectores 2,401 kW x 4 colectores 9,6 kW 9,6 kW 9,6 kW 9,6 kW 1,200 kW x 8 colectores = 1 AZ 1,200 kW x 8 colectores = 1 AZ 1,200 kW x 8 colectores = 1 AZ 1,200 kW x 8 colectores = 1 AZ > 5,6 > 5,6 > 5,6 > 5,6

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Almacenamiento de calor de un colector PS en arena y agua

ConductividadValor medio: λ 2,5 (m K)

Energía1 m³ = ca. 12 kW de valor calorífico, enfriada de 10 °C hasta 0 °CV=1/4x3,14x5²x6=0,785x25x6=117,75 m³ x 12 kW = 1,413 kW

Los movimientos verticales y horizontales de las corrientes dentro del colector en el primer acuífero transportan continuamente energía generativa al cilindro

Comparación

Material PE 2,3 mm : λ = 0,48 W/ (m K)Acero (VA) : λ = 60,00 W (m K)El acero almacena 4 ó 5 veces más energía que las sondas con el material PE

El tornillo de Arquímides junto con el efecto Viktor Schaumberger provocan una gran turbulencia en el colector para intercambiar calor

Ejemplo:100 m Sonda Duplex max. 80 W/m = 8.000 W 100 m Colector PS 200W/m = 20.000 W

Fuente: Strebe

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