CONCEPTOS PREVIOS DE LA INSTALACIÓN GEOTÉRMICA

En este punto del trabajo se pretende conocer los detalles de la instalación geotérmica para el supuesto de Salamanca, localidad donde la bomba de calor geotérmica consigue una mayor reducción en la cantidad de emisiones de CO2 enviadas a la atmósfera.

La viabilidad económica de un sistema de climatización geotérmica viene determinada fundamentalmente por la relación entre los ahorros de combustible que consigue frente a sistemas tradicionales y el mayor coste de inversión necesario para su implantación. Este mayor desembolso inicial se debe al coste de los denominados “intercambiadores o sondas geotérmicas”, a los trabajos de perforación necesarios para su introducción en el subsuelo y a la bomba de calor geotérmica. En cambio, es esta mayor inversión la que permitirá extraer del terreno, gratuitamente y durante un periodo no inferior a 50 años, tiempo de vida estimada del sistema, gran parte del calor requerido para emplear los sistemas de calefacción, refrigeración y el agua caliente sanitaria.

Para poder definir la instalación deben conocerse diversos factores importantes que influyen en el proceso de diseño y dimensionado de la misma, y que pueden suponer que su viabilidad económica y/o técnica no sea la esperada. A continuación se muestra la importancia de cada uno de estos factores, y los que influyen en la instalación del presente proyecto:

1. Sistemas de captación: Cabe matizar inicialmente cómo es la geometría de la parcela,

puesto que sus dimensiones determinarán las posibilidades de implantación de los diferentes sistemas de captación geotérmica reconocidos:

o Sistema de captación horizontal

Son los sistemas más fáciles de implantar y los más económicos. Su instalación consiste en la ejecución de zanjas o vaciados de tierra de 1,00 a 1,50 metros de profundidad, donde se depositará una red de tubos de polietileno encargados de intercambiar calor con el terreno separados a una distancia entre ellos de unos 40 centímetros.

Como desventaja, cabe destacar que se requiere de grandes superficies para los colectores horizontales en esta tipología de instalación, la cual para el caso de viviendas unifamiliares podría variar de entre 1,5 a 3 veces la superficie de vivienda a calentar, dependiendo de las características físicas de los cerramientos.

Fig. 39. Sistema de captación geotérmica horizontal Fuente: www.ecoforest.es

o Sistema de captación vertical

Consiste en un intercambiador de calor formado por uno o dos tubos de polietileno o polibutileno en forma de U, colocadas en el interior de un sondeo vertical realizado a profundidades considerables de más de 100 metros, de 10 a 16 centímetros de diámetro, realizado cerca de un edificio a calentar o refrigerar, o incluso debajo de él.

La perforación se rellena inyectando generalmente una suspensión de bentonita, u otros materiales con buena conductividad térmica, con cemento.

Estos intercambiadores resultan más costosos que los horizontales debido a los gastos de perforación, pero el espacio para su implantación es significativamente menor puesto que el diámetro necesario es inferior a 50 cm.

Fig. 40. Sistema de captación geotérmica vertical Fuente: www.ecoforest.es

o Sistema geotérmica de captación freática

Este sistema abierto consiste en el intercambio de agua subterránea procedente de un acuífero, qué se bombea hacia el edificio para intercambiar calor y posteriormente devolver esa agua al mismo acuífero.

Estos fueron los primeros sistemas empleados para la explotación de la geotermia, siendo la opción más simple de ejecutar siempre que la cantidad y calidad de agua en el acuífero sea la adecuada.

2. Propiedades térmicas del terreno: Las capas de materiales que conforman el subsuelo

presentan una serie de propiedades intrínsecas que determinan la capacidad de extracción de calor a través de las sondas verticales.

La conductividad térmica (λ), la permeabilidad al agua, la capacidad térmica volumétrica (ρ x cp) o la difusividad térmica (α) son algunas de las citadas propiedades

que presenta un suelo o roca. El diseño de un intercambiador geotérmico también depende de la resistencia térmica (Rb) entre el fluido que caloportador y la parte exterior

del sondeo donde se aloja la sonda, con la interposición del relleno.

La determinación de la conductividad térmica, la resistencia térmica del sondeo y la temperatura del terreno sin alterar, son vitales para el dimensionamiento de un intercambiador vertical que vaya a soportar cargas elevadas de calefacción, si bien resulta complicado de precisar ante el desconocimiento real de las capas existentes en el subsuelo.

Sin unas buenas estimaciones de estos valores, el sistema geotérmico es muy probable que resulte desproporcionado para las necesidades requeridas, resultando unos costes de inversión innecesarios, para el caso del sobredimensionamiento, o un ahorro menor de energía eléctrica que el esperado, en el caso opuesto de infradimensionamiento.

Tradicionalmente, el dimensionamiento se ha hecho a partir de valores de esos parámetros ya tabulados y de valores obtenidos en ensayos de laboratorio con muestras de sondeo, que, además de complejos, no tienen en cuenta las condiciones naturales de los terrenos atravesados ni los efectos del flujo de agua subterránea.

La única forma de tener en cuenta estos efectos es realizando un Ensayo de Respuesta Térmica en el mismo lugar donde se emplazará la sonda geotérmica vertical. Se realiza una vez efectuado el sondeo, instalada la sonda geotérmica y fraguado el mortero de relleno; y permite obtener a diferentes profundidades la tipología de estrato y la evolución de las temperaturas del terreno. Este ensayo no resulta rentable para pequeñas instalaciones como la correspondiente a este proyecto debido a su duración y alto coste, si bien es muy recomendable para campos de un mayor número de sondas geotérmicas.