Test de Respuesta Térmica PDF Imprimir Correo electrónico

www.accio.seGirod Geotermia en colaboración con la empresa sueca ACCIO AB  ofrece la posibilidad de realizar estudios de conductividad térmica del terreno medinate TRT in-situ para el dimensionamiento de sistemas de captación geotérmica destinados a sistemas de climatización de edificios.TRT en Villarreal (Castellón)

Dicho estudio consta de:
  • Determinación de la conductividad térmica efectiva lef del terreno
  • Emplazamiento de las perforaciones geotérmicas
  • Dimensionamiento de todo el sistema de captación
  • Cálculo de las pérdidas de carga del campo de captación

¿Por qué un Estudio de Respuesta Térmica?
El éxito de una instalación de climatización mediante bomba de calor geotérmica depende de un correcto dimensionamiento del binomio formado por la bomba de calor y el sistema de captación de energía ya que tendrá que existir un equilibrio entre ambos.

Por tanto uno de los parámetros más importantes en todo diseño de un sistema de captación de energía es la longitud total de captación o lo que es lo mismo, la longitud total de perforación que será necesario realizar. Dicha longitud vendrá determinada por la capacidad que tenga el terreno para transmitir la energía, esto es, por la conductividad térmica del terreno que es una propiedad física de los materiales presentes a lo largo de la perforación. Esta conductividad se expresa por medio  del coeficiente de conductividad del terreno l que determina la cantidad de energía que pasa por unidad de tiempo y por una superficie de 1 m2 a una distancia de un metro para crear un aumento de temperatura de 1 K. Sus unidades en el S.I. son W/m·K (J/(s·m·ºC)).

Para instalaciones pequeñas que requieran poca perforación basta con hacer un estudio de la geología presente en la zona y en función de ella hacer una estimación del valor de l  según la bibliografía existente.

Sin embargo para instalaciones donde es necesario un gran número de perforaciones, el conocimiento exacto de la conductividad térmica del terreno se hace imprTRT en Madridescindible ya que ello nos permitirá dimensionar de forma más precisa el campo de captación energético (longitud total de captación y su disposición), asegurándonos de esta forma el correcto funcionamiento de todo el sistema de climatización. Hay que tener en cuenta que el conocimiento del valor de l nos puede colocar en dos escenarios diferentes en función de que el valor real sea superior o inferior al teórico:


a. Que hayamos estimado más perforación de la realmente necesaria (lreal > lteórico). En este caso al ser la conductividad del terreno mejor de lo que habíamos previsto en un principio, las necesidades de perforación serán menores con el consiguiente ahorro en perforación. Hay que recordar que el coste de la perforación supone un porcentaje importante en el total de la inversión.
b. Que hayamos estimado menos perforación de la realmente necesaria (lreal < lteórico). En este caso nos hubiésemos quedado cortos en nuestro sistema de captación y por tanto nuestro sistema de climatización hubiese tenido un consumo mayor (menor ahorro energético) o simplemente no hubiese funcionado correctamente.

En una perforación nos encontraremos con diferentes estratos.Métodos para conocer la conductividad térmica del terreno
Existen dos formas o métodos para conocer cuál es la conductividad térmica que presenta nuestro terreno. Hay que tener presente que en una perforación lo habitual es que nos encontremos con diferentes tipos de materiales  (arenas, arcillas, rocas, etc) y con diferentes cantidades de agua. Por tanto un primer método para conocer el valor de l es, en el momento de la perforación, ir tomando muestras de los diferentes estratos o materiales que nos vamos encontrando y medir su conductividad térmica en laboratorio. Como es lógico, este método se antoja bastante laborioso, complicado y caro y que además no nos va a proporcionar información de la influencia del agua subterránea presente en la zona y que puede hacer variar, y mucho, el valor real de l.


Es por ello que en los años 90 se desarrolló en diferentes países como Suecia o EE.UU. un método sencillo que proporciona el valor real de la conductividad térmica de toda la perforación o más exactamente de todo el material que rodea la perforación teniendo en cuenta además otros parámetros que a la postre son sumamente importantes como pueda ser la presencia de agua subterránea o la propia conductividad del material de relleno de las perforaciones. Dicho método es el Test de Respuesta Térmica del Terreno (Thermal Response Test).

 

 

Cómo funciona el Test de Respuesta Térmica
El Test de Respuesta Térmica es un método que nos permite conocer el valor de la conductividad térmica efectiva del terreno lef, así como la resistividad térmica.
Los principales componentes para llevara a cabo el TRT son:

• Perforación geotérmicaEsquema de un equipo de TRT
• Resistencia eléctrica
• Sistema de toma de datos
• Fuente de energía eléctrica
• Bomba de circulación

Lo habitual es realizar una perforación geotérmica cuya longitud sea la que hemos estimado necesaria para llevar a cabo la captación energética, a la cual le introduciremos los colectores y el relleno que se va a utilizar en todo el sistema de captación.

Este colector lo uniremos a la unidad móvil de TRT para formar un circuito hidráulico cerrado. Mediante la resistencia eléctrica calentaremos el fluido que haremos circular a lo largo de toda la perforación gracias a la bomba de circulación. Con ello lo que estamos consiguiendo es disipar la energía en el terreno que le estamos suministrando al fluido.

La potencia que disiparemos en la perforación tendrá que ser aproximada a la que teóricamente tendremos que disipar con nuestro sistema geotérmico. Lo habitual es considerar una potencia 50 W/m. Por tanto, la potencia que tendremos que aportar a nuestra perforación de prueba será función de su longitud según la siguiente expresión:

                                                     P = q x H

donde:
P es la potencia suministrada por las resistencias
q es la potencia por metro de perforación que vamos a disipar
H es la longitud de la perforación

Será importante mantener dentro de los captadores un régimen turbulento para lo cual es importante que la bomba de circulación sea de velocidad variable para poder regular el caudal en función de las necesidades de cada estudio.

Evolución de las temperaturas de entrada, salida y equipo
Los parámetros que se irán midiendo y almacenando son las temperaturas de entrada y salida de la perforación, la potencia suministrada y por supuesto el tiempo. Otros parámetros importantes de control son la temperatura exterior e interior del aparato y el caudal.

El duración del estudio ha de ser tal que podamos garantizar una estabilidad en la transferencia de energía entre colector y terreno, estabilidad que se consigue habitualmente a partir de las 48 h de funcionamiento. Para garantizar un buen resultado de la prueba, es recomendable  realizarla durante un periodo mínimo de 72 h.

 

Una vez terminada la prueba lo que tendremos es la evolución de la temperatura del fluido de entrada y salida del colector en función del tiempo. Llevando estos datos a un gráfico cuyo eje de abscisas será el tiempo –en escala logarítmica- y el eje de ordenadas la media de la temperatura del fluido, obtenemos la pendiente de su evolución.

El valor de la conductividad térmica efectiva del terreno la obtenemos a partir de la fórmula:

Conductividad térmica efectiva del terreno


donde:
Q es la potencia inyectada en el terreno
H la longitud de la perforación
k es la pendiente de la recta

Conclusión
Este valor ya tendrá en cuenta todos los estratos atravesados y el agua presente en el subsuelo siendo por consiguiente el valor más exacto de la conductividad del terreno que podemos utilizar para el dimensionamiento del campo de captación.  Además podremos conocer la temperatura del terreno en condiciones normales antes de la disipación de energía. Todo ello nos permitirá conocer, en función de las necesidades energéticas del edificio, la cantidad de perforación que es necesario realizar así como su distribución.

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