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Bomba de calor geotérmica para calefacción y refrigeración ¿Cómo funciona?

La energía geotérmica capta la energía calorífica de la tierraA diferencia de otras energías renovables mayoritarias como son la energía solar, la eólica o las diferentes modalidades de la energía marina, (modelos de obtención de energía eléctrica que emplean un recurso derivado del efecto de la radiación solar incidente en la tierra), la energía geotérmica, no tiene su origen en esta radiación solar.

La energía que alimenta los procedimientos geotérmicos de generación, procede del calor existente en el interior de la tierra. Un calor que está presente en rocas, suelo o aguas subterráneas y que procede de capas aún más inferiores.

Independientemente de que la instalación esté orientada a la generación de energía térmica o eléctrica, el objetivo de la geotermia es, en realidad, la recuperación de la temperatura interior terrestre, para su aprovechamiento.

De la citada recuperación de la temperatura existente en el subsuelo se encarga una bomba de calor geotérmica.

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¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?

Su funcionamiento comparte técnica con otro tipo de bombas de calor presente en los habituales equipos de aire acondicionado; una función realizada por el fluido de trabajo de estos sistemas (fluido caloportador), junto con el papel que desempeñan el resto de los elementos que conforman el circuito:

Esquema de funcionamiento de una bomba de calor geotérmica

  • Compresor: Equipo encargado de aumentar la presión del fluido, y con ello aumentar la temperatura.
  • Evaporador: Equipo encargado de reducir la presión, y a su vez, la temperatura.

Con este juego de cambio de presiones, se trasladará la temperatura deseada desde el interior terrestre, a los sistemas de reparto de las viviendas o estancias.

Una vez que tiene lugar el trabajo de intercambio u obtención de la temperatura deseada, llega el turno de la distribución de dicha temperatura por las estancias acondicionadas a climatizar.

Este proceso se realiza del mismo modo que los habituales sistemas de reparto de calor. La temperatura del terreno cuenta con un intervalo adecuado, así pues, la calefacción por geotermia es compatible con instalaciones de radiadores y suelo radiante tanto nuevas como existentes.

Otra función de las instalaciones de geotermia es la obtención de calor para la generación de ACS. Actualmente, las casas fabricantes cuentan con modelos de bombas de calor geotérmicas con las potencias de trabajo adecuadas para las futuras necesidades de climatización y ACS de cada tipo de vivienda. En el caso del ACS, se puede contar con acumuladores de agua sin ningún inconveniente, al igual que otros sistemas de generación de ACS.

Existen diferentes tipos de instalaciones de geotermia que difieren según la modalidad acogida por las tuberías de intercambio.

Captación geotérmica horizontal

La principal característica de este tipo de instalación es la distribución de forma horizontal de los colectores de captación que reparten el fluido caloportador. Estos figuran extendidos a lo largo y ancho de la parcela. Es el formato más habitual empleado en la modalidad geotérmica. Su ubicación se encuentra en torno al metro y medio de profundidad, y es el único caso en el que el clima exterior puede resultar condicionante. Para que esta modalidad sea eficiente, será necesario contar en extensión con los metros cuadrados suficientes.

Por lo general es más común su aplicación en parcelas correspondientes a viviendas independientes u otro tipo de construcciones aisladas cuya superficie sea la suficiente para captar la energía térmica necesaria para su uso. En parcelas pequeñas de grandes edificios no resultaría del todo eficiente.

Captación geotérmica vertical con sondas o pozos

Para superar la problemática del supuesto anterior, la falta de superficie, existe la opción de colocar el sistema de intercambio (tuberías) de forma vertical. Esta alternativa recupera la falta de espacio con una perforación superior. Este trabajo supone el empleo de maquinaria preparada más compleja, pero el resultado es más eficiente al alcanzar yacimientos de temperaturas superiores, siendo el rango de profundidad entre los 25 y los 150 metros.
Se pueden realizar una o más perforaciones en función de la necesidad.

Los diámetros de perforación para las sondas son relativamente pequeños, de unos 10-15 cm.

Captación geotérmica vertical con pilotes

Cuando la instalación geotérmica está planificada desde el inicio del proyecto de una edificación y para dicha construcción es necesario la cimentación con pilotes, estos se aprovechan para conducir los elementos de intercambio. A la propia estructura de los pilotes se incorporan las sondas geotérmicas que harán las veces de guía para las mismas.
Con el aprovechamiento de ciertas operaciones necesarias para la obra, se ahorran diferentes pasos y, sobre todo, costes en la instalación del sistema de geotermia. De esta técnica resulta lo que se conoce como cimentación termoactiva , un concepto muy empleado en los estudios de rehabilitación energética en la actualidad.

Algunos datos comparativos entre los dos sistemas son los siguientes:

comparación entre captadores geotermicos

Tabla III. Comparación entre captadores geotérmicos (vertical y horizontal)

Captación geotérmica en agua (lagos o ríos)

La captación geotérmica en agua consiste en introducir directamente el sistema de intercambio (las tuberías del fluido caloportador) en lagos o ríos de elevadas temperaturas o en yacimientos de aguas termales. El intercambio de calor se realiza directamente en el medio acuoso.

Es un sistema muy sencillo y sin excesivas complicaciones técnicas, más económico y eficiente. Eso sí, cuenta con el inconveniente de que este recurso acuoso no está disponible en todas las localizaciones.

Dependiendo de la profundidad de la instalación de colectores de fluido y de las necesidades térmicas deseadas, la potencia o el modelo de la bomba geotérmica debe ser el adecuado para cada caso.

Refrigeración con geotermia

En el interior de la tierra, alrededor de los 15-20 metros de profundidad, la temperatura se mantiene constante durante todo el año entre los valores de 18 y 24 ºC, un rango que se considera óptimo tanto en verano como en los meses más invernales. Es lo que se denomina inercia térmica del terreno.

Esquemas de funcionamiento de la energía geotérmica

En el empleo de la técnica de la bomba de calor, al igual que en los equipos de climatización por aire, el trabajo de este sistema consiste en el tratamiento de la temperatura existente, y mediante los diferentes procesos de compresión y evaporación, obtener la temperatura deseada.

Es por ello, que los sistemas geotérmicos, con el modelo de bomba adecuado, pueden ser empleados de la misma forma, para la refrigeración de los espacios en los meses más cálidos. En este caso, el trabajo de estas bombas revertirá el proceso anterior cediendo esta vez el calor al circuito, y reduciendo así la temperatura de la vivienda.

Ventajas e inconvenientes

La ventajas con las que cuenta la energía geotérmica son:

  • Energía limpia y sin emisiones in situ.
  • Disponibilidad del recurso geotérmico en todo el mundo.
  • Energía segura al no existir caldera ni combustión.
  • Recurso disponible todo el año.
  • La instalación no precisa de elevadas operaciones de mantenimiento.
  • El recurso empleado es de origen local y no tiene dependencia de terceros.ç
  • Es compatible su combinación con otras alternativas renovables en climatización y ACS.
  • El rendimiento de la instalación no depende del clima exterior.
  • Cuenta con un elevado nivel de eficiencia durante todo el año, frente a otras alternativas renovables térmicas como la solar.
  • Es aplicable tanto para tipos de construcciones o viviendas individuales como colectivas.
  • Según el tipo de instalación, los periodos de amortización económica están entre 5 y 7 años.
  • En la actualidad se cuentan con equipos muy eficientes y la investigación en técnicas de mejora sigue en activo.

La energía geotérmica cuenta también con una lista de inconvenientes, necesarios a tener en cuenta en el caso de optar por un sistema de climatización de este tipo.

  • Es preciso la realización de un estudio de viabilidad tanto técnica como económica previamente a la instalación del proyecto.
  • Necesario un estudio geotécnico para instalaciones de grandes dimensiones.
  • Se precisa una inversión inicial elevada, sobre todo en el caso de sistemas geotérmicos verticales con sonda, debido a la maquinaria especial a emplear.
  • En el casos de viviendas de nueva construcción, es preferible plantear la instalación de energía geotérmica previamente a la construcción de la casa, en el caso contrario, pueden verse reducidas la opciones de instalación y la obra civil puede resultar más complicada y costosa.

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Modificado por última vez enViernes, 14 Octubre 2022 12:42

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