martes, 22 de junio de 2010

Bombas de calor geotérmicas

En este post desarrollaremos el principio de funcionamiento de las bombas de calor geotérmicas y analizaremos sus principales ventajas e inconvenientes.

Este tipo de bombas aprovechan el subsuelo como fuente de calor, en modo de calefacción, o como disipador de calor, en modo de refrigeración.

Su principio de funcionmiento es el mismo que el de una bomba de calor convencional, basado en el ciclo simple de compresión de vapor o ciclo de Carnot.

Según el principio de Carnot es posible extraer calor de un foco frío para cederlo a un foco caliente y viceversa. Pero como casi todo en esta vida esto no es gratuito para ello hay que aportar una determinada cantidad de energía mecánica exterior.

Así una bomba de calor convencional emplea los siguientes elementos:
  • Fluido refrigerante o primario: es la clave del sistema, ya que es el encargado de realizar el transporte de la energía que se extrae del foco frío y se lleva hasta el foco caliente. Esto es posible gracias al comportamiento que estos fluidos presentan al variar su presión.Utilizando una analogía con el cuerpo humano es la sangre del sistema.
  • Compresor mecánico: se encarga de comprimir el fluido refrigerante en estado gaseoso a baja presión aumentando en este proceso su presión y temperatura. en este proceso es necesario el aporte de energía mecánica exterior. Es el corazón del sistema.
  • Intercambiadores de calor: se encargan de realizar el intercambio de calor entre el fluido refrigerante y otro fluido, que bien puede ser el aire exterior o agua. Se les conoce como evaporador y condensador por los procesos que en ellos tienen lugar. El calor es extraído del foco frío mediante un proceso de evaporación del fluido refrigerante y cedido al foco caliente por un proceso de condensación del mismo.

En las bombas de calor geotérmicas se suele emplear un fluido secundario, generalmente agua, para realizar la transferencia de calor desde el intercambiador al subsuelo, aunque también se puede realizar directamente el intercambio de calor entre el fluido primario (refrigerante) y el terreno.

En modo refrigeración es necesario enfriar este fluido secundario empleando para ello un intercambiador enterrado en el subsuelo.

En modo calefacción es necesario calentar este fluido secundario empleando para ello el mismo intercambiador enterrado en el subsuelo.

Este intercambio con el terreno es posible gracias a la estabilidad de temperaturas del terreno a partir de los 10-15 metros de profundidad. En el siguiente gráfico se pueden observar los perfiles de temperatura en distintas épocas del año:


Como se puede observar a partir de los 15 metros de profundidad las temperaturas permanecen prácticamente constantes todo el año.

Según la configuración del intercambiador enterrado se distinguen dos tipos de sistemas:

SISTEMAS DE CAPTACIÓN HORIZONTAL

Los tubos enterrados se entierran alrededor de la vivienda a una profundidad de 1 metro. Requieren una superficie aproximada de 1.5 veces la ocupada por la vivienda.

SISTEMAS DE CAPTACIÓN VERTICAL

El sistema de captación consta de sondas verticales de hasta 100 m de profundidad. Requiere una superficie muy inferior a los sistemas horizontales.

Las principales ventajas de las bombas de calor geotérmicas son:
  • Presentan un índice de eficiencia energética un 30-40 % mayor que el de los equipos convencionales.
  • Son consideradas como una fuente de energía renovable por lo que pueden ser subencionadas.
  • Requieren de menor mantenimiento.
  • No hay riesgo de infecciones por legionela.
  • Menor consumo de energía primaria con la consiguiente disminución de emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Seguridad.
  • Larga vida útil.
  • Fácil mantenimiento.
Sus principales inconvenientes son:
  • Mayor coste de inversión inicial.
  • Mayor dificultad en la ejecución de las obras.
  • Interferencia con otras instalaciones.

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