Investigadors de la Universitat de València i de la Universitat Politècnica de València han proposat un mètode per a conèixer la conductivitat tèrmica de les capes geològiques del subsòl, i localitzar les més eficients en la cessió o absorció de calor. L’aplicació del treball en el disseny d’intercanviadors per a bombes de calor, utilitzades en climatització i aigua calenta sanitària, pot estalviar fins el 70% d’energia consumida respecte a bombes convencionals.

La nova metodologia per a localitzar les capes geològiques amb gran capacitat d’absorció o cessió de calor s’ha dut a terme a partir de proves experimentals estàndard (TRT), ampliades amb mesures de temperatura a diferents profunditats, realitzades per un procediment senzill i en localitzacions conegudes. Fins ara, els mètodes estàndard de mesura de la capacitat d’extraure o injectar calor al subsòl únicament permetien obtenir un valor mitjà de l’entorn en què realitzava la transferència de calor, i no es podien identificar les zones més eficients.

“Aquest coneixement detallat és molt important en el disseny d’intercanviadors de calor geotèrmics o acoblats al terreny, ja que la utilització d’aquestes dades en el seu disseny pot aconseguir que es reduïsquen els costos d’instal·lació per aprofitar millor les zones amb més capacitat d’intercanvi, i reduir els temps de retorn de la inversió i maximitzar els estalvis econòmics i energètics”, ha destacat Nordin Aranzabal, investigador del Departament d’Enginyeria Electrònica de la Universitat de València.

“Els intercanviadors de calor geotèrmics s’utilitzen juntament amb bombes de calor per a climatització, i han demostrat estalvis que poden arribar al 70% de l’energia elèctrica respecte a bombes de calor convencionals. A més, aproximadament el 40% de l’energia que es consumeix en edificis es dedica a la climatització”, apunta Aranzabal.

Els investigadors, que pertanyen a l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria (ETSE) de la Universitat de València, citen, a més, altres avantatges de l’aplicació d’aquest mètode, com la disminució de l’impacte sobre els edificis, ja que no són necessaris intercanviadors de calor amb l’aire ni torres de refrigeració; la reducció de riscos per a la salut per legionel·la i de la petjada de carboni.

El treball en el qual han participat cinc investigadors de la Universitat de València del Departament d’Enginyeria Electrònica, i dos investigadors de la Universitat Politècnica de València, ha estat publicat en Applied Thermal Engineering recentment.

Cal ressaltar que aquest tipus d’instal·lacions, que són habituals en països freds d’Europa i Amèrica a causa de les seues condicions climàtiques més rigoroses, són molt importants per a un ús sostenible de l’energia i, gràcies a treballs com el desenvolupat, cada vegada s’està estenent més el seu ús a regions amb climes més temperats. A més, aquests sistemes presenten índex d’eficiència molt elevats, i és per això que reben la consideració d’energia renovable.

La construcció de l’intercanviador queda restringida en àrees climàtiques menys rigoroses, com el Mediterrani, en les quals altres tecnologies poden resultar més econòmiques.

La constatació de la carència de dades detallades sobre el procés d’intercanvi de calor al llarg dels tubs soterrats al subsòl, i per tant, la impossibilitat d’aprofitament de capes amb alt contingut en humitat i fluxos d’aigua, és el factor que va portar els investigadors a desenvolupar instruments per a l’obtenció de mesures addicionals per a caracteritzar millor els intercanvis de calor en la perforació.

De l’aplicació d’aquests procediments de mesura sobre un intercanviador geotèrmic experimental es van obtenir les dades –perfils de temperatura en un tub observador auxiliar- que han permès ajustar les característiques tèrmiques del subsòl en un model de simulació que reprodueix el comportament de la instal·lació.

Les simulacions han utilitzat un model tridimensional de l’intercanviador que, mitjançant la tècnica d’elements finits, ha reproduït el comportament de les dades mesurades durant el que es coneix com a Test de Resposta Tèrmica o TRT, i han ajustat, per aquest motiu, la capacitat d’intercanvi de calor amb la profunditat del terreny circumdant.

Grup de Disseny de Sistemes Digitals i de Comunicacions (DSDC)

El Grup d’investigació de Disseny de Sistemes Digitals i de Comunicació (DSDC) de la Universitat de València està especialitzat en el disseny i desenvolupament de sistemes electrònics, des de la definició de les especificacions fins al prototipatge precomercial.  Creat el 1996, inicialment va desplegar sistemes electrònics d’altes prestacions per a la generació i processament de dades provinents dels grans detectors del Centre Europeu per a la Investigació Nuclear (CERN) de Ginebra.

Actualment, les seues capacitats es desenvolupen en medicina nuclear, domòtica i llar digital, eficiència energètica, intel·ligència ambiental i detectors de radiació. Així, treballa en sistemes digitals integrats; tecnologies de comunicacions sense fils; disseny digital d’alta velocitat, o desenvolupaments electrònics digitals basats en microcontroladors. El DSDC està compost per 4 professors a temps complet i 4 estudiants de doctorat. Les instal·lacions del grup a l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria inclouen dos laboratoris.

Nordin Aranzabal

Nordin Aranzabal és titulat en màster en Enginyeria Electrònica (2013) i grau en Enginyeria Electrònica de Telecomunicació (2012) per la Universitat de València. Ha participat en tasques d’investigació i desenvolupament d’aplicacions hardware i software en l’àrea dels sistemes encastats, comunicacions sense fils i dissenys miniaturitzats de consum ultrabaix. Actualment és estudiant de doctorat al Departament d’Enginyeria Electrònica i ha obtingut una ajuda de la Comissió de la Unió Europea a càrrec del projecte Europeu CLIMATE KIC 2013: Advance strategies, methods and algorithms for optimal economical-technical sizing of a geothermal heat exchanger. També és el responsable de projectes de l’IEEE University of Valencia Student Branch i un dels seus membres fundadors.

Article:   N. Aranzabal, J. Martos, Á. Montero, L. Monreal, J. Soret, J. Torres, R. García-Olcina: Extraction of thermal characteristics of surrounding geological layers of a geothermal heat exchanger by 3D numerical simulations. Applied Thermal Engineering. Volume 99, 25 abril 2016. Pàg. 92–102.  Doi:  http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.109 

•