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Un nuevo método para incrementar la eficiencia de las bombas de calor geotérmicas consigue ahorrar un 70% en climatización

Grup d'investigadors de l'ETSE.

Investigadores de l’Escola Superior d’Enginyeria Tècnica (ETSE) de la Universitat de València y de la Universitat Politècnica de València han desarrollado un método para conocer la conductividad térmica de las capas geológicas del subsuelo, una por una. La aplicación en el diseño de intercambiadores para bombas de calor, que ya se usa en los países de norte con climas más fríos, permitiría una mayor eficiencia gracias a la reducción del impacto sobre el entorno y un ahorro del 70% en la energía consumida.

20 de junio de 2016

La nueva metodología impulsada por los investigadores de l’Escola Superior d’Enginyeria Tècnica (ETSE) de la Universitat de València y de la Universitat Politècnica de València serviría para conocer la conductividad térmica de las capas geológicas del subsuelo, y localizar así las más eficientes en la cesión o absorción del calor. El diseño de intercambiadores para bombas de calor podría hacerse de manera mucho más eficiente, ya que esta técnica puede ahorrar hasta el 70% de energía consumida respecto a las bombas convencionales.

Se ha llevado a cabo a partir de pruebas experimentales estándar (TRT), ampliadas con medidas de temperatura a diferentes profundidades, realizadas para un procedimiento sencillo y en localizaciones conocidas. Hasta ahora, los métodos estándar de medida de la capacidad de extraer o inyectar calor al subsuelo únicamente permitían obtener un valor medio del entorno en que realizaba la transferencia de calor. No obstante, no se podían identificar las zonas más eficientes.

Por qué es importante estudiar una por una las capas geológicas del subsuelo?  

Según Nordin Aranzabal, investigador del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universitat de València “este conocimiento detallado es muy importante en el diseño de intercambiadores de calor geotérmicos, ya que la utilización de estos datos en su diseño puede conseguir que se reduzcan los costes de instalación para aprovechar mejor las zonas con más capacidad de intercambio, reducir los tiempos de retorno de la inversión y maximizar los ahorros económicos  y energéticos”.

 “Aproximadamente el 40% de la energía que se consume en edificios se dedica a la climatización”, apunta Aranzabal. Por eso es un gran avance el hecho de que los intercambiadores de calor geotérmicos, utilitzados junto con bombas de calor para climatización, demuestren ahorros que pueden llegar al 70% de la energía eléctrica respecto a bombas de calor convencionales.

 Las ventajas de esta aplicación no acaban aquí. Los investigadores de la ETSE citan, además, la disminución del impacto sobre los edificios- ya que no son necesarios intercambiadores de calor con el aire ni torres de refrigeración- la reducción de riesgos para nuestra salud por la legionela, así como la mengua de la huella del carbono.

Este tipo de instalaciones son muy importantes para un uso sostenible de la energía porque, gracias a la eficiencia que presentan, reciben la consideración de energía renovable. Ya se usan de forma habitual en países fríos de Europa y América a causa de sus condiciones climáticas. Gracias a trabajos como este, cada vez se está extendiendo más su uso a regiones con climas más templados. La construcción del intercambiador, no obstante, queda restringida en áreas climáticas menos rigurosas, como el Mediterráneo, donde otras tecnologías pueden resultar más baratas.

La constatación de la carencia de datos detallados sobre el proceso de intercambio de calor a lo largo de los tubos enterrados en el subsuelo, y la imposibilidad de aprovechamiento de capas con un alto contenido en humedad y flujos de agua, es el factor que llevó a los investigadores a desarrollar instrumentos para la obtención de medidas adicionales para caracterizar mejor los intercambios de claor en la perforación.

De la aplicación de estos procedimientos de medida sobre un intercambiador geotérmico experimental se van a obtener los datos- perfiles de temperatura en un tubo observador auxiliar- que han permitido ajustar las características térmicas del subsuelo en un modelo de simulación que reproduce el comportamiento de la instalación.

Las simulaciones han utilitzado un modelo tridimensional del intercambiador que, mediante la técnica de elementos finitos, ha reproducido el comportamiento de los datos medidos durante lo que se conoce como a Test de Respuesta Térmica o TRT, y han ajustado, por este motivo, la capacidad de intercambio de calor con la profundidad del terreno circundante.

Grupo de Diseño de Sistemas Digitales y de Comunicaciones (DSDC)

El Grupo de Investigación de Diseño de Sistemas Digitales y de Comunicación (DSDC) de la Universitat de València está especializado en el diseño y el desarrollo de sistemas electrónicos, desde la definición de las especificaciones hasta el prototipo precomercial. Creado el 1996, inicialmente desplegó sistemas electrónicos de altas prestaciones para la generación y procesamiento de datos provenientes de los grandes detectores del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) de Ginebra.

Actualmente, sus capacidades se desarrollan en medicina nuclear, domótica y digital, eficiencia energética, inteligencia ambiental y detectores de radiación. Trabaja en sistemas digitales integrados; tecnologías de la comunicación sin hilos, diseño digital de alta velocidad o desarrollos electrónicos digitales basados en microcontroladores. El DSDC está compuesto por cuatro profesores a tiempo completo y cuatro estudiantes de doctorado. Las instalaciones del grupo en la ETSE incluyen dos laboratorios.

En esta investigación, publicada recientemente en Applied Thermal Engineering, han participado siete miembros. Cinco investigadores de la Universitat de València del Departamento de Ingeniería Electrónica, y dos investigadores de la Universitat Politècnica de València. Se puede leer aquí el artículo completo.

 

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