18.11.13

APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO (III)

5.5 Dimensionamiento e instalación de las sondas geotérmicas
Consultar las especificaciones detalladas para el dimensionamiento y la instalación de las sondas geotérmicas en la directriz VDI 4640.
5.5.1 Dimensionamiento
Al dimensionar las sondas geotérmicas para trabajar con bombas de calor son también determinantes la capacidad térmica de la sonda y la potencia del evaporador. En la Tabla 8 se resumen los valores que se pueden utilizar para pequeñas instalaciones, de menos de 30 kW, para el modo de calefacción mediante bombas de calor y para longitudes máximas de sonda de 100 m.




Los tipos de suelo que influyen de forma determinante sobre la capacidad térmica de la sonda geotérmica pueden ser conocidos o bien por un servicio geológico o por la empresa de perforaciones, o también haber sido determinadas por dicha empresa al tomar testigos.
Ejemplo de dimensionamiento:
Potencia del evaporador: 6,8 kW (6800 W)
Horas de funcionamiento: 2400 h/a
Suelo húmedo
De ahí resulta: Capacidad térmica: 50 W/m
De lo cual se deriva la Longitud de la sonda = Potencia del evaporador (W)/Capacidad tèrmica (W/m), es decir, 136 m.
5.5.2 Dimensionamiento de grandes instalaciones
En instalaciones de calefacción de mayores dimensiones, con potencias de calefacción de la bomba de calor superiores a 30 kW o con un uso adicional del foco frío (por ejemplo, para refrescamiento), se deberá realizar un cálculo más preciso. Como base para ello se deberá determinar la demanda de calefacción y refrescamiento del edificio. En la fig. 49 se reproduce un ejemplo de las demandas de calefacción y refrescamiento distribuidas a lo largo del año, obtenidas con ayuda de un programa de simulación.
Para el dimensionamiento de la instalación de sonda, si la situación geológica o hidrogeológica resulta poco clara, se deberán tomar testigos. En caso necesario se realizarán mediciones geofísicas de dicho testigo o se medirá la capacidad térmica del subsuelo mediante un “Test de Respuesta de Terreno”.
A partir de los resultados se podrá calcular, asimismo con un programa de simulación, la capacidad térmica anual posible en función de un tiempo de funcionamiento a determinar de la instalación.
Cálculo de los metros de sonda necesarios (metros de perforación) para un COP de la bomba de calor de 4 (0/35) y una capacidad térmica de 50 W/m:

5.5.3 Instalación
Con arreglo a la legislación hidrológica, para la instalación de sondas generalmente se debe solicitar un permiso.
Se debe respetar una distancia mínima de 2 m con respecto a los edificios.
Las sondas no deben comprometer la estabilidad de los edificios.
Cuando se instalen varias sondas geotérmicas, la separación entre las mismas deberá ser de mín. 5 m para las longitudes de sonda inferiores a 50 m y de mín. 6 m para las sondas de más de 50 m de longitud. En el caso de las sondas geotérmicas utilizadas para cubrir demandas de refrescamiento, la disposición de las mismas se debería diseñar lo más abierta posible, con el fin de prevenir afectaciones mutuas.
La distancia de tendido con respecto a otras conducciones de suministro debe ser 70 cm. Si la distancia es menor, se deberán proteger las conducciones con un aislamiento suficiente.
Con el fin de facilitar la instalación de la sonda, en el caso de pozos mojados (llenos de agua), se recomienda llenar las sondas. Con el lastre para sonda RAUGEO o, alternativamente, con el elemento auxiliar para la colocación RAUGEO, se facilita adicionalmente la introducción de la sonda. En el caso de pozos secos se deberá llenar la sonda a más tardar en el momento de poner bajo presión el pozo, con el fin de prevenir un desplazamiento por ascensión de la sonda.
El tubo de llenado se introduce en el pozo junto con la sonda. Cuando la profundidad es importante puede resultar necesario un tubo de llenado adicional, con el fin de asegurar un llenado uniforme.
Por regla general se introduce la sonda en el pozo con ayuda de un mecanismo desbobinador fijado a la máquina para sondeos. También se puede extender la sonda previamente, para introducirla en el pozo a partir de un bucle que se fija a la máquina para sondeos. El desbobinado del tubo de sonda reduce algo la curvatura residual del mismo.
Nota: Con las sondas de PE100 no recomendamos utilizar el método consistente en introducir el tubo desenrollado en el pozo, porque al arrastrarlo sobre el suelo se pueden producir muescas, estrías y otras erosiones, que reducirán notablemente la vida útil de los mismos.
Una vez introducida la sonda se recomienda realizar una prueba de flujo y otra de presión.
Nota: La puesta bajo presión de las sondas se debe realizar con arreglo a la directriz VDI 4640, parte 2, de tal forma que quede garantizada una integración duradera a nivel tanto físico como químico y que el presionado no contenga bolsas de aire ni cavidades.
Sólo realizando reglamentariamente, conforme a la VDI 4640, esta puesta bajo presión del intersticio anular del pozo se puede asegurar la operatividad, sobre todo de las sondas de mayor profundidad.
Una vez rellenado el pozo se llevan a cabo las pruebas finales: prueba de funcionamiento de la sonda llena de agua y prueba de presión a una presión mín. de 6 bar; carga previa: 30 min.; duración de la prueba: 60 min.; caída de presión tolerada: 0,2 bar.
En caso de existir riesgo de temperaturas bajo 0, vaciar la sonda a hasta 2 m por debajo de la rasante. Esto se puede conseguir mediante una toma de aire comprimido a baja presión conectada en uno de los extremos. De esta forma se expulsa el agua por el extremo contrario. Cuando se reduce la presión, la columna de agua se desequilibra dentro de la sonda. Los tubos de la sonda deben permanecer herméticamente cerrados hasta que se efectúa la conexión. Para llenar completamente el intersticio anular se utilizarán materiales que se deberán determinar en función de los modos operativos respectivos y dependiendo de las condiciones geológicas.
Tender los tubos de la sonda geotérmica hasta el distribuidor mediante circuitos conectados en paralelo. El distribuidor se instalará en el punto más alto. Se deberá prever un dispositivo de desaireación en una ubicación adecuada. Los distribuidores podrán equiparse con un caudalímetro para efectuar el reglaje de las sondas.
Antes de entrar en funcionamiento todo el sistema se deberá realizar una prueba de presión con una presión 1,5 veces la presión de servicio.
Se deberá comprobar que el flujo es uniforme en todas las sondas.


5.5.4 Montaje de las sondas geotérmicas
Paso de montaje 1
- Antes de desenrollarlas, comprobar si las bobinas presentan desperfectos.
- Cargar la sonda en el dispositivo desbobinador o extenderla.
- En caso necesario fijar el lastre o el elemento auxiliar para la introducción en el pie de la sonda.
Paso de montaje 2
- Llenar la sonda con agua, para que ésta no ascienda.
- Introducir la sonda junto con el tubo de llenado en el pozo.
- Descender la sonda y el tubo de llenado completamente dentro del pozo.
Paso de montaje 3
- Realizar la prueba de presión y de flujo de la sonda llena de agua.
- Rellenar completamente el intersticio anular del pozo.
- Realizar la prueba final de funcionamiento de la sonda geotérmica llena de agua, aplicando una presión de mín. 6 bar.
Paso de montaje 4
- Empalmar las sondas a las tuberías de conexión.
- Conectar dichas tuberías al distribuidor ubicado en el punto más alto de la instalación.
- Purgar la instalación con el medio caloportador ya mezclado.
- Barrer las tuberías hasta que ya no contengan aire, colocando un recipiente debajo de un extremo de las mismas.
- Realizar una prueba de presión final del sistema en su conjunto, aplicando 1,5 veces la presión de servicio.


5.6 Dimensionamiento y montaje de pilotes energéticos
Consultar las indicaciones detalladas para el dimensionamiento y el montaje de los pilotes energéticos en la directriz VDI 4640.
5.6.1 Dimensionamiento
El dimensionamiento de los pilotes energéticos se realiza de forma análoga al de las sondas geotérmicas (véase el apdo. 5.1).
Se debe tener en cuenta que los pilotes energéticos no deben operar a temperaturas bajo 0. Esta limitación debe considerarse en el cálculo.
Se debe prever un sistema de desconexión termostático.
Por razones de coste se considera en el dimensionamiento únicamente el número de pilotes impuesto por el cálculo de la estructura.
Los costes de los pilotes adicionales no estarían justificados. Las potencias de calefacción o refrescamiento adicionales quedarán cubiertas mediante otros sistemas independientes. La utilización es rentable a partir de una longitud de los pilotes de 6 m.
Por regla general los pilotes de cimentación se ponen en obra en las aguas freáticas. Cuando se utilizan como sistema de refrigeración, la temperatura de las aguas freáticas sufre un incremento. Este extremo se deberá aclarar con los organismos oficiales competentes.
5.6.2 Variantes de colocación
En cuanto al tendido de los tubos se pueden utilizar las variantes meandros en vertical y sonda en U.
Meandros en vertical
Los tubos se tienden dentro de la jaula de armadura formando bucles de tubo sinfín con forma de meandros. Este tipo de tendido presenta ventajas, sobre todo de simplicidad de montaje. La conexión de los ramales de impulsión y de retorno a la red de tuberías se efectúa en la cabeza del pilote.
Sonda en U
Los tubos se tienden en forma de U dentro de la jaula de armadura. El acoplamiento de los diferentes bucles de tubo por medio del probado sistema de unión, de estanqueidad duradera, del casquillo corredizo REHAU, incluyendo los fittings de REHAU, se efectúa en la cabeza de los pilotes.
Esta modalidad de tendido de los tubos presenta ventajas, sobre todo relacionadas con la desaireación de las tuberías.
La conexión de los ramales de impulsión y retorno a la red de tuberías se efectúa en la cabeza del pilote.


5.6.3 Montaje de los pilotes energéticos REHAU
Paso de montaje 1
Tendido de las tuberías en forma de meandros dentro de la jaula de armadura (no suministrada por REHAU).
El tendido de los tubos se efectúa en sentido longitudinal dentro de la jaula de armadura.
La fijación mediante unión positiva de los tubos se realiza a la armadura y en las zonas de cambio de dirección de los tubos por medio de conectores para mallazo de pilote energético REHAU, a intervalos de 0,5 m.
Paso de montaje 2
- Colocar un tubo protector sobre las tuberías en la zona de la cabeza del pilote. Fijar y cortar las tuberías.
- Identificar las tuberías.
Las tuberías de conexión se cortan en la cabeza del pilote y se aplica tubo protector sobre las mismas.
Se lleva a cabo la identificación del pilote energético con arreglo al proyecto de montaje.
Paso de montaje 3
- Montar la unidad para pruebas de presión.
- Aplicar una presión de prueba de 6 bar.
Montar una unidad para pruebas de presión en los extremos, intercalando una reducción con manómetro REHAU.
Aplicar una presión de prueba de 6 bar y registrar dicha presión de prueba en un protocolo.
Paso de montaje 4
- Poner en obra del hormigón
- Realizar una 2ª prueba de presión tras la puesta en obra del hormigón
- Conectar las tuberías a los tubos distribuidores
Registrar en un protocolo la presión de prueba aplicada tras la puesta en obra del hormigón.
Los pilotes energéticos se pueden conectar directamente a las tuberías de distribución o a los distribuidores del circuito de calefacción o de refrescamiento.


5.7 Montaje del distribuidor
5.7.1 Posición del distribuidor

Posicionar el distribuidor en el punto más alto del área de las tuberías.
Tender la tubería con una ligera pendiente hacia el distribuidor.
5.7.2 Ubicación del distribuidor
Sobre las tuberías de agua glicolada se forma fácilmente agua de condensación, por lo cual se deberán aislar las mismas dentro de los edificios con un material que haga barrera contra la difusión del vapor de agua. Dado el alto coste y gran esfuerzo que representa el aislamiento de un distribuidor, se recomienda instalarlo fuera de los edificios.
5.7.3 Conexión del distribuidor
La conexión del distribuidor se realiza mediante la rosca macho G 1 ½” ó G 2”. Debido al riesgo de formación de burbujas de vapor, el distribuidor tiene unos límites operativos. El caudal para el tubo base de 2” está limitado a 8000 l/h cuando se utiliza agua glicolada con un 34 % de anticongelante. Si la proporción de anticongelante es menor o se utiliza agua pura se puede trabajar con caudales mayores. En caso de precisarse un caudal superior a 8000 l/h se pueden empalmar 2 tubos distribuidores en el centro con una pieza en T. De esta forma se puede alcanzar un caudal volumétrico de 16.000 l/h.
Nota: Los distribuidores de latón sólo pueden trabajar con agua o con una mezcla de agua y glicol. Si se utiliza un medio que fomenta la corrosión, se deberá recurrir a un distribuidor de material polimérico.
El distribuidor de material polimérico se deberá utilizar asimismo en instalaciones en las que el espacio disponible no resulte suficiente para el distribuidor estándar.
Bajo demanda podemos facilitar precios de los distribuidores de material polimérico.
5.7.4 Distribuidor para sonda geotérmica
Las impulsiones y los retornos de una sonda geotérmica se pueden conectar al distribuidor ya sea unidos en la cabeza de la sonda mediante un tubo en Y o individualmente.
En caso de no poder garantizar una longitud igual de los tubos de sonda hasta el distribuidor se deberán utilizar reguladores de caudal.
Con una mezcla de agua y glicol el regulador de caudal desempeña únicamente la función de reglaje de los circuitos individuales, pero no de fijación del caudal. Esto es debido a la mayor densidad y viscosidad de la mezcla de agua y glicol.
5.7.5 Conexión de los tubos distribuidores
Para que todos los tubos reciban el mismo caudal de los distribuidores de colector/sonda, se deberán conectar los mismos según el principio de Tichelmann. Véanse las figuras 65 y 66.


5.7.6 Conexión del distribuidor
El distribuidor se puede montar en posición horizontal o vertical. Antes de conectar los tubos al distribuidor se deberán tender los tubos trazando un ángulo de 90°. De esta forma las fuerzas del tubo causadas por las variaciones de longitud de origen térmico no actuarán sobre el distribuidor, sino que serán compensadas en la curva del tubo.
Cuando se instale el distribuidor en un patio de luces se deberá evitar que los tubos RAUGEO collect queden apoyados sobre la pared del edificio.
Trasdosando unas planchas de espuma rígida de PU de 4 cm de espesor se previene el humedecimiento de la pared por la formación de condensado, así como que los tubos resulten dañados al sufrir variaciones de longitud.
5.7.7 Distribuidor para pilotes energéticos
Los pilotes energéticos RAUGEO se pueden conectar a la red de tuberías de los distribuidores mediante un distribuidor para circuito de calefacción y refrescamiento, de forma análoga a los sistemas de superficies radiantes de calefacción y refrescamiento.
Para el corte y la regulación se recomienda la utilización de válvulas de esfera y de reguladores de caudal.
Para el dimensionamiento se debe considerar una pérdida de carga máx. de 300 mbar por circuito, así como circuitos de tamaños casi iguales.
Gracias al tendido de las tuberías de distribución mediante el método de Tichelmann se alcanza en éstas una pérdida de carga casi uniforme.
5.8 Fluido caloportador
5.8.1 Aspectos generales

En las instalaciones de bomba de calor se adiciona al agua una determinada proporción de glicol, de forma que se previene la congelación del fluido caloportador.
En las instalaciones que no van a operar a temperaturas bajo cero no es necesario utilizar glicol, siempre que los tubos sean tendidos de forma que no resulten afectados por temperaturas bajo 0. Antes de llenar la instalación se debe conocer a qué temperatura se deberá ajustar el fluido caloportador. En el caso de las instalaciones de bomba de calor son, por regla general, 10 - 20 °C. El anticongelante RAUGEO se suministra en forma concentrada y se puede mezclar con agua siguiendo las indicaciones de la tabla de abajo.
Ojo: El agua adicionada no debe contener, según lo señalado en la norma DIN 2000, más de 100 mg/kg de cloro.
Los glicoles REHAU contienen inhibidores de la corrosión, con el fin de proteger las partes de acero de la instalación. Para que el glicol contenga una cantidad suficiente de inhibidores de la corrosión, la proporción de anticongelante no deberá ser inferior al 20 % en el caso del etilenglicol.
Por otra parte se deberá mantener lo más baja posible la proporción de glicol, con el fin de ahorrar potencia de la bomba.
A continuación se resumen las proporciones de mezcla:


Ojo: Antes de verterlo en la instalación mezclar el glicol con agua en un recipiente. Si se vierten los componentes por separado en la instalación no se obtiene una mezcla correcta y se pueden producir daños por congelación.
Comprobar la temperatura ajustada con el medidor de protección anticongelante.
Ojo: Para los glicoles de base etileno se debe utilizar un medidor de protección anticongelante específico.
Con ayuda de una bomba de aspiración corriente barrer cada circuito de tubo para eliminar el aire contenido en el circuito. Situar un recipiente vacío en el extremo del tubo.
5.8.2 Llenado de las sondas geotérmicas
Para su instalación las sondas geotérmicas se llenan en la mayoría de los casos con agua. Por esta razón, cuando se vaya a llenar la instalación con mezcla de agua y glicol se debe procurar que el agua haya sido evacuada totalmente antes de introducir el agua glicolada. De no ser posible esto, se deberá graduar una concentración consecuentemente mayor del agua glicolada. Para ello se calcula el volumen contenido en el circuito de la sonda con ayuda de la Tabla 9.
Notas: Comprobar cada año que la protección anticongelante proporcionada por la mezcla de agua y glicol es suficiente, así como su índice pH. El índice pH se deberá situar en la zona neutra (7).


5.9 Relleno de la excavación o de la zanja para tubos
5.9.1 Aspectos generales

En la medida en que la temperatura de la tubería aumente considerablemente por encima de la temperatura de la zanja a consecuencia de la radiación solar directa, se deberá cubrir ligeramente la tubería antes del rellenado definitivo, con el fin de obtener un tendido con un bajo nivel de tensiones.
A diferencia de lo señalado en la UNE EN 1610, en el caso de los tubos RAUGEO collect PE-Xa se puede reutilizar el material excavado para la zona de la tubería y para el rellenado del resto de la zanja, siempre que:
- el material excavado se pueda apisonar bien
- no supere una granulometría de máx. 63 mm
- no puedan depositarse piedras sobre el tubo, que podrían causar su aplastamiento
En consecuencia, en la zona del tubo se puede utilizar gravilla, reciclado de escombros y escoria molida.
Cuando el tendido sea bajo carreteras se deberá efectuar el rellenado de la zanja con arreglo a la instrucción ZTV A-Stb 97 “Condiciones contractuales y directrices adicionales para excavaciones en superficies para tráfico rodado”.
Nota: Los tubos RAUGEO collect PE100 deben tenderse siempre sobre un lecho de arena.
Redes equipotenciales
Los tubos RAUGEO collect no se deben utilizar como conductores de puesta a tierra de instalaciones eléctricas según DIN VDI 0100.
5.9.2 Tendido a la intemperie
En Europa Central los tubos RAUGEO collect se pueden almacenar a la intemperie sin protección 1 año sin que se vea afectada la durabilidad prevista del tubo. Para periodos de almacenaje a la intemperie más prolongados o en zonas con una fuerte insolación, p.ej. junto al mar, en países meridionales o en altitudes superiores a los 1500 m, es necesario un almacenamiento protegido contra el sol. Se debe evitar el contacto de los tubos con medios dañinos (véase el Anexo 1 a la DIN 8075).
En caso de haber previsto para la ubicación del distribuidor una cubierta translúcida, se deberá proteger ésta contra las radiaciones UV, puesto que los tubos de material polimérico están estabilizados frente a la acción de los rayos UV durante los periodos de almacenaje a la intemperie habituales, pero no para su vida útil completa, que es de varios decenios.