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U D 02.Sondas geotérmicas

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  • 1. INTEGRACIÓN DE SISTEMAS ENERGÉTICOS CON APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS 1
  • 2. INDICE 1 – Sondas Geotérmicas 3 1.1.1.– Aprovechamiento geotérmico superficial 3 1.1.2.– Elección del sistema de captación 4 1.1.3.– Dimensionado de colectore geotérmicos 5 1.1.4.– Montaje de colectores geotérmicos 7 1.1.5.- Dimensionado de sondas geotérmicos en pequeñas instalaciones 10 1.1.6.- Dimensionado de sondas geotérmicos en grandesinstalaciones 12 1.1.7.- Perforación 12 1.1.8.– Montaje de sondas geotérmicas 34 1.1.9.- Dimensionado y montaje de pilotes energéticos 36 1.1.10. - Montaje de los distribuidores 39 1.1.11. - El fluido caloportador 40 1.1.12. - El relleno 42 1.1.13. Ensayo de tést de respuesta térmica del terreno (TRT) 43 1.1.14. Bibliografia 56 2
  • 3. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS – Sondas Geotérmicas 1.1.1. Aprovechamiento geotérmico superficial Al definir geotermia superficial, nos referimos a la zona que cubre desde la superficie terrestre hasta unos pocos cientos de metros de profundidad, aproximadamente 200 m. Está es la zona en que pueden ubicarse los colectores geotérmicos, los pilotes energéticos y las sondas geotérmicas (figura 1). En esta zona el terreno se comporta de diferente forma en función de su profundidad. Así, en los primeros 5 metros existe una clara influencia de la radiación solar y de las condiciones climatológicas de la zona, entre los 5 y 20 metros, la influencia es compartida por los fenómenos anteriores y el propio calor procedente del magma, es a partir de esta profundidad, 20 metros, cuando realmente el aprovechamiento geotérmico procede íntegramente del calor del núcleo terrestres. Figura 1 Aportes de energía geotérmica (VDI 4640 parte 1) En la figura 2 se representa el nivel de de profundidad, la temperatura se mantiene temperaturas a lo largo del año hasta una constante a unos 10 °C. Por regla general, esta profundidad de 20 m. Se aprecia que, a una temperatura aumenta unos 2 - 3 °C por cada profundidad de aproximadamente 1 m, las 100 m, a esta profundidad la temperatura temperaturas oscilan entre los 7 y los 13 °C a lo alcanza habitualmente entre 15 °C y 18 °C largo del año y que, aproximadamente a 18 m (figura 3). 3
  • 4. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Figura 2 Temperaturas anual a distintas profundidades Figura 3 Evolución de la temperatura a distintas profundidades del terreno del terreno Dicho nivel puede o para fines de refrescamiento, ya sea de modo aprovechar de forma muy efectiva para fines de directo o con el refuerzo de una máquina calefacción, con ayuda de una bomba de calor, frigorífica. 1.1.2. de temperatura se Elección del sistema de captación A la hora de dimensionar una instalación de Respuesta de Térmica, que nos permita geotérmica se debe distinguir entre la potencia conocer la conductividad del terreno. de calefacción y refrescamiento instantánea y la capacidad de calefacción y refrescamiento anual posible. Dado que la conductividad térmica del suelo está limitada a aprox. 1-3 W/ mK, una instalación geotérmica sólo puede operar puntualmente con grandes potencias de consumo, utilizando para ello el entorno de los En el caso de las bombas de calor acopladas a captadores geotérmicas, la elección de unos captadores demasiado pequeños puede tener efectos localizados sobre la vegetación (prolongación del periodo frío), el rendimiento de la instalación, e incluso sobre la garantía de servicio de la misma. tubos y sondas como almacén intermedio de calor que es regenerado con un desfase a partir del flujo geotérmico procedente del interior de la Tierra, que se cuantifica en tan solo 0,05 a Un infradimensionado generalmente trae consigo unas temperaturas más bajas en el foco frío y, con ello, un COP/EER más reducido. En casos extremos se pueden 0,12 W/m2. producir en el foco frío temperaturas por debajo En el caso de instalaciones de pequeñas dimensiones, con una potencia térmica de de los límites operativos inferiores de la bomba de calor. hasta 30 kW, la Norma VDI-4640 señala unas sencillas reglas para su dimensionado, parte de las cuales incluimos también en el presente texto. Para instalaciones de mayores dimensiones es imprescindible realizar un Test Además, este infradimensionado puede causar a largo plazo temperaturas en el foco frío que van descendiendo de un periodo de calefacción a otro, debidas al enfriamiento progresivo del terreno, sin que se pueda 4
  • 5. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS corregir a menos que se efectué una condiciones geológicas del emplazamiento, el regeneración suficiente a lo largo del tiempo, espacio disponible y las características de la periodo de inactividad. edificación. Debiendo tener presente los fines El punto de partida para la elección del sistema de captador a emplear, es siempre la potencia del evaporador, es decir, el calor a captar del subsuelo o, en el caso de una aplicación de refrescamiento, el calor a aportar al mismo. previstos sobre la utilización posterior del terreno, de forma que no interfirieran en el normal funcionamiento del sistema geotérmico. Los criterios técnicos más importantes de la instalación son:  Durante la realización del proyecto, se debe elegir la fuente de calor más favorable para el emplazamiento y adaptar a la misma el foco frío  de la instalación. Los dos  captadores horizontales (colectores  geotérmicos)  verticales (sondas La decisión entre captadores horizontales y 1.1.3. El determinada por las dimensionado 2., térmicas e hidráulicas del subsuelo, permitiendo así elegir la técnica de captación más favorable. Dimensionado de colectores geotérmicos de los colectores geotérmicos se describe en la norma VDI-4640 parte e hidrogeología del terreno permite inferir las características geotérmicas, pilotes energéticos). viene Carga punta (“peak load”) del foco frío El correcto conocimiento de la geología captadores verticales Horas anuales de funcionamiento u horas a plena carga sistemas más frecuentes son:  Potencia de evaporación de la bomba de calor sistema de calefacción, así como los restantes componentes Potencia de diseño de la instalación de resumiendo a continuación los aspectos más destacados de la misma.  Capacidad térmica específica del terreno El dimensionado de la bomba de calor se debe realizar con mucha precisión. Por esta Los datos de entrada para el dimensionado razón habrá que conocer previamente la bomba de una instalación de colector geotérmico de calor elegida, para poder asignar el combinada con una bomba de calor son: rendimiento (COP) a la potencia de calefacción  Demanda calorífica y rendimiento de la bomba de calor, del que se deriva la potencia del evaporador  calculada y al régimen de funcionamiento. De esta forma, la potencia del evaporador se calcula como sigue: Caudal volumétrico de la bomba de calor 5
  • 6. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Como se desprende de la Tabla 1, la capacidad térmica específica del terreno depende de su conductividad y del tiempo de funcionamiento anual. Tipo de suelo Suelo no cohesivo, seco Suelo cohesivo, húmedo Suelo de grava o arena saturado de agua Capacidad térmica del terreno Para 1800 horas Para 2400 horas 2 10 W/m 8 W/m2 20-30 W/m2 16-24 W/m2 2 40 W/m 32 W/m2 Tabla 1 Fuente: VDI 4640 Partiendo de las horas previstas de calefacción, y una vez conocida la potencia de evaporador y determinaremos el la tipo superficie de del Lt: Longitud de tubo en m Scg: Superficie terreno, del colector geotérmico en m2 colector geotérmico, mediante la siguiente expresión. St: Separación entre tubos en m La elección de la dimensión de tubo depende de la capacidad térmica que debe poder aportar el subsuelo. Donde: Cuanto mayor es la capacidad Scg: Superficie de colector en m2 térmica, Pev: Potencia del evaporador en W requerido para una diferencia de temperaturas Cte: Capacidad térmica de extracción en W/m2 mayor es el caudal volumétrico entre la impulsión y el retorno dada y mayor es la dimensión de tubo necesaria. En la Tabla 2 se ofrece una referencia práctica. Tras obtener la superficie del colector geotérmico, deberemos definir el tipo y la Tipo de suelo ∅ recomendado longitud de la tubería que vamos a emplear. Para ello nuevamente nos basaremos en la Suelo no cohesivo, seco 20 mm Suelo cohesivo, húmedo 25 mm Suelo de grava o arena saturado de agua 32 mm norma VDI-4640, la cual recomienda una separación entre tubos, comprendida entre 0,50 y 0,80 m. Basándonos en la citada norma, determinaremos la longitud del tubo mediante Tabla 2: Dimensiones de tubo la siguiente expresión: Donde: 6
  • 7. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS A la hora de definir las condiciones de trabajo, no se debe superar el calor de distancia sea menor se deberán proteger las conducciones con un calorifugado suficiente. extracción previsto (ni la potencia ni el trabajo), porque de lo contrario la formación de hielo por principio deseable en la zona de la tubería resulta excesiva y las “envolventes” de hielo se Los colectores geotérmicos sólo se podrán utilizar para el refrescamiento directo de edificios si se cumplen determinadas condiciones previas: unen entre sí. Durante el periodo de deshielo  en primavera esto dificultará considerablemente Corrientes freáticas: distancia < 0,5 m la filtración del agua de lluvia y de deshielo, que con contribuyen también de forma importante al conductividad térmica 2,5 - 3 W/mK calentamiento del suelo.  respecto a subsuelo con Temperatura de las aguas freáticas en verano < 12 °C Como el colector geotérmico altera el nivel de temperatura del subsuelo, se Las cargas punta de refrescamiento se deberán tender los tubos a una distancia pueden cubrir también por medio de una suficiente de árboles, arbustos y plantas máquina delicadas. La distancia de tendido con respecto Debido al riesgo de que la pérdida de carga se a otras conducciones de suministro y de los vuelva demasiado grande, la longitud del ramal edificios deberá ser de 70 cm. Cuando la de tubo no deberá superar los 100 m. 1.1.4. frigorífica acoplada al subsuelo. – Montaje de colectores geotérmicos De acuerdo con la norma VDI 4640, en geotérmico tanto para la calefacción como para las instalaciones de colector geotérmico los el refrescamiento, con lo cual cada uno de tubos se deberán enterrar a 1,2 - 1,5 m de estos profundidad y con una separación entre sí de regeneración del terreno. Se deberá vigilar, en 50-80 cm. particular cuando se efectúe el tendido debajo La regeneración de los colectores geotérmicos se realiza principalmente desde arriba, a partir de las radiaciones solares y las precipitaciones. El flujo geotérmico es en este caso comparativamente reducido. Por esta de modos edificios, funcionamiento operativos que no la contribuye a temperatura alcance el límite la de de congelación, porque de lo contrario el edificio puede resultar dañado por levantamientos del terreno, etc. razón, no se deberá construir encima de los colectores ni situar los mismos debajo de superficies impermeabilizadas. Las excepciones a esta regla se deberán confirmar mediante un cálculo. Una posibilidad es p.ej. cuando se utiliza el colector 7
  • 8. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Para instalar el tubo de polietileno se No se debe tender los tubos puede utilizar tanto el tendido en zanja como el distribuidores de PE-Xa sobre un lecho de tendido de superficie. En el caso del tendido en grava o gravilla, porque las bolsas de aire zanja se excava con una excavadora un lado reducen la conductividad. Por esta razón, con de la zanja, se tiende el tubo y se rellena la este tipo de suelos se debe verter alrededor de zanja con el lado contrario de la misma (ver la los tubos un material fino, que garantice la fig. 4). absorción de la humedad. Utilizando tubos de PE-Xa no es necesario controlar la presencia de piedras en el suelo. Los tubos de polietileno se suministran habitualmente en bobinas de 100 m. La superficie colectora debe estar proyectada de forma que cada tramo de tubo tenga la misma longitud. De esta forma se previenen laboriosos trabajos de regulación en el distribuidor. Figura 4 Tendido en zanja En el caso del tendido de superficie se pueden fijar los tubos mediante El tendido de superficie consiste en los elementos auxiliares para la colocación del disponer la superficie completa del colector fabricante, que permiten realizar de forma sobre un plano horizontal, ver la fig. 5. sencilla módulos de tubos. A continuación podemos apreciar algunos de los tipos de tendido habituales, que están representados en las figuras 6-8. El tipo de tendido helicoidal de la fig. 6 se puede utilizar para tendido de superficie. El tipo de tendido del doble meandro de la fig. 7 y el tipo Tichelmann de la fig. 8 son especialmente adecuados para el tendido en zanja. Figura 5 Tendido en superficie Es importante tener en cuenta que el material excavado sólo se podrá reutilizar si los tubos son PE-Xa. Para instalar tubos de PE100 se deberá utilizar arena. 8
  • 9. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Figura 6 Tendido helicoidal Figura 8 Tendido en retorno invertido o Tichelmann Figura 7 Tendido en doble meandro Ejemplo de montaje Pasos de montaje   Llenar la tubería con el fluido caloportador previamente mezclado (el Ubicar los distribuidores en el punto fabricante de la bomba de calor le más alto de la instalación de colector. especificará la proporción de ser anticongelante y agua). Su punto de instalados en arquetas provistas de una congelación debería estar a unos 7 K cubierta, preferentemente no por debajo de la temperatura mínima translucidas  para las del Los distribuidores pueden proteger a colector siguiendo el método  hasta que queden libres de aire, Extender los tubos, alinearlos y fijarlos situando un recipiente abierto debajo con piquetas.  Es fundamental respetar los radios de curvatura del PE-Xa y del PE-100 Realizar la purga de las tuberías mediante un barrido de las mismas Tichelmann.  se -15ºC Conectar las tuberías al distribuidor y al Normalmente aconseja proteger la instalación hasta: tuberías de los rayos UV.  evaporador. de un extremo de las mismas.  La prueba de presión de la tubería y de los componentes de la instalación (distribuidor, tuberías de conexión, etc.) se realiza con 1,5 veces la presión de piquetas.  Una vez cubiertos los tubos con el material excavado o la arena, retirar las  servicio. Los tubos PE-100 se deben colocar sobre un lecho de arena. Ejemplo de cálculo. 9
  • 10. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Edificio con unas necesidades de calefacción de 10 kW, siendo su periodo de calefacción de 2380 horas anuales, y en el que se desea instalar una bomba de calor geotérmica con un COP de 4,2. El tipo de subsuelo existente es saturado con agua. Determinar el colector geotérmico, si la separación entre tubos es de 0,50 m. Por lo tanto necesitaremos 476,187m de tubería de PE-Xa de 32 x 2,9mm 1.1.5. - Dimensionado de sondas geotérmicos en pequeñas instalaciones Al dimensionar las sondas geotérmicas para trabajar con bombas de calor son también de 100 m, de acuerdo con la norma VDI 4640 parte 2. determinantes la capacidad térmica de la sonda y la potencia del evaporador. En la Tabla 3 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 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. 10
  • 11. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS SUBSUELO EXTRACCIÓN DE CALOR ESPECÍFICA (w/m) Para 1800 h Para 2400 h Valores generales: Terreno malo (sedimento seco) (λ < 1,5 W/(m.K) 25 20 Terreno duro normal y sedimentos saturados de agua (λ = 1,5-3,0 W/(m.K) 60 50 Roca consolidada con conductividad térmica elevada (λ > 3,0 W/(m.K) 84 70 <25 <20 65-80 55-65 80-100 60-100 Arcilla, marga, húmedas 35-50 30-40 Caliza (masiva) 55-70 45-60 Rocas magmáticas silíceas (ej.: Granito) 65-85 55-70 Rocas magmáticas básicas ( ej.: Basalto) 40-65 35-65 Gneis 70-85 60-70 Rocas Individuales: Grava, Arena, secas Grava, Arena, saturadas de agua Flujo de aguas subterráneas elevado en arenas y gravas (para sistemas individuales) Tabla 3: Capacidades térmicas específicas de sondas geotérmicas Fuente: VDI 4640 - Parte 2. Thermal use of underground. Verein Deutscher Ingenieure Ejemplo de cálculo. Edificio con unas necesidades de calefacción de 10 kW, siendo su periodo de calefacción de 2380 horas anuales, y en el que se desea instalar una bomba de calor geotérmica con un COP de 4,2. El tipo de subsuelo existente es terreno duro normal y sedimentos saturados de agua. Determinar la longitud de la sonda geotérmica. En este caso optaremos por colocar dos sondas de 80 m simple U ∅ 40mm 11
  • 12. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS 1.1.6. - Dimensionado de sondas geotérmicos en grandes instalaciones En instalaciones de calefacción de mayores dimensiones, con potencias de medirá la capacidad térmica del subsuelo mediante un “Test de Respuesta Térmica”. 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. Las demandas de calefacción y refrescamiento distribuidas a lo largo del año, pueden ser Esta última opción es la más acertada, siempre que la decisión final de ejecutar la instalación sea firme, dado que la realización de la perforación no incrementaría el coste de la instalación, sino que por el contrario nos permitiría determinar, con un mínimo margen de error, el número de metros de tubería a emplear obtenidas con ayuda de un programa de A partir de los resultados se podrá simulación. calcular, Para el dimensionado de la instalación de sonda, si la situación geológica o hidrogeológica resulta poco clara, se deberán asimismo con un programa de simulación, la capacidad térmica anual posible en función de un tiempo de funcionamiento a determinar de la instalación. tomar testigos. En caso necesario se realizarán mediciones geofísicas de dicho testigo o se 1.1.7. - Perforación Se pueden definir los sondeos como El objetivo de este texto es exponer los perforaciones que se realizan en el terreno con distintos aspectos relativos a la construcción de el objeto de proceder a una captación en el sondeos subsuelo. cuestiones técnicas, otras asociadas a las Inicialmente se llamaban pozos exclusivamente a las excavaciones de gran diámetro y escasa profundidad efectuadas en terrenos blandos, fundamentalmente de forma que incluyen, además de las mismas como son las legales, de prevención de riesgos laborales, de protección medioambiental y económicas que forman un conjunto interrelacionado. manual, con el fin de extraer agua subterránea. La construcción de pozos y sondeos se El termino sondeo correspondía a aquellas sitúa como una fase mas dentro de un proyecto perforaciones, generalmente realizadas con de instalación geotérmica, en el cual deben de maquinaria, con menor diámetro y mayor establecerse unas pautas, a saber: desarrollo en profundidad, independientemente de que se tratara de sondeos de investigación o de explotación.  estudio hidrogeológico  realización del sondeo  equipamiento mecánico 12
  • 13. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Como puesta en marcha  resultado del estudio hidrogeológico se obtienen una serie de datos Las dos primeras etapas corresponden de partida que sirven de base para la tanto a sondeos de explotación como a los de elaboración del proyecto constructivo. Entre investigación y las dos ultimas son exclusivas estos datos cabe destacar: de los sondeos de explotación.   Estudio hidrogeológico Ubicación del pozo o sondeo. Accesos, suministros de agua y energía Esta etapa es básica y sin duda la más y condicionantes territoriales importante dentro de un proyecto geotérmico. (medioambientales, espacios naturales La calidad en estos estudios previos condiciona protegidos, totalmente el éxito en el conjunto del proyecto eléctrica, vías de transporte, etc.). y, paradójicamente, en muchas ocasiones no recibe el tratamiento adecuado. Los resultados  zonas húmedas, red Existencia de acuíferos subterráneos y estimación del caudal de agua y obtenidos en este estudio son la base para realizar el diseño de la perforación (ubicación, geometría de acuíferos, niveles piezométricos, materiales esperados, etc.). De hecho, estos resultados constituyen la rendimiento especifico de la captación.  Consideraciones y recomendaciones para el diseño y seguimiento de la obra. Realización del sondeo justificación de la construcción de pozos y Cabe destacar que para acometer esta sondeos y nunca debería ejecutarse una obra fase es imprescindible contar de partida con un de estas características sin la realización previa estudio hidrogeológico adecuado sobre el que de un estudio hidrogeológico. elaborar el proyecto constructivo de la obra, La falta de estudio hidrogeológico tanto si se trata de sondeos de investigación puede dar lugar a realizar costosas inversiones como de sondeos de aprovechamiento. Con el en construcción de sondeos con resultados fin de obtener un rendimiento optimo en el negativos, cuando estos estudios representan sondeo es imprescindible garantizar la calidad costes en la ejecución de la obra. El control de calidad muy bajos con respecto a los deberá ser realizado por técnico competente presupuestos de una obra de perforación. Los trabajos realizados en un estudio hidrogeológico están apoyados en algunas ocasiones, por sondeos de investigación geológica. la misma sea acorde a las previsiones de diseño plasmadas en el proyecto constructivo, entre ellas la aplicación correcta del método de perforación seleccionado. De esta forma a veces las distintas etapas del proyecto de una perforación que se han definido anteriormente se solapan entre si (estudio con el objeto de garantizar que la realización de hidrogeológico sondeos de investigación). - construcción de Equipamiento El equipamiento del sondeo permite la cesión o admisión del calor del subsuelo para su aprovechamiento efectivo. En la actualidad se utiliza una amplia variedad de sondas de 13
  • 14. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS captación, por lo cual se debe tener en cuenta De entre todos geomecánicos sondeo con diámetro suficiente para la correcta información sobre la perforabilidad de un instalación de las sondas y equipos de control. terreno el mas representativo es el de su resistencia mecánica nos parámetros el sistema utilizado, al objeto de realizar un Puesta en servicio que los proporcionan caracterizada por el ensayo a compresión simple. Una vez realizadas correctamente El dato de litología y estructura del todas las etapas anteriores dispondremos de un sondeo de captación geotérmica, con la terreno es doblemente interesante pues además de incidir en el proceso de selección optimización de los recursos empleados. del sistema de perforación también permite planificar en fase de proyecto las distintas entubaciones que se consideran necesarias Método de perforación para alcanzar la profundidad de diseño con el La selección del método de perforación esta relacionada, además de con la profundidad y diámetro del sondeo que ya se ha indicado, con la litología del terreno a perforar. diámetro adecuado. Los factores de profundidad y litología son tan importantes para el diseño de un sondeo en la fase de proyecto que si no están suficientemente definidos será preciso efectuar Al igual que la profundidad de perforación, las características litológicas del terreno a atravesar son datos de partida que se obtienen como resultado del estudio hidrogeológico previo. sondeos previos de investigación hidrogeológica. La perforación en roca con el propósito de fragmentarla se ha intentado por muchos métodos y con diferentes formas de energía La litología del subsuelo no solamente (mecánica, térmica, química, hidráulica, etc.), determina las posibilidades hidrogeológicas en pero de todos esos métodos, las técnicas cuanto a la presencia o no de acuíferos convencionales basadas en la percusión y en la explotables rotación siguen siendo hoy en día las más para captación de agua subterránea, sino que además condiciona totalmente el método a emplear en una obra de perforación, puesto que este método es función de la perforabilidad de los materiales a atravesar. ciertas características físicas de la roca entre las que destaca en primer lugar su resistencia mecánica así como otros parámetros tales dureza, La perforación a percusión engloba todas aquellas formas de fragmentar una roca por impacto de un útil, de filo más o menos agudo, sobre la misma. Esta perforabilidad viene definida por como eficaces. facturación, carstificación, A continuación veremos algunos de los sistemas de perforación más utilizados, comprobando los campos para los que son adecuados cada uno. coherencia, etc. 14
  • 15. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS SISTEMAS DE PERFORACION la corona y hace posible el corte de testigo. Rotación con testigo continuo Para la circulación del fluido de perforación se Esta técnica de perforación es la mas adecuada y utilizada en sondeos de investigación hidrogeológica, puesto que la recuperación del testigo (figura 9) de roca de forma continua permite obtener datos acerca de la geología, hidrogeología y otras condiciones del subsuelo, imposible de obtener con ningún otro método. necesita, por lo tanto, la utilización de una bomba de impulsión. El útil de perforación propiamente dicho esta constituido por una corona de diamante que según se profundiza el sondeo va cortando el testigo y alojándolo en el tubo portatestigo que tiene 3 m de longitud. I. Equipo básico de perforación Los principales componentes de un equipo de perforación a testigo continuo son los siguientes:  Sonda.  Bomba de impulsión del fluido de perforación. Sonda La sonda esta compuesta por un motor diesel y los correspondientes elementos mecánicos que transmiten el movimiento a la Figura 9 Testigos obtenidos del terreno en un sondeo cabeza de rotación y al cabestrante. La cabeza de perforación consta de un La metodología de funcionamiento de una máquina tipo que utiliza este sistema de husillo con un plato de mordazas para sujetar el varillaje y transmitir el empuje al mismo. perforación es la siguiente: El empuje se consigue mediante un La máquina hace girar el tren de circuito hidráulico que consta de deposito- perforación compuesto por una primera varilla bomba, válvula de seguridad, distribuidor, llamada batería que tiene en su comienzo una válvula reguladora, etc. corona de diamante o widia que es la que cortara la roca, alojándose esta dentro del tubo portatestigo. La máquina posee una caja de cambios que hace rotar el varillaje a mayor o menor velocidad en función del tipo de roca que se atraviese durante la perforación. A través del varillaje circula el fluido de Las sondas testigueras pueden ir montadas sobre camión, sobre cadenas o apeadas sobre patín. En la siguiente foto, (figura 10) se presenta una vista frontal de una sonda testiguera, montada sobre patines, donde pueden observarse todos los elementos de la cabeza de rotación. perforación que, entre otras funciones, lubrica 15
  • 16. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Los lodos que se utilizan en estos sondeos están constituidos por bentonitas y/o polímetros a los que se añaden distintos aditivos para obtener el máximo porcentaje de recuperación de testigo y evitar efectos indeseables como el hinchamiento de arcillas, la perdida de lodos etc. Sistema “wire-line” Este sistema apareció en 1965 y Figura 10 Sonda testiguera presenta la particularidad de que el tren de Bomba de perforación. impulsión del fluido de perforación esta formado por varillaje de casi el mismo diámetro que el tubo portatestigo de Las funciones básicas del fluido de circulación son los siguientes:  Expulsar al exterior interior del varillaje sin sacar la maniobra. Se puede decir que, en general, a partir de unos 100 metros de profundidad es mas adecuado Refrigerar la corona.  manera que se puede extraer el testigo por el en cuanto a rapidez y recuperación perforar con los detritus “wire-line”. producidos en la perforación. Para que el fluido pueda expulsar las Tubos testigo partículas del terreno cortadas por la corona la El tubo testigo es el receptor del velocidad del mismo debe de ser del orden de material perforado a medida que la perforación 40 cm/s. No es aconsejable trabajar con avanza. En su parte inferior lleva la corona de velocidades elevadas que pudieran causar un corte. desgaste excesivo en la matriz de la corona. Las bombas que habitualmente se utilizan en investigación permiten caudales de hasta 150 litros/minuto. Las bombas que mas se emplean son de pistones y pueden ser de simple o doble efecto. Estas bombas, tienen sus camisas y vástagos de acero especial, con tratamiento térmico, para que puedan resistir Coronas Las coronas constituyen el útil cortante en un sondeo de investigación a testigo continuo. Las coronas mas utilizadas son las de diamante, empleándose también las de widia, en caso de terrenos blandos. bien el desgaste. 16
  • 17. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Figura 11 Coronas Método de percusión Es el 7.000 Kg) sobre el material a perforar, por lo método de perforación de sondeos mas antiguo que se conoce, siendo el mas extendido todavía y de aplicación prácticamente a cualquier tipo de terreno. que el efecto será mayor sobre materiales de baja resistencia al impacto (resiliencia) como son las calizas, que frente a materiales plásticos, como las arcillas, que amortiguan, la caída libre del útil de perforación. Existen referencias históricas de 2.000 anos a. C. relativas al empleo de este método en China con la utilización de cañas de bambú como útil de perforación y la aplicación de fuerza humana para la elevación de la herramienta. El primer pozo de petróleo, realizado en Pensilvana en 1.859, se efectuó por este sistema. El método de perforación consiste, en esencia, en que un trepano colgado de un cable golpea sucesivamente el fondo del pozo a perforar. Al comunicársele al cable un movimiento alternativo mediante un balancín que es accionado por una excéntrica que se mueve a su vez mediante un motor de explosión. Las maquinas de percusión suelen ir montadas sobre un camión. En la figura observamos el esquema básico de 12 Figura 12 Esquema máquina perforación a percusión una máquina de perforación a percusión. Puesto que se trata de un método de El método actuá por impacto de la masa del trepano y la barra de carga (4.000- perforación discontinuo, una vez que se ha perforado una cierta longitud de sondeo es 17
  • 18. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS necesario extraer los recortes arrancados del terreno para que el trepano golpee de nuevo sobre la superficie de roca sana. Por lo tanto es necesario extraer el trepano del fondo e introducir una campana o cuchara que, mediante un mecanismo de válvula situado en  Trepano. La función de estas herramientas es la siguiente: Trepano: Es la herramienta que golpea su parte inferior y aplicándole un movimiento directamente sobre la roca y consta de, rosca, alternativo con el cabestrante, se vaya llenando cuello, cuadrado de llave, cuerpo de trepano, de los recortes del terreno y los extraiga a la canales de agua y boca, tal como podemos superficie hasta que el pozo quede limpio y se observar en la figura 14. La superficie de introduzca otra vez en el mismo el trepano de desgaste de la boca se recarga con electrodos perforación, especiales. El ángulo de escape y penetración repitiendo sucesivamente la operación para profundizar el sondeo. es variable en función del tipo de terreno que se perfore. Figura 13 Máquina de perforación a percusión Fuente: Ferrer sl La sarta de perforación que se emplea en este método consta de los siguientes elementos:  Cable.  Montera.  Tijera.  Figura 14 Detalle de un Trépano Barron. Barrón o barra de carga: 18
  • 19. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Proporciona peso a la sarta de perforación, con el fin de disponer de mas energía de impacto. Figura 17 Montera Cable: Se enrosca a izquierdas para ser compatible con la rosca a derechas de los restantes elementos de la sarta de perforación. Figura 15 Barrón El tensado del cable produce un giro sobre si Tijera o destrabador: Está formado mismo. por dos eslabones El mecanismo de perforación permite engarzados con un juego libre de unos 30 variar la altura de caída del trepano entre 30 y centímetros. Su función es la de permitir el 90 centímetros, mediante la longitud útil de la golpeo hacia arriba en el caso de enganche de biela y se puede variar la frecuencia de golpeo la sarta de perforación entre 30 y 60 golpes por minuto. El sondista debe permanecer agarrado al cable durante la perforación pues este elemento le permitirá obtener información sobre el proceso de perforación del pozo, controlando que no se produzcan anomalías en el mismo (desviación, estriado, etc.). Como el cable esta enroscado a izquierdas, si se le somete a tensión, levantando ligeramente la herramienta del fondo del pozo el cable debe girar libremente en el sentido contrario si el sondeo es vertical y no presenta estrías. Figura 16 Tijera Montera: Es el elemento de unión de la sarta con el cable. Cuando se perfora a percusión, aunque no se utiliza fluido de perforación, es necesario añadir agua hasta que se alcanza el nivel freático. El objetivo de esta operación es 19
  • 20. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS conseguir un lodo en el fondo del pozo que mantenga en suspensión las Otra aplicación especifica de este partículas método es la de perforación de acuíferos perforadas de tal manera que la energía del calcáreos con dureza media y baja resistencia trepano no se emplee en triturar aun mas los al impacto. En caso de grandes diámetro y detritus del terreno en lugar de la roca sana. profundidades Cuando se ha alcanzado el nivel freático el carsticos, con elevados aportes de agua, es control del lodo de suspensión se regula prácticamente el único método recomendable. mediante la limpieza con la cuchara (figura 18). El de perforación sistema de en percusión prácticamente imprescindible perforación la en zona medios para no saturada es la de materiales calcáreos carstificados, debido a la perdida del lodo o fluido de perforación que se produce en los mismos y el riesgo de desviación de la sarta de perforación. Una ventaja muy importante de este sistema es que es el que mejor garantiza la verticalidad de un sondeo. También, porque este método no presenta grandes requerimientos de agua, por lo que su empleo puede ser adecuado en zonas con escasez hídrica. El inconveniente de este sistema es que se trata de un procedimiento muy lento con rendimientos de perforación que en muchos casos son del orden de tan solo 100 metros/mes, con lo que, en igualdad de Figura 18 Cucharas de limpieza: Plana, de dardo, de circunstancias, no puede competir por razones embolo económicas con otros métodos, como por Como ya se ha indicado la ventaja de este método es su versatilidad siendo aplicable a la práctica totalidad de las formaciones a ejemplo el de circulación inversa, en el caso de tratarse de materiales blandos como los detríticos terciarios. perforar. Incluso es imprescindible en terrenos de tipo aluvial en los que se presenten materiales sueltos de alta granulometría y permeabilidad (bolos problemáticos de prácticamente inviable y gravas) perforar cualquier otro sistema. la y que que son hacen aplicación de Por estas razones de productividad el sector de empresas de perforación a percusión corresponde básicamente a pequeñas empresas locales de tipo familiar, con baja tecnificación. Método de rotación 20
  • 21. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS El procedimiento a profundidades, al ser el método de perforación circulación directa (“rotary”) fue experimentado que, en general, presenta mayor versatilidad en por primera vez en investigaciones petrolíferas la realización de sondeos. Este método se en Texas en 1901. Su origen fue debido encuentra muy tecnificado y su uso es también fundamentalmente muy frecuente en investigación minera. a de que el rotación método de percusión que se utilizaba hasta entonces era poco apropiado para los terrenos a atravesar que eran blandos e inconsistentes. Se obtuvo muy buen resultado y el método tuvo una gran divulgación sobre todo en los campos de petróleo de California. Posteriormente la perforación “rotary” paso de aplicarse de El sistema de perforación a rotación, tanto a circulación directa como a circulación inversa, se basa en la aplicación desde superficie de un movimiento de rotación y un empuje al útil de perforación que se denomina tricono y que esta situado en el fondo del sondeo para conseguir fracturar la roca. terrenos blandos a terrenos duros según se El peso que se ejerce sobre el útil de fueron empleando herramientas mas duras con equipos de perforación con mayor capacidad. perforación es en función de la dureza de la roca y del diámetro de perforación. El par En la actualidad el método de perforación a circulación directa es el que se emplea habitualmente para los sondeos de petróleo, donde se alcanzan aplicado a la herramienta viene definido por el empuje y también por el diámetro de perforación. grandes Figura 19 Esquema conceptual comparativo de los sistemas de perforación a rotación con circulación directa o inversa 21
  • 22. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Para transmitir desde la superficie el comprendido entre la pared del sondeo y el peso y el movimiento giratorio al tricono se varillaje y que en la circulación inversa los emplea el varillaje de perforación. Este varillaje recortes ascienden por el interior del varillaje. es hueco y permite, de forma simultanea a la Esta diferencia condiciona el hecho por el cual perforación, la circulación por su interior del la circulación directa no se deba aplicar para fluido de perforación que tiene como misión, sondeos de captación de agua subterránea, y entre otras, limpiar el sondeo de los recortes de que la practica a emplear en estos casos sea la terreno circulación inversa. Esto se debe a que en la conduciéndolos al exterior y depositándolos sobre balsas construidas a tal practica efecto. captación de agua subterránea el diámetro de Como ya se ha indicado anteriormente, según el sentido de circulación del fluido por el interior del varillaje de perforación se habla de rotación a circulación directa o rotación a Como se observa en esta figura en el sistema a circulación directa el circuito de perforación viene definido por una balsa en superficie desde donde se inyecta lodo al interior del varillaje mediante una bomba de impulsión. Una vez que el lodo atraviesa los conductos de paso del tricono vuelve a la de los sondeos para perforación es tal que la superficie del espacio anular entre la pared del sondeo y el varillaje de perforación tiene un área mayor que la superficie interior del varillaje. circulación inversa. En la figura 19 se presenta un esquema conceptual de ambos sistemas. totalidad La práctica a la que recurren los perforistas de circulación directa es la de emplear lodos artificiales preparados a partir de arcillas del tipo bentonita que aumentan notablemente la densidad y viscosidad y que por tanto presentan capacidades de arrastre de sólidos mayores frente a los lodos naturales y permiten trabajar con velocidades mas bajas de circulación del fluido de perforación. Este En definitiva el método de perforación a recorrido de vuelta a la balsa se produce por el circulación inversa presenta las siguientes espacio anular entre el varillaje y la pared del ventajas sondeo. circulación directa: superficie arrastrando el “detritus”. En el sistema de circulación inversa se  comparativas respecto de la Permite perforar con un mayor diámetro utiliza un compresor que inyecta aire en el de perforación sin empleo de lodos interior de la sarta por medio de un varillaje de bentoníticos. doble pared. La inyección de este aire aligera la columna de lodo creando una depresión en el interior del varillaje que fuerza la circulación desde el espacio anular entre la pared exterior y el varillaje hacia el interior del mismo. Entre ambos sistemas existe  Se obtienen muestras atravesados mas puesto al que ser del terreno representativas la velocidad ascensional mas elevada existe un desfase de tiempo menor entre el una momento de la perforación y su Además en diferencia fundamental que radica en que en la ascenso circulación directa el “detritus” de perforación circulación directa la muestra obtenida a superficie. sale a la superficie por el espacio anular 22
  • 23. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS se contamina con el terreno de la pared Cabrestantes. del sondeo según va ascendiendo.  Equipo de soldadura.  Gatos hidráulicos estabilizadores.  Panel de mandos.  Compresor.    Motores. Las paredes del sondeo sufren una menor erosión pues las partículas son extraídas por el interior del varillaje  Menor coste energético al ser la potencia a emplear inferior. El montaje del chasis en el que van A pesar de estos inconvenientes es preciso indicar que pese a que la circulación todos estos elementos suele realizarse sobre camión para su traslado. directa no debe emplearse en el caso de sondeos para captaciones hidrogeológicas es el método que habitualmente se utiliza en investigación petrolífera y minera donde no importa el uso de lodos bentoníticos y además se dispone de equipos de impulsión muy dimensionados. Esta utilización se fundamenta en la gran capacidad del método de circulación directa para la perforación de sondeos en general. Esta facultad de la circulación directa se basa precisamente en el empleo de lodos bentoníticos que permiten estabilizar adecuadamente las paredes. Además a estos lodos se les puede añadir, en su caso, una gran cantidad de aditivos para hacer frente a problemas específicos como es la perdida de circulación y otras complicaciones del sondeo. Entre estos aditivos se encuentran los agentes densificadores, fluidificantes, colmatantes, descolmatantes, etc. Los componen elementos un equipo La cabeza o la mesa de rotación es el elemento que trasmite el movimiento de rotación al varillaje de perforación. La tendencia actual es la de equipamientos hidráulicos que utilizan cabezas de rotación en lugar de mesa obteniéndose unos rendimientos sensiblemente superiores, del orden de 50-60 metros/día, frente a 15-20 m/día con el empleo de mesa de rotación con accionamiento mecánico. El sistema de extracción de la sarta de perforación es el que limita la capacidad de perforación del equipo. En la actualidad, por razones económicas, los equipos de mayor capacidad de perforación a circulación inversa existentes en el mercado se sitúan en profundidades máximas de 600-800 metros en terrenos blandos. Este tipo de terrenos requieren un menor peso de las barras de carga que actúan sobre el tricono, por lo que la capacidad de tiro de los equipos puede emplearse en la extracción de una mayor principales de perforación que a longitud de varillaje de perforación, lo que permite realizar pozos de mayor profundidad. circulación inversa son los siguientes: La sarta de perforación esta formada por los siguientes elementos:  Cabeza o mesa de rotación.  Mástil y soporte.  Útil de perforación.  Sistema de extracción.  Barras de carga o lastra-barrenas.  Centrador.  Varillaje. 23
  • 24. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS   Cabeza de inyección. Las varillas se unen entre si mediante Barra conductora o “kelly”. rosca y deben trabajar a tracción para evitar su rotura y la desviación del sondeo. En el El útil de perforación más utilizado es el procedimiento de la circulación inversa hay dos tricono que esta formado por tres piñas que tipos de varillaje, varillaje de doble pared y giran libremente sobre sus ejes que no tienen varillaje de simple pared. El varillaje doble una disposición simétrica para producir el conduce el aire desde el compresor hasta el arranque de material por rodadura y cizalla interior de la sarta donde se mezcla con el lodo (figura 20). Si la formación es blanda los natural para aligerar la columna. dientes son más largos y espaciados. La cabeza de inyección suspende la columna de perforación, permitiendo la rotación y proporcionando la conexión a la manguera de aire comprimido y a la de descarga a la balsa. La barra conductora transmite el movimiento de rotación a todo el varillaje. El lodo que se utiliza en circulación inversa es lodo natural. Durante la perforación deben Figura 20 Tricono controlarse las características de densidad, viscosidad, cake, filtrado, pH y Las barras de carga permiten dar peso contenido en arena, entre otras. Si se producen al tricono sobre la formación a perforar. Este variaciones de estos parámetros fuera de los peso es función de la dureza de la roca. Como limites admitidos es preciso proceder a su se observa en el diagrama de esfuerzos de la control mediante el aclarado de los lodos y figura 21, el punto neutro de la sarta debe limpieza de las balsas. Las funciones del fluido situarse en esta barra, trabajando todo el de perforación son las siguientes: varillaje y el 25% de dicha barra a tracción y el  resto de la misma a compresión.    Evacuar el “detritus” producido en la perforación. Refrigerar el tricono. Mantener la estabilidad de las paredes del sondeo. Impedir la salida de agua de los distintos acuíferos atravesados durante la perforación. El método de perforación a circulación inversa es ideal para efectuar obras de captación hidrogeológica en formaciones no consolidadas (arenas, limos, arcillas, etc.) con Figura 21 Distribución de esfuerzos en la sarta de elevados rendimientos. Este tipo de terrenos perforación a Rotación corresponde a las grandes áreas detríticas españolas como son las cuencas del Duero, Tajo y Guadalquivir. 24
  • 25. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Por este sistema, llevando un adecuado control del peso sobre el tricono, es posible operen nuestro país utilizando esta tecnología. garantizar la verticalidad del pozo dentro de unos límites admisibles. en Hay también alguna empresa nacional que dispone de equipos de rotopercusión Este sistema no es recomendable a inversa con pequeño diámetro que se utilizan partir de materiales de dureza media (calizas, en trabajos dolomías, areniscas compactadas, etc.). de hidrogeológica. investigación minera Las prestaciones para e las captaciones hidrogeológicas de los equipos de rotopercusión inversa con pequeño diámetro Método de rotopercusión son inferiores a las de los equipos a circulación El método de rotopercusión neumática con martillo en fondo es el sistema de directa en cuanto a diámetros y similares en cuanto a profundidades. perforación mas utilizado en la perforación de sondeos geotérmicos. Este sistema surgió a partir de las técnicas de perforación empleadas en las explotaciones mineras de exterior para la perforación de barrenos para voladuras. El método de rotopercusión consiste básicamente en que el aire suministrado por un compresor circula por dentro del varillaje de la sarta de perforación y acciona el martillo neumático situado en el fondo del sondeo y ese de mismo aire es utilizado para la extracción del rotopercusión hidráulica con martillo en cabeza, detritus, mientras la sarta de perforación gira que son los que mas se emplean en la lentamente mediante la aplicación en superficie actualidad en la perforación de sondeos en de un movimiento de rotación y un empuje. A diferencia de los equipos canteras, en el sistema de rotopercusión neumática con martillo en fondo, el martillo se sitúa en el fondo del sondeo y es accionado con el empleo de aire comprimido. Es aplicable a la técnica de perforación en rotopercusión el mismo esquema conceptual indicado en la perforación a rotación, en cuanto a la circulación del aire en un sentido u otro. Análogamente al sistema de rotación Para trasponer este esquema hay que dos considerar también que el útil de perforación en modalidades, la rotopercusión directa y la rotopercusión es un martillo y el fluido de rotopercusión inversa con gran diámetro, cuyas circulación es aire. en la rotopercusión denominaciones se se basan emplean en criterios coincidentes con los correspondientes a los de la rotación en cuanto al sentido de circulación del fluido de perforación, el aire en rotopercusión, por el interior del varillaje. El sistema que se Tanto en circulación directa como en circulación inversa para mejorar la capacidad del aire como vehiculo de arrastre de detritus se le inyecta un espumante con lo que se consigue operar con velocidades menores de emplea habitualmente es la rotopercusión directa, pues por el sistema a rotopercusión inversa con gran diámetro, existen muy pocos equipos que circulación de aire. En la practica la rotopercusión a circulación directa, que es la técnica que se emplea habitualmente, esta muy condicionada en cuanto a diámetro de perforación pues el 25
  • 26. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS ascenso de los recortes por el anular entre el El equipo básico de una sonda de varillaje y la pared del sondeo limita las rotopercusión neumática con martillo en fondo, posibilidades de los compresores empleados, tanto a circulación directa como a circulación dado el requerimiento de caudal de aire. inversa Es posible paliar esta carencia debe contar con los siguientes elementos: mediante la utilización de dos compresores conectados en paralelo, que permitan aumentar  por un circuito hidráulico. el caudal de aire, manteniendo la presión de los  compresores conectados. La rotopercusión a circulación inversa con gran diámetro, de la que no existen  Un cilindro hidráulico, que se utiliza para elevar la torre desde la posición horizontal obtener mayores diámetros de perforación que añadidas, algunas ya se han comentado para el La torre o mástil de la maquina de perforación abatible y elevable. muchas experiencias en nuestro país, permite en circulación directa con otras ventajas La cabeza de rotación que esta movida a la vertical, dejándola dispuesta para perforar.  El conjunto del motor diesel, refrigerado por aire, con el compresor de alta caso de la rotación, como son: presión y alto caudal de aire. Obtener muestras del terreno y del  El panel de mandos. agua mas representativas, evitando   Un sistema de empuje y extracción desfases y contaminaciones con la regulables pared del sondeo, al extraerse los capacidades. detritus de perforación por el interior del  hasta las máximas El carrusel que es un conjunto portador varillaje Las paredes del sondeo sufren una nuevas varillas en la sarta, conforme se menor  de varillaje que se utiliza para colocar va profundizando el sondeo. erosión que en circulación directa, pues se evita que el aire de  perforación actué sobre los estratos mas blandos erosionándolos del y sondeo  varillas y las tuberías de revestimiento.  provocando hundimientos. Un cabestrante auxiliar para recoger las Los gatos hidráulicos de nivelación del equipo para la perforación.  Una bomba para introducir el Se evitan las perdidas de aire, que en espumante dentro del circuito de aire a el caso de circulación directa puede presión. suponer la caída de materiales con  Un equipo de soldadura y corte. peligro de atropamiento del martillo de  Sistema de alumbrado general para perforación. poder trabajar por las noches. Sarta de perforación: 26
  • 27. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS La sarta de perforación de un equipo de rotopercusión esta formada por los siguientes elementos:  Un martillo con adaptador roscado. La boca o tallante del martillo, suele ser de botones de carburo de tungsteno. Figura 23 Varillaje simple pared Fuente: Talleres Segovia sl Figura 22 Martillo y tallantes  Figura 24 Varillaje simple pared Fuente: Talleres Segovia sl En el caso de la circulación inversa es necesario el empleo de un inversor de Hay que lubricar el martillo con aceite flujo y de un estabilizador.  Adaptador o conexión roscada a la adhesión, viscosidad estable y alto punto de cabeza giratoria.  especial con alta película lubrificante, buena Las varillas que están conectadas a la encendido. cabeza de rotación. En el caso de la Una vez perforado el sondeo se puede circulación directa el varillaje es liso ensanchar con diversos útiles, todos ellos (figura 23) y en el caso de la circulación denominados genéricamente “ensanchadores”. inversa es de doble pared (figura 24). La longitud habitual empleada en geotermia es de 3 metros, si bien dependiendo de los diámetros oscilan entre 1 y 9 metros los de simple pared, y entre 1 y 3 metros los de doble. 27
  • 28. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Figura 25 Ensanchadores aire produce una disminución del volumen del Fuente: Talleres Segovia sl mismo durante el paso por el “booster” por lo Compresor: que para mantener el caudal nominal de aporte La función del compresor en el sistema a la perforación, es necesaria la utilización de de rotopercusión es suministrar aire, como varios compresores conectados en paralelo a la fluido de perforación, con el caudal y la presión entrada de la alimentación del “booster”. requerida. En rotopercusión a circulación inversa es necesario un mayor suministro de presión El compresor es un elemento fundamental, desde el punto de vista técnico y económico, en el sistema de perforación a que en directa al ser los conductos de paso del aire (varillaje) mas estrechos y por lo tanto con mayores perdidas de aire. rotopercusión, tanto a circulación directa como a inversa. A diferencia del sistema de perforación a rotación, las limitaciones en cuanto a la profundidad de perforación de un equipo de perforación a rotopercusión no vienen determinadas por la potencia de extracción del equipo sino que esta condicionada fundamentalmente por las capacidades del compresor utilizado. Estas capacidades vienen Figura 26 Compresor Atlas Copco definidas en primer lugar por su presión Por el contrario en rotopercusión directa nominal, en cuanto a profundidad y por su los requerimientos de caudal son mayores, caudal de trabajo en cuanto al diámetro de la pues perforación a realizar. perforación, y por tanto las secciones de paso, conforme aumenta el diámetro de La presión de trabajo del compresor es es necesario un mayor aporte de caudal para determinante a la hora de establecer la garantizar la velocidad de circulación de aire profundidad teórica de perforación que es que permita la extracción de los detritus de posible alcanzar. Los compresores que se perforación. Para perforar con diámetro grande utilizan en rotopercusión suelen ser de alta en circulación directa es preciso el empleo de presión (25-30 Kp/cm 2), Cuando se requiere dos compresores conectados en paralelo. aumentar la presión de un compresor es Las funciones del aire en la perforación necesario el empleo de un “booster”, conectado a rotopercusión son las de accionar el martillo en serie. en Un “booster” actúa como un “compresor fondo, enfriar y limpiar la boca de perforación y conducir el “detritus” al exterior. de compresores” que, colocado a la salida de Del total de la potencia dada por el un compresor de, por ejemplo 25 Kp/cm 2, compresor al menos un 20 % se emplea en el permite elevar la presión de trabajo hasta unos accionamiento del martillo en fondo. 2 50-60 Kp/cm . Este aumento de presión en el 28
  • 29. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS La presión de trabajo del compresor resolverse mediante el empleo de la circulación empleado es fundamental para determinar la inversa con gran diámetro, si bien en nuestro profundidad máxima de perforación, de un país este procedimiento se utiliza en escasas equipo de perforación a rotopercusión, tanto a ocasiones, y tiene un coste energético elevado. circulación directa como inversa. Otro aspecto Para finalizar con la descripción de este del sistema cabe destacar dentro del método de compresor viene definido por el caudal de aire, rotopercusión el sistema ODEX que permite el que afecta fundamentalmente a los equipos empleo de la técnica de perforación en terrenos que operan por circulación directa, que son la sueltos práctica totalidad de los existentes en el entubación simultanea, aunque la profundidad mercado de habitualmente esta restringida a unos 30-40 espumantes biodegradables inyectados en el metros por el rozamiento lateral de la tubería aire permite disminuir las velocidades de sobre el terreno atravesado. nacional. condicionante Aunque el uso arrastre de detritus desde 1.500 m/min a 100120 m/min, existen grandes limitaciones en cuanto a los diámetros de perforación que se obtienen por este sistema. mediante el procedimiento de El sistema de rotopercusión tiene la gran ventaja de la rapidez de ejecución de las perforaciones y de ser el sistema que permite obtener una mayor información hidrogeológica En concreto para los compresores de durante la realización de los sondeos. Puesto mayor capacidad empleados en rotopercusión que por este sistema se obtienen rendimientos (30 m3/min), el diámetro de perforación no que superan los 80 m/día se puede saber muy suele superar, en sondeos no muy profundos, rápidamente si una determinada perforación es los 320 mm al que corresponde un diámetro de adecuada como captación hidrogeológica. intubación de 250 mm, siempre y cuando se trate de terrenos compactos en los que no sea necesario acondicionar un empaque de grava. Este método de perforación, junto con la percusión, es el sistema mas adecuado para rocas duras. En el caso de calizas carstificadas Para afrontar estas limitaciones, en la perdida de aire por las cavidades puede ser cuanto a diámetro, a veces se pueden conectar un problema si el aire no arrastra el “detritus” y en paralelo dos compresores. Los fabricantes por tanto quedan depositados en el fondo de la recomiendan resolver los problemas de mayor perforación. diámetro del sondeo con el empleo de un varillaje también de mayor diámetro que disminuya el espacio anular entre el varillaje y la pared del sondeo, y por lo tanto los caudales necesarios. Ocurre que en este caso si que El método de rotopercusión es el único recomendable para sondeos que se localicen en formaciones muy duras. Entre este tipo de formaciones se encuentran las rocas ígneas y las metamórficas. habría una gran dependencia de la capacidad Otra de extracción del equipo debido al mayor peso limitación del sistema de rotopercusión es que este método tiene poca de la sarta de perforación. capacidad de respuesta frente a los problemas Las perforación dificultades en de circulación diámetro directa de pueden que surgen construcción, en el sondeo especialmente durante en su terrenos 29
  • 30. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS sueltos (hundimientos, agarres, etc.). Esta que con carácter general es preciso considerar característica para la elección del sistema de perforación mas viene determinada por las propiedades del fluido empleado que presenta adecuado unas bajas posibilidades de estabilización de captación hidrogeológica. las paredes de la perforación. Incluso la utilización del aire como fluido de perforación A para efectuar continuación una se determinada describen los criterios a considerar para cada tipo de roca: agrava el problema de la inestabilidad de las paredes del sondeo al provocar su erosión, Rocas muy duras: debido a su elevada velocidad de circulación. Además en terrenos sueltos Podemos considerar como rocas muy la rotopercusión no es el sistema de perforación mas adecuado debido a la baja efectividad del duras aquellas cuya resistencia a compresión es superior a 2.000 Kp/cm2. Como ejemplo de estas suele controlar la distribución de esfuerzos en la sarta de perforación como en el caso del sistema a rotación, garantizando el trabajo a tracción de una parte importante de la sarta, por lo que es muy frecuente tener problemas con la verticalidad del sondeo, especialmente en el caso de formaciones heterogéneas que presenten buzamientos. Las desviaciones que se produzcan en la perforación de un sondeo, La única forma de poder disminuir la desviación del sondeo es limitar la presión trasmitida en cabeza a la sarta de perforación, aun a costa menor rendimiento las pizarras, caracterizan generalmente por su consistencia y por sus escasos aportes de agua a las captaciones, por lo que en principio es muy adecuado en la perforación. Finalmente cabe destacar que los equipos de perforación a rotopercusión tienen un coste económico elevado y los consumibles son muy altos. Selección del método de perforación Una vez que se han caracterizado los sistemas de perforación que habitualmente se el empleo del sistema de rotopercusión. Material ideal para instalaciones geotérmicas. Podemos concluir que el sistema más idóneo es el de rotopercusión a circulación directa. Rocas duras: pueden comprometer su posterior entubación. un citar Además de su dureza estas rocas se En el sistema de rotopercusión no se tener podemos cuarcitas, granitos, basaltos, etc. golpeo del martillo en terrenos blandos. de rocas En este grupo incluiremos a las rocas que presentan una resistencia a compresión comprendida entre 800 y 2.000 Kp/cm2. Dentro de este grupo pueden incluirse las calizas y areniscas duras. Los sistemas de perforación aplicables son los de rotopercusión y percusión. Si el diámetro es pequeño la perforación se realizara a rotopercusión directa o inversa, puesto que en la técnica de percusión los trépanos que habitualmente utilizan los equipos disponibles en el mercado suelen ser de diámetros iguales o superiores a 400 mm. utilizan para captaciones hidrogeológicas, y se Si se trata de mayores diámetros en el han establecido sus ventajas e inconvenientes, caso de sondeos poco profundos se pueden se pueden establecer los criterios de selección utilizar básicamente tanto el método 30 de
  • 31. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS percusión como de rotopercusión directa. También pudiera plantearse el empleo de la Rocas de diversa naturaleza y consistencia: rotopercusión inversa, si bien el empleo de este Cuando el sondeo atraviese distintas sistema supone unos costes de puesta en obra que probablemente no sean asumibles para formaciones será preciso realizar un análisis global sondeos cortos en la mayoría de los casos. que permita una solución óptima, compatibilizando todos los criterios anteriores. Rocas de dureza media: En muchos casos será necesario el En este grupo consideramos a las rocas que presentan una resistencia a compresión comprendida entre 200 y 800 Kp/cm2. Dentro de este grupo pueden incluirse las calizas y areniscas. empleo de sistemas de perforación mixtos, definiéndose un método de perforación hasta una determinada profundidad y continuándose el sondeo por otra técnica, en función de la litología. Para este grupo de rocas es aplicable lo expuesto en el apartado anterior (rocas duras) si bien se ha considerado también la posibilidad de utilizar la rotación a circulación inversa pero con muchas reservas, en función de la consistencia y dureza de la roca. Finalmente, una vez seleccionado el método de perforación mas adecuado y considerando las características geométricas en cuanto a profundidad y diámetro del sondeo, se puede proceder a la estimación de las capacidades requeridas de los equipos de perforación y elementos auxiliares para, conjuntamente con otros criterios como el Rocas blandas: económico, En este grupo incluimos a las rocas que presentan una resistencia a compresión inferior proceder a seleccionar a la compañía de perforación mas adecuada que lleve a cabo la ejecución de la perforación a 200 Kp/cm2. Pueden considerarse en este conjunto las arenas, limos, arcillas y margas, Es de destacar que la ultima tendencia de los fabricantes de equipos de perforación, es entre otras. la de poner en el mercado equipos multisistema Si la profundidad supera los 30 m y se requiere un diámetro grande lo mas adecuado es emplear la circulación inversa puesto que la percusión, aunque se puede utilizar, quizás no resulte competitiva desde el punto de vista que disponen de compresores, varillaje liso, varillaje de doble pared, etc., de manera que puedan realizar perforaciones mixtas tanto a rotación a circulación inversa como rotopercusión con un mismo equipo. económico. En el caso de pequeños diámetros, como es el caso de la geotermia, lo mas adecuado es considerar la rotación a circulación inversa. 31 a
  • 32. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS DUREZA LITOLOGÍA MUY DURA Pizarras Cuarcitas Granitos Basaltos DIÁMETRO CAPTACIÓN SUPERFICIAL CAPTACIÓN PROFUNDA (pequeño <300 mm) Resistencia a compresión >2.000 Kp/cm2 DURA (<100 m) Grande X X Pequeño *Rotopercusión directa X *Percusión Calizas duras Grande *Percusión *Rotopercusión directa Resistencia entre 800-2.000 Kp/cm2 *Rotopercusión inversa (inversa ?) a compresión Areniscas duras Pequeño *Rotopercusión directa (inversa ?) *Percusión *Percusión *Rotopercusión directa Grande MEDIA Calizas Areniscas *Rotopercusión directa (inversa?) *Rotación a c. inversa (?) *Rotopercusión inversa *Rotación a circulación inversa (?) *Rotopercusión directa *Rotopercusión directa Resistencia Pequeño a compresión BLANDA Resistencia a compresión Arenas Limos Grande Margas Arcillas Pequeño *Rotación a circulación inversa (?) *Rotación a circulación inversa (?) *Pozos abiertos *Percusión entre 200-800 Kp/cm2 *Rotación a circulación inversa (?) *Rotación a circulación inversa *Percusión *Rotación a circulación inversa *Rotación a circulación inversa menor que 200 Kp/cm2 Tabla 4: Procedimiento de selección del método de perforación Ejecución de sondeos  a describir a continuación: de accesos emplazamiento del equipo La ejecución de los sondeos se efectúa de acuerdo con una serie de etapas que se van Preparación  Perforación  Entubacion, si fuera necesaria 32 y
  • 33. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS  Introducción de sondas  Introducción de relleno  Pruebas de presión  Desarrollo y limpieza y acabado final. .Preparación de accesos y emplazamiento del equipo el medio que puedan ser debidos a derrames y La primera fase en la ejecución del Antes del comienzo de la perforación el sondeo es la preparación del acceso de la recinto de trabajo debe ser convenientemente maquina acotado y señalizado con el fin de evitar de perforación, así como del vertidos. accidentes, por acceso de personal ajeno a la emplazamiento de la maquinaria. El carril de acceso de la máquina debe obra. Previamente de ser de anchura adecuada, esto es, de al al comienzo de la menos 1,5 veces la anchura de la máquina y perforación es necesario preparar una balsa con pendiente adecuada a las características para recogida de detritus. Si el método a mecánicas del vehiculo portador de la sonda de emplear es el rotación a circulación inversa es perforación. necesario también proceder al llenado de la La superficie del terreno debe estar completamente llana para verificar así que el misma con agua. Perforación mástil del equipo de perforación esta colocado verticalmente, antes del comienzo de la perforación. De esta forma se evitan posibles accidentes, así como problemas con la sarta de perforación y efectos de desvió de la trayectoria del sondeo durante la perforación. Una vez que el entorno de ubicación del sondeo esta en condiciones adecuadas, se puede comenzar la perforación del sondeo. Durante la realización de la perforación se recogerán los detritus producidos, que serán analizados por el geólogo supervisor y que En las inmediaciones del sondeo es necesario habilitar una zona de descarga y podrán utilizan para la construcción del sondeo (tuberías, grava, cemento, impermeabilizantes, combustibles, aceites, etc...). Es necesario proteger la superficie del suelo mediante material impermeable y telas en cada momento Durante la fase de perforación también se llevará un riguroso control del detritus o lodo de la perforación y de los valores de los parámetros mecánicos de la perforación (peso, rotación, par, etc...), de manera que se puedan adoptar las correspondientes medidas correctoras en caso necesario. adsorbentes con el fin de evitar impactos sobre 1.1.8. la columna litológica del terreno atravesado. acopio de materiales, que permita colocar de forma adecuada los distintos productos que se establecer - Montaje de sondas geotérmicas 33
  • 34. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Con arreglo a la legislación hidrogeológica, relleno. Cuando la profundidad es importante para la instalación de sondas generalmente se puede resultar necesario un tubo de llenado debe solicitar un permiso. Además se debe adicional, con el fin de asegurar un llenado respetar una distancia mínima de 2 m con uniforme. La misión de estos tubos, es la respecto a los edificios, dado que las sondas no realización del relleno del pozo desde el fondo deben comprometer la estabilidad de los hacia la superficie, evitando de esta manera edificios. propiciar la generación de bolas de aire que Cuando se instalen varias sondas geotérmicas, la separación entre las mismas dificulten la transmisión de calor del calor entre el terreno y la sonda. deberá ser, como mínimo de 5 m para las Por regla general se introduce profundidades de sonda inferiores a 50 m y de la sonda en el pozo con ayuda de un mínimo 6 m para las sondas de más de 50 m mecanismo desbobinador fijado a la máquina de profundidad, aconsejando en cualquier caso de perforación. También se puede extender la que, si el espacio disponible lo permite, esta sonda previamente, para introducirla en el pozo separación sea de 9 metros. a partir de un bucle que se fija a la máquina de 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 perforación, si bien este método no es muy aconsejable, excepto en sondas de muy poca profundidad, debido a que al arrastrar el tubo sobre el suelo se pueden producir muescas, estrías fin de prevenir afectaciones mutuas. y otras erosiones, que reducirán notablemente la vida útil del mismo. 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 Una vez introducida la sonda se debe realizar una prueba de flujo y otra de presión. La puesta bajo presión de las sondas se debe realizar con arreglo a la norma VDI el fin de facilitar la instalación de la sonda, en el caso de pozos mojados (llenos de agua), se recomienda llenar las sondas del fluido a emplear, utilizando el lastre para sonda de peso adecuado que facilite adicionalmente la introducción de la sonda. 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 norma VDI 4640, esta puesta bajo presión del intersticio anular del pozo se puede asegurar la En el caso de pozos secos se deberá llenar la sonda a más tardar en el momento de operatividad, sobre todo de las sondas de mayor profundidad. poner bajo presión el pozo, con el fin de prevenir un desplazamiento por ascensión de la Una vez efectuado el relleno del pozo, se llevan a cabo las pruebas finales: prueba de sonda. funcionamiento de la sonda llena de agua y Junto con la sonda, deberemos introducir en el pozo el tubo de llenado del prueba de presión a una presión mínima de 6 bar. En las siguientes condiciones: 34
  • 35. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Carga previa: 30 min. Duración de la prueba: 60 min. Caída de presión tolerada: 0,2 bar. Una vez finalizada la perforación, y transcurrido el menor tiempo posible a fin de evitar posibles desmoronamientos interiores que impidan la En caso de existir riesgo de posterior introducción de la sonda, se deberán seguir los siguientes: 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 conectada en uno de los extremos. Pasos de montaje  De esta forma se expulsa el agua por el extremo contrario. Cuando se reduce la presión, la columna de agua se desequilibra bobinas presentan desperfectos.  Cargar la sonda en el dispositivo desbobinador o extenderla. dentro de la sonda. Los tubos de la sonda deben permanecer herméticamente cerrados Antes de desenrollarlas, comprobar si las  En caso necesario fijar el lastre o el hasta que se efectúa la conexión. Para llenar elemento auxiliar para la introducción en el completamente el intersticio anular se utilizarán pie de la sonda. materiales que se deberán determinar en  función de los modos operativos respectivos y Llenar la sonda con agua, para que ésta no ascienda. dependiendo de las condiciones geológicas.  Tender geotérmica los hasta tubos el de la distribuidor sonda llenado en el pozo. mediante  circuitos conectados en paralelo. más alto y se deberá prever un dispositivo de  equiparse con un  caudalímetro por cada sonda para efectuar el reglaje de las mismas. Antes entrar en aplicando una presión de mín. 6 bar. realizar una prueba de presión con una presión  Empalmar las sondas a las tuberías de conexión. comprobar que el flujo es uniforme en todas las sondas. Realizar la prueba final de funcionamiento de la sonda geotérmica llena de agua, funcionamiento todo el sistema se deberá 1,5 veces la presión de servicio. Se deberá Realizar el relleno del pozo, a través del tubo previsto a tal efecto hasta el fondo.  de Realizar la prueba de presión y de flujo de la sonda llena de agua. desaireación en una ubicación adecuada. Los podrán Descender la sonda y el tubo de llenado completamente dentro del pozo El distribuidor se instalará en el punto distribuidores Introducir la sonda junto con el tubo de  Conectar dichas tuberías al distribuidor ubicado en el punto más alto de la instalación. Ejemplo de montaje.  Recircular el fluido por las tuberías hasta que ya no contengan aire, con un esquema similar al de la figura 27 35
  • 36. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS  Realizar una prueba de presión final del sistema en su conjunto, aplicando 1,5 veces la presión de servicio Figura 27: Esquema de purga de instalación geotémica 1.1.9. Dimensionado y montaje de pilotes energético Para la realización del dimensionado y montaje de los pilotes energéticos, es aconsejable consultar las indicaciones de la norma VDI 4640. dimensionado debe desconexión prever termostático un sistema que de evite su funcionamiento en condiciones muy deseadas. Por razones de coste se considera en Dimensionado El Se el dimensionado únicamente el número de de los pilotes energéticos se realiza de forma análoga al de pilotes impuesto por el cálculo de la estructura. Los costes de los pilotes adicionales no las sondas geotérmicas, si bien se debe tener estarían justificados. en cuenta que los pilotes energéticos no deben calefacción operar a temperaturas bajo 0. Esta limitación quedarán cubiertas mediante otros sistemas debe considerarse en el cálculo. independientes. o Las potencias refrescamiento de adicionales 36
  • 37. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS La utilización de este sistema 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 Figura 29: Meandros en vertical competentes. Fuente: Rehau 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 de un probado sistema de unión, de estanqueidad duradera, incluyendo los fittings adecuados, 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. Figura 28: Tendido del tubo dentro de un pilote energético La conexión de los ramales impulsión y retorno a la red de tuberías se efectúa en la cabeza del pilote. Variantes de colocación En cuanto al tendido de los tubos se pueden utilizar las variantes de 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. de Figura 30: Sondas en U Fuente: Rehau Pasos de montaje 37
  • 38. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS  Tendido de las tuberías en forma de meandros dentro de la jaula de armadura. Figura 32: Identificación de tubería en pilote energético Fuente: Rehau  Montar la unidad para realizar las pruebas de presión.  El tendido de los tubos se efectúa en sentido longitudinal dentro de la jaula de armadura.  Aplicar una presión de prueba de 6 bar y registrar dicha presión de prueba en un protocolo.  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, a intervalos de 0,5 m.(figura 31) Figura 33: Pruebas de presión en pilote energético Fuente: Rehau  Poner en obra, verter y vibrar el Figura 31: Colocación de tubería en pilote energético Fuente: Rehau  Colocar un tubo protector sobre las tuberías en la zona de la cabeza del  Las tuberías de conexión se deben cortar en la cabeza del pilote y aplicar  Llevar a cabo la identificación del arreglo proyecto de montaje. distribuidores  Registrar en un protocolo la presión de prueba aplicada tras la puesta en obra un tubo protector sobre las mismas. con  Realizar una 2ª prueba de presión tras  Conectar las tuberías a los tubos  Identificar las tuberías. energético la tubería. el fraguado del hormigón pilote. Fijar y cortar las tuberías. pilote hormigón, manteniendo en presión al del hormigón.  Los pilotes energéticos se pueden conectar directamente a las tuberías de distribución o a los distribuidores del circuito de calefacción o refrescamiento. 1.1.10. Montaje del distribuidor 38 de
  • 39. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Se debe posicionar el distribuidor en el punto más alto del área de las tuberías, corrosión, se deberá recurrir a un distribuidor de material polimérico. tendiendo la tubería con una ligera pendiente hacia el distribuidor. Sobre las tuberías de agua glicolada se forma fácilmente agua de condensación, por lo El distribuidor de material polimérico se deberá utilizar asimismo en instalaciones en las que el espacio disponible no resulte suficiente para el distribuidor estándar. 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 Distribuidor para sonda geotérmica alto coste y gran esfuerzo que representa el aislamiento de un distribuidor, se recomienda instalarlo fuera de los edificios. La conexión del distribuidor se realiza mediante la rosca macho G 1½” ó G 2”. Debido Las impulsiones y los retornos de una sonda geotérmica se pueden conectar al distribuidor ya sea unidos en la cabeza de la sonda mediante caudal para el tubo base de 2” está limitado a 8000 l/h cuando se utiliza agua glicolada con un 33 % 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 tubo en Y o individualmente. al riesgo de formación de burbujas de vapor, el distribuidor tiene unos límites operativos. El un 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. caudal volumétrico de 16.000 l/h. 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 o de retorno invertido. Véanse las figuras 35 y 36. Figura 34: Distribuidor Fuente: Rehau Los distribuidores de latón sólo deben trabajar con agua o con una mezcla de agua y glicol. Si se utiliza un medio que fomenta la 39
  • 40. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Cuando se instale el distribuidor en un patio de luces se deberá evitar que los tubos queden apoyados sobre la pared del edificio. Trasdosando unas planchas de espuma rígida de poliestireno de 4 cm de espesor se previene el humedecimiento de la pared por la formación de condensado, así Figura 35: Impulsión y retorno invertidos como que los tubos resulten dañados al sufrir variaciones de longitud. Distribuidor para pilotes energéticos Los pilotes energéticos se pueden conectar a la red de tuberías de los distribuidores mediante un distribuidor para Figura 36: Colectores invertidos circuito de calefacción y refrescamiento, de forma análoga a los sistemas de superficies radiantes de calefacción y refrescamiento. Conexión del distribuidor Para el corte y la regulación se 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 recomienda la utilización de válvulas de esfera y de reguladores de caudal. Para el dimensionado se debe considerar una pérdida de carga máxima de 300 mbar por circuito, así como circuitos de tamaños casi iguales. Gracias las variaciones de longitud de origen térmico no al tendido de las actuarán sobre el distribuidor, sino que serán tuberías de distribución mediante el método de compensadas en la curva del tubo. Tichelmann se alcanza en éstas una pérdida de carga casi uniforme. 1.1.11. - El fluido caloportador Aspectos generales sean tendidos de forma que no resulten En las instalaciones de bomba afectados por temperaturas bajo 0. de calor se adiciona al agua una determinada Antes de llenar la instalación se debe proporción de glicol, de forma que se previene conocer a qué temperatura se deberá ajustar el la congelación del fluido caloportador. fluido En las instalaciones que no van a operar a temperaturas bajo cero no es caloportador. En el caso de las instalaciones de bomba de calor son, por regla general, 10 - 20 °C. necesario utilizar glicol, siempre que los tubos 40
  • 41. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Existen una amplia variedad de • • productos anticongelantes factibles de utilizar en instalaciones geotérmicas, dependiendo el Etilenglicol. Propilenglicol sistema empleado y su mayor o menor Estos anticongelantes se suministran incidencia medioambiental. La "International en forma concentrada y se puede mezclar con Ground agua siguiendo las indicaciones de las tablas Source Heat Purnp Association", (IGSHPA), (1988), recomienda los siguientes líquidos caloportadores: siguientes. Etilenglicol: Agua. acuosas con las siguientes sustancias anticongelantes: • Etilenglicol. • Propilenglicol. • Metanol. • Etanol. • Cloruro cálcico 22% etilenglicol 78% agua -15ºC 29% etilenglicol 71% agua -20ºC 35% etilenglicol 65% agua -13ºC 30% propilenglicol 70% agua -20,8ºC 40% propilenglicol 60% agua 50% propilenglicol 50% agua Cloruro sódico. • -10ºC -31,7ºC Mezclas Propilenglicol Tabla 4: dosificación anticongelante Por su parte, la "Office Fédéral de El agua adicionada no debe contener, I'environemenl, des toréls et du paysage", según lo señalado en la norma DIN 2000, más (OFEFP), en su "Lista de agentes refrigerantes de 100 mg/kg de cloro. Los glicoles contienen y de líquidos caloportadores autorizados para inhibidores de la corrosión, con el fin de protección de las aguas contra los líquidos que proteger las partes de acero de la instalación. puedan contaminarla"; del año 1999, incluye Para que el glicol contenga una cantidad como sustancias anticongelantes, además de suficiente de inhibidores de la corrosión, la las mencionadas, las siguientes: proporción de anticongelante no deberá ser • Polietilenglicol. • Cloruro magnésico. • Cloruro potásico. • Carbonato potásico. • Acetato potásico. • Formiato potásico. • Carbonato sódico. 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. Antes de introducirlo en la instalación, es necesario mezclar el glicol con agua en un recipiente. Si se introducen los componentes No obstante en nuestro país laas por separado en la instalación no se obtiene una mezcla correcta y se pueden producir daños por congelación. sustancias más empleadas son: 41
  • 42. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS Es necesario comprobar la dosificación del anticongelante, para verificar que la De no ser posible esto, se deberá graduar una concentración consecuentemente instalación se encuentra protegida hasta la mayor del agua glicolada, y mantener temperatura deseada, para ello debe ser recirculando como se indica en la figura 27 ajustada con el medidor de protección de hasta que consideremos que se a producido la anticongelante. mezcla adecuada del agua y el glicol. Para los glicoles de base etileno se debe utilizar un anticongelante medidor de específico, Dimensión D x exp 20 x 1,9 25 x 2,3 32 x 2,9 40 x 3,7 50 x 4,7 63 x 5,8 75 x 6,8 90 x 8,2 110 x 10 125 x 11,4 140 x 12,7 160 x 14,6 protección denominado refractómetro. Con ayuda de una bomba y un depósito o recipiente, recircular el fluido por cada circuito de tubo para eliminar el aire contenido en el circuito, tal como hemos visto en la figura 27. 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 Volumen l/m 0,2 0,32 0,54 0,83 1,3 2,1 2,96 4,25 6,36 8,2 10,31 13,43 Tabla 5: contenido de agua por m de tubo evacuada totalmente antes de introducir el Para facilitar agua glicolada. Para un total vaciado de las el cálculo del volumen sondas, podemos utilizar un sistema de aire contenido en el circuito de la sonda, se facilita comprimido que al inyectarlo por uno de los la Tabla 5. Al menos una vez por temporada, se extremos de la sonda, obligue al agua a salir por el otro, siendo en todos caso, una volumen debe comprobar que la protección insignificante de agua el que quede en el anticongelante proporcionada por la mezcla de interior de la sonda agua y glicol es suficiente, así como su índice pH, Debiendo situarse este en la zona neutra (7). . 1.1.12. Relleno Del espacio intersticial de los pozos El relleno se puede realizar bien por gravedad con arena silícea o bien mediante inyección con un sistema adecuado, desde el fondo hasta la boca del sondeo, de cemento, bentonita o materiales termoconductivos específicos para este fin. La selección del tipo de relleno y de su modo de ejecución está determinada hidrogeológicas por del las sustrato. condiciones Si la permeabilidad del sustrato es baja podrán realizarse rellenos granulares siempre que el 42
  • 43. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS sellado alcance la máxima profundidad del nivel no puedan depositarse piedras sobre el  piezométrico, mientras que si el sustrato es tubo, permeable o se conoce de la existencia de aplastamiento que pudieran causar su acuíferos es necesario sellar la perforación En definitiva, en la zona del para evitar afecciones hídricas. tubo se puede utilizar gravilla, reciclado de De la excavación o de la zanja para tubos escombros y escoria molida. En la medida en que la temperatura de Cuando el tendido sea bajo la tubería aumente considerablemente por carreteras se deberá efectuar el rellenado de la encima de la temperatura de la zanja a zanja con arreglo a la instrucción ZTV A-Stb 97 consecuencia de la radiación solar directa, se “Condiciones deberá cubrir ligeramente la tubería antes del adicionales para excavaciones en superficies rellenado definitivo, con el fin de obtener un para tráfico rodado”. contractuales y directrices Es muy importante tener en cuenta que tendido con un bajo nivel de tensiones. A diferencia de lo señalado en la UNE EN 1610, en el caso de los tubos PE-Xa los tubos PE100 deben tenderse siempre sobre un lecho de arena. se puede reutilizar el material excavado para la zona de la tubería y para el rellenado del resto Redes equipotenciales de la zanja, siempre que:  deben utilizar como conductores de puesta a bien  Los tubos, en ningún caso se el material excavado se pueda apisonar no supere una granulometría de máx. 63 mm tierra de instalaciones eléctricas según DIN VDI 0100. 1.1.13. Ensayo de tést de respuesta térmica del terreno (TRT) La energía geotérmica de baja y muy circula por unos tubos, preferentemente de baja entalpia, constituye un recurso muy apto polietileno, insertados en la perforación con para gran número de aplicaciones, algunas, diferentes formas de tubo, en “U”, doble “U”, como la climatización de edificios, espacios, concéntricos, entre otros. etc... El espacio entre las tuberías y la pared Este tipo instalaciones de la perforación es rellenado con cemento- habitualmente se componen de una bomba de bentonita, mortero u otro material de relleno calor para asegurar un buen contacto térmico y geotérmica y de de un sistema de perforaciones para aprovechar la temperatura prevenir templada y constante del subsuelo. subterránea. La energía térmica es la circulación vertical de agua transmitida La bomba de calor es una máquina desde la tierra a un fluido caloportador que basada en el ciclo de Carnot, que absorbe calor 43
  • 44. UD 2: SONDAS GEOTÉRMICAS de una fuente para entregarla a otra que está a entre la temperatura de la fuente de calor y la una temperatura superior. temperatura a la que se cede el calor, es El rendimiento de estos equipos depende de la diferencia de temperatura entre estas dos fuentes (captación y cesión de calor). Las bombas (aerotérmicas) de calor absorben convencionales el calor de la atmósfera, que en invierno puede llegar a temperaturas inferiores a los 0°C. A estas temperaturas la captación de calor en el mucho menor, y por tanto el rendimiento del equipo es notablemente superior. Además, la estabilidad térmica del subsuelo permite que la eficiencia de los equipos geotérmicos sea siempre máxima y no dependa de las condiciones meteorológicas ni estacionales, a diferencia de lo que ocurre en los sistemas aerotérmicos. evaporador es difícil, y el rendimiento de la El intercambio de calor con el subsuelo bomba bajo. Las bombas de calor geotérmicas permite proporcionar el mismo confort pero con aprovechan el calor acumulado en el subsuelo una necesidad de energía eléctrica mucho a una temperatura prácticamente constante menor que la de una bomba de calor durante todo el año. En este caso, la diferencia aerotérmica. Figura 37: Esquema de una instalación geotérmica báasica 44
  • 45. La dificultad principal que surge es la incertidumbre en la caracterización del antoja fundamental dimensionado óptimo para de obtener la un instalación comportamiento térmico del subsuelo. Las (número de perforaciones, profundidad de las propiedades térmicas que es necesario perforaciones, tipo de sistema), y poder así caracterizar en el diseño de este tipo de reducir el coste de inversión aumentando su instalaciones son la conductividad térmica rentabilidad económica. (λ), la difusividad térmica (α), y la capacidad El ensayo de TRT permite evaluar in calorífica volumétrica (ρcp) del terreno donde situ la capacidad de un sistema geotérmico se van a efectuar las perforaciones. Estos para parámetros son los datos de entrada de los térmicas locales del subsuelo (conductividad programas térmica informáticos que, mediante poder determinar efectiva del las condiciones terreno), y los simulación, permitirán obtener el rendimiento parámetros característicos de la instalación de la instalación geotérmica. que afectan a su rendimiento (resistencia La cantidad y la profundidad de las perforaciones que para Antes de proceder a explicar el satisfacer una determinada carga térmica, desarrollo teórico de la transferencia de calor dependen propiedades en el subsuelo se muestran los parámetros térmicas del terreno. La estimación precisa geométricos, termofísicos e hidráulicos que del comportamiento térmico del terreno se intervienen en el mismo. mucho se de requieren térmica de la perforación). las Di : Profundidad de la zona aislada del pozo [m] Dm = Di + H/2: Profundidad media del pozo [m] H: Profundidad eficaz del pozo [m] Hb = Di + H: Profundidad total del pozo [m] r : Radio [m] r0: Radio del pozo [m] Lp: Longitud total de tuberia [m] Figura 38: Parámetros geométricos
  • 46. T0: Temperatura media anual de la superficie del terreno [K] Tsur: Temperatura media del terreno en condiciones normales (sin pozo) [K] Tr: Temperatura del terreno de la pared del pozo [K] Tf: Temperatura media del fluido caloportador [K] Q: Potencia termica intercambiada [W] q=Q/H: Flujo de potencia termica intercambiado [W/m] λ: Conductividad termica del terreno [W/mK] a: Difusividad termica del terreno [m2/s] Figura 38: Parámetros termofísicos Parámetros hidráulicos s: reducción del nivel de agua en el pozo [m] Las capas rocosas del subsuelo se consideran heterogéneas y anisótropas. El principal mecanismo de transferencia de calor es la conducción, aunque es importante considerar también la convección que se establece en las grietas y fisuras con aire y agua, y que depende del tamaño de las mismas y de las propiedades del fluido que contienen. La radiación entre las superficies de las fisuras de las rocas puede despreciarse. El ensayo de TRT se efectúa en una perforación aislada, con una tasa de intercambio de calor constante entre el subsuelo y el fluido caloportador que se hace pasar por la misma, y es por esto que no se considera el efecto de las perforaciones contiguas que puedan existir. La temperatura del subsuelo aumenta con la profundidad. Esto es lo que se conoce como gradiente geotérmico.
  • 47. El gradiente geotérmico no varía con lugar, el proceso transitorio de incremento o el tiempo y los cambios estacionales de descenso de la temperatura del subsuelo se temperatura en la superficie no afectan a la considera superpuesto a la temperatura del temperatura del subsuelo a partir de los 10 subsuelo metros de profundidad. intercambio de calor en el pozo), Tsur, No obstante, cuando se introduce o se extrae calor en un pozo, el campo de temperatura del subsuelo empieza a variar. Si la tasa de intercambio de calor es constante, el campo de temperatura mientras que condiciones el pulso normales de (sin temperatura asociado a una tasa de intercambio de calor variable en el pozo, se superpone a la temperatura media estacionaria del terreno, Tr. alcanzará un régimen estacionario en unos 20 o 25 años. en Así, para la fase transitoria se puede escribir: El campo de temperatura en el subsuelo responde a la ecuación fundamental de la conducción de calor: Donde: Tr (t): Temperatura de la roca de la pared del pozo [K] La temperatura, T, en un punto de coordenadas (x, y, z) está determinada por el tiempo, t, y por la difusividad térmica del Tr: Temperatura de régimen estacionario en la pared del pozo [K] terreno, a. La naturaleza lineal de esta Tsur: Temperatura del subsuelo en ecuación permite aplicar el principio de condiciones normales (sin pozo) [K] superposición: si dos campos diferentes de Trq (t): Cambio de temperatura en la temperatura satisfacen la ecuación, entonces pared del pozo debido al intercambio de la suma de ambos también lo hará. calor con el fluido caloportador [K] La fase transitoria y temperatura superpuesto el pulso de Hay dos diferencias fundamentales Integrando la ecuación fundamental de la conducción térmica se llega a la siguiente expresión: entre la fase transitoria y el pulso de temperatura superpuesto asociado a una tasa de intercambio de calor no constante en el pozo. En primer lugar, la fase transitoria alcanza siempre un régimen estacionario mientras que el pulso de temperatura no, ya que está limitado en el tiempo. En segundo Donde:
  • 48. T(r,t) es la temperatura en el punto de coordenadas (x, y, z). La condición inicial Donde: impuesta en la integración de la ecuación diferencial de la conducción de calor, es una fuente de calor q en el instante t=0, localizada en el punto de coordenadas (x’, y’, z’), y una temperatura inicial del material de Lo realmente interesante es conocer 0°C. No obstante, el intercambio de calor en cómo varía la temperatura con el tiempo en una perforación del terreno se aproxima más un punto situado a una distancia radial, r, de a una fuente de calor lineal. Integrando la la fuente lineal de calor. Por esto, conviene ecuación anterior se obtiene: expresar la ecuación anterior de la siguiente manera: En este caso la fuente de calor es lineal, pasa por el punto de coordenadas (x’, y’) y es paralela al eje z. La siguiente consideración que es Donde: necesario introducir con objeto de aproximar mejor la ecuación del campo de temperatura en el subsuelo, es establecer una fuente de La función Et(T) representa el cambio calor, q, no instantánea sino continua en el de temperatura con el tiempo a una distancia tiempo. Considerando que se intercambia radial r del pozo. una potencia térmica _(t’), desde el instante t=0 en el que la temperatura del material es Para T ≥ 0,5 la expresión que sigue es válida con un error máximo de 1% 0°C, entonces la temper atura en el instante t viene dada por la siguiente expresión: Donde Υ=0,5772 (constante de Euler). Si se establece φ(t’)=q constante en el tiempo y se integra la ecuación anterior se obtiene: Para el caso T ≥ 5 se puede aproximar con un error máximo de 2%:
  • 49. Considerando que el radio del pozo, r0, y la profundidad de su zona aislada, Di, Sustituyendo en la expresión son pequeños en comparación con la obtenida para el campo de temperatura en el profundidad total del mismo, se llega a la terreno, se obtiene: siguiente ecuación para régimen estacionario: Tal y como se ha mencionado, esta expresión es válida con un error máximo de 2% en el caso: El tiempo que transcurre hasta alcanzar el régimen estacionario, ts, se obtiene igualando las expresiones obtenidas: Introduciendo la expresión obtenida en la ecuación de régimen transitorio ya vista, y particularizando para r = r0 (pared del El test de respuesta térmica pozo), se tiene: El objetivo del TRT es la determinación de las propiedades térmicas del sondeo in situ. Se define la resistencia térmica de intercambio de calor en el pozo, Rb, como sigue: En la sección anterior se han comentado los diferentes parámetros que afectan a la inyección de calor en el sondeo. La idea que subyace tras el ensayo de TRT consisten en inyectar un flujo de calor constante en un sondeo con una profundidad y Donde: un radio conocidos. monitorización Tf: Temperatura del fluido caloportador [K] Introduciendo la expresión de la resistencia térmica y despejando, se obtiene: de las Mediante la temperaturas de impulsión y retorno del fluido calorportador durante un periodo de tiempo, se determina la temperatura media del fluido para diferentes valores de t. La inyección de calor inicia un proceso transitorio donde los parámetros de conductividad térmica, resistencia térmica del sondeo y la Tsur son El régimen estacionario desconocidas. Estos parámetros se
  • 50. determinan mediante la realización del ensayo TRT. Como se anteriormente, ha la mencionado potenciad de calor inyectada debe ser constante. Existe una relación lineal entre Tf y ln(t) y podemos reescribir la ecuación anterior de la siguiente forma Temperatura del terreno sin perturbar Es necesaria la determinación previa del terreno sin perturbar con anterioridad a la realización del ensayo TRT. Con lo que la expresión anterior queda de la siguiente forma Esta temperatura puede ser determinada de dos formas distintas. La primera de ellas consiste Para: t ≥ 5ro2 / α (con un error máximo del en la medición de la temperatura a diferentes 2%) profundidades en el posteriormente calcular sondeo la para temperatura media. Con esta expresión es sencillo el cálculo de la conductividad térmica y la resistencia térmica del sondeo La segunda forma consiste en circular agua sin aportar potencia calorífica. Este método aporta una buena aproximación 1. Se determina cuando se satisface la condición de: t ≥ 5ro2 / α siempre que la bomba de circulación no Para ello, los parámetros a, λ y cr deben caliente demasiado el fluido. ser supuestos (se toman de tablas) para el subsuelo considerado. Conductividad térmica térmica y resistencia En la sección anterior, se ha obtenido 2. Se representa el gráfico que relaciona Tf frente al ln (t) para todos los valores monitorizados la expresión que relaciona la temperatura del 3. Se determina la pendiente k de la curva fluido calorportador con la temperatura del representada en el paso 2 y teniendo en terreno sin perturbar. cuenta las dos ecuaciones anteriores, se deduce que esta pendiente k = Q / 4πλH, y conocidas la potencia calorífica inyectada y la profundidad del sondeo es sencilla la conductividad Donde: terreno. determinación térmica de la equivalente del
  • 51. 4. Para cada pareja de datos de T f y t, la resistencia térmica del determina utilizando sondeo la se conductividad térmica equivalente calculada en el paso 3. Esta resistencia térmica del sondeo se determina mediante la siguiente expresión. Equipo para la realización del TRT El equipamiento básico Figura 40: interior equipo móvil de TRT para la realización del TRT es muy sencillo. Es necesaria una bomba de agua, Ensayo de respuesta térmica en TKNIKA una resistencia térmica para el calentamiento, un tanque y varios sensores para medida de temperatura de entrada y de salida así como un medidor de caudal. El único requisito para El perforaciones eléctrico que permita realización del ensayo. la que de TRT componen de las nuestras instalaciones geotérmicas, se realizo el día 19 de de junio de 2010. La instalación está compuesta de 3 el equipamiento móvil es la necesidad de abastecimiento ensayo sondas de simple “U”, con una profundidad de 100 m., con una distancia entre cada una de ellas de 9 m. El TRT, se realizo en una de las sondas, la cual está equipada además con sistema de control de temperatura a diferentes niveles, para poder registrar la evolución de las temperaturas del terreno. Precisamente por esa razón, el diámetro de perforación es mayor que en las otras dos (160 mm). En todos los casos hemos empleado Figura 39: Equipo móvil de TRT sondas de simple “U”, Ø 40 mm y relleno intersticial mediante grava silicea. Para la realización del TRT, se han tomado dos instantes de tiempo para representar los valores de conductividad
  • 52. térmica equivalente del terreno y resistencia térmica del sondeo. caso es inferior al 2 % y considerablemente Los criterios de tiempo que se han definido para obtenidos expresar durante El máximo error asociado al primer el los ensayo resultados son los menor para el segundo caso. Determinación térmica siguientes: de la conductividad Durante el inicio del ensayo se tb1 ≥ 5ro2 / α inyectó agua al terreno sin aporte de energía calorífica para realizar la estimación de la temperatura del subsuelo sin perturbar. En el 2 tb2 ≥ 50ro / α siguiente gráfico puede observarse el resultado de la primera fase del ensayo. Grafico 1: Evolución de la temperatura a lo largo del tiempo (s) durante la primera fase del ensayo sin aporte de energía eléctrica a la resistencia Se observa que tras un período del agua del circuito cerrado a lo largo del transitorio inicial, la temperatura media del tiempo subsuelo es del entorno a 16 ºC. temperatura de entrada y salida del agua así Una vez terminada esta primera fase, se conectó la resistencia eléctrica del equipo de ensayo para evaluar el comportamiento monitorizando los datos de como el caudal circulante. De esta forma, es posible el cálculo de la potencia calorífica que se aporta al fluido y puede estimarse la
  • 53. conductividad térmica equivalente del terreno mediante la metododogía descrita El resultado del ensayo se muestra en el siguiente gráfico. anteriormente. Grafico 2: Evolución de la temperatura a lo largo del tiempo (s) de las temperaturas de entrada y salida y representación de la temperatura media del fluido. Los instantes de tiempo en los que se van a representar los resultados son: Como se ha explicado anteriormente, para la determinación de la conductividad térmica equivalente es posible la utilización tb1 = 4 horas y 42 minutos de la función Tf es linealizada como tb2 = 46 horas y 57 minutos. Para el cálculo de los instantes mencionados, se ha supuesto que la conductividad térmica del terreno es de 3 W/mK, la capacidad calorífica es de 1000 J/kgK y la densidad es de 2400 kg/m3. Donde k es la pendiente de la recta que se representa en el siguiente gráfico.
  • 54. Temperatura media del fluido frente a logaritmo neperiano del tiempo. Gráfico 3: Variación de la temperatura del fluido frente al logaritmo neperiano del tiempo de ensayo La potencia térmica que se aporta al En el siguiente gráfico puede verse la fluido, se calcula como el producto del flujo evolución del aporte de potencia térmica que másico de agua por el salto de temperatura y se ha producido durante la realización del la capacidad calorífica del mismo y se ha ensayo. tomado el valor medio que se ha obtenido a lo largo del ensayo.
  • 55. Gráfico 4: Evolución de la potencia térmica aportada al fluido durante la realización del TRT. La potencia media aportada durante el ensayo fue de 6,52 kW. Los resultados del ensayo se representan en la siguiente tabla
  • 56. 1.1.14. Bibliografia  Norma VDI 4640  REHAU. sistema raugeo para el aprovechamiento geotérmico  Herramientas de perforación. Talleres Segovia s.l.  Materiales de perforación. Krham 2000 s.l.  Guía técnica de sondeos geotérmicos superficiales. Fenercom  Guía técnica de bombas de calor geotérmicas. Fenercom  Energía geotérmica de baja temperatura. Antonio Creus Solé  Guide pour les maîtres d’ouvrage. Suisse énergie  Técnicas de construcción de sondeos de aguas subterráneas. Tomas García Ruiz