GuÃa Técnica. Diseño de sistemas de bomba de calor geotérmica
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Diseño <strong>de</strong>l<br />
intercambiador<br />
<strong>de</strong> <strong>calor</strong> enterrado<br />
En el diseño <strong>de</strong> los intercambiadores <strong>de</strong> <strong>calor</strong> enterrados<br />
intervienen múltiples factores que hacen factibles<br />
distintas variantes <strong>de</strong> diseño para un mismo sistema. De<br />
la habilidad <strong>de</strong>l proyectista <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> buscar aquella configuración<br />
que sea más a<strong>de</strong>cuada a las características<br />
<strong>de</strong>l proyecto a realizar y que permita obtener el máximo<br />
rendimiento <strong>de</strong> la instalación al menor coste posible.<br />
Existen en el mercado varios programas comerciales<br />
<strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> intercambiadores <strong>de</strong> <strong>calor</strong> enterrados. En<br />
esta guía se va a <strong>de</strong>sarrollar la metodología <strong>de</strong> diseño<br />
<strong>de</strong> la Internacional Ground Source Heat Pump Association<br />
(IGSHPA), metodología válida para una primera<br />
aproximación al diseño <strong>de</strong> <strong>sistemas</strong> geotérmicos.<br />
El método IGSHPA para el diseño <strong>de</strong> intercambiadores<br />
enterrados está basado en la teoría <strong>de</strong> la fuente <strong>de</strong> <strong>calor</strong><br />
en forma <strong>de</strong> una línea infinita (Kelvin Line Source<br />
Theory) <strong>de</strong>sarrollado por Ingersoll y Plass. Según esta<br />
teoría un intercambiador <strong>de</strong> <strong>calor</strong> que ce<strong>de</strong> <strong>calor</strong> al suelo<br />
se comporta como una fuente <strong>de</strong> <strong>calor</strong> con un espesor<br />
pequeño y una longitud infinita, y por tanto sólo ce<strong>de</strong><br />
<strong>calor</strong> en el sentido radial.<br />
Es un método <strong>de</strong> cálculo estático que asume que el sistema<br />
funciona durante un tiempo <strong>de</strong>terminado a una carga<br />
constante y con el suelo a la temperatura más <strong>de</strong>sfavorable,<br />
es <strong>de</strong>cir, el mes <strong>de</strong> enero para calefacción y el mes <strong>de</strong><br />
julio para refrigeración, y con una temperatura <strong>de</strong> agua<br />
fija. Durante los restantes meses, la temperatura <strong>de</strong>l aire<br />
será más mo<strong>de</strong>rada, y por lo tanto la carga <strong>calor</strong>ífica o<br />
frigorífica será menor. A<strong>de</strong>más el suelo no estará tan frío<br />
(en inverno) o tan caliente (en verano), lo que hará que<br />
la temperatura <strong>de</strong>l agua sea más mo<strong>de</strong>rada y el sistema<br />
funcionará con un mayor rendimiento.<br />
5.1 Procedimiento <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> un<br />
intercambiador enterrado<br />
5.1.1 Elección <strong>de</strong> la <strong>bomba</strong> <strong>de</strong> <strong>calor</strong><br />
Las especificaciones <strong>de</strong> la <strong>bomba</strong> <strong>de</strong> <strong>calor</strong> fijan varios<br />
parámetros <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong>l intercambiador <strong>de</strong> <strong>calor</strong> enterrado,<br />
ya que nos <strong>de</strong>terminan el <strong>calor</strong> intercambiado<br />
con el suelo y el caudal circulante por el intercambiador<br />
<strong>de</strong> <strong>calor</strong>, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> fijar el rendimiento <strong>de</strong>l sistema<br />
(Coefficient of Performance COP) <strong>de</strong> acuerdo con sus<br />
curvas características <strong>de</strong> potencia-temperatura.<br />
El COP <strong>de</strong> una <strong>bomba</strong> <strong>de</strong> <strong>calor</strong> representa la relación entre<br />
la capacidad térmica <strong>de</strong> la misma (Q) y la potencia<br />
eléctrica consumida para suministrarla (W). Su <strong>de</strong>finición<br />
para los modos <strong>de</strong> calefacción y refrigeración es la<br />
siguiente, así como la relación entre el <strong>calor</strong> absorbido<br />
o inyectado al terreno.<br />
COPcalefacción = Q calefacción<br />
Wcalefacción (4)<br />
Q absorbido = Qcalefacción − Wcalefacción<br />
(5)<br />
COP refrigeración = Q refrigeración<br />
W refrigeración (6)<br />
Qinyectado = Q refrigeración + Wrefrigeración<br />
La selección <strong>de</strong> la <strong>bomba</strong> <strong>de</strong> <strong>calor</strong> se realiza a partir<br />
<strong>de</strong> un cálculo <strong>de</strong> cargas térmicas <strong>de</strong> acuerdo a las exigencias<br />
<strong>de</strong> diseño y dimensionado especificadas en el<br />
Reglamento <strong>de</strong> Instalaciones Térmicas.<br />
(7)<br />
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