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Minería y perforación
Proyecto ‘Cortijo Norte de Vía Célere’

Desarrollo de una instalación geotérmica en Boadilla del Monte (Madrid) por parte de Groen Energía

Diego Fernández Martín, José Manuel Sánchez Ballesta y Juan Francisco Segura Peñas. Groen Energía S.L.15/02/2019

Groen Energía S.L. es una empresa especializada en el estudio, diseño y ejecución de instalaciones geotérmicas, dotada de ingenieros, geólogos y equipos propios de perforación con personal altamente cualificado, para ofrecerles a los clientes una solución integral en su instalación geotérmica.

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Máquina de Geotermia con las últimas tecnologías, marca Soilmec SM-8G, y bomba Bellin 800, distribuidas por Mopycsa.

La Geotermia es una fuente inagotable de energía renovable, actual, limpia y económica los 365 días del año las 24 horas al día, independientemente de las condiciones meteorológicas exteriores, basada en el intercambio térmico continuo con el terreno, el cual se mantiene a partir de los 20 metros de profundidad a una temperatura constante.

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Este proceso permite disminuir las emisiones de CO2 más que cualquier otro tipo de energía para climatizar, ahorrando hasta un 80% del gasto energético frente a otros sistemas convencionales y cubriendo hasta el 100% de las necesidades de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria (ACS).

Todo esto se consigue con una única instalación, capaz de convertir 1 kW de energía eléctrica en 5 kW de energía térmica, de media, gracias a la elevada eficiencia de este sistema.

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Desarrollo del diseño y ejecución de una instalación geotérmica por Groen Energía:

1.- Determinación de las demandas a cubrir:

  • a) Potencias Pico (kW)
  • b) Demandas energéticas (kWh/mes)

2.- Selección de los equipos de bomba de calor, conociendo los parámetros de trabajo y rendimientos para el cálculo del campo de captación, así como el esquema de principio.

3.- Estudiar la geología del terreno, para poder seleccionar el equipo de perforación adecuado.

4.- Definir los materiales que formarán parte del campo de captación geotérmico.

  • a) Sondas
  • b) Mortero Geotérmico

5.- Determinar las características térmicas del terreno, a través de un Test de Respuesta Térmica (TRT):

  • a) Conductividad térmica
  • b) Temperatura media del terreno
  • c) Resistencia térmica

6.- Simulación térmica mediante el empleo de software especializado considerando toda la información anterior.

7.- Informe final con el cálculo y diseño de la solución técnica más eficiente para la ejecución de la instalación geotérmica.

Previo al inicio de las perforaciones geotérmicas se tiene que realizar un Proyecto de Perforaciones Geotérmicas, por un facultativo de Minas, para obtener la aprobación de la Dirección General de Energía, Industria y Minas en la Comunidad Autónoma correspondiente. Asimismo, después de concluir todos los trabajos, el facultativo de Minas deberá certificar la finalización de los trabajos ejecutados en dicha Dirección General de Energía, Industria y Minas.

A continuación resumimos un caso de diseño y ejecución de una instalación geotérmica de Groen Energía con un ejemplo de una vivienda unifamiliar de la promoción de 312 viviendas ‘Célere Cortijo Norte’, situada en Boadilla del Monte, Madrid y desarrollada por la promotora Vía Célere.

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1.- Determinar las demandas energéticas que se deberán cubrir

En este caso de viviendas unifamiliares, hay que determinar previamente qué necesidades energéticas se deben cubrir, como son:

  • Potencia de calefacción pico (kW).
  • Potencia de ACS pico (kW).
  • Potencia de refrigeración pico (kW).
  • Demanda mensual del proceso de calefacción (kWh/mes).
  • Demanda anual del proceso de ACS (kWh/año).
  • Demanda mensual del proceso de refrigeración (kWh/mes).
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Demandas energéticas indicadas en proyecto.
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Demanda de ACS indicadas en proyecto según temperaturas de agua de red.

2.- Selección de los equipos de bomba de calor y esquema de principio

Seleccionar la Bomba de Calor Geotérmica (BCG) y el esquema de principio, así como los emisores del circuito secundario que se van a emplear (suelo radiante, fan coils, etc.), ya que las características técnicas de la BCG y de los emisores seleccionados, son fundamentales en el correcto dimensionamiento del campo de captación geotérmico, marcando las temperaturas de intercambio tanto en el circuito primario (terreno) como en el circuito secundario (vivienda).

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En este proyecto se ha seleccionado una BCG de la marca Ecoforest, al disponer de ventajas importantes como:

  • Tecnología Inverter.
  • Tecnología High Temperature Recovery (HTR) que permitirá calentar ACS mientras se atiende a la climatización.
  • Modulación de las bombas circuladoras de sondeos geotérmicos y clima.
  • Incorpora en un equipo compacto el depósito de acumulación de ACS y todos los componentes de la BCG.
  • Gestión integral de la bomba circuladora de retorno de ACS.
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Para el circuito secundario se ha elegido como emisor, suelo radiante de la marca Uponor, dotado de un completo sistema de regulación distribuido por la vivienda, permitiendo al usuario controlar la calefacción y la refrigeración de cada estancia.

3.- Estudiar la geología del terreno, para poder seleccionar el equipo de perforación adecuado

Se consultó la Hoja Geológica de Majadahonda, para localizar la ubicación de los sondeos a realizar, donde pudimos concretar que el terreno previsible a perforar estará compuesto principalmente por Arcosas (Facies Madrid).

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Detalle de la localización.

Teniendo en cuenta la naturaleza del terreno, se ha elegido un equipo específico para trabajos de perforación geotérmica, con doble cabezal y triple mordaza, capaz de emplear tubería de revestimiento de 152 mm, a la vez que se perfora con trialeta de 130 mm y varillaje de 88,9 mm, alcanzando cotas de hasta 130 m de profundidad.

La evacuación del detritus de la perforación se realiza mediante circulación directa de agua a través de preventer. Además, mediante el empleo de un equipo desarenador, se realiza un continuo tratamiento del agua utilizada en la perforación, separando el detritus sólido del líquido, con lo que conseguimos reducir el consumo de agua, manteniendo la plataforma de trabajo en óptimas condiciones.

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Equipo Soilmec SM-8GT con desarenador Model&CO MD-45.

Con este planteamiento de ejecución de los sondeos geotérmicos, conseguimos las mejores condiciones de orden y limpieza en obra que serán la base de la seguridad de los trabajadores y de la calidad de la ejecución de las perforaciones.

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4.- Definir los materiales que formarán parte del campo de captación geotérmico

Determinar los materiales en función de las temperaturas a las que deberá trabajar el primario, para la correcta selección de sondas y mortero geotérmico.

En este proyecto se han seleccionado las sondas Raugeo PE-RC simple U 40mm, compuestas por 2 tubos en polietileno de alta densidad (RAU-PE-RC) según DIN 8074/75, certificación TÜV según PAS 1075, UV-estabilizado, color negro (RAL 9004).

Las principales características de estas sondas son:

  • Testada en fábrica, incluye informe de inspección.
  • Certificado SKZ según control de calidad HR 3.26.
  • Fabricación según directrices DVS.
  • Pie de sonda extremadamente compacto y robusto.
  • Temperaturas de servicio: -20°C a +40°C.
  • Máx. Presión servicio 16 bar (C=1,25).
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El mortero geotérmico seleccionado para este proyecto será el mortero de alta conductividad térmica de la marca Tudela Veguín Mastec Geotérmico INGTMP, para proteger las sondas introducidas, proporcionándoles una adecuada durabilidad en el tiempo, así como ofrecer una buena transmisividad térmica entre las mismas y el terreno, evitando a su vez contaminación y alteración de los posibles acuíferos existentes en la zona.

Este mortero tiene las siguientes características:

  • Alta conductividad térmica (> 2 W/mK).
  • Gran fluidez, sin segregación.
  • Especialmente diseñado para aplicaciones geotérmicas.
  • Elevado tiempo de fraguado.
  • Resistencia a ciclos hielo-deshielo.
  • Sulforresistente.
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5.- Determinar las características térmicas del terreno, a través de un Test de Respuesta Térmica (TRT)

Para la realización del TRT se realizó un sondeo geotérmico con el equipo de perforación Soilmec SM-8GT hasta la cota de -127 metros de profundidad.

En este sondeo se colocó una sonda geotérmica Raugeo PE-RC simple U 40mm de 127 m de longitud y se rellenó el espacio entre sonda y terreno con mortero geotérmico de alta conductividad térmica, para después de 7 días ensayar durante 72 horas continuas el comportamiento del terreno en distintos regímenes de trabajo, que nos indicaron las características térmicas del terreno.

Para la realización del TRT se contó con la colaboración de la ingeniería externa Energesis.

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6.- Simulación térmica mediante el empleo de software especializado considerando toda la información anterior

Con los datos obtenidos en el Test de Respuesta Térmica, los parámetros de cálculo considerados, y mediante el software específico para cálculo de instalaciones geotérmicas Earth Energy Designer (EED) se obtienen diferentes hipótesis de diseño del campo de captación geotérmico, entre las que se seleccionará la más adecuada para el proyecto.

Esta gráfica muestra la acotación de temperaturas de trabajo admisibles para determinar la longitud del sondeo.

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La siguiente gráfica representa las temperaturas del fluido calor portador a lo largo de los años y para cada proceso de calefacción y refrigeración, confirmando que siempre estarán dentro de los valores idóneos de funcionamiento de la instalación a lo largo del tiempo.

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7.- Informe final con el diseño de la solución técnica más eficiente para la ejecución de la instalación geotérmica

Una vez interpretados los resultados y gráficas obtenidas se puede concluir que con el diseño del intercambiador propuesto se consigue un equilibrio térmico con el terreno, manteniendo condiciones óptimas durante todo el funcionamiento del sistema, con:

  • 1 perforación de 125 m con sondas simple U 40x3,7 mm PE-100-RC.

Llegado este punto ya estaría completamente definida toda la instalación geotérmica, desde los materiales, equipos de sala técnica, esquema de principio, longitudes de perforación de cada sondeo, etc. Para poder preparar el Proyecto de Climatización correspondiente, así como el Proyecto de Perforaciones Geotérmicas.

El proyecto ‘Cortijo Norte de Vía Célere’ que nombramos como ejemplo supondrá entre otros valores:

  • 312 instalaciones geotérmicas individuales que dotarán de calefacción, refrigeración y ACS a cada una de las viviendas de la promoción con la mejor calificación energética A.
  • 2.176,34 kW de potencia térmica instalada en total > 2 MW.
  • Reducción de emisiones de 618.537,56 kgCO2/año en comparación con un sistema convencional alternativo de Gas Natural y paneles solar térmicos para la generación de la calefacción y el ACS de las 312 viviendas.
  • Instalación del sistema de climatización más respetuoso con el medio ambiente, dentro de un enclave natural privilegiado como es la Cuenca Alta del Guadarrama, espacio protegido por la Red Natura 2000.
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Groen Energía S.L.

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