Cómo funciona una bomba de calor geotérmica y tipos de bombas de calor geotérmicas

La energía geotérmica ha permitido a muchos calentar sus hogares en invierno, enfriarlos en verano y proporcionar abundante agua caliente durante todo el año, al mismo tiempo que ha reducido drásticamente las facturas de servicios públicos hasta en un 80 %. La pregunta clave es: ¿cómo se puede aprovechar esta abundante energía para realizar la función de calefacción y refrigeración? La respuesta: instalar bombas de calor geotérmicas.

Las bombas de calor geotérmicas son tecnologías que aprovechan la temperatura casi constante debajo de la tierra (independientemente de la estación) para calentar y enfriar edificios. A solo unos metros bajo tierra, la tierra tiene una temperatura constante de entre 50 y 60 grados Fahrenheit. La temperatura debajo de la tierra es más cálida que la del aire que circula por encima durante el invierno y más fresca durante el verano. La bomba de calor geotérmica a veces se combina con la calefacción solar para desarrollar geosolar, un sistema con una eficiencia mucho mayor. Las bombas de calor geotérmicas se conocen con diferentes nombres, como sistemas de energía terrestre, bombas de calor geotérmicas, geointercambio y acopladas a tierra. Estos nombres dependen de la región en la que te quedes y del campo de estudio. Las comunidades científicas y de ingeniería prefieren llamarlas bombas de calor de fuente terrestre y geointercambio para aliviar la confusión con la energía geotérmica convencional, que extrae agua caliente a varios pies de profundidad en la tierra con el fin de producir electricidad.

Las bombas de calor geotérmicas aprovechan esta energía debajo de la tierra y aprovechan este recurso para calentar y enfriar edificios.

Las bombas de calor geotérmicas (a veces denominadas Geoexchange, bombas de calor de fuente de agua) se han utilizado desde la década de 1940. Las bombas de calor geotérmicas utilizan el calor debajo de la corteza terrestre para calentar hogares y oficinas durante el invierno en lugar de la temperatura del aire exterior.

Durante el invierno, el calor debajo de la tierra se usa como medio para calentar los hogares, ya que el sistema de bomba de calor extrae el calor del intercambiador de calor y lo bombea al sistema de suministro de aire interior.

Durante el verano, el proceso se invierte cuando la bomba de calor mueve el calor del aire interior al intercambiador de calor. El calor extraído por la bomba de calor también se puede utilizar para calentar agua, proporcionando una fuente de agua caliente durante el verano.

Los tres diseños principales de centrales eléctricas que utilizan la geotermia como fuente de energía son: centrales eléctricas de «vapor seco», «vapor flash» y «ciclo binario».

¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?

La calefacción y la refrigeración se consiguen mediante un sistema de bomba de calor geotérmica, que consta de tres partes principales: la unidad de bomba de calor, el intercambiador de calor del suelo y el sistema de suministro de aire o conductos. El intercambiador de calor comprende una serie de tuberías conocidas como bucle, que se instala unos metros debajo de la tierra cerca del edificio. Un fluido (una combinación de agua y anticongelante) circula a través de la serie de tuberías para absorber o diseminar el calor hacia el suelo. El líquido generalmente se mezcla con anticongelante para evitar la congelación durante el invierno.

El funcionamiento de una bomba de calor geotérmica tiene mucho en común con el de un frigorífico. Un refrigerador hace que un lugar fresco (el interior del refrigerador) sea mucho más fresco al transmitir calor a un lugar significativamente cálido (el área que rodea el interior del refrigerador), lo que permite que se caliente.

Durante el invierno, la bomba de calor geotérmica extrae el calor del intercambiador de calor del suelo y lo canaliza al sistema de transferencia de aire del edificio, que mantiene la casa cálida y confortable. Durante el verano, el ciclo se invierte. La bomba de calor geotérmica extrae el calor del aire del interior del edificio y lo transfiere al intercambiador de calor del suelo. El intercambiador de calor vierte el calor en la tierra. El calor extraído del interior del edificio en el verano se puede utilizar para calentar agua, proporcionando agua caliente gratuita a los propietarios durante todo el verano.

Las bombas de calor geotérmicas son mucho más ventajosas que los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración porque aprovechan el calor natural y gratuito bajo tierra. También funcionan con la máxima eficiencia al enfriar su hogar. La operación eficiente es buena para el dueño de la casa, ya que ahorra energía, dinero y minimiza la degradación ambiental a través de la contaminación.

Las bombas de calor geotérmicas no solo ahorran energía y dinero, sino que también ayudan a reducir la contaminación del aire. También son más eficientes en la refrigeración de la casa.

Tipos de bombas de calor geotérmicas

Los sistemas de bomba de calor geotérmica vienen en 4 tipos principales; sistemas de lazo cerrado, sistemas de lazo abierto, sistemas de estanques o lagos y sistemas híbridos. Los sistemas de bucle cerrado se subdividen en dos: horizontal y vertical. Veámoslos en detalle:

  1. Sistemas de circuito cerrado

Los sistemas de circuito cerrado están hechos de bucles de plástico pesado que permiten que el líquido circule. Los circuitos cerrados generalmente están enterrados a unos pocos pies debajo del suelo o sumergidos en un cuerpo de agua. El sistema de circuito cerrado consta de un intercambiador de calor, que coordina el intercambio de calor entre el refrigerante, el fluido y la bomba de calor en el circuito cerrado. El sistema de circuito cerrado se subdivide en;

Estos tipos de sistemas de circuito cerrado son ideales para grandes áreas de terreno. Son rentables y se instalan comúnmente en áreas residenciales, más aún para nuevas construcciones donde hay suficiente terreno disponible. Los sistemas de circuito cerrado horizontales necesitan zanjas de al menos cuatro pies de profundidad. Existen diferentes configuraciones de circuitos cerrados horizontales, pero la más predominante utiliza dos tuberías. La primera tubería normalmente está enterrada a unos seis pies bajo tierra, mientras que la otra a cuatro pies. Otra configuración popular utiliza dos tuberías colocadas una al lado de la otra, 5 pies por debajo del suelo, en una zanja de dos pies de ancho. Este tipo de bucle permite la instalación de más tuberías dentro de una zanja estrecha y más corta, lo que minimiza en gran medida los costos de instalación y permite la instalación horizontal en sitios que no son adecuados para las aplicaciones horizontales tradicionales.

Los sistemas de circuito cerrado vertical son populares en oficinas, escuelas y establecimientos comerciales donde el espacio es bastante limitado. Esencialmente, el tamaño del terreno no puede permitir la instalación de bucles horizontales. Los bucles cerrados verticales también se aplican en áreas donde el suelo no es lo suficientemente profundo para abrir zanjas, y son ventajosos porque reducen el impacto en el paisajismo. Para este tipo de bomba de calor geotérmica, dos bucles verticales que están doblados en forma de U se colocan en pequeños orificios (cuatro pulgadas de diámetro, 100 a 400 pies de profundidad y 2 pies de distancia) en el suelo. Estos bucles verticales se conectan entre sí mediante bucles horizontales.

  1. Sistema de estanque o lago

La mayoría de las propiedades tienen un estanque o lago cerca. Se puede instalar un sistema cerrado debajo de este cuerpo de agua. Las tuberías enrolladas se instalan debajo del cuerpo de agua al menos ocho pies por debajo para mitigar la posibilidad de congelamiento. Sin embargo, el estanque o lago debe cumplir ciertos criterios con respecto a los requisitos mínimos de volumen, profundidad y calidad antes de que pueda considerarse una ubicación privilegiada para la bomba de calor geotérmica.

  1. Sistemas de lazo abierto

Este tipo de bomba de calor geotérmica es ideal para aquellos con suficiente suministro de agua subterránea. Utiliza esta agua subterránea como un intercambiador de calor del suelo y navega por todo el sistema. Se transfiere de vuelta al suelo por un medio llamado recarga de superficie o recarga de pozo. Cuando busque comprar una bomba de calor geotérmica de circuito abierto, asegúrese de tener un suministro de agua subterránea limpio y suficiente, ya que es un requisito del código y la regulación local.

  1. Sistemas híbridos

El sistema híbrido es una combinación de bomba de calor geotérmica y bombas de calor de fuente de aire para ofrecer un sistema rentable y altamente eficiente. Aprovechan el hecho de que la configuración de las cargas de calefacción y refrigeración no está completamente equilibrada, y la refrigeración dicta los procedimientos en numerosas ocasiones debido a las ganancias internas. En lugar de aumentar el tamaño del intercambiador de calor para adaptarse a una mayor carga de refrigeración, se remodela para adaptarse a la carga de calefacción y se incorpora un disipador de calor al sistema. Los sistemas híbridos aún se deshacen de las calderas y el uso de combustibles fósiles, al tiempo que minimizan el área de terreno y los costos iniciales necesarios para instalar el intercambiador de calor del suelo.

Los beneficios de los sistemas de bomba de calor geotérmica son abrumadores. Para empezar, utilizan una fuente de energía renovable, que es el calor que se produce naturalmente bajo tierra. Este calor no se ve afectado por las estaciones, lo que significa que estará disponible hasta el final de los tiempos. La energía también es verde y limpia, lo que significa que no tendrá que preocuparse por la contaminación del aire que contribuye a enfermedades respiratorias mortales. Sobre todo, los sistemas geotérmicos son excepcionalmente duraderos. Pueden durar más de 50 años y los bucles vienen con una extraordinaria garantía de 56 años. Esta garantía a largo plazo por sí sola subraya el hecho de que puede disfrutar de los beneficios de la energía geotérmica por el resto de su vida.

Referencias: ahorradores de energía
Crédito de la imagen: pixabay

Author: poweb

Diseñador web, siempre he querido poner mi granito de arena para la conservación del planeta. Lo intento con esta web y algunas otras.

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