¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica y los tipos de energía geotérmica?

¿Qué son las bombas de calor geotérmicas?

La energía geotérmica ha permitido a muchos calentar sus casas en invierno, refrescarlas en verano y proporcionar abundante agua caliente durante todo el año, al tiempo que se reducen 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 bajo la tierra (independientemente de la estación del año) para calentar y enfriar edificios. A pocos metros bajo tierra, la tierra tiene una temperatura constante de entre 50 y 60 grados Fahrenheit. La temperatura bajo la tierra es más cálida que el aire que circula por encima de ella durante el invierno y más fresca durante el verano. La bomba de calor geotérmica se combina a veces con la calefacción solar para desarrollar el sistema 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 acoplamiento de tierras. 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 de la tierra con el propósito de producir electricidad.

Las bombas de calor geotérmicas aprovechan esta energía del subsuelo y aprovechan este recurso para la calefacción y refrigeración de edificios.

Las bombas de calor geotérmicas (a veces denominadas Geoexchange, bombas de calor de fuente de agua), han estado en uso desde 1940. Las bombas de calor geotérmicas utilizan el calor bajo la corteza terrestre para calentar casas y oficinas durante el invierno, en lugar de la temperatura del aire exterior.

Durante el invierno, el calor bajo la tierra se utiliza como medio para calentar las casas, ya que el calor es extraído del intercambiador de calor por el sistema de bomba de calor y es bombeado al sistema de suministro de aire interior.

Durante el verano, el proceso se invierte a medida que 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: “vapor seco”, “vapor flash” y “centrales eléctricas de ciclo binario”.

¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?

La calefacción y la refrigeración se realizan mediante un sistema de bomba de calor geotérmica, que consta de tres partes principales: la unidad de la 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 tubos conocidos como bucles, que se instalan a unos pocos pies debajo de la tierra cerca del edificio. Un fluido (una combinación de agua y anticongelante) circula a través de la serie de tuberías para aspirar o diseminar el calor en el suelo. Por lo general, el líquido se mezcla con anticongelante para evitar la congelación durante el invierno.

El funcionamiento de una bomba de calor geotérmica tiene mucho en común con un refrigerador. Un refrigerador hace que un lugar frío (el interior del refrigerador) sea mucho más frío 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 caliente y cómoda. 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 puede ser utilizado para calentar agua, proporcionando a los propietarios agua caliente gratis 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 libre del suelo. También funcionan con la máxima eficiencia al enfriar su hogar. La operación eficiente es buena para el propietario ya que ahorra energía, dinero y minimiza la degradación ambiental a través de la contaminación.

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

Tipos de bombas de calor geotérmicas

Los sistemas de bombas de calor geotérmicas se presentan en 4 tipos principales: sistemas de circuito cerrado, sistemas de circuito abierto, sistemas de estanques o lagos y sistemas híbridos. Los sistemas de bucle cerrado se subdividen a su vez en dos: horizontal y vertical. Veámoslos en detalle:

  1. Sistemas de circuito cerrado

Los sistemas de bucle cerrado están hechos de bucles plásticos pesados que permiten que el líquido circule a través de ellos. Los lazos cerrados son típicamente enterrados a unos pocos pies bajo la tierra, o sumergidos en un cuerpo de agua. El sistema de circuito cerrado consiste en 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 bucle cerrado se subdivide en;

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  • Lazo cerrado horizontal

Estos tipos de sistemas de circuito cerrado son ideales para grandes extensiones de terreno. Son rentables y se instalan comúnmente en zonas residenciales, sobre todo en nuevas construcciones donde se dispone de terrenos adecuados. Los sistemas de lazo cerrado horizontal necesitan zanjas de al menos cuatro pies de profundidad. Existen diferentes configuraciones de bucles cerrados horizontales, pero los más predominantes utilizan dos tubos. 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, a 5 pies bajo el suelo, en una zanja de 2 pies de ancho. Este tipo de bucle permite la instalación de más tubos 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.

  • Lazo cerrado vertical

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 permite la instalación en bucle horizontal. Los bucles cerrados verticales también se aplican en áreas donde el suelo no es lo suficientemente profundo para zanjas, y son ventajosos ya que reducen el impacto en el paisajismo. Para este tipo de bomba de calor geotérmica, dos ansas verticales dobladas en forma de U se colocan en pequeños agujeros (de cuatro pulgadas de diámetro, de 100 a 400 pies de profundidad y a 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 bajo este cuerpo de agua. Las tuberías en espiral se instalan debajo del cuerpo de agua por lo menos a ocho pies de profundidad para mitigar la posibilidad de congelación. Sin embargo, el estanque o lago debe cumplir ciertos criterios en cuanto a los requisitos mínimos de volumen, profundidad y calidad antes de que pueda ser considerado una ubicación privilegiada para la bomba de calor geotérmica.

  1. Sistemas de bucle abierto

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

  1. Sistemas híbridos

El sistema híbrido es una mezcla 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 del todo equilibrada, ya que la refrigeración dicta los procedimientos en numerosas ocasiones debido a las ganancias internas. En lugar de aumentar el tamaño del intercambiador de calor para que se ajuste a una mayor carga de enfriamiento, se remodela para que se ajuste a la carga de calentamiento, y se incorpora un rechazador de calor en el sistema. Los sistemas híbridos siguen eliminando las calderas y el uso de combustibles fósiles, a la vez que reducen al mínimo la superficie terrestre y los costes iniciales necesarios para instalar el intercambiador de calor terrestre.

Los beneficios de los sistemas de bombas de calor geotérmicas 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 lazos vienen con una notable garantía de 56 años. Esta garantía a largo plazo por sí sola subraya el hecho de que usted puede disfrutar de los beneficios de la energía geotérmica por el resto de su vida.

Referencias:energysavers
pixabay

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