04 julio 2010

Tecnología innovadora: Geotermia en aplicaciones de frío

Un nuevo artículo centrado en la descripción de tecnologías emergentes en el sector del frío, y en esta ocasión hablamos de las aplicaciones de la geotermia en climatización. .
La energía geotérmica se ha usado en refrigeración desde hace tiempo, en forma de bombas de calor geotérmicas reversibles. Las primeras instalaciones proceden de finales de los años 40, donde la bomba de calor actuaba en verano como máquina de enfriamiento y vaciaba el calor en el sistema geotérmico. La ventaja aquí es una eficiencia mucho mayor que cuando el calor se vierte en el aire atmosférico. En Canadá y USA esta tecnología es muy popular bajo el nombre de “geoexchange system”. .
A mediados de los 80, la idea de enfriamiento directo se describió en Suiza y se ensayó en Alemania. Aquí las regiones más frías en la parte superior de la corteza de la tierra (a unos 100 m de profundidad) se usan como sumidero directo, junto con unidades de fan coil, techos fríos, etc., aceptando temperaturas de enfriamiento de hasta 18 ºC. Esta tecnología puede no proporcionar dehumidificación del aire frío por lo que está restringida a ser usada en climas no demasiado húmedos, o requieren dehumidificación adicional. Actualmente, la mayoría de las bombas de calor geotérmicas en aplicaciones comerciales (oficinas, etc.) usan una de estas opciones, y también un número creciente de instalaciones en el sector residencial. .
Un nuevo uso de enfriamiento en combinación con la tecnología geotérmica ha sido demostrado en Renewable Energy House en Bruselas, donde los intercambiadores de calor del hueco taladrado para un sistema de bomba de calor geotérmica actúa como un sumidero de calor para re-enfriamiento del condensador de un sistema de enfriamiento de absorción solar. .
Existe muy buen potencial para los sistemas más grandes que pueden utilizar enfriamiento por absorción geotérmico. El calor geotérmico aquí es la energía impulsada por una enfriadora de absorción. La tecnología básica existe, sin embargo, los conceptos del sistema están todavía bajo desarrollo, y tan solo hay hasta ahora algunas plantas de demostración (en Europa por ahora). Con esta tecnología innovadora, un nuevo mercado para las aplicaciones geotérmicas puede abrirse, y los sistemas de calefacción geotérmicos pueden mejorarse y usar el calor también en verano. .
Tecnología de enfriamiento por absorción geotérmica .
El enfriamiento por absorción impulsado por la energía geotérmica puede cubrir cargas de enfriamiento; re-enfriamiento del condensador por aire o UTES. .
Las máquinas de enfriamiento por absorción son frecuentes, y utilizan el calor no necesario en verano para proporcionar frío. Esta tecnología está disponible con temperaturas de red por encima de 90 ºC. La mayoría de las máquinas de absorción requieren aproximadamente 90 ºC y más como energía de activación. .
En la mayoría de los sistemas de calentamiento geotérmico los niveles de temperatura son inferiores, en el rango de 70 – 90 ºC. Esto es debido a que las temperaturas predominantes en los acuíferos geotérmicos usados para este propósito en Francia, Alemania, Polonia, Hungría y otros. Por ello el enfriamiento por absorción geotérmica necesita o temperatura geotérmica inicial alta, o sistemas adaptados funcionando con temperaturas más bajas y con sistemas de re-enfriamiento eficientes. .
El ciclo de absorción es un proceso por el cual el efecto de refrigeración se produce a través de dos fluidos y alguna cantidad de calor de entrada, en vez de la alimentación eléctrica del más familiar ciclo de compresión de vapor. Tanto el ciclos de absorción como de compresión llevan a cabo la retirada del calor a través de la evaporación de un refrigerante a baja presión y el rechazo de calor a través de la condensación del refrigerante a una presión más alta. .
El método de crear la diferencia de presión y circulación del refrigerante es la principal diferencia entre los dos ciclos. El ciclo de compresión de vapor emplea un compresor mecánico para crear las diferencias de presión entre los dos ciclos. El ciclo de compresión de vapor emplea un compresor mecánico para crear las diferencias de presión necesarias para circular el refrigerante. En el sistema de absorción, un fluido secundario o absorbente se usa para hacer circular el refrigerante. Debido a que los requerimientos de temperatura para el ciclo caen en el rango de temperatura bajo a moderado, hay un potencial de ahorro en energía eléctrica, por lo que la temperatura de absorción parece bien interesante para las aplicaciones geotérmicas. .
Las máquinas de absorción están hoy en día comercialmente disponibles en dos configuraciones básicas. Para aplicaciones por encima de 15 ºC (principalmente aire acondicionado), el ciclo usa bromuro de líquido como absorbente y agua como refrigerante. Para aplicaciones por debajo de 15 ºC, se emplea un ciclo amoniaco/agua con amoniaco como refrigerante y agua como absorbente. .
Hay algunas restricciones de diseño para la adopción de enfriamiento por absorción geotérmica, así que es necesario evaluar los siguientes factores cuando se consideran tales aplicaciones para el acondicionamiento de espacios: .
  • Temperatura del recurso: Con temperaturas del recurso inferiores a 100 ºC deben aplicarse consideraciones especiales. Si se requiere refrigeración a baja temperatura se requiere una temperatura del recurso muy alta o diseños en dos etapas.
  • Requerimientos del agua caliente de la máquina de absorción comparados con los requerimientos de caudal para calentamiento de espacios: Los costes de bombeo se aplicarán a la máquina de absorción.
  • Capacidad de absorción requerida: Las máquinas más grandes tienen menores costes de capital en una base €/kw.
  • Carga de enfriamiento anual para acondicionamiento de espacios: Cuanto mayor sea el uso del equipo más rápido es el payback.
  • Energía de bombeo del recurso geotérmico: La potencia necesaria para el bombeo puede ser aproximadamente el 50 % del consumo de la enfriadora eléctrica de alta eficiencia.

Mercado potencial

El uso de la energía geotérmica para propósitos de enfriamiento tiene unas buenas perspectivas, especialmente en las regiones más calurosas de Estados Unidos. Como la producción de energía geotérmica de baja temperatura, el enfriamiento por absorción lo térmico está restringido a las arias cuyos recursos geotérmicos son de 100º C o más. .

En Europa las oportunidades de alta entalpía están limitadas a las siguientes regiones:

  • Dentro del territorio de la Unión Europea: Italia, Grecia, DOM-TOM francés, islas canarias españolas y las Azores en Portugal.
  • Resto de Europa: Islandia y Turquía.

En todas estas aplicaciones con temperaturas por encima de los 100 ºC puede surgir un conflicto con la producción de energía geotérmica, ya que la misma cantidad de fluido geotérmico sólo puede ser utilizada para producir energía eléctrica o frío al mismo tiempo. No surgen conflictos en los campos geotérmicos de alta temperatura, donde la temperatura del fluido después de la conversión a energía eléctrica todavía es lo bastante alta como para hacer funcionar las enfriador de absorción. Otra opción es desarrollar enfriadores de absorción que puedan proporcionar alta eficiencia en el rango de 70-80 ºC. Este tipo de máquinas también pueden usarse muy eficientemente obteniendo el calor del sol o los residuos..

Comparada con el enfriamiento convencional e incluso con el enfriamiento con bombas de calor geotérmicas reversibles, el enfriamiento por absorción geotérmico tiene las mismas ventajas ecológicas que el enfriamiento directo desde plantas geotérmicas poco profundas. La ventaja técnica sobre la tecnología poco profunda es que con el enfriamiento por absorción, es posible la deshumidificación y pueden cubrirse cargas mucho más altas. .

Bibliografía: Innovative applications geothermal utilisation for cooling. EGEC – European Geothermal Energy Council Palabras clave: Reversible geothermal heat pump, geothermal absorption cooling

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