Una bomba de calor geotérmica de intercambio directo (DX) es un tipo de bomba de calor de fuente terrestre (o bomba de calor de fuente terrestre) en la que el refrigerante circula a través de tubos de cobre colocados en el suelo a diferencia de otras bombas de calor de fuente terrestre donde el refrigerante está restringido a la propia bomba de calor. con un bucle secundario en el suelo relleno con una mezcla de agua y anticongelante. [1]
La simplicidad de los diseños DX es que se pueden lograr altas eficiencias utilizando una cantidad cada vez más pequeña de tubería enterrada, lo que reduce tanto el espacio ocupado como el costo de instalación. [2] La desventaja es que usan considerablemente más refrigerante que otros diseños, cuyo uso está restringido debido a preocupaciones ambientales e impactos climáticos .
Otras denominaciones
La tecnología tiene muchos otros nombres y designaciones diferentes:
- Bomba de calor geotérmica de intercambio directo
- DX
- Bombas de calor Direct Geoexchange - actualmente [ ¿cuándo? ] utilizado por el Instituto de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración (AHRI) y se abrevia DGX
- Bombas de calor de fuente terrestre de expansión directa: actualmente [ ¿cuándo? ] utilizado por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE)
- Bombas de calor geotérmicas directas
- Sistemas geotérmicos a base de refrigerante
Historia
La primera bomba de calor geotérmica fue un sistema DX construido a fines de la década de 1940 por Robert C. Webber. [3] Utilizaba gas freón y tubería de cobre enterrada para aumentar la eficiencia.
Más tarde [ ¿cuándo? ] Los diseños de bombas de calor geotérmicas comenzaron a incorporar un circuito de tubería de plástico adicional para hacer circular agua en pozos profundos en un esfuerzo por recolectar suficiente calor para grandes aplicaciones industriales, como plantas de cemento. Por lo tanto, la tecnología de fuentes de agua avanzó debido al interés industrial, mientras que DX, más adecuado para proyectos residenciales y comerciales ligeros, como pequeñas empresas y hogares privados, se quedó atrás. [ cita requerida ]
Si bien la tecnología se expandía en los años 80 y 90, varios de los primeros fabricantes enfrentaron problemas con el sistema de gestión de aceite y refrigerante. El retorno de aceite fue especialmente un desafío con el sistema antiguo que usaba refrigerante R22 y aceites minerales, después de la prohibición de los refrigerantes CFC . Esto se debe a que el R22 y el aceite mineral se separan en dos fases en el rango operativo, lo que puede causar problemas de retorno en sistemas diseñados incorrectamente. [4] Hoy en día [ ¿cuándo? ] Los sistemas geotérmicos utilizan aceite de poliolester (POE) y refrigerante R-410A. El aceite POE y el R-410A se mezclan muy bien, lo que se traduce en características superiores de retorno de aceite. [ cita requerida ]
En 2016 se sugirió que solo una minoría de los sistemas futuros usarían tecnología DX. [5]
Principios de funcionamiento
Las bombas de calor de intercambio directo son sistemas geotérmicos de circuito cerrado que dependen de tuberías de cobre (¼ ”a 1-1 / 8”) para intercambiar calor con la tierra. Los tubos de cobre se colocan en el suelo y forman un circuito de tierra, a veces también denominado circuito de tierra o circuito de refrigerante, donde el refrigerante en circulación experimenta una transición de fase al intercambiar calor con el suelo: en el modo de calefacción, absorbe calor y cambia de líquido a gas (evaporación), mientras que en modo enfriamiento emite calor y cambia de gas a líquido (condensación).
Aplicaciones
Los sistemas de intercambio directo son sistemas basados en refrigerante bastante simples y operan sin requerir agentes anticongelantes, lavado del sistema, bomba de circulación, perforación de pozos de agua o plomería. Los sistemas geotérmicos de intercambio directo son los sistemas geotérmicos menos invasivos y presentan un tamaño de circuito de tierra pequeño. Debido a eso, se pueden instalar en áreas relativamente pequeñas y en suelos relativamente poco profundos; la profundidad de circuito típica no excede los 100 pies lineales. [ cita requerida ] La compacidad de los sistemas de circuito de tierra, que requieren menos perforación y un pozo más pequeño, compensa un sistema más simple que es más barato y más rápido de instalar. [ cita requerida ]
Uso de cobre
Los sistemas de intercambio directo utilizan cobre porque es un excelente material intercambiador de calor de tierra y fácil de fabricar. Los tubos de cobre son fuertes y dúctiles; resistente a la corrosión; tiene una conductividad térmica muy alta; y está disponible en muchos diámetros diferentes y en bobinas de gran longitud. Las conexiones de cobre se pueden soldar, la tubería se puede doblar y la tubería de cobre está disponible económicamente.
Además, el cobre tiene una larga historia de uso en aire acondicionado y refrigeración , y es el material de elección para el agua potable para líneas de agua enterradas bajo tierra y en edificios.
El cobre se ha utilizado desde la antigüedad en las construcciones arquitectónicas porque es un metal noble, uno de los pocos que se pueden encontrar de forma natural en el suelo. Esto lo convierte en un material duradero, resistente a la intemperie y a la corrosión con una vida útil indefinida en la mayoría de los suelos.
Aunque el cobre se extrae del suelo y es un metal noble y, por lo tanto, es casi completamente impermeable a la corrosión de los suelos que se encuentran en todo el mundo, aún puede sufrir cierta corrosión en suelos anormalmente agresivos. [6] Generalmente se requiere un ambiente oxidante para iniciar la corrosión, y la mayoría de los suelos se están reduciendo, por lo que aportan electrones al cobre y lo protegen contra la corrosión. En aquellas áreas donde pueden existir condiciones corrosivas, el cobre formará naturalmente una película protectora en su superficie que permanece intacta en la mayoría de las condiciones del suelo.
Anticipándose a suelos particularmente corrosivos, los sistemas DX vienen con un sistema de protección catódica . El principio es proteger la superficie del metal de la corrosión convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica. En ese proceso, el metal, el cobre, se conecta a un metal de sacrificio que se corroerá en su lugar. La corrosión de los metales es un proceso electroquímico de deterioro que resulta de la pérdida de electrones que reaccionan con el agua y / o el oxígeno. A medida que la corriente fluye desde el sistema de protección de bucle de tierra, la superficie metálica a proteger recibe un potencial eléctrico negativo uniforme que evita la corrosión de los bucles de tierra, incluso en entornos hostiles.
Configuración de bucle de tierra
El sistema de bucle de tierra se puede instalar en varias configuraciones diferentes. Las tres configuraciones más comunes son:
- Vertical
- Diagonal
- Horizontal
Las configuraciones diagonales y verticales generalmente requieren la instalación de perforación y lechada en orificios perforados. La lechada vuelve a sellar la tierra debajo de la superficie para que no se interrumpan los acuíferos de agua subterránea natural. Todos los sistemas diagonales y verticales deben cementarse de abajo hacia arriba.
Los sistemas diagonales suelen ocupar un espacio muy reducido.
Las configuraciones horizontales generalmente solo requieren la instalación de zanjas en zanjas excavadas o en un pozo. Los sistemas horizontales no suelen requerir lechada, excepto en el caso de perforación direccional.
Dimensionamiento del sistema
Los sistemas DX se fabrican actualmente en tamaños de 1,5 toneladas (5,25 kW th ) a 15 toneladas (52 kW th ). Los proyectos más grandes se pueden lograr mediante la instalación de varias unidades.
Ver también
Referencias
- ^ "Los tipos de anticongelante utilizados en el fluido de bucle de tierra de la bomba de calor geotérmica" . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
- ^ "Aplicaciones: tubos, tuberías y accesorios: tecnología de refrigeración / calefacción geotérmica de intercambio directo" . www.copper.org . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
- ^ "Acerca de nosotros | ¿Qué es IGSHPA?" . www.igshpa.okstate.edu . Archivado desde el original el 10 de mayo de 2013 . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
- ^ "ACEITE EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN" (PDF) . RSES .
- ^ "Industria geotérmica para ver un rápido crecimiento" . Tecnologías Earthlinked . 2016-11-28 . Consultado el 28 de noviembre de 2016 .
- ^ "Protección y resistencia a la corrosión: condiciones que contribuyen a la corrosión subterránea del cobre" . www.copper.org . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
enlaces externos
- Bombas de calor geotérmicas (Departamento de Energía de EE. UU.)
- Departamento de Energía de EE. UU.
- Organización de intercambio geotérmico (GEO)
- Coalición canadiense de Geoexchange
- Asociación Internacional de Bombas de Calor de Fuente Terrestre (IGSHPA)
- Asociación de bombas de calor de fuente terrestre - Reino Unido
- Instituto de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración (AHRI)
- La Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE)
- Asociación de Desarrollo de Cobre Inc.