PILOTES TERMOACTIVOS PROCESO CONSTRUCTIVO Y CARACTERIZACIÓN TÉRMICA

I CONGRESO DE ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA EDIFICACIÓN Y LA INDUSTRIA Madrid, 15 - 16 de octubre del 2008

La CIMENTACIÓN TERMOACTIVA es una tecnología aplicable a los elementos de las estructuras de hormigón armado de las cimentaciones, “PILOTES” “PANTALLAS” y “LOSAS”, para la obtención de energía para climatización de edificios a partir del subsuelo. Se basa en el aprovechamiento de la temperatura del terreno para aumentar el rendimiento de las “bombas de calor” BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICO Éstas funcionan básicamente en dos condiciones: Modo calefacción. Transfieren calor del subsuelo al edificio. Modo refrigeración. Actúan a la inversa, eliminan el calor que genera el edificio conduciéndolo al subsuelo.

La primera línea de actuación desarrollada por ENERGESIS y RODIO, dentro de las instalaciones de ahorro y aprovechamiento energético mediante el uso de la Energía Geotérmica para edificaciones, asociadas a las cimentaciones, ha sido la de los “Pilotes Termoactivos”. Dentro de esta línea se han realizado pruebas con dos tipos de pilote:
Pilote Termoactivo hormigonado “in situ”
Pilote Termoactivo prefabricado hincado

PILOTE TERMOACTIVO HORMIGONADO “IN SITU” PROCESO CONSTRUCTIVO CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO Litología: Gravas y arenas con intercalaciones de niveles limoarcillosos con arenas Nivel freático: - 5,50 m Calidad del agua: Débilmente agresiva por sulfatos (Qa)

CARACTERÍSTICAS DEL PILOTE Tipo de pilote: Hormigonado “in Situ” Perforación: Barrena Helicoidal Diámetro perforación: 620 mm Profundidad de perforación: 24 m Armadura: 2 tramos de 12 m, con solape de 1 m Sondas geotérmicas: 2 sondas de 32x2,9 mm Profundidad efectiva de transmisión del calor: 23 metros Equipo de perforación: CM-70 Bomba de hormigonado: Putzmeister Introducción de la armadura: Vibrador

PILOTE TERMOACTIVO HORMIGONADO “IN SITU” CARACTERIZACIÓN TÉRMICA TIPO DE ENSAYO: Inyección térmica a potencia constante “modo refrigeración” ENSAYO 1

ENSAYO 2 m3/h

Flujo de agua inyectado  0,3 m /h Salto té térmico mantenido  3 ºC Potencia inyectada  1.391,63 W Potencia inyectada por metro de pilote  60,50 W/m Tiempo de ensayo  126 horas

Flujo de agua inyectado  0,6 m3/h Salto té térmico mantenido  3 ºC Potencia inyectada  2.087,45 W Potencia inyectada por metro de pilote  90,75 W/m Tiempo de ensayo  71,20 horas

… Ensayo 1 … Ensayo 2

… Ensayo 1 … Ensayo 2

Potencia inyectada / longitud pilote

Evolución de la temperatura media

PILOTE TERMOACTIVO PREFABRICADO HINCADO PROCESO CONSTRUCTIVO CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO Litología: Depósitos aluviales finos, limos arenosos, y gruesos, gravas y bolos. Nivel freático: - 5,00 m Calidad del agua: No agresiva

CARACTERÍSTICAS DEL PILOTE Tipo de pilote: Prefabricado de sección cuadrada Sección: 300 x 300 mm (CK-300 KRONSA) Longitud: 12 m Armadura: 1 tramo de 12 m, con Azuche y Zuncho Fabricación: Factoría de KRONSA en Algete (Madrid) Sondas geotérmicas por pilote: 1 sonda de 32x2,9 mm Pilotes hincados: 4 ud Pilotes ensayados: 3 pilotes de los 4 hincados del encepado Profundidad efectiva de transmisión del calor: 3 x 11,5 = 34,5 m Distancia entre centros de pilote: 1 m Equipo de hinca: JUNTTAN PM 25 Martillo: 9 t

PILOTE TERMOACTIVO PREFABRICADO HINCADO CARACTERIZACIÓN TÉRMICA TIPO DE ENSAYO: Inyección / extracción a potencia constante ENSAYO 1.- INYECCIÓN m3/h

Flujo de agua inyectado  0,6 m /h Salto té térmico mantenido  3 ºC Potencia inyectada  2.087,45 W Potencia inyectada por metro de pilote  60,49 W/m Tiempo de ensayo  69,5 horas

ENSAYO 2.- EXTRACCIÓN Flujo de agua inyectado  0,3 m3/h Salto té térmico mantenido  3 ºC Potencia inyectada  1.045,00 W Potencia inyectada por metro de pilote  30,28 W/m Tiempo de ensayo  63,5 horas

T terreno

T ambiente T ambiente

Evolución de la temperatura media. Inyección

T terreno

Evolución de la temperatura media. Extracción

CONCLUSIONES PILOTE TERMOACTIVO HORMIGONADO “IN SITU” Para una potencia inyectada de 60 W/m, la pendiente de la curva se va aproximando a una horizontal a medida que evoluciona el tiempo, en consecuencia el pilote es capaz de absorber la potencia de 60 W/m de una manera satisfactoria a lo largo de un pulso sostenido de inyección de calor de más de 4 días, obteniéndose unas temperaturas de trabajo en un rango inferior a 30 ºC, muy satisfactorios para el rendimiento de un sistema basado en bombas de calor. Para una potencia inyectada de 90 W/m las temperaturas obtenidas muestran una más rápida saturación térmica del pilote, por lo que se obtienen unas temperaturas de trabajo de bomba de calor menos eficientes.

PILOTE TERMOACTIVO PREFABRICADO HINCADO En la tipología de pilotes prefabricados, como tienen poca profundidad efectiva (unos 12 m), el intercambio de calor se ve condicionado por la evolución de la temperatura ambiente. La selección de los ratios de potencia inyectada para cada ensayo se ha realizado con los siguientes criterios: • 60 W/m en condiciones de temperatura ambiente favorable “modo refrigeración” (inyección) • 30 W/m en condiciones de temperatura ambiente desfavorable “modo calefacción” (extracción) En el ensayo de inyección la pendiente de la curva de la temperatura media de entrada y salida se va aproximando a una horizontal, estabilizándose, lo que demuestra que el pilote es capaz de absorber los 60 W/m inyectados. En el ensayo de extracción tampoco se observa saturación térmica del terreno para una potencia de 30 W/m, aunque la pendiente de la curva tarda más tiempo en estabilizarse.

CONSIDERACIONES FINALES Aunque el ajuste de los datos obtenidos en la presente serie de ensayos muestra cierta equivalencia en el funcionamiento de los pilotes y los sondeos usuales en geotermia, sería necesario realizar más pruebas con pilotes similares en terrenos con diferentes características térmicas, para poder verificar este punto. Los valores obtenidos en los ensayos dependen directamente tanto de la conductividad del terreno, como de la temperatura no alterada de éste. En un diseño a escala real de una obra cimentada mediante tecnología de PILOTES TERMOACTIVOS, es preciso tener en cuenta la afectación térmica producida por los pilotes circundantes para evaluar la capacidad de absorción térmica de la estructura a largo plazo. La incidencia de la instalación de las sondas geotérmicas en la capacidad de un pilote por carga axial no es significativa.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

I CONGRESO DE ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA EDIFICACIÓN Y LA INDUSTRIA Madrid, 15 - 16 de octubre del 2008