Sonda geotérmica

Tipos de Sonda Geotérmica

Una sonda geotérmica, también conocida como circuito de suelo, es un sistema cerrado de tuberías a través del cual circula un fluido para transferir calor. Es un componente esencial de un sistema de bomba de calor geotérmica. Existen varios tipos de sondas geotérmicas, incluyendo:

• Circuito Horizontal

  Un circuito horizontal es un tipo popular de sonda geotérmica debido a su rentabilidad y facilidad de instalación. El sistema implica excavar zanjas en el suelo, donde se colocan tuberías en forma de circuito. Es más eficaz en grandes áreas residenciales con suficiente terreno. El fluido en las tuberías absorbe el calor de la tierra y lo transfiere a un hogar durante el invierno. En verano, el refrigerante de la bomba de calor extrae calor del refrigerante caliente, y el fluido devuelve calor a la tierra.

• Circuito Vertical

  Un circuito vertical es otro tipo común de sonda geotérmica. Es ideal para áreas con espacio limitado, como entornos urbanos. La instalación implica perforar agujeros verticales profundos en el suelo donde se insertan las tuberías en forma de circuito. Este sistema requiere más perforación e inversión que los circuitos horizontales, pero es más eficiente. Al igual que los circuitos horizontales, los circuitos verticales también transfieren calor a un hogar durante el invierno y eliminan calor en verano.

• Circuitos Diagonales

  Los circuitos diagonales son menos comunes y se utilizan principalmente cuando la perforación vertical no es viable debido a obstáculos como rocas o estructuras existentes. El sistema implica perforar en un ángulo diagonal para maximizar el contacto de las tuberías con el suelo. El diseño es similar al de los circuitos verticales, pero las tuberías están posicionadas diagonalmente. Se instalan en áreas donde los circuitos horizontales o verticales no pueden funcionar, lo que hace que el sistema sea más versátil. Al igual que otros circuitos, los circuitos diagonales absorben calor de la tierra en invierno y lo transfieren en verano.

• Circuito Abierto

  Las sondas geotérmicas son sistemas no cerrados, sino que utilizan agua de pozos de agua subterránea existentes. El sistema implica bombear agua subterránea directamente a través de la bomba de calor geotérmica, donde absorbe calor. El agua se devuelve a la tierra a través de un pozo diferente. Los sistemas de circuito abierto son rentables porque no requieren tuberías extensas. También son más eficientes debido a la transferencia directa de agua. Sin embargo, el sistema solo es viable si hay una fuente de agua confiable. Además, los sistemas de circuito abierto pueden no ser tan populares como los sistemas de circuito cerrado debido a preocupaciones sobre la calidad del agua.

Funciones y características de las sondas geotérmicas

Las sondas geotérmicas, también conocidas como circuitos de suelo o sondas geotérmicas, se instalan como parte de un sistema de energía geotérmica. Ayudan a extraer calor de la tierra para proporcionar energía sostenible para lugares residenciales o comerciales. A continuación, se presentan algunas de las funciones de las sondas geotérmicas:

• Intercambio de Calor: Las sondas geotérmicas funcionan como intercambiadores de calor. Absorben calor de la tierra durante el invierno, que luego se transfiere a un edificio para calentarlo. Durante el verano, las sondas disipan el calor de la casa al suelo, manteniéndola fresca.
• Configuración Vertical y Horizontal: Las sondas geotérmicas vienen en diversas configuraciones. Las sondas verticales se instalan profundamente en el suelo donde las temperaturas son más constantes. Por otro lado, las sondas horizontales se disponen en circuitos cerca de la superficie. Ambos tipos de sondas transfieren calor de manera efectiva hacia y desde la tierra.
• Finalización del Circuito: Las sondas son esenciales en la finalización del circuito de transferencia de calor del sistema geotérmico. Una bomba de calor proporciona la energía térmica necesaria para calentar o enfriar un edificio. Sin embargo, la bomba de calor no puede funcionar sin las sondas.
• Amigabilidad Ambiental: Las sondas geotérmicas permiten que los sistemas geotérmicos proporcionen energía limpia. Extraen calor de la tierra sin combustión de combustibles fósiles. Esto ayuda a reducir los gases de efecto invernadero. Las sondas también aseguran que los sistemas geotérmicos sean sostenibles porque utilizan un recurso renovable: el calor de la tierra.
• Eficiencia Energética: Las sondas geotérmicas hacen que los sistemas geotérmicos sean eficientes. Dado que la tierra es un reservorio de temperaturas constantes, los sistemas consumen menos energía que los sistemas HVAC tradicionales. Esto resulta en facturas de servicios públicos más bajas.
• Durabilidad y Bajo Mantenimiento: Las sondas geotérmicas son duraderas. Una vez instaladas, pueden permanecer en su lugar durante décadas. Su durabilidad las convierte en una excelente inversión a largo plazo para cualquier negocio o propietario de vivienda. También requieren poco o ningún mantenimiento. Las sondas están instaladas en un revestimiento de plástico que las protege de la humedad y otros factores ambientales.
• Tamaño y Material: Las sondas geotérmicas están hechas de materiales de alta conductividad como HDPE (polietileno de alta densidad). Esto les permite transferir calor de manera efectiva. Las sondas son largas, y su longitud varía de 100 a 400 pies o más. El tamaño y la profundidad de las sondas dependen del sitio y el edificio que se está calentando o enfriando.

Aplicaciones de las Sondas Geotérmicas

Las sondas geotérmicas se utilizan ampliamente en diversas industrias y aplicaciones. Algunos de los escenarios de uso comunes son:

• Calefacción y Refrigeración Residencial y Comercial

  Las sondas geotérmicas son populares para proporcionar soluciones de calefacción y refrigeración energéticamente eficientes para edificios residenciales y comerciales. Las sondas se instalan en circuitos y se conectan a bombas de calor geotérmicas que transfieren calor desde o hacia la tierra. De esta manera, ofrecen una alternativa a los sistemas HVAC tradicionales. Según el Departamento de Energía de EE. UU., se estima que los edificios que utilizan energía geotérmica consumen entre 30% y 60% menos energía para calefacción y refrigeración en comparación con sistemas convencionales. Esta es una opción atractiva tanto para propietarios de viviendas como para desarrolladores de propiedades comerciales.

• Aplicaciones Agrícolas

  Las industrias agrícolas también aprovechan las sondas geotérmicas. Las utilizan para calefacción de invernaderos, calefacción de establos de ganado y regulación de la temperatura del suelo. Por ejemplo, el invernadero puede calentarse mediante la circulación de agua caliente a través de tuberías instaladas en el suelo. Esto crea un ambiente cálido adecuado para el crecimiento de las plantas. Además, algunas granjas han instalado bombas de calor geotérmicas que utilizan la diferencia de temperatura entre el aire y el suelo para regular condiciones óptimas para animales y cultivos. La Sociedad Americana de Ingenieros Agrícolas y Biológicos estima que un aumento de 20 grados Fahrenheit en la temperatura podría ahorrar entre 10% y 15% de la energía utilizada en la producción de ganado.

• Instalaciones Recreativas

  Las instalaciones recreativas, como spas, resorts y piscinas, utilizan sondas geotérmicas para fines de calefacción. Por ejemplo, calentar una piscina puede ser costoso utilizando métodos tradicionales. Sin embargo, se puede instalar una bomba de calor geotérmica para mantener la temperatura del agua deseada durante todo el año, independientemente de las condiciones climáticas. Esto se debe a que la temperatura del suelo permanece relativamente constante. Además, algunos resorts y spas están ubicados en áreas con alta actividad geotérmica. Aprovechan esta energía directamente utilizando sondas geotérmicas para brindar una experiencia única a los visitantes.

• Lugares Fuera de la Red y Remotos

  Las sondas geotérmicas pueden ser una solución ideal para calefacción y refrigeración en lugares fuera de la red o remotos donde el acceso a fuentes de energía tradicionales es complicado. En tales lugares, se pueden instalar sondas verticales de circuito cerrado para aprovechar la energía renovable de la tierra. Los sistemas proporcionarán entonces calefacción y refrigeración consistentes sin depender de combustibles fósiles u otras fuentes de energía externas. Además, estos sistemas generalmente requieren un mantenimiento mínimo una vez instalados.

Cómo Elegir una Sonda Geotérmica

• Estudio Geológico del Lugar:

  La geología de la tierra donde se encuentra una vivienda afecta cómo se aprovecha la energía geotérmica. Si la tierra tiene buenas rocas, se puede obtener energía del calor en el centro de la Tierra. Pero si las rocas no son adecuadas, un sistema de circuito de suelo, como circuitos verticales u horizontales, es una mejor opción. Funcionan bien sin importar el tipo de roca.

• Escala de Necesidades Energéticas:

  La cantidad de energía que necesita un edificio es importante al elegir una sonda geotérmica. Los grandes edificios requieren más energía, por lo que un circuito vertical perforado profundamente en la tierra satisfaría esas demandas. Los circuitos verticales penetran más en la tierra y utilizan mejor el calor que los circuitos horizontales cerca de la superficie. Para edificios más pequeños, los circuitos horizontales pueden proporcionar suficiente energía sin necesidad de perforaciones más profundas. Evaluar el tamaño de las necesidades de calefacción y refrigeración ayuda a seleccionar el sistema adecuado.

• Espacio disponible en el terreno:

  El espacio disponible en una propiedad también ayuda a decidir el sistema geotérmico. Si la tierra es abierta, se puede instalar un circuito horizontal que funcione bien. Pero si el sitio es limitado, un circuito vertical se ajustaría mejor utilizando el espacio sobre el suelo para bajar a la tierra. Los circuitos verticales requieren menos espacio porque bajan directamente a la tierra a través de pequeños agujeros. Así que tener espacio limitado conduce a elegir sondas verticales en lugar de horizontales que necesitan más terreno.

• Consideraciones de Costo y Presupuesto:

  Los costos iniciales de perforación e instalación varían para sistemas verticales y horizontales. Los circuitos verticales resultan más costosos porque requieren máquinas de perforación profundas. Los circuitos horizontales son más económicos ya que solo penetran a corta distancia bajo tierra. Presupuestar los diferentes costos es importante. Una sonda vertical puede costar más al principio, pero ahorrar dinero a largo plazo mediante una mejor eficiencia energética. Considerar tanto los costos iniciales como los ahorros a largo plazo ayuda a elegir un sistema que encaje con el plan financiero.

• Eficiencia y Rendimiento del Sistema:

  Las sondas verticales suelen superar a las horizontales. Aprovechan las temperaturas subterráneas constantes de la Tierra de manera más consistente, especialmente en climas extremos. Debido a que las sondas verticales alcanzan profundidades mayores, obtienen calor confiable del suelo sin importar cuán caliente o frío esté arriba. Esto hace que los sistemas verticales funcionen mejor a lo largo del tiempo, proporcionando calefacción y refrigeración constantes. No se ven afectados tanto por los cambios de temperatura en la superficie como pueden serlo los circuitos horizontales. Así que, las sondas verticales ofrecen una solución más eficiente para la energía geotérmica.

Preguntas y Respuestas sobre Sondas Geotérmicas

Q1. ¿Qué tan profundas deben ser las sondas geotérmicas?

A1. La profundidad de las sondas geotérmicas varía en función de factores como el clima, la geología y las necesidades energéticas del edificio. Las sondas verticales pueden alcanzar profundidades de 150 a 600 pies, mientras que las sondas horizontales suelen tener entre 3 y 5 pies de profundidad. Una evaluación del sitio determina la profundidad óptima para la eficiencia y la rentabilidad.

Q2. ¿Cómo funciona una sonda geotérmica?

A2. Una sonda geotérmica, o circuito de suelo, transfiere calor entre la Tierra y un sistema geotérmico. En invierno, aprovecha el calor renovable de la Tierra, que es más cálido que el aire exterior, especialmente a profundidades mayores. El sistema circula un fluido a través del circuito para calentar los edificios. En verano, invierte el proceso. El circuito intercambia calor con el suelo, que está más fresco que las temperaturas interiores. El circuito circula fluido para enfriar los edificios.

Q3. ¿Cuáles son los 4 tipos de energía geotérmica?

A3. Hay cuatro tipos principales de energía geotérmica: hidrotermal, sistemas geotérmicos mejorados y plantas binarias. La energía geotérmica también puede ser superficial o de fuente terrestre, que se utiliza para calefacción directa y aplicaciones energéticas residenciales. Además, la energía geotérmica puede ser profunda o de alta temperatura, que se utiliza para generar electricidad.

Q4. ¿Cuál es la diferencia entre una sonda geotérmica y un pozo geotérmico?

A4. Las sondas geotérmicas, o circuitos de suelo, son sistemas cerrados que circulan fluido entre la Tierra y una bomba de calor geotérmica. Transfieren calor, pero no acceden a vapor o agua caliente. Los pozos geotérmicos son sistemas abiertos que acceden directamente a reservorios geotérmicos subterráneos. Producen vapor o agua caliente para energía. Las sondas son para calefacción/refrigeración; los pozos son para generación de energía.

Q5. ¿Cuáles son las desventajas de la energía geotérmica?

A5. Las desventajas de la energía geotérmica incluyen altos costos iniciales, limitaciones de ubicación, uso de la tierra y potencial de agotamiento de recursos. Si bien estos son inconvenientes, es importante señalar que la energía geotérmica tiene muchas ventajas, como proporcionar una fuente de energía constante y renovable con un mínimo impacto ambiental.