POZOS PROVENZALES PARA APLICACIÓN EN CLIMATIZACIÓN TIPO CONFORT

POZOS PROVENZALES PARA APLICACIÓN EN CLIMATIZACIÓN TIPO CONFORT

PRESENTADO POR:

JESÚS ALBERTO LOSADA GÓMEZ
IVAN GUILLERMO CHARRY CELIS

INGENIERÍA MECÁNICA

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

NEIVA HUILA

SEPTIEMBRE DEL 2016

POZOS PROVENZALES PARA APLICACIÓN EN CLIMATIZACIÓN TIPO CONFORT

PRESENTADO POR:

JESÚS ALBERTO LOSADA GÓMEZ
IVAN GUILLERMO CHARRY CELIS

PRESENTADO A:

Ing. DANIEL ROBERTO HERNÁNDEZ OCHOA

INGENIERÍA MECÁNICA

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

NEIVA HUILA

SEPTIEMBRE DEL 2016

TABLA DE CONTENIDO

1. MARCO REFERENCIAL

1. TEORÍA BÁSICA

1. POZOS PROVENZALES Y ENERGÍA GEOTÉRMICA
2. PRINCIPIO PARA DIMENSIONAR EL SISTEMA DEL POZO
3. TIPOS  DE CONFIGURACIONES EN POZOS PROVENZALES
4. ELEMENTOS DE UN POZO PROVENZAL

1. ANTECEDENTES

1. A NIVEL MUNDIAL
2. A NIVEL NACIONAL Y REGIONAL
3. PROVEEDORES DE ESTE SERVICIO.

1. BIBLIOGRAFÍA

1. MARCO REFERENCIAL

El siguiente trabajo se centrara en el análisis de climatización tipo confort para una vivienda, accionado por energía geotérmica como una energía alternativa y limpia, con diferentes usos y aplicaciones; es por esto que los sistemas geotérmicos al ser empleados, traen consigo una serie de ventajas en cuanto a costos de producción y de menor contaminación; Cuantificando esta energía y las temperaturas alcanzadas al estar bajo tierra en términos de flujo de calor y gradiente de temperatura.

1. POZOS PROVENZALES Y ENERGÍA GEOTÉRMICA

Principalmente utilizado como sistema de climatización natural, el pozo provenzal puede ser utilizado en invierno para precalentar el aire entrante o para mantener descongelada una habitación. La energía térmica de la Tierra es lo suficientemente grande para darle uso, los diversos tipos de sistemas geotérmicos, la producción y la utilización de los recursos, los beneficios y costos de producción. Científicos de la Tierra cuantifican la energía y la temperatura de la tierra en términos de flujo de calor y el gradiente de temperatura. El calor de la tierra se deriva de dos componentes: el calor generado por la formación de la tierra, y el calor generado por la desintegración radiactiva de elementos en las partes superiores de la tierra. La palabra "geotérmica" viene de la combinación de las palabras griegas geo, que significa tierra, y Therm, lo que significa calor. Los recursos geotérmicos son concentraciones de calor de la tierra, o la energía geotérmica, que pueden ser extraídos y utilizados económicamente, ahora o en el futuro razonable. La energía geotérmica es una de las formas más limpias de energía que está disponible en cantidades comerciales. El uso de la energía geotérmica evita los problemas de la lluvia ácida y reduce en gran medida las emisiones de gases de efecto invernadero y otras formas de contaminación del aire. (Renner, 2008)

[pic 1]

[pic 2]

Ventajas

• “Es una fuente que disminuye la dependencia energética de los combustibles fósiles y de otros recursos no renovables.
• Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo y el carbón.
• Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético.
• No genera ruidos exteriores.
• Los recursos geotérmicos son prácticamente inagotables a escala humana.
• No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales.
• El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, ni tala de bosques.
• La emisión de CO2, con aumento del efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión, y puede llegar a ser nula cuando se reinyecta el agua, haciéndola circular en circuito cerrado por el exterior”. (Natacha C. Marzolf et al., 2014)

1. PRINCIPIOS PARA DIMENSIONAR EL SISTEMA DEL POZO

Primera Ley: conocida como el principio de la conservación de la energía; fue propuesta por Antoine Lavoisier, donde se establece que al realizar un trabajo sobre un sistema, o si este bien intercambia calor con otro, entonces la energía de ese sistema cambiara. Para darle una aplicación práctica a esta ley es cuando se consigue el balance de energía; es decir el calor es esa energía que ingresa o sale de un sistema gracias a las diferentes temperaturas entre las paredes del mismo y el ambiente en que este se encuentra.

Segunda ley: esta ley en la encargada de regular la dreccion e impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo, entonces se debe tener en cuenta solo el primer principio. La transmisión de energía puede darse de diferentes formas o procesos como: conducción, convección y radiación térmica

Para la realización de estos cálculos necesitamos conocer la temperatura en la superficie de la tierra (x=0) durante el año, sigue el comportamiento mostrado por la expresión 1.1

[pic 3] 

[pic 4] = Temperatura en la superficie de la tierra [ᵒC].

[pic 5] = Temperatura media anual ambiente [ᵒC].

[pic 6] = Temperatura ambiente máxima anual en [ᵒC].

t = Tiempo [seg].

[pic 7] = Duración de un año [seg] (1 año ≈ 31,5 seg).

[pic 8]= Fracción de año (con  [pic 9]  igual a cero para la máxima temperatura ambiente).  

1. Profundidad: se propone una solución para la variación de temperatura de la tierra en función de la profundidad y del tiempo.  

[pic 10]

    [pic 11] 

Donde:

[pic 12] = Temperatura de la tierra en función de la profundidad y del tiempo [ᵒC].

[pic 13] = Profundidad [m].

[pic 14] = Difusividad térmica [m2.seg].

Con la solución para la temperatura de la tierra en función de la profundidad y del tiempo mostrada en la expresión (1.3), se obtienen varias curvas de temperatura según el período, las cuales convergen a medida que aumenta la profundidad.

[pic 15] 

1. TIPOS  DE CONFIGURACIONES EN POZOS PROVENZALES

Diferentes empresas se dedican al cálculo, implementación y conservación de los sistemas de climatización de pozos provenzales, la composición del sistema del pozo depende de los requerimientos del proyecto, es decir: el uso que se le va dar a este, la superficie a climatizar, el espacio con el que se cuenta para la instalación del sistema, la cantidad de calefacción y refrigeración que se exija, además el caudal del aire demandado del espacio a  atempar. Después del análisis de algunos proyectos, y tomando en cuenta la descripción de los diferentes tipos de configuración de sistemas dados por la empresa REHAU, se ha llegado a determinar tres tipos diferentes de configuración de sistemas de tubos enterrados: tipo bloque Techelmann (bloque – rejilla), distribución Techelmann (rejilla) y directos aislados (anillo). Estos tipos de distribución varían entre sí por el número, y la distribución de los de los tubos horizontales (GROUP REHAU, 2010)

Nuestro estudio se basara en la configuración tipo directos aislados por anillos  para la climatización tipo confort de una vivienda familiar.

[pic 16]

1. ELEMENTOS QUE COMPONEN UN POZO PROVENZAL

• Intercambiador térmico: el tubo

El tubo tiene como función realizar un intercambio térmico entre el flujo de aire y el suelo (o cualquier otro material que tenga una capacidad térmica importante debida a la masa). El tubo debe cumplir las siguientes condiciones:

• “resistir la corrosión, pues estará en contacto permanente con el aire y el agua.
• resistir el aplastamiento debido al hecho de estar enterrado, inmerso o del eventual tráfico automotriz sobre la superficie.
• resistir ligeras deformaciones para soportar movimientos del terreno sin romperse.
• no ser poroso ni permeable para evitar cualquier tipo de contaminación.
• resistir un tratamiento químico o térmico destinado a remediar una contaminación accidental o una contaminación del flujo aéreo debida a un agente presente en el tubo.
• tener el interior liso para facilitar la evacuación de condensados.
• si el tubo está compuesto por varias piezas las uniones deben de cumplir también con estas características.”

• La circulación del aire:

Puede ser de forma pasiva, ya sea por la sobrepresión en la entrada del tubo o una depresión a la salida del tubo mediante una chimenea solar; o mecánicamente gracias a una ventilación motorizada apropiada.

...