Diseño e integración de energía geotérmica de baja entalpía aplicada a proyectos de construcción residencial

Abstract

La energía geotérmica constituye una fuente inagotable de energía que puede ser extraída de la tierra por medio del bombeo de fluidos calentados en su interior, aprovechando su gran inercia térmica. Este intercambio de calor se realiza para proyectos geotérmicos de baja entalpía en pozos de energía o bien por medio del uso de aguas subterráneas. Este estudio consiste en la evaluación técnica, económica y legal de implementar sistemas geotérmicos de baja entalpía en Chile, orientados a la generación de calor para calefacción de viviendas típicas chilenas ubicadas en dos zonas características del país. El estudio técnico contempla la inclusión de estructuras tales como pozos o norias (ociosas) que puedan ser usados en estos sistemas, reduciendo el alto costo inicial que tiene la implementación de un sistema geotérmico de baja entalpía. Se presentan mapas de procesos que permiten esclarecer los pasos legales de la solicitud de aprovechamiento del recurso geotérmico. La investigación incluye estudios económicos en Santiago y Puerto Montt, comparando los costos de calefaccionar, logrando el confort térmico, en tres viviendas distintas por medio de la geotermia de baja entalpía y sistemas convencionales de calefacción más representativos en las ciudades descritas. Se desarrollan dos diseños de sistemas geotérmicos de baja entalpía identificando tres grandes áreas de diseño: El sistema de intercambio de calor geotérmico, la bomba de calor y el sistema de distribución dentro del hogar. La bomba de calor es fundamental para el desarrollo del sistema, ya que, constituye la mayor ganancia de calor con un Coeficiente de desempeño (COP) cercano a 4. Se destaca que los sistemas de distribución estudiados son los radiadores convencionales y los basados en Fan Coils, identificando estos últimos con un mejor desempeño, también un menor número de terminales haciéndolo viable constructivamente. Técnicamente los proyectos propuestos son factibles de construir pero económicamente tienen un costo inicial alto, cercano a los $23 millones, que puede ser mermado con el uso de estructuras ociosas que permiten reducir los costos iniciales hasta en un 40%. Por otra parte, los costos operacionales son considerablemente más bajos comparado con sistemas convencionales de calefacción. Los sistemas que utilizan aguas subterráneas tienen ventajas por tener costos iniciales que generalmente pueden ser menores a los sistemas verticales cerrados, pero tienen la complicación que no siempre se tiene el recurso de agua subterránea cerca de la instalación o bien no se cuenta con el derecho de uso de agua subterránea. En el ámbito legal en Chile, el año 2010 se aprobó la Ley de Geotermia N° 19.657 que norma el uso del recurso geotérmico otorgando concesiones de exploración y de explotación. La deficiencia de la nombrada ley es que está pensada para proyectos eléctricos de alta entalpía y no para proyectos de aprovechamiento a menor escala, es decir, no hace diferencia alguna sobre tipos de geotermia, teniendo exigencias muy altas para proyectos geotérmicos de baja entalpía, y plazos de concesión muy bajos, siendo necesaria una modificación a la Ley actual.