Efectos de dispersión hidrodinámica y macrodispersión en el transporte de calor de baja entalpía en acuíferos cuasi-horizontales

Abstract

Como parte del proyecto Climatización geotérmica en una escuela de Coyhaique , financiado con Fondos para la Innovación y Competencia de la Región de Aysén y adjudicado al Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes, se desarrolló un sistema de climatización en el colegio Liceo Bicentenario Altos del Mackay mediante colectores abiertos. Estos aprovechan el calor del agua extraída de un acuífero para climatizar espacios urbanos, reinyectando el fluido al sistema acuífero con una temperatura diferente. En este trabajo se presentan los efectos de dispersión hidrodinámica y macrodispersión en la pluma térmica generada por la reinyección, para comprobar los efectos del agua devuelta sobre la temperatura del agua extraída donde se emplaza el Liceo. Para ello se construyó un modelo conceptual preliminar del sector y posteriormente un modelo de flujo y calor usando el \textit{software} \textit{FEFLOW}. La metodología consistió en analizar datos hidrológicos, geológicos y geofísicos, para crear un modelo conceptual y matemático 2D preliminar de flujo y transporte de calor de baja temperatura. La información utilizada consistió en una acotada base de datos de Tomografía de Resistividad Eléctrica recopiladas entre los años 2015 a 2018, análisis en un único pozo en el liceo que entregó un perfil térmico en profundidad, mediciones del nivel estático en el estado natural del acuífero, y pruebas de bombeo a caudal constante analizadas usando el método de Hantush y el método de Stallman. Usando la estratigrafía del pozo y la Tomografía de Resistividad Eléctrica, se reconstruyó la arquitectura del acuífero en el sector, y determinó que poseía una naturaleza cuasi-horizontal. Para poder desarrollar un modelo de flujo subterráneo en el sitio de pozos, se extiende el modelo conceptual abarcando la zona entre los ríos Claro y Simpson, reduciéndose así la incertidumbre sobre las condiciones de borde para generar un estudio cuantitativo preliminar sobre el régimen de flujo en el sector. Los supuestos razonables que tiene la extensión del modelo conceptual, permitieron construir un modelo numérico 2D basado en el cálculo de conductividades hidráulicas en la vertical, con condiciones de borde de carga constante en los ríos, recarga por precipitación y un borde de flujo nulo. Los resultados muestran que la dispersión longitudinal y transversal genera efectos en la geometría de la pluma térmica inducida por reinyección, pero no logran generar escenarios desfavorables de interferencia térmica entre los pozos. De esta forma, se muestra preliminarmente que el sistema funciona de forma óptima ante los requerimientos de demanda energética del Liceo, y realizan recomendaciones para futuras instalaciones de pozos. A partir de estos resultados, se establece al trabajo como aporte académico para el entendimiento del problema, y que es primordial recopilar mayor información para desarrollar un modelo más robusto, ya que por la falta de información se tuvo que realizar muchos supuestos sin data que la respaldara.