Presentación Miguel Ángel Maté González

CURSO 2022-2023

Convocatoria

Prototipos orientados al mercado en TCUE

CURSO 2022-2023

TÍTULO DEL PROYECTO: Análisis y desarrollo de nuevos materiales de relleno en sistemas

geotérmicos de baja entalpía

Autor/a: Miguel Ángel Maté González

Tutor/a Académico: Cristina Sáez Blázquez / Ignacio Martín Nieto

CONTENIDO Introducción

Objetivos

Interés del proyecto

Fases de desarrollo

Posibilidades de explotación

CURSO 2022-2023

La energía geotérmica es considerada como una de las renovables más atractivas debido a su estabilidad e independencia de las condiciones externas.

Deriva del aprovechamiento del calor interno de la Tierra, clasificándose los yacimientos geotérmicos de la siguiente manera:

Centrándonos en los sistemas someros para climatización más extendidos, los sistemas verticales cerrados, su ciclo de funcionamiento incluye una bomba de calor conectada con una serie de perforaciones geotérmicas en las que circula un fluido a través de intercambiadores de calor.

En las perforaciones se requiere un material que actúa como relleno del espacio que queda entre las paredes de la perforación y los intercambiadores de calor colocados en ella. Este material debe:

• Garantizar la estabilidad de las perforaciones.

• Constituir una barrera hidráulica, evitando la contaminación de acuíferos cercanos.

• Permitir el intercambio de calor entre el subsuelo y el fluido de trabajo que circula por el interior de las sondas.

El objetivo principal de este proyecto es lograr una solución optimizada de material de relleno en un sistema geotérmico somero para:

 Maximizar la eficiencia en el intercambio térmico entre el subsuelo y el resto de los componentes de una instalación geotérmica.

 Optimizar el funcionamiento de los sistemas geotérmicos de baja entalpía.

 Garantizar la correcta operación del sistema durante el periodo de vida útil considerado.

 Disminuir el número de perforaciones requeridas en el campo de captación geotérmico.

 Minimizar los costes derivados del funcionamiento del sistema y especialmente de la inversión inicial asociada.

 Promover el uso de recursos energéticos geotérmicos, extendiéndolos a un mayor número de usuarios potenciales.

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1.

Análisis bibliográfico inicial

Esta primera etapa incluye la búsqueda de las investigaciones más actuales y reseñables centradas en mejorar los materiales de relleno geotérmicos, deduciéndose los siguientes:

2. Preparación de las muestras

Una vez analizadas las opciones existentes se seleccionaron los materiales a utilizar en las mezclas:

Materia base

Cemento Portland

Arena de sílice

Bentonita

Cemento alumínico

Áridos reciclados

Aditivos

Virutas de aluminio

Grafito

Pigmentos blanco/negro

Superplastificante

Yeso

2. Preparación de las

Portland (30%) – árido reciclado (58%) – agua (22%)

blanco (30%) – árido reciclado (58%) – agua (22%)

Portland (28%) – árido reciclado (42%) – agua (20%) – pigmento negro (10%)

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INTRODUCCIÓN

Una vez seleccionados los materiales, se procedió a la elaboración de ejemplares cilíndricos de 5 cm de

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS INTERÉS DEL PROYECTO FASES DE DESARROLLO POSIBILIDADES EXPLOTACIÓN

3. Ensayos de laboratorio

Densidad y trabajabilidad

Valoración de la consistencia de las muestras para ser inyectada en un sondeo geotérmico vertical. Determinación de la densidad en forma de mortero fresco (en el momento de su fabricación) y tras 28 días de curado.

o Las muestras con mayor densidad son aquellas que llevan arena, sin grandes cambios en los valores iniciales y final.

o Las muestras con virutas de aluminio no aumentan la densidad de estas mezclas.

o No existen diferencias significativas de densidad entre las muestras con cemento portland y las constituidas por cemento alumínico ni entre los cementos portland y blanco, y pigmentos blanco y negro.

o Las probetas de áridos reciclados poseen menor densidad que aquellas de igual composición, pero empleando arena como árido.

o El uso de los aditivos no genera incrementos en la densidad final de las muestras analizadas.

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INTRODUCCIÓN OBJETIVOS

3. Ensayos de laboratorio  Fuerza de compresión

INTERÉS DEL PROYECTO FASES DE DESARROLLO POSIBILIDADES EXPLOTACIÓN

Resistencia a compresión simple de las muestras cementosas tras 28 días de endurecimiento.

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS

INTERÉS DEL PROYECTO FASES DE DESARROLLO POSIBILIDADES EXPLOTACIÓN

Posible reducción de volumen y la presencia de huecos a lo largo del tiempo. Si este fenómeno es considerable,

Las muestras 2 (Arena –bentonita – virutas de aluminio – agua) y 7 (Bentonita –cemento alumínico – agua) son las que experimentaron un cambio de volumen significativo, del 47% 2 y del 31% respectivamente.

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS INTERÉS DEL PROYECTO FASES DE DESARROLLO POSIBILIDADES EXPLOTACIÓN

3. Ensayos de laboratorio

Selección y validación

Sondeos sin agua subterránea

Se descartan las mezclas que requieren una saturación continua (mezcla 1), siendo especialmente recomendables:

• Mezcla 8 (arena – cemento alumínico – virutas de aluminio – agua): mayor valor de conductividad térmica.

• Mezcla 5 (arena – cemento alumínico – agua): excelente conductividad térmica aunque menor que la anterior.

• Mezcla 3 (arena – cemento portland – virutas de aluminio – agua): adecuada conductividad térmica y con una mínima cantidad de aluminio.

• Muestras 9 y 10 (árido reciclado – cemento portland/cemento blanco – agua): conductividad térmica moderada y uso de áridos reciclados, reducción importante del coste global asociado a este input.

• El resto de muestras cementosas con aditivos no suponen un valor añadido a la mezcla.

Sondeos con agua subterránea

Las lechadas sugeridas en estos escenarios son:

• Mezcla 1 (arena saturada – virutas – agua): excelente conductividad térmica (>3 W/(m·K)), sin reducciones de tamaño y sin suponer un inconveniente desde el punto de vista económico. Esta muestra sólo es aplicable a estos sondeos ya que, si no estuvieran saturados, su capacidad para conducir el calor descendería bruscamente.

• Además son viables el resto de muestras sugeridas para sondeos sin agua.

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INTRODUCCIÓN OBJETIVOS

3. Ensayos de laboratorio

INTERÉS DEL PROYECTO FASES DE DESARROLLO POSIBILIDADES EXPLOTACIÓN

Considerando además el impacto económico y medioambiental, se muestra a modo resumen el ranking de

La posible empresa o actividad comercial que podría derivar del proyecto trataría de ofrecer nuevas soluciones que mejoren las propiedades térmicas y mecánicas del relleno y por ende la eficiencia global de la instalación geotérmica.

El producto que se oferta es fruto de un proceso riguroso de ensayos y validaciones, testeado a lo largo de varios años de investigación.

A su vez, la empresa ofrecerá otros servicios:

 Cálculos de proyectos geotérmicos personalizados

 Asesoramiento técnico

 Diferentes test y ensayos que permitan mejorar el dimensionamiento de la instalación

En relación a los posibles clientes de la empresa, estos podrán ser mayoritariamente:

 Por un lado, el producto irá dirigido a clientes interesados en este tipo de energías, que conozcan su funcionamiento y tengan conciencia del cuidado al medio.

 Por el otro, este sistema irá igualmente dirigido a empresas del sector energético y de instalaciones de ACS (Agua Caliente Sanitaria) que quieran disponer de una solución optimizada para ofertar a sus clientes.

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