manual GEO CIATESA.pdf

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Manual de usuario. Versión 1

CONTENIDO Pagina

1. INTRODUCCIÓN 2

2. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA E INSTALACIÓN DEL PROGRAMA 32.1 Requerimientos del sistema2.2 Instalación del programa

3. VISTA GENERAL DE LAS PESTAÑAS 33.1 Estructura del programa

3.1.1 Guardar3.1.2 Abrir3.1.3 Salir

3.2 Pestaña de configuración3.3 Pestaña de materiales3.4 Pestaña de clima y suelo3.5 Pestaña de pérdidas de carga3.6 Pestaña de resultados

4. INTRODUCCIÓN DE LOS DATOS 74.1 Selección de la configuración

4.1.1 Configuración horizontal 14.1.2 Configuración horizontal 24.1.3 Configuración horizontal 34.1.4 Configuración horizontal 44.1.5 Configuración horizontal 54.1.6 Configuración vertical 1

4.2 Selección de los materiales y datos de la tubería4.2.1 Intercambiador enterrado

4.2.1.1 Datos del material4.2.1.2 Datos de la tubería

4.2.2 Colector4.2.2.1 Datos del material4.2.2.2 Datos de la tubería

4.3 Selección del clima, suelo, cargas térmicas, bomba de calor y fluido.4.3.1 Datos climáticos4.3.2 Datos del suelo4.3.3 Carga térmica del edificio y tipo de edificio4.3.4 Selección de la bomba de calor4.3.5 Selección del fluido en el intercambiador enterrado

4.4 Pérdidas de carga por fricción en tuberías4.4.1 Pérdidas en accesorios4.4.2 Pérdidas en accesorios (cálculo aproximado)

5. COMPROBACIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA 206. RESULTADOS DEL PROGRAMA 23

6.1 Botón calcular (Ejecución del programa)6.2 Pestaña de resultados

6.2.1 Temperaturas de la aplicación6.2.2 Resultados para invierno (calefacción) y verano (refrigeración)6.2.3 Avisos6.2.4 Copiar al portapapeles

7. DATOS TÉCNICOS DEL PRODUCTO GEO CIATESA 277.1 Acerca de…7.2 Autor7.3 Propiedad

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1. INTRODUCCIÓN

Este programa es producto de la colaboración de CIATESA y laUniversidad Politécnica de Valencia, en concreto del Grupo deInvestigación y Modelado de Sistemas Térmicos del Departamento deTermodinámica Aplicada.

El objetivo es ofrecer una ayuda a los instaladores, ingenieros y otrosusuarios que estén interesados en aumentar el rendimiento de su siste-ma de calefacción y/o aire acondicionado, ubicado en España, median-te un intercambiador enterrado. Las bombas de calor acopladas a inter-cambiadores enterrados se consideran hoy en día, como uno de los sis-temas más eficientes para calefacción y refrigeración, tanto para vivien-das como para oficinas y otros edificios comerciales.

GEO CIATESA cuenta con bases de datos de; bombas de calor (IZE-CIATESA), datos climáticos de España, suelos, datos de tuberías, fluidos,etc., que facilitan el diseño del intercambiador enterrado. El usuario debeintroducir datos como la configuración predefinida del intercambiador,los datos técnicos de las tuberías, (si no utiliza las del programa), datosdel suelo, (si tiene la opción de dar una estimación más precisa que la delprograma), cargas térmicas máximas del edificio, y los datos requeridospara el cálculo de las pérdidas de presión en las tuberías.La principal salida del programa es el valor de la longitud de tubo nece-saria para garantizar la climatización del edificio. Además el programamuestra una serie de datos que pueden ayudar al diseñador a escoger lamejor opción, todo esto en función de la temperatura de salida de labomba de calor.

GEO CIATESA tiene dos tipos de datos de salida: unos son simplemen-te datos que el programa lee de las bases de datos y muestra al usuariopara ayudarle en la definición del diseño óptimo, por ejemplo: COP, Pc(potencia calorífica), Pf (potencia frigorífica), Pa (potencia absorbida en labomba de calor) y caudal nominal; y los otros que son calculados como:la longitud, el área y volumen afectados por el intercambiador enterrado,y la pérdida de carga por fricciones.

GEO CIATESA está diseñado siguiendo la metodología de cálculo pro-puesta en el Manual "Closed-Loop/Ground-Source Heat Pump Systems,Installation Guide", del Internacional Ground Source Heat Pump Association,Oklahoma State University, 1988.

La versión actual es GEO CIATESA 1.00. Funciona bajo el sistema operativo MS WINDOWS 98 ó versiones superiores.

El autor de GEO CIATESA es el Grupo de Investigación yModelado de Sistemas Térmicos, adscrito al Instituto deIngeniería Energética de la Universidad Politécnica deValencia.

El software GEO CIATESA es propiedad de la CompañíaIndustrial de Aplicaciones Térmicas, S.A. - CIATESA.

Contacto:CIATESA - Compañía de Industrial de Aplicaciones Térmicas, S.A.Polígono Industrial de Llanos de Jarata. 14550 Montilla, Córdoba.Teléfono: (+34) 957652311 - Fax: (+34) 957652212E-mail: [email protected]://www.ciatesa.es

Contacto:Investigación y Modelado de Sistemas Térmicos, Instituto deIngeniería Energética, Universidad Politécnica de Valencia.Camino de Vera, 14, 46022, Valencia, España.Teléfono: (+34) 963879895E-mail: [email protected] http://www.imst.upv.es - http://www.iie.upv.es

Le invitamos a enviarnos sus comentarios y sugerencias a una de lasanteriores direcciones de correo electrónico.royecto en el momento enque complete todos los datos de entrada. Si no los completa, el progra-ma no permitirá guardar el proyecto.

El objetivo principal del programa GEO CIATESA V1.00 esservir como herramienta para el dimensionamientode intercambiadores enterrados acoplados a bombas de caloragua-agua de la marca CIATESA.

Este manual de usuario NO es una guía de diseño deIntercambiadores de calor enterrados, solamente es unaayuda para entender el funcionamiento del programa. Elusuario siempre tendrá que apoyarse en la experiencia depersonal cualificado en HVAC y en los datostécnicos de los distintos materiales y componentes.

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2. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA EINSTALACIÓN DEL PROGRAMA

2.1 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMAPara poder ejecutar el programa es necesario disponer de un ordenadorcon las siguientes características:

H Sistema operativo Windows 98, 2000 ó XP.

H Ordenador PC o compatible con microprocesador Pentium, o superior, con al menos 32 Mb de memoria RAM.

H Unidad de CD-ROM para la instalación del programa y disco duro con espacio disponible de 10 Mb.

H Monitor con resolución mínima de 800x600 y 256 colores.

2.2 INSTALACIÓN DEL PROGRAMAPara poder ejecutar el programa es necesario disponer de un ordenadorcon las siguientes características:

La instalación del programa se realizará utilizando el CD de instalación.En él encontrará el programa "SETUP.EXE", que debe ejecutar paracomenzar el proceso de instalación. Se recomienda cerrar cualquier otraaplicación que se encuentre abierta antes de comenzar la instalación, ydesinstalar cualquier versión previa del programa, antes de proceder a lainstalación de la presente versión.

Una vez finalizada la instalación, el programa creará un directorio (pordefecto: C:\Archivos de Programa\CIATESA\GEO CIATESA donde seencuentran el ejecutable y todos los ficheros auxiliares necesarios.

Para ejecutar el programa haga doble click sobre el icono de GEOCIATESA.EXE que se encuentra en el escritorio o desde "MenúInicio"\Programas\Ciatesa\GEO CIATESA\GEO CIATESA.exe.

Para desinstalar el programa, desde el "Panel de control"\"Agregar o qui-tar programas\GEO CIATESA\Quitar.

3. VISTA GENERAL DE LAS PESTAÑASEl objetivo de esta sección es dar una breve descripción del contenidode cada pestaña del programa. La sección 4 oferecerá una descripciónmás detallada.

3.1 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA

Pantalla de inicio

Esta pantalla presenta el programa; nombre, versión y alguna informa-ción acerca de los autores del mismo.

La pantalla presenta un botón OK que permite acceder al programa pro-piamente dicho; una vez pulsado el botón, muestra el interfaz de GEOCIATESA que contiene 5 pestañas y cuatro botones a la derecha de lasmismas.

En las primeras cuatro pestañas el usuario introduce los datos del pro-yecto que son necesarios para el cálculo de la longitud requerida delintercambiador de calor enterrado. Después de haber introducido losdatos, el usuario debe pulsar el botón <Calcular> que se encuentra en lapestaña de resultados. Luego automáticamente el programa realiza loscálculos, que el usuario puede ver en esta misma pestaña. La informa-ción que aparece en color verde indica que todos los cálculos soncorrectos, la indicada en ámbar ó rojo va acompañada de avisos que sepueden leer en la parte inferior de esta misma pestaña.

Además de calcular la longitud necesaria, la pérdida de presión en el sis-tema y el COP mínimo (*) de la bomba de calor, para varias temperatu-ras de salida de la bomba de calor, el programa también permite guardarlos datos de entrada pulsando el botón <Guardar> en cualquier momen-to. Estos datos se pueden recuperar pulsando el botón <Abrir>.Además el programa permite copiar los resultados al portapapeles paraexportarlos a Excel.

(*). Este procedimiento se explicará en la sección 6.4 (Resultados)

3.1.1 GuardarGEO CIATESA tiene la opción de guardar los datos de entrada de cual-quier diseño. Una vez realizada la entrada de todos los datos, se puedepulsar el botón "Guardar" y automáticamente se abre una ventana en laque se indicará la dirección en la que se quiere guardar el proyecto. Hayque tener en cuenta que GEO CIATESA no guarda los resultados o datosde salida de cada proyecto, si el usuario lo cree necesario, tendrá quecopiarlos al portapapeles y exportarlos a una hoja Excel.

Si el usuario quiere recuperar la información de cada proyecto sólo tieneque pulsar el botón "Abrir" y buscar el proyecto anteriormente guarda-do.

El botón "Guardar" estará siempre visible a ,lo largo de la aplicación, peroel usuario únicamente podrá guardar el proyecto en el momento en quecomplete todos los datos de entrada. Si no los completa, el programa nopermitirá guardar el proyecto.

3.1.2 AbrirGEO CIATESA tiene la opción de abrir proyectos guardados, como seexplicó en la sección “Guardar”, los datos que abre el programa son losdatos de entrada del proyecto en cuestión. Una vez abierto el programael usuario puede pulsar el botón "Abrir" y buscar el proyecto que le inte-resa consultar.

El botón "Abrir" estará siempre visible en la aplicación, y el usuariopuede abrir cualquier proyecto en el momento que desee.

3.1.3 SalirGEO CIATESA tiene un botón "Salir" que permite cerrar el programa. Elbotón estará siempre visible, de modo que el usuario puede cerrar elprograma en el momento en que lo prefiera.

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PESTAÑA DE CONFIGURACIÓN

En la primera pantalla el usuario puede seleccionar la configuración quedesee para el intercambiador enterrado. El usuario dispone de 5 tipos deconfiguraciones horizontales y 1 configuración de tipo vertical.

El intercambiador enterrado está descrito por los siguientes parámetros:

H el tipo de configuración

H el número de bucles

H el número de filas de pozos M (sólo para configuraciones verticales)

H el número de columnas de pozos N (sólo para configuraciones verticales)

H la distancia entre dos secciones D (sólo para configuraciones horizontales)

H el número de secciones en paralelo N (sólo para configuraciones horizontales)

H la distancia entre los pozos D (sólo para configuraciones verticales)

H la profundidad de los tubos P (sólo para configuraciones horizontales)

3.2 PESTAÑA DE MATERIALESEn la segunda pestaña se introducen los datos de los tubos que el usua-rio prefiere usar para la construcción del intercambiador enterrado.

Esta pestaña esta dividida en dos recuadros. El primero se refiere a losdatos del intercambiador de calor enterrado y el segundo al colector, quees la tubería que une la bomba de calor con el intercambiador enterra-do. El colector, aunque puede tener una longitud considerable, no seconsidera como parte del intercambiador de calor y el único efecto quese considera en éste es el debido a las pérdidas de presión (por fricciónen tubería y accesorios)

En el recuadro del intercambiador enterrado el usuario elige el materialestándar, seleccionándolo del menú desplegable y su correspondientepresión nominal, o un material no estándar, introduciendo la conductivi-dad térmica, la rugosidad absoluta y la presión nominal de dicho mate-rial. Además el usuario debe seleccionar un diámetro nominal estándaren el menú desplegable, u optar por un tamaño de tubo no estándar,introduciendo el diámetro interior y exterior del tubo.

En el recuadro del colector el usuario elige un material estándar, selec-cionándolo del menú desplegable y su correspondiente presión nominal,o bien un material no estándar, introduciendo la rugosidad absoluta y lapresión nominal. Además el usuario debe seleccionar un diámetro nomi-nal estándar en el menú desplegable, u optar por un tamaño de tubo noestándar, introduciendo el diámetro interior y la longitud total del colec-tor (ida + vuelta).

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Todas las configuraciones y la descripción de losparámetros se explican en la sección 4.1.

La sección 4.2. se profundizará en los aspectos relativos alos materiales de las tuberías.

3.3 PESTAÑA DE CLIMA Y SUELOLa pestaña “Clima y Suelo” permite al usuario dar la información geográ-fica relevante para el proyecto, los datos del edificio, la selección de labomba de calor y el fluido de trabajo.

Primero se elige la capital de provincia más cercana o más similar encuanto a las condiciones climáticas, y a la ubicación del intercambiadorenterrado. Para ello GEO CIATESA incorpora una base de datos climáti-cos, de las 50 capitales de provincia en España.

La siguiente selección se refiere a las propiedades del suelo. El usuariopuede elegir un tipo de suelo de una lista de 28 tipos, e indicar la hume-dad de éste, a la profundidad del intercambiador. Otra alternativa esintroducir la conductividad y la capacidad térmica, si se tiene informaciónacerca de estos parámetros.

Los siguientes datos que debe introducir el usuario son los relacionadoscon el edificio a climatizar, las máximas cargas para Calefacción(Invierno) y Refrigeración (Verano) y un factor de utilización (tipo de edi-ficio) de estas cargas máximas. (Se explicará en la sección 4.3.3).A continuación hay que seleccionar la bomba de calor CIATESA, y el flui-do que circulará por el circuito del intercambiador enterrado.

Para la bomba de calor puede elegirse entre todas las bombas agua-aguade la gama IZE. Para ayudarle a seleccionar la bomba más adecuada,consulte la sección 4.3.4.

El fluido será, agua o una solución de un producto anticongelante. Laspropiedades de los distintos fluidos hacen que el conjunto bomba decalor, más intercambiador enterrado, funcione de manera diferentesegún el fluido que se elija. Una explicación detallada para la selecciónde los fluidos en el Intercambiador Enterrado se muestra en la sección

4.3.5.

3.4 PESTAÑA DE PÉRDIDAS DE CARGA.

La cuarta pestaña es la relacionada con las pérdidas de presión, aquí elusuario introduce los accesorios del intercambiador enterrado y del sis-tema del colector (tuberías entre la bomba de calor y el intercambiadorde calor enterrado). Esta información es necesaria únicamente para elcálculo de las pérdidas de carga hidráulica en el sistema. El resultadofinal del cálculo incluye ya las pérdidas en la misma bomba de calor,seleccionada en la pestaña anterior.

La pestaña “Pérdidas de Carga” se divide en dos: el primer cuadro serefiere a un cálculo más detallado de las pérdidas en accesorios. Aquí elusuario tiene la opción de detallar los accesorios hidráulicos (codos,reducciones, T's, etc.) de la instalación; y el segundo cuadro se refiere ala pérdidas en accesorios (cálculo aproximado), dónde el usuario estimalas longitudes equivalentes para el colector y en un bucle del intercam-biador enterrado.

Observe que para el intercambiador enterrado se pide el número deaccesorios por cada bucle, no el número total en todos los bucles. GEOCIATESA supone que los bucles son indénticos.

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Una explicación más detallada sobre los datosrequeridos en está pestaña se mostrará en la sección 4.3.

Una explicación más detallada de la pestaña de pérdidas decarga se presenta en la sección 4.4.

3.5 PESTAÑA DE RESULTADOSEn esta pestaña el usuario observa 4 grupos de información: en el pri-mero se muestran las temperaturas del agua de la aplicación (circuitointerior), y en las dos restantes se ven los resultados para invierno(Calefacción) y verano (Refrigeración) respectivamente. En el cuartorecuadro se pueden observar los avisos para cada diseño.

En la parte superior de la pestaña “Resultados” se muestran las tempera-turas del agua con las cuales el programa realiza los cálculos para la apli-cación (circuito interior).

Como ya se ha indicado GEO CIATESA es un programa para dimensio-namiento de intercambiadores de calor enterrados, o sea que la princi-pal salida del programa es el valor de la longitud. Además, el programamuestra una serie de datos que pueden ayudar al diseñador a escoger lamejor opción, todo ello en función de la temperatura de salida de labomba de calor.

Como se observa el programa proporciona varios datos de salida; unosson simplemente datos que el programa lee de las bases de datos ymuestra al usuario para ayudarle en la definición del diseño óptimo, porejemplo: COP, Pc(potencia calorífica), Pf (potencia frigorífica), Pa (poten-cia absorbida en la bomba de calor) y caudal nominal.

Los otros valores calculados son: la longitud, el área y volumen afectadospor el intercambiador enterrado (en caso de configuraciones horizontales),el área afectada y el volumen excavado (en caso de configuraciones vertica-les) y la pérdida de carga por fricciones (esta pérdida es la resultante desumar las pérdidas por longitud y accesorios del intercambiador enterrado,las pérdidas por longitud y accesorios en el colector y las pérdidas en labomba de calor).

Una vez pulsado el botón calcular, las filas de resultados aparecerán decolor verde si el diseño a esa temperatura es correcto, en color ámbar sipresenta alguna incidencia y rojo si el diseño no es adecuado.

En el último cuadro el programa muestra los avisos para cada una de lastemperaturas de salida del agua de la bomba de calor, el usuario puededar un "click" sobre la línea correspondiente a una temperatura y auto-máticamente GEO CIATESA muestra el tipo de aviso.

4. INTRODUCCIÓN DE LOS DATOS

4.1 SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓNEl usuario en GEO CIATESA versión 1.00 puede elegir entre 6 configu-raciones de intercambiador enterrado.

Para la selección de la configuración, el diseñador tiene que tener encuenta el espacio disponible, las propiedades geológicas, el coste deexcavación, y el clima del lugar, entre otros. Ese manual no pretendeprofundizar sobre la forma de construir un intercambiador enterrado, niproporciona detalles técnicos sobre el diseño de estos sistemas, parauna información más detallada, véase literatura especializada.

El número de bucles de cada configuración se refiere a la cantidad de cir-cuitos hidráulicos paralelos, que se unen a los colectores (Ver ejemplos).

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Una explicación más detallada de la pestaña deResultados se muestra en la sección 6.2.

4.1.1 Configuración Horizontal 1La primera configuración es un intercambiador de tubos paralelos hori-zontales, todos enterrados a la misma profundidad.

Ejemplos de la configuración Horizontal 1:

Ej.1

Ej.2

Ej.3

Como se observó en los ejemplos, otra forma de entender el conceptode bucle: es el número de divisiones que tiene el flujo principal, ó sea elflujo que viene de la Bomba de Calor y pasa por el colector.

Vemos que para el Ej.1, el flujo que pasa por la bomba de calor es elmismo que pasa por el colector y por el intercambiador enterrado, tene-mos 1 bucle.

En el Ej.2, también observamos que el flujo no se divide y es el mismoque pasa por la bomba de calor, por lo que aquí también tenemos unbucle, aunque el sistema tenga 6 secciones.

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1 bucle; N = 6 ; D = 2 ; P = 0,75

3 bucles; N = 6 ; D = 2 ; P = 0,75

El Nº de Bucles, es el número de circuitos enparalelo en que se divide el flujo principal.N representa el número de secciones del intercambiador enun perfil vertical.D es la distancia entre dos secciones de tubo adyacentes.P es la profundidad de los tubos.

Seleccione Horizontal 1del menú desplegable

1 bucle; N = 2 ; D = 3 ; P = 1

En el Ej.3 se observa que el flujo principal se divide en tres circuitos enparalelo, aquí tenemos 3 bucles. El caudal en cada bucle es la terceraparte del que pasa por la bomba de calor.

4.1.2 Configuración Horizontal 2

La segunda configuración es similar a la primera, con la única diferenciade que hay 2 niveles de tubos.

Ejemplos de la configuración horizontal 2:Ej.1

1 bucle; N = 1; D = 0; P1 = 1.2; P2 = 1.6

Dado que GEO CIATESA tiene una advertencia cuando D = 0, el usuariopuede realizar la simulación de la anterior imagen, introduciendo cual-quier valor para D distinto a cero.

Ej.2

6 bucles; N = 6; D = 0.8; P1 = 1.5; P2 = 2

Ej.3

1 bucle; N = 6; D = 1.5; P1 = 1.2; P2 = 1.6


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Nº de Bucles representa el número de circuitos enparalelo en que se divide el flujo principal.N representa el número de pozos en dirección X.M representa el número de pozos en dirección Y.D es la distancia entre dos pozos adyacentes en la mismadirección, sea X ó Y.


La tercera configuración es similar a la primera, pero ahora los tubosestán agrupados en pares. Esto permite considerar diferentes distanciasentre zanjas distintas a las que existen.

Ejemplo de la configuración horizontal 3:

8 bucles; N = 8; D1 = 0.6; D2 = 1.2; P = 1.5


La cuarta configuración es similar a la primera, con la única diferenciaque hay 4 niveles de tubos.

Ejemplo de la configuración horizontal 4:4 bucles; N = 2; D = 1.5; P1 = 1; P2 = 1.4; P3 = 1.8; P4 = 2.2

(Obsérvese que el colector divide el flujo en cuatro bucles, dos en cadazanja)4.1.5 Configuración Horizontal 5

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Nº de Bucles representa el número de circuitos en parale-lo en que se divide el flujo principal.N representa el número de secciones del intercambiadoren un perfil vertical, por nivel.D es la distancia entre dos secciones de tubo adyacentesque estén al mismo nivel.P1 es la profundidad de los tubos del primer nivel.P2 es la profundidad de los tubos del segundo nivel.P3 es la profundidad de los tubos del tercer nivel.P4 es la profundidad de los tubos del cuarto nivel.

Nº de Bucles representa el número de circuitos en parale-lo en que se divide el flujo principal.N representa el número de pares de secciones del inter-cambiador en un perfil vertical, por nivel.D1 es la distancia entre dos secciones de tubo de un mismopar.D2 es la distancia entre dos pares de tubos.P es la profundidad de los tubos.

La quinta configuración es similar a la tercera, con la única diferencia quehay dos niveles de tubos.

4.1.6 Configuración Vertical 1

En la configuración vertical 1, se muestra una vista superior del área afec-tada por un campo de N X M pozos. Cada círculo representa un pozo yen cada pozo se introducirán dos tubos, uno de ida y otro de vuelta uni-dos por una U en la parte inferior del pozo. Aquí, todos los pozos tienenla misma profundidad, y están ordenados en un plano rectangular, defi-nido por filas en dos dimensiones: X y Y.

Como en la figura el programa muestra un plano formado por N colum-nas y M filas de pozos, se debe entender que la longitud del intercam-biador de calor, que es lo que se está buscando, estaría en la dirección(entrando al papel), o sea la profundidad del pozo. Hay que tener encuenta que la longitud que calcula el programa es la total. La profundi-dad de cada pozo (Lu) es el resultado de dividir dicha longitud total porel número total de pozos y por dos (un tubo de bajada y uno de subida)

Es decir:

Ejemplos de la configuración Vertical 1:Ej.1

4 bucles; M = 4; N = 4; D = 3;

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Nº de Bucles representa el número de circuitos en parale-lo en que se divide el flujo principal.N representa el número de pares de secciones del inter-cambiador en un perfil vertical, por nivel.D1 es la distancia entre dos secciones de tubo de un mismopar.D2 es la distancia entre dos pares de tubos.P1 es la profundidad de los tubos del primer nivel.P2 es la profundidad de los tubos del segundo nivel.

Nº de Bucles representa el número de circuitos enparalelo en que se divide el flujo principal.N representa el número de pozos en dirección X.M representa el número de pozos en dirección Y.D es la distancia entre dos pozos adyacentes en la mismadirección, sea X o Y.

Ej.2

4 bucles; M = 1; N = 4; D = 3

Ej.3

Ej.4

Ej.5

4.2 SELECCIÓN DE LOS MATERIALES Y DATOS DE LATUBERÍALa pestaña "Materiales" está dividida en dos partes, la primera se refiereal intercambiador de calor enterrado y la segunda al colector; cada unade éstas está a su vez dividida en 2 grupos de datos: "Datos delMaterial", donde se selecciona entre varios materiales y "Datos de laTubería", destinado a la información sobre el tamaño de los tubos.

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1 bucles; M = 1; N = 3; D = 2.5

3 bucles; M = 1; N = 3; D = 2.5

6 bucles; M = 2; N = 3; D = 3

4.2.1 Intercambiador Enterrado4.2.1.1 Datos del material

El usuario puede elegir un material estándar, común en el mercado, uotro material del cual tiene que conocer necesariamente la conductividadtérmica y la rugosidad absoluta, y la presión nominal. En el primer caso,un material estándar, se eligirá entre uno de los siguientes materiales:

Una vez el usuario ha elegido el tipo de material debe elegir a que pre-sión estima que va a trabajar el sistema; el programa permite seleccionarlos nivel de presión a los que puede trabajar el material seleccionado.Cada presión corresponde a un espesor de pared del tubo diferente.Para elegir el tipo adecuado, el usuario tiene que tener en cuenta la pro-fundidad final del intercambiador (si éste es vertical!) , la presión a la cualse someterá el sistema en reposo, y las presiones derivadas de las pér-didas de carga por fricción.

Una vez seleccionado el tipo de material, instantáneamente el programacarga las presiones a las que trabaja, que no son las mismas para cadamaterial, motivo por el cuál el usuario deba seleccionar la más adecuada.

Hay que tener en cuenta que la presión seleccionada debe ser mayor ala máxima presión del sistema. En caso de que existan problemas con lapresión máxima, el programa genera un aviso de color rojo en la pesta-ña de resultados, (ver sección 6.3).

En configuraciones verticales se debe tener en cuenta que a medida quela profundidad aumenta, también aumenta la presión, más o menos arazón de 1 bar por cada 10 metros de profundidad.

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Nombre AbreviaturaResistencia (MRS,Minimum Required

Strength)

Conductividad térmica(W/m·K)

Polietileno 32 PE32 3.2 MPa 0.40678Polietileno 50A PE50A 5 MPa 0.43Polietileno 50B PE50B 5 MPa 0.29Polietileno 80 PE80 8 MPa 0.43Polietileno 100 PE100 10 MPa 0.43Polibutileno SDR-17 IPS PB SDR-17 IPS 0.22Polibutileno SDR-13.5 CTS PB SDR-13.5 CTS 0.22

Para mayor información sobre datos técnicos de tuberías,ver norma UNE 53131, UNE 53133 y UNE 53966 parapolietileno y, UNE 53415-1 y UNE 53415-2 para polibutileno.

Como se puede ver, los materiales que se pueden seleccionar en GEOCIATESA son los más usados en este tipo de sistemas, siendo elPolietileno el de mejores características. Sin embargo cuando se diseñaun sistema para trabajar largos períodos de tiempo a una alta temperatu-ra (mayor a 40 ºC), se recomiendo utilizar polibutileno, ya que tiene unmejor comportamiento a mayores temperaturas. Si se usa polietileno aaltas temperaturas la vida útil de la tubería disminuye notablemente.

Como se mencionó anteriormente, cuando se selecciona un material noestándar, el usuario debe introducir los valores de conductividad térmi-ca, rugosidad absoluta y la presión nominal del tubo; el programa mues-tra en que unidades debe indicar estos valores.

Asimismo, el usuario debe introducir los valores de diámetro interior yexterior del tubo, en milímetros.

4.2.1.2 Datos de la tuberíaEn el cuadro "Datos de la tubería" se elige un diámetro nominal están-dar-comercial, o bien, si el tamaño no es estándar, se introducen un diá-metro interior y exterior.

En la figura siguiente se ve como se selecciona el diámetro estándar delmaterial seleccionado, el programa carga automáticamente los diámetrospara los cuales este material tiene denominaciones comerciales.

4.2.2 Colector (tuberías entre la bomba de calor y elintercambiador enterrado)

4.2.2.1 Datos del material

El usuario puede optar por un material estándar, común en el mercado,o por otro, del que deberá conocer la rugosidad absoluta y la presiónnominal. Note que el programa indica en que unidades debe indicarestos valores.

El programa no solicita la conductividad térmica del material, ya que elcolector no se tiene en cuenta como elemento que transfiera calor, sinopara el análisis de pérdidas de presión por fricciones en tuberías.

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Nuevamente el usuario debe seleccionar el material para el colector deldesplegable, luego como se hizo en la selección del material del inter-cambiador de enterrado, se selecciona la presión nominal.

Para elegir la presión adecuada el usuario tiene que tener en cuenta quela tubería debe soportar la presión a la cual se someterá el sistema enreposo, más las presiones debidas a las pérdidas de carga por fricción enel intercambiador enterrado, en el colector y en la bomba de calor. Nose tiene en cuenta la presión por la columna estática, importante en elcaso de intercambiadores verticales.Además, el usuario debe introducir los valores de diámetros interior ylongitud total del colector (ida y vuelta).

4.2.2.2 Datos del materialEn el cuadro "Datos de la tubería" se elige un diámetro nominal estándarcomercial, o bien, si el tamaño no es estándar, se introducen un diáme-tro interior.

La selección de los datos del material se realiza de igual forma que en elintercambiador enterrado. Las bases de datos son las mismas para losdos sistemas y lo único que el usuario debe tener en cuenta es que porlo general el Colector deberá tener mayor diámetro, dependiendo delnúmero de divisiones ó bucles.

En la siguiente imagen se observa como se selecciona el diámetro parael colector, en caso de no seleccionar uno de los mostrados por el pro-grama, el usuario tiene la opción de introducir el valor del diámetro inte-rior.

4.3 PESTAÑA CLIMA Y SUELOEn la pestaña "Clima y Suelo" el usuario observa 5 grupos de datos: elprimero tiene que ver con la parte climática, aquí el usuario selecciona laciudad más cercana al emplazamiento del sistema, la segunda tiene quever con el suelo, la tercera con los datos de carga térmica del edificio aclimatizar, y los dos últimos permiten la selección de la bomba de calory del fluido en intercambiador enterrado.

4.3.1 Datos climáticosAquí el usuario selecciona la capital de provincia más cercana o mássimilar en cuanto a clima a la ubicación del intercambiador enterrado,entre una base de datos de las 50 capitales de provincia en España, salvoPalencia y Jaén.

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4.3.2 Datos del SueloAquí el usuario puede seleccionar el tipo de suelo, e indicar la humedadde éste a la altura del intercambiador, entre una lista de más de 28 tipos.

Una vez seleccionado el tipo de suelo, el programa carga instantánea-mente los datos recomendados para las propiedades de éste. Muestra

también los valores mínimos (muy seco) y máximos (muy húmedo) deconductividad y capacidad térmica. En la parte derecha del menú des-plegable de suelo, se encuentra una barra que permite variar las propie-dades de acuerdo a las características de humedad del suelo. Así, si elusuario mueve la barra a la derecha, el programa asume que el suelo queeligió es un suelo más húmedo que el recomendado por el programa.Internamente el programa incrementa los valores de conductividad ycapacidad térmica en proporción al desplazamiento de la barra.Asimismo, si el usuario mueve la barra hacia la izquierda, lo que hace esdisminuir tales valores.

También puede introducir la conductividad y la capacidad térmica volu-métrica del suelo, si se tiene la posibilidad de medir dichos parámetroso de disponer de una estimación mejor de la que pueda hacer el progra-ma.

Hacer un ensayo in-situ es interesante pues proporciona informaciónsobre conductividad térmica y capacidad de calor volumétrica, de unvolumen considerable del perfil específico del suelo, bajo condicionesreales y considerando la configuración del intercambiador de calor ente-rrado (vertical u horizontal).Por supuesto, el ensayo in-situ presenta también un número de proble-

mas específicos, que tienen que ver principalmente con la influencia deperturbaciones exteriores, la duración del ensayo requerida y la limita-ción de la metodología de análisis actual. Algunos investigadores defien-den que, aplicando el ensayo in-

V.1.

00


16

Es obvio que ciertas ubicaciones pueden tener mássemejanza climatológica a una capital de otra provincia; porejemplo, alguien que quiera construir un intercambiadorenterrado en Ademuz, provincia Valencia, sabrá que la ciu-dad de Teruel tiene un clima más similar a su ubicación quela ciudad de Valencia, capital de la propia provincia.

Se recomienda hacer una ensayo in-situ para determinarestos datos, muy importantes para el diseño del intercam-biador de calor enterrado.

situ, pueden obtenerse valores específicos del sistema para los paráme-tros del suelo; considerando la hidrología, la configuración de la perfora-ción y del intercambiador enterrado de bucle cerrado.

A continuación se presenta una breve definición de los tipos desuelo(*):

Arcilla

Tierra finamente dividida, constituida por agregados de silicatos de aluminio hidra-

tados, que procede de la descomposición de minerales de aluminio, blanca cuan-

do es pura y con coloraciones diversas según las impurezas que contiene. Tamaño

de las partículas inferior a 2 mm.

Arena

Conjunto de partículas desagregadas de las rocas, sobre todo si son silíceas, y

acumuladas, ya en las orillas del mar o de los ríos, ya en capas de los terrenos de

acarreo. Tamaño de las partículas entre 50 mm y 2 mm.

Basalto

Roca volcánica, por lo común de color negro o verdoso, de grano fino, muy dura,

compuesta principalmente de feldespato y piroxena o augita, y a veces de estruc-

tura prismática.

Bentonita

Arcilla de gran poder de absorción con múltiples usos industriales.

Caliza

Roca formada de carbonato de cal.

Cieno

Lodo blando que forma depósito en ríos, y sobre todo en lagunas o en sitios bajos

y húmedos.

Conglomerado

Masa formada por fragmentos redondeados de diversas rocas o sustancias mine-

rales unidos por un cemento.

Cuarcita

Roca formada por cuarzo, de color blanco lechoso, gris o rojizo si está teñida por

el óxido de hierro, de estructura granulosa o compacta. Forma depósitos conside-

rables y contiene accidentalmente muchos minerales, entre ellos el oro.

Diorita

Roca intrusiva (con cristales visibles), aparece generalmente de color "blanco-

negro" o gris- verdosa.

Dolomía

Roca semejante a la caliza y formada por el carbonato doble de cal y magnesia.

Suele ser gris, con muchas diaclasas (rayas). Es más común que la verdadera cali-

za.

Gneis

Roca de estructura pizarrosa e igual composición que el granito.

Granito

Roca compacta y dura, compuesta de feldespato, cuarzo y mica. Lo hay de varios

colores, según el tinte y la proporción de sus componentes. Se emplea como pie-

dra de cantería.

Granodiorita

Roca intrusiva, de tamaño de cristales mediana, que contiene más minerales oscu-

ros que el granito pero menos que el diorita.

Grava

Conjunto de guijas (Piedras lisas y pequeñas que se encuentran en las orillas y

cauces de los ríos y arroyos). Tamaño de las partículas mayor que 2 mm.

Limo

Suelo intermedio entre arcilla y arena; tamaño de las partículas entre 2 mm y 50

mm.

Marga

Roca más o menos dura, de color gris, compuesta principalmente de carbonato

de cal y arcilla en proporciones casi iguales.

Mármol

Piedra caliza metamórfica, de textura compacta y cristalina, susceptible de buen

pulimento y mezclada frecuentemente con sustancias que le dan colores diversos

o figuran manchas o vetas.

Piedra arcillosa

Arcilla petrificada, se deshace cuando se rasca con la uña, dando granos de arcilla.

Piedra arenisca

Arena petrificada, se deshace cuando se rasca con la uña, dando granos de arena.

Riolita

Roca de color variable, suele ser amarilla, parda o roja. Casi siempre con estruc-

tura fluidal en bandas.

Yeso

Sulfato de calcio hidratado, compacto o terroso, blanco por lo común, tenaz y tan

blando que se raya con la uña. Deshidratado por la acción del fuego y molido,

tiene la propiedad de endurecerse rápidamente cuando se amasa con agua, y se

emplea en la construcción y en la escultura.

V.1.

00


17

4.3.3 Carga térmica del edificio y Tipo de edificioAquí el usuario introduce las máximas cargas térmicas de Calefacción(Invierno) y Refrigeración (Verano) y el tipo de edificio.Se debe tener en cuenta que GEO CIATESA no requiere las temperatu-ras a las cuales fueron calculadas esas cargas térmicas, pues asume queesos valores son los correspondientes a la hora del día más caliente paraverano (refrigeración) y la hora del día más frío para invierno (calefac-ción); GEO CIATESA a partir de las bases de datos climáticos paraEspaña, selecciona estás temperaturas como las críticas y las utiliza inter-namente para sus cálculos.

GEO CIATESA dispone internamente de los datos climatológicos de lascapitales de provincia mencionadas arriba, por lo cual se puede calcularla carga térmica total del edificio en esta ciudad basándose en la cargamáxima.

4.3.4 Selección de la bomba de calorUna vez introducidas las máximas cargas térmicas de calefacción y refri-geración, el programa tiene la opción de recomendar la bomba que másse acerca a los valores de carga requerida. El programa compara el valorde la carga para calefacción introducida por el usuario con el valor nomi-nal de potencia calorífica de cada bomba de la serie IZE de CIATESA,luego realiza la misma operación para refrigeración, y selecciona labomba de calor que más se acerca y cumple con los dos datos de carga.Si el usuario introduce una carga mayor que la capacidad de la bomba,el programa selecciona automáticamente la de mayor capacidad, y gene-ra un aviso en la pestaña de resultados.

Para sugerir la bomba de calor en usuario sólo debe pulsar el botón"Sugerir bomba" y automáticamente el programa le muestra la bombamás cercana que cumple con las dos cargas introducidas.

V.1.

00


18

(*). Tomado de la Real Academia Española,http://www.rae.es, y otras fuentes específicas.

El tipo de edificio indica las horas semanales que el edificiorequerirá climatización. Internamente, el programa lo inter-preta como un factor de utilización que va de 0 a 1. Unejemplo de edificio que está siempre ocupado y a tempera-tura de confort sería un hospital, etc. Si los fines de sema-na el edificio no se usa, sería por ejemplo una oficina. Es decisión y responsabilidad del diseñador seleccionaruna tipología de edificio lo más similar a uno de los edifi-cios que el programa muestra, ya que este dato es muyimportante en el cálculo de la longitud del intercambiador.Si el diseñador decide ser más conservador, el tipo de edi-ficio que debe escoger será Hospital que tiene un factor deutilización de 1.

El usuario puede prefijar la bomba de calor en GEO CIATESA, escogién-dola del menú desplegable “Bombas de calor” como se muestra en lasiguiente imagen:

Si la bomba de calor no es capaz de suministrar la energía requerida enel edificio (Máxima carga de refrigeración y calefacción, introducida porel usuario), el programa en la pestaña de “Resultados” mostrará un avisoen color ámbar indicando que se necesitaría poner un equipo auxiliar oseleccionar una de mayor potencia.

4.3.5 Selección del fluido en el intercambiado enterradoEl usuario elige un fluido que circula en el intercambiador enterrado. Laversión 1.00 de GEO CIATESA está preparada para hacer cálculos conagua y con soluciones de hasta 56%(**) de glicol en agua. El uso de aguaglicolada es necesario cuando la temperatura del agua en invierno estápor debajo de la temperatura mínima admisible en la bomba de calor(5ºC (*) para la serie IZE).

Utilizando agua glicolada, se puede trabajar con temperaturas de hasta -4ºC (*), lo que permite reducir considerablemente la longitud del inter-cambiador en condiciones donde predomina la carga de calefacciónsobre la carga de refrigeración. Sin embargo, el rendimiento de labomba de calor disminuye cuando la temperatura del líquido es másbaja. Es responsabilidad del diseñador encontrar la temperatura óptimaque garantice el máximo COP del sistema con una longitud mínima delintercambiador.

En la tabla siguiente se muestra un resumen de las propiedades termofí-sicas para agua glicolada.(***)(*) Temperatura de salida de agua.(**) Porcentaje en peso.

V.1.

00


19

GEO CIATESA tiene cargados los datos de las bombas decalor agua-agua reversibles serie IZE de CIATESA.

Para mayor información acerca de este tipo de bombas,consulte la Documentación Técnica de CIATESA.

Temperaturade FusiónºC

Porcentajeen peso deglicol (%)

Temp.ºC Densidad

kg/m3Calor

específicoJ/kg·K

ConductividadTérmica W/m·K

ViscosidadDinámica

mPa·s

-15 30.5

3020100

-10-15

103510391043104610481049

376037303700366536353620

0.4720.4630.4540.4440.4350.430

1.682.193.034.356.808.60

-30 45.4

3020100

-10-20-30

1054106010651070107410771079

3430338533403295325032053160

0.4120.4050.3980.3910.3840.3780.371

2.483.294.646.9010.718.033.0

4.4 PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS

La pestaña pérdidas de carga está dividida en dos partes, la primera serefiere a las pérdidas en accesorios, de forma detallada, y la segunda serefiere las pérdidas por accesorios (cálculo aproximado) y en la cual elusuario introduce los valores de longitudes equivalentes por accesorios.Hay que tener en cuenta que las pérdidas calculadas por GEO CIATESAson aproximadas (Indicativas), en caso preciso se recomienda usar unprograma especializado para obtener resultados más exactos.

4.4.1 Pérdidas en Accesorios

Esta sección se subdivide en dos: en la primera se indican las pérdidasen accesorios, en el colector (se recuerda que el colector se define comola tubería que une la bomba de calor con el intercambiador enterrado),aquí el usuario introduce el número de accesorios que estima, tendrá sudiseño. En la segunda sección el usuario introduce el número de acce-sorios para el intercambiador enterrado, entendiéndose accesorio cómocada bucle individual. Si el colector presenta una longitud destacable encomparación con la de los bucles, el diseñador deberá tener en cuentael efecto de la ganancia de calor en él, ya que el efecto térmico puedeser considerable.

Como muestra de la importancia del colector como elemento térmico,decir que en uno de los experimentos realizados en la Universidad deValencia, cerca del 18% del calor recuperado de la tierra no fue absorbi-do en el Intercambiador de Calor Enterrado (ICE) horizontal, sino en la

tubería del colector. Esta es una indicación que incluso en diseños ver-ticales, se debe considerar la parte horizontal del ICE.

4.4.2 Pérdidas en accesorios (cálculo aproximado)Como alternativa al cálculo de las pérdidas en accesorios introduciendoel número de cada uno de ellos, pueden introducirse los valores de lon-gitud equivalente en el colector y longitud equivalente por cada bucle, enmetros.

5. COMPROBACIÓN DE LOS DATOS DEENTRADAGEO CIATESA tiene un sistema de comprobación de los datos de entra-da, cada vez que se pulse el botón "Guardar" o "Calcular", el sistemahace la comprobación de cada uno de los datos suministrados por elusuario, si por ejemplo el usuario olvida poner el valor de las cargas máxi-mas de refrigeración o calefacción, el programa muestra una adverten-cia, que impide calcular o guardar el proyecto, hasta su revisión. A con-tinuación, se presentan algunas advertencias:

V.1.

00


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(***) Tomado de Thermophysical properties of LiquidSecondary Refrigerants, International Institute ofRefrigeration.

· Para la configuración horizontal 1:

En esta configuración se tienen varias advertencias: si el usuario no intro-duce los valores de Nº de bucles, N, D o P, como se observar en la ante-rior imagen el programa mostrará las siguientes advertencias:

Si por ejemplo el usuario diseña un intercambiador enterrado seleccio-nando la configuración horizontal 1, e introduce los valores de Nº bucles,N, D, y P, el programa hace una verificación para saber si es posibleconectar las tuberías, si no es posible el programa mostrará las siguien-tes advertencias: (ver datos en la imagen)

Ejemplo 1:

Ejemplo 2:

Ejemplo 3:

V.1.

00


21

V.1.

00


22

A continuación se muestra un resumen por cada pestaña de todas las advertencias que se pueden producir al introducir los datos en GEO CIATESA.

Tabla resumen para la pestaña "Configuración"Nº Bucles N, M D, D1, D2 P, P1, P2, P3, P4 (1) Ejemplo* (2) Ejemplo* (3) Ejemplo

Horizontal 1 >0N>0(par)

D>0 P>0NB=6N=10

NB=5N=12

No Aplica

Horizontal 2 >0 N>0 D>0P1>0, P2>0

P1<P2NB=15N=10

NB=6N=10

No Aplica

Horizontal 3 >0 N>0D1>0D2>0

P>0NB=10

N=5NB=5N=9

No Aplica

Horizontal 4 >0 N>0 D>0P1>0, P2>0,P3>0,P4>0

P1<P2<P3<P4

NB=20N=5

NB=6N=11

No Aplica

Horizontal 5 >0 N>0D1>0D2>0

P1>0,P2>0P1<P2

NB=11N=5

NB=5N=3

No Aplica

Vertical 1 >0N>0M>0

D>0 No Aplica No Aplica No AplicaM=5N=2

Tabla resumen para la pestaña "Materiales"Conductividad del

tuboRugosidad Absoluta Presión Nominal

Diámetro Interior(Di)

Diámetro Exterior(De)

Longitud

ParaIntercambiador

Enterrado>0 >0 >0

Di>0Di<De

De>0 No Aplica

Para Colector No Aplica >0 >0 Di>0 No Aplica >0

Tabla resumen para la pestaña "Clima y Suelo"

ConductividadCapacidad TérmicaVolumétrica (Cp)

Máxima Carga (kW)% de

Concentración

Datos del Suelo >0 >0 No Aplica No Aplica

Carga Térmica deledificio

Calefacción No Aplica No Aplica >0 No Aplica

Refrigeración No Aplica No Aplica >0 No Aplica

Fluido del Intercambiador No Aplica No Aplica No Aplica 0<FU<56

Donde: NB = Nº de bucles y N = Nº de zanjas en paralelo, para las configuraciones horizontales.M = Nº de filas pozos y N = Nº de columnas de pozos, para la configuración vertical

(1) El Nº de bucles debe ser menor o igual que la mitad del Nº de tubos totales.(2) El Nº de tubos totales debe ser múltiplo del Nº de bucles.(1) M*N debe ser múltiplo del número de bucles.(*) En las casillas se muestran los datos que el usuario debe introducir en los campos de GEO CIATESA: NB, N(para configuraciones horizontales) y M, N(para la configuración vertical), para observar la advertencia descrita como (1), (2) y (3).

6. RESULTADOS DEL PROGRAMA

6.1 Botón Calcular (Ejecutar del Programa)Una vez introducidos todos los datos de entrada, el usuario debe pulsarel botón "Calcular" que se encuentra ubicado en la pestaña de"Resultados", y así el programa mostrará los cálculos realizados de lasdiferentes combinaciones para verano (refrigeración) e invierno (calefac-ción).

El usuario debe ubicarse en la pestaña de “Resultados” como se mues-tra en la siguiente imagen, y pulsar el botón "Calcular". El botón“Calcular” sólo aparece en la ventana de “Resultados”, para evitar que elusuario intente calcular sin que haya definido todo el proyecto.Una vez que el usuario lo pulse se presentan los resultados como semuestra en la siguiente sección.

6.2 Pestaña de Resultados

En la pestaña "Resultados" el usuario observa 4 grupos de datos: en elprimero se muestran las temperaturas del agua de la aplicación (circuitointerior), en las dos siguientes se ven los resultados para invierno(Calefacción) y verano (Refrigeración) respectivamente y en la última seve el cuadro de avisos.

6.2.1 Temperaturas de la AplicaciónAquí el usuario puede ver las temperaturas del agua del circuito interiorcon las cuales el programa realiza los cálculos.

V.1.

00


23

Tabla resumen para la pestaña "Pérdidas de Carga"Nº Codos

90ºNº Codos

45ºNº

reduccionesNº T´s

NºVálvulas

Nº U´sLongitud

equivalente

Colector >0 >0 >0 >0 >0No

Aplica>=0

Por cadabucle

enterrado>0 >0 >0 >0 >0 >0 >=0

El programa muestra dichas temperaturas para invierno (calefacción) yverano (refrigeración) en la aplicación; estos valores son constantes y seindican a continuación:

Para Verano (Refrigeración) se tiene que:

Temperatura Caliente = 12 ºC, se refiere a la temperatura del agua a la entrada de la bomba de calor en el circuito interior o conectado al edificio.

Temperatura fría = 7 ºC, se refiere a la temperatura del agua a la salida de la bomba de calor en el circuito interior o conec-tado al edificio.

Para Invierno (Calefacción), se tiene que:

Temperatura caliente = 50 ºC, se refiere a la temperatura del agua a la salida de la bomba de calor, en el circuito interior o conectado al edificio.

Temperatura fría = 45 ºC, se refiere a la temperatura del agua a la entrada de la bomba de calor, en el circuito interior o conectado al edificio.

6.2.2 Resultados para Invierno (calefacción) y Verano(refrigeración)

Aquí el usuario puede ver los resultados del programa.

Como se observa el programa proporciona varios datos de salida; unosson valores que el programa lee de las bases de datos y muestra al usua-rio para ayudarle en la definición del diseño óptimo, por ejemplo:

COP El COP que calcula GEO CIATESA es el COP mínimo(*), ya que es calculado en las peores condiciones, cuando por ejemplo en verano, el suelo ya está caliente debido al calor introducido durante toda la estación.En esta circunstancia el agua que llega a la bomba de calor lo hará a mayor temperatura, la condensación se producirá por lo tanto a temperatura y presión más elevadas y el COP será menor. Hay que tener en cuenta que la mayoría del tiempo que funciona elsistema en una estación determinada, éste no trabaja en las peores condiciones, siempre está a una temperaturamás baja que la del instante crítico (final del verano) y por consiguiente en COP real es más alto.

Pc Potencia calorífica o capacidad de la bomba en calefacciónpara unas condiciones especificas de temperatura de salida de agua fría y caliente de la bomba de calor.

Pf Potencia frigorífica o capacidad de la bomba enrefrigeración para unas condiciones especificas detemperatura de salida de agua fría y caliente de la bomba de calor.

Pa Potencia absorbida o potencia eléctrica consumida por el compresor para unas condiciones específicas detemperatura de salida de agua fría y caliente de la bombade calor.

Caudal nominal. Caudal nominal o caudal con el que se garanti-zan las prestaciones de la bomba de calor.

Temperatura de salida. Es la temperatura de salida del agua de la bomba de calor al final de la estación de invierno/calefacción o verano/refrigeración.

Los otros valores son calculados como:

Longitud Es la longitud total de tubo calculada para unas condi-ciones específicas de temperatura de salida de agua fría y caliente de la bomba de calor.

Área Ver explicación en el siguiente párrafo.

Volumen Ver explicación en el siguiente párrafo.

V.1.

00


24

Pérd. (m.c.a) Es la pérdida de carga por fricciones (ésta es laresultante de sumar las pérdidas por longitud y

accesorios del intercambiador enterrado, la pérdidas por longitud y accesorios en el colector

y las pérdidas en la bomba de calor).

Es importante recordar que el usuario puede seleccionar la longitud deinvierno o verano. Si por ejemplo se selecciona la de verano, el usuariopodrá analizar con la misma longitud en invierno como se va a compor-tar el sistema, podrá ver cual es la temperatura de salida de la bomba decalor en invierno y su respectivo COP.

Las siguientes imágenes se muestran como ejemplo para entender elconcepto de área afectada y volumen afectado en configuraciones hori-zontales:Como se observa en la imagen anterior, en los intercambiadores hori-

zontales, el área afectada es la parte superior del suelo justo encima delintercambiador.

La distancia horizontal es un valor geométrico que depende de los datosdefinidos por el usuario como N, D1 y D2; la longitud de cada zanja seobtiene de dividir la longitud total calculada por el programa entre elnúmero total de tubos para el diseño; y así multiplicando la distanciahorizontal por la longitud de cada zanja, se obtiene el área afectada. Unavez hallada este área, se multiplica por la máxima profundidad (P2) y seobtendrá el volumen afectado.

Para el caso de intercambiadores verticales, nuevamente el área afecta-da es la que esta exactamente encima de los tubos como se muestra enla siguiente imagen; nuevamente se calcularía de los datos que definió elusuario como D*(M-1) por D*(N-1). El volumen que calcula GEOCIATESA es el volumen excavado, se obtiene de multiplicar el área delpozo (p*(0.075 m)2) por la longitud calculada dividido entre 2 (1 tubo debajada + 1 tubo de subida). Para ello se toma un diámetro del pozo

estándar de 150 mm.

6.2.3 Avisos

Esta sección del programa muestra los avisos para cada una de las tem-peraturas de salida del agua de la bomba de calor, con un "click" sobrela fila correspondiente a una temperatura, GEO CIATESA muestra el tipode aviso.

Las filas de resultados se presentan en color verde si el diseño para esatemperatura es correcto, en ámbar si hay alguna indicación que puedamejorar la selección, o algún problema leve, y en color rojo si la selec-ción no es adecuada.

V.1.

00


25

En la siguiente imagen se presenta una situación en la que para 40 ºC, yunas condiciones especiales del diseño, el programa nos muestra 5 avi-sos, y la fila en color rojo. Dependiendo del tipo de aviso, la fila se pon-drá de un color, pero como en este ejemplo si hay más de un aviso enuna fila, el color que predominará será el del aviso más importante(selección inadecuada).

El objetivo de estos avisos, es ayudar al usuario en el diseño del inter-cambiador enterrado; para esto de han definido varios tipos de avisoscomo se ve a continuación:

H El intercambiador está sometido a una presión demasiado elevada: Elaviso indica que la presión calculada en el sistema es mayor que la pre-sión de la tubería que el usuario seleccionó. Esto se puede solucionarsimplemente cambiando a una presión mayor si es que no se quiere

cambiar la configuración u otro parámetro de diseño (tenga en cuentaque para intercambiadores verticales, la presión estática es importante, yaumenta en 1 bar por cada 10 metros de profundidad).

H El colector está sometido a una presión demasiado elevada: Al igualque el anterior, la presión calculada en el sistema es mayor que la pre-sión que seleccionó el usuario en la definición del proyecto. Se puedesolucionar cambiando a una presión mayor. Aquí hay que tener en cuen-ta que la presión del colector es la ocasionada por las pérdidas totalesdel sistema; no se tiene en cuenta la presión estática por profundidad, yaque por lo general el colector esté muy cerca de la superficie del suelo.

H La velocidad en los bucles es demasiado baja: Este aviso indica queel flujo en los tubos del intercambiador es muy lento y ello no perjudicala transferencia de calor. Como solución, elija un diámetro de la tuberíamás pequeño, aumente el caudal seleccionando una bomba de calor másgrande, o reduzca el número de bucles.

H La velocidad en los bucles es demasiado alta: Este aviso indica quepor exceso de velocidad del flujo se ocasionan altas pérdidas por friccióny desgaste excesivo en la tubería. La solución pasa por elegir un diáme-tro de tubería más grande, disminuir el caudal eligiendo una bomba decalor más pequeña, o aumentar el número de bucles.

H La temperatura del intercambiador es demasiado alta en verano: Esteaviso indica que el fluido en el intercambiador enterrado está muy calien-te, lo que podría ocasionar un rápido deterioro de los tubos, y un bajoCOP. En principio el usuario tendría que optar por otro punto de diseñoen la longitud del intercambiador seleccionando una temperatura másbaja, pero si persiste en trabajar a esta temperatura, se podría solucionareligiendo polibutileno como material para los tubos, material que tieneuna mayor vida útil a altas temperaturas.

H La bomba de calor no tiene bastante potencia para refrigerar el edifi-cio: Este aviso indica que para la temperatura de salida del agua de labomba de calor seleccionada, la potencia frigorífica que proporciona elequipo no es suficiente para refrigerar el edificio. Se puede solucionareligiendo una bomba más grande, o integrando un sistema auxiliar quesupla la potencia frigorífica que falta.

V.1.

00


26

Todo Correcto

Seleccióninadecuada

Se puedemejorar

"click" en 40 ºC

H La bomba de calor no tiene bastante potencia para calentar el edifi-cio: Este aviso indica que para la temperatura de salida del agua de labomba de calor seleccionada, la potencia calorífica que proporciona launidad no es suficiente para calentar el edificio. Esto se puede solucio-nar eligiendo una bomba más grande, o integrando un sistema auxiliarque supla la potencia calorífica que falta.

6.2.4 Copiar al portapapeles

El usuario puede seleccionar las celdas con el ratón o bien con el tecla-do del ordenador y luego pulsar el botón “Copiar al portapapeles”. Estainformación podrá copiarse en una hoja de Excel, en Word u otro pro-grama. Una vez tengamos los resultados en Excel (p.e), se podrán reali-zar gráficos o incluir en informes.

En la imagen siguiente se muestra un ejemplo de cómo se copia al por-tapapeles y luego se pega esta información en una hoja de Excel. Conayuda de las herramientas de Excel, se pueden obtener gráficos, para asíinterpretar mejor los resultados.

La siguiente gráfica muestra las curvas del COP y de la longitud frente ala temperatura de salida del agua de la bomba de calor en condicionesde verano.

En la gráfica se aprecia que a medida que aumenta la longitud mejora elCOP. Es responsabilidad del diseñador el escoger la mejor opciónteniendo en cuenta que la longitud representa los costes de instalacióny el COP los costes de funcionamiento. El diseñador debe tratar dehacer un análisis técnico-económico para determinar cual es la longitudóptima del intercambiador.

7. DATOS TÉCNICOS DEL PRODUCTOGEO CIATESA

7.1 Acerca de…GEO CIATESA en su pantalla de "Acerca de…" presenta al usuario infor-mación del programa, autores y propietarios.

7.2 AutorEl autor de GEO CIATESA es el Grupo de Investigación y Modelado deSistemas Térmicos, adscrito al Instituto de Ingeniería Energética de laUniversidad Politécnica de Valencia.

Contacto:Investigación y Modelado de Sistemas Térmicos, Instituto de Ingeniería Energética, Universidad Politécnica de Valencia.Camino de Vera, 14, 46022, Valencia, España.Teléfono: (+34) 963879895E-mail: [email protected] http://www.imst.upv.es - http://www.iie.upv.es

7.3 Propiedad de GEO CIATESAEl software GEO CIATESA es propiedad de la Compañía Industrial deAplicaciones Térmicas, S.A. - CIATESA.

Contacto:CIATESA - Compañía de Industrial de Aplicaciones Térmicas, S.A.Polígono Industrial de Llanos de Jarata. 14550 Montilla, Córdoba.Teléfono: (+34) 957652311 - Fax: (+34) 957652212E-mail: [email protected] http://www.ciatesa.es

V.1.

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Documents

manual GEO CIATESA.pdf