Desenvolvimento de uma instalação geotérmica
Groen Energia S.L.27/05/2022 A Groen Energia S.L. é uma empresa especializada no estudo, projeto e execução de instalações geotérmicas, que conta com uma equipa de engenheiros, geólogos e departamentos próprios de perfuração com pessoal altamente qualificado, com o objetivo de oferecer aos seus clientes uma solução integrada na sua instalação geotérmica.
A geotermia é uma fonte inesgotável de energia renovável, limpa e económica, durante 365 dias, 24 horas/dia, independentemente das condições meteorológicas exteriores, e que se baseia no intercambio térmico contínuo com o terreno, o qual se mantém, a partir dos 20 metros de profundidade, a uma temperatura constante.
Este processo permite diminuir as emissões de CO2 mais que qualquer outro tipo de energia para climatizar, poupando até 80% do gasto energético face a outros sistemas convencionais e cobrindo até 100% das necessidades de aquecimento, refrigeração e agua quente sanitária (AQS).
Tudo isto é conseguido com uma única instalação, capaz de converter 1 kW de energia elétrica em 5 kW de energia térmica, em média, graças à elevada eficiência deste sistema.
Desenvolvimento de projeto e execução de uma instalação geotérmica pela Groen Energia
1. Determinar as necesidades a cobrir:
a. Potências Pico (kW)
b. Necessidades energéticas (kWh/mês)
2. Escolha dos equipamentos de bomba de calor, conhecendo os parâmetros de trabalho e rendimentos para o cálculo do campo de captação, assim como do esquema de princípio.
3. Estudar a geologia do terreno, para poder selecionar os equipamentos de perfuração adequados.
4. Definir os materiais que formarão parte do campo de captação geotérmico.
a. Sondas
b. Morteiro Geotérmico
5. Determinar as caraterísticas térmicas do terreno, através de um Teste de Resposta Térmica (TRT):
a. Condutividade térmica
b. Temperatura média do terreno
c. Resistência térmica
6. Simulação térmica mediante a utilização de software especializado considerando toda a informação anterior.
7. Relatório final com o cálculo e dimensionamento da solução técnica mais eficiente para a execução da instalação geotérmica.
Antes do início das perfurações geotérmicas é necessário realizar um projeto de Perfurações Geotérmicas, assinado por um engenheiro de minas ou equivalente, de modo a obter a aprovação do organismo público competente em Minas. Ainda assim, e depois de concluir todos os trabalhos, o técnico responsável deve certificar a finalização dos trabalhos executados no dito organismo.
Seguidamente, resumimos um caso de dimensionamento e execução de uma instalação geotérmica da Groen Energia com um exemplo de uma vivenda unifamiliar dentro da promoção de 312 vivendas ‘Célere Cortijo Norte’, situada em Boadilla del Monte, Madrid e executada pela promotora Vía Célere.
Determinar as necessidades energéticas que se deverão cobrir
Neste caso de vivendas unifamiliares, há que determinar previamente que necessidades energéticas se devem cobrir, como por exemplo:
- Potência de aquecimento pico (kW).
- Potência de AQS pico (kW).
- Potência de refrigeração pico (kW).
- Necessidade mensal do processo de aquecimento (kWh/mês).
- Necessidade anual do processo de AQS (kWh/ano).
- Necessidade mensal do processo de refrigeração (kWh/mês).
1. Seleção dos equipamentos de bomba de calor e esquema de princípio
Selecionar a Bomba de Calor Geotérmica (BCG) e o esquema de princípio, assim como dos emissores do circuito secundário que se vão utilizar (solo radiante, fan coils, etc.), já que as caraterísticas técnicas da BCG e dos emissores selecionados, são fundamentais para o correto dimensionamento do campo de captação geotérmica, marcando as temperaturas de intercâmbio tanto no circuito primário (terreno) como no circuito secundário (vivenda).
Neste projeto foi selecionada uma BCG da marca Ecoforest, com vantagens importantes como:
- Tecnologia Inverter.
- Tecnologia High Temperature Recovery (HTR) que permitirá aquecer AQS simultaneamente com a climatização.
- Modulação das bombas circuladoras de sondagens geotérmicas e clima.
- Incorpora um equipamento compacto o depósito de acumulação de AQS e todos os componentes da BCG.
- Gestão integral da bomba circuladora de retorno de AQS.
2. Estudar a geologia do terreno para poder selecionar o equipamento de perfuração adequado
Foi consultada a carta geológica de Majadahonda, para localizar a posição das sondagens a realizar, e onde foi possível saber que o terreno a perfurar estaria formado principalmente por Arcosas (Facies Madrid).
Tendo em conta a natureza deste terreno, foi escolhido um equipamento específico para trabalhos de perfuração geotérmica, com cabeça dupla e tripla mordaça, capaz de utilizar tubos de revestimento de 152 mm, ao mesmo tempo que se perfura com trialeta de 130 mm e varas de 88,9 mm, alcançando comprimentos de 130 m de profundidade.
A evacuação dos detritos da perfuração realiza-se mediante circulação direta de água através de “preventer”. À parte disto, realiza-se um contínuo tratamento da água utilizada na perfuração, separando o detrito sólido do líquido, e assim é possível reduzir o consumo de água, mantendo a plataforma de trabalho em ótimas condições.
Com esta metodologia de trabalho na execução das sondagens geotérmicas, conseguimos as melhores condições de ordem e limpeza em obra que serão a base da segurança dos trabalhadores e da qualidade da execução das perfurações.
3. Definir os materiais que formarão parte do campo de captação geotérmico
Determinar os materiais em função das temperaturas a que deverá trabalhar o primário, para a correta seleção de sondas e morteiro geotérmico.
Neste projeto foram selecionadas as sondas RAUGEO PE-RC com U simples de 40mm, compostas por 2 tubos em polietileno de alta densidade (RAU-PE-RC) segundo DIN 8074/75, certificação TÜV segundo PAS 1075, UV-estabilizado, cor negro (RAL 9004).
As principais caraterísticas destas sondas são:
- Testada em fábrica, inclui relatório de inspeção
- Certificado SKZ, segundo controlo de qualidade HR 3.26
- Documento com diretrizes DVS
- Pé de sonda extremamente compacto e robusto
- Temperaturas de serviço: -20°C a +40°C
- Máx. Pressão de serviço 16 bar (C=1,25)
O morteiro geotérmico selecionado para este projeto será o morteiro de alta condutividade térmica da marca Tudela Veguín MASTEC® GEOTÉRMICO INGTMP, para proteger as sondas introduzidas, proporcionando-lhes uma adequada durabilidade no tempo, assim como oferecer uma boa transmissividade térmica entre as mesmas e o terreno, evitando ao mesmo tempo a sua contaminação e alteração dos possíveis aquíferos existentes na zona.
Este morteiro tem as seguintes caraterísticas:
- Alta condutividade térmica (> 2 W/mK)
- Grande fluidez, sem segregação
- Especialmente fabricado para aplicações geotérmicas
- Elevado tempo de presa
- Resistência a ciclos gelo-degelo
- Sulfo-resistente
4. Determinar as caraterísticas térmicas do terreno através de um Teste de Resposta Térmica (TRT)
Para a realização do TRT realizou-se uma sondagem geotérmica com o equipamento Soilmec SM-8GT até à profundidade de 127 metros.
Nesta sondagem foi colocada uma sonda geotérmica RAUGEO PE-RC de U simples de 40mm de diâmetro e com 127 m de comprimento. O espaço entre a sonda e o terreno contou com o morteiro geotérmico de alta condutividade térmica, e em que durante 7 dias e durante 72 horas contínuas verificou o comportamento do terreno em distintos regimes de trabalho, que nos indicaram as caraterísticas térmicas do terreno.
5. Simulação térmica mediante a utilização de software especializado considerando toda a informação anterior
Com os dados obtidos no Teste de Resposta Térmica, os parâmetros de cálculo considerados, e mediante o software específico para cálculo de instalações geotérmicas Earth Energy Designer (EED), obteve-se as diferentes hipóteses de dimensionamento do campo de captação geotérmico, entre as quais se selecionará a mais adequada para o projeto.
6. Relatório final com o dimensionamento da solução técnica mais eficiente para a execução da instalação geotérmica
Uma vez interpretados os resultados pode concluir-se que, com o projeto proposto, é conseguido um equilíbrio térmico com o terreno, mantendo condições ótimas durante todo o funcionamento do sistema, com:
- 1 perfuração de 125 m com sondas de U simples 40x3,7 mm PE-100-RC.
Chegados a este ponto, já estaria completamente definida toda a instalação geotérmica, desde os materiais, equipamentos de sala técnica, esquema de princípio, comprimentos de perfuração de cada sondagem, etc. Para poder preparar o Projeto de Climatização correspondente, assim como o Projeto de Perfurações Geotérmicas.
O projeto ‘Cortijo Norte de Vía Célere’, que damos como exemplo, conta alguns valores, entre outros:
- 312 instalações geotérmicas individuais dotadas de aquecimento, refrigeração e AQS a cada uma das vivendas da promoção com a melhor eficiência energética A.
- 2.176,34 kW de potência térmica instalada em total > 2 MW.
- Redução de emissões de 618.537,56 kgCO2/ano em comparação com um sistema convencional alternativo de gás natural e painéis solares térmicos para gerar o aquecimento e AQS das 312 vivendas.
- Instalação do sistema de climatização que mais respeita o meio ambiente, dentro de um retorno natural privilegiado, como é a ‘Cuenca Alta del Guadarrama’, espaço protegido pela Rede Natura 2000.
Contactos:
FDO.
José Manuel Sánchez Ballesta
Juan Francisco Segura Peñas
Diego Fernández Martín
Groen Energía S.L C/Doctor Varela, 37, 1º OFC B, 28430, Alpedrete, Madrid.
Telefone: 910109090
Email: groen@groen.es
Site: www.groen.es
