Optimización hidraúlica y estudio térmico de un intercambiador geotérmico de geometría experimental mediante técnicas CFD.

Abstract

[ES] La energía geotérmica se presenta como una alternativa sostenible dentro de las energías renovables para la climatización de viviendas o invernaderos. Las instalaciones geotérmicas de pozos verticales, son las más utilizadas en la actualidad, ya que se aprovechan de que la temperatura del subsuelo se mantiene constante a partir de cierta profundidad. El principal inconveniente de este tipo de instalación es el sobre coste derivado de la perforación del suelo para la realización de los pozos.

El objetivo de este trabajo es la optimización de la cabeza y del pie de un intercambiador de calor enterrado de geometría experimental de una instalación geotérmica para reducir sus pérdida hidráulicas. Se analizarán tres geometrías basadas en una curva de transición utilizada para el diseño de carreteras llamada clotoide, comprobando su utilidad en el diseño de circuitos hidráulicos. Además si los recursos en términos de tiempo y equipo informático de los que se dispone resultan adecuados, se realizará un estudio de los diferentes parámetros térmicos de dicho intercambiador comparándolos con los de un modelo comercial, esperando obtener mejoras significativas en el rendimiento térmico.

Para ello se seguirá la metodología CFD, principalmente mediante el programa comercial ANSYS. Se compararán los resultados de estas simulaciones con los obtenidos en ensayos experimentales realizados en el laboratorio de geotérmica de la UPV.

[EN] Geothermal energy is presented as a sustainable alternative within renewable energies for the air conditioning of homes or greenhouses. Geothermal installations with vertical wells are currently the most widely used, since they take advantage of the fact that the temperature of the subsoil remains constant from a certain depth. The main disadvantage of this type of installation is the extra cost derived from the drilling of the ground for the realization of the wells.\\

The objective of this work is the optimization of the head and foot of a buried heat exchanger of experimental geometry of a geothermal installation in order to reduce its hydraulic losses. Three geometries based on a transition curve used for road design called clotoid will be analyzed, checking its usefulness in the design of hydraulic circuits. In addition, if the resources in terms of time and computer equipment available are adequate, a study of the different thermal parameters of the exchanger will be carried out comparing them with those of a commercial model, hoping to obtain significant improvements in the thermal performance.\\

For this purpose, the CFD methodology will be used, mainly by means of the commercial program ANSYS. The results of these simulations will be compared with those obtained in experimental tests carried out in the geothermal laboratory of the UPV.