Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / El desarrollo de los intercambiadores de calor como sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja entalpía, ha contribuido de forma significativa a reducir el consumo de energía en la climatización de edificios. Para obtener un buen rendimiento de este tipo de sistemas es necesario realizar un diseño óptimo, lo cual requiere una buena estimación de los parámetros térmicos. El test de respuesta térmica (TRT) es el método actualmente empleado para la determinación de las propiedades térmicas del suelo para el diseño de sistemas geotérmicos de muy baja entalpía tradicionales. Los sistemas de pilotes geotérmicos utilizan los pilotes de fundación requeridos en la construcción de edificios, como intercambiadores de calor con el suelo, al incorporarle un circuito de tuberías en su interior por donde fluye el líquido transportador de calor. Estos sistemas son relativamente nuevos y presentan ciertas diferencias con respecto a sistemas tradicionales, lo que hace necesario estudiar la validez de aplicar pruebas TRT para su diseño. Lo anterior es la motivación del trabajo de esta tesis, en la cual se utilizó un modelo numérico desarrollado en COMSOL Multiphysics® para reproducir TRTs sintéticos en un pilote geotérmico bajo ciertas condiciones ideales. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones numéricas, se concluye que la interpretación de los resultados de TRTs en este tipo de sistemas es complejo, ya que dependen de la relación entre la conductividad térmica del suelo y del concreto, la tasa de la capacidad calorífica volumétrica entre el suelo y el material de relleno, el diámetro del pilote, y el espaciamiento entre tuberías, entre otros factores. Los errores asociados a cualquiera de esos parámetros en la interpretación de dichas pruebas mediante el uso del método tradicional de análisis, que considera una fuente lineal de calor (LHS), pueden ser hasta un 50% de sobrestimación para pruebas de relativa corta duración. Por ejemplo, el análisis de las simulaciones indica que, para un pilote de un metro de diámetro, es necesario realizar pruebas de más de 400 horas para obtener resultados confiables. Además, estos errores pueden ser acumulativos lo que puede aumentar la incertidumbre respecto a la estimación de los parámetros de diseño. Por lo anterior, se recomienda utilizar el conjunto de resultados generados en este estudio para estimar factores de corrección que deben aplicarse al interpretar los resultados de TRT en pilotes geotérmicos. Se espera que de esta forma los resultados presentados en este estudio permitan una correcta interpretación de los resultados de pruebas de terreno de corta duración, con el consiguiente beneficio en términos logísticos y económicos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / El desarrollo de los intercambiadores de calor como sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja entalpía, ha contribuido de forma significativa a reducir el consumo de energía en la climatización de edificios. Para obtener un buen rendimiento de este tipo de sistemas es necesario realizar un diseño óptimo, lo cual requiere una buena estimación de los parámetros térmicos. El test de respuesta térmica (TRT) es el método actualmente empleado para la determinación de las propiedades térmicas del suelo para el diseño de sistemas geotérmicos de muy baja entalpía tradicionales. Los sistemas de pilotes geotérmicos utilizan los pilotes de fundación requeridos en la construcción de edificios, como intercambiadores de calor con el suelo, al incorporarle un circuito de tuberías en su interior por donde fluye el líquido transportador de calor. Estos sistemas son relativamente nuevos y presentan ciertas diferencias con respecto a sistemas tradicionales, lo que hace necesario estudiar la validez de aplicar pruebas TRT para su diseño. Lo anterior es la motivación del trabajo de esta tesis, en la cual se utilizó un modelo numérico desarrollado en COMSOL Multiphysics® para reproducir TRTs sintéticos en un pilote geotérmico bajo ciertas condiciones ideales. Basado en el análisis de los resultados de las simulaciones numéricas, se concluye que la interpretación de los resultados de TRTs en este tipo de sistemas es complejo, ya que dependen de la relación entre la conductividad térmica del suelo y del concreto, la tasa de la capacidad calorífica volumétrica entre el suelo y el material de relleno, el diámetro del pilote, y el espaciamiento entre tuberías, entre otros factores. Los errores asociados a cualquiera de esos parámetros en la interpretación de dichas pruebas mediante el uso del método tradicional de análisis, que considera una fuente lineal de calor (LHS), pueden ser hasta un 50% de sobrestimación para pruebas de relativa corta duración. Por ejemplo, el análisis de las simulaciones indica que, para un pilote de un metro de diámetro, es necesario realizar pruebas de más de 400 horas para obtener resultados confiables. Además, estos errores pueden ser acumulativos lo que puede aumentar la incertidumbre respecto a la estimación de los parámetros de diseño. Por lo anterior, se recomienda utilizar el conjunto de resultados generados en este estudio para estimar factores de corrección que deben aplicarse al interpretar los resultados de TRT en pilotes geotérmicos. Se espera que de esta forma los resultados presentados en este estudio permitan una correcta interpretación de los resultados de pruebas de terreno de corta duración, con el consiguiente beneficio en términos logísticos y económicos.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / Se realizó una campaña en un campo geotermal y se utilizó el método geofísico magnetotelúrico (MT). El área de exploración se encuentra al norte de Chile, en la región de Atacama en el límite sur del altiplano Chileno, en el Llano los Cuyanos a una altitud promedio de 4100 msnm. En términos geológicos se encuentra en una zona con volcanismo reciente en una cadena volcánica con orientación NW-SE del Holoceno-Plioceno con una serie de complejos volcánicos, estrato-volcánicos, complejos de domo y lavas y campos de ignimbritas (Clavero et al., 1997, 1998). La principal característica estructural se encuentra en el dominio de las unidades que forman la cordillera de Claudio Gay, en esta zona se encuentran fallas inversas de alto ángulo que cabalgan rocas volcanoclásticas del Permo-Triásico sobre rocas sedimentarias sintectónicas y volcánicas del Oligo-Mioceno (Clavero et al., 1997, 1998). Se instalaron dos estaciones de MT por día desde el 26 de abril al 6 de mayo de 2012, de las que 19 midieron buenos resultados. Se dejó midiendo cada estación por toda una noche y se retiraba al día siguiente para ser colocada en la próxima ubicación de la estación. La distancia entre cada estación fue de 1-2 km en una grilla de estaciones. Los resultados de la inversión muestran que toda el área de estudio se encuentra en una zona de anomalía de muy baja resistividad (< 10 Ohm-m) (no se pudo delimitar en el plano horizontal esta anomalía). Comenzando a los 200 m de profundidad y extendiéndose hasta 1 km de profundidad aproximadamente en el extremo este y hacia el oeste, la anomalía se extiende a una mayor profundidad (> 2 km). Los primeros cientos de metros la estructura geoeléctrica es unidimensional y a mayor profundidad cuando comienza a aumentar la resistividad, la estructura se vuelve de 2D con un rumbo geoeléctrico casi NS y a mayor profundidad el rumbo de esta estructura es rotado en sentido horario. A la luz de los resultados recién mencionados se puede suponer que la zona de exploración se encuentra en un campo geotermal con un upflow (flujo de calor ascendente) en el extremo este de las mediciones y un outflow (flujo de calor hacia afuera del sistema) en el extremo oeste. Considerando además que la zona donde se encuentra la anomalía de baja resistividad esté a una temperatura en el rango de 50-200ºC, y considerando que la roca presenta minerales de arcilla con alteración hidrotermal que se encuentran en equilibrio con la temperatura. Esto se puede deducir en base a tres razones: 1) evidencias geotermales en superficie como alteración hidrotermal en el suelo y termas, 2) la forma de la estructura de baja resistividad, y 3) mediciones de temperatura superficial al este de la zona explorada indican una temperatura mayor que la del promedio para un período de 25 días. Se sabe que la estructura de resistividades de un campo geotermal comprende una primera capa (más superficial) de muy baja resistividad (< 10 Ohm-m) y que por debajo de esta estructura que la envuelve, se encuentra el reservorio (núcleo resistivo) de mayor temperatura y resistividad (> 15 Ohm-m). La forma de la estructura depende de la topografía, gradiente hidrológico, la roca huésped y salinidad del medio. Los resultados de la inversión 3D no muestran un reservorio definido (al menos con el parámetro utilizado: la resistividad), lo cual sugiere que el reservorio no se encuentre allí, que no exista, que este apantallado por otro fenómeno o considerando las zonas de upflow y outflow se encuentre hacia el este de la exploración. Sin embargo la inversión 2D sí muestra lo que podría considerarse un reservorio, en el extremo este de las mediciones a una profundidad de ~2 km. Esta diferencia se debe a que el ajuste de los datos en esa zona no es bueno y que podrían estar distorsionados por un efecto inductivo, efectos de borde o por la topografía.

Geólogo / La ciudad de Talca se encuentra en la Depresión Central de Chile, en los 35°S, aproximadamente, en el flanco oriental de la Cordillera de la Costa. Al igual que otras ciudades ubicadas en longitudes similares, se encuentra altamente contaminada en invierno por material particulado del tipo PM 2.5 y PM 10, lo cual podría verse mitigado en gran medida por el uso de calefactores cero-emisión de alta eficiencia eléctrica, como lo son las bombas de calor geotérmicas. El acuífero bajo la ciudad ofrece un gran potencial para su implementación, ya que se trata, mayoritariamente, de gravas y arenas pertenecientes al abanico aluvial del Río Maule y Río Lircay con una potencia respetable, de hasta 500 metros en algunos sectores. La profundidad del nivel estático fluctúa entre los 1.6 y 47 metros, con espesores saturados entre 15 y 83 metros y un flujo preponderante hacia el W-NW. Un 90% de los derechos de aguas otorgados por la DGA extraen al menos 6 l/s y las transmisividades alcanzan valores de hasta 7300 m2/día. Las temperaturas de las aguas subterráneas, por otra parte, fluctúan entre 15.8 y 19.2 °C, las que permiten estimar un COP entre 6.4 y 7.4 para sistemas verticales abiertos. En el caso de los sistemas verticales cerrados, existen zonas de menor y mayor favorabilidad, obteniéndose valores de sHE entre los 43 y 86 W/m, donde los más altos representan altos flujos subterráneos controlados principalmente por una mayor conductividad hidráulica de los sedimentos y alto gradiente. Por último, en el caso de los sistemas horizontales cerrados, y mediante una estimación de la temperatura del subsuelo a 1.5 metros de profundidad, usando una ecuación armónica simple y una difusividad térmica de 0.04817 m2/día, el valor del COP fluctúa entre 3.5 y 4.7, con un valor promedio anual de 4.1. Un análisis de sensibilidad arroja una variación máxima de 7.7% con respecto a la profundidad. Usando demandas variables en base a una zonificación hecha con información disponible de demandas térmicas, se concluye que un nivel estático profundo propicia el uso de sistemas verticales cerrados y/o horizontales cerrados, sin embargo, con demandas por sobre los 3 kW, es preferible en casi cualquier caso el uso de un sistema vertical abierto, dado lo somero del acuífero en la ciudad y los parámetros hidráulicos que este presenta. En la zona poniente del Río Claro, y dado que el espesor sedimentario disminuye por la Cordillera de la Costa, se recomienda instalar sistemas horizontales cerrados. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes, CEGA

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Residential consumption accounts for around one third of total energy consumed in Brazil. The electric shower is the main component of this consumption, along with air conditioning. Hence, much research has been conducted in order to reduce the consumption of this sector and the use of alternative energy sources. Among these include mainly solar and geothermal. This thesis aims to establish the bases for assessing the structure of household consumption in order to develop a methodology to reduce power consumption. A prototype was developed in the CEEMA experimental area (UFSM), with the assembly of two prototypes: a solar collector associated with the two types of heating, electric and gas, the other, a geothermal prototype system for surface environments conditioning and pre-heating water. A retrospective on the main alternative to replace the traditional electric shower and air conditioner was conducted as well as ways to reduce heating losses. Practical data were automatically collected to demonstrate the energy efficiency of the studied environment which can be residential, seeking to reduce power consumption and thermal energy and the reflections in the final cost of electric power. The use of thermal sources seen in this thesis was used to demonstrate viable and tangible results in reducing energy consumption and electric power. These results were extrapolated to the region south of the country indicating the possibility of reducing the use of primary energy and, consequently, the conservation of the environment. / O consumo residencial representa em torno de um terço do total de energia consumida no Brasil. O chuveiro elétrico é o principal componente deste consumo, juntamente com o ar condicionado. Assim, muitas pesquisas têm sido realizadas, visando à diminuição do consumo deste setor e o aproveitamento de fontes de energia alternativas. Dentre as quais se destacam a energia solar e geotérmica. Esta dissertação tem como objetivo estabelecer as bases da avaliação da estrutura de consumo residencial visando à obtenção de uma metodologia para reduzir o consumo de energia elétrica. Foi desenvolvido um protótipo habitável de residência no Campus Experimental do CEEMA (UFSM), com a montagem de dois protótipos: um com coletor solar associado a dois tipos de aquecimento, elétrico e a gás, outro, um protótipo de sistema geotérmico superficial para condicionamento de ambientes e pré-aquecimento de água. Foi feita uma retrospectiva nas principais alternativas para a substituição do chuveiro elétrico tradicional e do condicionador de ar bem como das formas de redução de perdas para aquecimento. Dados práticos foram coletados automaticamente para demonstrar a eficientização energética do ambiente estudado que pode ser residencial , buscando a redução do consumo de potência e energia térmica e os reflexos nos custos finais com energia elétrica. O aproveitamento das fontes térmicas vistas nessa dissertação foi utilizado para demonstrar as alternativas viáveis e resultados concretos na redução do consumo e potência elétrica. Estes resultados foram extrapolados para a região Sul do país indicando a possibilidade de diminuição da utilização primária de energia e, por conseqüência, a conservação do meio ambiente.

Con el objeto de obtener las temperaturas superficiales asociadas al campo de flujo calórico provenientes desde el interior de la tierra, se ha aplicado un modelo u algoritmo que extrae la contribución geotermal a partir de la temperatura superficial neta. Dicho proceso se basa en la identificación y modelamiento de los factores o componentes significativos que aporten una señal termal en el balance térmico superficial para luego extraerlos, exceptuando, claro está, la contribución geotermal. Para tener una perspectiva regional del campo de temperaturas superficial, se han utilizado como datos de entrada del modelo imágenes satelitales ASTER, que poseen características idóneas para el cumplimiento del objetivo propuesto. La zona de estudio se encuentra en la Cordillera Principal de los Andes entre los 35º y 35,5º de latitud sur, en la Región del Maule de Chile. En ella se encuentran los Complejos Volcánicos Planchón-Peteroa y Descabezado Grande-Quizapu, principales fuentes de calor para los fenómenos hidrotermales documentados en la zona. Los factores que afectan la temperatura superficial son la exposición a la radiación solar, la humedad, cubierta vegetacional y la temperatura de otros materiales en contacto con la superficie tales como la atmósfera, agua o nieve. La forma en que estos factores afectan el balance termal depende de las propiedades intrínsecas de los materiales expuestos, tales como la inercia termal, albedo y emisividad. Se han modelado los factores que afectan en 1º orden el balance térmico mediante modelos calibrados con datos de terreno y otros que basados en supuestos, no requieren dicha información. Los factores considerados son: la radiación solar y la variación termal de la superficie con la elevación. Una vez obtenidas las expresiones respectivas, son substraídas de la temperatura superficial neta. El residuo puede ser considerado en gran parte explicado por la contribución geotermal. En la imagen final se han reducido considerablemente los “ruidos” de la imagen termal neta sin atenuar la componente geotermal; lo cual permite distinguir de manera directa las anomalías termales asociadas a los sistemas volcánicos e hidrotermales, haciendo del método propuesto una herramienta atractiva y efectiva en la prospección Geotermal y un aporte en la comprensión de las dinámicas de los sistemas hidrotermales.

Ingeniero Civil Mecánico / Esta memoria surgió como un trabajo anexo a la investigación de la profesora Dra. Beatriz Maturana Cossio del Instituto de la Vivienda de la Facultad de Arquitectura de la Universidad de Chile, a través del proyecto Fondecyt Nº11130636: "Viviendas de Integración Social y la Sustentabilidad Medio Ambiental: una Investigación de Proyectos Claves en Chile". Esta investigación le permitió al estudiante ubicarse en un contexto real para aplicar una solución de ingeniería y eficiencia energética, la cual consiste en el diseño y estudio de pre-factibilidad de un sistema de bombas de calor geotérmicas para ser utilizado en la climatización de 2.088 viviendas de integración social que componen el proyecto San Alberto de Casas Viejas en Puente Alto, Santiago. El informe aborda los antecedentes necesarios para identificar la tecnología de interés. Se describe qué se entiende por geotermia de baja entalpía y su aprovechamiento por medio de bombas de calor. Con respecto a la metodología, se calcula la demanda energética para la climatización de las viviendas, y se determina el caudal de agua necesario que se debe bombear desde la fuente geotermal para suministrar de energía los sistemas de bombas calor. Luego, se modela el efecto que tiene en el acuífero la reinyección de agua más fría en invierno y más caliente en verano, y finalmente se dimensionan y caracterizan los principales componentes del sistema para estimar el costo de inversión, costo de operación y ahorro que determinarán la factibilidad económica de la propuesta. Se obtiene que el costo de inversión para el sistema de calefacción es en promedio de 15 millones de dólares y que el ahorro en el gasto de operación anual es de al menos 58% con respecto al gasto anual en climatización por medios convencionales alternativos. Se concluye que, tanto en un escenario favorable como uno promedio, la inversión se paga en un horizonte de entre 4 y 20 años. Además, es necesario considerar los beneficios sociales en medioambiente, salud y equidad social para justificar la inversión del proyecto, si se quiere, por parte del Estado. Finalmente, se discuten y proponen tres alternativas que lograrían reducir considerablemente el costo de inversión y los gastos de operación.

[EN] The use of ground source heat pump systems has spread during the last years. When designing, studying and optimizing this kind of systems, models are used, more or less detailed, which allow predicting the behavior of the system within the application minimum requirements. The installation studied in this thesis is located at Universitat Politècnica de València. In this report, the development of a global detailed model of this installation is presented, along with its validation using experimental data. The main objective is to obtain a model able to correctly predict the dynamic and static behavior of the system, both on a short- and a long-term basis. Prior to the model development, it is necessary to study the performance of the experimental system. Besides the system description, also an analysis of the performance of the installation during five years (from 2008 to 2012) is carried out. For this analysis, some characteristic parameters of the system behavior have been taken into account which are obtained from the experimental measurements corresponding to the typical operation of the installation, such as the average water temperatures, the building's thermal load, the partial load ratio, or the daily and seasonal performance factors. Since the study and analysis of these parameters is one of the aims of the present work, the calculation procedure and the formulas used for their determination are detailed, in some cases involving a highly complex raw data processing. From the short-term evolution study of the variables that represent the performance of the installation, the main characteristics of the system dynamic behavior are identified. The model will intend to reproduce these characteristics. On the other hand, the long-term performance parameters are studied as monthly averages. In this analysis, the characteristic trends of the system long-term performance are identified. The model should be able to also reproduce these trends. The global model has been developed using the TRNSYS software. A progressive incorporation strategy has been followed. At each step, the correct adjustment of the model is ensured by validating it with experimental data, allowing the identification of the influence that each component has on the final results. When including the ground source heat exchanger to the global model, it is evident the need for a new model for this component that can correctly reproduce both the dynamic and static response of the water temperature at the end of the pipes of the heat exchanger. Therefore, as a final step, a new ground source heat exchanger model has been developed, based on combining two different models: the g-function model in order to account for the long-term behavior of the ground temperature, and the B2G model, specifically developed for this application. The ground source heat exchanger model has been validated against experimental data from two different installations and, finally, it has been included into the global model of the system. The system global model developed has proved to be able to precisely reproduce the experimental results for the system performance, both on a short- and long-term basis, even after including the modifications that have occurred on the experimental installation along the years. Therefore, the model will be a useful tool for the development of future optimization strategies, together with the corresponding control algorithms. / [ES] En los últimos años se han extendido las instalaciones de climatización con bomba de calor acoplada al terreno. En el diseño, el estudio y la optimización de este tipo de instalaciones se utilizan modelos con mayor o menor nivel de detalle que permiten predecir el comportamiento del sistema dentro de unos requerimientos mínimos específicos de la aplicación en concreto. La instalación objeto de estudio de la presente tesis se encuentra situada en la Universitat Politècnica de València. A lo largo de esta memoria se presenta el trabajo de desarrollo de un modelo global detallado de esta instalación, así como su validación con datos experimentales. El objetivo perseguido es el de obtener un modelo capaz de predecir correctamente el comportamiento dinámico y estático de la instalación, tanto a corto como a largo plazo. Previo al desarrollo del modelo en sí, es necesario estudiar el comportamiento de la instalación experimental. Además de una descripción detallada del sistema, se realiza un análisis de su funcionamiento a lo largo de varios años (del año 2008 al 2012). Para este análisis se han tenido en cuenta diversos parámetros característicos del comportamiento energético del sistema, obtenidos a partir de las medidas experimentales registradas en el funcionamiento habitual de la instalación. Uno de los objetivos de esta tesis es precisamente el estudio y análisis de estos parámetros, por lo que se han detallado las fórmulas y el procedimiento de cálculo utilizado para su obtención, que en algunos casos puede presentar una gran complejidad en el manejo y tratamiento de los datos experimentales. A partir del estudio de la evolución a corto plazo de las variables representativas del funcionamiento de la instalación, se identifican las principales características del comportamiento dinámico del sistema, que se intentarán reproducir con el modelo desarrollado. Por su parte, el estudio de los parámetros característicos del funcionamiento a lo largo de varios años se realiza teniendo en cuenta los valores correspondientes a promedios mensuales. En este análisis se identifican también las tendencias características del comportamiento del sistema a largo plazo, que posteriormente el modelo global de la instalación deberá ser capaz de reproducir. El modelo global se ha desarrollado utilizando la herramienta TRNSYS. Para ello se ha seguido una estrategia de incorporación progresiva de componentes. En cada paso se asegura un correcto ajuste del modelo mediante su validación con datos experimentales, lo cual permite identificar y aislar los efectos de cada componente sobre los resultados finales. Al incluir el intercambiador enterrado en el modelo global, queda patente la necesidad de un nuevo modelo de intercambiador enterrado capaz de reproducir el comportamiento tanto dinámico como estático de la temperatura del agua a la salida del mismo. Así pues, como último punto de la tesis, se ha desarrollado un modelo de intercambiador enterrado, basado en la combinación de dos modelos distintos: el modelo \emph{g-function} para tener en cuenta el comportamiento a largo plazo de la temperatura del terreno y el modelo B2G, desarrollado específicamente para esta aplicación. Este modelo de intercambiador enterrado ha sido debidamente validado con datos experimentales pertenecientes a dos intercambiadores distintos y, posteriormente, se ha incluido en el modelo global de la instalación. El modelo global de la instalación desarrollado de esta forma consigue reproducir con precisión los resultados experimentales del funcionamiento del sistema tanto a corto como a largo plazo, incluso después de aplicar las mismas modificaciones que se han ido aplicando a la instalación experimental a lo largo de los años, y resulta ser, por tanto, una herramienta útil para el desarrollo de futuras estrategias de optimización energética, junto con los algoritmos de control correspondientes. / [CAT] Als últims anys s'han estès les instal·lacions de climatització amb bomba de calor acoplada al terreny. En el disseny, l'estudi i la optimització d'aquest tipus d'instal·lacions s'utilitzen models amb major o menor nivell de detall que permeten predir el comportament del sistema dins uns requeriments mínims específics de l'aplicació en concret. La instal·lació objecte d'estudi de la present tesi es troba a la Universitat Politècnica de València. Al llarg d'aquesta memòria es presenta el treball de desenvolupament d'un model global detallat d'aquesta instal·lació, així com la seua validació amb dades experimentals. L'objectiu perseguit es el d'obtindre un model capaç de predir correctament el comportament dinàmic i estàtic de la instal·lació, tant a curt com a llarg termini. Prèviament al desenvolupament del model en sí, es necessari estudiar el comportament de la instal·lació experimental. A més de una descripció detallada del sistema, es realitza un anàlisi del seu funcionament al llarg de diversos anys (de l'any 2008 al 2012). Per a aquest anàlisi s'han considerat diversos paràmetres característics del comportament energètic del sistema, obtinguts a partir de les mesures experimentals registrades en el funcionament habitual de la instal·lació, com per exemple les temperatures mitjanes de l'aigua en diversos punts del sistema, la demanda tèrmica de l'edifici, el factor de càrrega parcial o els factors de rendiment diari i estacional. Un dels objectius d'aquesta tesi és precisament l'estudi i anàlisi d'aquestos paràmetres, pel que s'han detallat les fórmules i el procediment de càlcul emprat per a la seua obtenció, que en alguns casos pot presentar una gran complexitat en el tractament de les dades experimentals. A partir de l'estudi de la evolució a curt termini de les variables representatives del funcionament de la instal·lació, s'identifiquen les principals característiques del comportament dinàmic del sistema, que s'intentaran reproduir amb el model desenvolupat. Per altra banda, l'estudi dels paràmetres característics del funcionament al llarg de diversos anys es realitza tenint en compte els valors corresponents a promitjos mensuals. En aquest anàlisi s'identifiquen també les tendències característiques del comportament del sistema a llarg termini, que posteriorment el model global de la instal·lació deurà ser capaç de reproduir. El model global s'ha desenvolupat utilitzant la ferramenta TRNSYS. Amb aquest fi s'ha seguit una estratègia d'incorporació progressiva de components. A cada pas s'assegura un correcte ajust del model mitjançant la validació amb dades experimentals, la qual cosa permet identificar i aïllar els efectes de cada component sobre els resultats finals. Al incloure l'intercanviador soterrat en el model global, queda de manifest la necessitat d'un nou model d'intercanviador soterrat capaç de reproduir el comportament tant dinàmic com estàtic de la temperatura de l'aigua a la eixida del tub. Així, com últim punt de la tesi, s'ha desenvolupat un model d'intercanviador soterrat, basat en la combinació de dos models distints: el model \emph{g-function} per a tindre en comte el comportament a llarg termini de la temperatura del terreny i el model B2G, desenvolupat específicament per a aquesta aplicació. Aquest model d'intercanviador soterrat ha sigut degudament validat amb dades experimental de dos intercanviadors distints i, posteriorment, s'ha inclòs en el model global de la instal·lació. El model global de la instal·lació desenvolupat d'aquesta manera aconsegueix reproduir amb precisió els resultats experimentals del funcionament del sistema tant a curt com a llarg termini, inclús després d'aplicar-hi les mateixes modificacions que s'han anat aplicant a la instal·lació experimental al llarg dels anys, y resulta ser, per tant, una ferramenta útil per al desenvolupament de futures estratègies d'optimització energèti / Ruiz Calvo, F. (2015). Análisis y modelado de una instalación geotérmica para climatización de un conjunto de oficinas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54134 / TESIS

Geólogo / La bomba de calor geotérmica es el principal medio de explotación de la energía geotérmica de baja entalpía. Las estadísticas muestran que su uso ha aumentado un 10% anual a nivel mundial en los últimos cinco años con una capacidad instalada de ~40 GWt en 2016. En Chile su uso es limitado, pero también tiene una tendencia al alza en los últimos años. Temuco en la Región de la Araucanía presenta serios problemas de contaminación por el uso de leña húmeda como combustible y su aporte a la emisión de material particulado, el cual llega en el mes de junio a los 98 µg/m3 en el caso de MP 2,5 y 115 µg/m3 para el MP 10, superando ampliamente la norma nacional y de la OMS. Este trabajo estima el potencial del recurso geotérmico aplicado a bombas de calor geotérmicas en Temuco sus 3 modalidades: circuito cerrado horizontal (GSHP Ground Source Heat Pump), circuito cerrado vertical (BHP Borehole Heat Pump) y circuito vertical abierto (GWHP Groundwater Heat Pump). Trabajando en la hipótesis de que existen predios en la ciudad donde es posible la instalación de colectores horizontales cerrados y que las características hidrogeológicas son favorables para sistemas verticales, se estima el potencial de cada uno de los intercambiadores de calor geotérmicos. La metodología considera un análisis hidrogeológico con información de la Dirección General de Aguas (DGA), un análisis cívico con el Plan Regulador Comunal (PRC) de la ciudad y su interpretación mediante el software geoestadístico Arcgis 10.3. Se estudia la profundidad del agua subterránea y su temperatura, para evaluar la viabilidad de sistemas abiertos (GWHP). Se realizan secciones estratigráficas y un estudio del calor extraíble de los sedimentos con el fin de estimar la capacidad de los sistemas BHP. Finalmente, las restricciones espaciales del PRC indican la favorabilidad de implementar sistemas GSHP. Los resultados muestran que un de 49% del PRC de la ciudad, puede ser climatizado mediante sistemas del tipo GSHP. La temperatura del suelo a 1,5 m de profundidad permitiría al sistema un coeficiente de rendimiento (COP) entre 3,7 y 4,3, significando costos operacionales anuales de 90 a 320 mil pesos (USD$ 140 a USD$ 490). La profundidad del agua subterránea está entre los 3 y los 30 m, lo que sumado a una potencia del acuífero de al menos 100 m sugiere a los sistemas GWHP como una buena alternativa, ya que requieren profundidades a perforar de 24 a 64 m en promedio (solo pozo productor) y presentan un COP promedio de 5,6 implicando un costo operacional anual de 65 a los 230 mil pesos (USD$ 100 a USD$ 350). También se realiza el estudio para sistemas del tipo BHP, donde la profundidad a perforar requerida para suplir las demandas térmicas para una vivienda pareada de 68 m2 está entre los 20 y los 42 m y el costo operacional es similar al de un sistema GSHP. / Esta memoria fue financiada por el proyecto Conicyt-Fondap 15090013

Geólogo / La energía geotérmica se presenta como una buena solución frente a los problemas que enfrenta la industria energética y de climatización de espacios hoy en día, entre los cuales destaca la contaminación y el factor de planta. Sin embargo, muchas veces la perforación de los pozos supone costos muy elevados, imposibilitando este tipo de proyectos. Es por esto que en las últimas décadas se ha considerado rehabilitar pozos de gas y petróleo abandonados como pozos geotérmicos, ahorrándose de esta manera los costos asociados a la perforación. El objetivo de este trabajo es desarrollar una metodología que permita cuantificar de manera sencilla el potencial energético extraíble a partir de la rehabilitación de un pozo petrolero abandonado. En este trabajo se considera la rehabilitación de pozos petroleros como intercambiadores de calor verticales cerrados coaxiales. La metodología aquí descrita considera los siguientes pasos: en primer lugar se realiza una preselección de los pozos candidatos según su distancia al poblado o lugar de interés, luego se recolecta la información de pozos relevante para el estudio y, finalmente, se procesan los datos mediante una herramienta analítica para determinar la energía y temperatura que se puede extraer de cada pozo. Adicionalmente, esta metodología fue puesta a prueba ocupando el poblado de Punta Delgada como ejemplo. Para ello se utilizaron los datos de los pozos petroleros pertenecientes a la Empresa Nacional del Petróleo, ubicados en Magallanes. Aplicando esta metodología en Punta Delgada se encontró que el mejor pozo para ser rehabilitado es CHULENGO 1 el cual se ubica a 660 metros del centro del poblado. Para este pozo, se generaron dos escenarios posibles, el primero considerando menores exigencias que el segundo. En ambos casos los resultados fueron positivos, encontrándose ahorros que representan un 97,53% y un 94,97% del consumo anual total de gas destinado a la climatización de espacios de Punta Delgada. Considerando que el gradiente geotermal promedio para la cuenca de Magallanes es de 0,049 [°C/m] y que contiene más de 1400 pozos petroleros en estado de abandono, se postula que este trabajo puede ser replicado en poblados similares, como por ejemplo Cerro Sombrero. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA). proyecto FONDAP CONICYT 15090013