Determinación de la conductividad y difusividad térmicas del subsuelo a través de sondeos, con fines geotérmicos

Abstract

Debido al auge de las energías renovables, cada día, se incrementa el número de instalaciones geotérmicas someras. Hay tres parámetros básicos a la hora de diseñar una instalación de este tipo: la difusividad y la conductividad térmica del subsuelo y la resistencia térmica del sondeo geotérmico. En esta Tesis se pretende establecer un método para determinar estos parámetros in situ, ya que un conocimiento adecuado de los mismos, garantiza la eficacia a largo plazo de este tipo de instalaciones. Para la determinación de los parámetros anteriores, se ha llevado a cabo un desarrollo experimental, en el que se ha perforado un sondeo geotérmico de investigación, llamado Q-Thermie-Uniovi. Tras la perforación, se ha realizado la testificación geológica y geofísica, que han permitido conocer los materiales atravesados. Se ha instrumentado el sondeo con una sonda coaxial geotérmica y varios tipos de sensores de temperatura, que se han situado adheridos en la parte externa de la sonda y a distintas profundidades en el subsuelo. Para finalizar, se ha rellenado con un material diseñado específicamente para instalaciones geotérmicas someras. Además, el equipo de investigación Q-Thermie, ha diseñado y ha construido un equipo de test de respuesta térmica (TRT), adaptado a sondeos de poca profundidad, de pequeño diámetro y económicamente viable. El fundamento teórico se basa en la transferencia de calor por conducción y cuya base científica es la ecuación general de Fourier. Se ha determinado la difusividad térmica del subsuelo a través de un Método Clásico y otro Método Propuesto propio de esta Tesis. Ambos métodos, se basan en la medida de las variaciones diarias de la temperatura ambiente y la temperatura a distintas profundidades en el subsuelo. Se ha planteado la solución a la ecuación general de Fourier, en la que se han considerado las condiciones iniciales y de contorno siguientes: un terreno homogéneo e isótropo, que la superficie del mismo es horizontal y que el flujo térmico del subsuelo se debe a que la temperatura del aire fluctúa de una forma conocida, según una expresión sinusoidal. Se ha determinado la conductividad térmica del subsuelo y la resistencia térmica del sondeo, a través del conocido ensayo denominado Test de Respuesta Térmica (TRT). Sin embargo, su interpretación se ha planteado a partir de la solución a la ecuación general de Fourier, para el caso de una fuente de calor lineal y continua, pero con un tratamiento matemático propio. Se han realizado varios ensayos con distintas potencias en distintas fechas y con diferentes duraciones del ensayo, para analizar su influencia sobre los resultados.