Propuesta de sistema para la calefacción de edificaciones empleando mediante tubos de calor

Abstract

Resumen: El incremento en el consumo eléctrico debido a la climatización de edificaciones, principalmente en regiones con climas extremos, ha generado la necesidad de desarrollar tecnologías que permitan reducir la energía destinada para ese rubro y las emisiones al entorno generadas indirectamente. En este contexto, la energía geotérmica de baja entalpía representa una alternativa debido al comportamiento térmico, tipo senoidal, del subsuelo a lo largo del año. En los últimos años se ha mostrado un interés en el aprovechamiento mediante sistemas pasivos de transferencia de calor. En la presente investigación se propone el desarrollo y evaluación de un sistema para la calefacción de edificaciones empleando tubos de calor de tipo termosifón. Para ello, se realizaron pruebas experimentales en tubos de 3/4” y 1” utilizando acetona como fluido de trabajo, evaluando diferentes relaciones de llenado y potencias de entrada. Asimismo, se desarrollaron simulaciones CFD en ANSYS Fluent y modelos energéticos en OpenStudio para analizar la aplicación de la tecnología en una vivienda típica ubicada en Mexicali, Baja California. Los resultados mostraron que el tubo de 1” con una relación de llenado de 65% presentó el mejor desempeño térmico, alcanzando una resistencia térmica mínima cercana a 0.08 °C/W. Además, se identificaron distintos regímenes de operación asociados al comportamiento bifásico interno, incluyendo fenómenos oscilatorios tipo geyser. Mediante una equivalencia a los resultados experimentales se evaluó la aplicación de tubos de calor de 6 m de longitud, mostrando una conductividad térmica 300 veces mayor a la conductividad del cobre sólido. Para el caso de estudio, durante el periodo de octubre a marzo una vivienda requiere alrededor de 3500 kWh y se encontró a partir de 10 unidades se logra abatir más del 50% en cada uno de los meses y el 100% mediante la integración de 50 unidades permitiendo temperaturas cercanas a los 20°C durante el periodo evaluado.