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Usan la tierra como fuente de calor

Un grupo de investigadores en el que participan ingenieros civiles y arquitectos de la Universidad Nacional de Córdoba estudia cómo aprovechar el calor del suelo para aclimatar viviendas. A través de un sistema de cañerías incrustadas unos pocos metros debajo de la tierra, logran obtener una temperatura ambiente confortable (18 grados) durante todo el año. El método, que funciona por intercambio de aire, ya se probó en dos viviendas de Córdoba, con muy buenos resultados. Además prevén testearlo también en un edificio de Ciudad Universitaria. Una alternativa natural de acondicionamiento térmico, que asegura un importante ahorro de energía, a muy bajo costo. [11.08.2016]

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Usan la tierra como fuente de calor

Los cuatro tubos de PVC colocados en una obra (construcción de un sótano) que se realizó en Córdoba, esperando ser empalmados. Foto: Gentileza José Luis Pilatti.

Candela Ahumada
Por Candela Ahumada
Redacción UNCiencia
Prosecretaría de Comunicación Institucional
cahumada@comunicacion.unc.edu.ar

Aprovechar el calor acumulado debajo del suelo como resultado de la radiación solar, para usarlo como condicionante térmico de viviendas. Ese es el objetivo que persigue la línea de investigación que desarrolla, desde hace años, un equipo de profesionales de la Universidad Nacional de Córdoba integrado por ingenieros civiles y arquitectos.

Los estudios se sustentan en el siguiente principio: en todo el mundo, la temperatura media anual que existe en las capas superficiales de la tierra (cuatro metros aproximadamente por debajo de la superficie) es similar a la temperatura media anual de esa latitud. “En Córdoba, por ejemplo, la temperatura promedio anual es de alrededor de 18 grados, es decir, que si se perfora el suelo, registraremos ese valor a una profundidad de cuatro a cinco metros. La temperatura aumenta levemente a medida que descendemos. Esto ocurre con independencia de las condiciones climáticas externas”, explica Franco Francisca, ingeniero integrante del grupo de investigación y docente de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la UNC. 

A partir de este principio, los especialistas universitarios trabajan con un sistema conocido en el mundo como “geotermia superficial o de baja entalpía”, que consiste en la instalación de cañerías o tubos colocados en excavaciones de escasa profundidad, para que funcionen como intercambiadores de calor. ¿Cómo? Ayudado por un pequeño ventilador eléctrico, se hace ingresar por el conducto el aire proveniente del exterior de la vivienda que, al circular por debajo de la tierra, “copia” la temperatura existente a esa profundidad, y la devuelve nuevamente al hogar, acondicionando así el ambiente. 

El sistema sirve tanto para calefaccionar la vivienda en invierno, como para refrigerarla durante el verano. Para funcionar, el sistema requiere de un pequeño ventilador que succiona el aire exterior, lo hace circular por la tubería debajo del suelo, y lo devuelve al interior de la vivienda a través de una pequeña rejilla. Durante todo el año, se obtiene una temperatura promedio de 18 grados.

Francisca señala que, básicamente, lo que ocurre es un intercambio de calor a través del sistema suelo-tubería -aire. “Si en invierno hago ingresar aire a dos grados, o en verano a 40, voy a obtener siempre el fluido a una misma temperatura, de aproximadamente 18 grados a la salida”, grafica. De este modo, el método resulta útil tanto para calefaccionar ambientes en invierno, como para refrigerarlos durante el verano. La única condición es lograr un diseño con la longitud y profundidad adecuadas de enterramiento de la tubería.

Los beneficios de la geotermia ya fueron comprobados en dos casas acondicionadas con esta tecnología en Córdoba: una, ubicada en un barrio de la ciudad, y la otra, en la localidad serrana de Mayu Sumaj, en el Valle de Punilla (ver Dos viviendas en Córdoba ya usan este sistema).

El sistema sirve de apoyo a las modalidades de calefacción-refrigeración convencionales (calefactores, radiadores, losa radiante o aires acondicionados), y ayuda a realizar un uso eficiente de la energía, reduciendo fuertemente su consumo. Así, colabora también con el cuidado del medioambiente. “Es desproporcionado el consumo de energía que demandan los equipos usados habitualmente para calentar o enfriar ambientes, e ínfimo con esta técnica. La eficiencia, en estos casos, se mide por el ahorro energético”, subraya.

Una planta piloto en Ciudad Universitaria

Pese a las ventajas que ofrece este tipo de tecnología, su uso en Argentina y Córdoba es muy escaso. En algunos países de Europa, y en Estados Unidos y Japón, este método está ampliamente difundido, aunque en estos casos, en vez de aire, el fluido que se utiliza generalmente es agua. Además, requiere de una bomba eléctrica para forzar la circulación del líquido, cuyo costo resultaría extremadamente alto en el país.

Un edificio de Ciudad Universitaria podría convertirse en uno de los pocos espacios de Córdoba donde se instale este sistema. En efecto, los especialistas proyectan implementarlo en las instalaciones que el gremio Adiuc (Asociación de Docentes e Investigadores Universitarios de Córdoba) posee actualmente en el campus universitario. De acuerdo a Francisca, en una zona del terreno anexa al inmueble gremial se prevén llevar a cabo perforaciones de unos 14 metros de profundidad, y colocar allí caños de PVC en posición vertical (de 110 milímetros de diámetro), que conectarán con el edificio.

Otro de los proyectos que están estudiando actualmente es la colocación de una sonda electrónica, posiblemente en el predio de la UNC, con el objetivo de medir la temperatura del suelo de Córdoba durante períodos prolongados. En opinión del arquitecto e integrante del grupo de investigación, José Luis Pilatti, el aparato aportará información clave sobre los parámetros locales de temperatura de la tierra, sobre la cual “no existen mediciones”, asegura. Además, permitirá, en el futuro, mejorar el diseño del sistema.

Características del sistema
Ventajas. El uso de esta tecnología demanda un escaso consumo energético (ventilador centrífugo), por lo que permite obtener un importante ahorro energético. Además es ecoamigable y sustentable.
En viviendas ya construidas o a edificar. Los tubos por los que circula el aire se pueden colocar al momento de construir una vivienda, dentro de los pilotes que sirven de cimientos de la obra. El sistema también se puede usar en los casos en los que la vivienda ya está edificada. Simplemente, se realiza una perforación en una zona del terreno contigua a la vivienda, donde se entierran los caños de PVC que conectan a la casa.
Costo de inversión. La instalación del sistema demanda un costo inicial muy bajo (incluye excavación, en caso de que la vivienda ya esté construida, y tubería), que se recupera rápidamente a través del ahorro de consumo energético.
Prevención de humedades. Para eliminar la posible humedad que el aire pueda tener, se colocan “trampas de agua”, que evitan la aparición de olores, manchas y hongos, y se disponen estratégicamente en la cañería por donde circula el aire previo al ingreso a la edificación.
Fórmula variable. El número y la longitud de los tubos a utilizar varían según el caso. Para cada edificación se realiza un balance térmico, en el cual se calcula la pérdida de calor teniendo en cuenta distintos parámetros, como orientación de la vivienda, materiales de construcción y tipo de aberturas, entre otros. En base a ese balance térmico, se determina el caudal de aire que es necesario hacer recircular para que el sistema funcione adecuadamente.
Tipo de construcciones adecuadas. En el caso de los estudios realizados por los investigadores de la UNC, el uso de esta tecnología resulta más adecuado en viviendas; no así en edificios.
Grupo de investigación
Del grupo de investigación de la UNC especializado en geotermia superficial participan Franco Francisca y Magalí Carro Pérez (investigadores del Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. UNC-Conicet) en la FCEFyN de la UNC, junto a José Luis Pilatti (arquitecto con experiencia en la temática y docente de la Facultad de Arquitectura Urbanismo y Diseño). Asimismo, colaboran estudiantes de grado de la carrera de Ingeniería Civil.
Puntualmente, los ingenieros Francisca y Carro Pérez llevaron a cabo un proyecto  de investigación sobre sistemas de energía geotérmica en 2015, en colaboración con investigadores australianos.
Además de esta línea, el grupo estudia también otras temáticas vinculadas a contaminantes en el suelo y geotecnia ambiental, con diferentes financiamientos otorgados por Secyt UNC (Secretaría de Ciencia y Tecnología), Conicet (Concejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas) y la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica. 
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