Determinación de parámetros térmicos del terreno a partir de testigos y detritus de sondeos para el cálculo y dimensionamiento de sistemas de aprovechamiento geotérmico de muy baja temperatura

Résumé

Debido al auge de las energías renovables, cada día, se incrementa el número de instalaciones de aprovechamiento geotérmico de muy baja temperatura. Uno de los parámetros térmicos de diseño es la conductividad térmica de la formación geológica donde se sitúan los sondeos de la instalación. En esta Tesis se desarrolla un método para la determinación en laboratorio de las propiedades térmicas del terreno a través de testigos de sondeos y detritus de perforación, y más concretamente la conductividad térmica (λ) en W/mK. El experimento se basa en el modelo teórico para la transferencia de calor, particularizando la Ley de Fourier para el caso de conducción unidimensional en régimen permanente a través de una pared cilíndrica, los materiales y dispositivos necesarios para el control del flujo térmico y de las temperaturas. Aprovechando la geometría cilíndrica del testigo de sondeo, se plantea la realización de un experimento usando una fuente de calor centrada en el eje del cilindro y controlando la evolución de la temperatura en distintos puntos del testigo hasta llegar al régimen permanente. Basándonos en esta misma geometría cilíndrica se ha planteado el estudio de la conductividad térmica del detritus de forma similar. Para ello se ha dispuesto un recinto donde introducir ese detritus y siguiendo la metodología similar a la utilizada para el estudio del testigo, determinar la conductividad térmica del detritus de perforación. Se plantea la necesidad de construcción de un recinto de aislamiento térmico respecto a la temperatura ambiente, de las muestras a analizar. Se conectan los diferentes componentes del sistema de adquisición de datos, y se registran las temperaturas en el testigo y en el interior del recinto, cuando se calienta el testigo con rangos de potencia entre 0,5W y 4,0W. El registro se realizó hasta alcanzar el régimen permanente. Sobre las muestras de testigos y sondeos se realizan varios ensayos en distintas fechas y diferentes rangos de potencia para analizar su influencia sobre los resultados. Con estos datos, se realiza la regresión matemática según el modelo propuesto, la cual permite obtener los coeficientes de regresión y finalmente determinar el valor de las conductividades térmicas para un rango de temperatura determinado. Finalmente, se hace una comparación de resultados entre los valores obtenidos por medición directa en el laboratorio, por medición indirecta a partir de otro modelo propuesto por el equipo de investigación (Q-Thermie) de la Universidad de Oviedo en publicaciones anteriores, así como entre los valores tabulados en diferentes bibliografías. PALABRAS CLAVE: Conductividad térmica, sondeos, recinto isotérmico, energía geotérmica somera, testigos de sondeos, detritus de perforación, régimen permanente.