1. Estaca geotérmica caracterizada por juntas (1) espiga-campana, perfil (2), tubos (3), una punta (4) y los casquillos (5) cónicos.

ESTACA GEOTÉRMICA

Pilote que se conforma con segmentos metálicos unidos extremo con extremo mediante JUNTAS (1) espiga-campana, y cuyos segmentos se configuran con un PERFIL (2) que lleva soldado TUBOS (3) . En el segmento inicial los Tubos se unen en ángulo agudo en el extremo inferior, y son reforzados en ese extremo mediante chapas metálicas configuradas como una PUNTA (4) para facilitar el hincado. Unos CASQUILLOS (5) cónicos en un extremo y roscados en el otro son los accesorios de interconexión de los Tubos. Este pilote está concebido para el aprovechamiento del calor geotérmico (los numerales son referencias de los dibujos) .

OBJETO

A continuación se describe el diseño de un intercambiador cuya utilidad es la de permitir absorber del subsuelo, o ceder a este, el calor en aplicaciones geotérmicas vinculadas a las bombas de calor, y cuya ventaja es que se instala en el terreno de la misma forma que un pilote percutido.

ANTECEDENTES

Los elevados costos de los hidrocarburos, el calentamiento global, la crisis económica, la reducción de la dependencia de fuentes de energía foráneas son algunas de las razones que han favorecido la implantación de las energías renovables (EERR) . Particularmente atractiva resulta la omnipresente energía geotérmica, cuyo costo es mínimo, y que casi sin restricciones satisface cualquier necesidad de calefacción yagua caliente sanitaria (AeS) . Su inconveniente es el elevado costo que presentan las instalaciones para gestionar el calor de la tierra, en particular los pozos geotérmicos. Estos pozos, similares a los de las prospecciones petrolíferas, deben ser primero perforados para luego introducir en ellos los tubos que conforman los serpentines que actuarán como intercambiadores para gestionar el calor geotérmico. Luego de colocados los serpentines se sella el pozo vaciando hormigón. Este costoso y lento proceso de perforación puede ser sustituido hincando pilotes metálicos que sean en sí mismos los propios serpentines intercambiadores de calor (ESTACAS GEOTÉRMICAS) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Los elementos principales se indican en números. El diseño sobre el que se basa la siguiente descripción de la invención que se reivindica (referida a los dibujos) representa la configuración principal en la que usar la invención. Nomenclatura de los Componentes y sus funciones. Se detalla los componentes principales del intercambiador que se reivindica más adelante.

1. JUNTAS. Es fundamental que cada segmento se una al siguiente garantizando que el acople de los TUBOS (3) no vaya a permitir ningún tipo de fuga del fluido de trabaja durante la larga vida que se espera esté en uso el intercambiador. Para ello los Tubos, en el extremo superior de cada segmento, son maquinados para darles la conicidad interna correspondiente a la conicidad externa que tienen los Tubos en el extremo inferior del segmento con el que se unirán. La unión se efectúa embocando los tubos, y posteriormente se golpea el conjunto con el martinete hasta verificar que la penetración del conjunto espiga-campana ha alcanzado el valor especificado. Entonces se procede a la soldadura, todo alrededor, de los Tubos y los PERFILes (2) convirtiéndolos en una unión solidaria.

2. PERFIL. Es el elemento que transmitirá los golpes del martinete durante el hincado, de manera que deberá ser estructuralmente capaz, y lo suficientemente rígido como para minimizar indeseables

desviaciones durante la penetración en el subsuelo. Podrá usarse cualquier tipo de perfil laminado comercial de acero, o conformado exprofeso para esta esta aplicación por soldadura de arco, inducción, etc. Su longitud depende de las características del terreno. los Tubos van soldados longitudinalmente al Peñil.

3. TUBOS. El fluido de trabajO de la bomba de calor geotérmica circula hacia y desde las prOfundidades del subsuelo dentro de estos tubos, que en la mayoría de los casos serán de acero comercial, con un espesor de pared suficiente como para resistir el natural proceso de corrosión externo durante la vida útil prevista del intercambiador. Además del sobre-espesor anticorrosión, los segmentos pueden ser protegidos mediante galvanizado, o dotándolos de corriente impresa (protección catódica) .

4. PUNTA. Para proteger de la abrasión y el aplastamiento la unión en ángulo de los Tubos en el extremo inferior del segmento inicial, se soldará un conjunto de chapas, normalmente de acero estructural, con forma de punta de flecha. Ello debe facilitar el proceso de hincado haciéndolo más rápido y económico. Idealmente este conjunto denominado punta será reforzado mediante la deposición en su superficie de aleaciones (metalización) que mejoren su tenacidad, resistencia a la abrasión a los impactos, etc.

5. CASQUILLOS. Son unos conectores con un extremo cónico y el otro con rosca y tapa roscada. Sirven para la interconexión de las ESTACAS GEOTÉRMICAS durante la fase de operación.

Características principales

a) El proceso de hincado de pilotes es sensiblemente más rápido que el de perforación de pozos, por lo que el rendimiento es mayor.

b) los costos de implantación de un campo geotérmico son menores.

, c) Las ESTACAS GEOTERMICAS pueden ser hincadas vertical, horizontal y oblicuamente, lo que permite el aprovechamiento de más tipos de perfiles de terrenos. d) Elimina procesos adicionales como introducción de serpentines y hormigonado e) Mejora la conductividad térmica del intercambiador, por lo que aumenta la eficiencia del sistema geotérmico. f) Interactuara mejor con las corrientes freáticas. g) Pueden ser utilizadas también para estabilizar terrenos. h) Los equipos de hincado son menos voluminosos (sobre todo si se usan martinetes hidráulicos) lo que permite su acceso a lugares de más difícil acceso.

Funcionamiento

En terrenos adecuados para la implantación de este tipo de intercambiadores se delimitan los puntos donde serán hincadas las estacas, y a continuación se posiciona el martinete y se comienza el hincado con un segmento punta. Tan pronto como éste haya alcanzado la profundidad especificada, se coloca encima un segmento. Se golpea con el martinete hasta que el encastre sea satisfactorio, y se suelda solidario todo el conjunto verificando la correcta alineación. Se continúa con el proceso de hincado hasta la altura de soldar el próximo segmento, y el proceso se repite así hasta que se logre la profundidad especificada, o se haya alcanzado algún obstáculo que detenga la penetración. Una vez que se ha hincado la ESTACA GEOTÉRMICA hasta su último segmento, se introducen, mecánicamente, y se sueldan en las campanas de los tubos que afloran, unos casquillos con rosca y tapa (para evitar el ingreso de suciedad, alimañas, etc.) , y se desplaza el martinete hasta el siguiente punto de hinca y se recomienza de nuevo. Cuando todas las ESTACAS GEOTÉRMICAS han sido hincadas, el campo está listo para ser interconectado (se retiran las tapas roscadas y se conectan los tubos del sistema geotérmico) , purgado, llenado y puesto en servicio.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS FIG. 1 Isometría de los dos tipos de segmentos FIG. 2 Detalle del extremo inferior de los segmentos de cuerpo. FIG. 3 Isometría del extremo superior común a los dos tipos de segmentos. FIG. 4 Isometría anterior del extremo inferior del segmento punta. FIG. 5 Despiece en isometría del extremo inferior del segmento punta. FIG. 6 Isometría posterior del extremo inferior del segmento punta. FIG. 7 Isometría de los casquillos sobre el extremo superior del segmento.

FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

Para esta representación, por simplicidad, se ha escogido un perfil comercial laminado de acero estructural (tipo T de 100xl00xl0mm) , y a los extremos de sus alas se han representado soldados los tubos de conducción del fluido. Para el conformado de la punta se ha escogido pletina laminada comercial de acero de 10mm de espesor cortada a medida. Los ángulos definitivos de la Punta variarán según la naturaleza de cada terreno, el tipo y espesor de metalización aplicada, y la capacidad estructural de los Tubos. La dimensión de la brecha entre los extremos de los segmentos a ser soldados dependerá de la naturaleza del subsuelo (esto determina la cantidad de golpes, y por lo tanto el aplastamiento) .

1. ESTACA GEOTÉRMICA caracterizada por JUNTAS (1) espiga-S campana, PERFIL (2) , TUBOS (3) , una PUNTA (4) Y los CASQUILLOS (5) cónicos.