29/04/2011 - Climatización en invernaderos con energía geotérmica

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La empresa Energía Geotérmica, con sede en Valencia, está desarrollando dos proyectos de investigación centrados en nuevas aplicaciones para el aprovechamiento de la energía geotérmica. Uno de ellos es el de la climatización de invernaderos en la Comunidad Valenciana. El proyecto se enmarca dentro del Programa de Investigación y Desarrollo tecnológico para Pymes, financiado por el Instituto de la Pequeña y Mediana Industria de la Generalitat Valenciana (IMPIVA), y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

A través del proyecto “Energía geotérmica aplicada a invernaderos” se pretende dar a cada planta, semilla, esqueje o flor sus temperaturas y ventilación ideales de crecimiento a un coste mínimo, utilizando la energía geotérmica, que es una energía limpia, respetuosa con el medio ambiente e inagotable. El proyecto supone el estudio de los avances que se conseguirían al climatizar con energía geotérmica los invernaderos ubicados en el territorio de la Comunidad Valenciana.

Introducción al proyecto

En el proyecto se pretende aprovechar y estudiar la eficiencia de la aplicación de una energía renovable y limpia proveniente de la propia tierra, la energía geotérmica, en la climatización de invernaderos. Su principal fin es el de aumentar los rendimientos de los cultivos, disminuyendo al mismo tiempo la emisión del dióxido de carbono.

La energía geotérmica es una energía limpia, respetuosa con el medio ambiente e inagotable.

Para esto, se han estudiado varios puntos importantes. El primer punto es el control del medio dentro del invernadero. Para ello se deben conocer las necesidades de las plantas apropiadas para cultivarse bajo invernadero; se trata de saber lo que se necesita para su óptimo desarrollo vegetativo. Estas necesidades son: temperatura, humedad, suelo, nutrientes, dióxido de carbono, luz, radiación solar y oxigeno.

Otro punto dentro del control del medio es el análisis de las principales plagas y enfermedades que atacan a los cultivos dentro del invernadero. Conociendo su ciclo vital, cómo y cuándo atacan a las plantas y cómo luchar contra ellas, se puede favorecer un medio adecuado para la planta y así ésta vegete óptimamente.

Mecanismos de aprovechamiento

En la tierra pueden existir recursos naturales geotérmicos a partir del calor que se puede aprovechar directamente del agua subterránea caliente, lo que sería un uso directo de la energía geotérmica. Se puede extraer agua caliente de un pozo caliente, que se utilizará directamente para calentar el invernadero en épocas de frío. Esta agua que calienta el invernadero se enfría y se inyecta al pozo frío.

El otro caso es cuando no existen dichos recursos, y se hace un uso indirecto de la energía geotérmica mediante sistemas basados en bombas de calor conectadas al terreno, ya que sabemos que el subsuelo esta a una temperatura constante todo el año (15ºC aproximadamente).

El ahorro que supone la inversión en un sistema con bomba de calor geotérmica hace que su periodo de amortización se sitúe entre 4 y 8 años.

El funcionamiento de la bomba de calor geotérmica es comparable al de un refrigerador o al de un sistema de climatización corriente. Al llegar el calor a la bomba se aumenta mediante un proceso de compresión. Con el calor resultante podremos calentar agua que se almacenará en acumuladores y calefactores mediante suelo radiante o radiadores. Al tratarse de una bomba de calor, su ciclo de trabajo es reversible, pudiendo funcionar en modo frío y así refrescar el invernadero mediante suelo radiante o climatizarlo asociando fan-coils. La captación de calor es uno de los elementos más importantes de la instalación por ello será necesario un buen dimensionado.

Descripción del proyecto

El proyecto de Energía Geotérmica se basa en el uso indirecto del calor del suelo, esto es, extraer calor del suelo mediante intercambiador de calor y bomba geotérmica.

Para llevar a cabo el proyecto, en primer lugar se realiza un análisis fundamental de las necesidades térmicas dentro del invernadero, lo que se hizo escogiendo un cultivo de la lista de los apropiados para el desarrollo en invernadero. Se han estudiado sus necesidades en temperatura y humedad relativa dentro del invernadero, según sus fases de desarrollo: germinación, crecimiento vegetativo y fructificación.

A continuación, hemos realizado un balance energético en el invernadero; esto es, el cálculo de las pérdidas de energía dentro del invernadero.

Con los datos disponibles, se calculan  las aportaciones y las pérdidas de calor dentro del invernadero y se estima la demanda energética. Con ello se conoce la potencia calorífica requerida en la instalación, con la que después se hará el diseño de la bomba de calor que hay que instalar en el invernadero.

Lo siguiente es realizar un estudio de las características geotérmicas que debe de cubrir el invernadero, con el fin de poder definir correctamente como debe de ser el sistema geotérmico del invernadero y los intercambiadores.

Para el dimensionado de intercambiadores geotérmicos se utiliza el software específico, EED (Energy Earth Designer), que es un programa informático en el que se introducen, además de todos los datos recogidos, conductividad térmica, cargas térmicas del invernadero, propiedad del fluido portador y propiedad de sondas a introducir en los pozos.

Una vez introducidos los datos necesarios en el programa EED, se realizarán las simulaciones correspondientes para optimizar la longitud del intercambiador geotérmico.

Tras los cálculos con el programa EED, se obtendrán, la longitud necesaria para la perforación, números de perforaciones y distribución de las perforaciones.

Con todo lo citado anteriormente, se realizará el diseño completo de la instalación.

Se ha de hacer una comparación de la emisión de CO2 entre una instalación de climatización convencional y nuestra instalación geotérmica, y al mismo tiempo se calculará la energía que se ahorra al año respecto a la que se consumirá si se optase por instalación convencional.

Aunque inicialmente un sistema con bomba de calor geotérmica implica un coste de inversión elevado respecto a una instalación convencional, el ahorro que supone hace que su periodo de amortización se sitúe entre 4 y 8 años.

Además, las bombas de calor geotérmicas tienen un elevado rendimiento energético, ya que por cada Kw de energía eléctrica que consumen pueden producir entre 3 y 5 Kw de energía térmica para calefacción, refrigeración y producción de ACS.

Amortización de la Instalación Geotérmica frente a otras energías

La geotermia es la energía más eficiente tanto desde un punto de vista de consumo energético como de ahorro económico.

Representa un ahorro energético y económico de entre un 60 y un 80% respecto a los sistemas de climatización tradicionales como el gas o el gas-oil.

También es más eficiente que otras energías renovables, como la biomasa o la solar, frente a las cuales representa ahorros superiores al 50%.

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