corto circuito termal en la bomba de calor de las aguas subterráneas (1)
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
Facultad de ingeniera agrcola
Escuela profesional de ingeniera agrcola
TRABAJO ENCARGADO
Corto circuito termal en la bomba de calor de las aguas
subterrneas.
DOCENTE: ING. Alcides Hctor, Caldern Montalico
CURSO: Circuitos y maquinarias elctricas
PRESENTADO POR:
Fredy Jess Quispe Calsina
Semestre: v Cdigo: 114348
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CORTO CIRCUITO TERMAL EN LA BOMBA DE CALOR DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS
Reflejos
Se resumieron los problemas relativos a la retroalimentacin trmica de las aguas subterrneas.
El documento sugiere las soluciones analticas para analizar el problema "corto circuito termal".
Se proponen dos soluciones grficas para comprobar la distancia mnima entre la abstraccin y
la reinyeccin tambin.
El documento sugiere la manera correcta de disear un sistema de bomba de calor de las
aguas subterrneas.
Un caso simple estudio se presenta como exemplum.
Abstracto
Este trabajo presenta un estudio sobre la viabilidad de proporcionar calefaccin y refrigeracin
por medio de un sistema de bomba de calor de las aguas subterrneas en lazo abierto para un
edificio comercial restaurada en Rovigo, situada en el ro Po Llanura (Italia).
Resultados obtenidos a partir de la modelizacin confirman la capacidad potencial de
hidrogeolgicas del sitio para proporcionar la cantidad necesaria de agua subterrnea y la
energa asociada con un impacto ambiental limitado. La inyeccin de ms caliente (o fro) de
agua en el acufero crea una nube trmica cuyas dimensiones y la geometra depender en
primer lugar en las propiedades de las formaciones subterrneas y en particular sobre las
condiciones del sistema de trabajo y por las cargas de refrigeracin y calefaccin.
Este estudio muestra el riesgo de la ruptura trmica entre dobletes as y sugiere que hay varios
horarios diarios posible de calefaccin / refrigeracin que reducen el riesgo de retroalimentacin
trmica entre los pozos de extraccin y de inyeccin. Estos horarios pueden evitar que el
sistema se convierta en GWHP antieconmico y energticamente ineficiente.
Avance trmica es comn en los sistemas de intercambio de calor de las aguas subterrneas, en
particular en los distritos de la ciudad histrica, donde la distancia entre los pozos es
necesariamente prximo debido a los edificios de la proximidad y la posibilidad de otra planta del
grupo en el barrio. Lo ms probable debido a las dificultades de modelado, no es habitual tener
en cuenta este tipo de contaminacin trmica durante un anlisis ordinario de la interaccin entre
los y las consecuencias de la bomba de calor de las aguas subterrneas y sistemas de
acuferos.
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Palabras clave
Condicin trmica
Aguas subterrneas urbanas
Modelizacin numrica
Rovigo
1. Introduccin
Un sistema de aguas subterrneas de intercambio de calor requiere la presencia de un acufero
de que el agua se puede extraer a travs de una perforacin o bien (llamado una produccin,
retirar, extraccin o bien de abstraccin). El agua se extrae de una parte del sistema acufero y
se utiliza para calentar o enfriar los edificios a travs de una bomba de calor. Este sencillo
esquema se conoce como doblete bien en lazo abierto o bomba de calor agua subterrnea del
sistema (GWHP). En consecuencia, un sistema de GWHP es un doblete bien sistema de bucle
abierto que bombea las aguas subterrneas a partir de un pozo de extraccin, explota las
caloras de agua a travs de un intercambiador de calor y finalmente descarta las aguas
subterrneas en un pozo de inyeccin en el acufero .
Una vez que se ha producido el intercambio de calor a travs de la bomba de calor, se reinyecta
el agua en un acufero (retorno o pozo de inyeccin), que, segn la ley italiana (Decreto
Legislativo 152/2006) y siguiendo el principio de renovabilidad. De esta manera, se conservan
los parmetros cuantitativos y cualitativos acuferos.
Acufero de almacenamiento de energa trmica (ATES) aprovecha las aguas subterrneas para
el almacenamiento de agua fra y caliente con el fin de utilizar esta energa trmica para enfriar y
calentar edificios; durante la temporada de verano, el agua fra es bombeada del acufero con un
sistema de tuberas y el calor de cambio de cierre, en los edificios que requieren
refrigeracin. Despus de intercambio de calor, el agua ms caliente se transfiere a una segunda
ubicacin dentro del mismo acufero, que consecuentemente aumento de temperatura. En el
invierno, el proceso se invierte llevando a la calefaccin del edificio y la disminucin de la
temperatura en el acufero, que vuelve a su condicin trmica inicial.
Por lo tanto, el acufero se puede definir como un sistema de almacenamiento trmico; cuando la
velocidad del flujo de las aguas subterrneas es bastante bajo, el acufero se puede utilizar para
almacenar caloras (o frigoras) que se utilizar en la temporada opuesta.
En otras configuraciones, ATES restaura almacenamiento de calor a travs de colectores solares
o incluso el exceso de calor de centrales elctricas .
Principalmente en Europa y Amrica del Norte, sino tambin en el resto del mundo, esta tcnica
se utiliza cada vez con mayor frecuencia, causada por el aumento de la demanda de tecnologas
sustentables. Este aumento se debe a los costes de aumento de la energa convencional y para
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mejorar el uso de la pizca de la energa renovable produccin de dixido de bajas emisiones de
carbono.
Los sistemas ATES se acoplan con una bomba de la bomba de calor geotrmica o las aguas
subterrneas de calor (GWHP). GWHP es un sistema de calefaccin central y / o sistema de
refrigeracin que bombas de calor hacia o desde el suelo y necesita una menor cantidad de
energa elctrica, en lugar de los acondicionadores de aire y el calor de combustin, que una
planta de calefaccin / refrigeracin tradicional.
El impacto ambiental es ms ligera que una planta de calefaccin / refrigeracin tradicional,
gracias a las caractersticas de la alta eficiencia energtica GSHPs limpias y rentables con el
medio ambiente. Las bombas de calor tienen un importante potencial de reduccin de emisiones,
sobre todo cuando se utilizan tanto para la calefaccin y la refrigeracin y producen cero
emisiones a nivel local, pero su suministro de electricidad casi siempre incluye componentes con
las emisiones de gases de efecto invernadero de alta. Por consiguiente, su impacto ambiental
depende de las caractersticas del suministro de electricidad.
GWHP tienen eficiencias trmicas insuperables y producir cero emisiones a nivel local, pero su
suministro de electricidad casi siempre incluye componentes con las emisiones de gases de
efecto invernadero de alta. Por consiguiente, su impacto ambiental depende de las
caractersticas del suministro de electricidad.
El sistema ATES puede causar una variacin excesiva de la temperatura dentro del acufero a
partir del cual se explota el agua subterrnea, causando as la GSHP para ser ineficaz o incluso
inadecuado. El objetivo de este trabajo es analizar la temperatura diferencial generada en el
acufero explotado y las consecuencias sobre el sistema GSHP de esta variacin de origen y las
formas de reducirlos.
2. El sistema de intercambio de calor del agua subterrnea en lazo abierto
El GSHP presenta varias ventajas en el rea mediterrnea, con respecto a los climas ms fros,
ya que el sistema de intercambio de calor se utiliza tanto en invierno como en verano para
calefaccin y refrigeracin, respectivamente. En algunos casos, el sistema de refrigeracin (y / o
el sistema de calor) se obtiene mediante un intercambio de calor simple, sin el uso de sistema de
bomba de calor (por ejemplo, libre de refrigeracin).
Si el acufero es suficientemente grande, las condiciones y parmetros de contorno
(principalmente gradiente aguas subterrneas y permeabilidad) pueden permitir el
almacenamiento de energa. Como resultado, la capa hidrogeolgica se utiliza como un
ATES. En algunos casos, una buena estrategia es cambiar la direccin del esquema de doblete,
por lo que el coeficiente de rendimiento (COP) se puede aumentar. En el modo de
calentamiento, la COP se deriva por la ecuacin:
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Ecuacin (1a)
Gire MathJaxen
Donde H es el calentamiento suministrado desde el depsito, y M es el trabajo consumido por el
sistema de bomba de calor.
En el modo de refrigeracin, la CP se define como:
Ecuacin (1b)
Gire MathJaxen
2.1. Ecuacin Consejo
El flujo de calor a travs de un medio poroso en el acufero se simul por medio de un modelo
determinista. Las ecuaciones diferenciales que describen el flujo de las aguas subterrneas
estn acoplados con las ecuaciones que describen el flujo de calor en medios porosos.
La velocidad del agua subterrnea o especfica de descarga q i en x posicin en coordenadas
cartesianas se pueden derivar de la ley de Darcy:
Ecuacin (2)
Gire MathJaxen
Donde k ij es el tensor de conductividad hidrulica y h es la carga hidrulica.
Suponiendo que la cabeza hidrulica h es conservador y las variaciones de la densidad del
fluido wson insignificantes, la ecuacin que describe el flujo de agua subterrnea a travs de un
acufero poroso no homognea se puede escribir:
Ecuacin (3)
Gire MathJaxen
Donde L es el espesor del acufero y R es la tasa de abstraccin o inyeccin de los pozos por
unidad de rea (trmino fuente).
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Adems, el equilibrio trmico instantneo debe ser alcanzado, y suponiendo que la capacidad de
calor es constante, la ecuacin que describe el movimiento parcial de calor en un sistema de
agua subterrnea a travs de un medio poroso no homognea se puede escribir:
Ecuacin (4)
Gire MathJaxen
Donde C es la temperatura, s c s la capacidad calorfica volumtrica de los medios
porosos, w c wla capacidad calorfica volumtrica del agua, y ij es la conductividad trmica
efectiva de acuerdo a las propiedades de ambas fases de lquido y slido.
La segunda expresin de la ecuacin (4) incluye un trmino de transporte de calor por
conveccin, un trmino conduccin de calor y un trmino fuente de calor.
La ecuacin de transporte de calor del agua subterrnea es anloga a la ecuacin de balance de
masas de los problemas de transporte de solutos de aguas subterrneas.
2.2. El corto circuito termal
En general, la abstraccin y la inyeccin de aguas subterrneas se encuentran con una dificultad
considerable en el modelado del campo de variaciones de temperatura-tiempo de las aguas
subterrneas, especialmente en un rea donde mltiples dobletes de bucle abierto operan para
fines trmicos. Adems, se requiere un modelo geolgico e hidrogeolgico para evitar problemas
inesperados. Tres elementos son necesarios para analizar la funcionalidad de la planta y el agua
subterrnea termal evolucin huella: (1) el detallado (hidro) modelo geolgico de la zona de
estudio; (2) un diseo termotcnico precisa; (3) la correcta gestin de soluciones fsicas,
analticas o numricas para resolver el problemas.
Considerando un sistema de bucle abierto bien doblete simple que consiste en una abstraccin
bien y uno pozo de inyeccin, bajo diferentes condiciones de evaluacin de las aguas
subterrneas regional, el tiempo de penetracin del agua subterrnea causada por los procesos
de intercambio de calor se puede calcular. El tiempo de penetracin es la longitud de tiempo
para producir un efecto trmico en el pozo de bombeo debido a la descarga en los de inyeccin
( Fig. 1 ).
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Fig. 1.
Esquema de una abstraccin y pozo de inyeccin. El sistema trmico es controlado por
gradiente geotrmico de la tierra de la parte inferior, por la influencia del tiempo en la parte
superior, y por el GWHP.
Opciones Figura
Teniendo en cuenta un escenario comn de GWHP en la temporada de verano ( Fig. 1 ), el agua
se extrae de la abstraccin bien a la temperatura Delta Theta , que generalmente es bastante
constante.Esta agua es explotada por el sistema GeoExchange y se inyecta con una
temperatura de referencia de + Delta Theta x . La actividad de bombeo modifica el gradiente
hidrulico natural y activa una inversin local del flujo de agua subterrnea de la inyeccin hacia
la abstraccin tambin. En este caso, el agua caliente inyectada alcanza la abstraccin bien
despus de un tiempo t desde el inicio de bombeo.Cuando se produce el tiempo de
penetracin en la abstraccin as, la temperatura del agua de la abstraccin aumenta as
progresivamente crecientes, a una temperatura de Delta Theta ab . En consecuencia, a fin de
continuar enfriando el edificio, el GWHP debe aumentar la temperatura del agua extrada a un
valor de + Delta Theta x + Delta Theta ab ( Fig. 1 ).
Este fenmeno se conoce como "retroalimentacin trmica" y hace que el aumento de los
suministros de energa de la GWHP, mientras que el COP disminuir.
Por analoga con la red elctrica, la retroalimentacin trmica se puede definir como un "Thermal
Short Circuit" (TSC), porque la conexin adecuada es interrumpida por una conexin incorrecta y
el sistema est en consecuencia daado ( Fig. 1 ).
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig1http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig1http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig1http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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Cuando la velocidad v regional es negativa y su magnitud es:
Ecuacin (5)
Gire MathJaxen
El agua subterrnea inyectado nunca alcanzar la abstraccin tambin, donde W es la tasa de
flujo, es la porosidad, H espesor del acufero.
En esta simple ecuacin de la conduccin de calor se ignora y el transporte de calor se debe
slo al flujo de agua subterrnea.
Si la ecuacin (5) no se respeta, el tiempo de penetracin trmica ( t b ) se puede calcular
utilizando la solucin analtica propuesto por Lippmann y Tsang (1980) y Bancos (2009).
Ecuacin (6)
Gire MathJaxen
Cuando i es el valor que no sea cero.
Si el flujo regional no es paralelo a la lnea entre los pozos doblete de bucle abierto, el ngulo
entre el vector de velocidad del agua subterrnea regional y la lnea de la abstraccin bien a la
inyeccin de una sola debe ser considerado.
Cuando el gradiente hidrulico i es demasiado bajo, la retroalimentacin hidrulica muy
frecuente y TSC se producen.
Si la ecuacin (5) se respeta, la abstraccin y los pozos de inyeccin son lo suficientemente
separados. En este caso, el sistema GWHP funciona correctamente; de lo contrario, el sistema
de bombeo doblete desencadena la inversin local del gradiente hidrulico.
En la prctica ordinaria, TSC es muy frecuente. Slo cuando los pozos de inyeccin y de
extraccin son muy distantes se puede evitar la retroalimentacin hidrulica. En consecuencia, el
TSC modifica el funcionamiento del sistema de bucle abierto as doblete y las bombas de calor
puede reducir el COP o incluso hacer que la planta geotrmica inoperable .
Como se mencion anteriormente, el uso en reas urbanas de un sistema doblete bien lazo
abierto es cada vez mayor. En los centros histricos de las ciudades, es difcil respetar la
distancia doble bien y la interferencia a menudo se produce entre dos o ms pozos de un
sistema bien doblete lazo abierto o sistemas GWHP cercanas.
javascript:void(0);http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fd5javascript:void(0);http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fd5
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Como se ha sugerido por la ecuacin (5) , el problema TSC puede ser analizada usando un
enfoque analtico. En este caso, la homogeneidad, isotrpico y condiciones simples se supone
que son:
Ecuacin (7)
Gire MathJaxen
Figs. 2 y 3 permiten una evaluacin sencilla de la distancia entre la abstraccin y la inyeccin de
los pozos; la distancia del pozo debe estar por encima de la lnea que representa el pozo doble
sistema. En el caso de la Fig. 2 , se asume un gradiente hidrulico constante ( i = 0,05). El
conocimiento de la tasa de flujo y la transmisividad hidrulica permite el clculo de la
distancia D .
Fig. 2.
Anlisis de distancia mnima entre la extraccin y de inyeccin de pozos, cuando se conocen la
transmisividad del acufero y el caudal ( i = 0,05).
Opciones Figura
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fd5javascript:void(0);http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig2http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig3http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig2http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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Fig. 3.
Anlisis de distancia mnima entre la extraccin y de inyeccin de pozos, cuando se conocen las
aguas subterrneas gradiente hidrulico y velocidad de flujo.
Opciones Figura
En el caso de la Fig. 3 , se asume una transmisividad hidrulica constante ( T = 2.5E-03 m 2 /
s). El conocimiento de la velocidad de flujo y el gradiente hidrulico permite el clculo de la
distancia mnima D.
Un anlisis preliminar de las figuras. 2 y 3 permiten la planificacin de un diseo ptimo de un
sistema bien doblete, donde las condiciones geolgicas y hidroestratigrfica son isotrpicos y
homogneos.
En los acuferos confinados de las Veneto y Po Plains, transmisividad no es muy alta
(generalmente menos de 1E-03 m 2 / s). El gradiente hidrulico, por otra parte, es a menudo
menos de 0,05, como se muestra en la Fig. 4 . De hecho, la Fig. 4 muestra el gradiente
hidrulico de las aguas subterrneas poco profundas en la llanura veneciana. Tambin en la
llanura del Po, el gradiente de agua subterrnea es generalmente muy bajo, como se evidencia
en la figura. 4 , donde en la naranja a la zona verde del gradiente es inferior a 0,005. En el
Venetian Llanura Medio y Bajo, el espacio as para un dibujo clsico GWHP debe ser ms de
200 a 250 m. En las zonas urbanas, como la zona de Venecia y la llanura del Po, esta distancia
es difcil de obtener debido a aumento de la poblacin y la reduccin de reas verdes (Para la
interpretacin de las referencias a colores en este prrafo, se remite al lector a la versin web de
este artculo.).
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig3http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig2http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig3http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig4http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig4http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig4http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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Fig. 4.
El agua subterrnea gradiente hidrulico en la llanura veneciana (pas Veneto, Italia) en
longitudinal a vertical (prdida de carga a distancia horizontal).
2.3. Mdulo openloop de Feflow
Una forma diferente de resolver el TSC es el enfoque numrico que considera la heterogeneidad
y anisotropa geolgica e hidrogeolgica.
Los modelos de computadora comerciales ms conocidos utilizados para simular el flujo
acoplado y transporte de calor en los acuferos son HST3D, FEFLOW y Shemat.
Para resolver los problemas de TSC, los autores aplicaron el cdigo Feflow. Este cdigo 3D
mtodo de elementos finitos (FEM) permite la simulacin del sistema geotrmico as doblete,
acoplar el anlisis de flujo de aguas subterrneas con el transporte de calor.
Una herramienta muy til es la aplicacin de un mdulo de Feflow, llamado "openloop"
( www.wasy.info). Esta herramienta emplea la temperatura resultante del clculo nodal en el
pozo de inyeccin; Este valor resultante se aumenta o disminuye por otro valor que se ha
definido antes de cmputo y se deriva del anlisis termotcnico planeado. Adems, la
temperatura calculada desde el nodo as abstraccin puede estar influenciada por la vecina
fuentes de calor / sumideros. El mdulo openloop ejecuta la definicin de la diferencia de
temperatura variable en el tiempo entre los grupos de la abstraccin y de inyeccin de pozos; la
ventaja de este mdulo es la capacidad de manejar ms de un doblete de abstraccin y de
inyeccin de pozos.
http://www.wasy.info/http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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Este cdigo FEM es muy verstil y se puede simular y proporcionar anlisis para cualquier
escenario real.
En el caso estudiado, los acuferos explotados generalmente presentan un gradiente hidrulico
muy bajo, igual a 0,001. En la Llanura Padana y en el Venetian Llanura Medio y Bajo, la
pendiente media es no ms de 0,005 ( Fig. 4 ).
3. Un caso de estudio: Rovigo (Italia)
3.1. Geologa del rea de estudio
El rea de estudio se encuentra en el noreste de Italia, donde la microplaca Adritico representa
la zona ms septentrional de la placa africana.
El sistema sur de los Alpes es el resultado de una evolucin polifsico, activo en el perodo
Terciario. El sistema estructural ms antigua coincide con el Mesoalpine (Eoceno) y las
siguientes fases de compresin Neoalpine (Oligoceno-Mioceno), que produjo el sistema
Dinricos (NW-SE) y sigue una direccin NE en la parte oriental de los Alpes del Sur .
La cuenca del Po progres en el lavabo del cabo con respecto a la zona sur de los Alpes en el
perodo Oligoceno, mientras que en tiempos ms recientes se progres en el lavabo del cabo
tambin en relacin con el sistema de los Apeninos ( Fig. 5 ) .
Fig. 5.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig4http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig5http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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Mapa geolgico del Nordeste Italia; el rea de estudio se indica por el crculo rojo (Para la
interpretacin de las referencias a color en esta leyenda de la figura, se remite al lector a la
versin web de este artculo.).
Opciones Figura
El oriental llanura del Po se establece, desde el punto de vista estructural, entre la frontera norte
de la monoclinales Adritico y el Pedealpine uno. Este lmite est representado por el Schio-
Vicenza a Occidente, una falla sinistral transformar cuya direccin se reanuda por los
lineamientos neotectnicos reconocibles por el sistema de fallas NW-SE.
La cuenca de inundacin entera se ha visto afectada por el hundimiento del suelo de la poca
del Plioceno en adelante, conectada principalmente a la fuerza de colisin producida por la
cadena de los Apeninos hacia el SO. La zona de Venecia se ve influenciada por la tectnica de
los Apeninos cuyo laboreo presenta una direccin inmersin hacia el sur ( Fig. 5 ) .
La direccin predominante del fallo demuestra cmo la estructura tectnica y evolucin de toda
la regin se ve influida por el Schio-Vicenza, siguiendo la direccin NNW-SSE. Esta direccin
tambin es reconocible en las estructuras neotectnicos que influyen en toda la evolucin
morfolgica cuaternario .
3.2. Entorno hidrogeolgico
Desde un punto de vista geolgico, el rea de estudio se encuentra en la llanura aluvial del Po
oriental enteramente cubierto por sedimentos fluviales del Cuaternario. En el Plioceno y el
Pleistoceno, aluviales Megafan del ro Adige construy esta llanura, que se caracteriza por
marinos, deltaico y materiales aluviale . Algunos palaeorivers fluyen a travs del Po oriental y
Atesian Plain, que se rellena con arena y sedimentos de arena limosa. Arcilla, arcilla limosa,
suelo orgnico y turba con pocas capas de arena representan las reas cercanas.
Las tasas de fuga y de drenaje a travs de los ros presentes son insignificantes debido a la baja
permeabilidad hidrulica de los sedimentos de relleno en su cama.
El sistema acufero superficial es un sistema acufero multicapa confinado donde el agua
subterrnea fluye a E, de acuerdo con la FlowNet regional. El valor medio de gradiente de agua
subterrnea es muy bajo, menos de 0,0005 localmente (ver Fig. 4 ) y en el perodo de verano, la
inversin local de la direccin del gradiente puede tener lugar debido a la utilizacin de bombas
de drenaje utilizado en la agricultura .
Dos palaeorivers ms de 200 m de ancho, que se caracteriza por los sedimentos de arena fluyen
a travs del centro de Rovigo, cruzndose entre s cerca de la zona de estudio ( Fig. 6 ).
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig5http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig4http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig6
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Fig. 6.
Los dos palaeorivers arena que cruzan el centro de la ciudad de Rovigo (Italia) y el rea de
estudio (crculo azul) (Para la interpretacin de las referencias a color en esta leyenda de la
figura, se remite al lector a la versin web de este artculo.).
Opciones Figura
El sistema fluvial paleo puede influir en el FlowNet locales, al igual que en 2003, cuando la
extraccin de agua subterrnea de un hundimiento del terreno inducida sistema wellpoint en el
centro de Rovigo .En este caso, el hundimiento de la tierra era localmente muy diferentes debido
a heterogeneidades y la anisotropa en los sedimentos y en la conductividad hidrulica.
Dos agujeros de perforacin se llevaron a cabo en las esquinas opuestas de la zona de
estudio. El agujero de taladro de base permitido la recuperacin de ncleos tanto para la
deteccin geolgico y geotcnico. El anlisis geotcnico subsuelo permiti el desarrollo del
modelo geolgico. Fig. 7 muestra la estratigrafa de la zona de estudio, que se supone
localmente muy homognea.
Fig. 7.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig7http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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Modelo geolgico e hidrogeolgico utilizado para el agua subterrnea y el modelado trmico del
rea de estudio.
Opciones Figura
Pruebas hidrulicas permitieron la identificacin de los principales parmetros hidrogeolgicos
como transmisividad, capacidad especfica y radio de distancia tambin. Al igual que el anlisis
geolgico del rea de estudio, las pruebas hidrulicas realizadas permitieron la verificacin de la
homogeneidad del entorno hidrogeolgico.
Recientemente, la ciudad de Rovigo se vio afectada por un impresionante asentamiento del
terreno inducido por la extraccin de agua subterrnea de un sistema wellpoint situado en el
centro, durante las fases de construccin de un aparcamiento subterrneo. El asentamiento se
propag y se increment en el marco geolgico; el sedimento ro paleo facilit la prdida de
carga con una geometra anisotrpica. As, las autoridades tuvieron cuidado sobre el problema
conectado con la actividad de la abstraccin desde el primer acufero.
3.3. La modelizacin numrica
Para comprobar los efectos de la GHPS en el sistema hidrogeolgico se utiliz el cdigo
numrico Feflow. El modelo numrico de tres dimensiones se llev a cabo por un modelo
hidrogeolgico anterior y se desarrolla por 582.000 elementos de malla y 310.000 nodos de la
malla, de acuerdo con el Principio Delaunay. Fig. 7 muestra el marco, que se caracteriza por 3
capas hidrogeolgicos.
La primera es una capa impermeable cuya conductividad hidrulica es 1E-08 m / s de acuerdo
con la litologa; la segunda capa es un acufero cuya asignado conductividad hidrulica derivada
de las pruebas de bombeo y de calibracin (4,04 E-4 m / s); Finalmente, la tercera capa es una
arcilla impermeable, aqu utilizado para adaptarse a las condiciones de contorno trmicas
ptimas (1E-08 m / s). Este acufero est confinado y ambos grosor y parmetros
hidrogeolgicos se supone constante en el dominio del modelo. El gradiente hidrulico regional y
local se utiliz para establecer las condiciones de contorno de flujo. La carga hidrulica se
supone constante en el 6,9 m snm en el lado oeste de la modelo y 6,4 m snm en el lado
este; esta configuracin determina un gradiente hidrulico corresponsal de montaje de la
FlowNet aguas subterrneas medido (0,00025, ver Fig. 4 ).
Un anlisis de sensibilidad muestra que la dispersividad longitudinal y transversal, la porosidad,
la conductividad trmica de los materiales estn afectando los resultados del modelo propuesto
muy menos, si se compara con las dos conductividades hidrulicas y el gradiente, tambin. Por
lo tanto los parmetros de entrada estndar obtenidos por la literatura de los materiales
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig7http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig4
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investigados se llevaron a cabo, de acuerdo con la propiedad de los materiales y las
investigaciones in situ, tales como pruebas de bombeo.
Las condiciones de contorno geotrmicos son los siguientes. No gradiente geotrmico es
considerada a priori debido a que el espesor de las capas delgadas; en la primera rebanada de
una constriccin temperatura media anual en el nivel del suelo es fijo (13,2 C); la temperatura
del acufero se considera en correspondencia con el dentro y fuera de las fronteras de aguas
subterrneas del modelo (17,0 C).Resultados similares se obtienen utilizando el flujo
geotrmico regional normal a la parte inferior y la temperatura media mensual en la parte
superior.
Se utilizaron las pruebas de bombeo para calibrar y validar el modelo numrico de flujo, tambin.
3.4. Resultados
El anlisis con el cdigo numrico que permite la demostracin de la grave interferencia entre la
inyeccin y extraccin de los pozos del sistema doblete trmica. La consecuencia de esta
interferencia es la imposibilidad del sistema GWHP en el sistema hidrogeolgica simulado.
El anlisis preliminar de los resultados es la evaluacin del radio as de influencia en el sistema
doblete bien, como Fig. 8 muestra. A 30 m de la perturbacin cabeza es casi 0,3 m y 70 m en la
influencia de la doblete bien es insignificante. Los cambios de cabeza inducidos sobre el acufero
son bastante insignificantes porque los abstraccin y de inyeccin de pozos se anulan entre s,
cuando a pocos metros de distancia y el balance de agua es cero.
Fig. 8.
La reduccin isolneas en una condicin estable; la influencia del bien doblete es insignificante a
70 m.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683#fig8http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431113001683
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4. Conclusiones y trabajos futuros
Los autores tenan una gran cantidad de evidencia de muchos estudios de casos de aplicacin
que cortocircuitos trmicos (TSC) se producen cuando la hidrulica subterrnea es demasiado
bajo en relacin con el sistema as abstraccin de la inyeccin. TSC podra ocurrir con bastante
frecuencia en la llanura veneciana-Po debido al gradiente hidrulico de las aguas subterrneas
bajo y la falta de espacio para un sistema bien doblete en el rea urbana.
Una evaluacin analtica previa es el primer paso en el estudio del impacto de un GWHP en el
sistema acufero; Este trabajo contribuye a la realizacin de este anlisis preliminar mediante la
identificacin de las soluciones analticas ms importantes que se utilizan para este propsito.
En Italia, el uso de la GWHP es todava limitada debido a la falta de informacin sobre las
ventajas ofrecidas por estos sistemas y debido a sus altos costos iniciales. En algunos casos,
estos costos pueden ser el resultado de un diseo de gran tamao de la GWHP, causada por la
falta de estimaciones fiables de los tipos de cambio de calor. Peor an, puede ocurrir, como los
aspectos ms destacados del estudio de caso, que el GWHP podra evaluarse por error y el
tiempo de recuperacin de la inversin podra aumentar o la GWHP podra ser explotado. Si
estas tasas y la sostenibilidad hidrogeolgico se podra predecir con gran precisin durante la
etapa de diseo de los sistemas de GWHP, sus costos iniciales pueden ser reducidos y
optimizados .
Por lo tanto, un anlisis detallado se recomienda para evitar un problema muy grave cuando se
utiliza el GWHP. En este caso, un modelo de elementos finitos podra llevado a cabo utilizando
un paquete de software. Al analizar un corto circuito trmico, los autores sugieren el uso de un
cdigo numrico como Feflow, que calcula la temperatura de inyeccin a travs de los clculos
de las temperaturas de abstraccin.
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