Los diagramas de Sankey son ideales para visualizar cómo fluyen las cosas a través de un sistema, ya sea dinero, materiales o energía. Por eso los hemos añadido por defecto como resultado en todas las simulaciones GHEtool Cloud. Lea el artículo para obtener más información sobre las ventajas de estos diagramas.
¿Qué es un diagrama de Sankey?
Los diagramas de Sankey se desarrollaron originalmente para explicar la eficiencia de las máquinas de vapor. Ilustran cómo las entradas de un sistema están conectadas con sus salidas y, por tanto, pueden utilizarse para visualizar dinámicas interesantes dentro del sistema. Aunque se desarrollaron en el contexto de la termodinámica -donde todavía se utilizan con frecuencia-, desde entonces han encontrado su lugar en la economía, la colaboración y el comercio internacionales y, a partir de hoy, también en la ingeniería geotérmica. A continuación se muestra un esquema de un diagrama de Sankey para uso material.
Todo diagrama de Sankey debe leerse de izquierda a derecha, pasando de la entrada a la salida. En el ejemplo anterior, todos los materiales de envasado son entradas en el diagrama y pueden separarse en múltiples flujos: cartón, plástico, compost y vertedero.
Nota
El ejemplo anterior también incluye un flujo de retorno de ‘botellas de leche’. Esto crea un ciclo en el gráfico, que normalmente se evita (aunque no está estrictamente prohibido). En GHEtool Cloud, todos los diagramas Sankey son grafos acíclicos dirigidos (DAG), lo que significa que fluyen estrictamente en una dirección.
Un aspecto importante de cualquier diagrama de Sankey es que la entrada total debe ser siempre igual a la salida total. Esto garantiza que no se pierda ni se cree ningún material, energía u otra cantidad dentro del propio diagrama.
Antes de analizar cómo se representan estos diagramas en GHEtool Cloud, debemos introducir el concepto de almacenamiento estacional de energía térmica (STES).
Almacenamiento estacional de energía térmica (STES)
Cuando hablamos de campos de sondeo geotérmicos poco profundos, nos referimos a la utilización del suelo como batería de calor y no como fuente. A diferencia de las aplicaciones geotérmicas profundas -en las que el calor se aprovecha para procesos industriales, generación de electricidad o calefacción urbana-, los campos de sondeos se suelen utilizar en situaciones en las que hay demanda tanto de calefacción como de refrigeración.
En verano, el calor se almacena en el suelo, para ser utilizado posteriormente por la bomba de calor geotérmica (GSHP) durante el invierno para calentar el edificio. Esta extracción enfría el suelo, haciéndolo apto para la refrigeración (pasiva).
Idealmente, la energía que la GSHP extrae del suelo procede en su totalidad de la energía almacenada en verano. Sin embargo, en muchos casos hay un desequilibrio, lo que significa que la energía almacenada no es suficiente para cubrir toda la demanda de calefacción (o refrigeración). En tales casos, el suelo también se utiliza parcialmente como fuente.
Ambas fuentes de calor -el almacenamiento estacional de energía térmica (STES) y el desequilibrio- se muestran por separado en los diagramas de Sankey.
Nota
Si no está familiarizado con el concepto de desequilibrio, puede leer sobre él en nuestro artículo aquí.
Diagramas de Sankey en GHEtool Cloud
A partir de ahora, todos los cálculos de GHEtool Cloud se visualizarán también mediante un diagrama de Sankey. Aunque el aspecto de estos diagramas puede variar en función del diseño específico, el esquema de colores principal seguirá siendo siempre el mismo. A continuación se muestra un primer ejemplo de un campo de sondeo con desequilibrio negativo.
Cada diagrama de este tipo en GHEtool Cloud consta de cuatro colores diferentes:
- Rojo/naranja: representa todo lo relacionado con el ‘lado caliente’ del sistema, incluida la calefacción y el agua caliente sanitaria (ACS).
- Azul: representa todo lo relacionado con el ‘lado frío’ del sistema, como la refrigeración.
- Morado: indica todas las interacciones con el medio ambiente, que pueden considerarse flujos de entrada. Esto incluye la electricidad necesaria para hacer funcionar las bombas de calor, así como el desequilibrio del suelo, que es una de las dos entradas para la GSHP.
- Verde - representa el Almacenamiento Estacional de Energía Térmica (STES), la otra entrada para la GSHP.
Cuando se tiene un yacimiento dominado por la inyección, la naturaleza del desequilibrio se invierte. Esto se ilustra en la siguiente imagen.
En caso de desequilibrio positivo, el desequilibrio deja de ser una fuente para convertirse en un sumidero dentro del sistema total. Esto significa que parte del potencial STES se pierde efectivamente en el medio ambiente. Lo ideal es que el campo de perforación esté casi equilibrado, como se muestra en la figura siguiente. En este caso, la contribución del STES es significativamente mayor que el desequilibrio, lo que da lugar a la solución más eficaz.
Este diagrama de Sankey también puede utilizarse para comprender las simulaciones más complejas de GHEtool. Éstas se muestran a continuación.
Otros ejemplos
En lugar de depender exclusivamente de la refrigeración pasiva, también puede combinar refrigeración activa y pasiva en su campo de perforación (lea este artículo para más información). En este caso, la demanda de refrigeración se distribuye entre los componentes pasivos y activos, como se muestra en la figura siguiente.
Tanto la refrigeración pasiva como la activa requieren electricidad y aportan energía tanto al STES como al desequilibrio (ya que en el campo de perforación vuelve a predominar la inyección). Además de combinar refrigeración activa y pasiva, también se puede optar por un sistema híbrido.
Cuando se diseña un sistema híbrido, parte de la calefacción y la refrigeración procederá de su tecnología híbrida. Así se muestra en la figura anterior.
Nota
Debido a la naturaleza de caja negra de los métodos de optimización del perfil de carga -en los que no se hacen suposiciones sobre qué tecnologías se utilizan-, estos sistemas híbridos de calefacción y/o refrigeración no consumen electricidad, ya que podrían, por ejemplo, alimentarse del calor residual o de otras fuentes. En una futura actualización, se añadirá más especificidad a estos sistemas híbridos para que el diagrama de Sankey pueda ser más detallado y adaptarse a la solución híbrida específica que hayas diseñado.
Finalmente, como último ejemplo, es posible combinar todas las diferentes opciones en un diagrama Sankey principal, como se muestra a continuación.
Conclusión
Este artículo introduce un nuevo tipo de resultado en GHEtool: los diagramas de Sankey. Estos diagramas de flujo permiten comprender cómo se transfiere la energía entre las distintas partes del sistema, la importancia del almacenamiento estacional de energía térmica (STES) y hasta qué punto dependemos de recursos externos como la electricidad, los sistemas híbridos o el desequilibrio.
Esperamos que este gráfico adicional, ahora incluido por defecto en todas sus simulaciones, le ayude a diseñar campos de sondeo con confianza.
Referencias
- Vea nuestro vídeo explicativo en nuestra página de YouTube haciendo clic en aquí.