El diseño hidráulico de su campo de sondeos -específicamente la decisión de colocar los sondeos en serie, en paralelo o una combinación de ambos- puede influir significativamente en el total de metros de sondeo necesarios. Este artículo le guiará sobre cómo definir las diferentes opciones de diseño hidráulico en GHEtool Cloud.
Conceptos esenciales
Las decisiones hidráulicas que tome como diseñador afectan directamente al total de metros de perforación necesarios. Decisiones tales como si utilizar un tubo en U simple o doble (diseño hidráulico interno de la perforación) o cómo conectar las perforaciones en serie o en paralelo (diseño hidráulico externo de la perforación) influyen en el régimen de flujo a través del campo de perforación. Esto, a su vez, afecta al diseño general, como se ha comentado en artículos anteriores.
Nota
Si aún no ha leído nuestro artículo sobre los números de Reynolds y la diferencia entre flujo laminar y turbulento, le recomendamos que lo repase primero. Este conocimiento mejorará su comprensión de los conceptos presentados aquí.
Definición del caudal en GHEtool Cloud
En GHEtool Cloud, sólo es necesario introducir un parámetro para el diseño hidráulico: el caudal por sondeo. Este parámetro se encuentra en la pestaña ‘Resistencia de perforación’ > ‘Datos de fluidos’.
Atención
Debe introducir el caudal por sondeo, no por tubo o intercambiador de calor. GHEtool calculará automáticamente la información clave, como la caída de presión, el número de Reynolds, el régimen del fluido y la resistencia térmica de la perforación, basándose en esta información. Para mayor claridad, las figuras de GHEtool muestran el caudal resultante por tubo, pero siempre debe introducirse el caudal para toda la perforación.Permanezca atento
El cálculo de la pérdida de carga merece un artículo aparte. Por ello, las explicaciones que siguen son bastante breves. Actualmente, estamos trabajando en la ampliación de los métodos de cálculo de la pérdida de carga con GHEtool Cloud y, una vez finalizada, publicaremos un artículo completo sobre el tema.
Dos enfoques para el Design hidráulico
Existen dos enfoques generales para el diseño hidráulico de un campo de perforación:
- Enfoque descendente: Comience con el caudal total del sistema y calcule el caudal resultante a través de cada perforación.
- Enfoque ascendente: Defina el caudal requerido a través de cada perforación y calcule el caudal total del sistema.
Aunque estos enfoques difieren en sus puntos de partida, la lógica de diseño sigue siendo la misma.
Nota
1TP8La elección basada únicamente en el caudal puede ser engañosa. La bomba del sistema debe ser capaz de soportar la caída de presión de todo el campo de sondeo. En los sistemas más grandes, es fundamental calcular la caída de presión total y asegurarse de que la bomba es adecuada. Para proyectos residenciales más pequeños, en los que la bomba interna de la bomba de calor gestiona la presión, verifique con el fabricante que puede cumplir estos requisitos.
Diferentes Design hidráulicos
Existen cuatro arquetipos principales de diseño hidráulico, además de un caso combinado, que puede servir de modelo para sistemas más complejos. Estos arquetipos se basan en las siguientes combinaciones:
- Diseño de perforación interna: Tubo en U simple o tubo en U doble
- Diseño de perforación externa: Conexiones en paralelo o en serie
Tubo en U simple - Paralelo
En esta configuración, los pozos están conectados en paralelo, y el caudal total del sistema se divide a partes iguales a través de los orificios. Por ejemplo, si el caudal del sistema es de 1 l/s y hay 3 perforaciones, cada perforación recibirá 0,33 l/s. Este es el caudal que se introduce en GHEtool Cloud. Este es el caudal que se introduce en GHEtool Cloud.
Nota
En los sistemas paralelos, la caída de presión es la misma en todas las perforaciones. Si una perforación experimenta una caída de presión de 20 kPa, la caída de presión combinada de todas las perforaciones será también de 20 kPa. Debe tenerse en cuenta la caída de presión adicional en las tuberías horizontales.
Tubo en U simple - Serie
En este caso, los orificios están conectados en serie, lo que significa que el caudal total del sistema pasa por cada orificio consecutivamente. Si el caudal del sistema es de 1 l/s, este mismo caudal pasa por cada perforación.
Nota
Para las conexiones en serie, se suma la pérdida de carga de cada perforación. Por ejemplo, si una perforación provoca una caída de presión de 20 kPa, tres perforaciones conectadas en serie provocarían una caída de presión total de al menos 60 kPa, sin tener en cuenta la caída de presión en las tuberías horizontales.
Tubo en doble U - Paralelo
Cuando se conectan en paralelo perforaciones con tubos en U dobles, el caudal se divide tanto externa como internamente. El caudal del sistema se divide a partes iguales entre las perforaciones, y el caudal de cada perforación se divide a su vez entre los dos tubos en U. Para un caudal del sistema de 1 l/s con 3 perforaciones, cada perforación recibe 0,33 l/s, y cada tubo en U dentro de una perforación recibe 0,165 l/s.
Tubo en doble U - serie
En una configuración de doble tubo en U en serie, los tubos en U no están conectados internamente. En su lugar, cada tubo en U de una perforación funciona como una vía independiente. El caudal se desplaza a través de cada tubo en U del pozo, creando así dos vías de caudal paralelas por pozo. El caudal del sistema, de 1 l/s, se divide entre las dos trayectorias paralelas de los tubos en U de cada perforación, de modo que cada tubería recibe 0,5 l/s.
Combinado
Muchos grandes campos de sondeos utilizan un diseño combinado para equilibrar la caída de presión y los requisitos de caudal. Por ejemplo, un sistema con 6 perforaciones puede agruparlas en dos conjuntos de tres perforaciones conectadas en serie. A continuación, estos dos grupos se conectan en paralelo.
Para analizar este sistema, hay que empezar por los sondeos. Cada perforación de un grupo en serie recibe el caudal total del grupo. Si cada perforación del sistema requiere un caudal de 0,5 l/s, y cada grupo en serie contiene tres perforaciones, el caudal total del grupo es de 0,5 l/s. Como los dos grupos están conectados en paralelo, el caudal total del sistema es de 1 l/s (0,5 l/s por grupo × 2 grupos).
Nota
La pérdida de carga total del sistema combinado se calcula sumando las pérdidas de carga de las perforaciones de cada grupo en serie. Como los grupos están en paralelo, esta pérdida de carga combinada no aumenta debido a la conexión en paralelo. No obstante, asegúrese de tener en cuenta las tuberías horizontales y las pérdidas en las esquinas (las denominadas ‘pérdidas locales’).
Conclusión
La elección del diseño hidráulico adecuado para su campo de perforación puede influir significativamente en la longitud total de perforación necesaria y en la eficiencia global del sistema. Si conoce las implicaciones de las conexiones en paralelo frente a las conexiones en serie y las diferencias entre los diseños de tubo en U simple y doble, podrá tomar decisiones con mayor conocimiento de causa. GHEtool Cloud simplifica este proceso permitiéndole introducir un único caudal por perforación, con cálculos automatizados para la caída de presión, el número de Reynolds y la resistencia térmica de la perforación.
Referencias
- Vea nuestro vídeo explicativo en nuestra página de YouTube haciendo clic en aquí.