{"id":3993,"date":"2025-04-29T09:58:06","date_gmt":"2025-04-29T07:58:06","guid":{"rendered":"https:\/\/ghetool.eu\/?post_type=knowledgebase&#038;p=3993"},"modified":"2025-04-29T15:10:56","modified_gmt":"2025-04-29T13:10:56","slug":"modelado-separatus","status":"publish","type":"knowledgebase","link":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/knowledgebase\/modelling-separatus\/","title":{"rendered":"Modelizaci\u00f3n del intercambiador de calor separatus"},"content":{"rendered":"<p>Separatus es un novedoso tipo de intercambiador de calor dise\u00f1ado para reducir el coste de inversi\u00f3n de las perforaciones geot\u00e9rmicas, \u00a1y puede calcular su rendimiento directamente con GHEtool! Este art\u00edculo explica el desarrollo del modelo te\u00f3rico actual del sistema Separatus en GHEtool.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>Nota<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Este art\u00edculo se centra en los fundamentos te\u00f3ricos del modelo separatus. Si buscas orientaci\u00f3n pr\u00e1ctica sobre c\u00f3mo utilizar GHEtool para modelar estos sistemas, puedes leer la entrada del blog en el sitio web de separatus.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<p><iframe title=\"Modelizaci\u00f3n del intercambiador de calor separatus\" width=\"800\" height=\"450\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/cXvf7FFWwWM?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe><\/p>\n<h2>\u00bfQu\u00e9 es separatus?<\/h2>\n<p>En <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/separatus.ch\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">intercambiador de calor separatus<\/a> fue desarrollado en 2023 por Dietmar Alge, Jana Walker y Stefan Geser, bas\u00e1ndose en el concepto de la tecnolog\u00eda de tubo dividido. Se basa en una tuber\u00eda est\u00e1ndar de 51 mm de di\u00e1metro, pero con un espaciador interno instalado para separar los flujos de fluido caliente y fr\u00edo.<\/p>\n<p>Al utilizar este dise\u00f1o, los perforadores s\u00f3lo tienen que instalar un \u00fanico tubo en lugar de los dos o cuatro tubos tradicionales (como los utilizados en las configuraciones de tubo en U simple o doble). Esto reduce significativamente el tiempo de instalaci\u00f3n y el di\u00e1metro de la perforaci\u00f3n, lo que conlleva un menor coste de inversi\u00f3n del campo de perforaci\u00f3n geot\u00e9rmico.<\/p>\n<figure id=\"attachment_3994\" aria-describedby=\"caption-attachment-3994\" style=\"width: 400px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-3994\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus.png\" alt=\"Imagen del intercambiador de calor Separatus.\" width=\"400\" height=\"303\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus.png 755w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus-300x227.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Separatus-16x12.png 16w\" sizes=\"(max-width: 400px) 100vw, 400px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3994\" class=\"wp-caption-text\">Imagen del intercambiador de calor separatus.<\/figcaption><\/figure>\n<h2>Desarrollo de modelos<\/h2>\n<p>Desarrollar un modelo para un nuevo producto siempre es un reto: se puede optar por una simulaci\u00f3n muy detallada o adoptar un enfoque m\u00e1s pr\u00e1ctico, basado en la ingenier\u00eda. En el caso de separatus, se opt\u00f3 por esta \u00faltima opci\u00f3n. El equipo desarroll\u00f3 un modelo para su intercambiador de calor basado en la geometr\u00eda de un solo tubo en U, que es el modelo existente m\u00e1s cercano en t\u00e9rminos de geometr\u00eda, y luego ajust\u00f3 los par\u00e1metros bas\u00e1ndose en mediciones reales.<\/p>\n<p>A continuaci\u00f3n se describen el montaje experimental y las dos mediciones clave. A continuaci\u00f3n, se analiza la aproximaci\u00f3n final calibrada de un solo tubo en U, que se ha implementado en GHEtool.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>Nota<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">El modelo descrito a continuaci\u00f3n fue desarrollado por separatus para permitir la simulaci\u00f3n de la innovaci\u00f3n utilizando Earth Energy Designer. La aplicaci\u00f3n GHEtool se basa en los mismos supuestos originales. M\u00e1s adelante en este art\u00edculo, las actualizaciones futuras al modelo tambi\u00e9n se discuten.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Descripci\u00f3n del experimento<\/h3>\n<p>El lugar donde se realiz\u00f3 el experimento estaba situado en Altach (Austria). Se perforaron tres pozos de 70 metros de profundidad, uno de ellos equipado con un intercambiador de calor de doble tubo en U DN32 y otro con el intercambiador de calor separatus. Gracias a unas v\u00e1lvulas adicionales en el colector, la bomba de calor pod\u00eda conectarse a cualquiera de los pozos por separado o a ambos simult\u00e1neamente, lo que permit\u00eda comparar directamente su rendimiento t\u00e9rmico.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>Nota<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Durante la instalaci\u00f3n, se produjo un problema con el relleno de lechada de la perforaci\u00f3n de doble tubo en U. Se supone que esta perforaci\u00f3n no se rellen\u00f3 correctamente en toda su profundidad. Se supone que esta perforaci\u00f3n no se rellen\u00f3 correctamente en toda su profundidad. Dado que Altach tiene un nivel y un flujo de aguas subterr\u00e1neas relativamente altos, esto puede haber sido ventajoso para el rendimiento t\u00e9rmico de la perforaci\u00f3n de doble tubo en U.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Medici\u00f3n de caudal igual<\/h3>\n<p>En la primera prueba, tanto la sonda de doble tubo en U como la sonda separatus se conectaron a la bomba de calor durante 97 horas, cada una con un caudal nominal de 1.100 l\/h. Los resultados, que se muestran en el siguiente gr\u00e1fico (ampliado en el tiempo de funcionamiento continuo m\u00e1s largo de la bomba de calor), ponen de relieve el rendimiento t\u00e9rmico de ambos sistemas.<\/p>\n<figure id=\"attachment_3995\" aria-describedby=\"caption-attachment-3995\" style=\"width: 1600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-3995 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow.jpeg\" alt=\"Mediciones para un caudal constante.\" width=\"1600\" height=\"785\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow.jpeg 1600w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-300x147.jpeg 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-1024x502.jpeg 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-768x377.jpeg 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-1536x754.jpeg 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-flow-18x9.jpeg 18w\" sizes=\"(max-width: 1600px) 100vw, 1600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3995\" class=\"wp-caption-text\">Medidas para un caudal igual.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Como se observa en el gr\u00e1fico, la potencia extra\u00edda del tubo en U doble (Doppel-U_Leistung) es superior a la de la sonda separatus (separatus_Leistung), con valores en torno a 2,27 kW y 1,74 kW respectivamente. Ambas potencias se mantuvieron bastante constantes a lo largo de la ventana de medici\u00f3n de 6 horas.<\/p>\n<p>Suponiendo que la resistencia t\u00e9rmica equivalente de la perforaci\u00f3n para el tubo doble en U sea de 0,12 mK\/W, esto corresponde a una resistencia t\u00e9rmica de la perforaci\u00f3n de 0,156 mK\/W para la configuraci\u00f3n separatus. Esta relaci\u00f3n se deriva del hecho de que, a corto plazo, la temperatura del suelo puede considerarse constante, lo que significa que la potencia t\u00e9rmica es inversamente proporcional a la resistencia t\u00e9rmica efectiva de la perforaci\u00f3n.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>Nota<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Si no est\u00e1 familiarizado con el concepto de resistencia t\u00e9rmica efectiva de la perforaci\u00f3n, puede leer nuestro art\u00edculo detallado sobre el tema <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/base-de-conocimientos\/resistencia-termica-de-la-perforacion\/\">aqu\u00ed<\/a>.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Igualdad en la medici\u00f3n de la transferencia de calor<\/h3>\n<p>Para seguir evaluando el rendimiento e invertir la resistencia t\u00e9rmica efectiva de la perforaci\u00f3n, se realiz\u00f3 una segunda prueba, esta vez con una tasa de transferencia de calor constante. El caudal del tubo doble en U se redujo a 550 l\/h, situ\u00e1ndolo en el r\u00e9gimen de flujo laminar, mientras que el caudal de la sonda separatus se aument\u00f3 a 1.400 l\/h, correspondiente a un r\u00e9gimen de flujo transitorio.<\/p>\n<p>Esta configuraci\u00f3n dio como resultado la misma extracci\u00f3n de calor de ambas perforaciones, como se muestra en el gr\u00e1fico siguiente, que de nuevo se centra en el periodo de funcionamiento continuo m\u00e1s largo (unas 4 horas).<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>Nota<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Si no est\u00e1 familiarizado con las diferencias entre flujo laminar, transitorio y turbulento en los sistemas geot\u00e9rmicos, consulte nuestro art\u00edculo sobre reg\u00edmenes de flujo <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/base-de-conocimientos\/cual-es-el-numero-de-reynolds\/\">aqu\u00ed<\/a>.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<figure id=\"attachment_3996\" aria-describedby=\"caption-attachment-3996\" style=\"width: 1600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-3996 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power.jpeg\" alt=\"Mediciones con una tasa de extracci\u00f3n de calor igual.\" width=\"1600\" height=\"788\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power.jpeg 1600w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-300x148.jpeg 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-1024x504.jpeg 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-768x378.jpeg 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-1536x756.jpeg 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Constant-power-18x9.jpeg 18w\" sizes=\"(max-width: 1600px) 100vw, 1600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3996\" class=\"wp-caption-text\">Mediciones con una tasa de extracci\u00f3n de calor igual.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Aunque ambos sistemas proporcionaron casi la misma extracci\u00f3n de calor, la diferencia de temperatura (deltaT) entre la entrada y la salida del fluido fue menor en la sonda separatus. Esto se debe al mayor caudal, que provoca una menor ca\u00edda de temperatura en el intercambiador de calor.<\/p>\n<h3>Resultados<\/h3>\n<p>Los resultados de la simulaci\u00f3n anterior se utilizaron para aplicar ingenier\u00eda inversa a los par\u00e1metros de un \u00fanico tubo en U que dar\u00eda lugar a la misma resistencia t\u00e9rmica efectiva de la perforaci\u00f3n que la medida para separatus. Para ello se utiliz\u00f3 un m\u00e9todo de ensayo y error, suponiendo que la perforaci\u00f3n estaba completamente rellena de lechada.<\/p>\n<p>La mayor coincidencia se consigui\u00f3 con los siguientes par\u00e1metros:<\/p>\n<ul>\n<li>Di\u00e1metro del tubo: 35,74 mm<\/li>\n<li>Grosor de la pared: 3 mm<\/li>\n<li>Distancia entre tubos: 18 mm<\/li>\n<\/ul>\n<p>Para modelar la interacci\u00f3n t\u00e9rmica adicional entre las patas caliente y fr\u00eda de la sonda separatus -causada por la pared de separaci\u00f3n interna- se a\u00f1adi\u00f3 una resistencia de contacto adicional de 0,03 mK\/W.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4007\" aria-describedby=\"caption-attachment-4007\" style=\"width: 1024px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4007 size-large\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-1024x313.png\" alt=\"Resistencias t\u00e9rmicas con resistencia de contacto adicional.\" width=\"1024\" height=\"313\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-1024x313.png 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-300x92.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-768x235.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-1536x470.png 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-2048x626.png 2048w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/Resistances-18x6.png 18w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4007\" class=\"wp-caption-text\">Resistencias t\u00e9rmicas con resistencia de contacto adicional.<\/figcaption><\/figure>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>Nota<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Debido a su dise\u00f1o, separatus tiene m\u00e1s interacci\u00f3n t\u00e9rmica entre los tramos caliente y fr\u00edo que un tubo en U simple t\u00edpico. Para tenerlo en cuenta en el modelo, hay que introducir una resistencia adicional. Esta resistencia est\u00e1 en serie con las resistencias fluido-tubo, tubo y tubo-suelo (como se explica en nuestro art\u00edculo sobre la resistencia t\u00e9rmica efectiva de la perforaci\u00f3n, que puede encontrar en <span style=\"color: #3366ff;\"><a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/base-de-conocimientos\/resistencia-termica-de-la-perforacion\/\">aqu\u00ed<\/a>). A partir de la calibraci\u00f3n por ensayo y error con los datos medidos, se determin\u00f3 que una resistencia de contacto de 0,03 mK\/W era la que mejor representaba el rendimiento observado.<\/span><\/span><\/p><\/blockquote>\n<h2>\u00bfY ahora qu\u00e9?<\/h2>\n<p>El modelo descrito ofrece una aproximaci\u00f3n basada en la ingenier\u00eda para simular el comportamiento t\u00e9rmico de la sonda separatus. Aunque ofrece una utilidad pr\u00e1ctica, se basa en algunas simplificaciones:<\/p>\n<ul>\n<li>La geometr\u00eda de la tuber\u00eda se modela como un \u00fanico tubo en U, cuyo di\u00e1metro se elige de modo que la secci\u00f3n transversal coincida con la de la tuber\u00eda separatus.<\/li>\n<li>Se introdujo un factor de correcci\u00f3n adicional para simular la interacci\u00f3n t\u00e9rmica adicional entre los lados caliente y fr\u00edo del interior de la tuber\u00eda, pero se bas\u00f3 en una \u00fanica medici\u00f3n.<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Dado que el modelo se ha calibrado a partir de mediciones reales, puede considerarse fiable cuando se utiliza en condiciones similares a las experimentales, especialmente en el r\u00e9gimen de flujo turbulento.<\/p>\n<p>Ampliar la aplicabilidad y precisi\u00f3n del modelo, <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/enead.be\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Enead<\/a> y separatus colaboran ahora en el desarrollo de un modelo nuevo y m\u00e1s completo. Esta versi\u00f3n actualizada se basar\u00e1 en la geometr\u00eda real del intercambiador de calor separatus y permitir\u00e1 realizar predicciones m\u00e1s precisas de la resistencia t\u00e9rmica de las perforaciones en una gama m\u00e1s amplia de condiciones (por ejemplo, diferentes di\u00e1metros de perforaci\u00f3n, reg\u00edmenes de fluidos, etc.). Gracias a la disponibilidad de datos de medici\u00f3n adicionales, este modelo de nueva generaci\u00f3n tambi\u00e9n podr\u00e1 calibrarse con mayor precisi\u00f3n.<\/p>\n<h2>Conclusi\u00f3n<\/h2>\n<p>Este art\u00edculo explica el desarrollo del modelo del intercambiador de calor separatus. El modelo actual se basa en el marco de un \u00fanico tubo en U y se ha calibrado utilizando mediciones reales del sistema separatus. Se ha establecido un claro camino a seguir, con el objetivo de pasar a un modelo m\u00e1s basado en la geometr\u00eda que permita una simulaci\u00f3n precisa en una gama m\u00e1s amplia de casos de uso.<\/p>\n<h2 id=\"reference\">Referencias<\/h2>\n<ul>\n<li>Vea nuestro v\u00eddeo explicativo en nuestra p\u00e1gina de YouTube haciendo clic en <span style=\"text-decoration: underline;\"><a href=\"https:\/\/youtu.be\/cXvf7FFWwWM\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">aqu\u00ed<\/a><\/span>.<\/li>\n<\/ul>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Separatus es un novedoso tipo de intercambiador de calor cuyo objetivo es reducir el coste de inversi\u00f3n del campo de sondeo geot\u00e9rmico y cuyo rendimiento puede calcularse con GHEtool. Este art\u00edculo explica el desarrollo del modelo de esta soluci\u00f3n.<\/p>","protected":false},"template":"","pdf-article":[74],"authors":[39,72],"knowledgebase-category":[67],"class_list":["post-3993","knowledgebase","type-knowledgebase","status-publish","hentry","pdf-article-separatus_en","authors-wouter-peere","authors-oliver-buschor","knowledgebase-category-physics"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/knowledgebase\/3993","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/knowledgebase"}],"about":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/knowledgebase"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3993"}],"wp:term":[{"taxonomy":"pdf-article","embeddable":true,"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/pdf-article?post=3993"},{"taxonomy":"authors","embeddable":true,"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/authors?post=3993"},{"taxonomy":"knowledgebase-category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ghetool.eu\/es_es\/wp-json\/wp\/v2\/knowledgebase-category?post=3993"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}