Diseño termohidráulico de un intercambiador de calor geotérmico para el aprovechamiento de recursos de media entalpía

Abstract

To obtain thermal energy from a geothermal well, it is induced to create a pressure differential. This pressure differential causes movement of fluid in the well. Such fluids are responsible for transporting energy. There are cases where induction is not enough to create a pressure differential or the differential pressure itself of the well is not sufficient to cause the move of geothermal fluid. Nevertheless it could get sufficiently heat from the well and therefore, alternatives are being sought for heat extraction. This is how the Downhole Heat Exchanger or DHE for its acronym in English appears. There are different configurations where the most common are the U geothermal heat exchanger (BHE) and concentric geothermal heat exchanger (DCHE). The present paper presents the evaluation of a U geothermal heat exchanger and concentric one, using analytical and numerical methods to determine the most appropriate configuration from the point of view of heat extraction in order to achieve a temperature at the wellhead about 125 °C. The results show that the concentric geothermal heat exchanger is the most efficient, throwing temperatures of 126.78 °C and 131.76 °C to 200 m, for analytical and numerical method, respectively. Moreover, U geothermal heat exchanger presents temperatures of 119.34 °C and 117.21 °C to 500 m, for analytical and numerical method, with its own result.

Para la extracción de energía térmica del pozo geotérmico, se induce para crear un diferencial de presiones. Este diferencial de presiones provoca el movimiento del fluido contenido en el pozo. Dichos fluidos son los encargados de transportar la energía. Existen casos donde la inducción realizada no es suficiente para crear un diferencial de presiones o el propio diferencial de presiones del pozo no es suficiente para provocar el ascenso del fluido geotérmico. Sin embargo se puede tener suficiente aporte de calor del pozo y, por lo tanto, se buscan alternativas para la extracción de calor. Así es como surgen los intercambiadores de calor de pozo o DHE por sus siglas en inglés (DownHole Heat Exchanger). Existen distintas configuraciones donde las más usuales son el intercambiador de calor geotérmico en U (BHE) y el intercambiador de calor geotérmico concéntrico (DCHE). En el presente trabajo se llevó a cabo la evaluación de un intercambiador de calor geotérmico en U así como de uno concéntrico, empleándose métodos analíticos y numéricos para determinar la configuración más apropiada desde el punto de vista de extracción de calor, con el fin de alcanzar una temperatura a la salida del pozo alrededor de 125 °C. Los resultados muestran que el intercambiador de calor geotérmico concéntrico es el más eficiente, arrojando temperaturas de 126.78 °C y 131.76 °C a 200 m, para el método analítico y numérico, respectivamente. Por otro lado el intercambiador de calor geotérmico en U presentó temperaturas de 119.34 °C y 117.21 a 500 m, para el método analítico y numérico, con su respectivo resultado.