2012 02-gonzalez

UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN
FACTIBILIDAD TÉCNICA – ECONÓMICA DE
CLIMATIZACIÓN A TRAVÉS DE ENERGÍA
GEOTÉRMICA, PARA VIVIENDAS UBICADAS EN LA
REGIÓN METROPOLITANA, ENTRE 3.000 – 5.000 U.F.
“MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO CONSTRUCTOR”.
SANTIAGO EDUARDO GONZALEZ LLANOS
PROFESOR GUÍA: JAIME ARRIAGADA ARAYA
PROFESORES INFORMANTES: MIGUEL MELLADO ESPINOZA
FERNANDO MOORE UNDURRAGA
Noviembre 2012
Santiago - Chile

© Santiago González Llanos
Se autoriza la reproducción parcial o total de esta obra, con fines académicos. Por
cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y cuando se incluya la cita
bibliográfica del documento.

i
DEDICATORIA
Quiero dedicar con mucho afecto el presente proyecto de título a mi hermano
Luciano González Llanos, por el apoyo incondicional que nos ha brindado siempre a mí y a
mi hermana Anita. Gracias hermano por confiar siempre en mí y por haber estado conmigo
en los momentos más difíciles de este largo trayecto, sin duda que sin tu ayuda no podría
estar ahora acá. Te amo.
Santiago Eduardo González Llanos

ii
AGRADECIMIENTOS
Cuando se cumple una etapa en la vida, y me pongo a pensar en todos los
momentos vividos, no puedo dejar de agradecer el apoyo incondicional durante todos estos
años de mi familia, que se han sacrificado para poder darme un nivel educacional superior.
A mis hermanos; Luciano, Anita, Pamela, que han sido un pilar fundamental en mi
vida, que siempre han confiado en mis decisiones y caminos que he decidido tomar, mis
padres, y sobrinos que han estado incondicionalmente conmigo.
Me gustaría agradecer a mis compañeros y amigos de carrera: Cristian Sandoval,
María José Briones, María José Orellana, y especialmente a Patricio Espinoza, que fue un
apoyo fundamental en un momento complicado de mi carrera. Gracias a ustedes por estar
siempre conmigo en las buenas y en las malas.
Santiago Eduardo González Llanos

iii
RESUMEN
El presente proyecto de título reúnen los antecedentes necesarios para realizar la
climatización de una vivienda ocupando Energía Geotérmica, mostrando los beneficios tanto
ecológicos como económicos de esta. La vivienda a climatizar se esta edificando actualmente
en la Región Metropolitana, esta constara de 140 de edificación y un terreno libre de 617
.
Se describen los detalles y las características principales del sistema para determinar
las variables y modelos teóricos que se utilizaran para el diseño de climatización a través de
piso radiante. Para ello se establecen los parámetros que permiten realizar la selección de la
Bomba de Calor Geotérmica.
Los modelos matemáticos que se presentan, permiten englobar un sistema geotérmico
y hacerlo aplicable con distintos tipos de serpentines de tierra (horizontal o vertical), para
esto se muestra la factibilidad técnica y económica de ambos tipos de arreglos geométricos.
Se realiza una comparación entre un sistema Geotérmico y otro convencional, de
modo de establecer cual es la mejor alternativa en cuanto a costo.
El trabajo finaliza con la descripción de las conclusiones, obtenidas del desarrollo de
este proyecto y de todas las consideraciones que se deben tomar en cuenta para el momento
de optar por un sistema de climatización, no solo el aspecto del costo inicial de la instalación,
si no que también el consumo mensual y el impacto ecológico que este provoca.
Finalmente se debe acotar que en cálculos matemáticos y económicos complejos, se
recurrió a la asesoría gratuita de la empresa Enativa, empresa de climatización a través de
energía geotérmica, ya que mucho de lo desarrollado en el presente proyecto, no es parte de
los contenidos programáticos de los cursos de nuestra carrera.

iv
ABSTRACT
The present draft title meet the necessary background to perform the air conditioning
of a housing occupy Geothermal Energy, showing the benefits both ecological and economic.
Conditioned housing is currently under construction in the Metropolitan Region, this will
consist of 140 sqm of building and a land free of 617 sqm.
It describes the details and features of the system to determine the variables and
theoretical models that were used for the design of cooling through radiant floor. This will set
the parameters for the selection of the geothermal heat pump.
The mathematical models are presented, allow encompass a geothermal system and
make it applicable to different types of ground coils (horizontal or vertical), for this is shown
the technical and economic feasibility of both types of geometric arrangements.
A comparison is realized between a conventional and a geothermal system, so as to
establish which is the best alternative in terms of cost.
The paper ends with a description of the conclusions drawn from the development of
this project and all the considerations to be taken into account when choosing a heating
system, not only the appearance of the initial cost of installation, if but also the monthly
consumption and ecological impact that this causes.
Finally we should note that in complex economic and mathematical calculations, was used to
free advice Enativa Company, weatherization company through geothermal energy, and that
much of what developed in this project is not part of the program content course of our
career.

v
Tabla de contenido
DEDICATORIA............................................................................................................... I
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................II
RESUMEN.....................................................................................................................III
ABSTRACT................................................................................................................... IV
TABLA DE CONTENIDO.............................................................................................V
CAPÍTULO Nº I...............................................................................................................1
1.1 Introducción................................................................................................................1
1.2. Motivación. ................................................................................................................2
1.3.1 Objetivo General ...........................................................................................4
1.3.2 Objetivos Específicos....................................................................................4
1.4 Metodología ................................................................................................................5
1.5 Resultados Esperados ................................................................................................6
CAPÍTULO Nº II .............................................................................................................8
2.1. Introducción ................................................................................................................8
2.2. Energía Geotérmica....................................................................................................9
2.2.1. Situación Mundial ......................................................................................12
2.2.2. Situación Chilena .......................................................................................14
2.2.3. Ventajas y desventajas de la energía geotérmica .......................................17

vi
2.2.3.1. Ventajas.........................................................................................17
2.2.3.2. Desventajas ...................................................................................19
2.3. Características Climatológicas de la Región Metropolitana .....................................20
2.4. Confort Térmico........................................................................................................21
2.5. Bombas de Calor.......................................................................................................23
2.5.1. Eficiencia de una bomba de calor geotérmica............................................24
2.5.2. Funcionamiento de una bomba de calor geotérmica..................................26
2.5.2.1. Ciclo de Calefacción .....................................................................27
2.5.2.2. Ciclo de Refrigeración ..................................................................29
2.5.3. Componentes de una bomba de calor y su funcionamiento.......................30
2.5.3.1. Compresor.....................................................................................30
2.5.3.2. Condensador..................................................................................32
2.5.3.3. Válvula de expansión o expansor..................................................33
2.5.3.4. Evaporador....................................................................................34
2.5.3.5. Fluido refrigerante de la bomba de calor ......................................35
2.5.3.6. Líquido anticongelante o salmuera ...............................................36
2.6. Investigación de recursos a muy baja temperatura ...................................................38
2.7. Circuitos de captación de energía geotérmica...........................................................39
2.7.1. Circuito abierto...........................................................................................40
2.7.2. Circuito cerrado..........................................................................................41
2.7.2.1 Circulación directa del fluido refrigerante .....................................42
2.7.2.2. Circulación indirecta del fluido refrigerante.................................43

vii
2.7.2.3. Tuberías de diseño.........................................................................44
2.7.2.4. Colectores horizontales geotérmicos.............................................47
2.7.2.5. Sondas geotérmicas verticales.......................................................49
2.8. Software C.C.T.E. V2.0.............................................................................................52
CAPÍTULO Nº III..........................................................................................................55
3.1.- Introducción.............................................................................................................55
3.2. Características de la vivienda....................................................................................56
3.2.1. Evaluación a través del software C.C.T.E. V2.0, para el cálculo del
coeficiente global de transferencia de calor U. ....................................................60
3.3. Cálculo de las pérdidas térmicas...............................................................................61
3.4. Condiciones de diseño para ambos casos..................................................................62
3.5. Requerimiento térmico por recinto, con distintas renovaciones de aire por hora.....63
3.6. Selección de la bomba de calor geotérmica..............................................................66
3.6.1. Parámetros de funcionamiento de la bomba de calor geotérmica..............68
3.7. Distribución y configuración de los serpentines en los recintos...............................71
3.7.1. Selección de la bomba de recirculación de agua para piso radiante. .........75
CAPÍTULO IV ...............................................................................................................78
4.1. Introducción ..............................................................................................................78
4.2. Parámetros de diseño.................................................................................................78
4.2.1. Cálculo del Número de Reynolds...............................................................78
4.2.1.1. Cálculo del Número de Reynolds en régimen de calefacción.......79

viii
4.2.1.2. Cálculo del Número de Reynolds en régimen de refrigeración ....80
4.3. Cálculo del serpentín horizontal................................................................................81
4.4 Cálculo de las temperaturas del suelo........................................................................82
4.5. Cálculo del serpentín vertical....................................................................................86
4.6. Selección de la bomba de recirculación para los serpentines horizontales...............87
4.7. Selección de la bomba de recirculación de los intercambiadores de tierra vertical..89
4.8. Comportamiento del C.O.P. para un sistema vertical y horizontal ...........................90
4.9. Disposición de los serpentines subterráneos.............................................................93
4.9.1. Serpentín Horizontal ..................................................................................93
4.9.2. Serpentín Vertical.......................................................................................95
CAPÍTULO V.................................................................................................................97
5.1. Introducción ..............................................................................................................97
5.2. Estimación económica ..............................................................................................97
5.3. Cálculo del costo de operación mensual .................................................................102
5.3.1. Cálculo del costo de operación mensual de calefacción, para un
sistema geotérmico.............................................................................................103
5.3.2. Cálculo del costo de operación mensual de refrigeración, para un
sistema con caldera mural. .................................................................................103

ix
sistema con equipo de Split muro. .................................................................105
5.4. Cálculo del costo anual equivalente........................................................................105
5.4.1. Cálculo del costo anual equivalente de climatización, para un
sistema convencional..........................................................................................108
5.5. Costo actualizado neto. ...........................................................................................110
5.6. Análisis de resultados..............................................................................................116
CONCLUSIONES........................................................................................................117
BIBLIOGRAFÍA..........................................................................................................120
ANEXOS.......................................................................................................................122
PLANOS........................................................................................................................134

x
Índice de tablas
TABLA 1. DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO TOTAL EN CHILE EN EL AÑO 2.010, “COMISIÓN NACIONAL
DE ENERGÍA (C.E.N.), BALANCE NACIONAL DE ENERGÍA EN CHILE 2.010.”............................................... 16
TABLA 2. VOLUMEN TOTAL DE SALMUERA Y CANTIDAD DE ANTICONGELANTE POR CADA 100 M DE TUBOS, PARA
DIFERENTES TUBOS DE P.E. CON PROTECCIÓN CONTRA HELADAS HASTA -14º C, “GUILLERMO LLOPIS
ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008.”......................... 37
TABLA 3. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE TUBERÍAS, PARA UN SISTEMA GEOTÉRMICO, “GUILLERMO LLOPIS
TABLA 4. PROPIEDADES DEL AGUA Y SOLUCIONES ANTICONGELANTES, A DIFERENTES TEMPERATURAS,
“GUILLERMO LLOPIS ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID
2.008.”.................................................................................................................................................... 46
TABLA 5. CARACTERÍSTICAS DEL COMPLEJO DE TECHUMBRE, “SEGÚN LA NCH 853 OF.91”............................... 58
TABLA 6. CARACTERÍSTICA DE LOS MUROS, “SEGÚN LA NCH 853 OF.91”. ........................................................ 59
TABLA 7. CARACTERÍSTICAS DE LAS VENTANAS, “SEGÚN LA NCH 853 OF.91”.................................................. 59
TABLA 8. CARACTERÍSTICAS DE LAS PUERTAS, “SEGÚN LA NCH 853 OF.91”..................................................... 59
TABLA 9. CARACTERÍSTICAS DE LOS PISOS, “SEGÚN LA NCH 853 OF.91”.......................................................... 59
TABLA 10. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR U, SOFTWARE C.C.T.E. V2.0”. ..................... 61
TABLA 11. RENOVACIONES DE AIRE POR HORA, “NCH 1.960 OF.89”.................................................................. 63
TABLA 12. RESUMEN DE CARGAS TÉRMICAS, DEL AUTOR.................................................................................. 64
TABLA 13. MODELOS DE BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS, “WWW.TRANE.COM.”............................................ 67
TABLA 14. METROS DE SERPENTÍN POR RECINTO, DEL AUTOR........................................................................... 72
TABLA 15. DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS POR RECINTO, “WWW.REHAU.COM.”.................................................. 74
TABLA 16. DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS POR TRAMO, “WWW.REHAU.COM.”.................................................... 75

xi
TABLA 17. COSTOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN GEOTÉRMICO, CON SERPENTINES HORIZONTALES, DEL
AUTOR. ................................................................................................................................................... 98
TABLA 18. COSTOS DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN GEOTÉRMICO, CON SERPENTINES VERTICALES, DEL AUTOR.
............................................................................................................................................................... 99
TABLA 19. COSTOS DEL SISTEMA DE CALEFACCIÓN POR CALDERA MURAL, DEL AUTOR. .................................. 100
TABLA 20. COSTOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN, A TRAVÉS DE EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO SPLIT
MURO, DEL AUTOR................................................................................................................................. 101
TABLA 21. TEMPERATURA PROMEDIO DE LA R.M., ENTRE LOS AÑOS 2.006-2.010, “DIRECCIÓN GENERAL DE
AERONÁUTICA CIVIL, DIRECCIÓN METEOROLÓGICA DE CHILE, TEMPERATURAS DE LA R.M. 2.006-2.007,
SUBDIRECCIÓN METEOROLÓGICA 2.010”................................................................................................ 106
TABLA 22. COSTO ACTUALIZADO NETO, PARA UN SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN GEOTÉRMICO CON SERPENTINES
HORIZONTALES, DEL AUTOR. ................................................................................................................. 113
TABLA 23. COSTO ACTUALIZADO NETO, PARA UN SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN GEOTÉRMICO CON SERPENTINES
VERTICALES, DEL AUTOR....................................................................................................................... 114
TABLA 24. COSTO ACTUALIZADO NETO, PARA UN SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN CONVENCIONAL (CALDERA
MURAL, MÁS SPLIT MURO), DEL AUTOR.................................................................................................. 115
TABLA 25 REQUERIMIENTO TÉRMICO DE CALEFACCIÓN POR RECINTO, CASO I ................................................. 122
TABLA 26. REQUERIMIENTO TÉRMICO DE CALEFACCIÓN POR RECINTO, CASO II............................................... 125
TABLA 27. REQUERIMIENTO TÉRMICO DE REFRIGERACIÓN POR RECINTO, CASO I ............................................. 128
TABLA 28. REQUERIMIENTO TÉRMICO DE REFRIGERACIÓN POR RECINTO, CASO II............................................ 131

xii
Índice de gráficos
GRÁFICO 1. DISTRIBUCIÓN EN %, DE LA UTILIZACIÓN DEL CALOR GEOTÉRMICO DIRECTO EN EL MUNDO EN EL AÑO
2.005, “ROBERTO ROMÁN LATORRE, DISEÑO DE UNA RED GEOTÉRMICA DE DISTRIBUCIÓN DE CALOR PARA
EL MUNICIPIO DE COÑARIPE, X REGIÓN, UNIVERSIDAD DE CHILE 2.009.” ................................................ 13
GRÁFICO 2. CONSUMO DE VIVIENDA DE 100 , PARA A.C.S. MÁS CALEFACCIÓN, “GUILLERMO LLOPIS
GRÁFICO 3. EMISIONES DE CO2 CON DIFERENTES TIPOS DE ENERGÍA EN UNA VIVIENDA TIPO DE 150 ,
2.008.”.................................................................................................................................................... 19
GRÁFICO 4. PROMEDIO MENSUAL DE TEMPERATURAS EN LA R.M., “INSTITUTO GEOGRÁFICO MILITAR,
CLIMANOGRAMA REGIÓN METROPOLITANA, 29 DE MAYO DEL 2.007"...................................................... 21
GRÁFICO 5. PÉRDIDA DE PRESIÓN DE LA SALMUERA, EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE ANTICONGELANTE,
2.008.”.................................................................................................................................................... 38
GRÁFICO 6. SELECCIÓN DE LA BOMBA DE RECIRCULACIÓN DE AGUA PARA PISO RADIANTE, “DAB, CATALOGO
GENERAL 50 HZ, SANTIAGO, ANWO 2.007.............................................................................................. 76
GRÁFICO 7. SELECCIÓN DE LA BOMBA DE RECIRCULACIÓN, PARA LOS SERPENTINES HORIZONTALES
SUBTERRÁNEOS, “DAB, CATALOGO GENERAL 50 HZ, SANTIAGO, ANWO 2.007” ..................................... 88
GRÁFICO 8. SELECCIÓN DE LA BOMBA DE RECIRCULACIÓN, PARA LOS SERPENTINES VERTICALES SUBTERRÁNEOS,
“DAB, CATALOGO GENERAL 50 HZ, SANTIAGO, ANWO 2.007”. .............................................................. 90
GRÁFICO 9. C.O.P. COMPARADO CON DISTINTOS LARGOS PARA EL SERPENTÍN HORIZONTAL, DEL AUTOR........... 91
GRÁFICO 10. C.O.P. COMPARADO CON DISTINTOS LARGOS PARA EL SERPENTÍN VERTICAL, DEL AUTOR. ............ 91
GRÁFICO 11. DETERMINACIÓN DEL SERPENTÍN MÁS EFICIENTE, DEL AUTOR...................................................... 92

xiii
Índice de figuras
FIGURA 1. ZONAS CON POTENCIAL GEOTÉRMICO EN EL MUNDO, “GUILLERMO LLOPIS ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE
LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008.”.................................................................... 15
FIGURA 2. DIFERENTES POSIBILIDADES DE FOCO FRÍO PARA UNA BOMBA DE CALOR, “GUILLERMO LLOPIS
FIGURA 3. CICLO DE CALEFACCIÓN PARA UNA GHP, “WWW.GEOPRODESING.COM.”.......................................... 27
FIGURA 4. CICLO DE REFRIGERACIÓN, “WWW.GEOPRODESING.COM.” ................................................................ 29
FIGURA 5. FUNCIONAMIENTO DEL COMPRESOR, “WWW.CAURIUM.COM.”........................................................... 31
FIGURA 6. COMPRESOR, “WWW.CAURIUM.COM.” .............................................................................................. 31
FIGURA 7. FUNCIONAMIENTO DEL CONDENSADOR, “WWW.CAURIUM.COM.” ...................................................... 32
FIGURA 8. SERPENTÍN DE TRANSFERENCIA DE CALOR, “WWW.CAURIUM.COM.”.................................................. 33
FIGURA 9. FUNCIONAMIENTO DE LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN, “WWW.CAURIUM.COM.”..................................... 33
FIGURA 10. VÁLVULA DE EXPANSIÓN, “WWW.CAURIUM.COM.”......................................................................... 34
FIGURA 11. FUNCIONAMIENTO DEL EVAPORADOR, “WWW.CAURIUM.COM.”....................................................... 34
FIGURA 12. EVAPORADOR, “WWW.CAURIUM.COM.”.......................................................................................... 35
FIGURA 13. CIRCUITO ABIERTO, UTILIZACIÓN DE UNA FUENTE DE AGUA SUBTERRÁNEA COMO PROPULSORA DE
CALOR, “DAVID BANKS, ESTUDIO DE LA UTILIZACIÓN DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS, DEL TIPO TIERRA / AIRE,
PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE ESPACIOS HABITADOS EN EL SALVADOR, UNIVERSIDAD CENTRO
AMERICANA, 2.008.” ............................................................................................................................... 41
FIGURA 14. CIRCULACIÓN DIRECTA DEL FLUIDO REFRIGERANTE EN UN CIRCUITO CERRADO,
“WWW.TECNOCLIMASPA.COM.”................................................................................................................ 43
FIGURA 15. CIRCULACIÓN INDIRECTA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE, “DAVID BANKS, ESTUDIO DE LA UTILIZACIÓN
DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS, DEL TIPO TIERRA / AIRE, PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE ESPACIOS
HABITADOS EN EL SALVADOR, UNIVERSIDAD CENTRO AMERICANA, 2.008.” ............................................ 44

xiv
FIGURA 16. COLECTOR HORIZONTAL, CON TUBERÍAS INDIVIDUALES, “WWW.OSTARGI.BIZ.”............................... 48
FIGURA 17. COLECTOR HORIZONTAL, CON TUBERÍAS ENROLLADAS EN UNA MISMA EXCAVACIÓN, “GUILLERMO
LLOPIS ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008.” ............. 49
FIGURA 18. INSTALACIÓN DE UNA SONDA GEOTÉRMICA, EN FORMA DE U, “GUILLERMO LLOPIS ANGULO, GUÍA
TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008.”................................................. 50
FIGURA 19. DISPOSICIÓN Y DISTANCIA MÍNIMA DE SONDAS, EN PRESENCIA DE AGUA SUBTERRÁNEA, “GUILLERMO
LLOPIS ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008.” ............. 52
FIGURA 20. PLANTA DE LA VIVIENDA A CLIMATIZAR DE 140 , DEL AUTOR.................................................... 57
FIGURA 21. PERSPECTIVA NOR - PONIENTE, DEL AUTOR. ................................................................................... 58
FIGURA 22. CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR U, “SOFTWARE C.C.T.E.
V2.0” ...................................................................................................................................................... 60
FIGURA 23. REQUERIMIENTO ENERGÉTICO POR FIGURA 24. “REQUERIMIENTO ENERGÉTICO POR RECINTO
EN INVIERNO, CASO II, “DEL AUTOR”. RECINTO EN VERANO, CASO II, “DEL AUTOR”........................ 65
FIGURA 25. DETALLE BOMBA DE CALOR GEOTÉRMICA MARCA TRANE, MODELO WPWD 036-072,
“WWW.TRANE.COM.” ............................................................................................................................... 68
FIGURA 26. PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE CALOR GEOTERMICA EN CALEFACCIÓN,
“WWW.TRANE.COM.” ............................................................................................................................... 69
FIGURA 27. PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE CALOR GEOTERMICA EN REFRIGERACIÓN,
“WWW.TRANE.COM.” ............................................................................................................................... 70
FIGURA 28. CONFIGURACIÓN DE LAS TUBERÍAS EN FORMA DE ESPIRAL, “RECKNAGEL SPRENGER. MANUAL DE
CALEFACCIÓN Y CLIMATIZACIÓN: INCLUIDO PREPARACIÓN DE AGUA DE CONSUMO Y TÉCNICA DE FRIO.
ROSARIO, BLUME 1.974” ......................................................................................................................... 73
FIGURA 29. DIAGRAMA DE FLUJO DE TRAMOS, “DEL AUTOR”. .......................................................................... 74
FIGURA 30. DISTRIBUCIÓN DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN, INDICANDO METROS LINEALES DE CADA RECINTO,
“DEL AUTOR”.......................................................................................................................................... 77

xv
FIGURA 31. TEMPERATURA DEL SUELO V/S PROFUNDIDAD, PARA ALEMANIA, “GUILLERMO LLOPIS ANGULO, GUÍA
TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008.”................................................. 82
FIGURA 32. DISTRIBUCIÓN SELECCIONADA, “ASHRAE HANDBOOK: FUNDAMENTALS 1.997. NEW YORK,
ASHRAE 1.997”..................................................................................................................................... 93
FIGURA 33. PROYECTO DE INGENIERÍA CON INSTALACIÓN DE SERPENTINES HORIZONTALES, EN UN FLUJO
PARALELO, “DEL AUTOR”........................................................................................................................ 94
FIGURA 34. INSTALACIÓN DE SISTEMAS HORIZONTALES, “GUILLERMO LLOPIS ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE LA
ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008”.......................................................................... 94
FIGURA 35. COLECTORES, “ASHRAE HANDBOOK: FUNDAMENTALS 1.997. NEW YORK, ASHRAE 1.997”........ 95
FIGURA 36. DISTRIBUCIÓN DE SONDAS VERTICALES PE-XA Y PE-100, “GUILLERMO LLOPIS ANGULO, GUÍA
TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008”.................................................. 95
FIGURA 37. MAQUINARIA DE PERFORACIÓN PARA SONDAS GEOTÉRMICAS VERTICALES, “GUILLERMO LLOPIS
ANGULO, GUÍA TÉCNICA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA, COMUNIDAD DE MADRID 2.008”. ......................... 96
FIGURA 38. DIAGRAMA DE LOS COSTOS MENSUALES DE CLIMATIZACIÓN, PARA UN SISTEMA GEOTÉRMICO, “DEL
AUTOR”................................................................................................................................................. 107
FIGURA 39. DIAGRAMA DE LOS COSTOS MENSUALES DE CLIMATIZACIÓN, PARA UN SISTEMA CONVENCIONAL,
“DEL AUTOR”........................................................................................................................................ 108

1
Capítulo Nº I
1.1 Introducción.
Las dificultades que se provocan en el país producto de la crisis energética están
actualmente generando la necesidad de establecer medidas que incentiven el desarrollo de
distintos tipos de energía de manera de hacer frente a está. Si bien es cierto en la actualidad
no se incentiva directamente por parte del estado el uso de tecnologías limpias por sobre las
más contaminantes, a nivel de empresa o domestico, dicha situación podría cambiar en pocos
años conforme a los planes de fomentar por parte del gobierno la masificación de las
E.R.N.C. (energías renovables no convencionales).
El presente proyecto estudia la factibilidad técnica y económica de calefaccionar y
refrigerar una vivienda ubicada en la Región Metropolitana, que por condiciones climáticas
requiera de climatización tanto en invierno como en verano, presentando en teoría una
solución factible, atractiva y por sobre todo monetariamente conveniente.
La tecnología presente a utilizar se basa en el aprovechamiento de un recurso natural
renovable, como lo es la geotermia de baja profundidad, encontrando su fuente en la
temperatura de la tierra ubicada alrededor de los inmuebles donde se realiza dicha función,
siendo obtenida de una manera simple y confiable, así encontrando una relación directa con
la preservación de la ecología, satisfaciendo una necesidad social y cultural cada vez más
emergente como lo es el consumir energía limpia y responsablemente hacia el medio
ambiente.
Esta idea nace a partir de dos quiebres fundamentales a nivel nacional:

2
1. Las disminuciones en las cuotas de suministro de gas natural de países que limitan
con Chile, lo que ha provocado en la población la incertidumbre en cuanto a la
disponibilidad real de este insumo en el futuro.1
2. El aumento de los precios de los combustibles fósiles, lo que provoca en Chile alzas
en los costos de cualquier actividad que demande uso energético, debiendo afrontar la
población mayores gastos en necesidades básicas.1
Por estas razones la intención de este proyecto es mostrar la evaluación, diseño,
instalación y mantención de un sistema de climatización que utiliza tecnología en base a
energía renovable no convencional, limpia y que otorga además a sus usuarios ahorros en el
mediano y largo plazo, debido a que necesita un menor consumo energético para su
funcionamiento.
1.2. Motivación.
Chile en las últimas décadas ha buscado la integración de energías convencionales en
países limítrofes, lo que ha dado paso a una fuerte dependencia de este tipo. Además, sumado
a un aumento en la demanda de energía en general ha inducido en los últimos periodos
frecuentes cortes o reducciones en las cuotas de suministro de gas natural hacia el país,
afectando directamente a los usuarios al presentarse un aumento de costos e incertidumbre de
contar con el suministro energético. Estos antecedentes revelan que Chile se ha ido quedando
al margen de una tecnología que presenta muchas ventajas para la sociedad, como es la
energía geotérmica en una zona geográfica con alto potencial.
1
Comisión Nacional de Energía (C.N.E.), “Balance nacional de energía en Chile 2.010.”

3
También se agrega a lo anterior la tendencia mundial surgida en los últimos tiempos
del acercamiento por parte de la gente hacia la conciencia ecológica, motivado
principalmente por la carencia de fuentes energéticas sustentables, emergiendo así grupos y
segmentos en la población que promueven consumir y vivir respetando la naturaleza.
En el año 2.010 se puede observar, gracias a datos estadísticos entregados por la
Comisión Nacional de Energía (C.N.E.), que el sector residencial en Chile representó el
26.94% del consumo total de energía y el 62% del consumo total de leña. Estos datos
muestran la importancia que puede tener a nivel de país el desarrollo de las energías
renovables no convencionales (E.R.N.C.), y el disminuir el consumo de combustibles fósiles
en el sector; comercial, publico, residencial (C.P.R.).
Cabe destacar el gran potencial geotérmico existente en Chile, al estar ubicado en el
“cinturón de fuego del pacifico”, definido como el conjunto de zonas repartidas alrededor del
mundo donde existe un gran potencial geotérmico, Chile es el segundo país en el mundo con
más volcanes activos, y con más de 300 fuentes de aguas termales, estas son las evidencias
más claras de el alto potencial geotérmico en Chile, ya que este fuente de calor existente en el
subsuelo, aparece especialmente en terrenos volcánicos o con abundancia de geiseres.2
Por estas razones principales que existen en Chile, es que nace la motivación de este
proyecto, para ofrecer la factibilidad técnica y económica de un sistema de climatización
geotérmico a familias que habiten en la región metropolitana.
2
Roberto Román Latorre, “Diseño de una geotérmica de distribución de calor para el municipio de
coñaripe, X Región”, Memoria para optar al titulo de Ingeniero Civil, Universidad de Chile 2.009.

4
1.3. Objetivos
1.3.1 Objetivo General
Analizar la factibilidad de climatización a través de energía geotérmica, para
viviendas de precio entre U.F 3.000 – 5.000 ubicadas en la región Metropolitana.-
1.3.2 Objetivos Específicos
º Explicar y analizar el funcionamiento de una red geotérmica de distribución de calor.
º Determinar la carga térmica de una vivienda, desde el punto de vista de los materiales de la
envolvente, usos, y de las condiciones medio ambientales.
º Determinar las variables de diseño que tiene mayor incidencia en el desempeño de una red
geotérmica de Distribución de Calor.
º Realizar un análisis económico de la instalación y funcionamiento de una red Geotérmica
de distribución de calor.
º Evaluar a través de un software las condiciones que se encontrarían en la realidad al
momento de climatizar una vivienda (tomando en cuenta variables como: pérdidas de calor,
conductividad térmica y ventilación.)
º Lograr a modo de conclusión, una respuesta objetiva, de si es factible o no utilizar la
energía geotérmica en la Región Metropolitana y de ser así, como obtener el óptimo de su
funcionamiento.

5
1.4 Metodología
El presente estudio se enfocará, en analizar todos los factores que influyen en una
vivienda para lograr climatizarla al menor costo posible a través de energía geotérmica, por
lo que:
Primero se utilizarán fuentes como revistas y diarios especializados, consulta en la
Comisión Nacional de Energía, en la Asociación Chilena de Energía Geotérmica, en la
Cámara Chilena de Refrigeración y Climatización, en la Empresa Nacional de Geotermia,
entre otras Instituciones, en Internet y personas que trabajen en este mercado en lo cual
puedan aportar información de relevancia, a las necesidades, ventajas, desventajas y
beneficios que tendría para las personas y la comunidad en general la utilización de este
sistema en una casa, con los beneficios que esto traería al medio ambiente.
Segundo, a través de la información obtenida se llevará el sistema al contexto de
Chile y en especial a la zona centro (Santiago), por lo que se debe estudiar la realidad de esta
ciudad que es el lugar en cuyas características será evaluado el sistema para ver que tan
factible es llevarlo a cabo.
Tercero, se realizará un análisis y descripción exhaustiva del funcionamiento de un
sistema geotérmico del punto de vista operacional y productivo, para así poder saber de que
forma lograr climatizar los espacios de una vivienda.
Cuarto, se ejecutará una evaluación a través del software C.C.T.E. V2.0. con respecto
a la materialidad de la vivienda, para así obtener el coeficiente global de transferencia de
calor (U) y de esta manera calcular el requerimiento térmico de la vivienda en invierno y
verano.

6
Quinto, se evaluaran dos casos con las mismas condiciones de diseño pero con
distintas renovaciones de aire por hora y se escogerá el caso mas desfavorable para los
cálculos teóricos de climatización.
Sexto, se mostrará la factibilidad técnica del proyecto desde un punto de vista
productivo y operacional, es decir, se expondrá la posibilidad real de puesta en práctica del
funcionamiento del sistema climatización a través de energía geotérmica.
Séptimo, se realizará un análisis de comparación económica, entre un proyecto de
climatización geotérmico y otro convencional, para esto se calculará el costo actualizado neto
de cada sistema, este cálculo indicará que si la inversión que debe realizarse para un sistema
geotérmico, se justifica con la ganancia que genera este en el tiempo. Es punto es muy
importante para la investigación, ya que permitirá entregar valiosos antecedentes, acerca de
los costos que maneja el mercado en Chile, como la mano de obra especializada, materiales,
instalaciones especiales, etc.
Octavo, se procede a analizar los resultados encontrados para lograr posteriormente
deducir algunas conclusiones importantes respecto al tema.
Estos puntos del trabajo antes descritos son un ordenamiento del proyecto de
investigación. Esta será la columna vertebral cuyos puntos son los más importantes para
lograr cumplir los objetivos antes planteados.
1.5 Resultados Esperados
El presente proyecto de titulo apunta que sea factible la climatización a través de una
red de energía geotérmica de distribución de calor a una vivienda ubicada en la Región
Metropolitana, y presentar un análisis de sus ventajas y desventajas reuniendo los
antecedentes necesarios para climatizar dicha vivienda. Luego de haber reunido estos

7
antecedentes se espera que sea factible llevar este sistema a la realidad, previo análisis
económico, técnico de dicho sistema.
También se espera que cualquier persona independiente la clase social, que se quiera
informar sobre el sistema de climatización en vivienda a través de energía geotérmica, pueda
recurrir a este trabajo, en el cual podrá encontrar en forma clara y precia, como funciona un
sistema de climatización geotérmico, con las ventajas y desventajas que pueda traer este
sistema.

8
Capítulo Nº II
Estado del Arte
2.1. Introducción
En este capítulo, se da a conocer el significado de la Energía Geotérmica y de las
categorías que existen para esta, en función de su temperatura. También se hace mención, en
que situación se encuentra a nivel mundial y nacional la energía geotérmica, mostrando así el
gran potencial geotérmico existente en Chile.
Se mencionan las ventajas y desventajas de un sistema de climatización a través de
energía geotérmica, para posteriormente continuar con las características climatológicas de la
Región Metropolitana, dándose a conocer que esta Región, cuenta con inviernos y veranos
muy marcados en cuanto a temperaturas, y se establece para esto la definición y temperatura
de Confort Térmico, de acuerdo a la Reglamentación Térmica Chilena.
Se define lo que es una bomba de calor geotérmica, su eficiencia y su funcionamiento
en un régimen de calefacción y refrigeración, señalando para esto los componentes de una
bomba de calor y su respectiva tarea dentro de esta.
Finalmente se establecen los circuitos de captación de energía geotérmica, en los
cuales se encuentran los colectores horizontales y verticales geotérmicos, señalando así las
ventajas y desventajas de cada uno. Para terminar se da a conocer la definición y
características del Software C.C.T.E. V2.0, el cual servirá para calcular la transmitancia
térmica de los materiales de la vivienda escogida a climatizar, previa simulación en dicho
Software.

9
2.2. Energía Geotérmica
“La energía geotérmica es la energía almacenada en forma de calor por debajo de la
superficie sólida de la Tierra”
Esta definición es oficial en Alemania y ha sido adoptada por el Consejo Europeo de
Energía Geotérmica (E.G.E.C.). Engloba el calor almacenado en rocas, suelos y aguas
subterráneas, cualquiera que sea su temperatura, profundidad y procedencia.
En un principio la tierra era una inmensa bola ardiente constituida esencialmente por
gases y polvo. Luego de esto la tierra en un momento se enfrió y se consolido, sin embargo
las capas interiores no se enfriaron tan rápidamente, en gran parte debido a que la corteza es
muy mala conductora del calor y actúa como un aislante para las capas interiores, que de esta
forma pueden mantener sus temperaturas altas.
Las fuentes que generan el calor interno en la tierra son los elementos radioactivos
como el uranio, tono y potasio, sin embargo existen otras, como las mareas terrestres, el
choque de meteoritos y la atracción gravitacional del sol y la luna, que generar el 10% del
calor total de la tierra. Todas estas fuentes generadoras de calor, hacen del planeta una
enorme caldera natural.
El resultado de esta estructura interna es que el 99% de la masa de la tierra está
sometida a una temperatura superior a los 1.000 º C, y únicamente un 0,1% de la misma
soporta temperaturas inferiores a los 100 º C. Además de su calor interno, la tierra recibe el
calor del sol a cada segundo, esta energía penetra a escasa profundidad en el subsuelo,
contribuyendo a mantener la superficie del planeta a una temperatura promedio de 15 º C.3
3
Guillermo Llopis Angulo, “Guía técnica de la energía geotérmica”, Comunidad de Madrid 2.008.

10
El calor contenido en masas de aguas superficiales, continentales o marinas, no se
incluye, pero su aprovechamiento también es posible mediante intercambiadores y bombas
de calor.
Sin embargo, el calor contenido en rocas y suelos es demasiado difuso para ser
extraído directamente, siendo necesario disponer de un fluido, generalmente agua, para
transportar el calor hacia la superficie de forma concentrada, mediante sondeos, sondas
geotérmicas, colectores horizontales, o mediante intercambiadores de calor tierra-aire
enterrados a poca profundidad en el subsuelo.
Una vez en superficie, el fluido geotermal, en función de su contenido de calor se
puede destinar a la producción de energía eléctrica, si es posible, y en caso contrario se
puede aprovechar su calor directamente recurriendo al empleo de intercambiadores de calor,
o de bombas de calor en caso necesario.
Dentro del grupo de las energías renovables, la energía geotérmica es muchas veces
ignorada. Sin embargo ha existido siempre, a pesar de su antigüedad, no se beneficia de todo
el interés que merece.
El calor terrestre es una fuente de energía duradera para la producción de calor y
electricidad, que no dependen de las condiciones climatológicas, de la estación anual, del
momento del viento. La diversidad de la temperatura de los recursos geotérmicos permite un
gran número de posibilidades de utilización.
Las aplicaciones que se pueden dar a un fluido geotermal dependen de su contenido
en calor, o lo que es lo mismo, de su entalpía.

11
º Definición de Entalpía
Es la cantidad de energía térmica que un fluido, o un objeto, puede intercambiar con
su entorno. Se expresa en KJ/Kg o en kcal/Kg. Como no existen aparatos que determinen
directamente la entalpía de un fluido en el subsuelo, pero si existen sondas térmicas que
miden la temperatura, en la práctica habitual la entalpía y la temperatura, son proporcionales,
y es la temperatura de un fluido geotermal lo que determina su futura aplicación industrial.3
A continuación se detallan las aplicaciones más importantes de la energía geotérmica
con los rangos de temperatura de utilización.
Se establecen cuatro categorías para la Energía Geotérmica en función de su
temperatura.3
º Alta temperatura: Más de 150 º C.
Una temperatura superior a 150 º C permite transformar directamente el vapor de
agua en energía eléctrica.
º Media temperatura: Entre 90 y 150 º C.
Permite producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que es el que
alimenta a las centrales.
º Baja temperatura: Entre 30 y 90 º C.
Su contenido en calor es insuficiente para producir energía eléctrica, pero es adecuado
para la calefacción de edificios y en determinados procesos industriales y agrícolas.
º Muy baja temperatura: Menos de 30 º C.
Puede ser utilizada para calefacción y refrigeración, necesitando emplear bombas de
calor.
La categoría que interesa en este estudio es la cuarta, es decir a muy baja temperatura o
entalpía.

12
En toda la corteza terrestre del planeta, se puede captar y aprovechar el calor
almacenado en las capas superficiales de esta. El subsuelo se encuentra a una temperatura
mayor que en la superficie cuando es invierno y a una temperatura menor cuando es verano,
esta diferencia estacional de temperaturas puede ser aprovechada para la climatización de
casas individuales o edificios, por intermedio de bombas de calor geotérmicas.
Por debajo de 20 m de profundidad, la temperatura aumenta a razón de unos 3º C cada
100 m como consecuencia del gradiente geotérmico. En la mayor parte de las regiones del
planeta, las rocas se encuentran a una temperatura de 25 – 30º C a 500 m de profundidad.3
2.2.1. Situación Mundial
En el año 1.995 solo 28 países reportaban uso directo de energía geotérmica. Esta
cifra aumentó a 59 países en el año 2.000, con una capacidad instalada de 16 GWt. El 30% de
esta capacidad estaba destinada a calefacción de viviendas. En el 2.005, la capacidad en 72
países ascendió alrededor de 28.000 MWt, de los cuales 15.000 MWt correspondían a
bombas de calor geotérmicas. La mayor causa del crecimiento de las capacidades instaladas
en el mundo entre los años 1.995 y 2.005, se deben al desarrollo de las bombas de calor.2
El desglose de la utilización del calor geotérmico directo (menos de 90º C) en el
mundo en el 2.005, aparece en el gráfico numero 1.

13
Gráfico 1. Distribución en %, de la utilización del calor geotérmico directo en el mundo en
el año 2.005, “Roberto Román Latorre, Diseño de una red geotérmica de distribución de calor
para el Municipio de Coñaripe, X Región, Universidad de Chile 2.009.”
De acuerdo al gráfico 1, en el año 2.005 existían en el mundo 72 países con proyectos
de uso directo de calor geotérmico, en algunos casos como aprovechamiento
complementario, o secundario, de la generación de electricidad. Estos países representaban,
en conjunto, una capacidad instalada de 28.268 MWt, utilizando 75.943 GWh de energía en
forma de calor, ahorrando al equivalente anual de 170 millones de barriles de petróleo. El
54,4% de ese uso de energía en forma de calor, provenían de bombas de calor geotérmico.
º Principales países que utilizan directamente la energía geotérmica en forma de calor.
Los países con mayor capacidad instalada de energía geotérmica para uso directo en
el año 2.005 eran: China, Suecia y Estados Unidos. El 87% de esta capacidad estaba repartida
entre China, Suecia, Estados Unidos, Turquía, Islandia. En el año 2.000, USA era el país con
mayores instalaciones, pero en el año 2.005 fue Estados Unidos (7.817 MWt), esto se debe a
que Estados Unidos cuenta con gran parte de las bombas de calor instaladas en el mundo.

14
Las bombas de calor tienen menor factor de capacidad que las redes urbanas, lo que
resulta en que el país que más energía produjo en 2.005, fue China con 45.373 Tera Joule.2
º Bombas de calor geotérmicas a nivel Mundial
La primera instalación con bomba de calor geotérmica en una vivienda entró en
funcionamiento en el año 1.945 en Indianápolis, EE.UU., en la casa de Robert C. Webber.
Pero es a partir de la década de los noventa, bajo la presión de las exigencias ambientales,
cuando el empleo de bombas de calor geotérmicas empieza a conocer un desarrollo
prometedor a nivel internacional.
Actualmente existen más de un millón de instalaciones, no solo en América del Norte
y Canadá, sino también en algunos países europeos. Solo en Suecia existen hoy en día más de
400.000 bombas de calor instaladas. En 2.005, la capacidad instalada en 72 países era de
28.000 MWt, en los cuales 15.000 MWt correspondían a bombas de calor geotérmicas.3
2.2.2. Situación Chilena
Chile forma parte del “cinturón de fuego del pacifico”, definido como el conjunto de
zonas repartidas alrededor del mundo donde hay alto potencial geotérmico. Chile cuenta con
más de 2.000 volcanes, en los que se encuentran 500 activos y 60 con registros históricos de
erupción, esto lo hace ser el segundo país en el mundo con más volcanes activos, solo
superado por Indonesia, a parte de esto cuenta con alrededor de 300 fuentes de aguas
termales, estas manifestaciones superficiales del calor encerrado dentro de la tierra de Chile,
son las evidencias más claras, que la temperatura en su interior debe ser mucho más alta que
los países que no se encuentran dentro del cinturón de fuego del pacifico”.4
4
www.centralenergia.cl

15
En el año 2.000, Chile era el país con menor capacidad geotérmica para uso directo
instalada con solo 0.4 MWt,
esto representa un desaprovechamiento de una fuente de energía
que tiene importantes ventajas sobre los combustibles comúnmente utilizados para entregar
calor a las viviendas. 2
Figura 1. Zonas con potencial geotérmico en el mundo, “Guillermo Llopis Angulo, Guía
técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”
Como se puede apreciar en la figura 1., en todas las zonas del planeta se puede
encontrar calor geotérmico, desde alta temperatura hasta muy baja temperatura, esto quiere
decir que para efectos del proyecto, se podria climatizar viviendas en cualquier zona del
mundo, utilizando bombas de calor geotérmicas, ya que para esta acción solo se requiere
energía geotérmica de muy baja temperatura.
º Consumo energético
Para tener una aproximación del impacto que podría tener una conversión de los
sistemas de calefacción clasicos a sistemas geotérmicos, es util evaluar la proporción sobre el

16
consumo energético total del país, que tiene el sector Comercial, Público y residencial (CPR),
ya que este sector es el que puede ser beneficiado por climatización a través de bombas
geotérmicas.
Tabla 1. Distribución del consumo energético total en Chile en el año 2.010, “Comisión
Nacional de Energía (C.E.N.), balance Nacional de energía en Chile 2.010.”
Como se puede apreciar en la tabla 1, realizada por la Comisión Nacional de Energía
(C.N.E.), el consumo energético en el sector C.P.R. en el año 2.010 represento 26.9 % del
total consumido por el país. El 32.3 % de la energía eléctrica, el 11.52 % del gas natural, y el
61 % del total de la leña, todos estos fueron consumidos en 2.010 por el sector C.P.R. Por
otra parte, debe notarse que el consumo de gas licuado en el año 2.010, para el sector C.P.R.
fue de un 67.59 % del total de gas licuado consumido por el país, este dato es relevante dado

17
que la calefacción de las viviendas en la Región Metropolitana, funcionan principalmente a
base de gas licuado.
2.2.3. Ventajas y desventajas de la energía geotérmica
2.2.3.1. Ventajas
Las principales ventajas de un sistema con bomba de calor geotérmica, para la
calefacción y refrigeración de viviendas son las siguientes:
º Energía continúa
Contrariamente a la energía solar o la eólica, la energía geotérmica no depende del
clima, de la radiación solar ni del viento. Está disponible 24 horas al día, los 365 días del año.
º Energía para todo el mundo
El calor del subsuelo está presente en todos los continentes a disposición de la
humanidad. La energía geotérmica es una energía local, para consumir sobre el propio
terreno, es la respuesta más próxima para satisfacer las necesidades energéticas de
calefacción y refrigeración, y si también se requiere se puede producir agua caliente sanitaria.
º Energía Económica
Un sistema de climatización geotérmica para una casa individual tiene un costo de
inversión elevado, pero los costos de mantención son muy reducidos, fundamentalmente,
porque hay un menor costo de energía eléctrica, comparados con los sistemas de
refrigeración clásicos y no existen gastos de combustibles fósiles para la calefacción, aparte
hay que considerar que estos precios irán creciendo con el agotamiento de los recursos fósiles
y las restricciones ambientales. Todo esto considera una inversión elevada al principio, pero
recompensada a través del tiempo. A modo de ejemplo en el gráfico 2 se comparan los costos
anuales en Europa, de consumo energético y operacional, en diversos sistemas tradicionales y
renovables.

18
Gráfico 2. Consumo de vivienda de 100 , para A.C.S. más Calefacción, “Guillermo
Llopis Angulo, Guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”
Nota: Los costos de las energías tradicionales en Chile el 2.007 fueron en promedio un 18%
más que en Europa.5
Se puede apreciar en el gráfico 2 que dentro de los distintos sistemas para
calefaccionar una casa, ya sean estos tradicionales o renovables, las bombas de calor
geotérmicas son las más eficientes en términos económicos, debido a las explicaciones antes
descritas.
º Energía Eficiente
En climas con variaciones de temperaturas importantes, las bombas de calor
geotérmicas tienen mejor servicio que las bombas de calor que utilizan aire exterior, cuyo
rendimiento baja considerablemente con las temperaturas extremas. También hay que
destacar que las bombas de calor geotérmicas, producen 2 y 4 veces más energía térmica o
frigorífica que la energía eléctrica que consume, esto significa que estos sistemas tienen
rendimientos de 200 a 400%.3
5
Cámara Chilena de Refrigeración y Climatización A.G., Revista frio y calor número 99, 2.011”.

19
º Energía limpia
Ninguna vivienda que utilice energía geotérmica precisa quemar combustibles, por
consiguiente, no contribuye a la emisión de gases contaminantes. Las bombas de calor
geotérmicas para el funcionamiento de climatización solo consumen energía eléctrica, las
emisiones equivalentes de gases son únicamente las correspondientes a la producción en
origen de esa energía, muy inferiores a los sistemas tradicionales. En el gráfico 3 se pueden
apreciar las emisiones de CO2 que produce la calefacción de una vivienda – tipo de 150
con diferentes tipos de energía.
Gráfico 3. Emisiones de CO2 con diferentes tipos de energía en una vivienda tipo de 150 ,
“Guillermo Llopis Angulo, Guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid
2.008.”
2.2.3.2. Desventajas
Las principales desventajas de climatización a través de energía geotérmica son:
º Gasto de implementación
Este tipo de energía requiere una inversión elevada al principio, esto significa que
lamentablemente no todas las personas son capaces de solventar este gasto.

20
º Explotación únicamente local
La energía geotérmica no se puede transportar, tiene que consumirse en el mismo
lugar de donde se extrae.
º Minerales y gases no disueltos
La corrosividad del recurso geotérmico y la presencia de minerales, sales y gases no
disueltos pueden elevar el costo del proyecto, comparado con el de una red de calor a base de
combustibles fósiles.
2.3. Características Climatológicas de la Región Metropolitana
La Región Metropolitana tiene un clima mediterráneo que se caracteriza por veranos
secos y calurosos e inviernos húmedos y fríos. La estación seca es una duración que va desde
2 a 8 meses y ocurre durante el verano, con días largos. El déficit de presión de vapor
comienza a disminuir en otoño y alcanza los valores más bajos en invierno, aumentando en
verano. Globalmente el clima mediterráneo se encuentra en cinco regiones: Costas del mar
Mediterráneo, el Centro de California, la costa norte de México, parte sur de África y
Australia, y Chile Central. A continuación en el gráfico 4 se muestra el promedio mensual de
temperaturas en la Región Metropolitana.6
6
Instituto Geográfico Militar, “Climanograma Región Metropolitana”, 29 de Mayo del 2.007".

21
Gráfico 4. Promedio mensual de temperaturas en la R.M., “Instituto Geográfico Militar,
Climanograma Región Metropolitana, 29 de Mayo del 2.007".
En el gráfico 4 se aprecia que la temperatura media del mes más frío (Julio) es
aproximadamente de 6.7º C y la temperatura media del mes más cálido (Enero) es de aprox.
20º C, estos resultados indican, que hay una fuerte diferencia de temperaturas, dependiendo
de la estación del año en la que uno se encuentre, lo que es muy favorable para este proyecto,
ya que las bombas de calor geotérmicas pueden calefaccionar o refrigerar una vivienda,
dependiendo de las necesidades de temperatura que se requiera.
2.4. Confort Térmico
El hombre siempre se ha esforzado por crear un ambiente térmicamente cómodo. Esto
se refleja en las construcciones tradicionales alrededor del mundo desde la historia antigua
hasta el presente. Hoy, crear un ambiente térmicamente cómodo todavía es uno de los
parámetros más importantes a ser considerado cuando se diseñan viviendas o edificios.
El confort térmico se define, de acuerdo a la “Cámara Chilena de Refrigeración y
Climatización A.G.”, como “Esa condición de mente en la que se expresa la satisfacción con

22
el ambiente térmico”, entonces pondríamos decir que existe “confort térmico” cuando las
personas no experimentan sensación de calor ni den frío.
Evaluar el confort térmico es una tarea compleja, ya que valorar sensaciones conlleva
siempre una importante carga subjetiva; no obstante, existen unas variables modificables que
influyen en los intercambios térmicos entre el individuo y el medio ambiente y que
contribuyen a la sensación de confort5
, estas son:
º La temperatura del aire.
º La temperatura de las paredes.
º Objetos que nos rodean.
º La humedad del aire.
º La actividad física.
º La clase de vestido.
º La velocidad del aire.
El diseño del sistema de climatización en cada vivienda, requiere determinar una
cierta cantidad de calor a entregar para controlar la temperatura ambiente. La forma como se
entregue este calor, incidirá también sobre la velocidad del aire. Sin embargo la humedad y la
renovación de aire son constantes dadas para la Región Metropolitana que no se pueden
alterar, pero se tienen que tener en consideración a la hora de diseñar.
La reglamentación térmica Chilena ha fijado una temperatura base interior de la casa
de 15º C, bajo el supuesto de lo que falta para alcanzar el confort de 18º C en el día y 16ºC en
la noche (ya que durante la noche las personas están bastante más abrigadas que en el día), es
aportado por las ganancias internas; personas, electrodomésticos, iluminación artificial,
ganancias solares y otros.

23
2.5. Bombas de Calor
Una bomba de calor geotérmica, G.H.P. (Geothermal Heat Pump), es un dispositivo
eléctrico, capaz de tomar una unidad de energía y entregar cinco. (Este dispositivo no
produce calor sino que lo transporta), su aplicación fundamental esta en instalaciones
domesticas y comerciales, para agua caliente sanitaria, calefacción y refrigeración, de
pequeña y mediana potencia. Las G.H.P. permiten transferir calor de un foco frio a un foco
caliente. Para lograr esta acción, es necesario un aporte de trabajo, dado que por la segunda
ley de la termodinámica, el calor se dirige de manera espontanea de un foco caliente a otro
frio3.
Las bombas de calor se pueden clasificar según su medio de origen y destino de la
energía, y se les denomina con dos palabras, la primera corresponde al medio del que absorbe
el calor (foco frio) y la segunda al medio receptor. Para efectos de este proyecto se verá la
bomba de calor Tierra – aire, la cual aprovecha el calor contenido en el terreno. Las bombas
de calor pueden calefaccionar una vivienda, como también refrigerarlas, invirtiendo el
sentido del flujo del fluido, para este efecto la bomba de calor incorpora una válvula de
cuatro vías que permite la inversión del fluido frigorífico3
, a estas se les llama bombas
reversibles, y estas son las bombas que se verán en este proyecto.
El calor como se menciono puede ser conducido, desde o hasta el terreno, por un
agente intercambiador de calor que, en la inmensa mayoría de los casos es un fluido con unas
características especiales, como su bajo punto de congelación y su capacidad de mantener el
calor, suele ser agua con aditivo, como algún glicol (alcohol especial de bajo punto de
congelación).
Para esta modalidad de aprovechamiento, las temperaturas del subsuelo no excederán
los 30º C, siendo las más comunes a utilizar las que oscilen en el rango de los 10-18º C, y es
evidente que este margen de temperaturas no es aprovechable directamente para la

24
calefacción de las habitaciones que utiliza el ser humano, se deduce inmediatamente que la
forma de aumentar la temperatura del fluido intercambiador de calor deberá proceder de una
fuente de energía ajena a la que se puede extraer del subsuelo, esta fuente de energía ajena es
la bomba de calor.
Figura 2. Diferentes posibilidades de foco frío para una bomba de calor, “Guillermo Llopis
Angulo, Guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”
2.5.1. Eficiencia de una bomba de calor geotérmica.
La eficiencia de una bomba de calor geotérmica se expresa por medio de un
coeficiente internacionalmente aceptado, conocido como C.O.P. (Coeficient of
Performance), y que se define como el cociente entre la energía útil obtenida de la máquina
y la energía de todo tipo que dicha máquina ha consumido en el proceso3
. Si se considera la
maquina como productora de frío, determinaremos su eficiencia frigorífica, mientras si la
consideramos productora de calor, se obtendrá su eficiencia térmica.

25
C.O.P. frigorífico C.O.P.f = PE/Pe (EC.1)
C.O.P. térmico C.O.P.t = PC/Pe
Donde:
PE = Potencia frigorífica (calor extraído del exterior).
PC = Potencia térmica (calor cedido al exterior).
Pe = Potencia eléctrica consumida en la operación.
El límite máximo teórico de la eficiencia viene dado por lo que tendría una maquina
ideal que funciona siguiendo un ciclo termodinámico de Carnot, según las siguientes
expresiones3
:
C.O.P. frigorífico (máximo) C.O.P.f * = (TC – TE)/TE (Ec.2)
C.O.P. térmico (máximo) C.O.P.t* = (TC – TE)/TC
Y una relación entre ambos de C.O.P.t* = C.O.P.f* + 1
Donde:
TC = Temperatura del medio caliente.
TE = Temperatura del medio frío.
Como se puede apreciar en la relación anterior, el C.O.P.t* siempre supera en un
punto, en el peor de los casos (máximo) al C.O.P.f*, y en los casos habituales, según la
ecuación 2, la eficiencia en utilización térmica supera en más de un punto a la eficiencia en
utilización de refrigeración. Ambos estarán más próximos cuando menor sean las pérdidas de
energía en el funcionamiento.
En los catálogos de los fabricantes figura el C.O.P. nominal de la maquina
funcionando en régimen estacionario y trabajando entre unas temperaturas determinadas del
fluido frio y del fluido caliente.

26
º Régimen de calefacción: El C.O.P.t depende, en gran medida, de la temperatura del recurso
geotérmico pero, en líneas generales, su valor suele estar comprendido entre 3 y 4, pudiendo
llegar a 5.
º Régimen de refrigeración: El valor del C.O.P.f suele situarse entre 2,5 y 3,5 y, en cuanto a
las condiciones de producción de frio, suelen distinguirse dos posibilidades más extendidas:
maquina de expansión directa, en la que el aire del recinto a climatizar pasa directamente a
través del evaporador; y maquina enfriadora de agua, en la cual el evaporador enfría agua que
luego se distribuye a los climatizadores locales.
2.5.2. Funcionamiento de una bomba de calor geotérmica
“Una gas se calienta cuando se comprime y se enfría cuando se expande”, este
sencillo enunciado es el origen de las G.H.P., una de las maquinas con más difusión en la
sociedad no solo industrial, sino entre la mayor parte de la población.
El funcionamiento de una G.H.P., es similar al principio que utilizan los
refrigeradores, en el cual se introducen en estos, alimentos que traen consigo calorías desde
el exterior. Dentro del refrigerador se dispone de un panel de captación, que contiene en su
interior un circuito hidráulico, por el cual circula un líquido refrigerante, este tiende a
evaporarse captando o “robando” el calor de los alimentos, luego de esto, este líquido
evaporado, pasa a un compresor que lo comprime, consiguiendo así que aumente de
temperatura, aumentando su temperatura por compresión, se traspasa por circulación al panel
o circuito exterior (parte trasera de los refrigeradores). Este mecanismo es lo que se
denomina una bomba de calor, y con ella se ha conseguido extraer el calor del interior del
frigorífico y se ha disipado en el exterior3
.
Las bombas de calor reversible, que son las que se verán en este proyecto, son
capaces de proporcionar calefacción y refrigeración, estas tiene la particularidad de;

27
º Incorporar una válvula de 4 vías que permite la inversión de circulación del fluido
refrigerante.
º Poder invertir las funciones del evaporador y condensador.
De esta forma se consigue; que bombee calor desde el exterior (subsuelo) hacia el
interior (vivienda) en el ciclo de calefacción, y que bombee calor del interior hacia el exterior
en el ciclo de refrigeración. A continuación se verán los detalles de estos dos ciclos, y las
partes que componen una bomba de calor.
2.5.2.1. Ciclo de Calefacción
El ciclo de calefacción es el siguiente:7
Figura 3. Ciclo de Calefacción para una GHP, “www.geoprodesing.com.”
7
www.soliclima.com

28
1. En la perforación se introduce una sonda geotérmica, esta absorbe el calor del terreno
aumentando su temperatura mediante un líquido anticongelante o salmuera, que es una
mezcla de 75% de agua y 25% de anticongelante.
2. Este líquido se pone en contacto a través de un intercambiador de calor con el fluido
refrigerante (tiene un punto de ebullición muy bajo), que circula por el evaporador de la
bomba de calor. El líquido de las sondas de captación esta más caliente que el fluido
refrigerante de la bomba de calor, por lo que el fluido refrigerante se calienta y se evapora al
pasar por el evaporador.
3. Luego de esto el fluido refrigerante evaporado llega al compresor de la bomba de calor en
forma de gas. El compresor, accionado con energía eléctrica, se encarga de aumentar la
presión de este gas, este aumento de presión lleva consigo un aumento en la temperatura.
4. Ahora este fluido frigorífico, convertido en gas con una temperatura muy elevada, entra al
condensador o licue factor, que también es un intercambiador de calor.
5. Este condensador puede ir trasmitiendo la energía térmica al circuito de calefacción,
A.C.S., climatización de piscinas, etc., durante la transmisión de calor este gas se va
condensando y se va convirtiendo en líquido.
6. El último paso que debe seguir el fluido refrigerante para cerrar el ciclo, es volver a la
presión inicial. Este proceso tiene lugar en la válvula de expansión, en la que el fluido pierde
presión y, en consecuencia temperatura, antes de volver a entrar al evaporador para extraer el
calor del subsuelo.

29
2.5.2.2. Ciclo de Refrigeración
El ciclo de refrigeración es el siguiente: 8
Figura 4. Ciclo de refrigeración, “www.geoprodesing.com.”
1. El líquido anticongelante que circula por las sondas de captación de calor, entra caliente en
el suelo, enfriándose al entrar en contacto con el terreno que esta a menor temperatura.
2. El fluido de las sondas de captación de calor se utiliza a continuación para enfriar el
líquido refrigerante que circula por el condensador de la bomba de calor. El líquido
refrigerante se encuentra en fase de vapor a alta presión y a alta temperatura a la entrada del
condensador, cede calor al fluido que circula por las sondas de captación, de tal forma que se
enfría y se condensa.
8
José Fernández Seara, área de maquinas y motores térmicos, Universidad de Vigo 2.010.

30
3. El líquido refrigerante pasa a continuación por la válvula de expansión donde se baja la
presión. Esta pérdida de presión lleva consigo una bajada de temperatura del fluido
refrigerante.
4. El fluido refrigerante frio pasa ahora por el evaporador de la bomba de calor, que también
es un intercambiador de calor.
5. El líquido refrigerante frio que circula ahora por el evaporador, va captando el calor del
agua que va circulando por circuitos de tuberías en el techo o por circuitos de tuberías a
través de suelo radiante, eliminando así el calor sobrante de las instalaciones que se desean
refrigerar. En este proceso, el fluido refrigerante se calienta y se evapora.
6. El fluido refrigerante entra entonces al compresor en forma de gas, donde se aumenta su
presión. Este aumento de presión del vapor refrigerante lleva consigo un aumento de
temperatura, para entrar nuevamente al condensador, repitiéndose así el ciclo.
2.5.3. Componentes de una bomba de calor y su funcionamiento
2.5.3.1. Compresor
El compresor aspira los gases que se han producido en el evaporador, aumentando su
temperatura, y descargándola a alta presión al condensador. Para conseguir el aumento de
temperatura y presión requerida, es necesario suministrar energía eléctrica al compresor.
Habitualmente este aumento de presión y temperatura se realiza por compresión mecánica,
consiguiendo así una reducción en su volumen y un aumento de temperatura. El compresor es
el responsable de la circulación del fluido en todo el ciclo9
.
9
www.caurium.com

31
Figura 5. Funcionamiento del compresor, “www.caurium.com.”
Una característica importante de los compresores es el llamado índice de compresión,
que es una relación entre las presiones de aspiración y descarga. 9
IC = Paspiración / Pdescarga (Ec.3)
Teóricamente, la potencia que es necesario suministrar al compresor, será la
diferencia de las entalpias del fluido en la aspiración y descarga, teniendo en cuenta las
pérdidas que se producen, la potencia deberá ser mayor.
Figura 6. Compresor, “www.caurium.com.”

32
2.5.3.2. Condensador
El gas comprimido y recalentado es expulsado hacia el condensador, en donde este
gas desprende calor, se satura, y se condensa, hasta la total licuefacción. El condensador es
un intercambiador de calor entre el fluido refrigerante y otro fluido, o a veces al aire, al cual
le transfiere calor9
.
Figura 7. Funcionamiento del condensador, “www.caurium.com.”
Los condensadores suelen ser de tubos de cobre con aletas de aluminio que
incrementan la transmisión de calor. El principal elemento del condensador es el serpentín de
transferencia de calor el cual generalmente esta fabricado en cobre o titanio, es recomendable
para aguas duras como la de Santiago.

33
Figura 8. Serpentín de transferencia de calor, “www.caurium.com.”
2.5.3.3. Válvula de expansión o expansor
La válvula de expansión tiene la función de recibir al líquido refrigerante, con una
temperatura y presión elevada procedente del condensador. Esta válvula expande al líquido
refrigerante reduciendo su presión y temperatura, para que este en óptimas condiciones antes
de ingresar al evaporador9
.
Figura 9. Funcionamiento de la válvula de expansión, “www.caurium.com.”

34
Figura 10. Válvula de expansión, “www.caurium.com.”
2.5.3.4. Evaporador
El evaporador es un intercambiador de calor, su función es convertir el líquido
refrigerante que circula por el, en una gas a baja temperatura, para esto disponen de una serie
de tubos por los que circula el fluido refrigerante y una carcasa donde se alojan estos tubos.
Los evaporadores también pueden estar instalados en el interior de la casa y estos disponen
de unos ventiladores, donde fuerzan la corriente de aire desde el exterior, estos pueden ser
axiales o centrífugos, los centrífugos son capaces de impulsar mayores caudales de aire y
presentan menores niveles sonoros9
.
Figura 11. Funcionamiento del evaporador, “www.caurium.com.”

35
Cuando la temperatura en la superficie de los tubos del evaporador disminuye por
debajo del punto de roció del aire se produce el fenómeno de condensación y si se reduce a
un más la temperatura se produce el escarchado, el escarchado influye negativamente en el
rendimiento del evaporador, ya que provoca pérdida en la superficie de intercambio, y
pérdida de carga en el flujo de aire a través del conjunto de tubos. Por estas razones las
bombas de calor disponen de dispositivos de descarche incorporando resistencias en el
evaporador o invirtiendo el ciclo durante periodos reducidos de tiempo.
Figura 12. Evaporador, “www.caurium.com.”
2.5.3.5. Fluido refrigerante de la bomba de calor
Un refrigerante es un producto químico fácilmente licuable, es utilizado como medio
de transmisor de calor en la bomba, absorbe calor a bajas presiones y temperaturas y lo cede
a presiones y temperaturas elevadas, este proceso tiene lugar debido a los cambios de estado
del fluido. Los fluidos refrigerantes deben tener, en el mayor grado posible, las siguientes
cualidades3
:
º Calor latente de vaporización. Debe ser alto, para conseguir el máximo de energía de
intercambio, necesitando menor cantidad de refrigerante en el proceso.

36
º Punto de ebullición. Será siempre menor que la temperatura que se pretende conseguir.
º Temperatura y presiones de condensación. Deberán ser bajas para que se pueda condensar a
temperaturas y presiones normales.
º Anticorrosivo. No deben a tacar a los metales de la maquina.
º Respetuoso con el medio ambiente.
º No tóxicos.
º No deben ser inflamables ni explosivos.
2.5.3.6. Líquido anticongelante o salmuera
El líquido de salmuera es el que capta el calor del terreno y lo transfiere al sistema
interno de la bomba de calor, proceso descrito anteriormente. El líquido de salmuera esta
compuesto por agua y anticongelante en base a monoetilenoglicol, con el fin de evitar daños
por congelación en el evaporador de la bomba de calor. Se requiere una protección contra
heladas de -14º C hasta -18º C, con una concentración de anticongelante entre 25 a 30%
como máximo. En la tabla 2 se puede observar el volumen total de salmuera y la cantidad de
anticongelante, por cada 100 m de tubos de polietileno (PE)3
. Estas tuberías se comercializan
en Chile a través de la Empresa Tigre Chile S.A., con dirección Comercial en Av. La
Montaña 754, Barrio Industrial Los Libertadores, Colina, y el valor de estas por metro lineal
es de alrededor de $ 1.900.

37
Tabla 2. Volumen total de salmuera y cantidad de anticongelante por cada 100 m de tubos,
para diferentes tubos de P.E. con protección contra heladas hasta -14º C, “Guillermo Llopis
Angulo, Guía técnica de la energía geotérmica, comunidad de Madrid 2.008.”
Tubo Volumen Anticongelante Caudal
DIN 8074 Líq. Salmuera por Máx. de
(PN 12,5) por cada 100 m cada 100 m salmuera
Diámetro x Espesor [mm] [l] [l] [l/h]
25 x 2,3 32,7 8,2 1.100
32 x 2,9 53,1 13,3 1.800
40 x 3,7 83,5 20,9 2.900
50 x 4,6 130,7 32,7 4.700
63 x 5,8 207,5 51,9 7.200
75 x 6,9 294,2 73,6 10.800
90 x 8,2 425,5 106,4 15.500
110 x 10 636 159 23.400
125 x 11,4 820 205 29.500
140 x 12,7 1.031 258 40.000
160 x 12,7 1.344 336 50.000
º Pérdida de presión relativa
La pérdida de presión de la salmuera varía en función de la temperatura y de la
relación de la mezcla. La pérdida de presión aumenta cuando baja la temperatura y aumenta
el porcentaje de monoetilenoglicol.

38
Gráfico 5. Pérdida de presión de la salmuera, en función de la concentración de
anticongelante, “Guillermo Llopis Angulo, Guía técnica de la energía geotérmica,
comunidad de Madrid 2.008.”
º Falta de líquido de salmuera y fuga
A fin de detectar una posible falta de líquido o una fuga en el circuito de salmuera o
para cumplir con las disposiciones pertinentes, se puede instalar en el circuito de salmuera un
“Presostato (interruptor de presión) de baja presión de salmuera”. En caso de una pérdida de
presión, este transmite una señal al controlador de la bomba de calor, el cual es indicado en la
pantalla de esta.10
2.6. Investigación de recursos a muy baja temperatura
La energía geotérmica, como ya ha sido mencionado; se le puede dar ciertas
utilidades dependiendo de la temperatura que exista bajo la tierra, los recursos a muy baja
temperatura reúnen dos características que los diferencian del resto. La primera es que se
trata de un recurso energético que esta debajo de cualquier terreno, de cualquier lugar
10
www.tecnoclimaspa.com

39
habitado del planeta, próximo a la superficie. La segunda, que su posibilidad de
aprovechamiento esta sometida al uso forzoso de bombas de calor geotérmicas. Gracias a
estas dos circunstancias, son los recursos que mejor se adaptan a las necesidades de
climatización de viviendas unifamiliares y de edificios de pequeñas a grandes dimensiones.
Más que investigar la forma de localizar el recurso que, al fin y al cabo, ya se sabe
que está bajo el terreno, a poca profundidad y en espera de ser extraído, lo que se investiga
cual es la mejor forma de explotarlo, para satisfacer la demanda energética que se necesita en
una vivienda, y así mantener el confort térmico de esta3
.
Los estudios previos necesarios para poder aprovechar el recurso podrán ser muy
simples o muy complejos, dependiendo de la potencia que se tenga que suministrar, del tipo
de instalación que tenga que extraerlo, de las horas del funcionamiento anual y de la
modalidad de la demanda (calefacción y/o refrigeración, y producción de agua caliente
sanitaria). La captación de la energía geotérmica a muy baja temperatura se puede realizar a
través de:
º Colectores horizontales enterrados.
º Sondas geotérmicas verticales.
Antes de revisar estos dos tipos de captación de energía geotérmica, se verán dos tipos
de circuitos externos de tubería, que se utilizan para la captación de la energía geotérmica.
2.7. Circuitos de captación de energía geotérmica
Como ya se ha visto para poder captar el calor del subsuelo se requiere de un sistema
externo de tuberías, el cual se encuentra enterrado fuera de la vivienda a climatizar, estos
circuitos externos de tubería pueden ser cerrados o abiertos.

40
Un sistema abierto, se caracteriza por aprovechar el calor retenido en una masa de
agua subterránea, y un sistema cerrado se caracteriza por recoger el calor de la tierra, por
medio de un conjunto de tuberías que conforman un circuito cerrado, por el cual circula un
fluido. A continuación se explicaran ambos circuitos externos de tuberías, pero se hará mayor
énfasis en el sistema cerrado, ya que este es el que se utilizará en el presente estudio, y
además es el más común, porque rara vez se cuenta con un lago o arroyo cercano para
utilizarlo como circuito abierto.
2.7.1. Circuito abierto
Un sistema de circuito abierto utiliza una fuente de agua subterránea como fuente de
calor. El agua subterránea, es bombeada a la unidad de la bomba de calor, donde el calor es
extraído, posteriormente el agua es liberada en un arroyo, zanja, río o lago, esto también es
conocido como método de descarga abierta. Otra manera de liberar el agua utilizada, es a
través de un pozo de reinyección, este tipo de sistema cuenta con un segundo pozo, el cual se
encarga de devolver el agua o refrigerante de desecho al terreno, una reinyección debe tener
la capacidad suficiente para disponer de toda el agua que pasa a través de la bomba de
calor11
.
Una aplicación de circuito abierto en condiciones ideales, puede ser el tipo de sistema
geotérmico más económico, pero una mala calidad del agua puede causar problemas graves
en los sistemas abiertos, así por ejemplo no es recomendable usar el agua de un manantial,
rio, estanque, o de un lago como fuente de sistema de calor, a menos que se haya demostrado
que este libre de excesos de partículas y compuestos orgánicos, y a la ves que se demuestre
que esta lo bastante caliente durante todo el año.
11
David Banks, “Estudio de la utilización de sistemas geotérmicos, del tipo tierra / aire, para el
acondicionamiento de espacios habitados en el Salvador”, Universidad Centro Americana, 2.008.

41
Figura 13. Circuito abierto, utilización de una fuente de agua subterránea como propulsora de
calor, “David Banks, estudio de la utilización de sistemas geotérmicos, del tipo tierra / aire,
para el acondicionamiento de espacios habitados en el Salvador, Universidad Centro
Americana, 2.008.”
2.7.2. Circuito cerrado
Un sistema cerrado es el que extrae el calor de la tierra, utilizando un circuito
continuo y cerrado de tubería. Las tuberías pueden ir enterradas en forma horizontal o
vertical.
Un circuito cerrado con captadores verticales, es una elección apropiada para la
mayoría de los hogares y usos comerciales, donde el espacio es limitado, en cambio un
circuito cerrado con captadores horizontales, es más común en las zonas rurales o en lugares
donde el espacio de la propiedad es grande, como por ejemplo; en parcelas o casas con patios
muy grandes.

42
Los circuitos cerrados se pueden clasificar en dos tipos dependiendo del tipo de
circulación del fluido, estos son sistemas con circulación directa y sistema con circulación
indirecta, se prefiere un sistema con circulación indirecta ya que son más seguros. A
continuación se explicaran ambos métodos11
.
2.7.2.1 Circulación directa del fluido refrigerante
En este sistema no existe el líquido anticongelante, solo existe la circulación del
fluido refrigerante y la tierra actúa como el evaporador de la bomba de calor, ya que esta se
encuentra trabajando en modo de calefacción, el refrigerante frio proveniente de la bomba de
calor entra en la tuberías enterradas absorbiendo el calor de la tierra, donde se evapora y
retorna al compresor de la bomba de calor, donde se eleva su temperatura.
La ventaja de este sistema es que se intercambia calor en forma directa, entre el
refrigerante y la tierra, no necesita de un fluido anticongelante como medio de
intercambiador de calor, lo que significa, que no se pierde cierta cantidad de calor por el uso
de circuitos intermedios, lo cual beneficia el desempeño de la bomba de calor.
La gran desventaja de este tipo de sistema, es que al estar el líquido refrigerante
directamente en contacto con la tierra y además, si las tuberías que transportan este
refrigerante llegan a ser de cobre, existe un gran peligro de que ocurra un impacto ambiental
negativo, en el caso de que dicho líquido se escape, esto podría ocurrir por ejemplo en el caso
de deterioro de una tubería o de oxidación de esta con el tiempo, o también por el colapso de
las tuberías debido a temblores, por esto se recomienda utilizar tuberías de polietileno (PE)
de alta y media densidad (M.D.P.E. y H.D.P.E.), he inclusive utilizando tuberías de PE para
un circuito cerrado con circulación directa de fluido, no se recomienda que el líquido
refrigerante entre en contacto con la tierra, por lo que se prefiere un sistema con circulación
indirecta de fluido11
.

43
Figura 14. Circulación directa del fluido refrigerante en un circuito cerrado,
“www.tecnoclimaspa.com.”
2.7.2.2. Circulación indirecta del fluido refrigerante
Debido al impacto ambiental negativo que puede provocar la circulación directa del
líquido refrigerante, hoy en día se prefiere utilizar un sistema con circulación indirecta de
fluido, de esta manera se evita que el refrigerante entre en contacto directo con la tierra. Para
evitar este contacto se utiliza un líquido anticongelante, que es el que absorbe o cede calor a
la tierra dependiendo de las necesidades de los habitantes de la vivienda, y lo transfiere al
circuito interno de la bomba de calor, y al igual que el sistema con circulación directa de
fluido refrigerante, las tuberías pueden ir enterradas en forma horizontal o vertical.
En cuanto al material de las tuberías, en un principio se empezó utilizando cobre, pero
al notar que esto no era practico, debido a que se deterioran rápidamente y a veces reaccionan
con la tierra, hoy se prefiere utilizar tuberías de polietileno, como ya se había explicado
anteriormente. Dicho material tiene una conductividad térmica menor que la del cobre, pero
siempre es considerablemente alta si se compara con otros tipos de materiales, además a
diferencia del cobre esta no reacciona con la tierra, es resistente y durable11
.

44
Figura 15. Circulación indirecta del líquido refrigerante, “David Banks, estudio de la
utilización de sistemas geotérmicos, del tipo tierra / aire, para el acondicionamiento de
espacios habitados en el Salvador, Universidad Centro Americana, 2.008.”
Como se dijo anteriormente un sistema cerrado esta compuesto por un circuito interno
y cerrado de tuberías, las que pueden ir enterradas en forma horizontal o vertical,
dependiendo del espacio y de las demandas energéticas de la vivienda, a continuación se
explicará en que consiste cada uno de estos arreglos geométricos, y también se dará a
conocer la información necesaria a la hora de inclinarse por alguno de ellos, y proceder a su
fase de dimensionamiento, pero antes de esto se mencionaran las características principales
que hay que tener en cuenta con respecto a las tuberías de diseño para ambos tipos de
arreglos.
2.7.2.3. Tuberías de diseño
Como ya se mencionó, el material ideal para las tuberías de captación de energía
geotérmica serían las de cobre, pero estas no son tan resistentes y además de corroerse
rápidamente son muy caras, por estas razones casi ya no se utilizan, hoy en día se prefiere
utilizar tuberías de polipropileno (PP) y polietileno (PE). El polipropileno es similar al

45
polietileno, pero son tuberías más duras y no tan flexibles, no soportan temperaturas muy
bajas si no más bien altas, por estas razones las tuberías más indicadas para la captación de
energía geotérmica son las de PE de media y alta densidad, estas tuberías se comercializan en
Chile a través de la Empresa Tigre Chile S.A., con dirección Comercial en Av. La Montaña
754, Barrio Industrial Los Libertadores, Colina, y el valor de estas por metro lineal es de
alrededor de $ 1.900.
A continuación en la tabla 3 su muestran diferentes tipos de tuberías que se pueden
utilizar para este sistema, con su respectiva conductividad térmica.
Tabla 3. Conductividad térmica de tuberías, para un sistema geotérmico, “Guillermo Llopis
Angulo, guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”
Material Conductividad térmica λ (W/K-m)
Polietileno de alta densidad 0.45
Polietileno genérico 0.42
Polietileno de media densidad 0.4
Polipropileno 0.22
Polibutileno 0.22
Acero 16-54
Cobre 390-401
º Flujo de trabajo
El flujo de trabajo del líquido anticongelante en las tuberías enterradas, tanto para un
sistema vertical como horizontal, debe ser turbulento, de esta manera se asegura que la
transferencia de calor de la tierra, hacia la pared de la tubería y luego esta al fluido, es más
eficiente. Para poder calcular el flujo requerido dentro del intercambiador de calor (tuberías)
se considera que el punto crítico, en el cual el fluido pasa de ser laminar a turbulento, es
alrededor de un número de Reynolds (Re) mayor a 4.000 (Re > 4.000), considerando esto, la
formula para calcular el flujo de circulación necesario a una temperatura de operación
mínima, es la siguiente: 11

46
Re = (Ec.4)
Donde:
Re = Numero de Reynolds.
= Velocidad (m/s).
= Diametro hidráulico equivalente.
= Viscocidad cinematica del agua ( /s).
El flujo de circulación para este tipo de sistema es aproximadamente entre 3 – 3.5
l/min., por KW instalado. En la siguiente tabla se puede apreciar una lista para el agua y
soluciones de anticongelantes con su respectiva viscosidad y densidad a diferentes
temperaturas.
Tabla 4. Propiedades del agua y soluciones anticongelantes, a diferentes temperaturas,
“Guillermo Llopis Angulo, guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid
2.008.”
Punto de
congelación Viscosidad Densidad
(⁰ C) Kg/m*s Kg/
Agua a 5⁰ C 0 0,00152 1.000
Agua a 10⁰ C 0 0,001308 999,8
Agua a 15⁰ C 0 0,001139 999,2
Agua a 20⁰ C 0 0,001003 998,3
Agua a 25⁰ C 0 0,000891 997,2
Agua a 30⁰ C 0 0,000798 995,8
Agua a 35⁰ C 0 0,00072 994,1
30.5 % Glicol de etileno a 0 ⁰ C -15 0,00438 1.046
32.9 % Glicol de propileno a 0 ⁰ C -15 0,00812 1.034
24.4 % Etanol a 0 ⁰ C -15 0,00585 972
19.9% Metanol a 0 ⁰ C -15 0,00326 973
18.8% Cloruro de sodio a 0 ⁰ C -15 0,00257 1.146
24% Acetato de potasio a 0 ⁰ C -15 0,00336 1.130

47
2.7.2.4. Colectores horizontales geotérmicos
En el caso de los colectores horizontales enterrados, el área de terreno que se
necesitará es considerablemente mayor, que la requerida para un arreglo del tipo vertical, por
lo que los arreglos horizontales se recomiendan para zonas donde existe espacio suficiente
para su instalación y donde el requerimiento térmico de la vivienda no sea demasiado alto.
Para este tipo de sistema se suelen construir zanjas con una profundidad entre 1.2 –
2.0 m, ya que a esta distancia3
;
º Las tuberías se encuentran aislada de las fluctuaciones diurnas de temperatura.
º En regiones donde poseen inviernos muy marcados, existe la posibilidad de que se formen
capas de hielo en la superficie y afecten el desempeño del sistema, a esta profundidad el
circuito de tuberías no se vería afectado por las heladas.
º Superficie de colector y longitud de tubería
La superficie necesaria para instalar un colector geotérmico horizontal depende de los
siguientes factores3
:
º Potencia frigorífica de la bomba de calor.
º Tipo de suelo, contenido de humedad de la tierra y zona climática.
º Duración máxima del periodo de heladas.
º En zonas montañosas a mediana altura a partir de aproximadamente 900 m a 1.000 m sobre
el nivel del mar las potencias de extracción son muy reducidas, por ello no se recomienda el
uso de colectores geotérmicos.

48
º Tipos de colectores horizontales
Existe un sin numero de posibilidades para la construcción de colectores horizontales, el
único requisito es que en caso de que sea necesario utilizar, más de un arreglo geométrico de
un mismo tipo, exista una distancia de por lo menos un metro entre zanjas continuas. Los
tipos de arreglos geométricos horizontales más utilizados se muestran en la figuras 16 y 17.
Figura 16. Colector horizontal, con tuberías individuales, “www.ostargi.biz.”
Para un sistema de colector horizontal con tuberías individuales, la distancia de estas
debe ser de al menos de 0,6-0,8 metros.
Para un arreglo de tuberías enrolladas en una misma excavación (fig.17), los diámetros
de los espirales varían entre 1,5-1,8 metros.

49
Figura 17. Colector horizontal, con tuberías enrolladas en una misma excavación, “Guillermo
Llopis Angulo, guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”
Nota: Una vez ya puesto en marcha este tipo de sistema, no se deberá edificar por encima de
los colectores geotérmicos, tampoco admitirá alguna planta con raíces profundas o con
ramificaciones en profundidad. También supondrá una dificultad para cualquier servicio
añadido posterior que deba atravesar el subsuelo (redes telefónicas, TV por cable, desagües,
etc.). Sin embargo la serie de ventajas que supone son de gran interés, el costo es mucho
menor comparado con un sistema de sondas verticales geotérmicas, el mantenimiento de la
red de captadores es, prácticamente nulo, y el sistema es limpio y ecológico.
2.7.2.5. Sondas geotérmicas verticales.
Si la capa de suelo no tiene espesor suficiente, si la superficie disponible para enterrar
los colectores horizontales es insuficiente, si existen canalizaciones en el subsuelo, o si la
demanda energética es mayor que la que pueden proporcionar los colectores horizontales,
siempre se podrán utilizar colectores de calor en posición vertical, en el interior de uno o

50
varios sondeos, con profundidades que pueden ir desde cerca de 20 m hasta más de 100 m, y
diámetros de perforación de tan solo 10 a 15 cm. Estos dispositivos reciben el nombre de
sondas geotérmicas verticales3
.
º Instalaciones verticales
Los arreglos geométricos de las sondas geotérmicas, están conformados por tubos en
forma de U, donde una tubería es la de suministro y la otra es de retorno, para el fluido
anticongelante. Dichas tuberías en forma de U, pueden ir directamente en una perforación
hecha en la tierra (hoyo abierto), o dentro de un tubo de acero e incluso de plástico, las cuales
se utilizan para el entubado de los sondeos, figura 18.
Figura 18. Instalación de una sonda geotérmica, en forma de U, “Guillermo Llopis Angulo,
guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”
Es importante asegurarse que la tubería de suministro y la tubería de retorno, no
entren en contacto a lo largo de todo su recorrido, para así minimizar la interferencia térmica
entre ellas, lo cual se logra colocando separadores al comienzo de ellas, conocidos como
shanks. Además cada perforación debe estar recubierta casi siempre de un material especial,

51
conocido como grout, a fin de evitar contaminación a la tierra ocasionados por ejemplo, por
alguna ruptura de una de las tuberías, y más que todo para proteger al sistema del contacto
directo con la tierra y así evitar posibles deterioros al sistema, dicho material, grout, debe
poseer características principales como; alta conductividad térmica (para asegurar una
correcta transferencia de calor, de la tierra a la tubería), y una baja conductividad hidráulica /
alta permeabilidad (con el objetivo de evitar posibles contaminaciones, tanto de la tierra para
el sistema, como viceversa).
Para una perforación, las tuberías en forma de U son introducidas en todo el largo de
esta, donde los diámetros de dicha tubería, oscilan entre 32-40 mm aproximadamente, y para
esta misma perforación la separación entre estas tuberías es de 50-60 mm en promedio, por lo
que el diámetro de la perforación entera, varía entre 125-130 mm generalmente3
.
Nota: Hay veces que puede existir algún nivel freático a poca profundidad, bien por la
presencia de aguas someras procedentes de filtraciones pluviométricas, la existencia de esta
aumenta notablemente la capacidad de transmitir calor geotérmico, incrementando el
rendimiento de la bomba de calor, por ello en el caso de que no haya presencia de agua en el
sondeo, un relleno de gravas o arenas permeables es lo más aconsejable para aumentar la
conductividad térmica o algún material de similares características también puede ser
empleado. Si se requieren varias sondas, estas no se deben disponer paralelamente sino
perpendicularmente a la dirección que fluya el agua subterránea, (Véase en la fig. 19).

52
Figura 19. Disposición y distancia mínima de sondas, en presencia de agua subterránea,
“Guillermo Llopis Angulo, guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid
2.008.”
2.8. Software C.C.T.E. V2.0.
Uno de los software a utilizar en el presente proyecto es el C.C.T.E. V2.0.
“Certificación de Comportamiento Térmico de Edificios” en su versión 2.0, este es un
instrumento actualizado y completo que permite junto con acreditar el cumplimiento de la
Reglamentación Térmica vigente (art. 4.1.10. O.G.U.C.), estimar el nivel de demanda y
consumo energético en calefacción y refrigeración para las viviendas en Chile.
A través de este programa también podemos obtener fácilmente la transmitancia y
resistencia térmica de muros perimetrales, complejo de techumbre y piso ventilado, gracias a
su base de datos, donde gráficamente nos muestra la composición del elemento constructivo,
con esto podemos obtener información objetiva con respecto al comportamiento térmico de
la vivienda. Cabe destacar que la utilización del software en este proyecto, se utilizará para
calcular la transmitancia térmica de los materiales, para así poder calcular el requerimiento
térmico de la vivienda a través de la envolvente de esta.
El programa fue desarrollado entre la Universidad de Sevilla y la Pontificia
Universidad Católica de Chile, a través de un conjunto de datos como; materiales, sistemas

53
constructivos, orientación y emplazamiento acordes con las normas Chilenas pertinentes, y
con el catalogo de soluciones constructivas del M.I.N.V.U.
En la elaboración de esta herramienta se incorporaron 107 archivos de clima que
contienen; valores de horarios de temperatura, humedad relativa, radiación solar, viento y
nubosidad, cada archivo de clima fue asignado a una o más comunas, basándose en:
º Los criterios de zonificación climático habitacional de la NCh 1.079-2.008: referidos a la
diversificación de los climas en sentido longitudinal y transversal en el país.
º Los criterios de zonificación térmica: referidos a la diversificación del país, por grados día
de calefacción.
Así, cada clima representa las variaciones climáticas existentes en el país de norte a
sur y este a oeste, además de incorporar la variación por zona térmica. De esta manera cada
clima incorpora las condiciones climáticas del lugar con un alto grado de precisión,
permitiendo una mejor estimación de la demanda energética de calefacción y enfriamiento
del proyecto.
Se puede modelar cualquier vivienda o edificio que cumpla con los siguientes
requisitos:
º No pueden definirse elementos constructivos interiores, geométricamente singulares, que no
sean verticales ni rectangulares, excepto las losas o suelos horizontales.
º No pueden definirse ventanas que no sea rectangulares.
º Al unir espacios verticalmente, el volumen del espacio resultante no se calcula
correctamente.
º El número de espacio no debe superar el límite de 100.
º El número de elementos (cerramientos del edificio, incluyendo los interiores y las
ventanas), no debe superar el límite de 500.

54
º En aquellos espacios cuya altura no sea constante, se suministrará una altura de la planta tal
que al multiplicar el área de la base del espacio por altura suministrada se obtenga el
volumen del espacio, los cerramientos de estos espacios deben definirse como elementos
geométricamente singulares para introducir correctamente sus dimensiones.

55
Capítulo Nº III
Proyecto de Ingeniería
3.1.- Introducción
En este capítulo se desarrolla el proyecto de ingeniería para la calefacción y
refrigeración de una vivienda por piso radiante, utilizando como fuente de calor la energía
geotérmica, primero se calcula las pérdidas térmicas de la vivienda en invierno y después las
ganancias térmicas de esta en verano, para el cálculo de esto se mostrarán dos casos con
distintas renovación de aire por hora, uno a través de la reglamentación Térmica Chilena y el
otro a través de la NCh 1.960 Of.89, ya que en Chile no existe solo una normativa de diseño
para las renovaciones de aire por hora.
El balance térmico se realiza con materiales estandarizados por el instituto nacional
de normalización de Chile y el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor U
(flujo de calor que pasa por un elemento, entre ambientes distintos) de estos materiales, se
evalúa a través del software C.C.T.E. V2.0.
Luego de tener el requerimiento térmico en invierno y verano, se selecciona la bomba
de calor Geotérmica y posteriormente el cálculo de las tuberías que irán al interior de la casa,
para terminar con la selección de los serpentines que van enterrados en la tierra para captar el
calor de esta.

56
3.2. Características de la vivienda
La vivienda es un proyecto de edificación que se esta llevando acabo actualmente a través
de la constructora Aristas S.A., ubicada en la zona 3 (Región Metropolitana), de acuerdo a la
sectorización de ciudades según el M.I.N.V.U. y las características de estas son las
siguientes:
- La ubicación de la edificación es en Almirante Gómez Carreño # 42 La Reina,
Santiago.
- La casa tendrá un área total de edificación de 140 de acuerdo a la figura 20 y un
terreno libre de 617 . La elevación norte y poniente de la vivienda se muestra en la
figura 21.
- El valor en conjunto del terreno y de la vivienda, será de U.F. 4.500, de acuerdo a la
constructora Aristas S.A.
Los materiales de construcción de la vivienda son valores obtenidos del I.N.N. (Instituto
Nacional de Normalización). NCh 853 Of.91 Acondicionamiento Térmico – Envolvente
Térmico de Edificios y se detalla en las tablas; 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5.
Cabe mencionar nuevamente, que las demandas térmicas que requiera la vivienda se
calcularán en este capítulo y estas serán llevadas al interior del inmueble, a través de un
sistema por piso radiante.

57
Figura 20. Planta de la vivienda a climatizar de 140 , del Autor.

58
Figura 21. Perspectiva nor - poniente, del Autor.
A continuación se detalla la materialidad de la vivienda, para poder realizar la
simulación en el Software C.C.T.E. V2.0, y poder calcular el coeficiente global de
transferencia de calor U.
Tabla 5. Características del complejo de techumbre, “Según la NCh 853 Of.91”.
Materiales
Densidad
Conductividad
térmica
Espesor
Yeso cartón 870 0,31 10
Cámara de aire 50
Poliestireno expandido 10 0,043 80

59
Tabla 6. Característica de los muros, “Según la NCh 853 Of.91”.
Materiales
Densidad
Conductividad
térmica
Espesor
Enlucido de yeso 1.000 0,44 5
Estuco mortero cemento 2.000 1,40 25
Poli estireno expandido 15 0,0413 20
Ladrillo macizo hecho a maquina 1.200 0,52 140
Estuco mortero cemento 2.000 1,40 25
Tabla 7. Características de las ventanas, “Según la NCh 853 Of.91”.
Materiales
Densidad
Conductividad
térmica
Espesor
Marco de PVC 1.440 0,21 3
Vidrio plano, (doble) 2.500 1,20 3
Espacio de aire, e=12mm
Tabla 8. Características de las puertas, “Según la NCh 853 Of.91”.
Materiales
Densidad
Conductividad
térmica
Espesor
Marco de madera, coigue 670 0,145 80
Madera, Coigue 670 0,145 40
Tabla 9. Características de los pisos, “Según la NCh 853 Of.91”.
Materiales
Densidad
Conductividad
térmica
Espesor
Baldosa cerámica 1.000 1,75 10
Alfombra 1.000 0,05 10
Mortero cemento 2.000 1,40 50
Hormigón con áridos ordinarios, vibrados 2.400 1,63 120

60
3.2.1. Evaluación a través del software C.C.T.E. V2.0, para el cálculo del
coeficiente global de transferencia de calor U.
El coeficiente global de transferencia de calor U, fue obtenido a través de una
evaluación en el software C.C.T.E. V2.0, con respecto a la materialidad de la vivienda
descrita en las tablas anteriores (figura 22) y en la tabla 10 se encuentran los resultados del
coeficiente global de transferencia de calor U.12
Figura 22. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor U, “Software
C.C.T.E. V2.0”
12
Software C.C.T.E. V2.0, “Certificación de Comportamiento Térmico de Edificios”, Universidad de
Sevilla y la Pontificia Universidad Católica de Chile.

61
Tabla 10. Coeficiente Global de Transferencia de Calor U, Software C.C.T.E. V2.0”.
Elementos Coeficiente Global de Transferencia
U
Complejo de Techumbre 0,39
Muros 0,89
Ventanas 2,5
Puertas 1,96
Piso Baldosa Cerámica 3,09
Piso Alfombra 1,82
3.3. Cálculo de las pérdidas térmicas
Para el cálculo de las pérdidas térmicas se consideran las siguientes formulas, de
acuerdo a la norma Nch 853- Of. 2.007:
Ecuación General de transferencia de Calor (Kcal/h): 13
Qe = U x A x ∆T (Ec.5)
Donde:
Qe :Transferencia de calor estructural
U : Coeficiente global de transferencia de calor
A : Área de transferencia de calor
∆T : Diferencial de temperaturas entre Text. Y Tint.
Para el cálculo de las infiltraciones de aire se considera la siguiente formula: 13
Qventilación = V x ρ x Cp x ren/h x ∆T (Ec.6)
13
Ariel Díaz Matus, “Estimación técnica económica de un sistema de calefacción, tipo piso radiante,
con variaciones constructivas en el inmueble”, Memoria para optar al titulo de Ingeniero de Ejecución
en Climatización, Universidad de Santiago de Chile, 2.009.

62
Donde:
Qventilación: Transferencia de calor por infiltraciones de aire
V : Volumen de cada recinto
ρ : Densidad del aire = 1,25
Cp : Calor especifico del aire = 0,24
∆T : Diferencial de temperaturas entre Tint. Y Text.
3.4. Condiciones de diseño para ambos casos
Para el cálculo del balance térmico de la vivienda se tomaron en cuenta los siguientes
parámetros, todos aplicables a la Región Metropolitana. Las temperaturas de bulbo seco en
invierno y verano se obtuvieron a través de la Cámara Chilena de Refrigeración y
Climatización A.G. y la temperatura de la tierra se describe en el capitulo 4.4.
Situación en Invierno:
- Temperatura interior de confort: 18 ºC
- Temperatura bulbo seco invierno: 2 ºC
- Temperatura entretecho (techo ventilado): 2 ºC
- Temperatura de la tierra: 14 ºC
Situación en Verano:
- Temperatura interior de confort: 22 ºC
- Temperatura bulbo seco en verano: 32 ºC
- Temperatura entretecho (techo ventilado): 32 ºC
- Temperatura de la tierra: 14 ºC

63
3.5. Requerimiento térmico por recinto, con distintas renovaciones de aire por hora.
Este capitulo consta de:
3.5.1. Requerimiento térmico por recinto en invierno caso I.
3.5.2. Requerimiento térmico por recinto en verano caso I.
3.5.3. Requerimiento térmico por recinto en invierno caso II.
3.5.4. Requerimiento térmico por recinto en verano caso II.
Cabe destacar que los parámetros de diseño de la vivienda son los mismos para ambos
casos, lo único que cambia son las renovaciones de aire por hora, ya que como se había
mencionado anteriormente, en Chile no existe solo una normativa de diseño para las
renovaciones de aire al interior de un inmueble. A continuación se detallan ambos casos.
Para el caso I se utilizará 1 renovación/hora (ren/h) para cada recinto de la casa, de
acuerdo a la Reglamentación Térmica Chilena.
En el caso II la ren/h será de acuerdo a la NCh 1.960 of.89, y esta arroga las
siguientes estimaciones:
Tabla 11. Renovaciones de aire por hora, “NCh 1.960 of.89”
Tipo de recinto Ren/h
Baño con W.C. 2-3
Baño con ducha 5-8
Cocina 3-4
Lavado y secado de ropa 6-8
Estar, comedor 1-1,5
Dormitorio (1 cama) 1
Dormitorios (2 camas) 1-1,5
Dormitorio (3 o 4 camas) 1,5-2
Otros recintos habitables 1-1,5

64
El desarrollo exhaustivo del requerimiento térmico para ambos casos, se encuentra en
los anexos y en la tabla número 12, se encuentra el resumen de estos.
Tabla 12. Resumen de cargas térmicas, del Autor.
Caso I (Kcal/h) Caso II (Kcal/h)
Invierno Verano Invierno Verano
Cocina 1.124 96 1.694 -221
Comedor 903 -190 903 -190
Living 672 -45 672 -45
Hall Acceso 131 -25 131 -25
Dormitorio I 364 -85 364 -85
Dormitorio II 333 -65 333 -65
Dormitorio PPAL. 657 -181 657 -181
Baño PPAL. 458 -91 889 -361
Dormitorio III 387 -56 387 -56
Baño I 214 -22 464 -178
Logia 322 -7 639 -205
Baño II 91 16 131 -9
Pasillo 136 -10 136 -10
Closet I 69 -5 69 -5
Closet II 44 -5 44 -5
Closet III 81 -3 81 -3
Qtotal (Kcal/h) 5.986 -678 7.594 -1.644
El diseño se realiza para el caso II, ya que este es el más desfavorable, el Qtotal se
multiplica por un factor de seguridad del 10% para la selección de la bomba de calor
geotérmica, en este factor se considera:
º Uso de todos los recintos a la vez.
º Temperaturas extremas.
º Pérdidas o ganancias de calor no consideradas.

65
FS = 10%
Qtotal Invierno: 7.594 (Kcal/h) = 8.832 (W) x 10% = 9.715 (W)
Qtotal Verano : 1.644 (Kcal/h) = 1.912 (W) x 10% = 2.103 (W)
En la figura 23 y 24, se da a conocer el requerimiento energético en invierno y verano
por recinto habitable, del caso seleccionado (caso II), (no se considera el lavadero, ya que en
el ira instalada la bomba de calor geotérmica). Cada recinto de las figuras, se encuentra
multiplicado por un factor de seguridad igual a 10%.
Figura 23. Requerimiento energético por Figura 24. “Requerimiento energético por
recinto en invierno, caso II, “Del Autor”. recinto en verano, caso II, “Del Autor”.

66
3.6. Selección de la bomba de calor geotérmica
En el mercado nacional e internacional existen diversas marcas de bombas de calor
geotérmicas, pero su funcionamiento es el mismo. Para este proyecto la bomba geotérmica
seleccionada es de marca TRANE, ya que esta marca es líder a nivel mundial por sus
sistemas de aire acondicionado y calefacción, con ventanas anuales cercanas a los cinco
billones de dólares, TRANE es parte de American Estándar y centra su mayor cantidad de
volumen en EE.UU. La bomba seleccionada es importada desde EE.UU., y tiene un precio
neto actual en el mercado Chileno de $ 1.734.200.
Cabe recordar que la bomba seleccionada es reversible, esto significa que incorporan
una válvula de 4 vías que permite la inversión de circulación del fluido frigorífico, con esto
se consigue invertir las funciones del evaporador y condensador, y así poder bombear calor
desde el exterior (subsuelo) hacia el interior (vivienda) en el ciclo de calefacción, y bombear
calor del interior hacia el exterior en el ciclo de refrigeración.
En la tabla 13 se encuentran todos los modelos disponibles de bombas de calor
geotérmica, marca Trane14
. Se busco en la columna de calefacción y refrigeración los
requerimientos térmicos que cumplan con las necesidades de la vivienda, y así se obtuvo el
modelo de la bomba. Los requerimientos térmicos de la casa llevados a Mbtu/h son los
siguientes:
Qtotal Invierno: 9.715 (W) = 33,1 (Mbtu/h)
Qtotal Verano : 2.103 (W) = 7,2 (Mbtu/h)
14
www.trane.com

67
Tabla 13. Modelos de bombas de calor geotérmicas, “www.trane.com.”
CAP CAP
FRIO CONSUMO CALOR CONSUMO
MODELO GPM (Mbtuh) (Watts) ISO EER (Mbtuh) (Watts) ISO COP
WPWD 024 7 22,2 1,5 15,3 29,2 2,3 3,8
WPWD 036 8,5 31,5 2 16 40,9 3,1 3,8
WPWD 042 9,5 36,6 2,3 15,7 49,8 3,6 4,1
WPWD 048 11 42,4 2,7 15,5 53,6 4,2 3,8
WPWD 060 14 53,7 3,7 14,6 71,9 5,4 3,9
WPWD 072 16 60,2 4,4 13,7 82,7 6,6 3,7
EXWA 180 55 186,7 15,4 12,1 284,1 19,6 4,3
Valores de acuerdo a ISO 13256-2
La bomba seleccionada es: Marca Trane, modelo “WPWD036 – Heating / cooling”,
figura 25, adecuadamente, los valores reportados como Norma ISO 13256-2 corresponden a
las recopilaciones del “Instituto de Aire Acondicionado y de Refrigeración” (ARI) y la
“Sociedad Americana de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado” (ASHRAE).
Cabe destacar que la dimensión de la bomba de calor geotérmica seleccionada, es de
65 x 63 cm, la foto de esta se puede apreciar en la figura 25. Esta será instalada en el
lavadero de la vivienda (figuras 23 y 24), ya que esté es un recinto no habitable y cuenta con
el espacio suficiente de 6 para el alojamiento de la bomba de calor. En cuanto al nivel
sonoro de la bomba, se puede observar a través de los catálogos de Trane, que el sonido que
emite está es de 45-55 dB, a modo de comparación, este rango acústico esta al mismo nivel
de ruido que emite una lavadora al interior de una vivienda.

68
Figura 25. Detalle bomba de calor geotérmica Marca TRANE, modelo WPWD 036-072,
“www.trane.com.”
3.6.1. Parámetros de funcionamiento de la bomba de calor geotérmica
Para la obtención de los parámetros de funcionamiento de una bomba de calor
geotérmica, se utilizan las tablas de diseño para el modelo “WPWD 036 – Heating /
cooling”14
, se fija el caudal medio de las condiciones de funcionamiento de la bomba de calor

69
geotérmica, que para este caso es 8,5 GPM y se busca el Qtotal (calor de calefacción y
refrigeración) como se muestran en las figuras; 26 y 27.
Figura 26. Parametros de funcionamiento de la bomba de calor geotermica en calefacción,
Asi los valores obtenidos de la tabla de diseño para la bomba de calor geotermica
WPWD036-heating, son los siguientes:14
º Q absorvido por la tierra : 25.700 (Btu/h) = 7.533 (W)
º Q entregado al recinto : 35.100 (Btu/h) = 10.288 (W)
º C caudal al recinto : 8,5 (GPM) = 5,4 * ( )
º C caudal a la tierra : 8,5 (GPM) = 5,4 * ( )
º LWT = Tsr Temperatura surtidor del recinto = 108,3 ºF = 42,3 ºC
º EWT = Trr Temperatura retorno del recinto = 100 ºF = 38 ºC
º LWT = Tst Temperatura surtidor del serpentín de tierra = 44 ºF = 6,7 ºC
º EWT = Trt Temperatura retorno del serpentín de tierra = 50 ºF = 10 ºC

70
Figura 27. Parametros de funcionamiento de la bomba de calor geotermica en refrigeración,
Los valores obtenidos de la tabla de diseño para la bomba de calor geotermica
WPWD036-cooling, son los siguientes: 14
º Q rechazado a la tierra : 33.800 (Btu/h) = 9.907 (W)
º Q entregado al recinto : 28.500 (Btu/h) = 8.353 (W)
º C caudal al recinto : 8,5 (GPM) = 5,4 * ( )
º C caudal a la tierra : 8,5 (GPM) = 5,4 * ( )
º LWT = Tsr Temperatura surtidor del recinto = 38,3 ºF = 3,5 ºC
º EWT = Trr Temperatura retorno del recinto = 45,0 ºF = 7,2 ºC
º LWT = Tst Temperatura surtidor del serpentín de tierra = 78 ºF = 25 ºC
º EWT = Trt Temperatura retorno del serpentín de tierra = 70 ºF = 21 ºC

71
3.7. Distribución y configuración de los serpentines en los recintos.
Los serpentines ocupados para el interior de la vivienda, son de polipropileno
reticulado. Para obtener el largo se calculan las necesidades caloríficas de cada recinto y se
divide por el valor de calor que disipa el tubo por metro lineal, el cual se obtiene de la guía de
instalación de suelo radiante, Empresa Blansol S.A., para tuberías RAUTHERMS 20 x 19
mm, con una separación de los tubos de 0,2 m y una temperatura promedio del agua de 40 º
C (ecuación 8) 15
, se han calculado los serpentines al interior de la casa en base a las
necesidades térmicas de calefacción, ya que este pide un mayor requerimiento térmico, que
las necesidades térmicas de refrigeración.
Ql = (Ec.7)
Ql = 92
Metros de serpentín = QTotalrecinto (W) / Ql (W/m) = (m) (Ec.8)
Donde:
QTotalrecinto: Pérdida de calor del recinto a calefaccionar
S: separación de las cañerías
Ql: disipación de calor lineal
Q/Ap: calor emitido por
El largo de los serpentines de cada recinto se encuentra en la tabla 14.
15
Recknagel Sprenger. Manual de calefacción y climatización: Incluido preparación de agua de
consumo y técnica de frio. Rosario, Blume 1.974.

72
Tabla 14. Metros de serpentín por recinto, del Autor.
RECINTO Q TOTAL (W) Ql PISO (W/m) LARGO (m)
Cocina 1.694 18,4 92
Comedor 903 18,4 49
Living 672 18,4 37
Hall Acceso 131 18,4 7
Dormitorio I 364 18,4 20
Dormitorio II 333 18,4 18
Dormitorio PPAL. 657 18,4 36
Baño PPAL. 889 18,4 48
Dormitorio III 387 18,4 21
Baño I 464 18,4 25
Logia 639 18,4 35
Baño II 131 18,4 7
Pasillo 136 18,4 7
Closet I 69 18,4 4
Closet II 44 18,4 2
Closet III 81 18,4 4
La configuración de los serpentines tanto para calefacción como refrigeración por
piso radiante será en forma de espiral figura 28., la longitud máxima que se recomienda por
recinto es de 90 m lineales, por lo tanto en los recintos que supuren esa cantidad, se utilizaran
dos circuitos de largo similar.

73
Figura 28. Configuración de las tuberías en forma de espiral, “Recknagel Sprenger. Manual
de calefacción y climatización: Incluido preparación de agua de consumo y técnica de frio.
Rosario, Blume 1.974”
Con el sistema de climatización por piso radiante se produce un máximo de confort y
la sensación de calor es uniforme, además de no resecar el ambiente y al no existir
convección de aire no se mueven las partículas de polvo, favoreciendo así la salud de las
personas.
El suelo radiante es un sistema que es invisible, no quita espacios al interior de la
casa, en el caso de que se quieran colocar algunos muebles, además evita ennegrecimientos
de las paredes debidos a la convección del aire.
En este proyecto el sistema esta separado por circuitos comandados por termostatos,
esta zonificación produce un ahorro de energía ya que solo entrega climatización en las zonas
habitadas y programadas de la vivienda. Los detalles se adjuntan en el plano 02 – 02.
El diámetro de las tuberías de cada recinto esta indicado en la siguiente tabla 16
, y el
diámetro de los tramos que se muestra en la figura 29, esta indicado en la tabla 16.
16
www.rehau.com

74
Tabla 15. Diámetros de las tuberías por recinto, “www.rehau.com.”
RECINTO Q TOTAL (W) DIÁMETRO (mm)
Cocina 1.694 20
Comedor 903 20
Living 672 20
Hall Acceso 131 20
Dormitorio I 364 20
Dormitorio II 333 20
Dormitorio PPAL. 657 20
Baño PPAL. 889 20
Dormitorio III 387 20
Baño I 464 20
Logia 639 20
Baño II 131 20
Pasillo 136 20
Closet I 69 20
Closet II 44 20
Closet III 81 20
Figura 29. Diagrama de flujo de tramos, “Del Autor”.

75
Tabla 16. Diámetros de las tuberías por tramo, “www.rehau.com.”
TRAMOS Q TOTAL (W) DIAMETRO (mm)
TRAMO II 3.356 25
TRAMO I 6.625 32
3.7.1. Selección de la bomba de recirculación de agua para piso radiante.
Para escoger la bomba de recirculación, se determinó primero el serpentín más
desfavorable, el que se encuentra más alejado de la bomba de calor geotérmica, en este caso
corresponde al dormitorio principal, como se muestra en la figura 30 (los detalles de la losa
radiante se pueden observar en el plano 02- 02). Para saber la caída de presión se utiliza el
método de igual fricción con un R = 20 (mmca/m). 17
(Ec.9)
(Ec.10)
Donde:
= Caida de presión por tramos rectos
R = Fricción
L = Largo del serpentín más desfavorable hasta la bomba de calor.
= Caída de presión por fitting
= 20 (mmca/m) * 61 (m) = 1,22 mca.
Como
= 1,44 + 1,44 = 2,44 mca = 23,9 KPa
El caudal que maneja la bomba de calor es de 8.5 GPM = 1.92
17
Robert L. Montt, “Mecánica de fluidos aplicada”, cuarta edición 2.005.

76
Con el valor calculado de la y el caudal de la bomba de calor, se escoge el
modelo de la bomba de recirculación de agua para piso radiante, introduciéndose en el
catalogo de bombas de agua marca DAB, gráfico 6.
Gráfico 6. Selección de la bomba de recirculación de agua para piso radiante, “DAB,
Catalogo General 50 Hz, Santiago, ANWO 2.007.
La bomba de recirculación de agua para piso radiante que se seleccionó es, marca
DAB modelo “CM 40/440” 18
. Las bombas DAB son producidas en Veneto, Italia, por DWT
Group, que tienen más de ciento cuarenta años de experiencia industrial, produciendo
actualmente dos millones de bombas para agua, las cuales se comercializan en muchos
países, esta basta trayectoria y el bajo consumo de energía de estas bombas, ha sido el
parámetro de selección. En Chile estas bombas se comercializan a través de la Empresa
Gaspa Services Ltda., y tiene un precio neto actual en el mercado Chileno de $ 166.950.
18
DAB, Catalogo General 50 Hz, Santiago, ANWO 2.007.

77
Figura 30. Distribución del sistema de climatización, indicando metros lineales de cada
recinto, “Del Autor”.

78
Capítulo IV
Diseño de los serpentines de calor subterráneos
4.1. Introducción
Este capítulo tiene como objetivo calcular y diseñar los serpentines que intercambian
calor con la tierra, a través de modelos matemáticos ya establecidos. Existen diferentes
formas geométricas para la disposición de los serpentines en la tierra, siendo las más
utilizadas, en forma; vertical u horizontal, la selección del sistema va a depender del área de
tierra disponible, el tipo de suelo y los costos de excavación.
4.2. Parámetros de diseño
Para diseñar el sistema es importante conocer los parámetros con que trabaja la
bomba de calor geotérmica (caudal, temperatura de agua de los serpentines de la tierra,
energía requerida por la bomba).
Es primordial calcular el tipo de flujo que se encuentra dentro del intercambiador de
calor subterráneo, para esto se utiliza el cálculo de Número de Reynolds 17
. El tipo de flujo
tiene que ser turbulento, de lo contrario en el ciclo de calefacción, los serpentines de tierra
pueden sufrir un congelamiento por la poca transferencia que se produce en el subsuelo.
Re > 4.000 Flujo turbulento en el interior de un tubo
4.2.1. Cálculo del Número de Reynolds
Re = (Ec. 11)

79
Donde:
Re = Numero de Reynolds
= Velocidad (m/s)
= Diámetro hidráulico equivalente
= Viscosidad cinemática del agua ( /s)
Los siguientes datos se mantienen para el régimen de calefacción y refrigeración:
º Para el cálculo de la velocidad, se utiliza la formula: 17
= 0,68 (m/s) (Ec. 12.)
Donde:
= Caudal
= Área transversal del tubo , para un tubo de diámetro 1 ¼” = 31,8 mm (de acuerdo a
un caudal de 8,5 GPM). 17
º Cálculo de la viscosidad cinemática:
Para temperaturas comprendidas entre 10 y 40 ºC, la viscosidad cinemática puede calcularse
aproximadamente mediante la ecuación: 17
= (Ec.13)
4.2.1.1. Cálculo del Número de Reynolds en régimen de calefacción
Para el cálculo de la viscosidad cinemática se necesita saber la temperatura media del agua:

80
Tm =
Donde:
Tm = Temperatura media del agua
= Temperatura surtidor del intercambiador de tierra
= Temperatura retorno del intercambiador de tierra
La viscosidad cinemática del agua a una Tº de 8,4 ºC ocupando la Ec. 13, es 1,4 x
(
Ocupando la Ec.11, se obtuvo:
Re = = 18.457
El flujo que pasa por el intercambiador subterráneo para el ciclo de calefacción es
turbulento.
4.2.1.2. Cálculo del Número de Reynolds en régimen de refrigeración
Primero se calcula la temperatura media del agua, para calcular la viscosidad cinemática:
Tm = = 23 ºC
Donde:
Tm = Temperatura media del agua
= Temperatura surtidor del intercambiador de tierra
= Temperatura retorno del intercambiador de tierra

81
La viscosidad cinemática del agua aproximadamente a una Tº de 23 ºC es de 1,0 x
(
Ocupando la Ec.11, se obtuvo:
Re = = 25.840
El flujo que pasa por el intercambiador subterráneo para el ciclo de refrigeración es
turbulento.
4.3. Cálculo del serpentín horizontal
Para el cálculo del serpentín horizontal se utiliza la siguiente formula:19
LH = C.A.P.H * ((C.O.P.H – 1) / (C.O.P.H)) * (RP + RS * FH) (Ec.14)
(TL – TMIN)
Donde:
LH: Largo del serpentín horizontal (m)
C.A.P: Capacidad de la bomba de calor (KW)
C.O.P: Coeficiente de performance
RP: Resistencia del tubo (hr x ft x ºF/Btu)
RS: Resistencia del suelo (hr x ft x ºF/Btu)
FH: Factor de funcionamiento
TL: Temperatura mínima del suelo anual (ºF)
TMIN: Temperatura mínima promedio de la bomba de calor (ºF).
19
ASHRAE Handbook: Fundamentals 1.997. New York, ASHRAE 1.997.

82
4.4 Cálculo de las temperaturas del suelo
Para poder calcular las temperaturas subterráneas se debe tomar en cuenta las
temperaturas anuales del aire, el tipo de suelo, el contenido de humedad y la cubierta
vegetativa19
. Muchas fuentes pueden ser usadas para determinar esta temperatura, las cuales
se señalan a continuación:
1.- Experiencias o datos tomados del conocimiento de temperaturas de suelos locales.
2.- Diseño de un gráfico, para determinar las temperaturas máximas o mínimas como una
función del tipo de suelo y profundidad. Señalada en la figura 31.
3.- Diseñar una tabla para determinar las temperaturas de suelo máximas y mínimas, según
las diferentes oscilaciones de temperatura anual del suelo.
4.- Ecuaciones analíticas (Ec.15), para calcular las temperaturas del suelo en cualquier
profundidad y estación del año.
Figura 31. Temperatura del suelo v/s profundidad, para Alemania, “Guillermo Llopis
Angulo, guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008.”

83
Para el cálculo de la temperatura de la tierra mínima anual, se utilizo el punto 4
(ecuaciones analíticas), se ha considerado la Ec.15, del manual: 2.000, ASHRAE, Systems
and Equipment Handbook (SI), capitulo 11, página 9, ya que no se puede utilizar la figura 31.
por ser la temperatura de la tierra de acuerdo Alemania.
Temperatura min. = Ts,z = tms - As (Ec.15)
Donde:
tms : temperatura superficial media anual.
z : profundidad, mts.
t : periodo anual, 365 días.
: difusidad térmica de la tierra, / día.
As : amplitud de la temperatura superficial, ºC.
La temperatura de la tierra, para:
tms : 14,65 ºC, temperatura media anual de la R.M. entre los años 2.006-2.010.20
z : 2 m.
As : 2 ºC, se considera la temperatura más desfavorable la de invierno
: 2,2657 x , con alrededor de un 50% de humedad relativa para un suelo seco.20
La temperatura de la tierra en invierno es de 14,36 ºC
Para el cálculo de la temperatura de la tierra se considera como 14 º C, ya que es un
valor inferior entero calculado.
20
Dirección General de Aeronáutica Civil, Dirección Meteorológica de Chile, “Temperaturas de la
Región Metropolitana 2.006-2.010, Subdirección meteorológica 2.010.

84
º C.O.P. de la bomba geotérmica: 21
C.O.P. = (Ec.16)
Donde:
= Calor entregado a la casa (W).
= Trabajo del compresor (W).
= Calor de evaporación (W).
(Ec.17)
Para obtener el trabajo del compresor, se despeja la formula 17.
= 10.288 – 7.533 = 2.755 (W)
= 10.288 = 3,7
2.755
º Para un diámetro de 31,8 mmm
Rp = Resistencia del tubo = 0,13 (hr x ft x ºF/Btu) 21
Rs = Resistencia del suelo = 0,97 (hr x ft x ºF/Btu) 21
21
Oklahoma State University Division Of Engineering Technology. Closed – Loop / Ground – Source
Heat Pumps Sytems: Installation Guide, Oklahoma State University, s/f.

85
º Factor de funcionamiento
FH =
Donde:
FH : Factor de funcionamiento.
Hm : Horas de funcionamiento de la bomba en el mes más desfavorable.
31 : Días del mes de Julio.
24 : Horas del día.
FH =
FH = 0.4
Conociendo todos los valores, se calcula el largo del serpentín:
LH = 1.301 pie = 397 m 400 m
Al largo obtenido se le aplica un factor de seguridad del 10% por las variaciones de
temperaturas del país.
LH = 400 x 10% = 440 m

86
4.5. Cálculo del serpentín vertical
Para el cálculo del serpentín vertical se utiliza la siguiente formula: 19
LV = C.A.P.v * ((C.O.P.v – 1) / (C.O.P.v)) * (RPE + RS * FH) (Ec.18)
(TL – TMIN)
Donde:
Lv: Largo del serpentín horizontal (m).
C.A.P: Capacidad de la bomba de calor (KW).
C.O.P: Coeficiente de performance.
RPE: Resistencia del tubo vertical (hr x ft x ºF/Btu).
RS: Resistencia del suelo solido o roca (hr x ft x ºF/Btu).
FH: Factor de funcionamiento.
TH: Temperatura mínima del suelo anual (ºF).
TMIN: Temperatura mínima promedio de la bomba de calor (ºF).
Para el cálculo del serpentín vertical la temperatura mínima anual del suelo (TL) será:
TH = TL = TM = 57,2 ºF = 14 ºC
La resistencia del tubo vertical para un diámetro de 1 ¼” y la resistencia del suelo, en
la cual se asume algunas capas de rocas y suelos saturados en el agujero, es la siguiente:
RPE = Resistencia del tubo vertical = 0,089 (hr x ft x ºF/Btu) 21
Rs = Resistencia del suelo solido o roca = 0,54 (hr x ft x ºF/Btu) 21
LV = 766 pie = 233 m
Al largo obtenido se le aplica un factor de seguridad del 10% por variaciones de
temperaturas del país.
LV = 233 x 10% = 256 m

87
4.6. Selección de la bomba de recirculación para los serpentines horizontales.
Para la selección de la bomba de recirculación, se utilizo el mismo cálculo del punto
3.7.1. Para saber la caída de presión se utiliza el método de igual fricción con un R = 20
(mmca/m). 17
(Ec.19)
(Ec.20)
Donde:
= Caída de presión por tramos rectos (mmca/m)
R = Fricción (mmca/m)
L = Largo del serpentín más desfavorable hasta la bomba de calor (m)
= Caída de presión por fitting (mmca)
= 20 (mmca/m) * 242 (m)
= 4,8 mca.
Como
= 4,8 + 4,8 = 9,6 mca = 94,1 KPa
El caudal que maneja la bomba de calor es de 8,5 GPM = 1,92
modelo de la bomba de recirculación, introduciéndose en el catalogo de bombas de agua
marca DAB, gráfico 7.

88
Gráfico 7. Selección de la bomba de recirculación, para los serpentines horizontales
subterráneos, “DAB, catalogo general 50 Hz, Santiago, ANWO 2.007”
La bomba de recirculación, para los serpentines horizontales subterráneos que se
seleccionó, es marca DAB modelo “KLP 40/900”. Las bombas DAB son producidas en
Veneto, Italia, por DWT Group, el para metro de selección de esta marca, se debe a la basta
trayectoria de esta empresa en el mercado, ciento cuarenta años de experiencia industrial,
produciendo actualmente dos millones de bombas para agua, en Chile estas bombas se
comercializan a través de la Empresa Gaspa Services Ltda., y tiene un precio neto actual en
el mercado Chileno de $ 182.000.

89
4.7. Selección de la bomba de recirculación de los intercambiadores de tierra vertical
Para la selección de la bomba de recirculación, se utilizo el mismo cálculo del punto
3.7.1. Para saber la caída de presión se utiliza el método de igual fricción con un R = 20
(mmca/m). 17
(Ec.21)
(Ec.22)
Donde:
= Caida de presión por tramos rectos (mmca/m).
R = Fricción (mmca/m).
L = Largo del serpentín más desfavorable hasta la bomba de calor (m).
= Caída de presión por fitting (mmca).
= 20 (mmca/m) * 67 (m)
= 1,3 mca.
Como
= 1,3 + 1,3 = 2,6 mca = 25,5 KPa
El caudal que maneja la bomba de calor es de 8.5 GPM = 1,92
modelo de la bomba de recirculación, introduciéndose en el catalogo de bombas de agua
marca DAB, gráfico 8. La bomba de recirculación para los serpentines verticales
subterráneos que se seleccionó es, marca DAB modelo “KLM 40/300”. Como se mencionó
anteriormente, las bombas DAB son producidas en Veneto, Italia, por DWT Group, que
tienen más de ciento cuarenta años de experiencia industrial, produciendo actualmente dos
millones de bombas para agua, las cuales se comercializan en muchos países, esta basta

90
trayectoria y el bajo consumo de energía de estas bombas, ha sido el parámetro de selección,
en Chile estas bombas se comercializan a través de la Empresa Gaspa Services Ltda., y tiene
un precio actual neto en el mercado Chileno de $ 182.000
Gráfico 8. Selección de la bomba de recirculación, para los serpentines verticales
subterráneos, “DAB, catalogo general 50 Hz, Santiago, ANWO 2.007”.
4.8. Comportamiento del C.O.P. para un sistema vertical y horizontal
En este punto se verá el comportamiento del Coeficient of Performance, aumentando
la variable dependiente correspondiente al largo del serpentín, esto es para determinar la
sensibilización del C.O.P. y así determinar que serpentín es más eficiente.
LH = C.A.P.H * ((C.O.P.H – 1) / (C.O.P.H)) * (RP + RS * FH)
(TL – TMIN)
LV = C.A.P.H * ((C.O.P.H – 1) / (C.O.P.H)) * (RPE + RS * FH)
(TL – TMIN)

91
Sensibilización del C.O.P. v/s largo horizontal
Gráfico 9. C.O.P. comparado con distintos largos para el serpentín horizontal, del Autor.
Sensibilización del C.O.P. v/s largo vertical
Gráfico 10. C.O.P. comparado con distintos largos para el serpentín vertical, del Autor.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C.O.P. 1,5 2,3 2,5 3 3,5 3,7 4 4,4 4,8 5
Lh m 181 307 326 362 388 396 407 420 430 435
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
largo(m)
Largo Horizontal v/s C.O.P.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C.O.P. 1,5 2,3 2,5 3 3,5 3,7 4 4,4 4,8 5
Lv m 107 181 192 213 229 233 240 247 253 256
0
50
100
150
200
250
300
Largo(m)
Largo Vertical v/s C.O.P.

92
Se observa que para el gráfico 9 y 10, a medida que aumenta el largo de los
serpentines tanto para un sistema horizontal como vertical, el C.O.P. aumenta, esto se debe a
que entre mayor sea el largo de los serpentines el calor entregado por la tierra (QL) es mayor
y por ende hay un menor trabajo (W). Por lo tanto el C.O.P. es directamente proporcional al
largo del serpentín.
Determinación del serpentín más eficiente
Gráfico 11. Determinación del serpentín más eficiente, del Autor.
Para la determinación del serpentín más eficiente se mantuvo fija la variable del largo
y se observó que serpentín tiene un C.O.P. más alto, (gráfico 11). Para un mismo largo de
181 m se observa que el C.O.P. para el serpentín horizontal es de 1,5 y de 2,3 para el
serpentín vertical, esto indica que el serpentín vertical es más eficiente energéticamente.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C.O.P. 1,5 2,3 2,5 3 3,5 3,7 4 4,4 4,8 5
Lh m 181 307 326 362 388 396 407 420 430 435
Lv m 107 181 192 213 229 233 240 247 253 256
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Largo(m)
Largo v/s C.O.P.

93
4.9. Disposición de los serpentines subterráneos
4.9.1. Serpentín Horizontal
Para la configuración de los serpentines horizontales subterráneos se debe tener en
cuenta, la profundidad a la cual serán enterrados y el sentido del fluido (serie o paralelo).
La distribución y la profundidad de los serpentines horizontales dependen del tipo de
terreno y los costos de excavación, para la selección de esto existen distribuciones ya
establecidas19
, con mínimos recomendados.
La distribución (separación y profundidad) seleccionada para este proyecto se muestra
en la figura 32 y el sentido del flujo seleccionado en los serpentines es paralelo y se aprecia
en la figura 33.
Figura 32. Distribución seleccionada, “ASHRAE Handbook: fundamentals 1.997. New York,
ASHRAE 1.997”.
Las tuberías de los serpentines subterráneos serán de Polietileno reticulado (PE-Xa),
la instalación de estas y el movimiento de tierra, se realiza por personal y maquinarias

94
especializados como se muestra en la figura 34. Se necesita para la instalación de los
serpentines horizontales subterráneos, un terreno libre de 300 y un movimiento de tierra
de 600 , figura 33.
Figura 33. Proyecto de ingeniería con instalación de serpentines horizontales, en un flujo
paralelo, “Del Autor”.
Figura 34. Instalación de sistemas horizontales, “Guillermo Llopis Angulo, guía técnica de la
energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008”.

95
Para la instalación de los serpentines se utilizan colectores, que se muestran en la figura 35.
Figura 35. Colectores, “ASHRAE Handbook: fundamentals 1.997. New York, ASHRAE
1.997”.
4.9.2. Serpentín Vertical
Los serpentines verticales o sondas geotérmicas verticales se pueden encontrar en el
mercado como PE-Xa y PE-100, los diámetros van de 25, 32 y 40 mm. La configuración de
estas sondas es en forma de “U” o de dobles “U” 21
, como se muestra en la figura 36.
Figura 36. Distribución de sondas verticales PE-Xa y PE-100, “Guillermo Llopis Angulo,
guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008”.

96
Las sondas seleccionadas para este proyecto son PE-Xa y la instalación se realiza con
maquinaria especializada como se muestra en la figura 37. La profundidad y numero de
pozos serán determinados por el largo de los serpentines, para el caso de este proyecto el
largo de los serpentines dio 256 m, entonces se considera para la instalación 2 pozos de una
profundidad de 32 m cada uno, en los cuales se introduce una sonda de doble “U”, con un
diámetro de tubería 32 mm, y con una perforación total por pozo de 27,8 cm.
Figura 37. Maquinaria de perforación para sondas geotérmicas verticales, “Guillermo Llopis
Angulo, guía técnica de la energía geotérmica, Comunidad de Madrid 2.008”.

97
Capítulo V
Análisis Económico
5.1. Introducción
En este capítulo se realiza el estudio energético y económico de un sistema de
climatización. Se compara el sistema geotérmico de climatización (calefacción y
refrigeración) utilizando una bomba de calor, con dos sistemas convencionales con medios
similares en entrega de energía calorífica;
º Para la calefacción, se compara con una caldera mural de 20.000 Kcal/h con gas natural
(metano), la cual entrega la energía calorífica en base a piso radiante.
º Y para la refrigeración se compara con un equipo aire acondicionado Split muro marca
Anwo el cual funciona con electricidad.
5.2. Estimación económica
En las tablas 17, 18, 19, 20, se muestran los costos de instalación de los diferentes
sistemas para climatizar la casa de este proyecto. Cabe destacar lo siguiente con respecto a
los precios que aparecen en este texto:
º Los valores corresponde a pesos Chilenos, con fecha del 22 de Agosto del 2.012.
º Todos los valores corresponden a precios netos.
º El precio de los materiales, fue solicitado a través de los catálogos de Cosmoplas S.A., casa
Matriz, Río Refugio 9.652, Pudahuel, Santiago.
º El presupuesto del montaje de los equipos, fue solicitado a través de la Empresa Enativa,
“Empresa de Climatización a través de Energía Geotérmica”, con dirección comercial;
Apoquindo 5.583 oficina 51, Las Condes, Santiago.

98
Tabla 17. Costos del sistema de climatización geotérmico, con serpentines horizontales, del
Autor.
Valor Valor Total
Item DESGLOSE UN CANT Unitario Obra
$ $
1 EQUIPOS
1.1 Bomba de Calor Geotérmica, Marca TRANE U 1 1.734.200 1.734.200
1.2 Bomba de Recirculación piso radiante,Marca DAB U 1 166.950 166.950
1.3 Bomba de Recirculación de serpentín de tierra,Marca DAB U 1 182.000 182.000
Subtotal 2.083.150
2 TUBERIAS
2.1 PEX Φ 20mm, Marca Rautherms ML 413 642 265.146
2.2 PEX Φ 25mm, Marca Rautherms ML 10 1.007 10.070
2.4 Sondas PE-XA Φ 32mm, Marca Barbie ML 440 1.900 836.000
2.5 Colectores interiores, Marca Dura U 4 13.180 52.720
2.6 Colectores exteriores, Marca Giacomini U 2 39.996 79.992
2.7 Uniones GL 1 57.593 57.593
2.8 Soportes GL 1 86.389 86.389
Subtotal 1.396.170
3 MONTAJE DE EQUIPOS
3.1 Bomba de Calor Geotérmica GL 1 55.000 55.000
3.2 Bomba de Recirculación piso radiante GL 1 22.000 22.000
3.3 Bomba de Recirculación de serpentín de tierra GL 1 22.000 22.000
3.4 Sondas PE-XA GL 1 925.000 925.000
3.5 Excavación GL 1 2.100.000 2.100.000
3.6 Serpentín piso radiante GL 1 2.699.370 2.699.370
Subtotal 5.823.370
4 VARIOS
4.1 Supervisión GL 1 557.000 557.000
4.2 Fletes GL 1 133.000 133.000
4.3 Pruebas y puesta en marcha GL 1 78.000 78.000
Subtotal 768.000
TOTAL CLIMATIZACIÓN $ 10.070.690 = 3.6 U.F./

99
Tabla 18. Costos del sistema de climatización geotérmico, con serpentines verticales, del
Autor.
Valor Valor Total
$ $
1 EQUIPOS
1.1 Bomba de Calor Geotérmica, Marca TRANE U 1 1.734.200 1.734.200
1.2 Bomba de Recirculación piso radiante,Marca DAB U 1 166.950 166.950
1.3 Bomba de Recirculación de serpentín de tierra,Marca DAB U 1 182.000 182.000
Subtotal 2.083.150
2 TUBERIAS
2.4 Sondas PE-XA Φ 32mm, Marca Barbie ML 256 1.900 486.400
2.6 Colectores exteriores, Marca Giacomini U 2 39.996 79.992
2.7 Uniones GL 1 57.593 57.593
2.8 Soportes GL 1 86.389 86.389
Subtotal 1.046.570
3.1 Bomba de Calor Geotérmica GL 1 55.000 55.000
3.3 Bomba de Recirculación de serpentín de tierra GL 1 22.000 22.000
3.4 Sondas PE-XA GL 2 925.000 1.850.000
3.5 Excavación GL 1 5.863.000 5.863.000
Subtotal 10.511.370
4 VARIOS
4.1 Supervisión GL 1 557.000 557.000
4.2 Fletes GL 1 133.000 133.000
Subtotal 768.000
TOTAL CLIMATIZACIÓN $ 14.409.090 = 4.5 U.F./

100
Tabla 19. Costos del sistema de calefacción por caldera mural, del Autor.
Valor Valor Total
$ $
1 EQUIPOS
1.1 Caldera 20.000 Kcal/hr, Marca Chaffoteaux U 1 500.000 500.000
1.2 Bomba de Recirculación piso radiante, Marca DAB U 1 166.949 166.949
Subtotal 666.949
2 TUBERIAS
2.5 Uniones GL 1 57.593 57.593
2.6 Soportes GL 1 86.389 86.389
Subtotal 480.178
3.1 Caldera 20.000 Kcal/hr GL 1 55.000 55.000
Subtotal 2.776.370
4 VARIOS
4.1 Supervisión GL 1 557.000 557.000
4.2 Fletes GL 1 133.000 133.000
Subtotal 768.000
Total Calefacción $ 4.691.497 = 1.4 U.F. /

101
Tabla 20. Costos del sistema de refrigeración, a través de equipos de aire acondicionado Split
muro, del Autor.
Valor Valor Total
$ $
1 EQUIPOS
1.1 Equipo Split Muro, Marca Samsung U 4 293.538 1.174.152
Subtotal 1.174.152
2 Accesorios
2.1 Soporte metálico equipos Split U 8 8.676 69.408
2.2 Tablero Eléctrico U 1 18.990 18.990
2.3 Canaleta eléctrica, Marca CMIC ML 24 3.130 75.120
2.4 Tuberías de cobre 3/8" ML 24 2.900 69.600
2.5 Aislante termico, Marca Armaflex ML 32 520 16.640
2.6 Tornillos U 240 188 45.120
Subtotal 294.878
3.1 Equipo Split Muro U 4 150.000 600.000
Subtotal 600.000
4 VARIOS
4.2 Fletes GL 1 133.000 133.000
Subtotal 211.000
Total Calefacción $ 2.280.030 = 0.72 U.F./

102
5.3. Cálculo del costo de operación mensual
Para poder calcular el costo de operación mensual, hay que considerar los siguientes
datos:
* Consumo eléctrico de la bomba de calor geotérmica en invierno: 2.77 Kw/hr.
* Consumo eléctrico de la bomba de recirculación, serpentines subterráneos: 0,30 Kw/hr.
* Consumo eléctrico de la bomba de recirculación, piso radiante: 0,30 Kw/hr.
* Consumo eléctrico de la bomba de calor geotérmica en verano: 2.4 Kw/hr.
* Consumo eléctrico del equipo Split muro: 1.4 Kw/hr., de acuerdo a los catálogos de
Cosmoplas S.A.
* Costo del Kw: $95,29, de acuerdo al precio residencial de la Empresa Chilectra S.A.
* Costo del de gas natural: $670, de acuerdo a la Súper Intendencia de Electricidad Y
Combustible.
Nota: El consumo eléctrico de las bombas seleccionadas, fue obtenido a través de sus
catálogos de rendimiento.
º Se considera que en los meses de invierno se necesitara calefacción de las 06.00 A.M hasta
las 00.00 P.M., con un factor promedio de funcionamiento del 45% (8,1 hrs/día), y para los
meses de verano se considera refrigerar de las 12 A.M hasta las 10.00 P.M., con un factor
promedio de funcionamiento del 45% (4,5 hrs/día). Esto, acuerdo a datos obtenidos en la
práctica de la Empresa Enativa, especialista en climatización a través de energía geotérmica.

103
sistema geotérmico.
(2.77 Kw/hr + 0,30 Kw/hr + 0,30 Kw/hr) x 8,1 hr/día = 27,30 Kw/día (consumo día)
º Valorizando el consumo diario de energía eléctrica de 95,29 $/Kw, se obtiene:
27,30 Kw/día x 95,29 $/Kw = 2.601 $/día
2.601 $/día x 30 día/mes = 78.030 $/mes
Con un valor mensual de $ 78.030
(2.4 Kw/hr + 0,30 Kw/hr + 0,30 Kw/hr) x 4,5 hr/día = 13,5 Kw/día (consumo día)
13,5 Kw/día x 95,29 $/Kw = 1.286 $/día
1.286 $/día x 30 día/mes = 38.580 $/mes
sistema con caldera mural.
A través de la ecuación 23 se obtiene el consumo de combustible 13
, para la
estimación económica mensual del sistema de calefacción con caldera mural.

104
Q = PCI x C (Ec.23)
Donde:
Q = Potencia de la caldera
PCI = Poder calorífico del gas natural de metano
C = Consumo de combustible
El gas natural tiene un poder calorífico de 9.500 = 39.762 , con un
rendimiento de un 85%, este valor depende exclusivamente de la zona de yacimiento13
.
C = 46.800 (KJ/h)
39.762 (KJ/ ) x 0,85
C = 1,38 ( /h)
El consumo de combustible para esta caldera mural es de 1,38 ( /h)
º El consumo mensual es el siguiente:
(1,38 /h) x 8,1 hr/día = 11,18 ( /dia) x 670 $/ = $ 7.489 $/día (consumo día)
(0,60Kw/hr) x 8,1 hr/día = 4,86 Kw/día x 95,29 $/Kw = $ 463 $/día (consumo día)
A pagar por mes: $ 7.952 $/día x 30 días = $ 238.572.

105
sistema con equipo de Split muro.
Nota: Se han considerado cuatro equipos de Split muro, ya que de acuerdo a los catálogos de
Cosmoplas S.A., cada equipo cubre una zona de aproximadamente 35 . Se consideran
prendidos los cuatro equipos a la vez, para así poder hacer una comparación más exacta con
el requerimiento térmico que entrega en verano la bomba de calor geotérmica.
(5,6 Kw/hr + 0,30 Kw/hr + 0,30 Kw/hr) x 4,5 hr/día = 27,9 Kw/día (consumo día)
º El consumo día será de 27,9 Kw/día
27,9 Kw/día x 95,29 $/Kw = 2.659 $/día
2.659 $/día x 30 día/mes = 79.770 $/mes
5.4. Cálculo del costo anual equivalente.
Los costos mensuales de operación de los distintos sistemas de climatización, serán
llevados a un costo anual equivalente, con una tasa de interés de referencia del 4,7% anual,
de acuerdo al banco Central de Chile.
Los meses que la vivienda necesitará ser climatizada, son según las temperaturas
promedios de la Región Metropolitana, entre los años 2.006-2.010, de acuerdo a la Dirección
General de Aeronáutica Civil, Dirección Meteorológica de Chile, tabla 21.

106
Tabla 21. Temperatura promedio de la R.M., entre los años 2.006-2.010, “Dirección General
de Aeronáutica Civil, Dirección Meteorológica de Chile, Temperaturas de la R.M. 2.006-
2.007, Subdirección meteorológica 2.010”.
2.006 (⁰C) 2.007 (⁰C) 2.008 (⁰C) 2.009(⁰C) 2.010 (⁰C) Promedio (⁰C)
Enero 21,7 21,2 21,9 21,9 21,8 22
Febrero 20,4 19,4 21 20,7 19,9 20
Marzo 17,4 18,3 18,8 19,4 18,8 19
Abril 14,7 13,5 14,6 16 13,6 15
Mayo 12 9,4 11,2 12,3 11,2 11
Junio 10,2 6,7 7,9 9 8,2 8
Julio 10,1 7,4 8,8 8,3 6 8
Agosto 10,7 7,1 9,8 10,4 9,2 9
Septiembre 13,3 11,1 12,4 10,7 12,2 12
Octubre 15,3 15 15,2 15,7 14,5 15
Noviembre 17,6 18,1 18,6 16,7 17,6 18
Diciembre 20 19,8 20,2 20,2 18,2 20
º Meses de Calefacción: Mayo, Junio, Julio, Agosto, Septiembre.
º Meses de Refrigeración: Noviembre, Diciembre, Enero, Febrero, Marzo.
No se han considerado los meses de Abril y Octubre, de acuerdo a datos obtenidos en
la práctica por la empresa Enativa.
º Transformación de tasa anual a mensual:22
(Ec.24)
Donde:
r : Tasa de interés de mercado.
22
Miguel Mellado Espinoza, “Evaluación de Proyectos de Inversión”, año 2.007.

107
z : Periodo al cual se desea llevar la tasa.
k : Periodo actual de la tasa.
En la figura 38 se aprecia el diagrama los costos mensuales de climatización para un
Figura 38. Diagrama de los costos mensuales de climatización, para un sistema geotérmico,
“Del Autor”.
º Cálculo del valor presente, para los costos mensuales de climatización: 22
(Ec.25)
Donde:
F: Costo mensual de operación.
r: Tasa de interés de mercado mensual.
k: Periodo de la serie.
$ 38.580 = $ 114.866
$ 78.030 = $ 385.741
$ 38.580 = $ 76.722
$ 38.580 (mensual) $78.030 (mensual) $ 38.580 (mensual)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

108
º Cálculo del costo anual equivalente: 22
C.A.E. = Σ F (Ec.26)
Donde:
F: Valor presente de la serie.
r : Tasa interés de mercado.
k : Meses que le falta a la serie, para llegar al mes numero 12.
C.A.E = $ 114.866 + $ 385.741 + $ 76.722
= $ 595.146
El costo anual equivalente de climatización a través de energía geotérmica, para la
vivienda de este proyecto, tiene un valor de $ 595.146. Este valor se ha calculado en el caso
más desfavorable de la utilización de la bomba de calor geotérmica, con 18 hrs/día en los
meses de invierno y 10 hrs/día en los meses de verano, (con un factor de funcionamiento del
45%).
sistema convencional.
º De acuerdo a la Ec.24 la tasa mensual es de un 0,38%
º En la figura 39 se aprecia el diagrama los costos mensuales de climatización para un
sistema convencional (caldera mural más Split muro).
Figura 39. Diagrama de los costos mensuales de climatización, para un sistema convencional,
“Del Autor”.
$ 77.770 (mensual) $238.572 (mensual) $ 77.770 (mensual)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

109
º Cálculo del valor presente, para los costos mensuales de climatización: 22
(Ec.27)
$ 77.770 = $ 231.548
$ 238.572 = $ 1.179.381
$ 77.770 = $ 154.658
º Cálculo del costo anual equivalente: 22
C.A.E. = Σ F (Ec.28)
C.A.E = $ 231.548 + $ 1.179.381 + $ 154.658
= $ 1.613.880
El costo anual equivalente de climatización a través de un sistema convencional
(caldera mural y Split muro), para la vivienda de este proyecto, tiene un valor de $ 1.613.880.
Este valor se ha calculado en el caso más desfavorable de la utilización de la caldera mural y
el Split muro, con 18 hrs/día en los meses de invierno y 10 hrs/día en los meses de verano,
(con un factor de funcionamiento del 45%).

110
5.5. Costo actualizado neto.
Para poder saber que sistema es más conveniente económicamente, se hará una
comparación entre ambos sistemas (geotérmico y convencional) a través del costo
actualizado neto, este indicará la sumatoria de todos los costos anuales actualizados, que se
tendrán que realizar para que el sistema funcione sin problema. Para realizar este cálculo hay
que tener en cuenta las siguientes consideraciones:
El horizonte que se escogió para el cálculo del costo actualizado neto, fue
determinado a través de los equipos de climatización, ya que este es el activo más
significativo dentro de todo el sistema, estos horizontes son los siguientes:
º Bomba de calor geotérmica, una vida útil (H) de 25 años.
º Caldera mural, una vida útil (H) de 15 años.
º Equipo Split muro, una vida útil (H) de 10 años.
La vida útil de estos equipos de climatización, fue obtenida a través del Servicio de
Impuestos Internos.
Para realizar el cálculo del costo actualizado neto de un sistema de climatización
convencional, hay que tener en cuenta que se tendrá que invertir en el año nueve y
diecinueve, en un equipo de Split muro, y en el año 14 en una caldera mural, esto se debe a
que la vida útil de una bomba de calor es de 25 años. La reinversión de estos equipos en sus
respectivas fechas incluye, compra del equipo más el montaje de este. En los cinco años
restantes a la vida útil del proyecto, los equipos convencionales no se utilizaran, por lo tanto
se valorizaran a valor libro.

111
También existirá un costo anual de mantención de los equipos, el cual incluye la visita
de un técnico capacitado para esto, este valor es el siguiente de acuerdo a las consultas
hechas a la empresa Enativa.
Bomba de calor geotérmica: $ 20.000
Equipo Split muro: $10.000 c/u
Caldera mural: $ 30.000
º La formula del costo actualizado neto es la siguiente: 22
C.A.N = (Ec.29)
Donde:
C.A.N. : Costo actualizado neto.
. : Costos anuales actualizados.
r : Tasa de interés.
t : Periodo de referencia.
º Formula de valor libro, es la siguiente: 22
V.L.t= V.I. – Depr. x t (Ec.30)
Donde:
V.L.t : Valorización del activo, en un periodo t.
V.I. : Valor inicial del activo
Depr. : Depreciación del activo
t : Periodo

112
º La formula de Depreciación, es la siguiente: 22
Depr. = V.I. – V.R. (Ec.31)
N
Donde:
Depr.: Depreciación del activo.
V.I. : Valor inicial del activo
V.R. : Valor residual del activo.
N : Vida útil del activo.
En chile la vida útil de los activos es establecida por la circular 43 del Servicio de
Impuestos Internos (S.I.I.), dicha circular establece, que el método de depreciación que se
admite por defecto en Chile, es el método lineal con valor residual igual a cero.22
En las siguientes tablas, se muestra el cálculo del costo actualiza neto de los distintos
sistemas de climatización.

113
Tabla 22. Costo actualizado neto, para un sistema de climatización geotérmico con
serpentines horizontales, del Autor.
AÑO INVERSIÓN ($) C.A.E. DE OPERACIÓN ($) MANTENCIÓN ($) TASA C.A.A. ($)
0 -10.070.690 1 -10.070.690
1 -595.146 -20.000 1,047 -587.532
2 -595.146 -20.000 1,096 -561.158
3 -595.146 -20.000 1,148 -535.967
4 -595.146 -20.000 1,202 -511.907
5 -595.146 -20.000 1,258 -488.928
6 -595.146 -20.000 1,317 -466.980
7 -595.146 -20.000 1,379 -446.017
8 -595.146 -20.000 1,444 -425.995
9 -595.146 -20.000 1,512 -406.872
10 -595.146 -20.000 1,583 -388.608
11 -595.146 -20.000 1,657 -371.163
12 -595.146 -20.000 1,735 -354.501
13 -595.146 -20.000 1,817 -338.588
14 -595.146 -20.000 1,902 -323.389
15 -595.146 -20.000 1,992 -308.872
16 -595.146 -20.000 2,085 -295.006
17 -595.146 -20.000 2,183 -281.763
18 -595.146 -20.000 2,286 -269.115
19 -595.146 -20.000 2,393 -257.034
20 -595.146 -20.000 2,506 -245.496
21 -595.146 -20.000 2,623 -234.476
22 -595.146 -20.000 2,747 -223.950
23 -595.146 -20.000 2,876 -213.897
24 -595.146 -20.000 3,011 -204.295
25 -595.146 -20.000 3,153 -195.124
Costo Actualizado Neto $ -19.007.324

114
Tabla 23. Costo actualizado neto, para un sistema de climatización geotérmico con
serpentines verticales, del Autor.
AÑO INVERSIÓN ($) C.A.E. DE OPERACIÓN ($) MANTENCIÓN ($) TASA C.A.A. ($)
0 -14.409.090 1 -14.409.090
1 -595.146 -20.000 1,047 -587.532
2 -595.146 -20.000 1,096 -561.158
3 -595.146 -20.000 1,148 -535.967
4 -595.146 -20.000 1,202 -511.907
5 -595.146 -20.000 1,258 -488.928
6 -595.146 -20.000 1,317 -466.980
7 -595.146 -20.000 1,379 -446.017
8 -595.146 -20.000 1,444 -425.995
9 -595.146 -20.000 1,512 -406.872
10 -595.146 -20.000 1,583 -388.608
11 -595.146 -20.000 1,657 -371.163
12 -595.146 -20.000 1,735 -354.501
13 -595.146 -20.000 1,817 -338.588
14 -595.146 -20.000 1,902 -323.389
15 -595.146 -20.000 1,992 -308.872
16 -595.146 -20.000 2,085 -295.006
17 -595.146 -20.000 2,183 -281.763
18 -595.146 -20.000 2,286 -269.115
19 -595.146 -20.000 2,393 -257.034
20 -595.146 -20.000 2,506 -245.496
21 -595.146 -20.000 2,623 -234.476
22 -595.146 -20.000 2,747 -223.950
23 -595.146 -20.000 2,876 -213.897
24 -595.146 -20.000 3,011 -204.295
25 -595.146 -20.000 3,153 -195.124

115
Tabla 24. Costo actualizado neto, para un sistema de climatización convencional (caldera
mural, más Split muro), del Autor.
AÑO INVERSIÓN ($) C.A.E. DE OPERACIÓN ($) MANTENCIÓN ($) V.L. CALDERA MURAL V.L. EQUIPOS SPLIT TASA C.A.A. ($)
0 -6.971.527 1 -6.971.527
1 -1.613.880 -70.000 1,047 -1.608.290
2 -1.613.880 -70.000 1,096 -1.536.094
3 -1.613.880 -70.000 1,148 -1.467.138
4 -1.613.880 -70.000 1,202 -1.401.278
5 -1.613.880 -70.000 1,258 -1.338.375
6 -1.613.880 -70.000 1,317 -1.278.295
7 -1.613.880 -70.000 1,379 -1.220.912
8 -1.613.880 -70.000 1,444 -1.166.105
9 -1.774.152 -1.613.880 -70.000 1,512 -2.287.225
10 -1.613.880 -70.000 1,583 -1.063.762
11 -1.613.880 -70.000 1,657 -1.016.009
12 -1.613.880 -70.000 1,735 -970.400
13 -1.613.880 -70.000 1,817 -926.839
14 -555.000 -1.613.880 -70.000 1,902 -1.177.002
15 -1.613.880 -70.000 1,992 -845.495
16 -1.613.880 -70.000 2,085 -807.540
17 -1.613.880 -70.000 2,183 -771.290
18 -1.613.880 -70.000 2,286 -736.666
19 -1.774.152 -1.613.880 -70.000 2,393 -1.444.914
20 -1.613.880 -70.000 2,506 -672.013
21 -1.613.880 -70.000 2,623 -641.846
22 -1.613.880 -70.000 2,747 -613.033
23 -1.613.880 -70.000 2,876 -585.514
24 -1.613.880 -70.000 3,011 -559.230
25 -1.613.880 -70.000 185.000 887.076 3,153 -194.064

116
5.6. Análisis de resultados
Al haber realizado el cálculo del costo actualizado neto, en los distintos sistemas de
climatización, se está estimando lo que tendría que desembolsar el dueño de la vivienda, en
pesos Chilenos actuales para mantener un sistema climatización por 25 años, esto incluye; la
inversión total del sistema, la reinversión de los equipos en el caso convencional, el costo
anual equivalente de operación y mantención de cada equipo.
Observando los cálculos anteriores, el sistema geotérmico horizontal, resulto ser más
económico, ya que a 25 años su costo total es de $ 19.007.324 por sobre los $ 23.345.724 y $
33.300.858 para los sistemas vertical y convencional respectivamente.
También se puede apreciar que el costo actualizado neto del sistema de climatización
convencional, es mucho mayor a los otros dos sistemas geotérmicos, debido principalmente a
dos cosas; la primera es que durante el periodo de los 25 años, se tiene que volver a reinvertir
en los equipos de climatización (caldera mural, más Split muro) y lo segundo es que el costo
anual equivalente a operación más mantención, para el este sistema convencional es $
1.068.734 más caro, en comparación al sistema geotérmico.

117
CONCLUSIONES
La energía geotérmica a baja temperatura o entalpía, que se ha estudiado en el
presente proyecto de título, trata de un recurso energético que está debajo de cualquier
terreno, próximo a la superficie y su posibilidad de aprovechamiento, está sometida al uso
forzoso de bombas de calor geotérmicas. Más que investigar la forma de localizar este
recurso, lo que se investiga es: cual es la mejor forma de explotarlo, para satisfacer la
demanda energética de una vivienda.
El presente proyecto de título, se enfocó en una vivienda residencial con un terreno
total de 757 y un valor promedio de U.F 4.500.
La materialidad de la vivienda seleccionada a climatizar, cumple con las exigencias
del acondicionamiento térmico, definidas en el capítulo 4.1.10 de la Reglamentación
Térmica Chilena, esto hizo determinar que las demandas térmicas para la vivienda no hayan
sido tan elevadas y por ende los costos de operación mensual de climatización se han
menores, en comparación a un mismo tipo de vivienda pero antigua, con un
acondicionamiento térmico distinto a lo estipulado por la Reglamentación Térmica Chilena.
También se pudo observar que las demandas térmicas de la vivienda se ven
influenciadas de acuerdo a las renovaciones de aire que se utilicen por recinto, para esto se
estudiaron dos casos con distintas renovaciones de aire por hora. De acuerdo a los resultados
obtenidos, conviene utilizar las renovaciones de aire según la NCh 1.960 of.89 (caso II), ya
que con estas se obtiene una mayor demanda térmica y por ende es el caso más desfavorable
para el diseño de climatización.
En lo que respecta al dimensionamiento de los serpentines de captación de calor
subterráneos, es la parte más sensible del proyecto, se utilizaron una serie de modelos
matemáticos obtenidos de la ASHRAE. Los cuales indicaron que los serpentines horizontales

118
requieren mayor cantidad de tuberías, exactamente 440 m y un terreno libre para su
instalación de 300 , los cuales estarán enterrados a 2 m de profundidad, por ende el
movimiento de tierra requerido es de 600 .
En cambio en la configuración vertical se tiene un requerimiento de 256 m de
tuberías, enterradas en dos pozos distintos, con una perforación por pozo de 27,8 cm de
diámetro y una profundidad de 32 m, para obtener un total a excavar de 3,94
aproximadamente.
En cuanto al tema económico para llevar acabo estas configuraciones, se puede
observar que estas son las que elevan el presupuesto de un sistema de climatización
geotérmico, siendo el precio del metro de perforación para un arreglo vertical de $ 91.609 (ya
que se requiere de maquinaria especializada para esto) y de $ 3.500 el metro cubico de tierra
a mover para un arreglo horizontal. Comparando estos dos datos se puede observar que
económicamente es más conveniente utilizar un sistema geotérmico horizontal, siempre y
cuando la vivienda cuente con el terreno disponible para llevar acabo esta configuración.
Por otro lado, si bien la inversión inicial es mayor para el sistema vertical comparado
con el horizontal, existe un ahorro anual para ambos sistema de climatización geotérmico de
un 63 %, en comparación al sistema de climatización tradicional.
En cuanto al cálculo, del costo actualizado neto entre los distintos sistemas de
climatización, se indicó que para mantener este sistema de climatización por 25 años (esto
incluye; la inversión total del sistema, la reinversión de los equipos en el caso convencional,
el costo anual equivalente de operación y mantención de cada equipo), el dueño de la
vivienda tendría que desembolsar actualmente por un sistema geotérmico horizontal un valor
de $ 19.007.324, esto equivale a un ahorro de un 43% ($ 14.293.534), comparado con un
sistema convencional.
Dado los resultados anteriores y aunque la inversión total para un sistema geotérmico
es un 36% más alta que un sistema convencional, la mejor factibilidad técnica y económica

119
para este proyecto a 25 años, es instalar un sistema de climatización geotérmico horizontal
por sobre uno convencional, ya que económicamente produce ahorros a corto plazo y en
cuanto al dimensionamiento de los serpentines, la vivienda dispone con el terreno suficiente.
Este sistema es altamente ecológico, aceptado y aprobado en el resto del mundo, en
Chile el mayor mercado para este tipo de sistema se encuentra en la zona sur, orientado para
el sector habitacional. Cabe destacar también, que este sistema a nivel Nacional, esta
madurando sólo hace un par de años y que no toda la población puede acceder a el por la
elevada inversión inicial. A medida que la gente vaya conociendo y creyendo en este sistema,
se ira masificando y por ende los costos de inversión se irán reduciendo cada vez más. Es
por esto que mi rol como futuro Ingeniero Constructor, es promover y dar a conocer a la
ciudadanía nuevas soluciones, no solamente atractivas en cuanto al ahorro monetario, sino
también en cuanto al tema ecológico, ya que este último cada vez toma más relevancia a
nivel Mundial.
Para finalizar cabe mencionar que en Chile existen alrededor de seis empresas que se
dedican a la climatización de viviendas con energía geotérmica, siendo unas de las más
conocidas, la Empresa Enativa, que ayudo a realizar este proyecto de título. En general la
demanda de una empresa de esta escala, son de cuatro presupuestos semanales,
concluyéndose aproximadamente cuatro de ellos al mes.

120
Bibliografía
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Ground – Source Heat Pumps Systems: Installation Guide. Oklahoma State University,
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22. Miguel Mellado Espinoza, “Evaluación de Proyectos de Inversión”, año 2.007.

122
Anexos
Tabla 25 Requerimiento térmico de calefacción por recinto, caso I
Largo (L) Alto (A) Superf. (S) Superf. (s) S.Total (S-s) T.interior T.exterior ∆ T U Qe
Cocina
Muralla Oeste 8 2,2 17,6 2,6 15 18 2 16 0,89 214
Muralla Sur 3 2,2 6,6 1,3 5,3 18 2 16 0,89 75
2 Ventanas Oeste 1,3 1 1,3 1,3 18 2 16 2,5 52
Ventana Sur 1,3 1 1,3 1,3 18 2 16 2,5 52
Piso Cerámica 8 3 24 24 18 14 4 3,09 297
Techo 8 3 24 24 18 2 16 0,39 150
Aire: Qventilacion 285
Q Total 1124
Comedor
Muralla Sur 4,9 2,2 10,8 3 7,8 18 2 16 0,89 111
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 18 2 16 0,89 84
Ventana Sur 1,59 1,9 3,0 3,0 18 2 16 2,5 121
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Cerámica 4,9 4 19,6 19,6 18 14 4 1,82 143
Techo 4,9 4 19,6 19,6 18 2 16 0,39 122
Aire: Q ventilación 207
Q Total 903
Living
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 18 2 16 0,89 84
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Cerámica 4 4,9 19,6 19,6 18 14 4 1,82 143
Techo 4 4,9 19,6 19,6 18 2 16 0,39 122
Q Total 672
HallAcceso
Muralla Este 1 2,2 2,2 1,6 0,6 18 2 16 0,89 9
Puerta Este 0,8 2 1,6 1,6 18 2 16 1,96 50
Piso Cerámica 1 3 3,0 3,0 18 14 4 1,82 22
Techo 1 3 3,0 3,0 18 2 16 0,39 19
Q Total 131

123
DormitorioI
Muralla Sur 1 2,2 2,2 2,2 18 2 16 0,89 31
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 18 2 16 0,89 37
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 18 14 4 1,82 55
Techo 3 2,5 7,5 7,5 18 2 16 0,39 47
Q Total 364
DormitorioII
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 18 2 16 0,89 37
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 18 14 4 1,82 55
Techo 3 2,5 7,5 7,5 18 2 16 0,39 47
Q Total 333
DormitorioPpal.
Muralla Este 3 2,2 6,6 3 3,6 18 2 16 0,89 51
Muralla Norte 4 2,2 8,8 2,9 5,9 18 2 16 0,89 84
Ventana Este 1,56 1,9 3,0 3,0 18 2 16 2,5 119
Ventana Norte 1,5 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 114
Piso Alfombra 4 3 12,0 12,0 18 14 4 1,82 87
Techo 4 3 12,0 12,0 18 2 16 0,39 75
Q Total 657
BañoPrincipal
Muralla Norte 3,4 2,2 7,5 7,5 18 2 16 0,89 107
Muralla Oeste 3 2,2 6,6 2 4,6 18 2 16 0,89 66
2 Ventanas Oeste 1 1 1,0 1,0 18 2 16 2,5 40
Piso Alfombra 3,4 3 10,2 10,2 18 14 4 1,82 74
Techo 3,4 3 10,2 10,2 18 2 16 0,39 64
Q Total 458
DormitorioIII
Muralla Oeste 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 18 2 16 0,89 37
Ventana Oeste 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Alfombra 2,5 3,9 9,8 9,8 18 14 4 1,82 71
Techo 2,5 3,9 9,8 9,8 18 2 16 0,39 61
Q Total 387

124
BañoI
Muralla Oeste 1,5 2,2 3,3 1 2,3 18 2 16 0,89 33
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 18 2 16 2,5 40
Piso Cerámica 1,5 3,9 5,9 5,9 18 14 4 1,82 43
Techo 1,5 3,9 5,9 5,9 18 2 16 0,39 37
Q Total 214
Logia
Muralla Norte 1 2,2 2,2 2,2 18 2 16 0,89 31
Muralla Oeste 2 2,2 4,4 2,6 1,8 18 2 16 0,89 26
Puerta Oeste 0,8 2 1,6 1,6 18 2 16 1,96 50
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 18 2 16 2,5 40
Piso Cerámica 2 3 6,0 6,0 18 14 4 3,09 74
Techo 2 3 6,0 6,0 18 2 16 0,39 37
Q Total 322
BañoII
Piso Cerámica 1,9 2 3,8 3,8 18 14 4 1,82 28
Techo 1,9 2 3,8 3,8 18 2 16 0,39 24
Q Total 91
Pasillo
Piso Cerámica 5,65 1 5,7 5,7 18 14 4 1,82 41
Techo 5,65 1 5,7 5,7 18 2 16 0,39 35
Q Total 136
ClosetI
Muralla Este 0,65 2,2 1,4 1,4 18 2 16 0,89 20
Piso Alfombra 0,65 3 2,0 2,0 18 14 4 1,82 14
Techo 0,65 3 2,0 2,0 18 2 16 0,39 12
Q Total 69
ClosetII
Muralla Norte 0,5 2,2 1,1 1,1 18 2 16 0,89 16
Piso Alfombra 0,5 2,2 1,1 1,1 18 14 4 1,82 8
Techo 0,5 2,2 1,1 1,1 18 2 16 0,39 7
Q Total 44
ClosetIII
Muralla Oeste 0,65 2,2 1,4 1,4 18 2 16 0,89 20
Piso Alfombra 0,65 3,9 2,5 2,5 18 14 4 1,82 18
Techo 0,65 3,9 2,5 2,5 18 2 16 0,39 16
Q Total 81

125
Tabla 26. Requerimiento térmico de calefacción por recinto, caso II
Cocina
Muralla Oeste 8 2,2 17,6 2,6 15 18 2 16 0,89 214
Muralla Sur 3 2,2 6,6 1,3 5,3 18 2 16 0,89 75
2 Ventanas Oeste 1,3 1 1,3 1,3 18 2 16 2,5 52
Ventana Sur 1,3 1 1,3 1,3 18 2 16 2,5 52
Piso Cerámica 8 3 24 24 18 14 4 3,09 297
Techo 8 3 24 24 18 2 16 0,39 150
Q Total 1.694
Comedor
Muralla Sur 4,9 2,2 10,8 3 7,8 18 2 16 0,89 111
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 18 2 16 0,89 84
Ventana Sur 1,59 1,9 3,0 3,0 18 2 16 2,5 121
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Cerámica 4,9 4 19,6 19,6 18 14 4 1,82 143
Techo 4,9 4 19,6 19,6 18 2 16 0,39 122
Q Total 903
Living
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 18 2 16 0,89 84
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Cerámica 4 4,9 19,6 19,6 18 14 4 1,82 143
Techo 4 4,9 19,6 19,6 18 2 16 0,39 122
Q Total 672
HallAcceso
Muralla Este 1 2,2 2,2 1,6 0,6 18 2 16 0,89 9
Puerta Este 0,8 2 1,6 1,6 18 2 16 1,96 50
Piso Cerámica 1 3 3,0 3,0 18 14 4 1,82 22
Techo 1 3 3,0 3,0 18 2 16 0,39 19
Q Total 131
DormitorioI
Muralla Sur 1 2,2 2,2 2,2 18 2 16 0,89 31
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 18 2 16 0,89 37
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116

126
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 18 14 4 1,82 55
Techo 3 2,5 7,5 7,5 18 2 16 0,39 47
Q Total 364
DormitorioII
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 18 2 16 0,89 37
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 18 14 4 1,82 55
Techo 3 2,5 7,5 7,5 18 2 16 0,39 47
Q Total 333
DormitorioPpal.
Muralla Este 3 2,2 6,6 3 3,6 18 2 16 0,89 51
Muralla Norte 4 2,2 8,8 2,9 5,9 18 2 16 0,89 84
Ventana Este 1,56 1,9 3,0 3,0 18 2 16 2,5 119
Ventana Norte 1,5 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 114
Piso Alfombra 4 3 12,0 12,0 18 14 4 1,82 87
Techo 4 3 12,0 12,0 18 2 16 0,39 75
Q Total 657
BañoPrincipal
Muralla Norte 3,4 2,2 7,5 7,5 18 2 16 0,89 107
Muralla Oeste 3 2,2 6,6 2 4,6 18 2 16 0,89 66
2 Ventanas Oeste 1 1 1,0 1,0 18 2 16 2,5 40
Piso Alfombra 3,4 3 10,2 10,2 18 14 4 1,82 74
Techo 3,4 3 10,2 10,2 18 2 16 0,39 64
Q Total 889
DormitorioIII
Muralla Oeste 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 18 2 16 0,89 37
Ventana Oeste 1,52 1,9 2,9 2,9 18 2 16 2,5 116
Piso Alfombra 2,5 3,9 9,8 9,8 18 14 4 1,82 71
Techo 2,5 3,9 9,8 9,8 18 2 16 0,39 61
Q Total 387
BañoI
Muralla Oeste 1,5 2,2 3,3 1 2,3 18 2 16 0,89 33
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 18 2 16 2,5 40
Piso Cerámica 1,5 3,9 5,9 5,9 18 14 4 1,82 43
Techo 1,5 3,9 5,9 5,9 18 2 16 0,39 37
Q Total 464

127
Logia Muralla Norte 1 2,2 2,2 2,2 18 2 16 0,89 31
Muralla Oeste 2 2,2 4,4 2,6 1,8 18 2 16 0,89 26
Puerta Oeste 0,8 2 1,6 1,6 18 2 16 1,96 50
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 18 2 16 2,5 40
Piso Cerámica 2 3 6,0 6,0 18 14 4 3,09 74
Techo 2 3 6,0 6,0 18 2 16 0,39 37
Q Total 639
BañoII
Piso Cerámica 1,9 2 3,8 3,8 18 14 4 1,82 28
Techo 1,9 2 3,8 3,8 18 2 16 0,39 24
Q Total 131
Pasillo
Piso Cerámica 5,65 1 5,7 5,7 18 14 4 1,82 41
Techo 5,65 1 5,7 5,7 18 2 16 0,39 35
Q Total 136
ClosetI
Muralla Este 0,65 2,2 1,4 1,4 18 2 16 0,89 20
Piso Alfombra 0,65 3 2,0 2,0 18 14 4 1,82 14
Techo 0,65 3 2,0 2,0 18 2 16 0,39 12
Q Total 68
ClosetII
Muralla Norte 0,5 2,2 1,1 1,1 18 2 16 0,89 16
Piso Alfombra 0,5 2,2 1,1 1,1 18 14 4 1,82 8
Techo 0,5 2,2 1,1 1,1 18 2 16 0,39 7
Q Total 43
ClosetIII
Muralla Oeste 0,65 2,2 1,4 1,4 18 2 16 0,89 20
Piso Alfombra 0,65 3,9 2,5 2,5 18 14 4 1,82 18
Techo 0,65 3,9 2,5 2,5 18 2 16 0,39 16
Q Total Q Total 81

128
Tabla 27. Requerimiento térmico de refrigeración por recinto, caso I
Cocina
Muralla Oeste 8 2,2 17,6 2,6 15 22 32 -10 0,89 -134
Muralla Sur 3 2,2 6,6 1,3 5,3 22 32 -10 0,89 -47
2 Ventanas Oeste 1,3 1 1,3 1,3 22 32 -10 2,5 -33
Ventana Sur 1,3 1 1,3 1,3 22 32 -10 2,5 -33
Piso Cerámica 8 3 24 24 22 14 8 3,09 593
Techo 8 3 24 24 22 32 -10 0,39 -94
Aire: Qventilacion -158
Q Total 96
Comedor
Muralla Sur 4,9 2,2 10,8 3 7,8 22 32 -10 0,89 -69
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 22 32 -10 0,89 -53
Ventana Sur 1,59 1,9 3,0 3,0 22 32 -10 2,5 -76
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Cerámica 4,9 4 19,6 19,6 22 14 8 1,82 285
Techo 4,9 4 19,6 19,6 22 32 -10 0,39 -76
Q Total -190
Living
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 22 32 -10 0,89 -53
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Cerámica 4 4,9 19,6 19,6 22 14 8 1,82 285
Techo 4 4,9 19,6 19,6 22 32 -10 0,39 -76
Q Total -45
HallAcceso
Muralla Este 1 2,2 2,2 1,6 0,6 22 32 -10 0,89 -5
Puerta Este 0,8 2 1,6 1,6 22 32 -10 1,96 -31
Piso Cerámica 1 3 3,0 3,0 22 14 8 1,82 44
Techo 1 3 3,0 3,0 22 32 -10 0,39 -12
Q Total -25
DormitorioI
Muralla Sur 1 2,2 2,2 2,2 22 32 -10 0,89 -20
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 22 32 -10 0,89 -23
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72

129
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 22 14 8 1,82 109
Techo 3 2,5 7,5 7,5 22 32 -10 0,39 -29
Q Total -85
DormitorioII
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 22 32 -10 0,89 -23
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 22 14 8 1,82 109
Techo 3 2,5 7,5 7,5 22 32 -10 0,39 -29
Q Total -65
DormitorioPpal.
Muralla Este 3 2,2 6,6 3 3,6 22 32 -10 0,89 -32
Muralla Norte 4 2,2 8,8 2,9 5,9 22 32 -10 0,89 -53
Ventana Este 1,56 1,9 3,0 3,0 22 32 -10 2,5 -74
Ventana Norte 1,5 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -71
Piso Alfombra 4 3 12,0 12,0 22 14 8 1,82 175
Techo 4 3 12,0 12,0 22 32 -10 0,39 -47
Q Total -181
BañoPrincipal
Muralla Norte 3,4 2,2 7,5 7,5 22 32 -10 0,89 -67
Muralla Oeste 3 2,2 6,6 2 4,6 22 32 -10 0,89 -41
2 Ventanas Oeste 1 1 1,0 1,0 22 32 -10 2,5 -25
Piso Alfombra 3,4 3 10,2 10,2 22 14 8 1,82 149
Techo 3,4 3 10,2 10,2 22 32 -10 0,39 -40
Q Total -91
DormitorioIII
Muralla Oeste 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 22 32 -10 0,89 -23
Ventana Oeste 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Alfombra 2,5 3,9 9,8 9,8 22 14 8 1,82 142
Techo 2,5 3,9 9,8 9,8 22 32 -10 0,39 -38
Q Total -56
BañoI
Muralla Oeste 1,5 2,2 3,3 1 2,3 22 32 -10 0,89 -20
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 22 32 -10 2,5 -25
Piso Cerámica 1,5 3,9 5,9 5,9 22 14 8 1,82 85
Techo 1,5 3,9 5,9 5,9 22 32 -10 0,39 -23
Q Total -22

130
Logia Muralla Norte 1 2,2 2,2 2,2 22 32 -10 0,89 -20
Muralla Oeste 2 2,2 4,4 2,6 1,8 22 32 -10 0,89 -16
Puerta Oeste 0,8 2 1,6 1,6 22 32 -10 1,96 -31
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 22 32 -10 2,5 -25
Piso Cerámica 2 3 6,0 6,0 22 14 8 3,09 148
Techo 2 3 6,0 6,0 22 32 -10 0,39 -23
Q Total -7
BañoII
Piso Cerámica 1,9 2 3,8 3,8 22 14 8 1,82 55
Techo 1,9 2 3,8 3,8 22 32 -10 0,39 -15
Q Total 16
Pasillo
Piso Cerámica 5,65 1 5,7 5,7 22 14 8 1,82 82
Techo 5,65 1 5,7 5,7 22 32 -10 0,39 -22
Q Total -10
ClosetI
Muralla Este 0,65 2,2 1,4 1,4 22 32 -10 0,89 -13
Piso Alfombra 0,65 3 2,0 2,0 22 14 8 1,82 28
Techo 0,65 3 2,0 2,0 22 32 -10 0,39 -8
Q Total -5
ClosetII
Muralla Norte 0,5 2,2 1,1 1,1 22 32 -10 0,89 -10
Piso Alfombra 0,5 2,2 1,1 1,1 22 14 8 1,82 16
Techo 0,5 2,2 1,1 1,1 22 32 -10 0,39 -4
Q Total -5
ClosetIII
Muralla Oeste 0,65 2,2 1,4 1,4 22 32 -10 0,89 -13
Piso Alfombra 0,65 3,9 2,5 2,5 22 14 8 1,82 37
Techo 0,65 3,9 2,5 2,5 22 32 -10 0,39 -10
Q Total -3

131
Tabla 28. Requerimiento térmico de refrigeración por recinto, caso II
Cocina
Muralla Oeste 8 2,2 17,6 2,6 15 22 32 -10 0,89 -134
Muralla Sur 3 2,2 6,6 1,3 5,3 22 32 -10 0,89 -47
2 Ventanas Oeste 1,3 1 1,3 1,3 22 32 -10 2,5 -33
Ventana Sur 1,3 1 1,3 1,3 22 32 -10 2,5 -33
Piso Cerámica 8 3 24 24 22 14 8 3,09 593
Techo 8 3 24 24 22 32 -10 0,39 -94
Aire:
Qventilacion -475
Q Total -221
Comedor
Muralla Sur 4,9 2,2 10,8 3 7,8 22 32 -10 0,89 -69
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 22 32 -10 0,89 -53
Ventana Sur 1,59 1,9 3,0 3,0 22 32 -10 2,5 -76
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Cerámica 4,9 4 19,6 19,6 22 14 8 1,82 285
Techo 4,9 4 19,6 19,6 22 32 -10 0,39 -76
Q Total -190
Living
Muralla Este 4 2,2 8,8 2,9 5,9 22 32 -10 0,89 -53
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Cerámica 4 4,9 19,6 19,6 22 14 8 1,82 285
Techo 4 4,9 19,6 19,6 22 32 -10 0,39 -76
Aire:
Qventilacion -129
Q Total -45
HallAcceso
Muralla Este 1 2,2 2,2 1,6 0,6 22 32 -10 0,89 -5
Puerta Este 0,8 2 1,6 1,6 22 32 -10 1,96 -31
Piso Cerámica 1 3 3,0 3,0 22 14 8 1,82 44
Techo 1 3 3,0 3,0 22 32 -10 0,39 -12
Aire:
Qventilacion -20
Q Total -25
DormitorioI
Muralla Sur 1 2,2 2,2 2,2 22 32 -10 0,89 -20
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 22 32 -10 0,89 -23

132
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 22 14 8 1,82 109
Techo 3 2,5 7,5 7,5 22 32 -10 0,39 -29
Aire:
Qventilacion -50
Q Total -85
DormitorioII
Muralla Este 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 22 32 -10 0,89 -23
Ventana Este 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Alfombra 3 2,5 7,5 7,5 22 14 8 1,82 109
Techo 3 2,5 7,5 7,5 22 32 -10 0,39 -29
Q Total -65
DormitorioPpal.
Muralla Este 3 2,2 6,6 3 3,6 22 32 -10 0,89 -32
Muralla Norte 4 2,2 8,8 2,9 5,9 22 32 -10 0,89 -53
Ventana Este 1,56 1,9 3,0 3,0 22 32 -10 2,5 -74
Ventana Norte 1,5 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -71
Piso Alfombra 4 3 12,0 12,0 22 14 8 1,82 175
Techo 4 3 12,0 12,0 22 32 -10 0,39 -47
Q Total -181
BañoPrincipal
Muralla Norte 3,4 2,2 7,5 7,5 22 32 -10 0,89 -67
Muralla Oeste 3 2,2 6,6 2 4,6 22 32 -10 0,89 -41
2 Ventanas Oeste 1 1 1,0 1,0 22 32 -10 2,5 -25
Piso Alfombra 3,4 3 10,2 10,2 22 14 8 1,82 149
Techo 3,4 3 10,2 10,2 22 32 -10 0,39 -40
Q Total -361
DormitorioIII
Muralla Oeste 2,5 2,2 5,5 2,9 2,6 22 32 -10 0,89 -23
Ventana Oeste 1,52 1,9 2,9 2,9 22 32 -10 2,5 -72
Piso Alfombra 2,5 3,9 9,8 9,8 22 14 8 1,82 142
Techo 2,5 3,9 9,8 9,8 22 32 -10 0,39 -38
Q Total -56
BañoI
Muralla Oeste 1,5 2,2 3,3 1 2,3 22 32 -10 0,89 -20
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 22 32 -10 2,5 -25
Piso Cerámica 1,5 3,9 5,9 5,9 22 14 8 1,82 85
Techo 1,5 3,9 5,9 5,9 22 32 -10 0,39 -23
Q Total -178

133
Logia
Muralla Norte 1 2,2 2,2 2,2 22 32 -10 0,89 -20
Muralla Oeste 2 2,2 4,4 2,6 1,8 22 32 -10 0,89 -16
Puerta Oeste 0,8 2 1,6 1,6 22 32 -10 1,96 -31
Ventana Oeste 1 1 1,0 1,0 22 32 -10 2,5 -25
Piso Cerámica 2 3 6,0 6,0 22 14 8 3,09 148
Techo 2 3 6,0 6,0 22 32 -10 0,39 -23
Q Total -205
BañoII
Piso Cerámica 1,9 2 3,8 3,8 22 14 8 1,82 55
Techo 1,9 2 3,8 3,8 22 32 -10 0,39 -15
Q Total -9
Pasillo
Piso Cerámica 5,65 1 5,7 5,7 22 14 8 1,82 82
Techo 5,65 1 5,7 5,7 22 32 -10 0,39 -22
Q Total -10
ClosetI
Muralla Este 0,65 2,2 1,4 1,4 22 32 -10 0,89 -13
Piso Alfombra 0,65 3 2,0 2,0 22 14 8 1,82 28
Techo 0,65 3 2,0 2,0 22 32 -10 0,39 -8
Q Total -5
ClosetII
Muralla Norte 0,5 2,2 1,1 1,1 22 32 -10 0,89 -10
Piso Alfombra 0,5 2,2 1,1 1,1 22 14 8 1,82 16
Techo 0,5 2,2 1,1 1,1 22 32 -10 0,39 -4
Q Total -5
ClosetIII
Muralla Oeste 0,65 2,2 1,4 1,4 22 32 -10 0,89 -13
Piso Alfombra 0,65 3,9 2,5 2,5 22 14 8 1,82 37
Techo 0,65 3,9 2,5 2,5 22 32 -10 0,39 -10
Q Total -3

134
Planos
Planos: 01-02
Planta de vivienda.
Detalle serpentines subterráneos horizontales geotérmicos.
Detalle serpentín horizontal.
Planos: 02-02
Detalle bomba de calor geotérmica
Detalle losa radiante.

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