FORMACIN DISTANCIA UNIDAD DIDCTICA

ENERGA GEOTRMICA

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1.INTRODUCCIN

La energa geotrmica no es , en sentido estricto, una energa renovable, ya que, a muy largo

plazo ( centenares de millones de aos), la Tierra se comporta ms como un sistema de

almacenamiento de energa trmica que como un productor continuo de la misma. A ms corto

plazo, la energa de origen geotrmico es reemplazada continuamente desde el interior de la

Tierra. Sin embargo, los sistemas de explotacin puestos en marcha hasta el momento, para ser

ms competitivos desde el punto de vista econmico, utilizan la energa geotrmica a un ritmo

superior al que emana desde el interior de la Tierra, haciendo uso de calor almacenado durante

siglos a diferentes profundidades y en diferentes sistemas geolgicos. De este modo, las fuentes

geotrmicas pueden llegar a acotarse en decenas de aos en un determinado punto, el cual,

tras dejar de ser explotable, podra tardar siglos en recuperarse.

La energa geotrmica constituye un recurso energtico considerable, si se tiene en cuenta que

el flujo de calor total a travs de la superficie de la Tierra se verifica a un ritmo que duplica el

ritmo de consumo total de energa anual de todos sus habitantes. Sin embargo, en reas de

flujo de calor geotrmico normal, su explotacin puede no ser rentable desde el punto de vista

econmico. En otros lugares, como los situados en reas volcnicas o prximos a los bordes de

placas continentales, o cercanos a intrusiones magmticas, los flujos trmicos anmalos que

aparecen pueden hacer que la utilizacin de calor de origen geotrmico sea competitiva frente

a otras fuentes energticas.

Desde el punto de vista histrico, las fuentes de energa geotrmica han sido explotadas desde

el tiempo de los romanos con el fin de utilizar agua caliente en aplicaciones teraputicas, en

usos domsticos o en instalaciones para el ocio. Balnearios romanos existieron en

Centroeuropa, en Espaa o en Gran Bretaa. Los maores utilizaban vapor geotrmico para

calefaccin y cocina y fuentes de agua caliente para el bao, lavado y aplicaciones sanitarias. A

partir del siglo XIX, con la evolucin de la tecnologa y de los materiales para construir

herramientas, se pudieron llevar a cabo perforaciones que permitieron localizar rocas

suficientemente calientes como para pensar en la utilizacin de ese calor en la generacin de

electricidad. La primera central elctrica que utiliz energa geotrmica fue instalada en

Larderello., Toscana, en 1904, y producira una potencia de 250 Kw. Esta central sigue

funcionando, generando ms de 400 MW elctricos, aunq existe proyectada una ampliacin

que permitira llegar a los 890 MW. La segunda central elctrica de transformacin de energa

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geotrmica se construy en los aos 1950 en el campo de Wairakey, Nueva Zelanda. A esta le

sigui, la central del campo de los giser, en el Norte de California, que se puso en marcha en

1960 y cuya capacidad de produccin es de 2800 MW. Desde entonces numerosos pases

situados en zonas con actividad volcnica o tectnica han tratado de hacer uso de este tipo de

recurso energtico, sobre todo en pocas de alza en el precio del petrleo, lo que ha dado lugar

al consiguiente desarrollo de la tecnologa necesaria para hacer ms rentable esta fuente de

energa alternativa.

2. ORIGEN Y CARACTERSTICAS DE LA ENERGA GEOTRMICA

El flujo calorfico que emana de la Tierra tiene su origen en la gran diferencia de temperatura

que existe entre el denominado ncleo interno y la superficie. El ncleo interno est formado

por Ni y Fe, y se mantiene en estado slido, pese a la elevada temperatura, debido a las

presiones que reinan a tales profundidades ( de 5150 a 6370 km). En el ncleo rodea al ms

interno y a l llega el calor por conduccin. Entre los 2900 km y los 30 ltimos km, que

corresponden a la corteza, se encuentra el manto, formado por magma fundido a temperaturas

de 100C.

En general, estas propiedades y otras, como la velocidad de propagacin de ondas ssmicas y la

densidad, dependen de la temperatura, de la presin o de la composicin de estas zonas,

aunque en las regiones ms profundas la influencia de la presin sobre las propiedades es

mayor que la de la temperatura. La distribucin de temperaturas que se se observa parece ser

debida a la existencia de calor residual, emitido tanto por procesos acaecidos en tiempos

remotos, como por los que se relacionan con el origen del planeta, junto con la contribucin

local de desintegraciones radiactivas. El gradiente de temperatura existente entre el manto y la

corteza pone en marcha procesos de transporte de calor por difusin y conveccin de magma

fundido, que dan lugar a que importantes cantidades de energa calorfica lleguen a rocas y a

acuferos prximos a la superficie en determinados puntos de la Tierra. La proximidad a la

superficie de estos focos de calor los hace relativamente accesibles, lo que facilita su posible

explotacin como fuente energtica. Este calor geotrmico suele ser de baja calidad, ya que la

temperatura a la que llega puede oscilar entre 50 y 70 C. Y suele ser til para calefaccin o para

ciertos procesos agrcolas, como el secado de madera o paja, o para el precalentamiento en

procesos de alta temperatura. En cierta reas, a las que llegan flujo geotrmicos anmalos, se

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puede tener claro a temperaturas de 150 C y para la produccin elctrica. As , en algunos

pases como Italia, Islandia, Estados Unidos o Nueva Zelanda, existen centrales elctricas

geotrmicas en pleno funcionamiento.

No obstante, las exigencias energticas en forma de calor, necesarias para producir cantidades

de electricidad significativas, teniendo en cuenta las bajas eficiencias de conversin que se

alcanzan al convertir una fuente energtica de bajo grado o nobleza, como es el calor, en una

energa de alto grado termodinmico como es la electricidad, provocan que el ritmo de

utilizacin de la energa calorfica en centrales elctricas geotrmicas sea superior a aquel al que

es aportada por el flujo trmico desde el interior. Por lo tanto, una fraccin significativa de calor

que se utiliza en las centrales elctricas geotrmicas es calor almacenado durante siglos en

rocas o acuferos. Como consecuencia de ello, en un intervalo de tiempo de varios aos se

puede llegar a un enfriamiento del rea, cuya recuperacin puede necesitar dcadas o incluso

siglos. En consecuencia, para tan elevados ritmos de utilizacin de energa no puede afirmarse

que el recurso sea una energa renovable, considerada a largo plazo.

La reas donde se localizan recursos geotrmicos significativos pueden tener una superficie de

varios km2 y llegar a profundidades de hasta 5 km. La regiones del mundo que se caracterizan

por presentar flujos calorficos mayores, suelen coincidir con los bordes de las placas

continentales y con zonas volcnicas. Es en ellas donde se han instalado los mayores campos de

aprovechamiento de recursos geotrmicos, como son los de giser y Brady en Estados

nidos;Cerro Prieto, Valle Caldera en Mxico; Namaskard en Islandia, Larderello en Italia, Rift

Valley en Kenia o Matsukawa en Japn.

Como ya se ha dicho, los recursos geotrmicos slo pueden ser considerados energa renovable

si su ritmo de explotacin no es superior al ritmo al que emana el calor desde el interior. En

muchas explotaciones geotrmicas, lo que realmente se hace es agotar el calor almacenado,

por ejemplo en rocas, ya que el calor es extrado ms rpidamente que lo que tarda en llegar

desde el interior, lo que lleva al agotamiento del recurso en un determinado perodo.

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FIGURA 105. REGIONES GEOTRMICAS DEL MUNDO

En general puede afirmarse que los recursos geotrmicos se caracterizan por flujo anmalos, y

para su explotacin se instalan plantas geotrmicas de produccin de electricidad que extraen

calor a un ritmo muy superior al de recarga, y por consiguiente, tienen que ser considerados

como fuentes energticas no renovables.

3. ORIGEN DEL CALOR GEOTRMICO

Se cree que el origen del calor interno de la Tierra procedera del proceso de formacin de la

Tierra, el cual se cree que comenz hace alrededor 4600 millones de aos, a partir de una nube

de polvo y de gases procedente de la explosin de una supernova que , en parte, form el Sol

por colapso gravitatorio, mientras que los materiales sobrantes, tras enfriarse parcialmente,

formaron bloques cada vez ms grandes, por un proceso denominado de acrecin

gravitatoria. Los bloques de rocas, acelerados por la accin gravitatoria, chocaron entre s,

conviritiendo su energa cintica en calor, el cual elev la temperatura muy por encima de la

temperatura de fusin de metales tan abudantes y relativamente densos como el Fe y el Ni.

Estos dos metales se encentran formando el ncleo interno, y en estado slido , a paesar de la

temperatura reiante a tal profundidad, y parece que componen, mayoritariamente, el

denominado ncleo interno, que se extiende a lo largo de unos 1220 km, desde el centro (

situado a una profundidad de 6370 km) hasta una profundidad de 5140 km y en el que la

temperatura alcanza valores de 4000C.

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FIGURA 106. ESTRUCTURA INTERNA DE LA SERIE

La parte ms externa perdi calor por radiacin, dando lugar a la formacin de una corteza, de

unos 30 km de espesor que est en contacto con el manto semifluido, que se extiende hasta los

2900 km de profundidad y cuya temperatura es de alrededor 1000C.Dicha temperatura se

mantiene como consecuencia de procesos convectivos, en lo que est implicado el fluido

magmtico, y de procesos de transporte de calor por conduccin, desde los ncleos externo e

interno, que estn a mayor temperatura. La diferencia de temperatura entre el manto y la

superficie es superior a los 900C.

Por otra parte, la propia accin de asentamiento gravitacional de las muchas capas de

materiales dio lugar a una conversin de energa potencial en toras formas de energa y ,

finalmente, en calor. Teniendo en cuenta que la velocidad de desintegracin radiactiva decrece

exponencialmente con el tiempo, se puede estimar que la velocidad de produccin de calor a

partir de esta fuente era alrededor de cinco veces mayor en la poca en que la Tierra se form.

Adems, tanto la friccin del ncleo con capas ms externas, como la ocurrencia de reacciones

exotrmicas en diversos puntos, pueden contribuir tambin a la produccin geotrmica.

Todos estos procesos se verifican a lo largo de intervalos de tiempo tan prolongados que no es

posible hacer un clculo que permita determinar si la temperatura de la tierra est aumentando

o disminuyendo en este momento.

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4. POTENCIAL DE LA ENERGA GEOTRMICA

Para que exista un yacimiento geotrmico, segn las investigaciones geolgicas, geofsicas y

geoqumicas realizadas en una gran cantidad de sistemas geotrmicos, se requiere que se den

una serie de circunstancias:

Presencia de una fuente de calor. Esta fuente, generalmente, est constituida por un cuerpo

de magma situado a una profundidad razonable, desde el cual se trasmite el calor a las rocas

circundantes.

Presencia de agua. El yacimiento debe ser susceptible de ser recorrido por una corriente de

agua. Esta agua puede haberse infiltrado en el subsuelo, a travs de fracturas o rocas

permeables, hasta alcanzar la profundidad necesaria para ser calentada por la fuente de calor.

Tambin es posible que el agua sea inyectada por el hombre artificialmente desde la superficie.

Desde hace bastante tiempo la reinyeccin de agua ha sido empleada en diversas partes del

mundo como una manera de reducir el impacto ambiental del funcionamiento de las plantas

geotrmicas. Asimismo, la recarga artificial ayuda a mantener campos geotrmicos que tienden

al agotamiento por falta de fluidos.

Presencia de un depsito. El volumen de este depsito lo proporciona rocas permeables

situadas a una profundidad, accesible mediante perforaciones, donde se almacena el agua

caliente o el vapor, que son los medios para transportar el calor.

Existencia de una cubierta impermeable. Su presencia es necesaria para impedir que los

fluidos se escapen hacia el exterior del yacimiento.

5. TIPOS DE YACIMIENTOS

Teniendo en cuenta cuestiones relacionadas con la presencia o no de agua, del estado de la

misma (lquido, vapor), de las condiciones en que sta se encuentre (alta o baja presin), y de la

estructura geolgica del yacimiento, stos pueden clasificarse en: sistemas hidrotrmicos,

sistemas geopresurizados y sistemas de roca caliente seca.

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Sistemas hidrotrmicos

Los sistemas hidrotrmicos disponen de agua en su interior, normalmente procedente de

deshielos o de la lluvia. Suelen encontrase a profundidades comprendidas entre 1 km y 10 km.

En funcin de la fase en que se encuentre el agua se clasifican en: sistemas con predominio de

vapor de agua y sistemas con predominio de agua lquida. Estos son los nicos sistemas que

han superado las etapas de investigacin y desarrollo experimental, encontrndose,

actualmente, en la etapa de explotacin comercial.

La entalpa (calor termodinmico total del sistema) de los sistemas con predominio de vapor es

del orden de 600 kcal/kg. Las temperaturas suelen ser uniformes y estar comprendidas entre

150 C y 400 C. Las presiones no suelen superar los 5 MPa. Estas caractersticas del vapor

sobrecalentado seco son apropiadas para que, una vez extrado mediante la perforacin de

pozos, pueda ser utilizado para la generacin de energa elctrica con un rendimiento

aceptable.

En los sistemas con predominio de agua en estado lquido las entalpas pueden ser altas (200

kcal/kg a 400 kcal/kg) o bajas.

En los sistemas de alta entalpa las temperaturas reinantes pueden encontrarse en el rango de

180 C a 300 C. Las presiones no suelen ser superiores a 1 MPa. Generalmente, cuando el fluido

alcanza la superficie, bien de forma natural (existencia de grietas), o artificial (perforacin

realizada por el hombre), sbitamente se transforma en vapor, debido a la disminucin de la

presin durante el ascenso. Las caractersticas del vapor de los sistemas de alta entalpa hacen

que stos sean apropiados para generar energa elctrica.

En los sistemas de baja entalpa, con temperaturas menores de 100 C, el agua que se extraiga

en la superficie, por su propia presin o mediante bombeo, tendr una temperatura inferior a su

punto de ebullicin, por lo que su aplicacin ms idnea es el calentamiento de algn fluido

(calefaccin industrial, urbana y agrcola). Los yacimientos de baja entalpa son muy abundantes

y su distribucin superficial suele ser regular.

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Sistemas geopresurizados

El fluido en los sistemas geopresurizados, generalmente agua lquida, se encuentra sometido a

presiones que pueden alcanzar hasta 100 MPa. Sin embargo, las temperaturas no suelen ser

excesivamente altas (150 C-250 C). El agua suele coexistir con gases naturales (metano), lo que

dificulta su explotacin en la actualidad. Sin embargo, hay que sealar que, en el futuro, cuando

se desarrolle una tecnologa apropiada para su explotacin comercial rentable, ser posible

utilizar tres fuentes de energa: la hidrulica del fluido (presin), la trmica del fluido (calor) y la

energa primaria de los gases naturales.

Sistemas de roca caliente seca

Los sistemas de roca caliente seca se caracterizan por estar constituidos por rocas

impermeables, con temperaturas entre 150 C y 300 C, y por carecer de acufero. La

impermeabilidad del sistema, su baja conductividad trmica y la carencia de un fluido que lo

recorra constituyen el escollo principal para su explotacin. De hecho, a pesar de representar

estos sistemas un porcentaje muy elevado de los recursos geotrmicos mundiales, an se

encuentran en la etapa de investigacin.

Cuando se desarrollen tcnicas y tecnologas que permitan penetrar en el roca y transformarla,

en un intercambiador que comunique el calor del foco caliente a un fluido que se inyecte desde

la superficie, podr transformase la energa trmica en energa elctrica con rendimientos que

se prevn comprendidos entre el 8% y el 20%.

6.APLICACIONES ENERGA GEOTRMICA

6.1 TIPOS DE CENTRALES GEOTRMICAS

Las caractersticas de cada central geotrmica vendrn condicionadas por el fluido geotrmico

que se pueda explotar en el yacimiento.

Las caractersticas termodinmicas del fluido (temperatura y presin), la fase en que se

encuentre el fluido (vapor seco, mezcla de agua y vapor, etc.), la salinidad del fluido, las

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caractersticas de los elementos disueltos en el fluido, etc., influyen decisivamente en las

caractersticas tecnolgicas del equipamiento necesario en la central.

Igualmente, el modelo de yacimiento geotrmico, su capacidad de renovacin del fluido, el

volumen del almacn, etc., condicionan el diseo del modelo de gestin del campo geotrmico.

En este sentido, la necesidad de mantener presiones en el almacn geotrmico obligara a

disear un circuito, equipos de bombeo y sondeos de inyeccin a travs de los que se inyecta

una parte del fluido extrado y se renueva el fluido que sirve de transporte al calor geotrmico.

Es el tipo de fluido, que se localiza en el yacimiento, el que condiciona principalmente el tipo de

central geotrmica precisa. En este sentido, los campos de vapor seco (tan slo unos pocos

casos en el globo) son los que permiten utilizar la tecnologa ms sencilla, ya que el fluido

geotrmico se puede llevar directamente a la turbina para producir electricidad. La produccin

del vapor en los sondeos es por expansin, al reducir la presin, de modo muy similar a la

produccin de los campos de gas natural.

Hay varios tipos de tecnologas disponibles para la explotacin de yacimientos:

Ciclo directo sin condensacin: este es el ciclo ms simple y ms barato en cuanto a

costo de planta. El vapor procedente directamente del pozo pasa a las turbinas de

donde escapa a la atmsfera. Estas unidades pueden llegar a consumir doble cantidad

de vapor por kilovatio producido que las unidades con condensacin. Se suelen usar

como plantas pilotos, o bien para pequeos suministros locales a partir de pozos de

produccin aislados e incluso como pequeas centrales de punta. Su uso es obligado

cuando el con- tenido en gases no condensables es superior al 50% o cuando el

contenido total de gases excede del 10%, debido al alto costo que representara la

separacin de gases en los condensadores.

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FIGURA 107.CICLO DIRECTO SIN CONDENSACIN

Ciclo directo con condensacin: ste es el ms comn de los ciclos utilizados en caso

de vapor seco, tal como ocurre en Larderello (Italia), The Geysers (USA) y Matsukawa

(Japn). En ellos, el vapor, despus de pasar por las turbinas, es condensado

extrayndose los gases contenidos en el vapor.

FIGURA 108. CICLO DIRECTO CON CONDENSACIN

Ciclo indirecto con condensacin y recuperacin de aguas mineralizadas: algunas

veces la naturaleza corrosiva del vapor es tal que impide su paso directo a las turbinas.

Este es el caso de las primeras unidades de Larderello (Italia). El vapor procedente del

pozo ceda su energa a un vapor limpio que era el que pasaba a las turbinas. Hoy da

este ciclo es casi inusual debido al avance conseguido en los materiales para turbinas,

que resisten ya la presencia de productos corrosivos en el vapor. Los minerales ms

comnmente recuperados eran cido brico y amoniaco. El valor de estos minerales

haca competitivo el sistema a pesar del despilfarro energtico que representaba. Se

utilizaron hasta aproximadamente la mitad del siglo XX en que surgieron otros mtodos

de produccin de los citados minerales.

Mucho ms frecuentes son, sin embargo, los yacimientos geotrmicos en los que el fluido se

compone de una mezcla de agua y vapor (vapor hmedo). Se pueden citar los yacimientos de

Imperial Valley y Salton Sea (USA), Wairakei (Nueva Zelanda) Reykjavik (Islandia) y Cerro Prieto

en Mxico. La energa recuperable en este tipo de yacimientos es muy superior a la que se

recupera en los campos de vapor dominante.

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Los campos de agua caliente se explotan generalmente mediante ciclo semidirecto con ash en

una o varias etapas y con condensacin. Este ciclo es el utilizado en las centrales

geotermoele ctricas ms abundantes. La primera operacin que se realiza es a separacin de las

fases vapor y agua lquida. El vapor se enva a la turbina de alta presin o a la zona de alta de

turbinas multietapas. El agua caliente separada es sometida a flashing, con separacin de vapor

a baja presin que se enva a turbinas de baja presin o a la zona de baja de las turbinas

multietapas.

FIGURA 109. PLANTA FLASH

Plantas con ciclo de doble flash existen en Wairakei. Este tipo de ciclos semidirectos tambin se

pueden llevar a cabo sin ningn flashing con lo que el agua procedente del separador es

eliminada directamente, produciendo electricidad nicamente con el vapor procedente de la

primera separacin, aunque desaprovechando gran cantidad de energa.

Tanto en los casos en que los fluidos no tengan la suficiente entalpa como en aquellos en que

el fluido tenga un elevado nivel de salinidad (campos de salmueras), se utilizan ciclos binarios

en los que el fluido que se enva a turbina no es el propio fluido geotrmico.

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FIGURA 110.PLANTA DE CICLOS BINARIOS

6.2 EQUIPAMIENTOS

El equipamiento que caracteriza a una central geotrmica es el que se deriva del tipo de recurso

utilizado. Bsicamente son los sondeos de produccin con sus cabezales y vlvulas, las tuberas

de conduccin del fluido geotrmico, las bombas de impulsin, los posibles separadores e

intercambiadores y las turbinas. Los materiales empleados dependen fundamentalmente de las

caractersticas qumicas y termodinmicas del fluido geotrmico.

Los sondeos de explotacin para extraer el vapor o agua caliente se perforan con tcnicas

similares a las utilizadas para el petrleo, y las nicas diferencias derivan de las altas

temperaturas que deben soportar los pozos asociados a un yacimiento geotrmico, lo que

afecta al sistema de circulacin del fluido, al tipo de cimentacin de las paredes, al tipo de cable

de perforacin y al entubado del pozo. Normalmente, se perfora a rotacin, y el fluido utilizado

es lodo o aire comprimido. La profundidad de los pozos puede ser muy variable, desde algunos

centenares de metros hasta ms de 6.000 m.

La tubera de perforacin esta formada por un conjunto de tubos de acero cilndricos,

conectados en sus extremos por collares o uniones de tubera, y su finalidad es transmitir a la

barrena el par mecnico, proveniente de la mesa rotatoria, con el mnimo posible de prdidas. A

la vez debe permitir, por su interior, el paso del fluido de perforacin hasta la barrena.

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Cuando la roca no es consolidada, se coloca un tubo de revestimiento para evitar

desprendimientos. En la zona productora se coloca un filtro para retener los slidos gruesos.

Debe soportar la posible corrosin del uido, as como la fatiga trmica derivada de las

variaciones de temperatura entre produccin y parada. Normalmente son de acero de alta

calidad.

Las turbinas de vapor son mquinas trmicas que generan energa a partir de vapor a alta

presin y temperatura; este vapor se expansiona hasta una presin menor y parte de la

diferencia de entalpa entre el vapor entrante y saliente se convierte en energa mecnica en el

eje de la mquina. En funcin de sus condiciones de trabajo, las turbinas de vapor suelen

agruparse en los siguientes tipos bsicos de turbinas: condensacin, contrapresin,

condensacin con extraccin intermedia y con recalentamiento intermedio.

El condensador es un equipo indispensable en cualquier planta elctrica alimentada con

energa geotrmica; su objetivo primordial consiste en mantener una temperatura de

condensacin lo suficientemente baja para que la relacin de expansin en la turbina sea

aceptable.

En funcin de las caractersticas particulares de cada lugar, como por ejemplo disponibilidad de

agua superficial, desnivel utilizable, factores meteorolgicos, tecnologa disponible, etc., se

elige el tipo de condensador ms adecuado. Los ms normales son condensadores coraza-tubo,

de contacto directo o refrigerados por aire.

Las torres de enfriamiento son equipos destinados a enfriar agua, procedente del

condensador, a costa de ceder calor al aire atmosfrico. En funcin del mecanismo de

circulacin de aire, se distinguen dos tipos de torres de refrigeracin: torres de tiro natural y

torres de tiro forzado.

6.3 APROVECHAMIENTO DIRECTO DEL CALOR

Los fluidos geotrmicos de baja temperatura (< 100C), tal como se ha visto con anterioridad,

pueden ser utilizados para la aplicacin directa del calor.

Las principales aplicaciones de este tipo, excluido el uso balneario, se concentran en el sector

residencial (calefaccin y ACS) y en la calefaccin de invernaderos.

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En cualquier caso, debido al elevado coste de los sistemas de transporte del calor (tuberas

trmicamente aisladas y protegidas contra la corrosin y el depsito de elementos disueltos), se

requiere una importante demanda a poca distancia del aprovechamiento geotrmico. De

hecho, para esquemas basados en almacenes sedimentarios profundos (del orden de los 2.000-

2.500 m) se requiere una demanda en superficie del orden de unas 3.000 viviendas.

Dado que en numerosos casos los recursos de baja temperatura se localizan en estos almacenes

sedimentarios profundos, en los que el fluido disuelve gran cantidad de elementos minerales de

la roca por la que circula caliente, los fluidos geotrmicos se convierten en salmueras con

elevados contenidos salinos.

Con objeto de evitar el deterioro ambiental que significara un vertido de tales salmueras y para

mantener las presiones en el yacimiento, el fluido geotrmico se inyecta en el yacimiento una

vez que se le ha extrado la energa calorfica.

Se habla en estos casos de explotacin mediante doblete de sondeos; un sondeo de extraccin

por el que se obtiene, generalmente mediante bombeo, el fluido geotrmico. Tras su paso por

el llamado intercambiador primario, el fluido ya enfriado es reinyectado en el yacimiento a

travs de un segundo sondeo (sondeo de inyeccin).

Los dos sondeos que constituyen el doblete suelen ser perforados a escasos metros de distancia

en superficie, con lo que el circuito geotrmico en superficie se reduce a las dos cabezas de

pozo y el intercambiador primario. Por regla general, la plataforma sobre la que se sita la

maquinaria de perforacin es la misma para ambos sondeos. En profundidad, los sondeos

pueden ser verticales en su totalidad o, lo ms habitual, al menos uno de ellos se desva a partir

de cierta profundidad.

Con objeto de adecuar el empleo de la geotermia a unas de- terminadas condiciones de la

demanda energtica, se suele adoptar una solucin que consiste en utilizar la geotermia como

energa de base para el suministro energtico y una fuente de apoyo (en muchos casos la

caldera tradicional a la que la geotermia viene a sustituir) que suministre las puntas de

demanda. Como orden de magnitud se habla de la cobertura mediante geotermia del 50% de la

potencia mxima demandada, lo que equivale a cubrir mediante la geotermia el 80% de la

demanda energtica total.

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En cuanto al resto de las caractersticas de los sistemas de distribucin del calor, etc., se puede

decir bsicamente que son similares a los de centrales trmicas convencionales utilizadas en los

sistemas de calefaccin de distrito. En todo caso, es conveniente sealar que los sistemas

geotrmicos se adaptan de manera ms favorable a los sistemas de calefaccin de baja

temperatura (suelos radiantes o radiadores de baja temperatura) que a los sistemas ms

antiguos que utilizan radiadores con agua a muy alta temperatura.

6.4 BOMBA DE CALOR GEOTRMICA

Cuando la temperatura del fluido geotrmico no alcanza los niveles de temperatura superiores

a 50C, la nica posibilidad de suministrar calefaccin a los locales consiste en la utilizacin de la

bomba de calor. De esta forma, los recursos geotrmicos de muy baja temperatura, incluyendo

los acuferos convencionales con aguas a temperaturas del orden de 15-20C, pueden ser

aprovechados para la calefaccin de locales y viviendas con sistemas modernos que no utilizan

temperaturas en el circuito de calefaccin tan elevadas como antiguamente.

El agua extrada de los sondeos, a temperaturas entre 15 y 50C, suele tener menores niveles de

salinidad; mediante la bomba de calor aporta al circuito de calefaccin la energa trmica

requerida y puede posteriormente ser reinyectada o empleada para otros usos.

La estabilidad trmica de los uidos geotrmicos, as como del agua subterrnea, permite

dimensionar la bomba de calor con unos niveles de precisin muy elevados y as obtener

rendimientos trmicos mucho ms elevados que los que se obtendran con otros fluidos (agua

de ros, aire, etc.).

Esta estabilidad trmica es debida al aporte permanente de calor desde el interior del globo y

que se disipa constantemente desde la parte exterior del planeta. El flujo de calor desde el

interior de la Tierra hacia la parte ms exterior de su corteza, constituye precisamente el origen

de la energa geotrmica. Por ello, este tipo de aprovechamientos no son ni ms ni menos que

aprovechamientos geotrmicos de recursos de muy baja temperatura.

Como suele ser habitual en los sistemas que utilizan bomba de calor, el aprovechamiento

puede ser utilizado tanto para la produccin de calor en invierno como para la refrigeracin en

verano, teniendo en cuenta las diferencias de demanda en cuanto a ambas necesidades

energticas.

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Cuando se trata de aprovechamientos del agua subterrnea, es decir con recursos a 15-20C,

orientados nicamente a estos fines energticos, las profundidades ptimas de la captacin

que permite adecuados rendimientos econmicos son del orden de 4 a 50 metros; no es as en

los casos en que el agua sea destinada a otros usos. En todo caso, la posibilidad de un

aprovechamiento no consuntivo del agua (nicamente se aprovecha su nivel energtico) ofrece

gran inters en reas con recursos limitados.

Casos similares a los descritos en los aprovechamientos de recursos geotrmicos de muy baja

temperatura son aquellos que aprovechan las temperaturas de las aguas de minas o de obras

subterrneas (tneles, etc.). La situacin es muy similar a la descrita anteriormente, con

temperaturas muy estables y, en general, con caudales importantes de agua capaz de ser

aprovechada para usos energticos.

Aun cuando la existencia de almacenes geotrmicos de baja y muy baja temperatura

(incluyendo en ellos los acuferos) esta ampliamente distribuida a lo largo de la geografa, se

localizan tambin muchas otras reas en las que por profundidad de estos niveles o por

impermeabilidad de los terrenos, no existe posibilidad de aprovechar los niveles energticos de

las aguas del sub- suelo. Sin embargo, esto no impide que se pueda aprovechar el flujo de calor

que mantiene a temperaturas estables los materiales geolgicos situados en los niveles ms

externos de la corteza terrestre. Son variadas las tecnologas que se han desarrollado para

aprovechar el calor del subsuelo. Se diferencian fundamentalmente de los aprovechamientos

de recursos geotrmicos de muy baja temperatura en que aquellos son sistemas abiertos en los

que el agua captada se lleva directamente a la bomba de calor, mientras que en stos, se

utilizan intercambiadores situados en el subsuelo y por ellos circula en circuito cerrado el fluido

que se lleva a la bomba de calor. Segn estn situados los intercambiadores en el subsuelo, se

pueden distinguir dos tipos de instalaciones.

Los aprovechamientos con intercambiadores verticales consisten en perforaciones realizadas en

el subsuelo en las que se introducen, en el caso mas sencillo, un doble tubo por el que circula el

fluido.

Las profundidades de los sondeos se sitan entre 10 y 250 metros, siendo las ms frecuentes

entre 50 y 100 metros. El nmero de sondeos preciso para climatizar los locales depende de la

transmisin de calor en el medio.

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FIGURA 111.SONDEOS PARA APROVECHAMIENTO DIRECTO DE CALOR

Una variante de esta tcnica es la que utiliza los pilares de la edificacin como sondeos para la

captacin del calor.

FIGURA 112..SONDEOS CON PILARES DE EDIFICACIN

El segundo tipo de intercambiadores en el subsuelo lo constituyen los intercambiadores

horizontales que, bsicamente, consisten en un bucle de tubera bajo el terreno que aprovecha

el calor que, proveniente del subsuelo, se disipa en la parte exterior de la corteza terrestre. Se

suelen situar a poca profundidad (entre 1 y 2 metros de profundidad) y, por lo tanto, tienen una

pequea variacin de las condiciones de temperatura en las distintas pocas del ao, si bien

esto tiene poca influencia cuando se usa la bomba de calor en modo reversible.

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7.IMPACTO AMBIENTAL

Las principales ventajas del aprovechamiento de la energa geotrmica son econmicas y

ambientales; ahorro en el uso de los combustibles tradicionales para la generacin de energa,

mnima generacin de residuos en relacin a los producidos por otras energas convencionales

y utilizacin de un recurso renovable.

Sin embargo, este tipo de energa presenta un cierto impacto medioambiental en el entorno,

causado por las emisiones gaseosas y lquidas y por el impacto visual.

Durante la fase de exploracin, perforacin y construccin se pueden producir impactos.

La construccin de caminos de acceso pueden ocasionar la destruccin de bosques o reas

naturales, mientras que la perforacin de pozos y la construccin de la planta pueden producir

perturbaciones en el ecosistema: ruidos, polvos, humos y posible erosin del suelo.

El ruido puede ser ocasionado durante la fase de exploracin, construccin y produccin.

Muchas veces los niveles sonoros pueden traspasar el umbral del dolor (120 dB). En el mismo

emplazamiento, los trabajadores deben estar protegidos con elementos personales de

proteccin auditiva. Tambin se pueden instalar silenciadores adecuados en las maquinarias.

Los ruidos en los alrededores del emplazamiento pueden ser reducidos restringiendo las

operaciones ruidosas a las horas diurnas, tambin se pueden construir barreras absorbentes de

sonido, como son las barreras de rboles.

Por lo general, las reas geotrmicas se encuentran alejadas de los centros urbanos, pero se

puede contemplar esta medida si los sonidos perjudican a la fauna local.

Durante la fase de operacin se suelen generar vertidos gaseosos a la atmsfera. Estos suelen

tener baja incidencia en el entorno y estn formados por gases no condensables que son

arrastrados por el vapor. Estn compuestos, principalmente, por dixido de carbono y sulfuros

de hidrgeno, con trazas de amonaco, hidrgeno, nitrgeno, metano, radn y algunas especies

voltiles como boro, arsnico y mercurio, las cuales debern ser tratadas antes de su vertido.

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La contaminacin de las aguas superficiales puede producirse por el vertido o acumulacin de

fluidos geotrmicos, que contienen elementos como sodio, potasio, calcio, flor, magnesio,

silicatos, antimonio, estroncio, bicarbonato, boro, litio, arsnico, sulfuro de hidrgeno, mercurio,

rubidio, amonaco, etc., contaminantes que aparecen en distinto grado en los ecosistemas

acuticos. En algunos casos, se aplican tratamientos fsico-qumicos de depuracin, aunque lo

habitual es la reinyeccin en el subsuelo.

Asimismo, existe el riego de contaminar las aguas subterrneas debido a diversas causas:

utilizacin de determinados lquidos en la etapa de perforacin; infiltraciones a travs de

orificios de las paredes del pozo en la etapa de reinyeccin, que hacen que el lquido

contaminado escurra hacia las primeras capas de agua subterrnea; fallos en la

impermeabilidad de las piletas de evaporacin, y sus consecuentes infiltraciones.

Para mitigar estos daos, es posible el tratamiento de los fluidos antes de su descarga, evitando

la introduccin de metales nocivos en el medio natural. Todas estas situaciones problemticas

pueden ser evitadas con diseos de planta apropiados y con monitorizaciones peridicas de las

aguas subterrneas. Es importante trabajar con controles de calidad, principalmente en la etapa

de perforacin y construccin.

El impacto visual suele ser considerable si las plantas geotrmicas se ubican en campos

geotrmicos que suelen coincidir con espacios de gran valor natural y paisajstico (giseres,

termas, etc.)

Tambin, aunque en mucho menor grado, existe la posibilidad de disminuir los niveles de agua

subterrnea, con las consiguientes prdidas de presin, hundimientos del terreno,

compactacin de formaciones rocosas, etc. Para evitarlo es preciso controlar y mantener la

presin de las reservas de agua.

Para minimizar el impacto ambiental producido por el traslado del fluido a travs de los

conductos, stos deben utilizarse dentro del campo geotrmico.

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FIGURA 113. CENTRAL GEOTERMICA LANDARELLO ( ITALIA)

Por ltimo, hay que sealar que las plantas de aprovechamiento de la energa geotrmica

pueden estar sometidas a potenciales sucesos catastrficos.

En zonas con alta actividad tectnica, la reinyeccin de fluidos en el terreno, durante la

explotacin de las reservas, puede aumentar la frecuencia de pequeos terremotos en la zona.

Estos efectos pueden ser minimizados reduciendo las presiones de reinyeccin al mnimo y

asegurando que los posibles edificios afectados por los movimientos ssmicos estn preparados

para soportar la intensidad de estos terremotos. La actividad ssmica de mayor intensidad

podra causar filtraciones de fluidos a algunas partes indeseadas del sistema.

Las erupciones hidrotermales suelen ser atpicas y ocurren cuando la presin de vapor en los

acuferos se intensifica y eyecta hacia arriba la tierra que lo cubre, creando un crter.

Mantener la presin en las reservas puede ayudar a reducir la frecuencia de la ocurrencia de

erupciones, tambin se deben evitar las excavaciones en terrenos con actividad termal.

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Muchos de los proyectos de aprovechamiento de la energa geotrmica se encuentran en

terrenos accidentados y, es por eso, que son ms susceptibles que un terreno llano a

deslizamientos del suelo. Esto puede ocasionar graves accidentes si las rocas que caen daan

los pozos o las tuberas, lo que podra resultar en el escape de vapores y lquidos a alta

temperatura.

La probabilidad de que esto ocurra puede ser minimizada conteniendo todas las pendientes

susceptibles de sufrir deslizamientos de tierra, aunque esto podra aumentar el impacto visual

del proyecto.

8. LA GEOTERMIA EN ESPAA

La investigacin de los recursos geotrmicos en Espaa empez gracias al Instituto Geolgico y

Minero de Espaa (IGME), se inici en la dcada de los setenta, mediante la realizacin del

Inventario General de Manifestaciones Geotrmicas en el que se llev a cabo un reconocimiento

general, geolgico y geoqumico, de los indicios termales existentes en todo su territorio.

Posteriormente, se realiz una seleccin de las reas de mayor inters geotrmico, basada en

criterios geolgicos y en el resultado del reconocimiento antes citado. Cada una de las reas

seleccionadas han sido investigadas, en mayor o menor intensidad dependiendo de su

potencial geotrmico, a lo largo de las dcadas posteriores mediante la realizacin de Estudios

de detalle, utilizando para ello tcnicas geolgicas, geofsicas, geoqumicas, etc. Finalmente,

mediante perforaciones profundas, ha sido posible evaluar el potencial geotrmico de las reas

ms importantes que se sitan en el sureste (Granada, Almera y Murcia), en el nordeste

(Barcelona, Gerona y Tarragona), en el noroeste (Orense, Pontevedra y Lugo) y en el centro de la

pennsula ibrica (Madrid). Otras reas de menor entidad situadas en Albacete, Lrida, Len,

Burgos y Mallorca tambin han sido investigadas.

En todos estos casos los recursos geotrmicos evaluados son de baja temperatura, 50-90 C. El

nico rea con posibilidades de existencia de yacimientos de alta temperatura se localiza en el

archipilago volcnico de las Islas Canarias. Recursos de roca caliente seca muy superficial han

sido evaluados en las islas de Lanzarote y La Palma. En la isla de Tenerife se ha investigado la

existencia de posibles yacimientos de alta temperatura, no habindose encontrado almacenes

geotrmicos explotables comercialmente.

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Los yacimientos geotrmicos de baja temperatura son actualmente explotados de forma slo

parcial y en pequea intensidad. As, se utiliza energa geotrmica para calefaccin y suministro

de agua caliente en edificios de balnearios en Lugo, Arnedillo (Rioja), Fitero (Navarra), Montbri

del Camp (Tarragona), Archena (Murcia) y Sierra Alhamilla (Almera). En Orense y Lrida se utiliza

energa geotrmica para calefaccin de otros tipos de edificios (viviendas, colegios). La

aplicacin para calefaccin de recintos agrcolas (invernaderos) se ha desarrollado tambin en

puntos de Montbri del Camp (Tarragona), Cartagena y Mazarrn (Murcia) y Zjar (Granada) con

una superficie total superior a 100.000 m2.

FIGURA 114. YACIMIENTOS GEOTERMICOS EN ESPAA

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