El USO DE ENERGIA GEOTERMICA PARA CALEFACCION Y REGRIGERACION

La bomba de calor geotérmica extrae calor del subsuelo a una temperatura relativamente baja, y consigue aumentarla para posteriormente usarla en sistemas de calefacción. El aumento de temperatura se logra mediante el consumo de energía eléctrica con un cociente de 4, es decir que por cada kWh de electricidad consumido la bomba de calor geotérmica produce 4 kWh de calefacción. Además existe la posibilidad de invertir el proceso en verano, recargando la tierra con el calor absorbido en la refrigeración del edificio a climatizar.

Las bombas de calor geotérmicas trabajan con la estabilidad de las temperaturas que la tierra genera, por lo que el factor de funcionamiento estacional se mejora respecto de las bombas de calor convencionales (aire-aire y aire-agua) ahorrando por este motivo hasta un 40 % de energía.

En el diseño y dimensionado de una instalación geotérmica se deben tener cuenta varios puntos:

1. Análisis del edificio a climatizar. Se analiza el edificio estancia por estancia, calculando las pérdidas en función de los materiales constructivos y del uso que se va a hacer del mismo, obteniendo de esta manera la carga y la demanda térmica del edificio. Las necesidades térmicas quedan definidas en este punto con los parámetros tipo de un sistema climatización al uso.

2. Selección del sistema geotérmico. Los sistemas que unen el subsuelo con la bomba se clasifican principalmente en dos tipos:

1 - a) Abiertos: en los que el agua subterránea se utiliza directamente en la máquina como fluido caloportador.

1- b) Cerrados: sondas geotérmicas funcionando como intercambiadores enterrados con un fluido caloportador en su interior que transfiere energía del subsuelo a la bomba y viceversa.

2 - a) Horizontales: la recarga térmica de estos sistemas la realiza principalmente la energía solar al incidir sobre la superficie terrestre.Este sistema es el más sencillo de instalar pero en ocasiones existen limitaciones de espacio.

2 - b) Verticales: poseen captadores verticales que ocupan menor espacio optimizando al máximo el área disponible. Los captadores están ubicados en perforaciones consiguiendo una temperatura constante durante todo el año.

3. Análisis geológico del terreno. En la selección del sistema óptimo para un edificio determinado se han de considerar las características geológicas e hidrogeológicas del subsuelo, superficie y posibilidad de uso en zonas superficiales en determinados casos y las características de calefacción y refrigeración del punto 1. Dentro de las propiedades del subsuelo se ha determinar la conductividad térmica, la capacidad calórica volumétrica, la temperatura media del terreno en superficie y el flujo de calor geológico.

4. Configuración del sistema de captación. En la configuración de la captación se selecciona: a. Tipo de sonda a utilizar, bien coaxial o bien en U. b. Configuración entre unas 300 posibilidades, dependiendo del edificio y sus características. c. Profundidad de las sondas. d. Separación entre perforaciones. e. Sección de las perforaciones. f. Ratio de flujo volumétrico. g. Características material de fabricación sonda. h. Material de relleno.

5. Simulación del comportamiento del sistema. Una vez evaluados todos los parámetros anteriores, se realiza una simulación por un periodo a determinar en función de una estimación de la vida útil del edificio, utilizando algoritmos derivados de un modelizado y un estudio parametrizado con un modelo de simulación numérica. De esta manera se analiza cada uno de los elementos que intervienen en el sistema y se determina el comportamiento de la instalación geotérmica para obtener un rendimiento óptimo con unos costos mínimos.

USOS DE LA GEOTERMIA

Aparte de la obtención de la energía, sirve sobre todo para suministrar agua caliente sanitaria o para calentar viviendas, oficina, edificios públicos, piscinas e instalaciones agrícolas (invernaderos) o piscícolas. En geotermia de baja energía, que bombea agua a 75ºC a razón de 200 m2/h permite, por ejemplo, calefaccionar unas 2.000 viviendas; el agua se reinyecta a 35ºC.
El aprovechamiento del calor interno de la Tierra para propuestas energéticas es una perspectiva sugerente dentro del abanico de las energías alternativas, como demuestra el funcionamiento de las centrales de este tipo que hay en algunas partes del mundo. Islandia, por ejemplo, posee en gran abundancia depósitos termales, a causa de su peculiar topografía volcánica, lo que permite que la energía geotérmica suponga nada menos que el 60 por ciento de toda su energía natural directamente consumida. Su uso directo se refiere por regla general a aprovechar el calor para balnearios, redes de calefacción, invernaderos y demás. En algunos casos, las tuberías que transportan vapor para calefacción alcanzan los 50 kilómetros de longitud.
Islandia es un caso especial, ya que el resto de naciones con recursos termales está por debajo del uno por ciento en cuanto a uso directo del calor, incluidas Nueva Zelandia, China y Turquía, que han trabajado en ello. La conversión de ese calor en electricidad ofrece para cada país porcentajes a veces mayores y a veces menores que el del uso directo. En Islandia es muchísimo menor, siendo tan solo una pequeña parte. En cambio, en Filipinas se acerca a un tercio de su producción eléctrica total. Ello es fruto de un desarrollo realizado en las dos últimas décadas, iniciado a principios de los años 70, cuando técnicos de Nueva Zelandia realizaron allí las primeras experiencias piloto en el marco de acuerdos gubernamentales. Indonesia, un país que también se benefició en la misma época de un acuerdo parecido, está incrementando de manera importante su producción eléctrica geotérmica.Entre las 25 o más naciones que cuentan con recursos geotérmicos aprovechables, algunas en las que también se ha trabajado al respecto son: Chile, Japón, Francia, Canadá, Estados Unidos, Grecia, México, Kenia, y la India.

GEOTERMIA : DEFINICION

La geotermia no es más que el calor interno de la tierra. Este calor interno calienta hasta las capas de agua más profundas: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para calefacción desde la época de los romanos. Hoy en día, los progresos en los métodos de perforación y bombeo permiten explotar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo.
La tierra posee una importante actividad geológica. Esta es la responsable de la topografía actual de nuestro mundo, desde la configuración de tierras altas y bajas (continentes y lechos de océanos) hasta la formación de montañas. Las manifestaciones más instantáneas de esta actividad son el vulcanismo y los fenómenos sísmicos. El núcleo de nuestro planeta es una esfera de magma a temperatura y presión elevadísimas. De hecho, el calor aumenta según se desciende hacia el centro de la tierra: en bastantes pozos petrolíferos se llega a 100 grados centígrados a unos 4 kilómetros de profundidad. Pero no es necesario instalar larguísimos colectores para recoger una parte aprovechable de ese calor generado por la actividad geológica de la tierra. Puede ser absorbido de colectores naturales, como por ejemplo géiseres o simples depósitos de aguas termales.
La zona del interior de la tierra donde se producen esas fuerzas se encuentra aproximadamente a unos 50 km. de profundidad, en una franja denominada sima o sial. Conforme se desciende hacia el interior de la corteza terrestre se va produciendo un aumento gradual de temperatura, siendo ésta de un grado cada 37 metros aproximadamente. Para aprovechar esas temperaturas se utilizan sistemas de tecnología similar a las empleadas en la energía solar aplicadas a turbinas: calentamiento de un líquido con cuya energía se hacen mover las palas de un generador eléctrico.
Los sistemas geotérmicos son considerados como los más prácticos, tanto por el rendimiento como por el mantenimiento. La única pieza móvil de estas centrales se reduce a la turbina, lo que mejora la vida útil de todo el conjunto. Otra característica ventajosa se refiere a la fuente de energía utilizada, ésta se encuentra siempre presente y suele ser constante en el tiempo, con apenas variaciones.
Básicamente, una central geotérmica consta de una perforación realizada en la corteza terrestre a gran profundidad. Para alcanzar una temperatura suficiente de utilización debe perforarse varios kilómetros; la temperatura aproximada a 5 kilómetros de profundidad es de unos 150º centígrados. El funcionamiento se realiza mediante un sistema muy simple: dos tubos que han sido introducidos en la perforación practicada, mantienen sus extremos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor. Por un extremo del tubo se inyecta agua fría desde la superficie, cuando llega a fondo se calienta y sube a chorro hacia la superficie a través del otro tubo, que tiene acoplado una turbina con un generador de energía eléctrica. El agua fría enfriada es devuelta de nuevo por el primer tubo para repetir el ciclo.
El sistema descrito es viable en lo que respecta a su construcción y perforación, no en vano las prospecciones petrolíferas se realizan a varios kilómetros de profundidad, sin embargo se presenta un problema relacionado con las transferencias de calor. Cuando el hombre diseña dispositivos para conservar o transferir calor, utiliza aquellos que tienen capacidades aislantes o conductoras, según las aplicaciones. Por ejemplo, los metales tienen menor resistencia a la conducción del calor, al contrario de la arena o la propia roca, que la conserva. Este último caso es el que se presenta en una instalación geotérmica; la sima del interior de la corteza terrestre donde se encuentra el calor aprovechable, no tiene la capacidad de conducir el calor, por ello cuando la central entra en funcionamiento y comienza a inyectar agua al interior de la sima, ésta se va enfriando ya que no es capaz de recuperar la temperatura a la misma velocidad que la consume, precisamente por la característica descrita de baja conducción de la roca. En la práctica este inconveniente impide el funcionamiento continuo de la central, ya que una vez que la sima ha cedido todo su calor, el sistema se detiene y es preciso esperar a que la roca recupere de nuevo su temperatura habitual.
A pesar del inconveniente descrito, que impide su aplicación a gran escala, existen zonas cuyas características geológicas especiales permiten un mejor aprovechamiento, ejemplo de determinadas islas del archipiélago canario, donde se pueden encontrar temperaturas de cientos de grados a muy poca profundidad, lo que permitiría distribuir instalaciones horizontales con pocas inversiones en prospección, ya que todo el subsuelo tiene características geotérmicas.
El modo de explotación del calor de las rocas depende de las temperaturas de las capas. Así se tiene la geotermia de alta energía, para aguas de 150 a 300 ºC, que permite la producción directa de electricidad mediante turbinas de vapor. Hay algunas centrales de este tipo en el mundo, entre las que se puede destacar las de Guadalupe, Italia y Japón. También existe la geotermia de energía media que se caracteriza por explotar agua de temperaturas comprendidas entre 80 y 150ºC que no pueden utilizarse directamente para producir vapor. Hay que recurrir a un fluido intermedio que acciona los turboalternadores. Se trata sin embargo de un tipo de geotermia que puede servir de calefacción.
El modo más difundido, es la geotermia de muy baja energía, la cual es un tipo de geotermia que abarca una gama de temperaturas comprendidas entre 80º y 150ºC, en capas generalmente situadas entre 1.000 y 2.000 metros de profundidad. Estas temperaturas no permiten producir electricidad, pero sirven para calefacción de viviendas o instalaciones agrícolas.
Por último, la geotermia de muy baja energía explota aguas entre 10 y 50ºC, cuya insuficiente temperatura obliga a usar bombas de calor. Estas temperaturas se dan en capas poco profundas, cosa que reduce el costo de las perforaciones.