Escrito por Tendenzias

Energía Geotérmica – Qué es, Fuentes, Usos, Ventajas y Desventajas

La energía geotérmica, es un tipo de energía renovable que se obtiene mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El interior de la tierra está caliente y ese calor se va incrementando a medida que se va profundizando. A gran profundidad encontramos capas freáticas en las que el agua debido a su gran temperatura, se calienta, ascendiendo en forma de vapor de agua, hasta alcanzar la superficie manifestándose como géiseres o fuentes termales. En este artículo vamos a conocer que es la Energia Geotérmica, fuentes, usos, ventajas y desventajas, todo lo relativo a una energía renovable que nos proporciona la Naturaleza.

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Energía Geotérmica | Tipos de Yacimientos Geotérmicos

Primero tenemos que saber a que llamamos yacimiento geotérmico. Cuando en una zona geográfica determinada, existen las condiciones geológicas necesarias (calor de la tierra + capas freáticas con agua caliente) para que se puedan explotar dichos recursos del subsuelo y si después de un estudio económico es viable, se dice que en ese punto hay un Yacimiento Geotérmico. 

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Puede considerarse que hay tres tipos de yacimientos geotérmicos, que se podrían llamar:

  • De agua caliente
  • Secos
  • Géiseres

Energía Geotérmica | Yacimientos de Agua Caliente

Los yacimientos de agua caliente pueden ser de dos formas, subterráneos, contenidos en un acuífero o en forma de fuente, como se utilizaban en el imperio romano, en forma de baños termales, en los que el agua se enfriaba mezclándola con agua fría para poder utilizarla, el problema de las fuentes es su bajo caudal.

Los acuíferos subterráneos, son yacimiento de aguas termales a gran temperatura y a poca o media profundidad, sirven para aprovechar el calor interior. El agua caliente puede fluir de forma natural, a través de bombas o por impulsos de flujos de agua, en cada caso dependerá de la rentabilidad económica.

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La explotación debe hacerse con dos pozos (o un número par de pozos), de modo que por uno se obtiene el agua caliente y por otro se vuelve a inyectar en el acuífero, tras haber enfriado el caudal obtenido. Las ventajas de este sistema son múltiples:

  • Hay menos probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el agua reinyectada contiene todavía una importante cantidad de energía térmica.
  • Tampoco se agota el agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se mantiene.
  • Las posibles sales o emisiones de gases disueltos en el agua no se manifiestan al circular en circuito cerrado por las conducciones, lo que evita contaminaciones.

Clasificación según la temperatura del agua

Energía geotérmica de alta temperatura. Es una energía existente en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, se genera electricidad. Se requieren varias condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico.

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  • Una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables
  • Un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad
  • Suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto, la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 °C. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.

Energía geotérmica de temperaturas medias. La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Por lo tanto, la conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor y debe explotarse por medio de un fluido volátil.

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Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero para un mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos de reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración, utilizando máquinas de absorción.

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Energía geotérmica de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores, por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C.

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Energía geotérmica de muy baja temperatura. Se considera energía geotérmica de muy baja temperatura cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas, como la climatización geotérmica (bomba de calor geotérmica).

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Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria, si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana y rural.

Energía Geotérmica | Yacimientos Secos

Las limitaciones o condiciones geológico-económicas del concepto de yacimiento geotérmico, dependen mucho del estado de desarrollo de la tecnología de extracción de los fluidos geotérmicos y de transformación del calor contenido en ellos en una forma de energía útil para el hombre.

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Así, nos encontramos con que, si la tecnología sigue progresando en el sentido actual, pronto habrá que definir un tercer tipo de yacimiento geotérmico, el de roca caliente seca (HDR), en el que no existe fluido portador de calor ni materiales permeables. Ambos factores son introducidos artificialmente por el hombre. Las experiencias pilotos en este sentido progresan día a día, habiéndose llegado ya a producir electricidad en campos de este tipo.

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Los resultados obtenidos en la creación de este tipo de yacimientos geotérmicos “artificiales” ha conducido a la denominación de Sistemas geotérmicos estimulados (EGS) en los que se engloba a todos los yacimientos creados o desarrollados por el hombre y en los que se utilizan las técnicas desarrolladas en los campos de roca caliente seca para la creación y/o estimulación del yacimiento.

Se incluyen, por tanto, en esta denominación, tanto los yacimientos de roca caliente seca como aquellos yacimientos convencionales que, por su baja productividad, requieren para su aprovechamiento el empleo de las técnicas de estimulación de yacimientos.

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En los yacimientos de vapor seco el fluido, debido a las condiciones de presión y temperatura, se encuentra en fase gaseosa, y está constituido por una mezcla de vapor de agua y gases.

Para poder extraer energía geotérmica en seco, se necesita una zona bajo la tierra a no excesiva profundidad y con materiales o piedras secas pero calientes. Se perfora la tierra hasta llegar a ese lecho de material caliente y se inyecta agua por dicha perforación, al entrar en contacto con el material caliente, el agua introducida se recupera por otra perforación pero transformada en agua caliente.

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Es una forma de aprovechar el calor de la tierra en forma de intercambio, ya que se vuelve a reinyectar. La desventaja de esta forma de extracción es que la tecnología para poderla llevar a cabo de forma rentable, todavía no es posible, por lo que se están haciendo numerosos estudios con el fin de conseguir su viabilidad y rentabilidad.

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Energía Geotérmica | Yacimientos en forma de Geiseres

Un géiser es una forma de fuente termal, que arroja columnas de vapor y agua caliente. Es un fenómeno bastante curioso, y no hay tantos en el planeta, la mayoría de ellos se encuentra en el Parque Nacional Yellowstone en Estados Unidos y en Islandia.

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Los géiseres se originan cuando se vaporiza una gran cantidad de agua subterranea, empujando violentamente líquido a la superficie. Un géiser es un surtidor periódico de agua hirviente asociado a zonas volcánicas o sea es un orificio en el suelo que, cada cierto tiempo, expulsa abruptamente una columna de agua caliente y vapor.

La causa de que esto suceda es bastante simple. Las aguas que se encuentran en el subsuelo son calentadas por las rocas cercanas, que, a su vez, absorben el calor del magma que hay bajo ellas, el agua se volatiliza instantáneamente a pesar de la carga de agua más fría que tiene por encima y emerge a la superficie a través de rocas porosas por el fenómeno de convección y lo hace muy rápidamente, de lo cual resulta una columna espectacular de agua y aire. Una vez que ha salido al exterior, el agua que resta bajo tierra se enfría y la erupción para. Este fenómeno se repite cuando el agua alcanza de nuevo el punto de ebullición.

Algunos chorros de agua pueden superar los 100 metros de altura, y en algunos casos se llegan a expulsar alrededor de 30.000 litros de agua.

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La rareza de los géiseres hace que sean frágiles. Cualquier alteración de su medio puede provocar su desaparición. El simple hecho de arrojar basura en ellos puede acabar con su actividad. Por ello es recomendable ser respetuosos con su ecosistema.

Son Yacimientos en forma de vapor. La forma de extraer el calor de  los yacimiento de vapor es a través de el aprovechamiento directo por medio de turbinas, para poder obtener energía mecánica.

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En algunos lugares, los depósitos de magma se han llegado a agotar, dejando de generar energía geotérmica, posiblemente ayudado por la inyección del agua residual fría en la recarga del acuífero caliente. O sea que la recarga por reinyección, puede enfriar el recurso, a menos que se haga con un cálculo preciso. Se ha llegado a observar que el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos, en zonas donde se ha practicado esta técnica. Esto ha traído una discusión si los dueños de una planta son responsables del daño que un temblor causa.

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La desventaja es que es más costoso en todos los sentidos, reinyectar el agua después de condensarla, además de arrojar a la atmósfera los gases del interior que acompañan al vapor.

Energía Geotérmica | Ventajas y Desventajas

La energía geotérmica es una energía limpia que se utiliza para obtener electricidad, de forma eficiente. Es necesario plantearse nuevas formas de energía, para ello, sopesar las ventajas y desventajas, puede hacer inclinar la balanza hacia una energía u otra.

Junto a una inversión en materia tecnológica para poder desarrollar nuevas formas de extracción, también es necesario saber el coste económico que va a supone, vamos a mencionar tanto las ventajas como las desventajas de esta energía renovable que de forma gratuita nos proporciona la tierra.

Energía Geotérmica | Ventajas

  • Es una fuente que disminuye la dependencia energética de los combustibles fósiles y de otros recursos no renovables.
  • Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo y el carbón.
  • Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético.
  • No genera ruidos exteriores.
  • Los recursos geotérmicos son prácticamente inagotables a escala humana.
  • No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales.
  • El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas.
  • No requiere construcción de represas, ni tala de bosques.
  • La emisión de CO2, con aumento del efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión, y puede llegar a ser nula cuando se reinyecta el agua, haciéndola circular en circuito cerrado por el exterior.

Energía Geotérmica | Desventajas

  • En yacimientos secos se han podido producir microsismos como resultado del enfriamiento brusco de las piedras calientes, y su consiguiente fisuración.

Las desventajas que vienen a continuación hacen referencia exclusivamente a la energía geotérmica que no se utiliza con reinyección.

  • En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.
  • Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.
  • Contaminación térmica.
  • Deterioro del paisaje.
  • No se puede transportar (como energía primaria), salvo que se haga con un intercambiador y un caloportador distinto del de las aguas del acuífero.
  • No está disponible más que en determinados lugares, salvo la que se emplea en la bomba de climatización geotérmica, que se puede utilizar en cualquier lugar de la Tierra.

Energía Geotérmica | Extinción de Recursos

Inyección de agua : Los depósitos de magma también pueden agotarse, dejando de dar energía geotérmica, esto puede llegar a ocurrir por la inyección del agua residual fría, en la recarga por inyección, puede enfriar el recurso, sobre todo en las recargas de acuíferos calientes, a menos que se haga con extremo cuidado. También se puede enfriar como resultado de pequeños terremotos, microsismos, provocados por el enfriamiento brusco de las rocas, en los yacimientos secos.

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Volcán apagado en Honolulu Hawaii

Extinción del calor: Como hay yacimientos geotérmicos capaces de proporcionar energía durante muchas décadas, otros pueden agotarse y enfriarse. El problema consiste en conocer si el flujo de calor natural de la tierra es capaz de reponer la pérdida de calor en la minería de calor geotérmica.

Energía Geotérmica | Lugares de Explotación

En la tierra existen lugares de sobra conocidos por su gran actividad geotermal. El más extenso de ellos es el conocido como “Cinturón de Fuego del Pacífico”, alrededor de 40.000 km, en forma de arco que se sitúa en el Océano Pacífico.

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La gran cantidad de volcanes activos e incluso volcanes inactivos que siguen mostrando actividad geotérmica, hacen de este recurso, una forma de conseguir energía limpia casi inagotable. En la actualidad, la Cadena Andina representa una de las provincias geotérmicas sin explotar más grandes del mundo.

La energía geotérmica ha sido usada a gran escala desde comienzos del siglo XX en Italia, y principalmente en áreas volcánicas tales como Islandia, las Islas Filipinas, Nueva Zelanda y algunas regiones de California. En América Latina también se ha comenzado a explorar la geotermia como una fuente confiable de energía.

Energía Geotérmica | Usos

Hoy en día la energía geotérmica se aprovecha en muchos aspectos de nuestras vidas y es algo cotidiano. El uso de esta energía se remonta a civilizaciones antiguas que conocían y usaban este tipo de energía para la bañoterapia. El aprovechamiento industrial de ésta se produce en el siglo XX donde se empieza a calefactar invernaderos y suministrar calor a casas. Pero fué a partir de los setenta cuando se produjo la gran expansión de la energía geotérmica.

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Mapa Geotérmico de la Peninsula Ibércia

Actualmente las instalaciones geotérmicas tienen tres campos principales de aplicación: la calefacción, la refrigeración y la producción de agua caliente sanitaria, aplicándose fundamentalmente en:

  1. BALNEARIOS.
  2. CALEFACCIÓN Y AGUA CALIENTE.
  3. ELECTRICIDAD.
  4. EXTRACCIÓN DE MINERALES.
  5. AGRICULTURA Y ACUICULTURA.

Las aplicaciones que se pueden dar en un fluido dependen de su contenido en calor, es decir, en su entalpía, que es la cantidad de energía térmica que un fluido puede intercambiar con su entorno.

Los Balnearios, la utilización de aguas termales

Como no existen aparatos que determinen directamente la entalpía de un fluido en el subsuelo y la temperatura puede considerarse más o menos proporcional a esta, se ha decidido como consecuencia de ésto, emplear las temperaturas de los fluidos en lugar de sus contenidos en calor pues, al fin y al cabo, son las temperaturas las que determinan su futura aplicación industrial.

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A continuación mostramos en la siguiente tabla  las aplicaciones más importante de la energía geotérmica con los rangos de temperatura de utilización: muy baja, baja, media y alta temperatura.

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Analizando esta tabla podemos sacar la siguiente conclusión:

  • Alta temperatura: más de 150 ºC : Permite transformar directamentes el vapor de agua en energía eléctrica.
  • Media temperatura: entre 90 y 150ºC.: Permite producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que es el que alimenta a las centrales.
  • Baja temperatura: entre 30 y 90ºC. : 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.
  • Muy baja temperatura: menos de 30ºC : Puede ser utilizada para la calefacción y climatización, necesitando emplear bombas de calor.

Energía Geotérmica | Climatización Mediante Energía Geotérmica

Como hemos visto, existen centrales de generación de energía que aprovechan el calor del subsuelo para generar electricidad a gran escala, normalmente son zonas de actividad volcánica o de geiséres, pero no es necesario llegar tan lejos para generar calefacción para una vivienda.

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Cuando en el subsuelo se mantiene una temperatura constante a lo largo de todo el año, independientemente de que sobre el suelo nieve o haga sol, podemos aprovechar esta circunstancia puede instalarse una bomba de calor geotérmica.

Las bombas de calor son aparatos altamente eficientes, ya que no utilizan la energía que consumen para producir calor, como las calderas, sino para mover el calor de un lugar a otro, según nos convenga, por lo que resultan mucho más eficientes que los sistemas de combustión.

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Una nevera, por ejemplo, es una bomba de calor que literalmente saca el calor que hay fuera de la nevera, generando en el interior de la misma una temperatura más baja de la que hay en el exterior. Éste es el motivo por el que la parte trasera de la nevera siempre está caliente.

Una bomba de calor es un sistema reversible, es decir, al mover el calor, puede sacarlo o meterlo en el recinto que deseamos, generando calefacción o refrigeración. En el caso de la nevera, obviamente no es reversible. Pero la bomba geotérmica sí puede serlo, y puede aprovecharse tanto para calefactar como para refrigerar la vivienda.

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El aprovechamiento de la geotermia se basa en este principio. Una bomba de calor convencional generalmente intercambia el calor con el aire, es decir, absorve el calor que hay en el aire o expulsa el calor al aire. La bomba de calor geotérmica utiliza el subsuelo para hacer ese intercambio. Dado que el subsuelo siempre está a unos 15ºC, es lógico pensar que resulta más fácil calefactar la vivienda partiendo de esos 15 grados que de la temperatura del aire exterior en invierno.

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La geotermica tiene muchas ventajas, y un único inconveniente, lo aparatoso de la instalación, por lo que es conveniente planificar su instalación antes de la construcción de la casa siempre que sea posible.

Existen dos posibilidades de instalación geotérmica, bajo cimientos, que es la más práctica, en horizontal, que necesita mucho espacio libre de jardín, y en vertical, que es la única que se puede hacer cuando la casa ya está construida y no disponemos de mucho jardín.

Energía Geotérmica -Climatización Mediante Energía Geotérmica | Bombas de Calor

La bomba de calor es el sistema de producción de calefacción eficiente por antonomasia. Consiste en un aparato que transporta el calor de un lugar a otro aprovechando leyes de la termodinámica, tal y como la bomba hidraúlica transporta el agua.

Es un poco difícil comprender su funcionamiento, pero podemos resumir diciendo que aprovecha los cambios de estado de líquido a gas y de gas a líquido, ya que durante estos cambios de estado se absorbe o se expulsa calor ambiental. De esta forma, podemos absorber el calor ambiental de allí de donde nos conviene para inyectarlo allí donde nos interesa. La bomba de calor puede funcionar en las dos direcciones, es decir, con el mismo aparato, podemos producir calefacción o aire acondicionado.

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