Geotermia, la energía más cercana

El calor es una forma de energía y la energía geotérmica es el calor contenido en el interior de la Tierra que genera fenómenos geológicos a escala planetaria; el termino energía geotérmica es a menudo utilizado para indicar aquella porción del calor de la Tierra que puede o podría ser recuperado y explotado por el hombre; en este sentido utilizaremos dicho termino.

Evolución Histórica

La presencia de volcanes, fuentes termales y otros fenómenos termales debieron haber inducido a nuestros ancestros a suponer que partes del interior de la Tierra estaban calientes; sin embargo, no fue hasta un período entre los siglos XVI y XVII, cuando las primeras minas fueron escavadas a algunos cientos de metros de profundidad, que el hombre dedujo, por simple sensaciones físicas, que la temperatura de la Tierra se incrementaba con la profundidad.

Las primeras mediciones mediante termómetros fueron probablemente realizadas en 1740, en una mina cerca de Belfort, en Francia (Bullard, 1965). Hacia 1870, se utilizaron modernos métodos científicos para estudiar el régimen termal de la Tierra, pero no fue hasta el siglo XX, y el descubrimiento del calor radiogénico, que podemos comprender plenamente tal fenómeno como un balance térmico y la historia térmica de la Tierra. Todos los modelos termales modernos de la Tierra deben, en efecto, tomar en cuenta el calor continuamente generado por el decaimiento de los isótopos radioactivos de larga vida del

La energía térmica de la Tierra es inmensa, pero solo una fracción de ella podría ser utilizada por la humanidad. Hasta ahora la utilización de esta energía ha estado limitada a áreas en las cuales las condiciones geológicas permiten un transporte (agua en la fase líquida o vapor), para “transferir” el calor desde zonas calientes profundas hasta o cerca de la superficie, dando así origen a los recursos geotérmicos; sin embargo, en el futuro cercano técnicas innovadoras podrían brindar nuevas perspectivas a este sector.

Principio

Las principales fuentes de carga energética del suelo son dos: la primera es el calor de la Tierra que se puede valorar mediante el gradiente térmico (variación de la temperatura en función de la profundidad), normalmente aumento de 3,3ºC cada 100 m de profundidad. Este calor se debe a procesos internos como la desintegración de isótopos radiactivos, movimientos de las capas que constituyen la tierra o la cristalización del núcleo. Si como es el caso nos centramos más en la energía geotérmica de muy baja entalpia existe otra fuente que carga el suelo y es el Sol pero de forma indirecta. Ya que es a través de las infiltraciones de agua principalmente como el suelo gana energía.

La energía geotérmica tiene una serie de características que hacen de ella una atractiva alternativa, estas son:

• Renovable: es el recurso más grande que existe ya que el calor que cede la Tierra es a escala humana ilimitado, aunque hay que tener un control sobre las instalaciones geotérmicas para protegerlas de sobreexplotación y que pierdan rendimiento.
• Limpia: la energía geotérmica no realiza ninguna combustión con lo cual no emite directamente CO2, las emisiones producidas vienen del consumo eléctrico necesario para su funcionamiento siendo del orden de 5 veces menos que en una instalación convencional.
• Económica: aunque la inversión inicial es elevada, mediante estudios económicos se observa claramente su amortización frente a convencionales, estando esta periodo entre los 4 y 7 años, sobre un vida útil de la instalación de 25 años.
• Eficiente: gracias a que la temperatura del suelo a partir de 20 metros de profundidad es igual en cualquier momento del año, gran estabilidad, se podrán instalar bombas de calor de menor capacidad que si nos guiáramos en el dimensionado por la temperatura del ambiente exterior, condiciones más penalizadoras.
• Continua: tal vez este sea el factor más atractivo y diferenciador ya que a diferencia de otras renovables como la solar o eólica en las cuales hay grandes variaciones en el rendimiento dependiendo el momento del día o mes. La energía geotérmica depende de las características del subsuelo y estas no varían con el tiempo.
• Local: otro aspecto atrayente es que todas las regiones pueden tener acceso a esta energía ya que esta descentralizada. En cualquier lugar del mundo podemos acceder a energía geotérmica.

Las aplicaciones de la energía geotérmica van desde el uso individual en una vivienda o bloque de viviendas al uso industrial. También van desde la generación de calor a la generación de electricidad, debido a esta diversidad se realiza la siguiente clasificación:

• Alta Temperatura (más de 150 ºC): generación de electricidad a partir del vapor del agua.
• Media Temperatura (entre 90 ºC y 150ºC): igual que en caso anterior pero teniendo que utilizar un fluido caloportador.
• Baja Temperatura (entre 30 ºC y 90ºC): generación de calor para calefacciones o procesos industriales.
• Muy baja Temperatura (menos de 30 ºC): utilizada para calefacción, climatización, ACS pero con la necesidad de incorporar bombas de calor geotérmicas. Esta es la más interesante para nuestros proyectos.

Durante esta exposición se están tomando como sinónimo las palabras temperatura y entalpia, esto no es del todo cierto si bien es verdad que se pueden considerar proporcionales. La entalpia es la cantidad de energía térmica que puede intercambiar con su contorno un fluido.

El aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja temperatura se centra en que la distribución del gasto energético domestico determina: que el 58% de la energía consumida es para calefactar y preparar el ACS. Este porcentaje se puede pasar a euros de forma fácil y se aprecia que estamos en valores importantes con lo que si se fuera capaz de conseguir esta energía de una fuente que fuera igual de confortable o más que las tradiciones y además más barata seria muy deseable. Si a esto añadimos que emitiríamos 5 veces menos CO2 y que consumiremos entre 2 y 3 veces menos energía primaria, parece perfilarse como una opción muy valida.

La geotermia nos permitirá desarrollar instalaciones que aporten a nuestra vivienda calefacción con un ahorro del 75%, refrigeración activa con un ahorro 80%, una refrigeración pasiva que prácticamente será gratis para viviendas unifamiliares (opción muy interesante para el norte de España) y un ahorro del 50 % en la producción de agua caliente sanitaria.

Esta energía adquirida del subsuelo se puede realizar de 4 formas:

• Captación horizontal: es la versión más económica pero menos estable.
• Captación vertical: la opción más estable y que se puede llevar a cabo en cualquier lugar.
• Captación abierta: es una opción que implica contaminación ya que se está cambiando la temperatura de
  corrientes de agua si estas no son lo suficientemente grandes.
• Captación en lagos: tiene un gran inconveniente y es que necesita una importante masa de agua cerca de la vivienda, algo poco normal, a cambio daría los mejores rendimientos, común en EEUU.

Principales elementos

Compresor de gas es una máquina motora, que trabaja entregándole energía a un fluido compresible. Ésta energía es adquirida por el fluido en forma de energía cinética y presión (energía de flujo). El compresor está compuesto por bielas, pistones, embobinado, bomba de lubricación.

Intercambiadores de Calor: serán los encargados de intercambiar las energías en cada proceso, de la primera etapa en la cual pasamos la energía captada de la Tierra a la bomba de calor geotérmica y en la segunda en la que intercambiamos la energía de la bomba geotérmica al sistema de calefacción. El recalentador/subenfriador también es un intercambiador.

Válvula de expansión en ella el refrigerante líquido a alta presión se expande (baja tensión superficial). La presión y temperatura decrecen. Una vez que el refrigerante alcanza una baja presión y temperatura se conduce otra vez hacia el intercambiador de placas geotérmico.

Terreno, las características térmicas del suelo influyen en el dimensionado de la instalación así como en su rendimiento, por eso es necesaria la realización de test de respuesta geotérmica en la cual se monitoriza todas las variables del terreno durante 24,48 ó 72 horas. Con estos test se puede obtener el perfil térmico del área afectada.

Futuro

Las perspectivas de esta energía son francamente buenas ya que si en el anterior Plan de Energías Renovables no se tuvo en cuenta, en el este Plan que va desde el 2008 – 2012 si es considerada renovable y en el siguiente aumenta su importancia. Esto repercute en el cliente final de forma muy directa ya que cada año se ofrecen subvenciones para proyectos geotérmicos de todos los niveles, desde vivienda unifamiliar hasta instalación industrial. El incremento es importante además no se debe de olvidar para los que todavía tengan dudas acerca de esta tecnología que está totalmente implantada en países como Suecia con temperaturas en invierno mucho más bajas que en España.