Introducción a la Geotermia
Para el aprovechamiento geotérmico se tiene en cuenta la temperatura bajo la superficie. En lugares de la Tierra donde la corteza sea más delgada, como en Islandia, a poca profundidad encontramos focos muy calientes. Por otra parte, encontramos que la temperatura bajo la superficie en otras zonas es constante a cierta profundidad.
Una de las grandes ventajas de la geotermia es el beneficio que extrae de la tecnología ya desarrollada por el ser humano para el mundo del gas natural y del petróleo.
Concepto de Entalpía
La entalpía es el estado energético de la materia y depende de su temperatura, de su presión y su volumen.
Según el nivel de entalpía de la zona, se establecen diferentes tipos de instalaciones:
Zonas de alta entalpía
Se consideran de alta entalpía a partir de 150 ºC, consiguiéndose en algunos puntos del planeta hasta 300 ºC de temperatura tras la perforación pertinente. En estas condiciones se puede producir vapor seco, muy indicado para la generación de electricidad. Estas zonas coinciden con subsuelos extremadamente duros y rocosos; la solución adoptada es un sistema de roca caliente.
Este sistema consiste en:
- Realizar dos perforaciones a cierta distancia entre sí.
- Efectuar una previa fracturación de la roca en la que se pretende realizar el circuito.
- En una de ellas se inyecta agua fría a presión y se extrae vapor en el otro, aprovechando la porosidad de las rocas para transportar dicho caudal de agua.
El lugar ideal para la correcta realización sería uno en el que la roca a explotar geotérmicamente esté rodeada de arcilla debido a su impermeabilidad. Se procura que las dos perforaciones tengan suficiente espacio como para que la inyección de agua no provoque un enfriamiento del yacimiento.
A esta solución se le puede incorporar un intercambiador de calor de manera que el fluido geotérmico de trabajo reciba el calor y lo transmita al mismo para enviarlo hacia la superficie. El problema que tenemos en estos ciclos binarios (en este caso se calienta el fluido del intercambiador con el agua inyectada) es la pérdida de eficiencia que se produce en el intercambiador y por bombeo. Para solucionar esta pérdida de eficiencia, es habitual el uso de hidrocarburos simples o combinados debido a su baja temperatura de ebullición.
Uno de los principales problemas que surgen en la generación de electricidad mediante turbinas de vapor en sistemas basados en geotermia es que, al fluir las aguas subterráneas por varios estratos geológicos, estas arrastran partículas sólidas como sales; estas partículas pueden causar gravísimos daños al conjunto de la turbina empleada, en especial a sus álabes.
Zonas de media entalpía
Cuando se tienen temperaturas cercanas a los 100 ºC, para la generación de energía eléctrica se emplean sistemas de ciclo cerrado tipo Rankine, incluso aunque el rendimiento termodinámico es inferior al que hay en las zonas de alta entalpía. Respecto al uso de estas temperaturas para la utilización de ACS (Agua Caliente Sanitaria), vemos una utilización directa del agua a nivel doméstico e industrial, así como para precalentamientos industriales o de granjas con su consiguiente ahorro energético.
Zonas de baja entalpía
Si se tienen temperaturas que rondan los 30 ºC, los usos del yacimiento geotérmico pueden ser calentar la casa mediante un equipo térmico hecho a propósito y una bomba de calor.
Este aprovechamiento se realiza mediante una bomba de calor geotérmica. Esto se basa en la circulación de un fluido a través del suelo (el cual mantiene su temperatura constante). Cuando se ha intercambiado la temperatura con el fluido, este se calienta en la bomba de calor y se evapora; posteriormente, un compresor comprime el refrigerante gaseoso aumentando todavía más su temperatura. En la bomba de calor, el refrigerante gaseoso y caliente puede transferir su temperatura al depósito de ACS y al sistema de calefacción.
Funcionamiento de la Bomba de Calor Geotérmica
Las bombas de calor sirven para satisfacer las necesidades de climatización en calefacción y aire acondicionado, así como la generación de ACS en bloques residenciales, viviendas unifamiliares y centros comerciales. El funcionamiento de una bomba de calor es el siguiente:
- En invierno: El subsuelo transfiere el calor almacenado gracias a la inercia térmica al fluido caloportador, que incrementa su temperatura. Termina de alcanzar el grado térmico necesario gracias a un gas refrigerante a alta presión y temperatura.
- En verano: Pasa lo contrario; el agua baja la temperatura gracias al frío del subsuelo y termina de llegar al grado térmico gracias al intercambiador de calor, por el cual también circula un gas refrigerante a alta temperatura y presión.
Tanto en el refrigerador como en una bomba de calor, un sistema de tubos hace circular fluido refrigerante que se calienta cuando se comprime y se enfría cuando se expande. Para calentar una casa, el fluido caliente comprimido generalmente circula a través del intercambiador de calor que calienta el aire que alimenta un sistema conductor. Este fluido «usado» se enfría después mediante la expansión y entra en contacto con la fuente geotérmica, con lo que vuelve a «recargarse» de calor. Extraen el calor de la tierra, que mantiene una temperatura siempre constante, independientemente de la climatología del exterior.