ENERGIA GEOTÉRMICA Jenny Velasco, Cristian Morocho. Escuela de Ingeniería Industrial, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo Gaspar de Escalona y José Antonio de Rocha 060106 Riobamba Ecuador
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R esumen sumen- La Energía Geotérmica se originó desde tiempos arcaicos con la formación del planeta tierra hace 3800 millones de años cuando la tierra se enfrió y se afianzo, al principio dio origen a la formación de una corteza dura que atrapó en su interior gran cantidad de calor, haciendo del del planeta una enorme enorme caldera natural, aún persiste hoy en día en ciertas partes del planeta siendo la forma más representativa las manifestaciones hidrotermales, volcánicas, entre otras las mismas que están presentes en todo el mundo.
La presente investigación tiene como finalidad determinar los usos y las formas de aprovechamiento de la energía geotérmica, alrededor de algunos países este tipo de energía presenta una importancia representativa, principalmente en aquellos países donde el desarrollo de la energía eléctrica total es muy escaza este tipo de energía es muy representativa en países como: Filipinas el 21% de la electricidad proviene de vapor geotérmico, 20% en El Salvador, 17% en Nicaragua, 10% en Costa Rica y 8% en Kenia, porque el kWh geotérmico es muy competitivo en función de costos con respecto a otros tipos de energía convencionales ya que la energía geotérmica, como vapor natural y agua caliente, ha sido explotada durante décadas para generar electricidad, además de la calefacción de espacios así como también en procesos industriales
Palabras Clave- Energía, Geotérmica, recursos, Energía Renovable, calor, Sustentable.
I. I NTRODUCCIÓN Existen muchas formas de energía entendiéndose por energía a la Capacidad que tiene la materia de originar trabajo en forma de movimiento, movimiento, calor, etc., pero en la actualidad no han sido muy aprovechadas cada una de ella, Siendo el calor una forma forma de energía, y la energía energía geotérmica es literalmente el calor contenido dentro de la Tierra que genera fenómenos geológicos en una escala planetaria. (Geothermal energy, 2003). En la actualidad estudios indican que la energía geotérmica contenida dentro de la superficie terrestre puede servir para generar un sin número de aplicaciones aunque no ha sido explotado este campo en toda su totalidad.
Entre las formas de aprovechamiento de este tipo de energía, las más usuales se utilizan en balnearios, como como la forma más tradicional aplicada desde la antigüedad además de otras aplicaciones como como en producción de agua caliente caliente sanitaria y calefacción, yacimientos de rocas secas, plantas geotérmicas de ciclo binario, entre otras. otras. . (Guia de la Energía Geotérmica, 2016). Dentro de una forma de energía la tierra se constituye como un sistema que recibe y comunica energía al medio que le rodea siendo el calor una parte de esa energía, por ende todos los procesos todos los eventos geodinámicos que suceden en la tierra desde los procesos más superficiales hasta los de gran profundidad son controlados por la transferencia y generación de calor que existe en su interior, por ende la existencia de algunas manifestaciones termales son una prueba fidedigna de la existencia de energía calorífica procedente del interior del planeta, porque la tierra está compuesta de 3 capas principales desde el centro conformada por el núcleo llegando a fluctuar temperaturas hasta los 4200 C, precedida por el Manto fluctuando temperaturas que que van desde desde los 300C hasta hasta los 1000C y finalmente la capa externa la corteza con temperaturas oscilantes entre los 100 (en contacto con el manto) hasta los 15-20 C de la superficie terrestre.
Figura 1: Estructura interna interna de la Tierra Tierra Fuente: Site Geothermie – Perspectives Perspectives de I´ADEME et du BRGM
II. DESARROLLO
BAJA ENTALPIA (<150 *C) Uso Directo
La segunda gran división es por el tipo de fase predominante. LIQUIDO DOMINANTE VAPOR DOMINANTE
Geiseres
(ENERGIA
GEOTERMICA, GEOTERMICA, 2007) 2 007)
A. Marco Referencial
La energía Geotérmica principalmente se obtiene al utilizar al máximo el calor existente dentro de las diferentes capas de la tierra, Geotermia significa “ Calor de la Tierra” el calor fluye debido al
movimiento de las placas tectónicas *zonas de subducción, expansión del suelo oceánico y rift (ENERGIA GEOTERMICA, 2007), como la tierra está está compuesta por tres capas, cada una de ellas a una profundidad respectiva el agua existente en la tierra se calienta pasando al estado de vapor de esta manera se forman las fuentes termales, presentes alrededor del mundo; en nuestro país existen una variedad de aguas termales de entre ellas 24 son las más representativas ubicadas en distintas provincias del país la mayoría de ellas en la región interandina cercanas a un volcán activo e inactivo.
Tabla 1: Clasificación de los r ecursos geotérmicos Fuente: Manual de Geotermia
B. Metodología
Figura 2: Modelo Conceptual de un Campo Geotérmico Fuente: Energía Geotérmica- División de Geotermia
La transferencia de calor desde zonas calientes profundas hasta la superficie, o muy cerca de ella a esto se adiciona que la superficie de la Tierra recibe del sol cada segundo, en forma de calor, 2 x 1017 , que es cuatro órdenes de magnitud superior al calor geotérmico, esa energía penetra a escasa profundidad en el subsuelo, contribuyendo a mantener la superficie del planeta a una temperatura promedio de 15 c y es irradiada de nuevo al espacio, no interviniendo en los procesos energéticos que afectan al interior de la tierra. (Trillo & Rodrigo Angulo)
La aplicación de los recursos Geotérmicos se clasifican en dos grandes clasificaciones; la primera por su entalpia es decir por su capacidad capacidad calorífica se clasifica en: en: ALTA ENTALPIA (>200*C) Generación de Energía Eléctrica MEDIA ENTALPIA (150-200 *C) Uso directo
Actualmente, sólo los sistemas hidrotermales convectivos, con temperaturas entre 200 y 350 grados centígrados y profundidades de alrededor de 3 kilómetros, se explotan comercialmente para generar electricidad. En 2007, la capacidad mundial instalada de generación geo termoeléctrica alcanzó 9 mil 732 mega watts (aproximadamente un 0.4 por ciento de la generación eléctrica total). Estudios prospectivos indican que para el 2010 la capacidad instalada alcanzará 11 mil mega watts, y que en el 2050 se incrementará hasta 140 giga watts (millones de watts), en la medida en que resulte técnica y económicamente factible la explotación de los sistemas de roca seca caliente (Gallup, 2009), este tipo de energía es tan importante porque al tratarse de una energía que está presente en el planeta, los investigadores pueden seguir desarrollando nuevas y numerosas formas de aprovechar al máximo este tipo de energía, por tal motivo es importante diferenciar que 2 tipos principales de energía geotérmica la energía geotérmica de bajas y la energía geotérmica de altas temperaturas; la principal diferencia radica en la profundidad terrestre a la que se encuentran cada
una de ellas además de la temperatura respectiva a la que se encuentran. El potencial de producción de energía geotérmica (60 mW/m²) es bastante inferior a la del sol (340 W/m², aproximadamente). Sin embargo, este este potencial asciende, asciende, en algunos lugares, a 200 mW/m² y crea una acumulación de calor en los acuíferos que puede ser explotado industrialmente. (ERENOVABLE.COM, 2017) Aquellos lugares donde se encuentra la energía geotérmica se denominan yacimientos pudiendo ser estos de agua caliente, secos, los acuíferos acuíferos subterráneos y los geiseres La energía geotérmica se puede utilizar de diferentes maneras, tales como: • Bombas de calor geotérmicas; • Calefacción de espacios; • Invernadero y calefacción de tierra cubierta; • Estanque de acuicultura y calefacción de canal; • secado de cultivos agrícolas; • Derretimiento de la nieve y enfriamiento del espacio; • Bañarse y nadar. (Aadnoy & Olha Sukhoboka, 2014)
USOS DE LA ENERGIA GEOTERMICA:
Existe una variedad de usos para este tipo de energía que son utilizados en la actualidad a continuación se presenta los usos de la Energía Geotérmica a tendiendo al tipo de temperatura que presenta: Alta -Alta temperatura ratura:: más de 150 ºC. Permite transformar directamente el vapor de agua en energía eléctrica. - M edi edi a temp temperatur eratura: a: entre 90 y 150 ºC. Es capaz de producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que es el que alimenta a las centrales. - B aja tem temper per atur atura: a: entre 30 y 90 ºC. Su contenido en calor es insuficiente para producir energía eléctrica, pero es adecuado para calefacción de edificios y en determinados procesos industriales y agrícolas. - Muy baja temperatura: menos de 30 ºC. Puede ser utilizada para obtener agua caliente, para calefacción y climatización. En este caso se necesita emplear bombas de calor. FORMAS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA GEOETERMICA AN VARIOS PAISES ALREDEDOR DEL MUNDO
El costo del calor es competitivo comparado con otros combustibles, pero debe considerarse como una ventaja la mínima contaminación que asociada a su explotación. El dimensionamiento y diseño de una central geotérmica es un aspecto de suma importancia, pues del dependerá el costo del kWh producido. El costo del kW instalado disminuye al aumentar las dimensiones de la instalación, pero se debe tener
en cuenta que una central más grande requiere de un número más elevado de pozos, mayores gastos, fundamentalmente para la construcción de las líneas lí neas de vapor, y mantenimiento de la central más dificultoso. Existen centrales geotérmicas de poca potencia (2-3,5 MW), de costo relativamente bajo y de rápida instalación que se adaptan particularmente a las fases iniciales de la explotación de un campo. R ecursos cur sos ge g eotér otér micos de alta te temperatur mperatura a, de más de 150 ºC. De ellos se obtienen agua y vapor a muy alta presión y temperatura, por lo que se utilizan preferentemente para generar energía eléctrica. Las centrales geotérmicas en las que q ue se produce electricidad se emplazan habitualmente sobre yacimientos geotérmicos (coincidencia de un acuífero con una zona del terreno que está a alta temperatura), de los que se extrae el agua y el vapor a alta entalpía, que se aprovecha mediante una turbina para generar electricidad. Una vez extraída la energía, el agua se devuelve al yacimiento geotérmico con objeto de asegurar la sostenibilidad y perdurabilidad del mismo. En ocasiones, aunque no exista un acuífero, se puede crear un yacimiento geotérmico inyectando agua en una zona del terreno que esté a alta temperatura, lo que permite aprovechar este recurso geotérmico en muchos lugares donde hasta ahora no era viable, ampliando la explotación de recursos geotérmicos de alta temperatura a áreas geográficas e incluso países en los que no han existido yacimientos geotérmicos convencionales. Esta técnica se denomina geotermia estimulada o sistemas geotérmicos estimulados (EGSEnhanced Geothermal Systems). (ENERGY)
Figura 3: Modelo Conceptual de una planta Geotérmica Fuente: EGSEnhanced Geothermal Systems
C. Exposición y discusión de resultados
El uso más común de la energía Geotérmica El uso térmico más común en el mundo corresponde a bombas de calor, con un 35% frente a la potencia total instalada, seguido de balnearios, sistemas de calefacción, invernaderos, acuicultura y procesos industriales.
IV. Referencias
[1] Aadnoy, B., & Olha Sukhoboka. (2014). Geothermal Wells for Energy Production. 3rd European Geothermal Workshop. Karlsruhe. [2] Angulo, G. L. (2016). Guia de la Energía Geotérmica. Madrid. [3]
Division
de
Geotermia.
(2007).
ENERGIA
GEOTERMICA.
[4]
Figura 4: Aplicaciones uso directo energía geotérmica año 2000 Fuente: Manual de Geotermia
III. CONCLUSIONES En conclusión, se ha logrado entender la forma en que la energía geotérmica puede ayudar a toda una población, debido a sus grandes beneficios como lo es la energía eléctrica. Además se han mostrado los múltiples beneficios de desarrollar de energía geotérmica y el gran potencial que existe en Ecuador y en otros países. A partir de esto, se ha dado en evidencia las oportunidades de inversión futuras. futur as.
AGRADECIMIENTOS En primer lugar deseamos agradecer a nuestro profesor Ing. Rafael Pérez quien con sus conocimientos impartidos en clases ha permitido que se desarrollen nuevas ideas en lo referente a la aplicación de la catedra Termodinámica enfocada al mundo real con problemas del entorno, permitiendo de esta manera hacer uso de nuevas tecnologías en este caso software, mismos que desarrollan en los estudiantes criterios indispensables para considerar y tener en cuenta cuando se desempeñen desempeñen en la vida laboral. Por otra parte, los agradecimientos también radican en la unión y trabajo en equipo que se reflejó en cada uno de los autores.
ENERGY, U. D. (s.f.). GEOTHERMAL TECHNOLOGIES OFFICE. EGSEnhanced Geothermal Systems .
[5] ERENOVABLE.COM. (2017). Energia Geotermica - Que es, Fuente, Usos,Ventajas y Desventajas de la Energia Geotermica. Muy Interesante. [6] Edgarr Santoyo, Rosa Maria Barragan-Reyes. (2010). ENERGIA GEOTERMICA. Mexico. [7] Francois-D. Vuataz. (2006) La Energía Geotérmica. Madrid-España. [8] José Luis Sierra, Elsa Pedro. (1998). Energía Geotérmica. Argentina. [9] Sandro Bruni. (2004). Una nueva serie sobre la innovación de la energía Geotérmica. Chile.
