UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES Y AGRIMENSURA

Trabajo Pr ctico N 5á °

Energ as renovablesí

Energ a geot rmicaí é

Profesores: Acevedo Bel n, é

Galarza Carlos,

Asignatura: Ciencia Tecnolog a y Sociedad, í

Alumnos: Esquivel Esteban David

Gonz lez D az Ramona Zá í

Mizdraji Ary Jos, é

A o 2018ñ :

Qué es la energía geotérmicaEs la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie solida de la tierra.Geotérmica es una palabra de origen griego, deriva de “geos” que quiere decir tierra y de “thermos” que significa calor: el calor de la tierra. Se emplea indistintamente para designar tanto a la ciencia que estudia los fenómenostérmicos internos del planeta como al conjunto de procesos industriales que intenta explotar ese calor para producir energía eléctrica y/o calor útil al ser humano.

BREVE HISTORIA DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA Las regiones volcánicas han sido siempre polos de atracción para los seres humanos, por el hecho de la existencia de fumarolas y de fuentes termales que podían utilizar para calentarse, cocer alimentos o simplemente bañarse. Los restos arqueológicos más antiguos relacionados con la energía geotérmica han sido encontrados en Niisato, en Japón, y son objetos tallados en piedra volcánica que datan de la Tercera Glaciación, hace 15.000 y 20.000 años. Hace más de 10.000 años, los Paleo-Indios de América del Norte, ya usaban las aguas termales para cocinar alimentos y sus minerales con propósitos medicinales. Los

manantiales termales eran zonas neutrales donde los miembros de las naciones guerreras debían bañarse juntos en paz. Las primeras civilizaciones, unos 3.500 años antes de Cristo, apreciaban la práctica de los baños termales y la utilización de barros termo minerales, pero fueron griegos y, posteriormente, romanos los que dejaron numerosos ejemplos de la aplicación de la energía geotérmica en la calefacción urbana y en las tradicionales termas y baños públicos, que se convirtieron en gigantescos centros de ocio, salud y negocio. Las termas de Caracola, en Roma, tenían un aforo para 1.600 personas. Los romanos difundieron su uso por todo el imperio, extendiéndose con el paso del tiempo a Japón, América y Europa. En 1330 ya existía una red de distribución de agua caliente en algunas casas en Chaudes-Aigues, Francia, por cuyo mantenimiento los usuarios tenían que pagar una tasa. Servía, al mismo tiempo, para lavar lana y pieles. Durante mucho tiempo, el hombre se conformó con utilizar el calor que afloraba de forma natural en la superficie del planeta. A partir del siglo XIX, los avances técnicos y el mejor conocimiento del subsuelo permitieron buscar cada vez a mayor profundidad, y explotar cada vez mejor el calor de la Tierra. El descubrimiento en 1818 de sales de boro en Larderello, Toscana (Italia), marcó el inicio de la utilización industrial de los recursos geotérmicos. En 1827 el fundador de esta industria, el francés Francois Larderel, desarrolló un sistema para utilizar el calor de los fluidos en el proceso de evaporación, en lugar de quemar madera de los bosques cercanos, que se encontraban en rápida deforestación. En Estados Unidos la primera red local de calefacción urbana entró en funcionamiento en 1892 en Boise, Idaho. En el siglo XX el empleo de la energía geotérmica se incrementa, arrastrado por las necesidades cada vez más elevadas de energía para abastecer a la civilización moderna. La industria del ácido bórico en Larderello dio paso, en 1904, a la generación de electricidad a partir de vapor geotérmico, entrando en funcionamiento en 1913 una central de 250 kW. Entre 1910 y 1940, el vapor de baja presión fue utilizado para calefacción de invernaderos, y de edificios industriales y residenciales. A finales de la Segunda Guerra Mundial, las tropas alemanas, durante su retirada, destruyeron por completo la central, los pozos y las tuberías. En 1921, en Estados Unidos, en la zona de The Geysers, en California, se perforaron dos pozos y se instaló una pequeña máquina de vapor que, conectada a una dinamo, producía electricidad para un pequeño establecimiento termal.A partir de la década de los setenta se inicia, en diversas partes del mundo, una intensa actividad de exploración e investigación de recursos geotérmicos al objeto de utilizarlos para producción de energía eléctrica o para calefacción y agua caliente. Es también a partir de esa década, como consecuencia de las alzas de los precios del crudo, pero particularmente a partir de la década de los noventa, bajo la presión de las exigencias ambientales y, más particularmente, de la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera, cuando el empleo de bombas de calor geotérmicas empieza a conocer un desarrollo prometedor a nivel internacional. En menos de 15 años se ha llegado a la situación actual, con más de un millón de instalaciones, no sólo en América del Norte, Estados Unidos y Canadá, sino también en algunos países europeos, particularmente en Suecia, Suiza, Alemania y Austria. Sólo en Suecia, existen hoy en día más de 400.000 bombas de calor instaladas.

APLICACIONES Y TIPOS DE ENERGÍA GEOTÉRMICA

Las aplicaciones que se pueden dar a un fluido geotermal dependen de su contenido en calor, o lo que es lo mismo, de su entalpía. De esta manera se establecen las cuatro categorías siguientes para la energía geotérmica: • Alta temperatura: más de 150 ºC Una temperatura superior a 150 ºC permite transformar directamente el vapor de agua en energía eléctrica. • Media temperatura: entre 90 y 150 ºC. Permite producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que es el que alimenta a las centrales. • Baja temperatura: 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 calefacción y climatización, necesitando emplear bombas de calor.

ENERGÍA GEOTÉRMICA Y DESARROLLO SOSTENIBLE

Dentro del grupo de las energías renovables, la energía geotérmica es muchas veces ignorada. Sin embargo, ya existía antes de que la expresión fuese inventada y mucho antes de que se hablara de desarrollo sostenible, de gases de efecto invernadero o de lucha contra el cambio climático. A pesar de su antigüedad, o tal vez a causa de ella, no se beneficia de todo el interés que merece.El calor terrestre es una fuente de energía duradera para la producción de calor y de electricidad, que no depende de las condiciones climatológicas, de la estación anual, del momento del día ni del viento.La energía geotérmica representa una respuesta local, ecológica y eficiente para reducir costes energéticos. Energía limpia Ninguna instalación que emplee energía geotérmica precisa quemar combustibles, por consiguiente, no contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero. Las instalaciones que emplean bombas de calor geotérmicas para calefacción, refrigeración y producción de agua caliente sanitaria sólo consumen energía eléctrica para el funcionamiento de los compresores eléctricos, de las bombas de circulación y de los ventiladores del interior del edificio. Las emisiones equivalentes de gases son únicamente las correspondientes a la producción en origen de esa energía, muy inferiores a las de los sistemas tradicionales, pues el consumo de electricidad se reduce notablemente.

Comparación de la emisión de CO2de la producción de los diferentes tipos de energia

Las bombas de calor geotérmicas utilizan sistemas de refrigeración sellados en fábrica, con menos cantidad de refrigerante que los sistemas de aire acondicionados, que rara vez o nunca son recargados, por lo que no contribuyen a la destrucción de la capa de ozono. En el resto de aplicaciones directas del calor y en la producción de energía eléctrica, las emisiones pueden llegar a ser casi nulas, reinyectando las aguas geotermales a sus acuíferos. Los fluidos geotermales que se emplean en las plantas de producción de energía eléctrica pueden contener gases disueltos, sales, en ocasiones en concentraciones elevadas, arenas y otros sólidos en suspensión. De forma general, se puede decir que las centrales emiten a la atmósfera pequeñas cantidades de CO2, muy pequeñas cantidades de SO2, y no emiten óxidos de nitrógeno. La cantidad media de CO2 emitida por las centrales geotermoeléctricas en el mundo es de 55 g/kWh, mientras que una central de gas natural emite 10 veces más. Las sales y los minerales disueltos son reinyectados, con el agua sobrante del proceso, en sus acuíferos. Las instalaciones para calefacción se encuentran en los sótanos de los edificios a los que abastecen, siendo las mismas muy compactas sin necesitar mucho espacio para reproducirlos. Al no necesitar transportar, almacenar ni quemar combustibles, pueden ser integradas fácilmente en el paisaje.

¿Cómo funciona la energía geotérmica?

Este tipo de energía se basa en los principios de la energía geotérmica, o en la explotación calor natural de la tierra. Este calor es liberado naturalmente por los procesos de descomposición nuclear de los elementos radiactivos dentro del núcleo, el manto y la

corteza terrestre. Algunos de estos elementos son uranio, torio y potasio que están genuinamente contenidos en las áreas más internas de nuestro planeta.En el interior de la tierra, el núcleo es una masa incandescente que irradia calor desde el interior hacia el exterior, motivo por el cual según profundicemos en la tierra la temperatura irá aumentando en una progresión de 2 a 4 ºC de temperatura por cada 100 metros.Pero el interior de la tierra está formado por distintas capas, alcanza la profundidad suficiente y el agua se calienta, ésta experimenta un cambio de estado pasando a vapor de agua que saldrá a fuerte presión hacia la superficie, bien en forma de chorro o fuentes termales.

Desarrollo de la geotérmica en la provincia de NeuquenEn la Provincia del Neuquén, y a partir de sus características geológicas, se ha dado la presencia de numerosas zonas con recursos geotermales. Algunos de ellos, presentan temperaturas muy elevadas, haciéndolos interesantes desde el punto de vista de su aprovechamiento con distintos fines.Entre estas zonas se pueden citar la de Copahue y Domuyo, donde se encuentran manifestaciones termales, de variadas características, con temperaturas que van desde unos pocos grados hasta alrededor de 140ºC.Ya desde antiguas épocas, los pobladores indígenas aprovechaban las bondades de esta agua, llegando a nuestros días, en los que la balneoterapia es una actividad muy popular, generando beneficios de diverso tipo.A partir de la crisis energética, por el petróleo, a principios de la década de los setenta; comenzó en nuestro país, y más precisamente en Copahue, la exploración geotérmica con fines de su aprovechamiento energético.A partir de la creación del EPEN (Ente provincial de Energía en Neuquen), dicho proyecto estuvo a cargo del mismo, obteniéndose algunos logros importantes, como por ejemplo, la instalación de la primera Central Geotermoeléctrica de Sudamérica.

En la década del noventa se produjo una profunda transformación en el escenario político y económico nacional; siguiendo cambios similares a nivel internacional. En el marco de esta transformación, y de la nueva política energética y el proceso destinado a bajar los costos de la energía; quitó competitividad a la generación geotérmica, suspendiéndose el programa de desarrollo geotérmico en la provincia.Se reanudan los trabajos para el desarrollo de dicha energía en el año 1998 en Copahue, la cual proveyó de un sistema (instalación de intercambiadores de calor) que permite la calefacción de los edificios.

Se realizaron estudios sobre las superficies que pueden llegar a ser factibles para la obtención de este tipo de energía en la zona oeste del cerro Domuyo donde se obtuvieron los siguientes resultados:

o Campo del tipo "aguadominante" con una temperatura calculada de 220-230 °C, con una muy baja relación gas/vapor.

o En todos los pozos de 100 metros se midió un gradiente mayor de 30 °C.o Se localizó un reservorio entre 800 y 1.200 metros de profundidad.

Generación de electricidadLos yacimientos geotérmicos de alta temperatura pueden aprovecharse para generar electricidad mediante un ciclo similar al utilizado en las centrales termoeléctricas convencionales. Dependiendo de las características del recurso geotérmico, la generación de electricidad se realiza mediante turbinas de vapor convencionales (ciclo Rankine) y planas de ciclo binario. La utilización de los recursos geotérmicos, como fuente de energía primaria para la generación de electricidad, es una de las aplicaciones más importantes, cuando la temperatura del fluido es alta o muy alta. Ahora bien, a medida que disminuye el nivel térmico del recurso aumenta el consumo específico de la central de generación, disminuyendo su rendimiento neto rápidamente.Existen tres tipos de plantas para generar energía eléctrica procedente de los recursos geotérmicos, en función de las características y naturaleza del fluido geotermal disponible y la profundidad del mismo:

Plantas de vapor seco: El fluido que llega a la superficie, proveniente de las fracturas del suelo, es vapor en estado de saturación o bien ligeramente recalentado (vapor seco); este vapor se dirige directamente a una turbina que acciona un generador para producir electricidad.

Plantas flash: El fluido que llega a la superficie es una mezcla vapor-líquido a una presión que depende del pozo y de la temperatura del estado de saturación, por lo que previamente el fluido se dirige a unos separadores vapor/agua, desde donde la fracción de vapor resultante se conduce a la turbina para producir electricidad y la líquida se rechaza.

Plantas de ciclo binario: Se adopta esta tecnología cuando la temperatura del recurso geotérmico no es demasiado alta (entre 120-150°C) o el fluido geotérmico tiene una elevada salinidad. Se basan en evitar el uso directo del fluido termal y utilizar un fluido secundario, normalmente de carácter orgánico, que tenga un comportamiento termodinámico mejor, es decir, bajo punto de ebullición y alta presión de vapor a bajas temperaturas. El fluido geotermal entrega el calor al fluido secundario a través de un intercambiador de calor, y este fluido es calentado y vaporizado. Este vapor acciona la turbina y posteriormente es enfriado y condensado. En los tres tipos de plantas, el vapor condensado y el fluido remanente geotérmico se vuelven a reinyectar en el almacén geotérmico para volver a reanudar el ciclo. En la actualidad, la investigación geotérmica se concentra en la localización de estructuras favorables para el desarrollo de yacimientos geotérmicos de alta temperatura para la producción de electricidad, aun sin la existencia de fluido o con muy baja permeabilidad.

Son los llamados yacimientos geotérmicos de “Roca Caliente Seca” (HDR) o Sistemas Geotérmicos Estimulados (EGS). Una central geotérmica basada en esta tecnología funcionaría de la siguiente manera: primeramente, hay que perforar hasta la roca caliente seca (profundidad aproximada entre 3.000-5.000 m) y después inyectar agua en el pozo para romper aún más las grietas creadas y para aumentar el tamaño de las fisuras. El agua, que se introduce a presión, se calienta en su viaje hacia las profundidades hasta llegar a los 200°Cy a través de los pozos de producción se bombea hasta la superficie. Ya sobre el terreno, con un separador vapor-agua, se extrae el vapor que hace funcionar el grupo turbogenerador para la producción de electricidad. Después de este proceso, el agua se vuelve a inyectar por un circuito cerrado a las profundidades y todo vuelve a empezar desde el principio.

Usos sector industrialEl vapor, calor o agua caliente de las reservas geotérmicas, puede ser empleado en aplicaciones industriales donde las instalaciones son grandes y requieren un gran consumo de energía. A continuación, se definen algunas de las principales aplicaciones térmicas en este sector:

Procesos industriales.Las diferentes formas de utilización de este calor incluyen: procesos de calefacción, evaporación, secado, esterilización, destilación, lavado, descongelamiento y extracción de sales, etc. en la industria de producción de papel y reciclado, procesamiento de celulosa, tratamientos textiles, industria alimenticia, pasteurización de leche, extracción de productos químicos, recuperación de productos petrolíferos, extracción de CO2, bebidas carbonatadas, etc.

Invernaderos.Un empleo muy común de la energía geotérmica de baja temperatura es en agricultura. Las aplicaciones agrícolas de fluidos geotermales son para calefacción a campo abierto e invernaderos. Una solución óptima de aplicación de la geotermia en campo abierto consiste en combinarla calefacción del suelo con el regadío, controlando cuidadosamente la composición química de las aguas termales utilizadas con este fin.El uso de invernaderos no se limita sólo a cultivos vegetales comestibles sino al cultivo de plantas ornamentales, flores, etc. Los invernaderos permiten alargar el periodo productivo de los vegetales a lo largo de todo el año, asegurando que la tierra no se hiele y proporcionando una estación de crecimiento más larga y un desarrollo rápido de los productos.

AcuiculturaLa acuicultura es la técnica controlada de especies acuáticas vegetales y animales que, actualmente, está adquiriendo gran importancia a nivel mundial. El nivel térmico exigido por las piscifactorías permite el aprovechamiento de los yacimientos de baja entalpía y constituye un campo de aplicación muy interesante para el aprovechamiento de aguas geotermales, principalmente en países fríos. El sistema de piscifactorías consiste en la crianza de peces, crustáceos o mariscos en varias piscinas artificiales escalonadas, controlando así el crecimiento de cada especie, manteniendo artificialmente una temperatura óptima, la alimentación y la calidad del agua. De esta forma, se consigue cultivar especies exóticas, mejorar la producción e incluso duplicar el ciclo reproductivo.

Sector residencial y servicios.El uso de sistemas geotérmicos de baja entalpía para el sector residencial y de servicios permite prescindir del gasóleo, gas natural o gases licuados derivados del petróleo (propano y butano), todas ellas energías caras y no renovables. La demanda térmica de la energía consumida en el sector residencial y de servicios es relativa-mente baja, lo que permite utilizar agua geotérmica de baja entalpía y devolverla a baja temperatura, incrementando así el potencial geotérmico del recurso e induciendo a un ahorro de energía, que podrá aprovecharse para otras aplicaciones. El sistema de climatización geotérmico funciona correctamente con cualquier instalación de calefacción actual, bien sea por radiadores, suelo radiante o aire.

•Calefacción de Distrito, “DistrictHeating”.El aprovechamiento directo de los recursos geotermales permite diseñar un sistema de calefacción centralizado, más comúnmente conocido como “districtheating”. El sistema satisface la demanda de calor de un conjunto de usuarios, distribuidos dentro de una zona extensa, del tamaño de un barrio, distrito o incluso una ciudad entera. Inicialmente solo se satisfacía la demanda de calefacción, pero posteriormente se amplió al suministro de refrigeración.En general, un esquema simplificado de un sistema de energía geotérmica aplicado a este sector consta de tres circuitos diferenciados:

. •Bomba de calor (GHP). En países con niveles altos de radiación solar, como es el caso de España, la temperatura del suelo a profundidades de más de 5 metros es relativamente alta (alrededor de 15 grados). A esas profundidades, los materiales geológicos permanecen a una temperatura estable, independientemente de la estación del año o de las condiciones meteorológicas. Esta estabilidad geotérmica es la que permite que en verano el subsuelo esté considerablemente más fresco que el ambiente exterior.

Usos térmicos directosLos recursos geotérmicos de alta temperatura, necesarios para la producción de electricidad, son escasos en comparación con los recursos de media y baja temperatura, por lo que existen otras aplicaciones para el aprovechamiento de la energía geotérmica que se pueden denominar de utilización directa. El uso directo del calor es una de las aplicaciones más antiguas y comunes de la energía geotérmica para balnearios, calefacción residencial, agricultura, acuicultura.

Conclusión:Luego de la realización del trabajo de investigación sobre esta energía renovable, logramos conocer una energía poco difundida pero con múltiples aplicaciones beneficiosas para el ser humano y el cuidado del medio ambiente. Esta energía se encuentra poco aprovechada en nuestro país debido a que no en todas las zonas pueden ser explotadas, por falta de inversión y de interés de los gobiernos. Lo importante es dar a conocer a la sociedad sobre la importancia de este tipo de energía renovable para que puedan aplicar una actitud crítica al respecto.

Bibliografía:-Guía de la energía Geotermica. Guillermo Llopis Trillo Dr Ing de minas. Vicente Rodrigo Angulo. Dr Ing de minas. Dirección general de industrias, energías y minas. Madrid.-Manual de geotermia. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) y el Instituto Geológico y Minero de España (IGME).-https://instalacionesyeficienciaenergetica.com/calefaccion-por-geotermia/-https://erenovable.com/energia-geotermica/-https://www.epen.gov.ar/institucional/energias_geo.php