El blog de las Energías Renovables

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Según la disposición de los intercambiadores enterrados podemos realizar varios tipos de configuraciones, dependiendo de las características concretas de cada instalación:
• Intercambiador horizontal, permite una buena relación coste-prestaciones, su instalación es sencilla, ya que las profundidades no superan los 5 metros, y se utiliza en edificios con disponibilidad de una superficie terreno suficiente.
• Configuración horizontal Slinky, la variante con la anterior es que la tubería está enrollada en forma de espiral, esto permite intercambiar más energía en menos espacio.
• Configuración vertical, recomendable cuando se tiene poca disponibilidad de espacio, los pozos se suelen hacer típicamente de entre 50 y 150 m de profundidad, con material de relleno, y tienen una menor longitud de tubería.
• Configuración en bucle abierto es la que tiene una relación coste eficiencia más alta, se utilizan en aquellas zonas donde existe aguas subterráneas y es la instalación más sencilla existente. Con estos sistemas puede explotarse una gran fuente de calor con un coste muy bajo.
• Configuración de intercambiadores sumergidos, esta opción es aplicable en aquellos casos donde exista masa de agua, ya sean pozos sumergidos, lagos. Es una de las opciones más eficientes.

Los sistemas de bombas de calor geotérmicas tienen las siguientes ventajas en comparación con los sistemas tradicionales:
• Ahorro energético significativo:

1. 40-60% comparado con sistema de bomba de calor agua-agua ó aire-agua.
2. 75% comparado con sistema de radiadores eléctricos.
3. 60% comparado con sistema de Gas Natural.
4. 70% comparado con sistemas que usen otros combustibles

• Maximizan la vida útil de la instalación.
• Reducen coste de mantenimiento, operación y potencia contratada.
• Mayor fiabilidad y comodidad.
• Flexibilidad de ampliación o modificación cuando las necesidades del edificio cambian.
• Flexibilidad en la ubicación.
• Disminución de las emisiones de CO2.
• Disminuyen el ruido.
• Elimina el riesgo de legionela.

El coste inicial de este tipo de instalaciones es mayor debido a los costes de perforación, pero debido al gran ahorro energético es amortizable en un plazo de tiempo razonable, de 4 a 8 años.

Además de las ventajas económicas y energéticas que ya hemos comentado, se pueden resumir en las siguientes:
• Sanitarias: ya que estos sistemas no necesitan torres de refrigeración para realizar la condensación, en consecuencia eliminamos las bacterias que se producen en las torres, la legionela.
• Estéticas: Se eliminan todos los elementos exteriores de la fachada ya que el sistema de bomba de calor se ubica en un recinto cerrado ya sea un cuarto de máquinas, un sótano, etc.
• Durabilidad: La durabilidad de estos sistemas está entre 25 y 50 años; esto viene reforzado debido a que la vida de la bomba de calor es uno de los elementos más caros de la instalación y no se encuentra a la intemperie afectada por la climatología, ni por los robos.
• Acústicas: Al no existir compresores y ventiladores externos se elimina el ruido generado por éstos.
• Medioambientales: Las emisiones de CO2 se pueden disminuir hasta 60% frente a sistemas convencionales.

Como hemos podido observar este tipo de tecnología nos ofrece una gran variedad de ventajas tanto económicas como medioambientales que la hacen muy atractiva frente a sistemas tradicionales basados en combustibles fósiles o eléctricos. Lógicamente antes de aventurarse con un sistema de este tipo es necesario realizar un estudio profundo para asegurar la viabilidad y la sostenibilidad del mismo.

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En este artículo vamos a intentar explicar cuáles son las características principales, y en qué principios de funcionamiento se basan las denominadas calefacciones geotérmicas, también denominadas con las siglas BCG (bombas de calor geotérmicas).

El principio de funcionamiento en el cual están basados estos sistemas de baja temperatura es la característica intrínseca que la tierra tiene para mantener una temperatura más constante que el aire exterior; además, a mayor profundidad, menos variaciones se producirán en la temperatura. Gracias a la diferencia de temperaturas que hay entre el ambiente y el terreno, ya que en invierno el suelo está más caliente que el ambiente y en verano a la inversa, es decir, más frío que el ambiente, podemos climatizar utilizando un sistema BCG un edificio con una eficiencia superior a la de los sistemas actuales de calefacción.

Los intercambiadores de calor enterrados, están constituidos por tuberías, normalmente de polietileno de alta resistencia y gran duración, las cuales se entierran debajo de la superficie del suelo a una cierta profundidad. El líquido calefactor circula a través de la tubería, normalmente en circuito cerrado, transportando el calor absorbido a la bomba de calor en invierno y al suelo en verano, provocando así un intercambio de energía térmica entre el líquido que circula por las tuberías enterradas y el suelo, de forma que pueden acondicionarse recintos con una enorme eficiencia y ahorro energético.

El calor se extrae del suelo por medio de un captador, horizontal o vertical, con forma de tubo de plástico (polietileno reticulado o PER), dentro del cual fluye una mezcla de agua con anticongelante. El calor útil se transmite a la vivienda mediante un circuito de distribución hidráulica: suelo radiante, red de radiadores, etc; pero también existen sistemas que funcionan con circuitos frigoríficos (suelo/suelo), o incluso de forma mixta (suelo/agua).

Las características del sistema Suelo-Suelo o de expansión directa son:

• El calor se extrae del suelo mediante un captador con forma de tubo de cobre, dentro del cual fluye el fluido caloportador.
• El captador, con forma de serpentín, se coloca a 60 cm. bajo tierra y debe abarcar una superficie equivalente a la que hay que calentar o superior (de 100 a 120%).
• El calor útil pasa a través del fluido caloportador que funciona en circuito cerrado. La condensación del fluido libera la energía que calienta la vivienda. El suelo radiante consiste en un tubo de cobre con funda de polietileno.

Las características del sistema Suelo-Agua o Tecnología Mixta son:

• El calor se extrae del suelo por medio de un captador con forma de tubo de cobre, dentro del cual fluye el fluido caloportador.
• El captador, con forma de serpentín, se coloca a 60 cm bajo tierra y debe abarcar una superficie equivalente a la que hay que calentar o superior (de 100 a 120%).
• El calor útil se transmite a la vivienda mediante un circuito de distribución hidráulica: suelo radiante, red de radiadores (temperatura máxima del agua caliente: 47º C) o cualquier otro tipo de sistema que utiliza el agua caliente como vector de calefacción.

Hoy en día con la energía geotérmica, usada mediante la tecnología adecuada, podemos conseguir que una misma máquina termodinámica nos pueda ofrecer además de la calefacción para la vivienda, todo un seguido de posibilidades:

• Climatización: En verano es muy fácil invertir el sentido de circulación del fluido. El grupo termodinámico capta el calor ambiente de la vivienda o de la red hidráulica de ésta y la refresca mediante un sistema de suelo refrescante o de ventiloconvectores. El calor extraído de la casa se expulsa al exterior mediante los captadores.
• Agua Caliente Sanitaria: Solamente hace falta un acumulador de agua caliente en donde pueda ser disipada la energía que capta el generador termodinámico.
• Calefacción de piscina: El grupo termodinámico también permite calentar el agua de una piscina. En este caso, se aísla el suelo radiante, produciendo calor mediante un intercambiador de calor.

Gracias a un sistema de autorregulación en los mismos generadores, es posible calentar la vivienda, el agua caliente sanitaria y la piscina al mismo tiempo, dando preferencia normalmente a la calefacción de la vivienda, al ACS y por último a la piscina.

En el siguiente artículo continuaremos comentando algunas de las características de este tipo de tecnología basada en la energía geotérmica propia de la tierra.

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Aunque Italia fue la pionera en la utilización de éste tipo de energía, Islandia es un ejemplo muy claro del aprovechamiento de los yacimientos geotérmicos, quizás por su ubicación, justo en la cordillera que separa la placa americana, la europea y la africana, en mitad del océano atlántico, motivo de la existencia de su actividad volcánica. En 1928 se fundó la primera estación de bombeo, y fue en los años 60 cuando se comenzó la distribución de dicha energía a todos los hogares lo cual supuso un gran ahorro energético para el país y todas las familias islandesas, reduciendo así su dependencia de otras fuentes como el carbón o el petróleo. Los manantiales de Reykjavík son de baja temperatura, alrededor de 100ºC y se bombea directamente a la red de distribución proporcionando calefacción y agua caliente a través de una red subterránea de casi 2000Km de longitud. En 1975 el 95% de los hogares utilizaban ésta fuente de energía convirtiéndose así en un ejemplo mundial de aprovechamiento geotérmico; anecdóticamente las casas islandesas construidas en los últimos 60 años no disponen de chimeneas. Una vez utilizada dicha agua en los hogares, es reutilizada para su uso en invernaderos, calentamiento de las calles para evitar la formación de hielo a través de una red subterránea, o para disfrute en balnearios y termas.

Islandia también dispone de yacimientos de más de 300ºC los cuales son utilizados para la generación eléctrica. No se puede dudar que la inversión realizada para semejantes infraestructuras ha sido enorme, pero también lo es el ahorro que se está obteniendo, el cual en Islandia está estimado en más de 500.000 barriles de petróleo al año; con su respectivo ahorro de emisiones de CO2. Con todo esto sólo queda añadir que Reykjavík está considerada la capital más limpia y saludable del mundo por su bajo impacto ambiental y niveles de CO2 en la atmósfera.

Para más información acerca de dicha central, podéis visitar la página:

http://www.redes-cepalcala.org/ciencias1/geologia/islandia/geologia.islandia_nesjavellir.htm

Como hemos podido comprobar, las ventajas de ésta fuente de energía son muchas, entre ellas:

• Ahorro considerable de otras fuentes energéticas tales como el carbón, nuclear, petróleo, etc.
• Gran ahorro económico una vez realizada la instalación.
• Mínimo impacto ambiental en la zona.
• 0% de emisiones a la atmósfera.
• Flujo constante de energía.

Por el contrario la única desventaja es el impacto visual de la central en sí misma dentro del paisaje. En ocasiones puede leerse que estas centrales emiten ácidos y gases a la atmósfera, pero esto no es cierto, ya que anteriormente ya hemos comentado que el agua del yacimiento no tiene contacto con el exterior, ya que antes de su utilización es circulada por un intercambiador de calor que cede su aporte calorífico a otro fluido sin contaminantes.

Esto no es más que una muestra del potencial de esta fuente de energía, y otra vez es un ejemplo de que existen multitud de alternativas a las energías convencionales fuente de la mayor generación de CO2 a la atmósfera.

Actualmente en nuestro país se están llevando a cabo estudios y proyectos para la utilización de dichos yacimientos, por ejemplo en Almería, Lanzarote o la isla de La Palma.

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En un artículo anterior ya comentamos que la energía geotérmica es aquella que aprovecha la energía térmica del interior de la Tierra, en forma de agua calentada por focos procedentes de actividad volcánica latente en el interior de las capas terrestres.

Una vez que el yacimiento de agua es accesible mediante una tubería de aspiración, podemos encontrarnos cuatro tipos diferentes de campos geotérmicos:

• Energía geotérmica de alta temperatura o de alta entalpía. El agua en estos yacimientos está a una temperatura comprendida entre 150 y 400ºC, generando a su salida vapor en la superficie, el cual mediante una turbina es transformado en energía eléctrica. Se requieren varios condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2km de profundidad; suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto la transferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15km de profundidad, a 500-600ºC. 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 media temperatura. La temperatura de salida de dichos yacimientos es menos elevada, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos de reparto de calor para su uso directo en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción)
• Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70ºC. La principal aplicación de los yacimientos a baja temperatura es la calefacción

• Energía geotérmica de muy baja temperatura. La temperatura de salida en este caso está comprendida entre 20 y 50ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.

El límite entre los diferentes tipos de energías geotérmicas no es estricto; si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 ºC, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana. Para evitar los problemas de contaminación o de corrosión debidos a las sustancias que pueda haber en disolución, el fluido geotérmico pasa por un intercambiador que cede parte de su calor a un segundo fluido para su utilización.

En un posterior artículo hablaremos de las ventajas e inconvenientes de éste tipo de energía y comentaremos algún ejemplo actual de dicho aprovechamiento.

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Podríamos definir la energía geotérmica como aquella energía almacenada en forma de calor latente ubicado en capas profundas de la tierra a causa de la desintegración de elementos radioactivos o por la presencia de focos térmicos procedentes del calor interno generado en el momento de la formación del planeta.

Dicha energía geotérmica es posible utilizarla gracias al calentamiento que dichos focos provocan en los yacimientos de agua subterránea. Para entender dicho proceso vamos a remontarnos al momento en el que dicha agua se encontraba suspendida en la atmósfera en forma de lluvia. El agua una vez precipitada sobre la corteza terrestre es absorbida a través de fisuras y grietas del terreno las cuales hacen posible la formación de yacimientos de aguas que al estar en contacto con los focos de calor antes mencionados elevan su temperatura y provocan que el agua calentada vuelva a emerger hacia la superficie.

Gracias a los análisis realizados a dichos yacimientos, y a la presencia del Tritio, el isótopo más pesado e inestable del Hidrógeno, se ha podido descubrir que éste tipo de aguas permanecen en el subsuelo períodos de tiempo superiores a los 25 años desde el momento de su filtración hasta su emersión, lo que hace pensar que el flujo del agua subterránea es lento y complejo.

Para poder llevar a cabo el aprovechamiento de éste tipo de energía es necesario realizar una perforación hasta el yacimiento de agua subterránea introduciendo así una tubería de aspiración. Una vez obtenida el agua, es en función de la temperatura y composición de la misma cuando se realiza su utilización, ya sea para la generación de energía o para su uso directo en calefacción. Una vez utilizada el agua es devuelta al acuífero tras haber sido recalentada preservando así la vida de dicho yacimiento, y minimizando el impacto sobre él.

El principio de la utilización de la energía geotérmica como fuente para la conversión en energía eléctrica fue en Lardarello ciudad situada en la zona de la Toscana italiana. Fue Piero Ginero Conti príncipe de Trevignano con la ayuda de un motor alternativo de 0,75 caballos de vapor acoplado a una dinamo, quien consigue encender cinco pequeñas lámparas eléctricas, comenzando así la larga carrera de la generación eléctrica a partir de una fuente geotérmica.

En posteriores artículos comentaremos los posibles usos de dicha energía, así como sus ventajas e inconvenientes, y nombraremos algunos ejemplos de utilización actual de dicha energía.

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