El calor de la Tierra Geos: Tierra, Termos: Calor
La energía geotérmica es la energía térmica que se produce y/o se almacena en el interior de nuestro planeta. Esta energía térmica o calor tiene dos fuentes principales. Una de ellas es el calor remanente de la formación de la Tierra, ocurrida hace 4 mil 500 millones de años, que se disipa desde el núcleo. La otra es el decaimiento radiactivo de minerales como el Uranio, el Torio y el Potasio contenidos en rocas de la capa externa sólida del planeta que se conoce como litósfera, la cual se compone de la corteza y de la porción superior del manto terrestre.
El calor almacenado en el interior de la Tierra es de 12.6 billones de exajoules (12.6 x1012 EJ). Se estima que la litósfera, hasta una profundidad media de 50 km, contiene alrededor de 5,400 millones de exajoules (5.4 x109 EJ).
Esta energía térmica es transferida hacia la superficie terrestre, principalmente por conducción, con una tasa promedio de 65 miliwatts por metro cuadrado (mW/m2) en los continentes y de 101 mW/m2 en el fondo de los océanos. El resultado es un flujo de calor global neto de 1,388 exajoules anuales.
Tipos de recursos geotérmicos
Los recursos geotérmicos se pueden clasificar en sistemas convectivos (o hidrotermales), sistemas conductivos y acuíferos profundos. Los sistemas hidrotermales pueden ser de vapor o de líquido dominante. Los sistemas conductivos incluyen roca caliente y cuerpos magmáticos en un amplio rango de temperaturas. Los acuíferos profundos contienen fluidos circulando en medios porosos o en zonas de fracturas a profundidades generalmente mayores de 3 kilómetros, pero que carecen de una fuente de calor localizada. Estos sistemas pueden subdividirse en sistemas que están a presión hidrostática o en sistemas a presiones mayores que la hidrostática, conocidos como sistemas geo-presurizados.
Los recursos geotérmicos también pueden dividirse por sus temperaturas y su tipo de aprovechamiento. Así, pueden ser recursos de temperatura alta (más de 180°C), media (de 180 a 100°C) y baja (menos de 100°C), y ser aprovechados como recursos de uso indirecto para generar energía eléctrica, de uso directo para aprovechar únicamente el calor, o bien en combinaciones para generar tanto calor como energía (CHP: Combined Heat and Power). Por su parte, las bombas de calor geotérmico (GHP: Geothermal Heat Pumps) son una sub-clasificación de los directos.
Sistemas convectivos (hidrotermal)
- Continental: Temperatura alta (>180 °C), intermedia (180-100 °C) y baja (<100 °C). Usos directos y eléctricos.
- Submarino: Temperatura alta (>130 °C). Uso potencíal eléctrico.
Sistemas conductivos
- Somero (<400m): Temperatura baja (<100 °C). Usos directivos (y GHP).
- Roca seca caliente: Temperatura alta (>130 °C) e intermedia (130-100 °C). Usos prototipos y potencíal electrico y directo.
- Cuerpos de magma: Temperatura alta (>180 °C), intermedia (180-100 °C) y baja (<100 °C). Uso eléctrico.
Sistemas acuíferos profundos
- Acuíferos hidrostáticos y Geo-presurizados: Temperatura alta (>130 °C), intermedia (130-100 °C) y baja (<100 °C). Usos directos y potencial eléctrico.
Sistemas geotérmicos
Yacimiento geotérmico de tipo hidrotermal
Un yacimiento de este tipo se compone de:
- Una fuente de calor local: generalmente una cámara magmática (o intrusiones de roca fundida relativamente cercanas a la superficie(en los bordes de las placas tectónicas)
- Un acuífero: grupo de rocas capaz de alojar en sus intersticios agua de lluvia infiltrada desde la superficie o desde otros acuíferos.
- Una capa sello: formación rocosa, con menor permeabilidad que la del acuífero y que se interpone entre este y la superficie.
Cuando el agua del acuífero profundo se mezcla con los fluidos magmáticos y se calienta, forma un yacimiento geotérmico de tipo hidrotermal.
Yacimientos de vapor seco
- The Geysers en California
- Larderello en Italia
- Matsukawa en Japón
- Algunos más en Indonesia
En estos casos el control de flujo de vapor para responder a las fluctuaciones en la demanda de energía eléctrica es más fácil que en los campos que producen fluidos en dos fases, en los que se requiere mantener un flujo adecuado en los pozos para evitar un colapso gravitatoria de la fase liquida que podría hacer que el pozo deje de fluir.
Plantas de ciclo binario
El agua caliente que se produce en algunos yacimientos hidrotermicos de temperatura intermedia, o en sistemas geotérmicos mejorados(EGS). Se utiliza comúnmente extrayéndole calor mediante un intercambiador de calor para generar energía eléctrica en una planta de ciclo binario, o bien para usos directos. En las plantas de ciclo binario no es vapor geotérmico el que se envía a las turbinas, si no la fase gaseosa de un fluido de trabajo con menor temperatura de ebullición, que puede ser un fluido orgánico como el isopentano(ciclo Rank orgánico) o inorgánico(ciclo Kalina). En cualquier caso, después de ceder su calor en el intercambiador, los fluidos geotérmicos también se regresan al yacimiento mediante pozos de inyección.
Sistema geotérmico mejorado
Para aprovechar el calor geotérmico y utilizarlo de manera directa o indirecta en la superficie, es necesario perforar un pozo hasta cierta profundidad. Después es necesario mejorar la cantidad, calidad y conexión de las grietas y fracturas de las rocas inyectando agua a una cierta presión, y mas adelante perforar otro pozo a una cierta distancia del primero. Finalmente, debe inyectarse en uno de los pozos un fluido, como el agua, que se vaya calentando conforme desciende, y que después fluya hacia el otro pozo y pueda recuperarse finalmente con pérdidas mínimas de temperatura.
- Perforar un pozo profundo.
- Inyectar agua a presión para mejorar las grietas.
- Perforar otro pozo a cierta distancia del primero.
- Inyectar un fluido que se caliente mientras desciende y que fluya entre los pozos sin perder calor.
El calor obtenido se puede utilizar en diversos usos directos como balnearios y spas, calefacción, instalaciones agroindustriales, acuacultura e invernaderos, o bien de manera indirecta para generar energía eléctrica mediante una planta de calor.