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ENERGÍA GEOTÉRMICA. LA ENERGÍA RENOVABLE DEL SUELO


Una de las energías renovables con más auge en estos últimos años, ha sido la geotermia (calor de la tierra). A pesar de que la energía geotérmica ha sido utilizada desde hace siglos, es una gran desconocida, pero no por ello está carente de un gran potencial. En este artículo, explicaremos en qué consiste la energía geotérmica, cómo funciona, cuáles son sus aplicaciones y qué ahorros energéticos podemos conseguir, utilizando ésta tecnología.

¿Qué es la Energía Geotérmica?

A diferencia de la mayoría de las energías renovables, la energía geotérmica no tiene su origen principal en la radiación del sol, sino en la diferencia de temperaturas que existe entre el interior de la tierra y su superficie.

Por lo tanto, podemos definir la energía geotérmica como aquella energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de la tierra. Engloba el calor almacenado en suelos, rocas, aguas subterráneas cualquiera que sea su temperatura , profundidad y procedencia.

De esta forma, sabemos, que en mayor o menor medida, se encuentra almacenada bajo nuestros pies una energía que podemos y debemos aprovechar.

En función de la entalpía y la temperatura existente en el subsuelo, se puede realizar la siguiente clasificación:

Como vemos, la energía geotérmica, la podemos aprovechar, según su entalpía y temperaturas, para dos aplicaciones principales: Calor (Climatización, Agua Caliente Sanitaria, Calefacción) y Generación de Energía Eléctrica.

En la siguiente gráfica, se indican las diferentes tecnologías aplicables para cada uso. En este artículo nos centraremos en la Bomba de Calor

La aplicación de muy baja entalpía para producción de calor con destino a calefacción y/o climatización para viviendas unifamiliares, edificios residenciales, edificios de oficinas, colegios, es el sistema más comúnmente utilizado en edificación.

¿Cómo Aprovechamos la Energía Geotérmica de Muy Baja Entalpía?

Si nos fijamos en el gráfico, para diferentes épocas del año, la temperatura del terreno tiende a ser constante (10ºC) a 10 metros de profundidad.
 
El color Azul corresponde al invierno (0ºC exteriores), y a medida que profundizamos la temperatura va aumentando, hasta alcanzar un valor de 10ºC.
 
El color Rojo corresponde a la época de verano (20ºC exteriores), donde ocurre lo contrario. A medida que profundizamos, la temperatura desciende hasta alcanzar un valor de 10ºC.

Por lo tanto, a una profundidad de 15 a 20 metros, se considera que el terreno comienza a estar a una temperatura constante todo el año, independientemente de la temperatura exterior, con un valor ligeramente superior a la media anual de la superficie (Por ejemplo, en España se consideran 15ºC).

Por debajo de 20 metros, la temperatura aumenta a razón de unos 3ºC por cada 100 metros de profundidad, debido al gradiente geotérmico. Es decir, que a medida que se profundiza, mayor importancia adquiere la energía procedente del interior de la tierra y menos la procedente del sol. No obstante, en las primeras decenas de metros, el sol es una auténtica fuente de energía, que no solo calienta la corteza terrestre, sino que calienta toda la atmósfera, y por consiguiente el agua de lluvia que se convierte en un aporte extra de energía al terreno.

Esta energía disponible, la podemos aprovechar intercambiándola con un fluido caloportador.

En el siguiente vídeo, se explica visualmente todo lo que hemos comentado hasta ahora de forma resumida (merece la pena verlo):

¿Cómo Captamos la Energía Geotérmica?

Hemos visto hasta ahora,  que disponemos de una fuente inagotable de energía durante todas las épocas del año. Para aprovechar esa energía, necesitamos sistemas que nos permitan captarla o cederla como consecuencia del salto térmico entre el terreno y el fluido caloportador. También, es posible extraer las aguas subterráneas y aprovechar su temperatura. Veamos los sistemas de captación de la energía geotérmica:

Captación Horizontal Enterrada

Consiste en la instalación de una serie de tuberías de polietileno, denominadas colectores horizontales, por las que circula agua con glicol (anticongelante). Se necesita que la parcela disponga de una superficie amplia para poder realizar el tendido del circuito a poca profundidad

En este sistema, debido a la escasa profundidad a la que se entierran las tuberías (0,6 a 1,5 m), el clima tiene especial influencia. El terreno sirve de acumulador de la energía del sol, aportando la energía geotérmica un papel secundario

 

Captación Vertical con Sondas Geotérmicas:
En el caso de que la superficie disponible no sea suficiente para ejecutar el sistema anterior, si existen canalizaciones en el subsuelo, o si la demanda energética es alta, se utiliza el sistema de sondas geotérmicas (colectores decalor) en posición vertical en el interior de una o varias perforaciones, con profundidades que pueden oscilar entre los 25 a 150 metros, y diámetros de perforación de tan solo 10 o 15 cm.

Tiene la ventaja de que ocupa poco espacio y proporciona una gran estabilidad de las temperaturas

Captación Vertical con Sondas Geotérmicas en Pilotes

Cuando por razones de cimentación y de poca resistencia del terreno, se necesita disponer de pilotes, se aprovechan dichos elementos para la captación de la energía geotérmica integrando las sondas en las armaduras. Se denominan pilotes energéticos.

Tiene la ventaja de que aprovechamos unos elementos necesarios en la construcción de la edificación, con lo cuál, no es necesario realizar sondeos exclusivos para su instalación

Captación de Lagos o Ríos

Es el sistema más económico, ya que no se necesitan realizar pozos ni excavaciones. Consiste en aprovechar ríos o lagos que dispongan de aguas termales a una temperatura adecuada, introduciendo directamente los captadores, realizando el intercambio térmico con el agua y no con el terreno.

Los sistemas anteriores corresponden a circuitos cerrados, en los que el fluido caloportador que circula por las tuberías no está en contacto con  el terreno, ni con el agua, realizándose un intercambio térmico entre los mismos. Debe existir una bomba hidráulica en superficie que ha de vencer la pérdida de carga del circuito.

Existe un sistema abierto, que consiste en la captación de aguas subterráneas. Para ello se extrae agua hasta la  bomba de calor  y se devuelve a otro punto del subsuelo en otra perforación diferente. La bomba hidráulica deberá disponer de una potencia elevada, al tener que asegurar un caudal suficiente para el correcto funcionamiento de la instalación, con lo que la eficiencia del sistema puede ser inferior a los sistemas descritos anteriormente, debido al elevado consumo eléctrico de la bomba.

 

Y como una imagen vale más que mil palabras, a continuación presentamos un vídeo explicativo de los diferentes sistemas que se han detallado.

¿Cómo Aprovechamos la Energía Geotérmica?

En los apartados anteriores, hemos explicado en qué consiste la energía geotérmica y cómo la captamos. Pero falta por desarrollar la parte que más nos interesa a la hora del funcionamiento de una instalación geotérmica de baja temperatura y sus aplicaciones. ¿Cómo aprovechamos esa energía?.

Para ello, necesitamos un equipo que nos permita absorber la energía captada del  foco caliente y cederla al foco frío para su aprovechamiento en calefacción, agua caliente sanitaria y/o climatización. Ese equipo se denomina bomba de calor geotérmica.

En nuestro artículo sobre la bomba de calor inverter, explicamos extensamente cómo funciona una bomba de calor. Recordando brevemente, es un equipo térmico que utiliza el ciclo frigorífico de un refrigerante para, mediante un circuito cerrado, absorber calor de un foco caliente (sea aire o agua) y cederlo a un foco frío.

En una bomba de calor aire-aire se absorbe energía del aire exterior, cediéndolo al ambiente interior. Es el caso de funcionamiento de los sistemas de VRV o bombas de calor inverter en funcionamiento de invierno. Estos equipos disponen de rendimientos muy buenos, y son ampliamente utilizados, pero reducen su rendimiento (COP y EER) en función de las condiciones ambientales exteriores.

De igual forma sucede con las bombas de calor aerotérmicas (aire-agua), que aunque también disponen de rendimientos altos, dependen de las condiciones climatológicas exteriores para ser más o menos eficientes.

Entonces, ¿Qué Ventaja Tienen las Bombas de Calor Geotérmicas Respecto de las Anteriores?. Pues, si se ha comprendido todo lo comentado hasta ahora, nos daremos cuenta de que al disponer de una temperatura constante durante todo el año (la del terreno), el rendimiento de la bomba de calor geotérmica no depende de las condiciones exteriores, ya que está absorbiendo o cediendo energía siempre a la misma temperatura.

Por lo tanto, la conclusión es que la bomba de calor geotérmica agua-agua es uno de los equipos de transferencia térmica  más eficientes del mercado. Únicamente, tendremos el cosnumo de la bomba de circulador del fluido caloportador (agua con anticongelante) y el compresor. Estos equipos han experimentado, en los últimos años, una gran evolución, obteniéndose COP de hasta 5 y EER  de 3,5, por lo que su rendimiento estacional puede variar entre 300% – 500%
Estaríamos hablando, por lo tanto, de  equipos de clase de eficiencia A

 

¿Qué Aplicaciones tiene la Energía Geotérmica?

Las aplicaciones de la energía geotérmica son las siguientes:

  • Calefacción de pequeña y mediana potencia
  • Agua Caliente Sanitaria
  • Piscinas
  • Suelo refrescante: en verano, se puede invertir el ciclo, absorbiendo calor del interior del edificio y cediéndolo al subsuelo o a una piscina. Con ello, el sistema de suelo radiante actuará como sistema de refrescamiento de la vivienda o dependencias.

Por lo artículos publicados en esta web sobre eficiencia energética, nos daremos cuenta que la mejor opción en cualquier sistema de bomba de calor con sistemas de calefacción por agua, es la instalación  de calefacción por baja temperatura (suelo radiante), para obtener la máxima eficiencia. Incluso, en combinación con instalaciones de energía solar térmica obtendremos importantes ahorros energéticos y significativas reducciones de emisiones de CO2 con lo que obtendríamos una buena calificación energética.

¿Qué Ventajas tiene la Energía Geotérmica?

  • Energía limpia
  • Energía renovable
  • Energía Eficiente
  • Energía para todo el mundo, bajo nuestros pies
  • Energía continua, a diferencia de la solar y la eólica
  • Bombas de calor actuales con grado de eficiencia elevado
  • Emisiones de CO2 muy inferiores al resto de combustibles
  • Costes de explotación reducidos

¿Qué se debe tener en Cuenta?

  • Es necesario realizar un estudio de viabilidad económica del proyecto
  • Dependiendo de la magnitud de la instalación, se podría necesitar un estudio geotécnico
  • Coste inicial elevado, sobre todo en el caso de captación vertical
  • Periodos de amortización medios (entre 5 y 7 años)

¡Imprescindible!

En INSTALACIONES Y EFICIENCIA ENERGÉTICA.com, explicamos las cosas para que las entiendas. Accede AQUÍ para entender cómo funciona una bomba de calor. Nunca te lo habían explicado así.

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