| Date post: | 05-Jul-2015 |
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CARRERA: INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
ASIGNATURA: INGENIERIA Y MEDIO AMBIENTE
ASESOR: DR. HIPOLITO CONTRERAS M.
GRADO Y GRUPO: 6TO SEMESTRE “A”
INTEGRANTES:
GILBERTO CAN HAAS
DANIEL PECH XOOL
FLOR ANGEL LOPEZ AVILEZ
JESUS CU EHUAN
RAYMUNDO CANCHE CACH
INTRODUCCIÒN
La geotermia significa “calor de la tierra”, es una rama de la ciencia geofísica que se
dedica al estudio de las condiciones térmicas de la Tierra. Uno de los frutos de la
técnica más notables, es la extracción de la energía geotérmica.
El término energía geotérmica se utiliza actualmente para indicar la parte del calor de
la tierra que puede o podría ser recuperado y explotado por el hombre. Esta energía
se manifiesta por medio de procesos geológicos como volcanes en sus fases
póstumas, los géiseres que expulsan agua caliente y las aguas termales.
La energía geotérmica es la forma comercial de energía proveniente del vapor a
presión o del agua caliente almacenada en el subsuelo. Se utiliza en forma directa
como calefacción, o bien, para generar electricidad.
Una ventaja primaria de la geotermia es que ayuda a disminuir la demanda de otros
combustibles. No se necesitan grandes áreas de terreno para la obtención del recurso
y no hay etapas de refinamiento ni de transporte. Los recursos geotérmicos
constituyen una energía relativamente limpia, pero tiene algunos impactos que incluso,
no se conocen en forma completa.
La energía geotérmica posee una gran uso doméstico, uno de ellos se relaciona con la
calefacción y la obtención de agua caliente; estos proceso pueden llevarse a cabo
mediante un sistema de captación y una bomba de calor. De la misma forma puede
servir para refrigerar, ya que la energía geotérmica puede absorber el calor del
ambiente a 40ºC y desplazarlos al subsuelo mediante el mismo sistema de captación.
Una instalación de esta clase le brinda a una casa con jardín un excelente sistema de
calefacción y un suministro de agua caliente en perfectas condiciones. Es verdad que
se necesitará una obra un poco compleja para poder instalar este sistema, pero su
costo se amortizará con el correr del tiempo y a su vez nos ahorraremos más dinero
que si utilizáramos una caldera tradicional.
En el siguiente trabajo de investigación hablaremos de la energía geotérmica como
energía renovable, sus aplicaciones, extracciones y usos, así como los tipos de
energía geotérmica.
INDICE
ENERGIA GEOTERMICA………………………………………………………………………………………..….1
¿DE DONDE PROVIENE EL CALOR?.............................. ...........................................................................1
YACIMIENTOS GEOTERMICOS…………………………………………………………………………………...1
LA ENERGIA GEOTERMICA ES UNA FUENTE DE ENERGIA……………………………………… ………..5
CLASIFICACION DE YACIMEITNOS…………………………………………………………………… ………...5
YACIMIENTO HIDROTERMICO CON PREDOMINIO DE VAPOR…………………………………..6
YACIEMITNO HIDROTERMICO CON PREDOMINIO DE AGUA EN FASE LIQUI DA……………8
YACIMIENTO EN CUENCA SEDIMENTARIA………………………………………………………... .8
YACIMEINTO GEOPRESURIZADOYACIMIENTO DE ROCA CALIENTE SECA (HDR )………..9
ETAPAS EN EL DESARROLLO GEOTERMICO……………………………………………………………… .10
TECNICAS DE EXPLOTACION………………………………………………………………………..10
PERFORACION DE POZOS GEOTERMICOS………………………………………………………..11
INVESTIGACION DE YACIMIENTOS GEOTERMICOS DE ALTA TEMPERATURA………… …12
INVESTIGACION DE YACIMIENTOS GEOTERMICOS DE BAJA TEMPERATURA………… ...13
ESQUEMA GENERAL…………………………………………………………………………………...14
TIPOS DE CENTRALES GEOTERMICAS……………………………………………………………………….1 5
CENTRALES DE VAPOR SECO……………………………………………………………………….15
CENTRALES DE FLUJO TOTAL………………………………………………………………………16
CENTRALES DE EXPASION SUBITA O FLASH…………………………………………………….16
SISTEMAS A BAJA TEMPERATURA…………………………………………………………………17
CENTRAL GEOTERMICA DE CICLO BINARIO…………………………………………..1 7
SISTEMA DE CALEFACCION………………………………………………………………..18
IMPACTO AMBIENTAL……………………………………………………………………………………………. 19
EMISIONES A LA ATMOSFERA………………………………………………………………………………….1 9
ASPECTOS AMBIENTALES………………………………………………………………………………………20
NOVEDADES ACERCA DE LA ENERGIA GEOTERMICA…………………………………………………… 24
CONCLUSION……………………………………………………………………………………………………….28
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………. .29.
1
ENERGIA GEOTERMICA
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el
aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se
debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor
radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos, "calor";
literalmente "calor de la Tierra".
El término energía geotérmica se utiliza actualmente para indicar la parte del calor de
la tierra que puede o podría ser recuperado y explotado por el hombre, indicadores:
•volcanes
•fumarolas
•manantiales calientes
Gradiente Geotérmico:
Normal: 2.5-3°C/100 m
Anomalía Térmica: hasta 10 veces mayor
¿DE DÓNDE PROVIENE EL CALOR?
Calor radiogénico, que es el calor generado continuamente por el decaimiento de los
isótopos radiactivos de vida larga, tales como uranio (U238, U235), torio (Th232) y
potasio (K40), que se encuentran en la Tierra
YACIMIENTOS GEOTERMICOS
Un recurso geotérmico es aquella parte de la energía que puede ser utilizada por el
hombre. Con las técnicas actuales de perforación y extracción de los fluidos
geotérmicos, una gran parte del recurso no es todavía explotable por problemas
técnicos de extracción, aunque, con los avances tecnológicos previsibles, lo puedes
ser en un futuro próximo.
Para poder extraer la energía geotérmica es necesaria la presencia de yacimientos de
agua cerca de estas zonas calientes. La explotación de esta fuente de energía se
realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente. Si su temperatura es
2
suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podrá aprovechar para
accionar una turbina.
El calor almacenado en el subsuelo se
transporta a la superficie mediante agua
alamacenda en un acuiferp y, según sea
su temperatura y presión, esta puede
estar en forma de vapor o de liquido o
ser una mezcla de ambos. Para que la
enegia pueda ser explotada deben
presentarse unas condiciones
geológicas determinadas y, en este
caso, diremos que se trata de un
yacimiento geotérmico. Las condiciones
geológicas básicas son:
• Existencia de un flujo de calor elevado capaz de calentar suficientemente el
agua o el vapor. Generalmente el flujo de calor elevado es consecuencia de
una fuente de calor (intrusión ígnea joven) situada en la corteza superior (1-
10km)
• Presencia de una capa de alta porosidad y permeabilidad (acuifero), a una
profundidad razonable (no muy superior a 1-2 km), que permita la acumulación
y circulación de agua y vapòr. Como el agua generalmente procede de la lluvia,
MODELO CONCEPTUAL DE UN CAMPO GEOTERMICO
ESQUEMA DE UN YACIMIENTO
GEOTERMICO
3
se necesita una buena conexión antre el acuífero y la superficie con el fin de
asegurar una recarga abundante.
• Una roca impermeable por encima del acuífero que ctue de cobertea e impida
que el agua escape.
Según la temperatura del fluido los yacimientos pue den ser de:
o Alta entalpia, los de temperaturas superiores a 150ºC. La energía geotérmica
de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura
está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vap or en la superficie y
mediante una turbina, genera electricidad. 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 2 km de profundidad; suelo
fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto
la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor
magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 °C. 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.
o Entalpia media, entre 100 y 150 ºC. La energía geotérmica de temperaturas
medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas
menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. 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 reparto de calor para su uso en calefacción y en
refrigeración (mediante máquinas de absorción).
o Baja entalpia cuando la temperatura del fluido es inferior a 100 ºC. . La energía
geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que
las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al
gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C.
o Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de muy
baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas
comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se util iza para necesidades
domésticas, urbanas o agrícolas.
4
Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se
trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está
entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas
para los sistemas de calefacción urbana.
Por el tipo de fase predominante:
Líquido dominante (más común)
Vapor dominante (Larderello, Geysers)
En los yacimientos de alta entalpia, el fluido sale generalmente en forma de vapor (ya
sea seco o húmedo) y es fácil utilizarlo para la obtención de energía eléctrica en
tuberías de vapor en una central, desde donde se transporta a los puntos de demanda
propia de electricidad o se vierte a la red pública de transporte y distribución. En la
figura 3.2 se representan los principales yacimiento geotérmicos que actualmente
producen energía eléctrica. Las plantas convencionales de generación de electricidad
se limitan a temperaturas del fluido por encima de 150 ºC(aunque en sistemas de
ciclos binarios pueden utilizarse fluidos a temperatura superiores a 85 ºC).
En los yacimientos de baja entalpia no es viable el transporte de la energía geotérmica
a gran distancia, por lo que solo son utilizables si los centros de consumo están cerca
de la explotación. Las aplicaciones de la energía de baja entalpia son principalmente
de uso doméstico, industrial y agrícola. En la tabla 3.q se presenta un resumen de las
aplicaciones habituales según la temperatura del fluido.
YACIMEITNO DE ALTA TEMPERATURA
YACIMIENTO DE BAJA TEMPERATURA
5
LA ENERGÍA GEOTÉRMICA ES UNA FUENTE DE ENERGÍA:
RENOVABLE: Siempre que la explotación del recurso se haga de una forma racional
(recarga ≥ extracción)
SUSTENTABLE: Cumplir con las necesidades de la población actual sin comprometer
a las generaciones futuras
VENTAJAS
La mayoría de las plantas geotérmicas son energía de base, es decir que operan las
24 horas del día los 365 días del año. Estimando un factor de carga del 80%, a un
costo promedio de 5 centavos de dólar por kWh, la industria geotermoeléctrica
produce alrededor de 3,000 millones de dólares anualmente en todo el mundo. Ahorro
de divisas y quema de combustibles fósiles.
INCONVENIENTES
1. En ciertos casos emisión de
ácido sulfhídrico que se detecta por
su olor a huevo podrido, pero que
en grandes cantidades no se
percibe y es letal.
2. Contaminación de aguas
próximas con sustancias como
arsénico, amoníaco, etc.
3. Contaminación térmica.
4. Deterioro del paisaje.
5. No se puede transportar (como energía primaria).
6. No está disponible más que en determinados lugares.
CLASIFICACION DE YACIMIENTOS
Se han mencionado las condiciones básicas que deben cumplirse para un yacimiento,
sin embargo estos pueden variar de una yacimiento a otro, e incluso no cumplirse
completamente.
SISTEMA GEOTERMICO IDEALIZADO
6
Así por ejemplo, aunque un elemento básico es la presencia de agua, existen zonas
con flujo de calor muy elevado pero donde no hay una capa suficientemente
permeable que permita el almacenamiento y circulación de agua; en este caso puede
fracturarse la roca artificialmente, mediante una carga explosiva, y facilitar así la
circulación del agua. En determinadas circunstancias también es posible inyectar agua
desde la superficie para, después de ser calentada, extraerla y aprovecharla y
aprovechar agua desde la superficie para, después de ser calentada, extraerla y
aprovechar su energía. En otros casos, no existe una intrusión ígnea directa y, aunque
el flujo geotérmico es el normal, se dan unas determinadas condiciones geológicas
que facilitan la circulación de agua a gran profundidad (varios km). De esta manera, el
agua alcanza temperaturas suficientemente elevadas que pueden hacer rentable su
explotación.
Así pues existe una gran variedad de yacimiento según las particularidades propias de
cada uno y es por tanto difícil establecer una clasificación en las que todos se vean
incluidos. A continuación damos una clasificación sencilla pero que a la vez intenta ser
suficientemente general:
• Yacimientos hidrotermicos en los que la fase dominante es vapor; estos a su
vez se dividen en yacimientos de vapor húmedo, si hay un porcentaje de
humedad, y yacimientos de vapor seco, si el vapor es seco.
• Yacimientos hidrotermicos con predominio de agua en fase liquida o
simplemente yacimientos de agua caliente.
• Yacimientos en cuencas sedimentarias profundas, que son un caso particular
de los anteriores.
• Yacimientos geopresurizados.
• Yacimientos de roca caliente seca.
YACIMIENTO HIDROTERMICO CON PREDOMINIO DE VAPOR
Muchos de los yacimientos geotérmicos que actualmente se explotan contienen agua
a presión y temperaturas elevadas en el acuífero. Se trata de yacimientos de alta
entalpia, útiles para producción de electricidad. Generalmente estos yacimiento llevan
asociadas manifestaciones en la superficie, como geiseres, manantiales termales,
fumarolas, etc. Cuando el agua es transportada a la superficie, la presión disminuye
bruscamente y se genera una gran cantidad de vapor. En la superficie se tiene una
7
mezcla de líquido y vapor que se lleva a un separador de fases para que el vapor seco
pueda alimentar una turbina. Se denomina yacimiento de vapor húmedo por la
presencia de agua en el cabezal del pozo. Es el caso, por ejemplo, de los yacimientos
de Cerro Prieto (México), Reykjanes (Isalansdia), Otake (Japon) y Wairakei (Nueva
Zelanda) (Figura 3.2). al estar ambas fases (vapor-liquido) en equilibrio, la presión y la
temperatura de la mezcla serán las de saturación. Así mismo la entalpia queda
determinada según la relación vapor/liquido.
Si la presión del yacimiento, la temperatura es superior a la de saturación
correspondiente, tendremos vapor sobrecalentado sin contenido en agua líquida. Son
los yacimientos de vapor seco que se caracterizan por unas condiciones
termodinámicas próximas a las de máxima entalpia del vapor saturado (670 kcal/kg a
31.8 kg/cm2 y 236 ºC) y permiten obtener mejores rendimientos es las turbinas
generadoras de electricidad.
En los yacimientos hidrotermicos con predominio de vapor ocurren todas las
condiciones geológicas que se han enunciado anteriormente: una intrusión ígnea
como fuente de calor, un acuífero con buena recarga y una capa impermeable por
encima del acuífero.
• Fuente De Calor. Generalmente estos almacenes se encuentran en regiones
de volcanismo reciente y por tanto la fuente de calor es magma que puede estar a
700-1000 ºC, situado a solo algunos km de la superficie. Las intrusiones magmáticas
ocurren en zonas de límites de placas, puntos calientes y zonas de fuerte
adelgazamiento litosferico con presencia de fallas que favorezcan la ascensión del
magma. Existen determinadas estructuras en zonas con fuerte actividad tectónica
como los graben que son consecuencia de un régimen de esfuerzos distensivo y, por
tanto, con probable adelgazamiento litosferico. El magma se encuentra por tanta más
cerca de la superficie y además puede ascender por las fallas.
• Acuífero. Por encima de la fuente de calor, en la capa permeable, se producen
corrientes de convección del agua caliente o de vapor, de manera que hay una
homogeneización d3e la temperatura entre el techo y la base del acuífero.
Generalmente la formación permeable debe aflorar o tener una buena conexión
hidráulica con la superficie para permitir la entrada de agua meteórica. En caso
contrario se necesita una conexión mediante un sistema de fallas por donde el agua
pueda infiltrarse en cantidad de formaciones rocosas permeables.
8
YACIMEINTO HIDROTERMICO CON PREDOMINIO DE AGUA EN F ASE LIQUIDA
O SIMPLEMENTE YACIMIENTOS DE AGUA CALIENTE.
A diferencia de los yacimientos con predominio de vapor, la presión no es suficiente
para elevar el agua hasta la superficie y se requiere la utilización de bombas
sumergibles en los pozos de extracción. La excepción la constituyen los acuíferos
artesianos o geopresurizados.
En muchos casos se utiliza el doblete geotérmico que consiste en perforar dos pozos:
uno de extracción y otro de reinyección, situado a cierta distancia del primero, que se
utiliza para devolver el agua al acuífero una vez utilizada su energía térmica. Es
aconsejable utilizar el doblete cuando el agua es muy salina. De esta manera se
consigue preservar el medio ambiente y se mantienen la recarga y la presión en el
acuífero.
YACIMIENTO EN CUENCA SEDIMENTARIA
Se trata de extensos acuíferos muy profundos ubicados en cuencas sedimentarias.
Aunque el gradiente geotérmico sea normal (0.03 ºC/m) su interés radica en la
presencia de una formación de elevada porosidad y permeabilidad situada a gran
profundidad. Este gradiente significa que a 2 km de profundidad la temperatura es al
menos de 60º C. evidentemente no se trata de agua capaz de producir electricidad,
pero se puede utilizar para calefacción y fines industriales.
En general, en este tipo de yacimientos, el agua caliente transmite calor al agua de un
circuito secundario de distribución de calor y después se inyecta de nuevo al acuífero
a una temperatura de 15ºC (doblete geotérmico). La distancia entre los pozos de
producción y de inyección suele ser de 1 km.
YACIMEINTO GEOPRESURIZADO
Es un caso particular de almacén geotérmico en cuenca sedimentaria cuando el agua
contenida en el acuífero está sometida a grandes presión. Aunque pueden estar en
contextos de cualquier edad, se encuentran generalmente en rocas de edad
mesozoica (menos de 200 millones de años) y cenozoica (menos de 60 millones de
años). Estos yacimientos aparecen en áreas de gradientes geotérmicos normales,
pero se encuentran a profundidades de 6000 m o más y por tanto a temperaturas
superiores a 150ºC. La principal característica es que los acuíferos contienen agua
caliente, a presiones entre el 40% y el 90% superiores a la presión hidrostática que
corresponde a la profundidad a la que se encuentra.
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La sobrepresión es debida a diferentes causas, tal como, por ejemplo, la ocasionada
por la carga debida a la potente sedimentación que compacta la formación permeable.
La presión del agua puede aumentar considerablemente si existe una formación
impermeable por encima que impida su migración. El agua contribuiría a soportar
parcialmente la carga del peso del material superior y evitaría así la compactación total
del acuífero. La presión de los poros es entonces intermedia entre la presión
hidrostática y la litostatica. Un pozo en el Golfo de México de 4900 m de profundidad
tenía una presión en el techo del acuífero de 871 atm, dando en el cabezal del pozo
una presión de 439 atm, lo que representa un exceso del 95% del valor hidrostático.
Estos yacimientos pueden producir también energía hidráulica aprovechando este
exceso de presión para mover una turbina. Los yacimientos geopresurizados llevan
asociados tres tipos de energía: la geotérmica, la hidráulica debido a la elevada
presión y la química por el elevado contenido en gas metano que habitualmente llevan
asociado. Muchos de estos acuíferos se descubren por casualidad en la exploración
petrolífera rutinaria.
YACIMIENTO DE ROCA CALIENTE SECA (HDR)
Está formado por rocas impermeables sin contenido en aguas pero que se encuentran
a temperatura elevada (más de 190ºC). en determinadas circunstancias pueden
realizarse fracturas de forma artificial mediante fracturación hidráulica o mediante
explosivos y se inyecta agua, procurando que alcance la mayor superficie posible de
roca caliente. Cuando existe un cierto grado de permeabilidad natural se denomina
yacimientos de roca caliente húmeda (HWR).
Se utilizan para conocer el estado de esfuerzos en la roca y así realizar la fracturación
artificial en la misma dirección. De esta forma se aprovechan las fracturas naturales
que previamente existen y se mejora el grado de conexión entre las mismas. La
explotación de este tipo de acuífero no es todavía suficientemente rentable por los
numerosos problemas técnicos aún por resolver. En general, el origen de estos
yacimientos está asociado a: una intrusión magmática en áreas volcánicas,
generalmente con volcanismo acido; una zona de fuerte adelgazamiento litosferico con
formación de estructuras tipo graben y aun Plutón de elevada generación de calor por
desintegración de isotopos radiactivos.
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ETAPAS EN EL DESARROLLO GEOTÉRMICO
1) EXPLORACIÓN
Objetivos
1. Identificar el recurso geotérmico, asegurando la existencia de un campo geotérmico
explotable
2. Estimar el tamaño del recurso y tipo de campo.
3. Localizar las zonas de producción y reinyección.
4. Determinar la entalpía de los fluidos extraídos en los pozos.
5. Recopilar una base de datos para futuros monitoreos.
6. Determinar los parámetros ambientalmente sensibles.
7. Conocer y prever posibles problemas durante la fase de explotación.
TECNICAS DE EXPLORACIÓN
Etapas: Reconocimiento, prefactibilidad, factibilidad
•Geología e hidrogeología: identificar la ubicación y tamaño de las áreas de interés
para posteriores estudios y definir los métodos de investigación más adecuados.
•Geoquímica: temperaturas esperadas (geotermómetros), tipo de fluidos, fuente de
recarga, edad de los fluidos (isótopos)
•Geofísica: parámetros físicos de las formaciones geológicas, tales como
conductividad eléctrica (SEV), densidad (gravimetría), susceptibilidad magnética
(magnetometría).
•Perforaciones de diámetro reducido: confirmar el gradiente geotérmico y la existencia
de fluidos geotérmicos.
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PERFORACIÓN DE POZOS GEOTÉRMICOS
Esta etapa implica la extracción del fluido
geotérmico, conduciéndolo por tuberías
(vaporductos) hasta la planta geotérmica. El
vapor es conducido hacia las turbinas, que son
movidas a gran velocidad, este movimiento de
las turbinas mueve el generador de la planta y
por medio de él, se genera la electricidad. A su
vez, el vapor que ya pasó por la turbina, es
condensado y reinyectado al reservorio. De esta
manera se desarrolla un manejo del sistema
geotérmico que permite una explotación
sustentable del recurso.
Profundidad promedio: 1,500 metros
Temperatura de fondo: 280°C
Potencia media: 5 MWe
Costo promedio: 4 millones USD
Orientación: vertical o desviado Árbol de válvulas y tecnología similar a un pozo
petrolero
Diámetros: telescópico de 26”-8”
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INVESTIGACION DE YACIMIENTOS GEOTERMICOA DE ALTA TE MPERATURA
(APLICACION: PRODUCCION DE ELECTRICIDAD)
INVESTIGACION DE YACIMIENTOS GEOTERMICOS DE ALTA TE MPERATURA
(APLICACIÓN: PRODUCCION DE ELECTRICIDAD)
13
INVESTIGACION DE YACIMEINTOS GEOTERMICOS DE ALTA TE MPERATURA
(APLICACIÓN: PRODUCCION DE ELCTRICCIDAD)
FASE IV: DESARROLLO Y EXPLOTACION
INVESTIGACION DE YACIMEINTOS GEOTERMICOS DE BAJA TE MPERATURA
(APLICACIÓN: USOS DIRECTO DEL CALOR)
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ESQUEMA GENERAL
Una vez que se dispone de pozos de explotación se extrae el fluido geotérmico que
consiste en una combinación de vapor, agua y otros materiales.
Éste se conduce hacia la planta geotérmica donde debe ser tratado. Primero pasa por
un separador de donde sale el vapor y la salmuera y líquidos de condensación y
arrastre, que es una combinación de agua y materiales.
Esta última se envía a pozos de reinyección para que no se agote el yacimiento
geotérmico.
El vapor continúa hacia las turbinas que con su rotación mueve un generador que
produce energía eléctrica. Después de la turbina el vapor es condensado y enfriado en
torres.
15
TIPOS DE CENTRALES GEOTÉRMICAS
Una central geotérmica es un lugar donde se aprovecha el calor interno de la Tierra.
Para aprovechar esta energía es necesario que se den temperaturas muy elevadas a
poca profundidad. Sólo así es posible aprovechar el agua caliente o el vapor de agua
generados de forma natural. Este tipo de energía se utiliza principalmente para
calefacción y usos agrícolas.
La energía geotérmica es renovable y apenas produce residuos. Sin embargo, su
aprovechamiento está limitado a determinadas zonas geográficas. En algunos casos,
el agua extraída puede contener sustancias tóxicas, como el arsénico; esto, unido a
las elevadas temperaturas del agua extraída, puede dañar los ecosistemas del
exterior.
Hay tres tipos de centrales geotérmicas dependiendo de las temperaturas y de las
presiones de la reserva:
- Vapor, llamadas centrales de vapor seco.
- Mezcla de vapor y líquido o centrales de flujo total, estos yacimientos
geotérmicos
Son los más difíciles de explotar, dado que el agua contiene sales disueltas y forma
una mezcla llamada salmuera. Ésta ocasiona grandes problemas de corrosión en las
instalaciones geotérmicas, que deben resolver los ingenieros geotérmicos, si quieren
que una planta sea duradera.
- Líquido (agua caliente):
Centrales de expansión súbita o flash
Centrales de calefacción
CENTRALES DE VAPOR SECO
Una reserva de vapor "seco" produce vapor pero muy poca agua. El vapor es
entubado directamente en una central de vapor "seco" que proporciona la fuerza para
girar el generador de turbina.
16
CENTRALES DE FLUJO TOTAL
Estas centrales funcionan con una mezcla de líquido y vapor .
La mezcla es llevada directamente hasta las turbinas que están diseñadas para
trabajar con esa mezcla. Después de dejar su energía en la turbina, el fluido es
condensado y reinyectado en el yacimiento para su regeneración.
CENTRAL DE EXPANSIÓN SÚBITA O FLASH
Una reserva geotérmica que produce mayoritariamente agua caliente es llamada
"reserva de agua caliente" y es utilizada en una central "flash". El agua que esté entre
130 y 330ºC es traída a la superficie a través del pozo de producción donde, a través
de la presión de la reserva profunda, algo del agua se convierte inmediatamente en
vapor en un "separador". El vapor luego mueve las turbinas.
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SISTEMAS A BAJA TEMPERATURA
Una reserva con temperaturas entre 110 y 160ºC no tiene suficiente calor para
producir rápidamente suficiente vapor pero puede ser utilizada:
- para producir electricidad en una “central binaria”
- para abastecer de calefacción y/o agua caliente a viviendas o industrias de la
zona.
CENTRAL GEOTÉRMICA DE CICLO BINARIO
En un sistema binario el agua geotérmica pasa a través de un intercambiador de calor,
donde el calor es transferido a una segundo líquido que hierve a temperaturas más
bajas que el agua. Cuando es calentado, el líquido binario se convierte en vapor, que
como el vapor de agua, se expande y mueve las hélices de la turbina. El vapor es
luego recondensado y convertido en líquido y utilizado repetidamente. En este ciclo
cerrado, no hay emisiones al aire.
18
SISTEMAS DE CALEFACCIÓN
Los sistemas de calefacción de distritos geotérmicos bombean agua geotérmica hacia
un intercambiador de calor, donde éste transfiere su calor a agua de ciudad limpia que
es conducida por tuberías a los edificios del distrito. Luego, un segundo intercambiador
de calor transfiere el calor al sistema de calefacción del edificio. El agua geotérmica es
inyectada de nuevo al pozo de reserva para ser recalentada y utilizada de nuevo.
Hoy día, con bombas de calor geotérmico, GHP's, nos aprovechamos de la
temperatura estable de la tierra- entre 7 y 13ºC justo unos pocos metros por debajo de
la superficie- para ayudar a mantener nuestras temperaturas interiores estables.
GHP's circulan agua u otros líquidos a través de tuberías enterradas en un circuito
continuo, tanto horizontal como vertical, cercano a un edificio. Dependiendo del agua,
el sistema es utilizado para calentar o para enfriar.
En aplicaciones de calefacción, el calor de la tierra, es decir la diferencia entre la
temperatura de la tierra y la más fría temperatura del aire, es transferido a tuberías
enterradas en un líquido circulante y luego transferido de nuevo al edificio.
Para aplicaciones de enfriamiento, el fluido circulante en las tuberías recoge el calor
del edificio, y lo transfiere a la tierra lo que ayuda a enfriarlo.
19
IMPACTO AMBIENTAL
En los 60 la energía geotérmica era
considerada una energía limpia. Sin
embargo no existe actualmente ninguna
forma de producir o transformar energía
sin afectar de alguna forma al ambiente.
La forma más sencilla de producir
energía, quemar madera tiene
consecuencias negativas en la calidad
del aire y el ritmo de deforestación.
De forma similar, la explotación de la
energía geotérmica también tiene efectos en el ambiente, aunque es menos
contaminante que la mayoría de fuentes convencionales de energía. El principal
contaminante descargado es el bióxido de carbono (CO2), que en una planta
geotérmica está en un rango 13 – 380 g/kWh, mientras que una planta de carbón
emite 1042 g/kWh, 906 g/kWh una de hidrocarburo y 453 g/kWh una de gas natural.
Las emisiones totales de gases de una planta geotérmica son un 5% de una planta de
tamaño equivalente operada por combustibles fósiles.
EMISIONES A LA ATMÓSFERA (TON/DIA/MW)
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ASPECTOS AMBIENTALES
1. Legislación ambiental aplicable para un proyecto geotermoeléctrica
o Leyes
o Reglamentos
o Normas Oficiales Mexicanas
o Instrumentos de Planeación
2. Autorizaciones que se deben obtener para un proyecto geotermoeléctrica
o En materia de impacto y riesgo ambiental
o Para cambio de uso del suelo
o Para el aprovechamiento del yacimiento geotérmico
3. Estructura de las autoridades ambientales
4. Aspectos ambientales a considerar de un proyecto geotermoeléctrico
5. Medidas de protección, conservación y compensación.
1. LEGISLACION AMBIENTAL APLICABLE PARA UN PROYECTO
GEOTERMOELECTRICO
LEYES
Ley General del Equilibrio Ecológico y la
Protección al Ambiente
Ley General de Desarrollo Forestal
Sustentable
Ley de Aguas Nacionales
Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos
Leyes asociadas
Ley Federal de Derechos
21
Ley Federal de Procedimientos Administrativos
Ley Federal sobre Metrología y Normalización
REGLAMENTOS
� Reglamentos de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al
Ambiente
� En materia de evaluación del impacto ambiental
� En materia de áreas naturales protegidas
� En materia de ordenamiento ecológico
� En materia de auditoría ambiental
� En materia de prevención y control de la contaminación de la atmósfera
� En materia de registro de emisiones y transferencia de contaminantes
� En materia de contaminación por emisión de ruido
� Reglamento de la Ley General de Desarrollo Forestal Sustentable
� Reglamento de Ley de Aguas Nacionales
� Reglamento de Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los
Residuos.
NORMAS OFICIALES MEXICANAS
� Descarga de aguas residuales
� NOM-001-SEMARNAT-1996
� Contaminación atmosférica
� NOM-041-SEMARNAT-1999
� NOM-045-SEMARNAT-1996
� Residuos peligrosos
� NOM-052-SEMARNAT-
1993
� NOM-054-SEMARNAT-1993
� Contaminación por ruido
� NOM-080-SEMARNAT-1994
� NOM-081-SEMARNAT-1994
� Flora y fauna
� NOM-059-SEMARNAT-2001
� Suelos
� NOM-021-SEMARNAT-2000
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� NOM-023-SEMARNAT-
2001
� Impacto ambiental
� NOM-113-SEMARNAT-1993
� NOM-114-SEMARNAT-1998
� NOM-116-SEMARNAT-2005
� NOM-150-SEMARNAT-2006
� NOM-003-CNA-1996
� NOM-004-CNA-1996
INSTRUMENTOS DE PLANEACION
Áreas Naturales Protegidas
Ordenamientos Ecológicos del Territorio
Regiones Terrestres Prioritarias
Regiones Hidrológicas Prioritarias
Áreas de Importancia para la Conservación de las Aves (AICAS).
2. AUTORIZACIONES QUE SE DEBEN OBTENER PARA UN PROYECT O
GEOTERMOELECTRICO
o Autorización en materia de impacto Ambiental
� Manifestación de Impacto Ambiental, Informe Preventivo, Informe
Técnico
o Autorización en materia de riesgo ambiental
� Estudio de Riesgo Ambiental LGEEPA (Arts. 28-35)
o Autorización para el cambio de uso de suelo de terrenos forestales
� Estudio Técnico Justificativo LGDFS (Arts. 117-118)
o Permiso de perforación
o Título de concesión (aprovechamiento de aguas subterráneas)
o Permiso de descarga de aguas residuales
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o Declaraciones trimestrales y anuales por aprovechamiento y descarga de
aguas residuales.
o Certificado de Aprovechamiento de Aguas Salobres
� LAN (varios Arts.), LFD (Arts. 224-226)
o Manifiestos y permisos para el manejo y disposición de residuos peligrosos
� LGPGIR (varios Arts.).
4. ASPECTOS AMBIENTALES A CONSIDARAR DE UN PROYECTO
GEOTERMOELECTRICO.
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5. MEDIDAS DE PREVENCION, MITIGACION Y COMPENSACION
NOVEDADES ACERCA DE LA ENERGIA GEOTERMICA
ENERGIA GEOTERMICA
El interior del globo terráqueo emite un flujo de calor que proviene de su refrigeración
residual y de la radiactividad de determinados organismos (uranio, torio, potasio, etc).
La energía geotérmica es una energía renovable.
El potencial de producción de energía
geotérmica (60 mW/m²)es bastante inferior a
la del sol (340 W/m², aproximadamente). Sin
embargo, este potencial asciende, en algunos
lugares, a 200 mW/m² y crea una acumulación
de calor en los acuíferos que puede ser
explotado industrialmente.
El ritmo explotación es siempre superior a la contribución del flujo de calor, y se debe
tener cuidado de no densificar demasiado las zonas de explotación que llevarían
decenas o centenas de años para recuperarse. El coste de la perforación está
creciendo muy rápidamente con la profundidad.
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La energía geotérmica a baja temperatura (50 a 100°C) se utiliza principalmente para
calefacción, a través de redes de calor, y de manera más marginal para la calefacción
de invernaderos o la acuicultura.
Ya en 1995, la capacidad instalada mundial fue de 4,1 GW térmicos. También puede
referirse el uso de bombas de calor geotérmicas que, utilizando las napas
subterráneas de pequeña profundidad o “sondas geotérmicas”, con perforaciones de
50 a 100 metros permiten recuperar las calorías del suelo suficientes para
calefaccionar una habitación.
La energía geotérmica de alta temperatura permite producir electricidad, ya sea por
vapor directo si la temperatura es suficiente (170 a 200°C, como el ejemplo de
Larderello en Italia, cerca de Pisa) o ya sea a través de la evaporación de un fluido
orgánico si las temperaturas son insuficientes (120 a 170°C).
Si se dispone de una fuente de calor (170 a 220°C) a menos de 5 km de profundidad,
pero no hay napa subterránea que permita su explotación, es posible crear
artificialmente una circulación de agua entre dos perforaciones por fracturación
hidráulica. Este es el concepto de “rocas calientes y secas”, que es el objetivo de un
programa piloto europeo en Soultz, Alsacia. Las pruebas de inyección y de circulación
de agua se iniciaron ya en 1997.
VIVIENDAS CON ENERGIA GEOTERMICA
Morella cuenta con un bloque de viviendas
calefaccionadas con energía geotérmica
La empresa Energesis ha instalado en la localidad
valenciana de Morella un sistema de calefacción y
agua caliente obtenida gracias a un sistema
geotérmico para un bloque de viviendas que
ahorrará a los vecinos hasta un 50% en su factura
eléctrica.
Energesis, una empresa que se ha desprendido
de la Universidad Politécnica de Valencia, ha
completado la instalación de un sistema
geotérmico que dotará de calefacción y agua
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caliente a las 5 plantas de un bloque de viviendas de Morella.
La instalación geotérmica realizada consta de tres perforaciones de 100 metros y un
sistema de tuberías subterráneas por las que circula agua que extrae el calor de la
tierra para obtener la climatización deseada.
Gracias a este sistema los habitantes de estas viviendas podrán ahorrar hasta el 50%
en su factura de electricidad. Además estarán ayudando al medio ambiente, puesto
que se evitará la emisión a la atmósfera de unas 4,9 toneladas de dióxido de carbono
anuales.
La utilización de la energía geotérmica tiene también otras ventajas, por un lado
reduce el riesgo de la transmisión de la legionelosis, al no haber torres de
refrigeración, y mejora la estética de las viviendas al no tener elementos externos
visibles. El sistema además funciona las 24 horas del día de todo el año.
Debido al el éxito del sistema instalado en el bloque de viviendas, Energesis ya ha
sido elegida para instalar otro sistema geotérmico en una vivienda unifamiliar de la
misma localidad.
GOOGLE INVIERTE 10 MILLONES EN ENERGIA GEOTERMICA
Google sigue preocupándose por el medio ambiente, y pors el fomento a las energías
renovables. Ya habíamos visto aquí en Erenovable que invirtieron en la empresa
Nanosolar (los paneles más baratos), de
energía solar, y cómo también invirtió otros
proyectos solares. Ahora planea apoyar a una
de las energías renovables que más lo
necesita, la geotérmica.
Google ha invertido 10 millones de dólares en
la tecnología de los Sistemas Geotérmicos
Mejorados (Enhanced Geothermal Systems,
EGS). Esta se diferencia de la energía
geotérmica tradicional en que esta primera
aprovecha el calor de la Tierra, generalmente
bolsas de agua en forma de vapor.
Pero la EGS lo que hace es producir
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electricidad utilizando el calor extraído por medio de caminos que se han hecho en la
roca por el cual se envía un fluido hacia el interior, más caliente, de la Tierra. Esos
caminos se desarrollan al estimularlos con agua fría inyectada con alta presión. Como
se ve en el gráfico de más abajo, el agua es enviada continuamente hacia un pozo
cerca de una fractura, donde se calienta y entonces fluye por las rocas, el agua luego
entonces es vuelta a llevar a la superficie, y el calor es extraído para generar
electricidad mediante el vapor que hace mover turbinas. Este es un ciclo que no
termina, ya que el agua luego de haber sido extraído el calor, vuelve a enfriarse y es re
ingresada hacia el pozo caliente.
La Fundación ‘Google.org’ ha invertido muchos millones en dos empresas que realizan
esta tecnología, y también en una Universidad que realiza investigaciones sobre este
tema. Una de las empresas es AltaRock Energy de California, que ha recibido 6,25
millones; 4 millones le han dado a Potter Drilling, también de California, y 500 mil
dólares al Laboratorio Geotérmico de la ‘Southern Methodist University’, de Texas.
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CONCLUSIÔN
La energía geotérmica es un tipo de energía renovable que está íntimamente
relacionada con géiseres, volcanes, aguas termales, entre otras cosas. La energía
geotérmica, se devolverá posteriormente al pozo, a través de un proceso de inyección;
para luego, ser recalentada y así sustentar la reserva, manteniendo la reserva hace
que este recurso de energía se llame renovable.
Para extraer energía geotérmica necesitamos que se hagan presente yacimientos de
agua caliente cerca de la zonas en donde se va a realizar la extracción; se perfora el
suelo y se extrae el líquido, el cual se podrá aprovechar para hacer funcionar turbinas,
las cuales mediante su rotación, mueve un generador que luego nos otorgará la
energía eléctrica. Este líquido que se extrae saldrá en forma de vapor si su
temperatura es muy alta.
La energía geotérmica se divide en tres el cual dependerá de la temperatura en la que
el agua saldrá, tenemos la energía geotérmica de temperaturas medias, bajas y altas.
La energía geotérmica es de gran uso en platas hidroeléctricas ya que no contaminan
el medio ambiente. Existen varios países que la utilizan, entre ellos Canadá, Nueva
Zelanda e Italia, mientras que en Japón se espera aumentar la producción de la misma
en no menos de 1.000 megavatios. La energía geotérmica de cualquier tipo de
temperatura le ofrece al mundo muchas ventajas que deben ser aprovechadas; entre
ellas un flujo constante de producción durante todo el año, sin importar las condiciones
climáticas.
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BIBLIOGRAFIA
ENERGIA GEOTERMICA
JAUME POUS – LLUIS JUTGLAR
http://books.google.com.mx/books?id=4DcMwnKF4wwC&printsec=frontcover&dq=ener
gia+geotermica&hl=es&ei=OE-
XTYC8EuPViAKlr8GdCQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCoQ6A
EwAA#v=onepage&q&f=true
http://www.cre.gob.mx/fororenovables/documentos/presentaciones/d2/04/01.pdf
http://erenovable.com/2009/07/22/energia-geotermica/
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Energiageotermica.htm
http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi98/energia-vs-ambiente/geoterm.htm
http://www.ai.org.mx/archivos/congresos/3/La%20geometria%20fuentes%20alternas.p
df
http://redescolar.ilce.edu.mx/educontinua/conciencia/biologia/acertijos_biologicos/acert
ijos00-01/meycsol3.htm
http://www.url.edu.gt/PortalURL/Archivos/44/Archivos/CGA_GEOTERMIA.pdf
