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UNIVERSIDAD NACIONAL
JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL, SISTEMAS E INFORMÁTICA
ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE
INGENIERIA INDUSTRIAL
“ENERGIA GEOTERMICA”
DOCENTE: Ing. LIZARRAGA
ASIGNATURA: FISICOQUIMICA
INTEGRANTES:
OLORTEGUI HUAMAN, Cristian SAENZ MILLA, Estrella Margarita SAN MARTIN CAVERO, Agustín Alexander
CICLO: III
Huacho-Perú
2014
DEDICATORIA
El trabajo de investigación monográfico lo
dedicamos a nuestros padres; a quienes les
debemos todo lo que tenemos en esta vida. A
Dios, ya que gracias a él tenemos esos
padres maravillosos, los cuales nos apoyan
en nuestras derrotas y celebran nuestros
triunfos
AGRADECIMIENTO
Agrademos más que nada a nuestros padres, a las personas que nos facilitaron para obtener el
acceso de la información del tema, que gracias a su ayuda logramos redactar el siguiente
trabajo, también agradecemos a los profesores que me enseñaron como poder redactar un
trabajo y también a las personas y centros de información que nos brindaron las facilidades
del caso para poder llegar al gran objetivo que es la investigación.
INDICE
Págs.
Introducción .......................................................................................................................5
Antecedentes 6
Origen de la energía geotérmica 7-10
Tipos de campos que operan en el mundo 10-12
Manifestaciones 13
Aprovechamiento 14
Sistemas geotermales 15-17
Ventajas y desventajas 18-19
Flujo de calor de gradiente geotérmico 19-20
Contaminación y corrosión 21-28
Países que u utilizan la energía geotérmica 29
Generación distribuida, autoabastecimiento y cogeneración con recursos geotérmicos 30- 33
Potencial geotérmico en el Perú 34
Conclusiones 35
Anexos 36-41
Referencias bibliográficas y electrónicas 41
INTRODUCCIÓN
El término geotérmico se refiere al calor contenido en el interior de la tierra asociado con el
sustrato móvil debajo de la delgada corteza sólida.
Las grandes placas que constituyen la corteza terrestre, "flotan" sobre este sustrato caliente
formando una capa rocosa que lo cubre como un manto aislante.
Los gases y magmas que suben a través de la corteza a los largo de fracturas, principalmente
en los bordes de las placas corticales, llevan grandes cantidades de calor hacia la superficie.
El conocimiento sistemático de los procesos terrestres, permite pronosticar la ubicación de
zonas favorables para la exploración geotérmica. Es así que en usualmente se centra la
atención en los terrenos con un alto flujo de calor, cerca de volcanes jóvenes, de fuentes
termales y próximos a fallas geológicas. En general, estas condiciones se producen cerca de
las zonas de contacto entre las placas corticales.
Los recursos geotérmicos pueden ser: vapor, agua caliente, rocas secas calientes, rocas geo
presionadas, es decir rocas porosas que contienen una mezcla de agua y gases a elevada
presión y temperatura y rocas fundidas (magma).
ANTECEDENTE
Primeras muestras de aprovechamiento de claro geotérmico se mostraron en la calefacción y
los baños públicos de griegos y romanos.
En 1827 las industrias del boro de lardello (Italia), se hizo el primer aprovechamiento de la
industria de calor geotérmico.
En 1930 se inauguró la primera red de calefacción urbana de Reikiavik (Islandia).
En 1945 en Indianápolis (estados unidos) entra en funcionamiento de la primera instalación
de bomba de calor geotérmica.
En 1913 entra en funcionamiento en larderello (Italia) la primera central de generación de
electricidad a partir de vapor geotérmico con una potencia de 250 kW.
En 1924 en beppu (Japón) una planta experimental de 1kW para generar electricidad.
Para el año 2010 se supera los 10.000 megavatios instalados en el mundo en más de 46
países.
¿QUÉ ES LA ENERGÍA GEOTÉRMICA?
La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre
Mediante el aprovechamiento del calor del calor de la tierra.
Es energía RENOVABLE, y se manifiesta en la superficie en forma de calor, atravez de los
volcanes, aguas termales, fumarolas y geiseres.
El incremento del calor hacia el interior de la tierra, conforme descendemos desde la
superficie hacia las partes inferiores de la tierra, la temperatura, aumenta alrededor de 1ºC por
cada 33m aproximadamente.
ORIGEN DE LA ENERGIA GEOTERMICA
La tierra está formada por tres capas concéntricas: la más externa, denominada corteza
terrestre, tiene un espesor de unos 35 km. bajo los continentes y menos de 10 km. en los
océanos. Debajo de ella, y hasta aproximadamente los 2900 km. de profundidad, se encuentra
el manto de composición ultrabásica y por último el núcleo, el cual se supone de naturaleza
metálica.
Es indudable que la tierra no se comporta como un cuerpo rígido, sino que se halla sometida a
grandes cambios y transformaciones, los continentes están en movimiento constante, a la vez
que el fondo de los océanos está en continua expansión.
En la corteza oceánica existen dos tipos de estructuras: las dorsales oceánicas y las fosas
abisales.
Las dorsales oceánicas son extensas cordilleras submarinas, construidas con materiales
volcánicos, que tienen en su parte central una fosa o rift en constante expansión a través de la
cual se produce el ascenso de materiales fundidos procedentes del manto, los que originan la
corteza oceánica. Las dorsales oceánicas forman un sistema continuo que se extiende por más
de 50.000 km. de longitud y son zonas de numerosos terremotos y erupciones volcánicas.
Las fosas abisales son grandes depresiones de los fondos oceánicos de poco ancho y gran
longitud. La profundidad de estas fosas supera los 6000 metros.
Asociadas a ella aparecen los arcos insulares, con importante actividad volcánica y las
cadenas montañosas de edad reciente.
Debe señalarse además que las dorsales oceánicas aparecen cortadas transversalmente por
grandes fallas, denominadas de transformación, que las dividen en segmentos desplazados
unos respecto a otros.
El conocimiento de estas estructuras condujo a la formulación de la teoría conocida como
¨Tectónica de Placas¨ o ¨Tectónica Global¨; según esta teoría, la parte más externa de la tierra
(la corteza terrestre y el manto superior) estaría formada por un reducido número de
fragmentos de esfera, denominados placas, en continuo movimiento.
Los límites de estas placas son las dorsales oceánicas, las fosas abisales y las fallas de
transformación.
En las primeras se produce el movimiento divergente de las placas, como consecuencia del
ascenso de material fundido procedente del manto, en tanto que las fosas abisales son las
zonas donde dos placas chocan hundiéndose una debajo de la otra y reabsorbiéndose en el
manto. Estas zonas se conocen como Zonas de Subducción.
En las fallas de transformación las placas se deslizan unas a lo largo de las otras.
Sobre la superficie terrestre se existen seis grandes placas: Pacífica, Norteamericana,
Eurasiática, Africana, Sudamericana e Indo australiana.
En los bordes o límites de estas placas se producen los principales procesos geológicos: se
forman los grandes sistemas montañosos, hay terremotos, fenómenos volcánicos y es allí
donde están las principales áreas geotérmicas del mundo.
La fuerza impulsora del movimiento de las placas se atribuye a grandes movimientos de
materia, denominados corrientes de convección, originados como consecuencia de la
variación de sus densidades con las altas temperaturas, a la energía liberada durante el
decaimiento radioactivo de ciertos elementos en el interior de la tierra y el calor liberado
durante los cambios de fase de los materiales en el manto.
TIPOS DE CAMPOS QUE OPERAN EL MUNDO
En los campos geotérmicos que operan actualmente en el mundo, la energía geotérmica se
extrae mediante pozos que producen fluidos calientes de dos tipos principales de yacimientos
subterráneos. Uno de estos tipos está representado por los yacimientos hidrotermales que
presentan una permeabilidad natural elevada.
El otro lo constituyen los yacimientos tipo EGS con patrones de flujo construidos
artificialmente. Los campos geotérmicos de este último tipo aún se encuentran en etapas de
demostración y prueba, principalmente en Europa.
Con excepción de unos cuantos campos geotérmicos en Francia, Alemania, Austria, Tailandia
y Australia, la gran mayoría de los campos en operación en los países enlistados en la Tabla 2
son de tipo hidrotermal, y de ellos la mayoría son de alta temperatura.
LOS POZOS GEOTÉRMICOS se perforan a profundidades variables hasta un
máximo actual de unos 5 km, empleando métodos similares a los utilizados en pozos
petroleros pero adaptados a las altas temperaturas y presiones usuales en ambientes
geotérmicos. Los pozos pueden ser verticales o desviados. Estos últimos se perforan
con una inclinación de entre 30 y 50° con respecto a la vertical a partir de un punto de
desviación ubicado a una profundidad que normalmente varía entre 200 y 2000 m. Se
pueden perforar varios de estos pozos a partir de una misma plataforma, dirigiéndolos
en diferentes direcciones para llegar a un mayor volumen del recurso y para cortar
estructuras permeables, reduciendo al mismo tiempo los impactos superficiales.
LOS POZOS PRODUCTORES descargan agua caliente y/o vapor. El agua caliente
es realmente una salmuera con contenidos variables de sólidos totales disueltos. En
yacimientos hidrotermales de alta temperatura, a medida que baja la presión una
fracción del agua líquida hierve („flashea‟) y se convierte en vapor.
El vapor separado es enviado a una turbina para generar electricidad y el agua caliente
remanente puede hacerse „flashear‟ de nuevo a menor presión y temperatura para obtener
aún más vapor. La salmuera remanente se regresa al yacimiento mediante pozos inyectores, o
bien se manda a un sistema de uso directo antes de inyectarse. Algunos yacimientos, tales
como el de The Geysers en los Estados Unidos, Larderello en Italia, Matsukawa en Japón y
algunos campos indonesios, producen sólo vapor (conocido como vapor seco) sin agua en
estado líquido, que se puede enviar directamente a la turbina sin pasar por un separador.
En estos casos, el control del flujo de vapor para compensar las fluctuaciones en la demanda
de energía es más sencillo que en el caso de la producción en dos fases, donde se requiere un
flujo constante del pozo para evitar un probable colapso gravitatorio de la fase líquida.
En yacimientos hidrotermales de temperatura baja o intermedia, o en yacimientos tipo EGS,
los pozos producen fluidos geotérmicos (agua, vapor o ambos) con temperaturas entre 70 y
170°C. Los fluidos se envían a un intercambiador de calor que extrae su energía y calienta un
fluido de trabajo.
Este fluido de 5 trabajos, que puede ser isopentano o isobutano con un punto de ebullición
más bajo, pasa al estado gaseoso y se manda a la turbina de una planta de ciclo binario, para
después ser enfriado con aire o condensado con agua.
La salmuera recuperada también es regresada al yacimiento mediante pozos inyectores
(Armstead and Tester, 1987; Dickson and Fanelli, 2003).
En algunos campos hay también plantas híbridas o combinadas, que incluyen dos o más de
los tipos básicos mencionados, por ejemplo una planta de ciclo binario adicional a una planta
a condensación para mejorar la versatilidad, aumentar la eficiencia térmica total, mejorar la
capacidad de carga y aprovechar eficientemente un rango más amplio de temperaturas.
Finalmente, existen algunos campos geotérmicos con plantas de cogeneración, o plantas
combinadas con en cascada de calor y energía eléctrica (CHP: Combined Heat and Power),
que producen tanto energía eléctrica como agua caliente para usos directos. Por ejemplo,
Islandia tiene tres plantas geotérmicas de cogeneración con una capacidad combinada de 580
MW térmicos en operación (Hjastarson y Einarsson, 2010). En el Instituto de Tecnología de
Oregon, una planta tipo CHP proporciona la mayor parte de su consumo eléctrico y satisface
todas sus necesidades de calor (Lund y Boyd, 2009).
Como los recursos geotérmicos se encuentran en el subsuelo, es necesario utilizar métodos
exploratorios indirectos (geológicos, geoquímicos y geofísicos) para localizarlos y evaluarlos.
Los objetivos de la exploración son identificar y evaluar prospectos de yacimientos
geotérmicos antes de la perforación y coadyuvar a caracterizar los yacimientos (incluyendo
las propiedades de los fluidos) para permitir la estimación de su comportamiento y vida útil.
La exploración de un prospecto geotérmico implica estimar su ubicación, su extensión lateral
y profundidad con métodos geofísicos, y perforar después pozos exploratorios para probar
sus propiedades y minimizar el riesgo.
Después de perforar los primeros pozos exploratorios es necesario determinar el volumen del
recurso y el tamaño óptimo de la planta a instalar, considerando un uso sustentable. También
se requiere asegurar una operación eficiente y segura durante la vida útil del proyecto. El
método para estimar reservas y definir la capacidad de la planta es aplicar tecnologías de
simulación de yacimientos.
MANIFESTACIONES
La ENERGÍA GEOTÉRMICA que desprende el interior de nuestro planeta, es
responsable de:
a) El movimiento de los continentes
b) Los volcanes
c) Los movimientos sísmicos (terremotos)
d) La formación de cordilleras
e) La formación de algunos tipos de rocas
f) Fenómenos hidrotermales como geiseres, aguas termales, etc.
APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
La única manera que hasta el presente permite forma técnica y económicamente aceptable
disponer del calor contenido en el interior de la tierra para su utilización como recurso
energético, consiste en extraerlo del agua caliente o el vapor contenido en los acuíferos
hidrotermales. La experiencia acumulada en el mundo ha demostrado que las dimensiones
superficiales de un yacimiento geotérmico se hallan comprendidas entre 10 y 100 km2. Si se
tiene en cuenta que el proyecto de exploración se inicia sobre la totalidad de una zona, cuya
extensión casi siempre sobrepasa los 15.000 km2, la localización de posibles yacimientos
requiere intercalar etapas intermedias.
La primera se denomina de Reconocimiento y consiste en la realización de estudios con
métodos superficiales a efectos de detectar las áreas de mejores posibilidades para continuar
la exploración. Normalmente se explora sobre áreas de más de 10.000 km2.
La segunda etapa denominada Pre factibilidad, ya sobre superficies de entre 500 y 2.000
km2, busca definir las características del yacimiento geotérmico para determinar la ubicación
de los pozos de exploración.
Finalmente en la etapa de Factibilidad se verifica la posibilidad técnica y económica de
aprovechamiento del yacimiento y se definen los posibles sistemas de explotación.
SI S TE M AS G E O T E R M A L E S
Según el mecanismo de transferencia de calor los sistemas geotermales se clasifican en:
SISTEMAS GEOTERMALES CONVECTIVOS: la convección es el
mecanismo más importante de transferencia de calor, debido a la circulación de fluido. Se
pueden distinguir:
Sistemas hidrotermales, generalmente relacionados a intrusiones magmáticas.
Sistemas de circulación, en los que las aguas alcanzan alta temperatura debido a la
circulación profunda en áreas con flujo de calor normal o mayor.
Sistemas geotermales conductivos: el mecanismo principal de transferencia de
calor es la conducción. Pueden ser:
Acuíferos profundos en lechos sedimentarios donde, si bien la formación es permeable, la
transferencia de calor convectivo es baja debido a bajas temperaturas y espesor pequeño del
horizonte permeable.
Roca seca caliente. La formación es impermeable y el agua debe introducirse a través de
fracturas producidas artificialmente.
Los sistemas hidrotermales, en función de las características del fluido producido se
dividen en:
a) Campos que producen agua caliente
El agua del reservorio tiene una temperatura entre 60-100°C. Pueden encontrarse en áreas
de flujo de calor normal o ligeramente superior al normal.
Para su explotación comercial la profundidad del reservorio no debe superar los
2.000 metros, utilizándose el fluido con fines agrícolas e industriales, así como para calefacción y
suministro de agua caliente.
Hay campos de este tipo en Argentina, Uruguay, Hungría, Francia, Islandia, Unión
Soviética,Italia,etc.
b) Campos que producen vapor húmedo
En estos campos, conocidos como de "líquido-dominante", el reservorio contiene agua a una
temperatura mayor de 100 °C y una pequeña cantidad de vapor. Durante la extracción se produce
una disminución de presión que origina una vaporización parcial del agua, obteniéndose así una
mezcla de agua y vapor en la condiciones de saturación, con una baja concentración de gases
incondensables.
La utilización principal es la generación de energía eléctrica, además de los otros usos
posibles del agua caliente residual.
Como ejemplo pueden citarse los campos de Wairakei (Nueva Zelandia), Cerro
Prieto (México), Salton Sea (EE.UU.), Otake (Japón) y Ahuchapán (El Salvador).
c) Campos que producen vapor sobrecalentado
Estos campos también denominados de "vapor-dominante", producen vapor seco,
generalmente sobrecalentado, con gases, con una relativamente alta cantidad de gases
incondensables, como : hidrógeno (H2), metano (CH4), sulfuro de hidrógeno ( SH2), anhídrido
carbónico (CO2), nitrógeno ( N2), etc.
VENTAJAS
Una de las principales ventajas de esta fuente de energía es que está presente en todas partes del
mundo, a diferencia del petróleo por ejemplo.
Otro de los aspectos positivos es que genera bajos niveles de contaminación, sobre todo en relación
a los combustibles fósiles.
Si bien la energía geotérmica no es infinita, se calcula que existe unas 50.000 veces más de esta
energía, que de gas natural o petróleo.
Los costos de producción de esta fuente de energía son sensiblemente menores al costo que
implican las plantas de carbón o plantas nucleares.
En muchos países, utilizar la energía geotérmica, evitaría la dependencia de otros países.
DESVENTAJAS
En yacimientos secos se han producido a veces microsismos como resultado del enfriamiento
brusco de las piedras calientes, y su consiguiente fisuración.
Como se ha dicho anteriormente, no es una energía inagotable.
Las desventajas que vienen a continuación hacen referencia exclusivamente a la energía geotérmica
que no se utiliza con reinyección, y la que no es de baja entalpía doméstica (climatización
geotérmica).
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.
Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.
Contaminación térmica.
Deterioro del paisaje.
No se puede transportar (como energía primaria), salvo que se haga con un
intercambiador y un calo portador distinto del de las aguas del acuífero.
No está disponible más que en determinados lugares, salvo la que se emplea en la
bomba de climatización geotérmica, que se puede utilizar en cualquier lugar de la
Tierra.
F LU J O D E C A L OR Y G R A DI E N T E G E O T É R M I C O.
La temperatura de la corteza terrestre aumenta con la profundidad y se denomina
Gradiente Geotérmico al número de grados centígrados en que se incrementa la temperatura cada
100 metros de profundidad. Su valor promedio es de 3 °C cada 100 m.
De una región a otra el gradiente varía con del espesor de la corteza, presencia o no de una
intrusión magmática, sistema de fallas profundas, la existencia de acuíferos que pueden
transportar el calor en sentido vertical, etc.
Otros factores que afectan el valor del gradiente geotérmico son la conductividad térmica de las
rocas, el tipo de reacciones químicas que tienen lugar en las mismas, la posición de una región
respecto a los mares, la forma en que se disponen las rocas y la concentración de elementos
radioactivos en las mismas.
El producto del gradiente (G) por la conductividad térmica de la roca (K) es el Flujo de Calor
(Q). Este se mide en forma perpendicular a la superficie de la tierra y tiene un valor medio de
1,5 mili calorías por centímetro cuadrado cada segundo (mcal/cm2.seg) ó 63 milivatios
por metro cuadrado (mW/m2).
Q = - K.dT/dZ = K.G
Esta ecuación es válida para un medio impermeable, donde la transferencia de calor a la
superficie se efectúa por conducción, donde :
Q = Flujo de calor (mcal/cm2 seg ó mW/m2)
K = Conductividad térmica de las rocas (mcal/cm seg °C ó W/m
°C) G = Gradiente geotérmico (°C/cm ó °C/m)
En estratos permeables, sin embargo, el calor se transmite casi exclusivamente por convección,
esto es, a través del movimiento del fluido presente en el estrato.
Sobre el área continental el flujo de calor se origina en gran parte en la desintegración de
elementos radioactivos de larga vida media, U-238, U-235, Th-232 y K-40 contenidos en la
corteza terrestre. Otra fracción proviene del manto; ésta sería la fuente principal de calor sobre el
área oceánica.
Otros aportes al flujo total son: la conversión en energía térmica de la energía
gravitacional, la energía producida por fricción producto de la marea terrestre y el calor
proveniente del núcleo.
C O NT A M I N A C IÓ N Y C O R R OSIÓ N
C O N T A M I N A C I Ó N
Los pozos geotérmicos pueden producir vapor o agua caliente a presión. Ello de- pende del
tipo de campo en que estén perforados, "vapor-dominante" o "agua-dominante" y la forma en que
se los explote.
Si el pozo produce vapor, la única contaminación posible es la atmosférica y teniendo en cuenta
que la cantidad de gases asociados es mayor en este caso, se puede afirmar que los pozos
productores de vapor contaminan más la atmósfera que los productores de agua caliente.
Cuando el producido es agua caliente, mediante un separador se extrae el vapor. El agua residual,
del orden de 2/3 de la producción total, sería el problema más grave de contaminación, pero esta
se usualmentase reinyecta en el reservorio aprovechando pozos estériles o de baja producción o en
los perforados a tal fin, disminuyendo notablemente el impacto ambiental.
La reinyección, no solamente minimiza la polución, sino también contribuye con la
realimentación del campo, presurizándolo. Si bien la reinyección es una práctica habitual, esta
operación se hace con sumo cuidado para no enfriar prematuramente la zona de producción.
Como primera observación se reitera que la contaminación del agua usualmente se elimina con la
reinyección.
La contaminación debida al anhídrido carbónico (CO2 ) endógeno es mucho menor en todos
los casos, casi 100 veces menor para los campos de “agua-dominante”.
En el caso particular de Copahue, se calculó un valor inusualmente alto. Esto se debe a que es
un reservorio estratificado en el cual los poros y fracturas contienen gas y vapor y la explotación
ha comenzado en la zona mas rica en gases ("gas cap"). Esta concentración disminuirá en el futuro
y con ello las emisiones de gas a la atmósfera.
C O RR OS I Ó N
Impurezas en el Vapor Geotérmico
En los reservorios de "líquido-dominante", el agua caliente que fluye a través de un
pozo, experimenta, como consecuencia de la reducción de presión, una separación de vapor.
Este vapor contiene impurezas tales como : sílice (SiO2), carbonato de calcio
(CaCO3), hierro (Fe), cloruros (Cl-), etc. contenidos en la salmuera y sólidos que arrastra desde
el reservorio.
La alta corrosividad de la salmuera es el resultado de las altas temperaturas, su alto
contenido de sales, la presencia de anhídrido carbónico (CO2) y sulfuro de hidrógeno (H2S)
disueltos y su elevado contenido de sulfato de calcio (CaSO4), carbonato de calcio CaCO3
y sílice (SiO2).
Incrustación
Es uno de los principales problemas en la explotación de los recursos geotérmicos.
Los tipos principales son: a) Sílice y silicatos; b) Carbonatos; c) Sulfatos y sulfuros.
Se reconocen tres mecanismos principales de formación:
1. Deposición desde un fluido en una fase (líneas de inyección). La nucleación y cinética
de la deposición depende del grado de sobresaturación, presión, temperatura y efectos
catalíticos o inhibidores producidos por la presencia de elementos menores, la
naturaleza del sustrato, etc.
2. Deposición por separación de fluido, (flash), en pozos, separadores y líneas de dos
fases. La separación o ¨flash¨ del fluido se produce por disminución de presión o por
cavitación, en flujo turbulento, originando:
a. La sobresaturación por pérdida de vapor, con aumento de la concentración de
solutos en el líquido remanente.
b. Caída de temperatura, asociada con el proceso de expansión.
c. Pérdida de gases estables como anhídrido carbónico (CO2) y sulfuro de
hidrógeno (H2S), con incremento del pH.
3. Deposición desde el vapor (separadores, turbinas, líneas de vapor). Se origina del
arrastre de gotas de agua por el vapor, que luego se evaporan sobre el sustrato. Dado
que la evaporación es completa, las incrustaciones pueden contener además algunos
minerales solubles como boratos y halitas.
Efecto de las impurezas
Las especies químicas corrosivas presentes en el fluido geotérmico son: hidrógeno
(H+), cloruro (Cl-), sulfuro de hidrógeno (H2S), anhídrido carbónico (CO2), carbonatos (CO3=
), bicarbonatos (HCO3-), amoniaco (NH3), amonio (NH4+ ) y sulfato (SO4
=).
Los condensados de vapor son corrosivos debido a sus bajas temperaturas y altas
concentraciones de gases ácidos.
La velocidad de corrosión para aceros de bajo contenido de carbono y de aleación
aumenta al disminuir el pH.
A pH inferiores a 4 la velocidad de corrosión se incrementa rápidamente. Los
potenciales de corrosión no son afectados significativamente en el rango de pH de mayor interés
para sistemas geotérmicos (4 - 9).
Efecto de los cloruros (Cl-).
La concentración de cloruros (Cl-) en los fluidos geotérmicos oscila entre un 3-15 %
(expresado como NaCl). Concentraciones inferiores al 3 % tienen poco efecto sobre la velocidad
de corrosión uniforme en aceros pobres en carbono y de baja aleación, pero cuando la
concentración es de 10-30 % (como NaCl) la velocidad de corrosión es mayor.
El cloruro (Cl-) produce la rotura local del film que protege muchos metales. Como
resultado de ello se produce el picado, la corrosión por hendidura y la corrosión por tensión.
Ef ecto del sulf uro de hidrógeno (H2S).
La presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S) puede aumentar la velocidad de
corrosión general en aceros de baja aleación. En presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S) puede
formarse una capa de sulfuro ferroso (FeS) y si parte de esta capa se destruye se intensifica
el ataque localizado debido a la cupla galvánica. La adsorción de sulfuros (S=) sobre la
superficie del acero cataliza la disolución anódica.
Los aceros inoxidables son generalmente resistentes al ataque corrosivo con fluidos
geotérmicos que contienen sulfuro de hidrógeno (H2S). Sin embargo, puede causar el picado de
éstos en soluciones ácidas debido al retardo en la formación de la capa pasiva e iniciar un ataque
localizado en regiones de bajo pH.
La oxidación del sulfuro de hidrógeno (H2S) en aguas aireadas puede disminuir el
pH e incrementar la corrosión.
Efecto del sulfato ( SO4=)
Si la concentración de cloruros (Cl-) es baja, el sulfato (SO4 ) se convierte en el
principal ion agresivo, pero raramente causa un ataque localizado tan severo como el cloruro
(Cl-).
Efecto del oxígeno (O2.)
La velocidad de corrosión uniforme de muchos aceros inoxidables es baja con fluidos
geotérmicos, pero pueden estar sujetos a un severo picado y a corrosión por hendidura en
presencia de cantidades suficientes de oxígeno (O2). La reducción del O2 se convierte en una
importante reacción catódica, con la formación de celdas diferenciales de oxígeno, la nucleación
y crecimiento de nuevos puntos de picado, favoreciendo el crecimiento acelerado de los
existentes.
Unos pocos materiales, especialmente aleaciones de aluminio (Al), requieren oxígeno
(O2) disuelto para mantener su film de pasivación. Estas aleaciones se corroen con fluidos
geotérmicos libres de oxígeno (O2).
Las consideraciones teóricas señalan una muy alta velocidad de corrosión uniforme en
presencia de anhídrido carbónico (CO2) y cloruro de sodio (NaCl) hasta aproximadamente 80
°C. Por encima de esta temperatura se forma una película de carbonato de hierro la cual
retarda la velocidad de corrosión en comparación con el valor predicho.
Efecto de las impurezas
Las especies químicas corrosivas presentes en el fluido geotérmico son: hidrógeno
(H+), cloruro (Cl-), sulfuro de hidrógeno (H2S), anhídrido carbónico (CO2), carbonatos (CO3=
), bicarbonatos (HCO3-), amoniaco (NH3), amonio (NH4+ ) y sulfato (SO4
=).
Los condensados de vapor son corrosivos debido a sus bajas temperaturas y altas
concentraciones de gases ácidos.
La velocidad de corrosión para aceros de bajo contenido de carbono y de aleación
aumenta al disminuir el pH.
A pH inferiores a 4 la velocidad de corrosión se incrementa rápidamente. Los
potenciales de corrosión no son afectados significativamente en el rango de pH de mayor interés
para sistemas geotérmicos (4 - 9).
Efecto de los cloruros (Cl-).
La concentración de cloruros (Cl-) en los fluidos geotérmicos oscila entre un 3-15 %
(expresado como NaCl). Concentraciones inferiores al 3 % tienen poco efecto sobre la velocidad
de corrosión uniforme en aceros pobres en carbono y de baja aleación, pero cuando la
concentración es de 10-30 % (como NaCl) la velocidad de corrosión es mayor.
El cloruro (Cl-) produce la rotura local del film que protege muchos metales. Como
resultado de ello se produce el picado, la corrosión por hendidura y la corrosión por tensión.
Efecto del sulfuro de hidrógeno (H2S).
La presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S) puede aumentar la velocidad de
corrosión general en aceros de baja aleación. En presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S) puede
formarse una capa de sulfuro ferroso (FeS) y si parte de esta capa se destruye se intensifica
el ataque localizado debido a la cupla galvánica. La adsorción de sulfuros (S=) sobre la
superficie del acero cataliza la disolución anódica.
Los aceros inoxidables son generalmente resistentes al ataque corrosivo con fluidos
geotérmicos que contienen sulfuro de hidrógeno (H2S). Sin embargo, puede causar el picado de
éstos en soluciones ácidas debido al retardo en la formación de la capa pasiva e iniciar un ataque
localizado en regiones de bajo pH.
La oxidación del sulfuro de hidrógeno (H2S) en aguas aireadas pueden disminuir el
pH e incrementar la corrosividad
PAISES QUE UTILIZAN LA ENERGIA GEOTERMICA
Para el año 2000 ya habían 21 países generando energía eléctrica geotermal: Australia,
China, Costa Rica, El Salvador, Etiopia, Francia (Guadalupe), Guatemala, Islandia,
Indonesia, Italia Japón, Kenia, Méjico, Nueva
Zelanda, Nicaragua, Filipinas, Portugal (Azores), Rusia, Tailandia, Turquía, y Estados
Unidos.
En los estados unidos en el año 2007 las principales plantas geotérmicas del país
generaban electricidad suficiente para atender la demanda de 2.4 millones de hogares
GENERACIÓN DISTRIBUIDA, AUTOABASTECIMIENTO Y
COGENERACIÓN CON RECURSOS GEOTÉRMICOS
La generación distribuida es un concepto relativamente nuevo que se ha desarrollado
para reducir problemas operativos y costos de generación de los sistemas de generación
y transmisión de electricidad en un país.
Los criterios que rigen en el desarrollo de un sistema interconectado de generación y
suministro de electricidad son básicamente los siguientes:
- Que las fuentes de generación se ubiquen en un anillo de transmisión con el fin de
tener alta confiabilidad en el manejo de la energía generada.
- Que las fuentes de generación se encuentren lo más cercano a las zonas de mayor
consumo
- Que los voltajes de transmisión sean elevados (69 kV, 115 kV, 230 kV, 400 kV, 1000
kV, etc.) para reducir las pérdidas de transmisión.
- Evitar los sistemas radiales que son vulnerables a la falla.
Después de optimizar el sistema de generación y transmisión, se desarrollan los
sistemas de distribución hacia los centros de consumo. Normalmente estos sistemas ya
son radiales y los voltajes que se emplean son más bajos, variando entre 13.2, 23 y 34
kV. En la Figura 10 se presenta de manera esquemática un sistema completo del
proceso eléctrico.
En países de pequeña extensión territorial, como son los europeos o centroamericanos,
los sistemas de distribución no presentan mayor problema, ya que las líneas eléctricas se
desarrollan sobre distancias pequeñas. Pero en el caso de países muy extensos, como
Estados Unidos, México, Argentina, Chile, o Brasil, hay pequeñas comunidades muy
alejadas de los grandes anillos de transmisión de electricidad.
Esto hace que el suministro eléctrico tenga costos muy elevados o que simplemente esas
comunidades no se integren a la red y satisfagan sus necesidades de electricidad con
motores de combustión interna que consumen generalmente diesel, con un costo muy
elevado.
El problema técnico de suministrar electricidad a comunidades alejadas de las líneas de
transmisión es la regulación del voltaje, ya que normalmente la electricidad debe
transmitirse a lo largo de varias decenas de kilómetros, lo cual provoca problemas de
caídas excesivas de voltaje. Esto puede resolverse incrementando el calibre del cable
conductor, pero repercute en un mayor costo en el suministro eléctrico.
En otros casos, debido a problemas ecológicos, de seguridad o logísticos, las centrales
generadoras se ubican lejos de los centros de consumo, lo cual aumenta las pérdidas
energéticas con impactos económicos negativos.
Para enfrentar esos problemas se ha desarrollado el concepto de generación distribuida,
que también se conoce como generación in situ, generación descentralizada o
generación dispersa, que consiste en generar energía mediante pequeñas fuentes que
entregan la electricidad a las líneas de distribución, sea en áreas rurales o incluso dentro
de las ciudades cuando la energía se transporta por distancias largas.
Las principales características de la generación distribuida son las siguientes:
- Reduce pérdidas en la red al disminuir los flujos de energía hacia zonas de consumo
alejadas.
- La energía generada normalmente va hacia los centros de consumo y no revierte flujos
en las líneas de transmisión.
- La capacidad de generación generalmente va de unas decenas de kW hasta 10 MW.
Para las áreas rurales, las fuentes de generación distribuida son por lo general mini o
micro hidroelectricidad, geotermia y/o plantas cogeneradoras que aprovechen desechos
industriales o agrícolas para generar electricidad en pequeña escala.
Como se comentó antes, a la fecha los yacimientos geotérmicos comercialmente
aprovechables son los hidrotermales de alta temperatura. Sin embargo, en muchos
países, incluido México, abundan manifestaciones termales superficiales que evidencian
recursos con temperaturas intermedias (100 a 180°C) e incluso bajas (menos de 100°C)
que pueden aprovecharse para generar electricidad mediante plantas de ciclo binario
Exceptuando las dos unidades señaladas en la tabla, el resto son unidades de ciclo
Rankine orgánico (ORC: Organic Rankine Cycle), el cual se describen en el capítulo
siguiente. El resumen por país es:
POTENCIAL GEOTÉRMICO DE PERÚ DE GENERACIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA LIMPIA SERÍA A 3,000 MW
Lima, dic. 08 (ANDINA). El Ministerio de Energía y Minas (MEM) informó hoy
que por la ubicación de Perú en el Cinturón de Fuego del Pacífico, su potencial
geotérmico es abundante y, según el jefe representante de la Agencia de
Cooperación Internacional del Japón (JICA) en Perú, Makoto Nakao, se estima que
por lo menos 3,000 megavatios (Mw) serían explotables en todo el país debido a la
energía geotérmica.
CONCLUSIONES
1- La energía geotérmica, es una alternativa limpia, sostenible y renovable, para
suplir la demanda de energía que se requiere, para el desarrollo del Perú.
2- La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre
mediante el aprovechamiento del calor del interior de la tierra.
3- Esta energía es renovable y se manifiesta en la superficie en forma de calor, a
través de los volcanes, aguas termales, fumarolas y geiseres.
4- Aunque es una de las fuentes de energía renovable menos conocidas, sus efectos
son espectaculares de admirar en la naturaleza
ANEXOS
Plantas de
energía
geotérmica
El agua que se extrae de la Tierra y sobra se reinyecta regenerando constantemente la fuente de vapor
Las aguas utilizadas se reinyectan usando las bombas.
Puede observarse en la Figura 10 que la planeación del sistema considera primera-mente el abaste-cimiento de los grandes consumidores que normalmente se ubican en el sector industrial. Posteriormente el sistema crece para satisfacer la demanda de los pequeños industriales, y finalmente para satisfacer la demanda del consumo residencial y doméstico.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
1. Energía Geotérmica-J.L. SIERRA, G. PEDRO
2. Hiriart, G., 2004. Otros usos de la energía geotérmica. Memorias de la
Sexta Reunión Institucional de Calidad Total. Publicación interna de la
CFE. Inédito.
REFERENCIA ELECTRONICA
1. http://www.diremmoq.gob.pe/web13/files/capacitacion/
seminario_15_10_2010/seminario%20de%20energas%20renovables
%20%20moquegua.pdf
2. www.iesmariazambrano.org/departamentos/flasheducativos/geotermal.swf
3. www.consumer.es
