Que é a enerxía xeotérmica, os sistemas de climatización e o futuro

Seguro que sabes o que é a enerxía xeotérmica en termos xerais, pero ¿Sabes todos os conceptos básicos sobre esta enerxía?

De xeito moi xeral dicimos que a enerxía xeotérmica é enerxía calorífica do interior da Terra.

Noutras palabras, a enerxía xeotérmica é o único recurso de enerxía renovable que non se deriva do Sol.

Ademais, podemos dicir que esta enerxía non é unha enerxía renovable como tal, xa que a súa renovación non é infinitaNon obstante é inesgotable a escala humana, polo que se considera renovable a efectos prácticos.

Orixe da calor no interior da Terra

A principal causa de calor no interior da Terra é a decadencia continua dalgúns elementos radioactivos como uranio 238, torio 232 e potasio 40.

Outra das orixes da enerxía xeotérmica son os colisións de placas tectónicas.

Non obstante, en certas rexións a calor xeotérmica está máis concentrada, como ocorre nas proximidades de volcáns, correntes de magma, géiseres e augas termais.

Uso da enerxía xeotérmica

Esta enerxía leva en uso durante un mínimo de 2.000 anos.

Os romanos empregaban as augas termais para aseos e, máis recentemente, esta enerxía utilizouse para o calefacción de edificios e invernadoiros e para a xeración de electricidade.

Actualmente hai 3 tipos de depósitos dos que podemos obter enerxía xeotérmica:

• Encoros de alta temperatura
• Encoros de baixa temperatura
• Encoros de rochas quentes secas

Encoros de alta temperatura

Dicimos que hai un depósito de alta temperatura cando chega a auga do depósito temperaturas superiores a 100ºC debido á presenza dunha fonte de calor activa.

Para que a calor xeotérmica poida crear enerxía xeotérmica utilizable, as condicións xeolóxicas deben permitir a formación dun encoro xeotérmico, semellantes ás contidas no petróleo ou no gas natural, consistentes nun rocha permeable, gres ou caliza por exemplo, rematada por un capa impermeable, como a arxila.

A auga subterránea quentada polas rochas pasa en dirección ascendente ao encoro, onde permanecen atrapados baixo a capa impermeable.

Cando hai fendas nesa capa impermeable é posible a saída de vapor ou auga á superficie, que aparecen en forma de augas termais ou géiseres.

Estas augas termais utilízanse desde tempos remotos e poden usarse facilmente para procesos de calefacción e industriais.

Encoros de baixa temperatura

Os encoros de baixa temperatura son aqueles nos que a temperatura da auga, que imos empregar, está situado entre 60 e 100ºC.

Nestes xacementos, o valor do fluxo de calor é o normal da codia terrestre, polo que é innecesaria a existencia de 2 das condicións anteriores: existencia dunha fonte de calor activa e illamento do depósito de fluídos.

Só o presenza dun almacén á profundidade adecuada para que, co gradiente xeotérmico existente na devandita zona, haxa temperaturas que fagan económica a súa explotación.

Encoros de rochas quentes secas

O potencial de enerxía xeotérmica es mucho maior se se extrae calor das rochas quentes e secas, que non conteñen auga de forma natural.

Están nun temperatura entre 250 e 300ºC xa un profundidade entre 2.000 e 3.000 metros.

Para a súa explotación é necesario romper rochas quentes e secas facelos porosos.

Entón introdúcese auga fría desde a superficie a través dun tubo, deixándoo atravesar a rocha quente fracturada, para que quente e logo, extráese vapor de auga a través doutro tubo para utilizar a súa presión para accionar unha turbina e xerar enerxía eléctrica.

O problema deste tipo de explotación son as técnicas para fracturar as rochas a tal profundidade e perforación.

Aínda que se avanzou moito nestas áreas empregando técnicas de perforación de petróleo.

Enerxía xeotérmica a moi baixa temperatura

Podemos considerar o subsolo a pequenas profundidades coma a fonte de calor a 15ºC, totalmente renovable e inesgotable.

Mediante un sistema de captación axeitado e unha bomba de calor, a calor pódese transferir desde esta fonte a 15ºC a un sistema que alcanza os 50ºC, que se utiliza para quentar e obter auga quente sanitaria para o seu uso no fogar.

Ademais, a mesma bomba de calor pode absorber a calor do ambiente a 40ºC e entregala ao subsolo co mesmo sistema de capturaPolo tanto, o sistema que pode resolver a calefacción doméstica tamén pode solucionar a refrixeración, é dicir, a casa ten unha única instalación para o seu aire acondicionado integral.

O principal inconveniente deste tipo de enerxía é o necesito unha superficie de enterro moi grande do circuíto exteriorNon obstante, a súa principal vantaxe é a pPosibilidade de usalo como sistema de calefacción e refrixeración a un custo moi baixo.

No seguinte diagrama pódense ver diferentes xeitos de captar ou transferir calor ao chan para o seu posterior uso en calefacción, refrixeración e obtención de ACS (auga quente sanitaria). A continuación explicarei o procedemento.

Aire acondicionado dunha casa, dun bloque, dun hospital, etc. pódese chegar individualmente, xa que non require grandes investimentos para o sistema, a diferenza das instalacións xeotérmicas de alta e media temperatura.

Este sistema de aproveitamento da enerxía solar absorbida pola superficie terrestre baséase en 3 elementos principais:

1. bomba de calor
2. Circuíto de intercambio coa Terra
   1. Intercambio de calor coas augas superficiais
   2. Cambia co chan
3. Circuíto de intercambio coa casa

Bomba de calor

A bomba de calor é unha máquina termodinámica que se basea no Ciclo de Carnot realizado por un gas.

Esta máquina absorbe calor dunha fonte para entregala a outra que estea a unha temperatura máis alta.

O exemplo máis típico son os frigoríficosEstes teñen unha máquina que extrae a calor do interior e expulsa ao exterior, que está a unha temperatura máis alta.

Outros exemplos de bombas de calor son os climatizadores e os acondicionadores de aire para casas e automóbiles.

Neste esquema pódese ver que o O bulbo frío absorbe a calor do chan nun intercambio e o líquido que circula polo circuíto do bulbo frío absorbe a calor ata que se evapora.

O circuíto que leva a auga con calor do chan arrefría e volve ao chan, a recuperación da temperatura do solo é moi rápida.

Por outra banda, o bulbo quente, dentro da casa, quenta o aire dándolle calor.

A bomba de calor está "bombeando" a calor da bombilla fría á bombilla quente.

Desempeño (enerxía subministrada / enerxía absorbida) depende da temperatura da fonte que subministre a calor evaporada.

Sistemas de climatización convencionais absorbe a calor da atmosfera, que no inverno pode chegar temperaturaabaixo -2 ° C.

A estas temperaturas o evaporador non pode capturar practicamente calor e o o rendemento da bomba é moi baixo.

No verán, cando fai máis calor, a bomba ten que renunciar á calor da atmosfera na que pode estar 40 °C, co que o o rendemento non é tan bo como cabería esperar.

Con todo, o sistema de captación xeotérmica, por ter unha fonte para temperatura constante, o rendemento sempre é óptimo independentemente das condicións de temperatura atmosférica. Polo tanto, este sistema é moito máis eficiente que unha bomba de calor convencional.

Intercambia circuítos coa Terra

Intercambio de calor coas augas superficiais

Este sistema está baseado en poñer auga en contacto térmico procedente dunha fonte superficial co evaporador / condensador, segundo as necesidades, para a absorción ou transferencia de calor ás ditas augas.

Vantaxe: o presente é que ten un baixo custo

Incómodo:  non sempre hai unha fonte de auga dispoñible.

Cambia co chan

esta pode ser directo cando o intercambio entre o chan e o evaporador / condensador da bomba de calor se realiza mediante un tubo de cobre enterrado.

Para unha casa, pode ser necesario entre 100 e 150 metros de tubaxe.

• Vantaxe: baixo custo, sinxeleza e bo rendemento.
• Inconvenientes: posibilidade de fugas de gas e conxelación de zonas do terreo.

Ou tamén pode ser un circuíto auxiliar cando ten un conxunto de tubos enterrados, polos que circula auga, que á súa vez intercambia calor co evaporador / condensador.

Para unha casa, pode ser necesario entre 100 e 200 metros de tubaxe.

• Vantaxe: baixa presión no circuíto, evitando así grandes diferenzas de temperatura
• Inconvenientes: custo elevado.

Intercambia circuítos coa casa

Estes circuítos pode estar con un intercambio directo ou cunha distribución de auga fría e quente.

Intercambio directo Baséase en facer circular unha corrente de aire sobre a superficie do evaporador / condensador ao lado da casa para intercambiar calor e distribuír este aire quente / frío pola casa, a través de tubos illados térmicamente.

Cun sistema de distribución único, a distribución de frío e calor na casa resólvese.

• Vantaxe: adoitan ser de baixo custo e moi sinxelos.
• Inconvenientes: baixo rendemento, confort moderado e só se aplica a vivendas de nova construción ou con sistema de calefacción por convección de aire.

O sistema de distribución de auga quente e fría baséase en facer circular un fluxo de auga sobre a superficie do evaporador / condensador ao lado da casa para o intercambio de calor.

A auga normalmente arrefríase a 10ºC no verán e quéntase a 45ºC no inverno para empregala como aire acondicionado.

A calefacción por chan radiante é o método máis eficiente e cómodo para resolver o quecemento, non obstante, non se pode empregar para arrefriar, polo que se se utiliza este método ou o dos radiadores de auga quente, haberá que instalar outro sistema para poder usar o refrixeración.

• Vantaxe: moi alto confort e rendemento.
• Inconvenientes: custo elevado.

Rendemento dos sistemas de climatización

Eficiencia enerxética dun sistema de climatización empregando como fonte de calor o subsolo a 15ºC é polo menos de 400% en calefacción e 500% en refrixeración.

Cando se quenta só hai unha achega de enerxía eléctrica do 25% da enerxía total requirida. E cando se usa para arrefriar, o rendemento é máis do dobre que o dunha bomba de calor que intercambia co aire a 40 graos, polo que neste caso tamén hai un aforro de enerxía superior ao 50% en comparación cun aire acondicionado convencional.

Isto significa que para bombear do polo frío ao polo quente 4 unidades de enerxía (por exemplo, 4 calorías), só se precisa 1 unidade de enerxía.

En refrixeración, por cada 5 unidades bombeadas necesítase 1 unidade para bombealas.

Isto é posible desde entón non xera toda a calor, pero a maior parte só se transfire dunha fonte a outra.

As unidades de enerxía que subministramos á bomba de calor son en forma de enerxía eléctrica, polo que basicamente estamos a producir CO2 na planta de produción de enerxía eléctrica, aínda que en cantidades moito menores.

Con todo, poderiamos usar bombas de calor non eléctricas, pero a súa fonte de enerxía era a solar térmica pero aínda están en fase experimental.

Si comparamos este sistema cun sistema de calefacción por captación de enerxía solar a través de paneis podemos ver iso presenta unha gran vantaxeComo non require grandes acumuladores para compensar as horas de falta de radiación solar.

O gran acumulador é a propia masa da Terra iso fai que teñamos unha fonte de enerxía a temperatura constante, que no ámbito desta aplicación se comporta como infinita.

Non obstante, o que si A mellor opción para usar esta fonte de enerxía é combinala con enerxía solar térmica., non para mover a bomba de calor como se mencionou anteriormente (que tamén) pero para engadir calor ao sistema, dado que nas aplicacións de calefacción e produción de auga quente sanitaria, a auga pódese levar a 15ºC usando enerxía xeotérmica para despois, elevar a temperatura da auga coa enerxía solar.

Neste caso a eficiencia da bomba de calor aumenta exponencialmente.

Distribución de enerxía xeotérmica

A enerxía xeotérmica está estendida por todo o planeta, especialmente en forma de rochas quentes e secas, pero hai zonas nas que se estende quizais por riba do 10% da superficie do planeta e teñen condicións especiais para desenvolver este tipo de enerxía.

Quero dicir o zonas en que manifestan máis os efectos dos terremotos e volcáns e que, en xeral, coinciden con liñas de falla importante

Entre eles están:

• A costa do Pacífico do continente americano, desde Alaska ata Chile.
• O Pacífico occidental, desde Nova Zelandia, pasando por Filipinas e Indonesia, ata o sur de China e Xapón.
• O val da dislocación de Kenia, Uganda, Zaire e Etiopía.
• A contorna do Mediterráneo.

Vantaxes e desvantaxes da enerxía xeotérmica

Esta enerxía, como todo o que existe, ten as súas partes boas e as súas partes malas.

como vantaxe podemos dicir que:

• Atopouse distribuídos por todo o planeta.
• As fontes xeotérmicas máis económicas están no áreas volcánicas localizado na súa maior parte en países en desenvolvemento, o que pode ser moi grande útil para mellorar a súa situación.
• É un fonte inesgotable de enerxía a escala humana.
• É a enerxía máis barato iso sábese.

O seu desvantaxes pola contra son:

• O uso da enerxía xeotérmica presenta algúns problemas ambientais, en particular, o liberación de gas sulfuroso á atmosfera, xunto con vertidos de auga quente aos ríos, que a miúdo conteñen un alto nivel de sólidos.

Aínda que en xeral, as augas residuais pódense reinxectar na terra despois de extraer, nalgúns casos, sales de potasio utilizables comercialmente.

• En xeral, a transmisión de calor xeotérmica a longas distancias non é factible. A auga quente ou o vapor deberíanse empregar nas inmediacións da súa fonte, antes de que arrefríe.
• Atópanse a maioría das augas xeotérmicas temperaturas inferiores a 150ºC polo que en xeral, non fai calor suficiente para a xeración de electricidade.

Estas augas só se poden empregar para bañarse, quentar edificios e invernadoiros e cultivos ao aire libre, ou como auga precalentada para caldeiras.

• O os encoros de rochas quentes e secas son de curta duraciónCando as superficies rachaduras se arrefrían rapidamente, a súa eficiencia enerxética baixa rapidamente.
• O os custos de instalación son moi elevados.

O futuro da enerxía xeotérmica

Ata agora, só perforacións e extrae calor a profundidades duns 3 km, aínda que se espera que poida alcanzar maiores profundidades, co cal a enerxía xeotérmica podería usarse máis amplamente.

A enerxía total dispoñiblea modo de auga quente, vapor ou rochas quentes, ata unha profundidade de 10 km, aproximacións 3.10¹⁷ dedo do pé. 30 millóns de veces o consumo actual de enerxía mundial. O que o indica a enerxía xeotérmica pode ser unha alternativa interesante a curto prazo.

As técnicas perfeccionadas para o desenvolvemento de recursos xeotérmicos son moi similares ás empregadas no sector petroleiro. Non obstante, desde entón o contido enerxético da auga a 300ºC é mil veces menor que o do petróleo, o capital pódese investir economicamente en exploración e a perforación é moito menor.

Non obstante, a escaseza de petróleo pode alimentar o uso crecente da enerxía xeotérmica.

Por outra banda, o uso de fontes xeotérmicas para a xeración de electricidade en turbo-xeradores de tamaño medio (10-100MW) situados preto dos sitios do pozo, pero a temperatura xeotérmica mínima útil para a xeración de electricidade foi de 150ºC.

Ultimamente desenvolvéronse turbinas sen remo para auga xeotérmica e vapor ata 100ºC só, o que permite ampliar o campo de uso desta enerxía.

Ademais, pódese empregar en procesos industriais como o procesamento de metais, o quecemento de procesos industriais de todo tipo, o quecemento de invernadoiros, etc.

pero probablemente o maior futuro da enerxía xeotérmica reside na utilización de enerxía xeotérmica a moi baixa temperatura, debido á súa versatilidade, sinxeleza, baixo custo económico e ambiental e a posibilidade de úsao como sistema de calefacción e refrixeración.