INTRODUCCION

En el siguiente trabajo le hablaremos un poco de que se trata la energía

geotérmica, y sus componentes, así como también hacemos énfasis en las nuevas

tecnologías y sus descripciones que se están empleando a nivel mundial.

Gracias a la presencia de volcanes, fuentes termales y otros fenómenos similares,

llevó al hombre antiguo a suponer que el interior de la tierra poseía altas temperaturas.

En el Siglo XVI y XVII se excavaron las primeras minas a unos cientos de kilómetros

hacia el centro de la tierra que el hombre tuvo que deducir gracias a las sensaciones

térmicas, ya que la temperatura aumentaba mientras se incrementaba con la

profundidad.

Los modelos Termales de la nueva tecnología, necesariamente, toman en cuenta

el calor continuamente producido por el decaimiento de los isótopos radioactivos de

larga vida del uranio (U234, U235), Torio (Th232) y Potasio (K40) presentes en la

Tierra.

En el interior de la tierra existe un gran almacén de energía calorífica que, de

forma natural, se transmite directamente a la superficie terrestre a través de erupciones

volcánicas, geiseres, manantiales de agua caliente, fumarolas, etc. o, indirectamente a

través de seismos y otros fenómenos similares. Según estudios realizados en Estados

Unidos, un volúmen de 520.000 millones de metros cúbicos de roca subterránea, a una

temperatura de varios cientos de grados, contiene tanta energía como la empleada en

todo el mundo a lo largo de un año, pero, por ahora, su aprovechamiento como fuente

de energía eléctrica tan solo supone el 0,25% del total consumido en todo el planeta.

La Energía Geotérmica

Antecedentes

Las explotaciones de las fuentes geotérmicas datan desde la época de los

romanos, que utilizaban el agua caliente en aplicaciones medicinales, domésticas y de

ocio. En 1892, entró en funcionamiento el primer sistema centralizado de calefacción

geotérmica, en Boise, Idaho (EEUU). En 1928, Islandia, otro país pionero en la

utilización de la energía geotérmica, también inicio la explotación de sus fluidos

geotérmicos (principalmente agua caliente) para calefacción doméstica.

Años después diversos países se sumaron a la iniciativa italiana. En 1919 se

perforaron los primeros pozos geotérmicos en Beppu (Japón). Asimismo, se realizaron

perforaciones en el año 1921 en Los Géiseres (California), y en el Tatio (Chile). En

1958, entra en operación una pequeña planta de generación eléctrica en Nueva Zelanda,

en 1959, otra en México, en 1960, en EEUU, seguidos por otros países en los años

siguientes.

En el 2007, la capacidad instalada de energía geotérmica en el mundo era de

9.720,4 MW, siendo Estados Unidos (2.936,5 MW), Filipinas (1.978 MW) e Italia

(810,5 MW) los países que ocupan las primeras posiciones.

En el siglo XIX, los progresos en técnicas de ingeniería hacen posible observar

las propiedades térmicas de las rocas y fluidos subterráneos y explotarlos con

rudimentarias perforaciones.

Definición de la energía

Es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre 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 caben destacar el gradiente geotérmico, el calor

radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, “Tierra”, y thermos, “calor”;

literalmente “calor de la Tierra”. La energía geotérmica es una fuente de energía

renovable ya que el calor se produce continuamente en el interior de la Tierra.

Es importante mencionar que De acuerdo a la temperatura del agua, los generadores

se dividen en:

Energía geotérmica de alta temperatura: Cuando el agua sale a una temperatura

entre 150 y 400ºC, lo que produce vapor en la superficie.

Energía geotérmica de temperaturas medias Los fluidos de los acuíferos están a

temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la

conversión vapor-electricidad se realiza con un menor rendimiento: pequeñas

centrales eléctricas pueden explotar estos recursos..

Energía geotérmica de baja temperatura Temperaturas comprendidas entre 20 y

60ºC, que es la temperatura típica de los baños de aguas termales. Esta energía se

utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. En el mundo existen varias

experiencias notables en este sentido en Italia, Nueva Zelanda y Canadá, lugares en

los que la energía geotérmica apoya el consumo tradicional. En Filipinas, el sistema

geotérmico tiene una capacidad de potencia de 2.000 megavatios.

Las centrales eléctricas geotérmicas

Las centrales geotérmicas utilizan los recursos hidrotermales que tienen dos

ingredientes comunes: agua (hidráulica) y calor (térmica). Las plantas geotérmicas

requieren de alta temperatura (300 ° F a 700 ° F) los recursos hidrotermales que pueden

provenir de cualquiera de los pozos de vapor seco o pozos de agua caliente. Podemos

utilizar estos recursos mediante la perforación de pozos en la tierra y la tubería de vapor

o agua caliente a la superficie. Los pozos geotérmicos son de una a dos millas de

profundidad.

Las plantas geotérmicas están diseñadas para funcionar las 24 horas del día

durante todo el año. La central geotérmica es resistente a las interrupciones de

generación de energía debidas al tiempo, desastres naturales o acontecimientos políticos

que puedan interrumpir el transporte de combustibles.

Estas centrales pueden tener diseños modulares, con unidades adicionales

instaladas en incremento cuando sea necesario debido a un crecimiento en la demanda

de la electricidad. En estas plantas se transforma la energía térmica en energía eléctrica

utilizando un ciclo termodinámico denominado ciclo de Rankine, en honor del ingeniero

y físico británico William John Macquorn Rankine (1820-1872). En este ciclo, al igual

que las plantas térmicas convencionales se emplea calor para evaporar un líquido, que

posteriormente se utiliza en el accionamiento de una turbina, la cual se acopla a un

generador eléctrico para producir energía eléctrica. Si la entalpía es baja, el calor suele

emplearse para el calentamiento de un fluido, aunque también podrían utilizarse para la

generación de electricidad con muy bajos rendimientos.

Componentes de las centrales

Independientemente del tipo de sistema utilizado en las centrales geotérmicas, los

componentes fundamentales de todas ellas son los siguientes:

* Evaporadores y condensadores.

* Turbinas y generadores.

* Tuberías y bombas.

* Torres de enfriamiento.

Los condensadores empleados en los sistemas de ciclo binario suelen ser del tipo

placa. El fluido de trabajo pasa por muchas superficies de placas de metal,

transfiriendo el calor al agua de refrigeración que circula a través de las otras caras

de cada placa. Con excepción de los sistemas de ciclo binario, la mayoría de los

condensadores que se emplean en los sistemas geotérmicos son de los denominados

de contacto directo. En este tipo de intercambiadores la condensación es muy

efectiva. El vapor se mezcla con el agua de refrigeración, por lo que a la salida

existe un único fluido, agua líquida saturada.

Las turbinas son las máquinas encargadas de convertir la energía almacenada en el

vapor en energía mecánica de rotación (Figura 10.21). Pueden emplearse turbinas

simples de vapor y de costes relativamente bajos o turbinas de vapor de múltiples

etapas.

Torres de enfriamiento Para refrigerar los condensadores se emplean torres de

enfriamiento. En dichas torres el flujo caliente (el agua) se enfría mezclándola

directamente con el fluido frío (el aire). El proceso de transferencia de calor tiene

lugar por convección y vaporización al pulverizar el agua o dejarla caer en una

corriente (tiro) inducida de aire. Mediante el empleo de torres de enfriamiento el

calor procedente del proceso se desecha en la atmósfera en vez de hacerlo en el agua

de un río, un lago o en el océano.

Tipos de plantas geotérmicas

Hay tres tipos básicos de plantas de energía geotérmica:

Las plantas de vapor seco el uso corriente de vapor directamente de un depósito

geotérmico hacer girar las turbinas del generador. La primera planta de energía

geotérmica se construyó en 1904 en Toscana, Italia, donde entró en erupción de

vapor natural de la Tierra.

Las plantas de vapor flash debe tener alta presión de agua caliente desde el

interior de la Tierra y convertirla en vapor para mover las turbinas del generador.

Cuando el vapor se enfría, se condensa en agua y se inyecta de nuevo en el suelo

para ser utilizado una y otra vez. La mayoría de las plantas de energía geotérmica

son las plantas de vapor flash.

Las centrales de ciclo binario de transferir el calor del agua caliente geotérmica a

otro líquido. El calor hace que el líquido de un segundo para encender el vapor que

se utiliza para mover una turbina generadora.

Generación de electricidad

Existen diversos tipos de sistemas para el aprovechamiento de fuentes

geotérmicas de alta entalpía. Entre éstos se pueden destacar los cuatro siguientes:

Sistemas de conversión directa.

Los sistemas de conversión directa se utilizan en aquellos yacimientos

hidrotérmicos donde predomina el vapor seco. En este caso, el vapor supercalentado (a

180 oC-185 oC y 0,8 MPa-0,9 MPa) que llega a la superficie se emplea directamente,

después que las partículas sólidas y los gases no condensables hayan sido separados,

para accionar una turbina que, gracias a un generador mecánicamente conectado a ella,

produce corriente eléctrica. El vapor, una vez pasa por la turbina de expansión, se dirige

a un condensador donde se convierte en agua líquida saturada. Al agua obtenida en el

condensador se la hace pasar por una torre de enfriamiento; una fracción importante del

agua que se ha enfriado en la torre se envía al condensador para que sirva de fluido

refrigerante y, el resto, se inyecta de nuevo en el acuífero.

El rendimiento termodinámico de este tipo de instalaciones es pequeño, si se los

compara con los obtenidos por una central térmica convencional. La causa fundamental

es la diferencia de presiones a la entrada de la turbina.

En una central geotérmica la presión máxima suele ser del orden de 0,9 MPa

mientras que en una central convencional dicha presión puede elevarse hasta 17,5 MPa.

En general, los sistemas de conversión directa son los más simples, los más

comunes y los más atractivos, desde el punto de vista comercial. Como ejemplos de

instalaciones de este tipo que actualmente están operativas en el mundo se pueden

destacar la central de Larderello (Italia), de 500 MW de potencia instalada, la central de

los Géiseres (EE.UU), con 700 MW instalados y la central de Matsukawa (Japón), con

20 MW instalados.

Sistemas de expansión súbita una etapa

Los sistemas de expansión súbita de una etapa se emplean en los yacimientos

hidrotérmicos donde predomina el agua líquida. En estos sistemas, el agua puede

expansionarse súbitamente durante el ascenso a la superficie o mediante el empleo de

un recipiente de expansión, originando que parte del líquido se evapore

instantáneamente. Por tanto, es necesario utilizar un separador de fases que permita

dirigir el vapor (155 Cº-165 Cº y 0,5 MPa-0,6 MPa) hacia la turbina y el agua no

evaporada hacia el acuífero. El vapor obtenido se expande por una turbina que, acoplada

mecánicamente a un generador eléctrico, produce corriente eléctrica. Al igual que

ocurría en los sistemas de conversión directa, el vapor, una vez que pasa por la turbina

de expansión, se dirige a un condensador donde se convierte en agua líquida saturada.

Parte de esta agua constituye a su vez el fluido de refrigeración, una vez ha sido

enfriada en una torre de refrigeración. El resto del agua condensada se inyecta de nuevo

en el acuífero. El rendimiento de estos sistemas es inferior a los de conversión directa,

ya que no toda el agua que llega a la superficie se transforma en vapor de trabajo, como

ocurría con los sistemas de conversión directa.

Sistemas de expansión súbita dos etapas

Los sistemas de expansión súbita de dos etapas se emplean en los yacimientos

hidrotérmicos donde predomina el agua líquida con bajos contenidos de impurezas.

Tienen como objetivo mejorar el rendimiento de los sistemas de expansión de

una etapa. Las diferencias de los sistemas de una etapa frente a los de dos etapas se

encuentran en la existencia de dos etapas de expansión del agua que llega a la superficie

desde el acuífero y en que la turbina dispone de dos cuerpos; un cuerpo que trabaja al

alta presión y un cuerpo que trabaja a baja presión.

En los sistemas de evaporación súbita de dos etapas, el vapor obtenido en la

primera expansión se dirige al cuerpo de alta presión de la turbina, mientras que el

líquido obtenido en el primer separador de fases es de nuevo expansionado (a menor

presión que en la primera etapa). El vapor resultante de la segunda expansión es

conducido al cuerpo de baja presión de la turbina, mientras que el agua residual se

inyecta de nuevo en el acuífero. Como puede observarse en la Figura 10.17, el cuerpo

de baja presión de la turbina se alimenta, además del vapor procedente de la segunda

etapa de expansión, del vapor saliente del cuerpo de alta de la turbina.

El vapor, una vez que pasa por el cuerpo de baja de la turbina de expansión, se

dirige a un condensador donde se convierte en agua líquida saturada. El resto del

proceso es similar al de los sistemas anteriormente descritos.

Hay que señalar que los sistemas de dos etapas incrementan el rendimiento de

los sistemas de una etapa en casi un 40%, aunque, el incremento del rendimiento sería

mucho menor si se añadiese una tercera etapa de expansión. Sin embargo, requieren

mucho más fluido, para generar una misma potencia, que una planta de conversión

directa. Por ejemplo, la central de East Mesa (California), que comenzó a funcionar en

1988, y que utiliza este sistema para generar 37 MW de potencia, emplea 10 veces más

fluido que una central similar de conversión directa.

Sistemas de ciclo binario

Los sistemas de ciclo binario pueden ser utilizados en los yacimientos

hidrotérmicos de entalpía media (100 Cº-200 Cº), donde predomina el agua líquida.

Este tipo de plantas emplean un segundo fluido de trabajo, con un punto de

ebullición (a presión atmosférica) inferior al del agua, tales como isopentano, freón,

isobutano, etc., los cuales se evaporizan y se usan para accionar la turbina.

Estos sistemas, además de presentar la ventaja de permitir utilizar yacimientos

geotérmicos de temperaturas medias, admiten la explotación de yacimientos con

acuíferos con un mayor porcentaje de impurezas, especialmente si estos están bajo una

presión tal que no tenga lugar la evaporación súbita. El líquido extraído del acuífero,

una vez ha cedido su calor al fluido de trabajo en el intercambiador de calor, retorna de

nuevo al yacimiento. El fluidosecundario trabaja de acuerdo con el ciclo convencional

Rankin. El fluido de trabajo, transformado en vapor recalentado a su paso por el

evaporador, se dirige a la turbina con el objeto de accionarla. El generador,

mecánicamente acoplado a la turbina, es el encargado de generar electricidad. Los gases

del fluido de trabajo, una vez se expanden en la turbina, se condensan en un

intercambiador de calor. El intercambiador es refrigerado con agua mediante un circuito

que dispone de refrigeración.

Las plantas de ciclo binario se construyen generalmente en unidades modulares

de pequeño tamaño, las cuales pueden ser interconectadas para constituir plantas

eléctricas de decenas de megavatios. En los años 1990 se desarrollo un nuevo ciclo de

trabajo, denominado ciclo Kalina, el cual es más eficiente que los ciclos convencionales

de Rankin, pero de un diseño más complejo. Este ciclo utiliza como fluido secundario

una mezcla de agua y amoniaco, el cual se expande (en condiciones de

sobrecalentamiento) a través de las turbinas de alta presión y después es recalentado

antes de accionar las turbinas de baja presión. Varias plantas geotérmicas en el mundo

utilizan sistemas de ciclo binario: Soda Lake (Nevada) (Figura 10.19, Wendell-Amadee

(California), Fang (Tailandia).

La tecnología de plantas binarias es un medio seguro y de costos apropiados para

convertir en electricidad la energía disponible de campos geotérmicos del tipo agua

dominante (bajo 170°C).

Un nuevo sistema binario, el ciclo Kalina, que utiliza una mezcla de agua y

amoniaco como fluido secundario, se desarrolló en la década de los años 19 90. El

fluido secundario se expande, en condiciones de sobrecalentamiento, a través de

turbinas de alta presión y posteriormente recalentado antes de accionar la turbina de

baja presión. Después de la segunda expansión el vapor saturado es conducido hacia un

ebullidor recuperativo, antes de ser condensado en un condensador enfriado por agua. El

ciclo Kalina es más eficiente que las plantas geotermoelectricas binarias del tipo ORC,

pero es de un diseño más complejo.

Las pequeñas plantas portátiles, ya sean convencionales o no, no solo reducen

los riesgos relativos a la perforación de nuevos pozos, sino lo más importante, que

pueden ayudar a proporcionar los requerimientos de energía de áreas aisladas. La

calidad de vida de muchas comunidades podría ser considerablemente mejorada al

tener la posibilidad de disponer de fuentes de energía local. La electricidad podría

facilitar muchas actividades aparentemente banales, pero extremadamente importantes,

tales como bombeo de agua para regadío, congelamiento de frutas y vegetales para

conservación.

La conveniencia de pequeñas plantas portátiles es aún más evidente para

aquellas áreas que no tienen acceso a combustibles convencionales y también para

comunidades donde sería demasiado costosa la conexión al sistema eléctrico nacional o

regional, a pesar de la,existencia de líneas de transmisión de alto voltaje en las

cercanías.

ANEXOS

Anexo Central eléctrica

Anexo-Esquema de una planta geotérmica

1-Perforación de extracción de vapor

2-Inyección de agua fría hasta roca caliente

3-Perforación de extracción de vapor

4-Intercambiador de calor

5-Edificio de la turbina

6-Enfriamiento

7-Depósito de calor subterráneo, para exceso de temperatura

8-Medición de perforación

9-Conexión a red eléctrica.

Anexo Diagrama de una central geotérmica

Anexo Esquema de una planta de conversión directa

Anexo Central de los Géiseres-USA

Anexo Sistemas de expansión súbita una etapa

Anexo Sistema de expansión súbita dos etapas

Anexo sistema de ciclo binario.

Anexo Central geotérmica de Soda Lake-Nevada

Anexo Esquema de una planta geotermoelectrica de descarga atmosférica. El flujo del

fluido geotermal está indicado en rojo.

Anexo Esquema de una planta geotermoelectrica de condensación. El flujo del fluido

de alta temperatura esta indicado en rojo y el agua fría en azul

Anexo Esquema de una planta geotermal binaria. El flujo del fluido geotermal está en

rojo, el fluido secundario en verde y el agua fría en azul

Anexo Usos en línea de la energía geotérmica

Anexo Condensador de placas

Turbinas de vapor

CONCLUSIÓN

Después de la realización de esta investigación podemos concluir que las

centrales geotérmicas o el uso de alta potencia a nivel industrial, realmente sólo puede

instalarse en zonas volcánicas o con abundancia de géiseres, pues es ahí donde

realmente el subsuelo tiene una temperatura muy elevada, de hasta 450ºc.

Desafortunadamente, estos territorios afortunados no son muy frecuentes y fuera

de ellos sólo puede aprovecharse la energía del subsuelo para la generación de

calefacción doméstica

Sin embargo existen varias ventajas para hacer uso de esta energía como por

ejemplo, es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior , los residuos

que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por

el petróleo, carbón etc., y por ultimo actualmente las instalaciones con bomba de calor

geotérmica consiguen reducir el consumo de energía hasta un 75%, garantizando un

funcionamiento fiable y eficiente incluso en los días más fríos del invierno y los más

calurosos del verano.

En líneas generales hasta entonces, la energía geotérmica ha sido un buen

método para la disminución de contaminantes, ya que al ser productos naturales,

producirían en menor cantidad los daños a nuestra tierra

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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http://educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/

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http://tecnoblogsanmartin.wordpress.com/category/tecnologia-3%C2%BA-e-s-o/unidad- 5-energias-renovables/5-4-energia-geotermica/