Energía Geotérmica

La energía geotérmica es un tipo de energía térmica que se obtiene a partir del aprovechamiento del calor de las capas subyacentes del suelo. Generalmente la energía geotérmica se capta y se conduce hacia dispositivos que permiten producir energía eléctrica a partir del calor del subsuelo, no obstante, también suele ser empleado para climatización residencial e incluso para calentar agua.

En el campo de la geotermia se define la energía geotérmica como un tipo de energía cuya concentración se encuentra en el calor de las masas de subsuelo de la tierra. Estas masas de suelo acumulan energía en forma de calor proveniente del centro del planeta tierra, aunque también captan el calor absorbido por la superficie terrestre como consecuencia de la exposición solar.

La energía geotérmica es uno de los tipos de energía renovable más eficientes que se conocen en la actualidad, ya que fue una de las primeras en ser explotadas luego de darse a conocer mundialmente los efectos negativos de la contaminación causada por los combustibles fósiles. Así, se sabe que desde 1979 muchos países empezaron a promover el uso de la energía geotérmica para producir electricidad y calefacción.

Hoy en día, las bondades de la energía geotérmica son más que conocidas en todo el mundo, no obstante, no todos los países utilizan la energía geotérmica para generar otros tipos de energía. Esto se debe a que existen muchos factores geológicos y ambientales que hacen un espacio geográfico más o menos aprovechable para la obtención de energía geotérmica.

Ejemplos de energía geotérmica

Existen muchas manifestaciones de energía geotérmica en la naturaleza. A continuación mostramos ejemplos de energía geotérmica.

Las aguas termales


Las aguas termales son un ejemplo sencillo de cómo apreciar la energía geotérmica de la naturaleza. Este tipo de aguas provienen de fuentes acuíferas subterráneas, las cuales se calientan de forma natural como consecuencia de su contacto con la tierra y las rocas calientes del subsuelo. Por eso, cuando el agua llega a la superficie, trae consigo una temperatura cálida (energía térmica).

Los volcanes


A pesar de tratarse de una de las fuentes de energía geotérmica más potentes de la naturaleza, la energía en forma de calor que emana de los volcanes no suele aprovecharse por el hombre debido al peligro que esto implica. Los volcanes son fuentes de materia geológica sometida al intenso calor de las capas más profundas del suelo terrestre, esto genera que al salir a la superficie, la lava (magma) se encuentre a temperaturas sumamente elevadas y peligrosas.

Los géiseres


Un géiser es un yacimiento subterráneo de agua sometida a una enorme presión como consecuencia de la actividad geológica del subsuelo. Esta presión genera que las partículas de agua se compriman y aumenten su temperatura, lo que da como consecuencia que los géiseres emanen agua y vapor a la superficie de manera periódica para aliviar el exceso de presión.

Bombas de calor geotérmicas

Las bombas de calor geotérmicas son dispositivos de uso residencial que permiten captar la energía geotérmica de las capas más superficiales del suelo a través de una bomba de climatización. Este equipo es capaz de proporcionar calefacción o refrigeración a una vivienda, apartamento, oficina o casi cualquier tipo de espacio de uso residencial.

Plantas de desalinización


Existen plantas de desalinización que utilizan la energía geotérmica para evaporar el agua salada por medio del contacto. Cuando esto ocurre, la sal queda adherida a los minerales del suelo y el vapor de agua puede ser convertida en agua libre de salinidad.

Centrales geotérmicas


Las centrales geotérmicas son instalaciones construidas en la proximidad de yacimientos geotérmicos seguros. Este tipo de centrales utilizan una serie de equipos y estructuras capaces de captar grandes cantidades de energía térmica proveniente de estos yacimientos y los utiliza para producir energía eléctrica de provecho para la civilización.

Invernaderos geotérmicos


Se trata de un tipo de invernadero construido en regiones con climas muy fríos. En los invernaderos geotérmicos se aísla del frío el interior de la estructura y se aprovecha el calor de yacimientos termales para proporcionar calefacción al clima interno del recinto.

Cómo se produce

La energía geotérmica se produce a nivel subterráneo como resultado de la conducción térmica proveniente del núcleo del planeta tierra. El calor geológico de las capas más próximas al centro del planeta se va propagando hacia las capas más cercanas a la superficie de manera gradual, lo que da como resultado que el subsuelo terrestre almacene energía en forma de calor.

Este calor también puede transmitirse a los yacimientos de agua y gas subterráneos, por lo que la energía geotérmica no se almacena exclusivamente en las capas de suelo, sino en cualquier elemento expuesto al calor del núcleo terrestre e incluso (aunque en menor medida), a la radiación solar transmitida desde la capa superficial de la tierra.

Cómo funciona

La energía geotérmica opera bajo los mismos principios de la energía térmica, ya que en esencia, la energía geotérmica es calor. Por eso la energía geotérmica funciona de la siguiente manera:

  • Transmisión: La energía geotérmica originada en el núcleo del planeta tierra se transmite por conducción (contacto físico) entre las capas de suelo que componen la tierra. Evidentemente, la mayor cantidad de energía se queda concentrada en las capas más cercanas al centro de la tierra, mientras que las capas más superficiales logran retener una menor cantidad de energía terrestre.

Debido a esto, para obtener una mejor fuente de energía geotérmica, las centrales deben realizar estudios geológicos que le permitan estudiar el subsuelo y conocer los puntos más favorables para el aprovechamiento del calor geotérmico.

  • Conversión de energía geotérmica en calor: La energía geotérmica generalmente se usa para hacer funcionar sistemas de climatización. Los equipos geotérmicos son capaces de absorber el calor del subsuelo y emplearlo en un ciclo termodinámico que permite transformar esta energía en calefacción o refrigeración según sean las necesidades.
  • Conversión de energía geotérmica en electricidad: La energía geotérmica en forma de vapor de agua se utiliza en centrales eléctricas modernas, las cuales funcionan de manera similar a las centrales termoeléctricas. No obstante, estas instalaciones utilizan el vapor de agua proveniente de los yacimientos subterráneos en lugar de agua evaporada por medio de la combustión de combustibles fósiles.

Tipos

La energía geotérmica se clasifica según el tipo de yacimiento que las conserva. Generalmente esta clasificación viene dada por la temperatura que pueden alcanzar estos yacimientos. A continuación lo detallamos:

Energía geotérmica de alta temperatura

Los yacimientos geotérmicos que alcanzan temperaturas mayores a los 150ºC se les denominan fuentes de energía geotérmica de alta temperatura. Este tipo de yacimientos son los que proporcionan mejor rendimiento a las centrales geotérmicas que buscan la producción de energía eléctrica.

Energía geotérmica de temperatura media

Los yacimientos geotérmicos con temperaturas comprendidas entre los 100 y los 150ºC se conocen como fuentes de energía geotérmica de temperatura media. Al igual que en el caso anterior, este tipo de yacimientos se utilizan por las centrales geotérmicas para generar energía eléctrica, no obstante, alcanza niveles de rendimiento menores. Igualmente, este tipo de fuentes de energía pueden ser utilizados para proporcionar calefacción a espacios residenciales e industriales.

Energía geotérmica de temperatura baja

Este tipo de energía geotérmica se obtiene en yacimientos con temperaturas que se sitúan entre los 30 y los 100ºC. Generalmente son aprovechados para proporcionar calefacción a espacios residenciales, industriales y balnearios.

Energía geotérmica de temperatura muy baja

Se refiere a los yacimientos de poca profundidad (entre 4 y 2 metros) que permiten obtener temperaturas entre 15 y 30ºC. Este tipo de yacimientos son utilizados para la instalación de bombas de calor residenciales.

Usos

Más allá de la diversidad de usos que se le dan a la energía geotérmica, la importancia de sus aplicaciones es lo que vale la pena considerar.

Sistema de calefacción de hogar, energía geotérmica.
  1. En la producción de energía eléctrica las centrales geotérmicas utilizan la energía geotérmica del vapor de agua para hacer girar una bobina conectada por medio de un eje a un alternador, el cual es capaz de generar corriente alterna.
  2. Para la climatización de hogares y espacios residenciales se utilizan bombas geotérmicas de alto rendimiento que permiten, a través de un ciclo termodinámico, proporcionar calefacción o refrigeración.
  3. Para calentar el agua se puede utilizar la energía geotérmica. Esto es posible por medio de sistemas geotérmicos que emplean tuberías para hacer circular el agua alrededor de yacimientos subterráneos calientes.
  4. Para cocinar alimentos, en algunas islas y lugares del mundo se utiliza el calor proveniente de pozos subterráneos de agua caliente para hacer funcionar un horno.

Ventajas y desventajas

Como todos los tipos de energía conocidos, la energía geotérmica lleva consigo ventajas y desventajas.

Ventajas

  • Se trata de un tipo de energía renovable, ya que proviene en mayor medida del núcleo del planeta tierra, por lo que su uso no conlleva a ningún riesgo directo.
  • A diferencia de otros tipos de energía, su captación no es costosa ni depende de la compra de combustibles fósiles.
  • La energía geotérmica es amigable con el medio ambiente, ya que no genera ruido ni emite grandes cantidades sustancias tóxicas a la atmósfera.
  • No requiere de grandes extensiones de terreno para la instalación de una central geotérmica.
  • Se trata de un tipo de energía confiable, ya que su abundancia a escala humana es ilimitada.
  • Evita la dependencia energética, ya que ofrece a las familias una fuente de climatización que no depende de la energía eléctrica.
  • La energía geotérmica permite un alto rendimiento energético.

Desventajas

  • A pesar de no generar contaminación de manera directa, sí tiene consecuencias indirectas, ya que las sustancias que emanan de los yacimientos pueden ser perjudiciales para los ecosistemas de la superficie terrestre.
  • No puede aprovecharse en todo tipo de territorios geográficos, ya que depende en gran medida de condiciones topográficas muy específicas.
  • Algunas centrales geotérmicas reinyectan agua a los yacimientos de agua subterráneos, lo que puede generar microsismos de relativo peligro.
  • Las centrales geotérmicas tienen un impacto negativo en el paisaje natural.

Fórmula matemática

Para calcular la energía geotérmica se suele emplear la fórmula de cantidad de calor que se muestra a continuación:

\[Q= m * Ce * \Delta T\]

Donde:

\[\Delta T= (Tf-Ti)\]

En esta ecuación:

  • Q= Cantidad de calor en la masa de suelo.
  • m= Masa.
  • Ce= Calor específico del sistema.
  • ΔT= Variación de la temperatura en el sistema.
  • Tf= Temperatura final del sistema.
  • Ti= Temperatura inicial del sistema.