Que es la geotermia

Antecedentes

La existencia de fenómenos naturales tales como las erupciones volcánicas, géisers y la actividad fumarólica, evidencian la cantidad de energía que se encuentra almacenada en las profundidades de la corteza terrestre en forma de calor, esta energía se conoce con el nombre de geotérmica.

Probablemente, desde sus inicios la humanidad ya hacía uso de la energía geotérmica, mediante el aprovechamiento del agua caliente de fuentes naturales tales como nacientes termales y fumarolas, calor que pudo ser usado para calentarse, bañarse e incluso cocinar.

Existe evidencia arqueológica que indica que desde hace 10 000 años los indios de Norte América ocupaban sitios alrededor de este tipo de manifestaciones termales, la historia describe como este recurso fue utilizado por Romanos, Japoneses Turcos, Islandeses, Neocelandeses y áreas de Europa Central para el baño, cocinar y calentarse.

En 1777 se inicia el uso formal de la geotermia en forma industrial, tras el descubrimiento de ácido bórico en algunas fuentes termales. Más de 25 países cuentan con información suministrada por arqueólogos, historiadores, antropólogos, geógrafos, científicos e ingenieros, que evidencian el uso de la geotermia en el periodo anterior a la revolución industrial. Sin embargo hasta en 1904 aparece en Italia la primera planta para la producción de energía eléctrica utilizando la geotermia.

Hoy en día, la situación energética mundial se enfrenta a un nuevo panorama. El crecimiento acelerado de la población, junto al avance tecnológico, provoca una mayor demanda de recursos (calefacción, transporte, alimentos), obligando a buscar nuevas alternativas para la producción de energía eléctrica.

Que es la energía Geotérmica

Es la energía en forma de calor que se encuentra almacenada en la superficie terrestre. Esta energía puede ser extraida convirtiendose en una importante fuente para la generación energética. Si se perfora un hueco en la superficie terrestre, de manera natural la temperatura aumenta conforme aumenta la profundidad, esta caracteristica se conoce como gradiente térmico terrestre y no es constante. Existen areas en donde debido a fenómenos naturales, se presentan anomalias en el gradiente térmico.

Para extraer este calor se hace necesario desarrollar infraestructura que permita extraer el recurso y convertirlo en una forma de energía facilmente utilizable, generalmente electricidad.

Explotación de los recursos geotérmicos

En términos generales, para la extracción del calor y su consiguiente transformación desde energía calorica hasta energía eléctrica se requiere del desarrollo de infraestructura especializada y deben persentarse condiciones fisicas, geológicas, termicas y químicas particulares.

Para la explotación del recurso se requiere de los siguientes elementos:

a)Un reservorio liquido dominante.
b)Pozos productores
c)Tuberías de conducción
d)Unidades de separación
e)Planta de generación
f)Lagunas de sedimentación
g)Pozos de inyección.

Los capos Geotérmicos de lata entalpía cuentan en su mayoria con un reservorios hipertérmicos (fluidos a más de 235 ºC), el cual se origina por la existencia de cinco elementos básicos:

a)La existencia de una fuente de calor, generalmente de origen magmática.
b)Un área de recarga, que restablezca las pérdidas de fluido.
c)Una capa de roca permeable, en el cual se encuentra almacenado el fluido geotérmico (agua, vapor o una mezcla de ambos).
d)Una capa de roca impermeable conocida como capa sello.
e)Un basamento impermeable.

Explotación de la energía geotérmica

Para el aprovechamiento del recurso geotérmico se requiere la perforación de pozos con profundidades de 900 a 2500 metros. Su construcción consiste en la perforación de un hoyo en la corteza terrestre que permita alcanzar el reservorio.

En las primeras etapas los pozos se encuentran recubiertos con tuberías de acero y cementados a la formación rocosa. En su última etapa (zonas de aporte de fluidos) se coloca tubería ranurada, sin cementar. Esta permite que los fluidos puedan ingresar al pozo y ser llevados a la superficie. Existen diferentes tipos de pozos, los cuales según su funcionalidad se clasifican en:

Pozos productores

Son pozos con aptitudes productivas, utilizados para extraer los fluidos del reservorio. La Figura 3 muestra este tipo de pozos. Para su operación es necesario la instalación de válvulas en su parte superior, conocida como cabezal. Debido a las características químicas que presentan los fluidos en algunos campos, es necesario utilizar métodos para controlar la depositación de carbonatos de calcio (CaCO3) en profundidad.
El método de control consiste en la inyección constante de un producto inhibidor dentro del pozo, el cual impide la formación de depósitos de CaCO3.

Figura 3 Pozo Productor. Se aprecia el sistema de control del pozo (1), la torre de inhibición de CaCO3 (2), el silenciador (3), control del sistema de inhibición, y la tubería que conduce los fluidos bifásicos hasta la unidad de separación.

Pozos inyectores

Son utilizados para reintegrar los fluidos al reservorio después de utilizar su potencial de generación eléctrica. Existen dos tipos de pozos de inyección:

a)Pozos de inyección en caliente. Inyectan los fluidos provenientes de las unidades de separación, con temperaturas de 165 oC.
b)Pozos de inyección en frío. Inyectan los fluidos provenientes de las lagunas de precipitación.

Pozos observadores

Son pozos utilizados para monitorear parámetros térmicos e hidráulicos del yacimiento geotérmico.

Sistema de acarreo y separación de los fluidos

Los fluidos geotérmicos se encuentran almacenados en el reservorio a alta presión y temperatura. Estos son extraídos del reservorio mediante pozos de producción y transportados por sistemas de tuberías hasta los separadores ciclónicos (Unidades de Separación). En estas unidades se separa la fase líquida del vapor, el vapor es enviado a la planta de generación, donde es utilizado para mover las turbinas y la fase líquida es movilizada hacia pozos de inyección en caliente, desde los cuales son reintegrados al reservorio. A continuación de describe los componentes del sistema.

Unidades de separación

Su función es separar el líquido del vapor, garantizando los niveles de calidad establecidos para este último. Desde estas unidades el vapor es enviado a la turbina de generación y el líquido al sistema de inyección. La Figura 4 muestra la distribución de las unidades separadoras, sus componentes principales son:

Separador ciclónico

Es el encargado recibir el fluido en estado bifásico (Agua + vapor) y separarlo enviando el vapor hacia Casa de Máquinas y el agua hacia los sistemas de inyección.

Silenciadores

Son dispositivos diseñados para reducir el ruido producido cuando no es posible enviar el vapor hacia la planta de generación.

Figura 4 Unidad de separación (Satélite). Nótese los componentes del sistema. Separadores ciclónicos (1), los tanques que recolectan el agua separada (2), tuberías de bifásico procedente de los pozos productores (3), tuberías de inyección en caliente (4), silenciadores (5), tubería de conducción de vapor (6) y las unidades de control automático del sistema (7).


Sistema de válvulas de control:

Permite controlar la presión de separación del sistema, evita que el líquido entre en la línea de vapor y que el vapor ingrese a la línea de líquido.
La Figura 5 muestra la distribución de los diferentes componentes del sistema de separación.

Lagunas de precipitación

Su función es almacenar el condensado del vapor provenientes de las torres de enfriamiento y fluidos que no pueden ser integrados al sistema de inyección en caliente. Estas lagunas se encuentran recubiertas con geomembranas impermeables que evitan el contacto de los fluidos con el medio.

Transporte de fluidos

El vapor es conducido por tuberías de acero recubiertas con fibra de vidrio y láminas de aluminio, cuyo fin es minimizar las pérdidas de temperatura. Las presiones y los cambios de temperatura, producen efectos de dilatación térmica en las tuberías, los cuales se controlan mediante dispositivos de compensación. La Figura 10 muestra el sistema más utilizado en Miravalles.

Las tuberías cuentan con sistemas de válvulas para el drenaje de aguas remanentes y trampas para eliminar el condensado de vapor. La Figura 6 muestra los diferentes tipos de válvulas utilizados. (Válvulas de drenaje, venteo y muestreo). A continuación se describen los diferentes componentes del sistema de conducción.

Figura 5 Sistema de tuberías de control en las unidades de separación. (1) Sistema de silenciadores, (2) tubería de conducción de aguas de reinyección, (3) válvulas de control del fluido, (4) laguna de sedimentación.


Tuberías de fluido bifásico

Transportan los fluidos bifásicos (agua + vapor) provenientes de los pozos productores hasta las unidades de separación.

Tuberías de vapor (vaporductos)

Transportan el vapor desde las unidades de separación hasta la planta de generación. (Figura 8).

Tuberías de inyección

Transportan el líquido residual desde las unidades de separación hasta los pozos de inyección en caliente .

Figura 7 Campo Geotérmico en Islandia. Nótese el sistema de conducción de los fluidos y las omegas.

Figura 9 Laguna de precipitación. Al fondo se pueden apreciar los silenciadores de una de las unidades de separación y una de las líneas de inyección en caliente.


Figura 12 Casa de Máquinas. En el plano izquierdo puede apreciarse las torres de enfriamiento y el sistema de conducción del vapor procedente de las unidades de separación.

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