Instalaciones Geotérmicas 

Se agrupan en:

Colectores horizontales enterrados. Sondas geotérmicas. Sondeos de captación de agua someros. Cimientos geotérmicos. Pozos canadienses o provenzales Sistemas de almacenamiento del calor geotérmico

Colectores enterrados:

Geotermia de muy baja temperaturaProfundidades de excavación de 80 cmsTuberías de polietileno alta densidad de 25-40 mm, propileno, PVCAnticongelante o sustancias que mejoren su conductividad+ Bomba de calorEspacio 1,5 veces la superficie a calentar vivienda nuevaEspacio 3 veces la superficie a calentar vivienda viejaEl clima es su fuente de energíaTerreno actúa como acumulador de energía solarSe puede obtener de 20 a 30 W de energía térmica por m2 ocupado por el bucleSencillez del sistema No admite, ninguna planta de raíces profundas Coste más bien bajo, pues, no supone el 15% de la inversión total.No precisa instalaciones exteriores al entorno de la fincaEs limpio y ecológicoEl mantenimiento de la red de captadores es, prácticamente, nulo.

Sondas Geotérmicas:

Geotermia de baja temperaturaNo existe espesor de terreno suficiente para colectores enterradosExistencia de canalizaciones en subsueloDemanda energética mayor que la que proporcionan colectores enterradosColocados en sondas verticales desde 20 a 100 m de profundidadSondeos de diámetros entre 10 y 15 cmsTuberías de polietileno alta densidad de 25-40 mm, propileno, PVCAnticongelante o sustancias que mejoren su conductividad+ Bomba de calorLa temperatura interna es su fuente de energíaSe puede obtener de 20 a 70 W/m de energía térmicaSe pueden realizar más nº de sondeos y más profundidad para mayor energía

Para dimensionar una sonda geotérmica es necesario conocer previamente: • Conductividad térmica del terreno.  

• Humedad natural del suelo.  • Presencia o ausencia de aguas subterráneas.

• Tipo de prestaciones de la instalación.

Sondas Geotérmicas:

Para la transferencia de calor por conducción, son la conductividad térmica y la capacidad térmica volumétrica.

Para la transferencia de calor por convección, es la permeabilidad del terreno.

Dos factores concurren para que las sondas geotérmicas proliferen:

• Poca disponibilidad de terreno para enterrar gran cantidad de captadores horizontales y un precio muy alto del terreno. 

• Existencia de aguas freáticas bastante superficiales.

Los rendimientos para refrigeración son más superiores que en las sondas Geotérmicas.

Por cada 2 m2 de superficie de piso precisa de 1 metro de sonda geotérmica.

En caso de necesitar una longitud excesiva para una sonda, se realizarálo que se denomina un campo de sondas geotérmicas.

Sondeos de captación de Agua someros:

Geotermia de media temperatura

Explotación de la capa freática mediante dos sondeos:

Uno de producción, con una bomba sumergida que conduce el agua a la bomba de calor .

Una vez extraída su energía y enfriada, ser devuelta a la capa freática por un pozo de reinyección.

Los sondeos de toma y restitución de agua deben situarse respectivamente aguas arriba y aguas abajo del flujo subterráneo.

Para adquirir una potencia calorífica de 20 kW es necesario un caudal de agua de alrededor de 6 m3/h.

Para demandas energéticas de más de 75 kW, los sistemas abiertos que explotan acuíferos poco profundos, tienen ventajas económicas con respecto a los campos de sondas geotérmicas.

Se requiere un estudio hidrogeológico local.

Y la perforación de, dos pozos, de extracción y de reinyección.

Cimientos geotérmicos:

Geotermia de media temperatura

Excavación, que es necesario asegurar la estabilidad de los terrenos medianeros

Empleo de pilotes, pantallas subterráneas, muros de contención o losas, a profundidades comprendidas entre 10 y 40 m.

Se crean condiciones para el intercambio de energía geotérmica de muy baja temperatura con el terreno.

Se insertan en el interior de parte, o totalidad, de las piezas de hormigón, una red de tubos de polietileno por los que circule agua con un anticongelante, y conectan en circuito cerrado con bomba calor o máquina refrigeración.

Cimientos geotérmicos:

Hay que conocer : • Características geotécnicas de los estratos del subsuelo.

• Nivel de la capa freática, oscilaciones anuales, dirección y velocidad de flujo características del terreno necesarias para definir el potencial geotérmico capacidad térmica volumétrica, conductividad térmica y permeabilidad.

• Existencia o ausencia de manantiales cercanos o construcciones subterráneas que desvíen o calienten las aguas freáticas.

• Temperatura máxima, mínima y media anual del subsuelo.

• Distribución mensual y semanal del consumo de energía en calefacción y refrigeración, así como sus rendimientos de punta.

Todo el circuito de intercambio se sitúa debajo del propio edificio.

Tiene un considerable ahorro de trabajo y espacio.

Se incluye el proyecto de climatización en el proyecto de construcción.

La temperatura del suelo entre 10 y 20 metros de profundidad es bastante estable, en torno a 12-14 ºC.

Garantía de temperatura estable, alejada de fenómenos de climatología o estacionalidad, que constituye la base de aplicación de las sondas geotérmicas.

Los tubos captadores son de propileno, PVC o de polietileno de alta densidad y se conforman como tubos en “U”. En cada pilote pueden alojarse varios pares de tubos independientes.

Confluyen en un colector común, con la alimentación a una bomba de calor geotérmica y la dotación de climatización e, incluso, de agua caliente sanitaria del edificio.

Es una aplicación de muy bajo coste, pues la inclusión de los tubos captadores se realiza durante la ejecución de la obra, de la cual constituye una sobre inversión mínima.

El inconveniente es que cualquier daño que sufra un tubo captador no presenta fácil reparación, aunque la solución es sobredimensionar el número de pares de tubos captadores.

Cimientos geotérmicos:

Pozos canadienses o provenzales:

Geotermia de muy baja temperaturaSe hace circular el aire ambiente de la época estival por unos conductos subterráneos (pozos provenzales), que discurrían enterrados bajo la edificación.El aire rebaja su temperatura al circular por un medio más frío que el exterior y llega al interior de la vivienda a una temperatura menor que la del exterior.El mismo sistema, tiene efecto de calefacción en la época invernal. El aire llega al interior a mayor temperatura que la del ambiente exterior, calentado al circular por tuberíasenterradas en el terreno.Tiene importancia el binomio tiempo/superficie de contacto para calcular la energía geotérmica que se podrá recuperar del subsuelo.Utiliza gran superficie de las tuberías enterradas, y dota al aire de una velocidad de circulación suficientemente Baja.Otra aplicación del aire puede provenir de los túneles en explotaciónde carretera, aprovechando el calor de los gases de escape de la combustión de los vehículos, que elevan la temperatura del aire circulante en el interior del túnel.Gases que son aspirados y obligados a circular por tuberías.No precisa instalaciones exteriores al entorno de la finca.Es limpio y ecológico.El mantenimiento de las tuberías es, prácticamente, nulo.

Sistemas de almacenamiento de Calor geotérmico:

Los sistemas de calefacción de instalaciones o viviendas en invierno, la bomba de calor devuelve agua más fríaque la captada.En verano, cuando la bomba actúa como enfriadora, el agua que se devuelve al medio geotérmico es de mayor temperatura que la captada.Si fuese posible mantener el calor del foco frío que se devuelve en verano para aprovecharlo en invierno yviceversa, se habría conseguido una importante mejora de los rendimientos de las bombas de calorgeotérmicas.Importante ahorro de energía eléctrica y de los costes de explotación.

Sistemas de almacenamiento de Calor geotérmico:

Varias son las ventajas de este sistema, entre las que se pueden citar: • Mejora del rendimiento de la instalación, incluso funcionando a carga inferior a la máxima.• Ahorro de energía eléctrica, con la consecuente disminución de costes.• Mantenimiento del medio geotérmico, impidiendo un eventual agotamiento estacional.• Mayor durabilidad de la maquinaria, al funcionar con menores diferencias térmicas.

 Por el contrario, se producen inevitables inconvenientes: • Mayor número de sondas o tuberías enterradas, con el consiguiente sobrecoste.• Mayor necesidad de espacio, no disponible en todas las posibles aplicaciones.• Necesidad de un terreno con posibilidades adecuadas de inercia térmica, capaces de almacenar el calor (o el frío) y que dependen de las características del terreno para transmitir o absorber calor.

Bombas de Calor Convencional:

“Un gas se calienta cuando se comprime y se enfría cuando se expande”.

Se consigue extraer el calor del interior y se disipa en el exterior. Del mismo modo, un acondicionador de aire extrae el calor desde el interior de un habitáculo, disipándolo en el exterior. Esa ausencia de calor es el concepto de refrigeración.

Si se consigue aprovechar el frío en el evaporador (válvula de expansión) para refrigerar un ambiente en verano, y el calor en el condensador (compresor) para calentar el mismo ambiente en invierno, se habrá conseguido alcanzar el concepto de climatización.

Bombas de Calor Convencional:

Se presenta unas desventajas importantes: • Bajo rendimiento, cuando las temperaturas exteriores son bajas.

• Formación de escarcha en el evaporador, que requeriría una inversión del proceso para el “desescarchado”.

• Golpe de líquido en el compresor.

Existe una posibilidad de evitar acudir a una dualidad de máquinas, aunando el proceso en una sola.

El destino final del calor absorbido por el refrigerante del circuito secundario, puede ser destinado a calentar agua de calefacción para ser disipada por radiación desde los clásicos radiadores de agua o aceite en los puntos de demanda, o por un suelo radiante.

Bombas de Calor Geotérmico:

Se trata de extraer el calor del subsuelo terrestre, para poder calentar un fluido de alta compresibilidad y bajo punto de vaporización (circuito secundario), al objeto de transmitir ese calor a una instalación en invierno, invirtiendo el proceso en verano.

Sólo es posible extraer calor si la temperatura de entrada geotérmica es superior a la de retorno del circuito secundario, que viene determinada por el tipo de instalación de calefacción y por la temperatura exterior.

Bombas de Calor Geotérmico:

La bomba de calor geotérmica, GHP (Geothermal Heat Pump), tiene su aplicación fundamental eninstalaciones domésticas y comerciales, para agua caliente sanitaria y calefacción, de pequeña y mediana Potencia.

Los inconvenientes de formación de escarcha en el condensador desaparecen y se aprecia que el rendimientomejorará al pedir calor de un medio menos frío (el terreno) que en las bombas de calor convencionales (el aire atmosférico) en invierno, y viceversa en verano.

Sistemas de captación de energía geotérmica de muy baja temperatura:

Puede modificarse la capacidad del intercambiador para absorber o ceder el calor, y éste dependerá de las necesidades de la bomba de calor geotérmica calculadas y de su rendimiento (COP).

Dos son las variables que influirán en la optimización del intercambio de calor en los captadores:

A. El material de fabricación de los mismos. La mejor conductividad de calor conocida sea la de materiales metálicos, al estar constituidos los captadores por simples tubos, generalmente de poca sección para mejorar el contacto del fluido, los problemas de corrosión suponen un elevado coste de mantenimiento. Intercambiador del tipo PVC o alguno de la familia de los propilenos, que une una buena conducción del calor a una flexibilidad que facilita su instalación.

B. Son el tiempo de contacto del intercambiador con el terreno y la superficie de contacto con el mismo, serán determinantes para el dimensionamiento de los captadores.

Sistemas de captación de energía geotérmica de muy baja temperatura:

Los tubos captadores son de sección estándar por razones de mercado y las dos variablestiempo-superficie de contacto, se aúnan en el cálculo de la longitud del tubo captador. Esta longitud es una función del calor capaz de ser absorbido o cedido por el terreno, de las temperaturas del suelo y del fluido intercambiador, de la resistencia térmica del terreno y de las características.El precio del sistema, será el que decida la opción más adecuada.Sencillez de instalación sobre el terreno y la posibilidad de aprovechar otras obras para instalar la red de captadores.

Geotermia Instrumento de producción eléctrica geotérmica:

Proviene de un yacimiento de alta temperatura, de la producción de vapor a presión, el cual en los medios convencionales se consigue a base de quemar combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas) o por el calor producido por la fisión nuclear del átomo (energía nuclear).La más extendida de las formas de producción es la de canalizar el vapor a gran presión de algún fluido (generalmente agua), hacia una rueda de álabes dispuestos sobre el eje del rotor, lo que constituye una turbina de vapor en cualquiera de sus más o menos complejas variedades.Se emplea en la producción térmica de energía eléctrica.Son de gran rendimiento, pero con los graves inconvenientes de coste y agresión al medio ambiente.A unos tres km de profundidad, con una presión próxima a los 200 x 105 N/m2, el agua permanece líquida hasta el entorno de los 350 ºC - 400 ºc.

Sistemas de producción de energía eléctrica:

Circuito abiertoCircuito cerrado o ciclo binarioPequeñas centrales eléctricas geotérmicas

Circuito Abierto:

Disponiendo de vapor de agua seco a gran presión para alimentar una turbina y generar electricidad, siempre que el caudal que el yacimiento geotérmico proporcione, garantice un suministro suficiente y continuado.

Cuando es imposible conseguir que el vapor esté absolutamente seco, se constituye el primerinconveniente para la producción de energía eléctrica, hay que desecarlo primero ya que las pequeñas gotas de agua que puede arrastrar el vapor, a la presión a la que impactan con los álabes de la Turbina. Proceso “flash” simple.

Circuito cerrado o ciclo binario:

El vapor de origen geotérmico se emplea para calentar un nuevo fluido, hasta convertirlo en vapor que, libre de impurezas, alimenta en circuito cerrado una turbina.

Es bastante difícil conseguir en el circuito secundario el suficiente vapor seco y a la presión adecuada para el funcionamiento simple del grupo turboalternador.

Dada la pérdida de calor en el intercambio de los circuitos, es bastante difícil conseguir en el circuito secundario el suficiente vapor seco y a la presión adecuada para el funcionamiento simple del grupo Turboalternador.

Con la depresión en el condensador y su refrigeración por medio de agua exterior, se consigue la eficiencia máxima en centrales que funcionan en un amplio rango de temperaturas.

Pequeñas centrales eléctricas geotérmicas:

Son de mayor interés las centrales de potencia más reducida, pues estánbastante más extendidas debido a la disponibilidad de yacimientos con un potencial geotérmico de menor entalpía.Pequeñas centrales eléctricas geotérmicas, de hasta 5 MW.

Ventajas que aconsejan su empleo, por ser de más altas posibilidades, ya que existe un mayor número de yacimientos posibles para su empleo.

• Módulos transportables de muy baja potencia (100-300 Kw).• Se adaptan al tipo de ciclo binario, con temperatura del recurso geotérmico entre 100 y 150 ºC, o centrales de tipo flash a 150 ºC.• Pueden trabajar aisladas, alimentando a un pequeño consumidor desconectado de la red, ya que son muy flexibles, pudiendo trabajar al 25% de su potencia nominal en buenas condiciones.• Su versatilidad permite un diseño automático muy sencillo, que les confiere un alto grado de funcionamiento autónomo.• Al ser de baja potencia, su alimentación puede reducirse a un pozo único de alimentación, dos a lo sumo, lo que reduce la operación y los costes.• La inversión es bastante reducida.

1-Perforación de extracción de vapor2-Inyección de agua fría hasta roca caliente3-Perforación de extracción de vapor4-Intercambiador de calor5-Edificio de la turbina6-Enfriamiento7-Depósito de calor subterráneo, para exceso de temperatura8-Medición de perforación9-Conexión a red eléctrica.

Es muy difícil deducir una ventaja económica de las centrales geotérmicas sobre las convencionales. Una central geotérmica requiere una inversión del 150% de una de gas, el 120% de una de fuel-oil, el 100%de una de carbón de alto poder calorífico, el 60% de una de carbón pobre y el 10-15% de una nuclear. Las ventajas de la ENERGÍA ELECTRICA GEOTÉRMICA: Menores gastos de mantenimiento y operación.Reducción de la plantilla de operación-mantenimiento.Versatilidad para montaje por módulos.Limpieza ecológica, sin vertidos a la red hidrográfica.Producción más limpia. Con rendimientos del 60-50%, la contaminación se reduce al 33-20% de la de las centrales convencionales.Mayor eficiencia en funcionamiento a carga reducida.Simplicidad de regulación.Se acomodan mejor a redes particulares o consumidores locales, con menores pérdidas que las acopladas a redes generales. Los inconvenientes de la ENERGÍA ELECTRICA GEOTÉRMICA: Los yacimientos ocupan una reducida extensión sobre la superficie terrestre, por lo que no pueden ser muyabundantes.Las centrales han de situarse a pie de yacimiento, pues el vapor perdería gran eficiencia en transportes

largos, lo que refuerza el inconveniente anterior.Las garantías de estabilidad y funcionamiento de los pozos conllevan inversiones suplementarias. Son muy difíciles de reparar. Las ventajas superan con creces a los inconvenientes, y es previsible que la tecnología aporte nuevas soluciones a perforaciones profundas e incida en investigaciones de nuevas posibilidades de extracción de aguas geotérmicas, por lo que es de esperar un futuro halagüeño para este tipo de energía que, por encima

de todo, se alza como la más limpia y aséptica de las actuales.

Comparativa de costes para ACS:

COSTE DEL KWH DE CALOR POR CADA SISTEMA: Caldera de Gasóleo C Standard:8.550 Kcal/ litro x 0,88 (rendimiento)= 7.524 Kcal/ litro7.524 Kcal/ litro : 860= 8,75 Kwh/ litro0,89 €/ Kwh : 8,75 Kwh/ litro = 0,10 €/ Kwh Caldera de Gasóleo C Baja Temperatura:8.550 Kcal/ litro 0,96 (rendimiento)= 8.208 Kcal/ litro8.208 Kcal/ litro : 860= 9,54 Kwh/ litro0,89 €/ Kwh : 9,54 Kwh/ litro = 0,09 €/ Kwh Caldera de gas propano:12.400 Kcal/ Kg x 0,90 (rendimiento)= 10.800Kcal/ Kg10.800 Kcal/ Kg : 860= 12,55 Kwh/ Kg0,91 €/ Kg : 12,55 Kwh/ Kg = 0,072 €/ Kwh Caldera de Condensación:10.000 Kcal/ m3 x 1,09 (rendimiento)= 10.900 Kcal/ m3

10.900 Kcal/ m3 : 860= 12,67 Kwh/ m3

0,91 €/ m3 : 12,67 Kwh/ Kg = 0,0389 €/ Kwh 

Comparativa de costes para ACS:

COSTE DEL KWH DE CALOR POR CADA SISTEMA: Caldera de Biomasa:2.700 Kcal/ Kg x 0,96 (rendimiento)= 2.592 Kcal/ Kg2.592 Kcal/ Kg : 860= 3,01 Kwh/ Kg0,20 €/ Kg : 3,01 Kwh/ Kg = 0,0308 €/ Kg  Radiadores eléctricos tarifa normal:860 Kcal/ Kwh x 0,96 (rendimiento)= 842,8 Kcal/ Kwh842,8 Kcal/ Kwh : 860= 0,96 Kwh/ Kwh0,1022 €/ Kwh : 0,96 Kwh/ Kwh = 0,0885 €/ Kwh Bomba de calor Aire- Agua:860 Kcal/ Kwh x 2,4 (rendimiento)= 2.064 Kcal/ Kwh2.064 Kcal/ Kwh : 860= 2,4 Kwh/ Kwh0,1022 €/ Kwh : 2,4 Kwh/ Kwh = 0,04 €/ Kwh Bomba de calor Geotérmica:860 Kcal/ Kwh x 4,0 (rendimiento)= 3.440 Kcal/ Kwh3.440 Kcal/ Kwh : 860= 4,0 Kwh/ Kwh0,1022 €/ Kwh : 4,0 Kwh/ Kwh= 0,025 €/ Kwh

GASTOS DE CALEFACCIÓN PARA UNA VIVIENDA TIPO DE 120 M2

Caldera de Gasóleo C Standard13.000 Kwh/ año x 0,10 €/ Kwh = 1.300,00 €/ año

 Caldera de Gasóleo C Baja Temperatura

13.000 Kwh/ año x 0,09 €/ Kwh = 1.170,00 €/ año Caldera de Gas Propano

13.000 Kwh/ año x 0,072 €/ Kwh = 936,00 €/ año Caldera de Condensación

13.000 Kwh/ año x 0,071 €/ Kwh = 923,00 €/ año Caldera de Biomasa

13.000 Kwh/ año x 0,066 €/ Kwh = 858,00 €/ año Radiadores eléctricos tarifa normal

13.000 Kwh/ año x 0,11 €/ Kwh = 1.430,00 €/ año Bomba de calor Aire- Agua

13.000 Kwh/ año x 0,04 €/ KWh = 520,00 €/ año Bomba de calor Geotérmica

13.000 Kwh/ año x 0,025 €/ Kwh = 325,00 €/ año

Aplicaciones:

Conclusiones:

 La geotermia solar presenta grandes ventajas tanto  medioambientales como  económicas, son las siguientes:

1- Desde una perspectiva medioambiental, la geotermia solar no produce emisiones de CO².2- Como aspectos sanitarios, podemos destacar la inexistencia de las torres de refrigeración, evitando de

esta forma la contaminación por legionelosis.3- Desde una vertiente estética, la inexistencia de torres de refrigeración ni de condensadores de aire

hace que el edificio quede exento de cualquier perturbación visual.4- Como la instalación tan sólo necesita una ligera aportación de energía, la vivienda tiene la

consideración de unidad de contaminación “cero”.5- La bomba de calor geotérmica al intercambiar con la corteza de la tierra, tiene un rendimiento muy alto

sin depender de la temperatura exterior, lo cual hace que el sistema sea muy eficiente técnicamente.6- Arquitectónicamente la bomba de calor no necesita chimeneas para evacuación de humos.7- Dado que la temperatura de trabajo de la instalación no supera los 50º C, el grado de confort de la

vivienda se considera muy alto.8- No son necesarios depósitos de almacenamiento de combustibles.9- Mayor durabilidad de las instalaciones con respecto al resto de sistemas. La vida útil de una instalación

geotérmica oscila entre los 25 y los 50 años.10- La geotermia solar es la solución más eficaz desde una perspectiva económica. El gasto más

importante en materia energética de las viviendas actuales, es el gasto en climatización (calor y refrigeración) y en agua caliente sanitaria. En este concepto, una construcción nueva puede gastar más del 70% del gasto energético. Es por esto, que la geotermia solar soluciona una parte muy importante del consumo energético de las viviendas.

11- Inversión económica ligeramente superior a un sistema convencional pero amortizable en un plazo mínimo de tiempo que puede oscilar entre los 3 y los 8 años según el tipo de instalación.

12- Utilización de recursos renovables, energías limpias y autorecargables.13- Tecnología antigua y en período de investigación, mejora y explotación.14- Alicante deberá aprovechar su recarga solar del terreno y clima para la utilización de energía

geotérmica de muy baja y baja temperatura.