propuesta para la localizaciÓn, selecciÓn de maquinaria
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PROPUESTA PARA LA LOCALIZACIÓN, SELECCIÓN DE MAQUINARIA,
SELECCIÓN DE PROVEEDORES Y DISTRIBUCIÓN DE UNA PLANTA PARA
LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE EL USO DEL
RECURSO GEOTÉRMICO.
Juan David Munevar Ortiz
Directora
Ing. Mabel del Pilar Olano Parra
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
BOGOTA D.C. ABRIL DE 2012
1
Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................5
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................6
2. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................11
2.1 TÉCNICA..................................................................................................................................11
2.2 AMBIENTAL ............................................................................................................................12
2.3 SOCIAL ....................................................................................................................................12
2.4 PERSONAL ..............................................................................................................................13
3. ENERGIA GEOTERMICA .......................................................................................................14
3.1 Generalidades ........................................................................................................................14
3.2 Clasificación del recurso geotérmico ......................................................................................16
3.3 Explotación del recurso geotérmico .......................................................................................18
3.3.1 Generación de energía eléctrica ......................................................................................18
3.4 Ciclos de vapor en plantas geotérmicas .................................................................................19
3.4.1 Ciclo con Unidades de Contrapresión ..............................................................................19
3.4.2 Ciclo con Unidades de Condensación ..............................................................................20
3.4.3 Ciclo binario .....................................................................................................................20
3.5 Tipos de centrales geotérmicas ..............................................................................................21
4.OBJETIVOS ...............................................................................................................................25
4.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................25
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .........................................................................................................25
5. ESTUDIOS GEOTÉRMICOS EN COLOMBIA ...............................................................................26
5.1 Uso directo de la energía geotérmica .................................................................................26
5.2 Fuentes termales en Colombia ...............................................................................................30
5.3 Potencial Geotérmico en Colombia ........................................................................................35
5.4 Legislación para la generación de energía eléctrica ...............................................................37
6. LOCALIZACIÓN Y PROCESO DE PRODUCCIÓN .........................................................................41
6.1 Características y propiedades del recurso geotérmico ...........................................................41
6.2 Descripción del funcionamiento de la planta .........................................................................43
6.3 Capacidad Instalada ...............................................................................................................45
6.4 Diagrama de flujo de Bloques del Proceso .............................................................................48
2
6.5 Diagrama de Operaciones ......................................................................................................49
6.6 Máquinas y Herramientas ......................................................................................................50
6.6.1 Válvulas cabeza de pozo ..................................................................................................50
6.6.2 Silenciador .......................................................................................................................51
6.6.3 Tubería ............................................................................................................................51
6.6.4 Separador ........................................................................................................................52
6.6.5 Separador final de Humedad ...........................................................................................53
6.6.6 Turbina ............................................................................................................................53
6.6.7 Sistema de control ...........................................................................................................54
6.6.8 Condensador ...................................................................................................................55
6.6.9 Bombas ............................................................................................................................56
6.6.10 Eyector de Vapor ...........................................................................................................56
7. DISEÑO DE LA PLANTA ...........................................................................................................59
7.1 Distribución de Planta ............................................................................................................60
7.2 Diseño de la Planta .................................................................................................................62
8. SELECCIÓN Y EVALUACIÓN DE PROVEEDORES .......................................................................64
8.1 Definición de los criterios de selección ..................................................................................64
8.2 Determinación de la importancia de los criterios ...................................................................66
8.3 Evaluación de Proveedores ....................................................................................................67
9. ESTUDIO ECONÓMICO ...........................................................................................................70
9.1 Costos .....................................................................................................................................70
9.2 Ingresos ..................................................................................................................................72
9.3 Balance ...................................................................................................................................73
9.4 Valor Presente Neto (VPN) .....................................................................................................77
9.5 Tasa Interna de Retorno (TIR).................................................................................................77
10. CONCLUSIONES ....................................................................................................................79
11. RECOMENDACIONES ............................................................................................................81
GLOSARIO ...................................................................................................................................82
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................84
3
Índice de Tablas
Tabla 1: Energía y costos de inversión para producción de energía eléctrica mediante fuentes
renovables. .........................................................................................................................................8
Tabla 2: Fuentes geotérmicas en Colombia ........................................................................................9
Tabla 3: Clasificación de los recursos geotérmicos en base a la temperatura ..................................17
Tabla 4: Clasificación de los recursos geotérmicos en base a la temperatura ..................................17
Tabla 5: Tipo de planta geotérmica ..................................................................................................21
Tabla 6: Principales Componentes de una planta de energía Geotérmica .......................................24
Tabla 7:Usos Directos de la Geotermia ............................................................................................26
Tabla 8: Utilización de energía Geotérmica para Calentamiento Directo.........................................31
Tabla 9: Lugares aptos para generación de energía eléctrica ...........................................................35
Tabla 10: Flujo de vapor y mezcla para los tres excenarios ..............................................................47
Tabla 11: Parámetros de la maquinaria............................................................................................56
Tabla 12: Escala Cualitativa y Cuantitativa .......................................................................................65
Tabla 13: Clasificación del proveedor según escala ..........................................................................66
Tabla 14: Importancia de los criterios de selección ..........................................................................66
Tabla 15: Calificación Evaluación de Proveedores ............................................................................68
Tabla 16: Criterios de evaluación de proveedores ...........................................................................69
Tabla 17: Costos generales planta Geotérmica ................................................................................70
Tabla 18: Costo por KW generado ....................................................................................................71
Tabla 19: Proyección tabla de 10 MW ..............................................................................................74
Tabla 20: Proyección tabla de 20 MW ..............................................................................................75
Tabla 21: Proyección tabla de 50 MW ..............................................................................................76
Tabla 22: VAlor Presente Neto .........................................................................................................77
Tabla 23: Tasa Interna de Retorno ...................................................................................................78
4
Índice de Ilustraciones
Ilustración 1: Turbina de Vapor ........................................................................................................18
Ilustración 2: Instalaciones de tubería en superficies y enterradas ..................................................28
Ilustración 3: Áreas Geotérmicas en Colombia.................................................................................33
Ilustración 4: Temperatura a 3 KM de profundidad en Colombia ....................................................34
Ilustración 5: Área de Estudio, Macizo Volcánico del Ruiz ...............................................................36
Ilustración 6: Modelo geotérmico conceptual .................................................................................42
Ilustración 7: Planta geotérmica Flash Simple ..................................................................................43
Ilustración 8: Modelo Planta Flash Simple .......................................................................................45
Ilustración 9: Diagrama de flujo de bloques del proceso .................................................................48
Ilustración 10: Diagrama de operaciones .........................................................................................49
Ilustración 11: válvula Cabeza de Pozo .............................................................................................50
Ilustración 12: Silenciador ................................................................................................................51
Ilustración 13: Separador Ciclónico ..................................................................................................52
Ilustración 14: Turbina de Vapor ......................................................................................................53
Ilustración 15: Sistema de Control ...................................................................................................54
Ilustración 16: Condensador ............................................................................................................55
Ilustración 17: Eyector de Vapor ......................................................................................................56
Ilustración 18: Diseño conceptual Planta Flash Simple ....................................................................59
Ilustración 19: Distribución en Planta ..............................................................................................60
Ilustración 20: Esquema Conceptual de la central geotérmica.........................................................63
Ilustración 21: Datos historicos de venta de energia por KWh .........................................................72
5
INTRODUCCIÓN
El constante crecimiento y desarrollo de la sociedad actual, ha desencadenado un
consumo masivo de recursos energéticos en el planeta, debido a que a mayor cantidad de
personas, mayor consumo de energía. Por esta razón los países a nivel mundial tienen un
gran reto en el corto, mediano y largo plazo, ya que gran parte de la energía generada
alrededor del mundo, es producida mediante el uso de combustibles fósiles, los cuales
son recursos limitados que con el tiempo se han ido agotando, sumado a esto, el hecho
de la contaminación producida por la combustión de dichos recursos para la obtención de
energía, da como resultado la problemática actual de una posible crisis energética y un
deterioro creciente del medio ambiente.
Así pues, el reto surge por la necesidad de suplir y mantener el constante desarrollo de la
humanidad, garantizando la perdurabilidad y cuidado del planeta. De este modo, la
geotermia se constituye en una fuente atractiva de generación de electricidad, puesto que
es una fuente de energía limpia y adicionalmente, hace uso de un recurso renovable
siempre y cuando se realice de manera adecuada.
Con certeza, se puede afirmar que poco a poco el ser humano, dentro de su desarrollo y
evolución, empieza a entender la importancia de no afectar ambientalmente el planeta en
el que vivimos, sin dejar de lado el desarrollo que nos permite evolucionar y seguir
explorando el entorno que nos rodea; razón por la cual, es importante empezar a conocer
e indagar sobre otras formas en las que se pueden realizar las actividades cotidianas sin
perjudicar el medio ambiente. Esta iniciativa nace y se fortalece con el tiempo, logrando a
mediano plazo constituirla como una parte de la cultura de cada sociedad, hecho que es
de suma importancia para alcanzar el objetivo final.
Este trabajo es el resultado de un proceso de aprendizaje académico y social, en el que
se plasmaron conocimientos adquiridos propios de la ingeniería industrial, sin dejar de
lado la labor social que es parte fundamental de la formación en la Pontificia Universidad
Javeriana; en resumen, es un trabajo en el que haciendo uso de dicha formación
académica se pueden plantear soluciones a una problemática que involucra y afecta a
todos como país y como sociedad.
6
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Con el constante desarrollo de la tecnología, se demanda día a día una mayor cantidad
de energía eléctrica para garantizar el continúo funcionamiento y desarrollo del mundo, de
forma que resulta difícil mantener el estilo de vida actual sin hacer uso de dicha energía.
El agotamiento de las fuentes tradicionales de energía, es decir la energía eléctrica
producida en plantas a partir de combustibles fósiles para su generación, es uno de los
factores más importantes a tener en cuenta, para producir energías alternativas, de igual
modo dichas plantas tradicionales, en el proceso de transformación de energía, afectan al
medio ambiente en gran medida.
Actualmente la electricidad en Colombia es producida en un 66% por plantas
hidroeléctricas, 25% por plantas térmicas que hacen uso de gas natural, 7% por plantas
que emplean carbón y un 2% por sistemas alternativos.1 Bajo esta realidad, es evidente
que ante una posible crisis de energía, Colombia no cuenta con la capacidad necesaria
para suplir las necesidades energéticas del país con sistemas alternativos de generación
de energía.
El impacto medio ambiental de la generación de energía en Colombia es alto, si bien las
empresas que hacen uso de carbón, solo representan el 7%, las hidroeléctricas
constituyen un 66%, aunque no tienen un impacto directamente contaminante al
ambiente, si afectan la biodiversidad, ya que para su funcionamiento se requiere construir
grandes represas de agua, convirtiendo los ríos llenos de vida, en lagos artificiales,
ecosistemas fragmentados y en ocasiones destruidos. Teniendo en cuenta lo anterior, y
sumando a ello la contaminación que generan las plantas de carbón, en Colombia el 73%
de la Energía eléctrica se produce afectando al medio ambiente.1
Por esta razón, surge la necesidad de generar energía sin perjudicar el medio ambiente y
es por esto que con el paso del tiempo el uso de energías alternativas se ha ido
incrementado. Países como Islandia, actualmente producen casi toda su energía eléctrica
mediante energías alternativas, demostrando que cualquier país puede abastecerse de la
suficiente energía eléctrica mediante fuentes no convencionales de generación de
energía, ayudando así a reducir la contaminación del aire y contribuyendo a la
preservación de los ecosistemas. Por tal razón, Islandia, se considera como el país más
verde y ecológico del mundo2.
Debido a la necesidad de generar energía sin perjudicar el medio ambiente, han surgido
diversos tipos de energías alternativas, siendo las más usadas la biomasa, energía eólica,
1 Tomado de www.radionacionaldecolombia.gov.co el 22 de Septiembre de 2011 2 Tomado de www.ecologiaverde.com el 27 de Septiembre de 2011
7
energía solar y energía geotérmica, actualmente se sigue trabajando e investigando para
desarrollar nuevas formas de generar energía renovable.
La biomasa, hace referencia a toda la masa de entidades vivas en el planeta, incluyendo
animales, plantas, bacterias, hongos, entre otros. Una de las grandes ventajas de este
tipo de energía, es que la emisión de CO2 es menor que con una planta tradicional. El
rendimiento obtenido al generar energía a partir de la biomasa, es inferior al que se
obtendría a partir de combustibles fósiles, otra de sus desventajas, es que la biomasa
también contiene partículas de carbono, así pues, su combustión libera dióxido de
carbono a la atmosfera, perjudicando la capa de ozono.
Otro tipo de energía renovable y que ha tenido gran acogida a nivel mundial, es el uso de
energía solar, ya que es un tipo de energía limpio por lo que es considerada como energía
verde. Para su aprovechamiento, es recolectada mediante paneles fotovoltaicos, los
cuales a su vez cuentan con un conjunto de celdas solares, que hacen posible el uso de
la irradiación. Pese a esto, este tipo de energía, depende netamente de la radiación diaria
del sol, lo que significa, que no es posible controlarla debido a que se debe tener en
cuenta las condiciones atmosféricas y latitudes. Por tal motivo, cuando no hay radiación
solar, no se podrá hacer uso de la energía eléctrica.
La energía eólica, es otra fuente de energía renovable no convencional usada
mundialmente, para la conversión de energía, únicamente usa el viento, el cual hace girar
unas aspas generando electricidad. Desafortunadamente, para generar suficiente energía,
es necesario el uso de grandes extensiones de tierra, debido a la baja densidad
energética del viento, sumado a esto, este tipo de energía depende del viento, de modo
que cuando no existe viento no se cuenta con energía eléctrica, imposibilitando el flujo
constante de energía a las redes.
Finalmente, la energía geotérmica, se basa en el aprovechamiento del calor interior de la
tierra, de modo que se genera electricidad a través del vapor de agua que es conducido
por tuberías hacia una turbina. Es un sistema de producción de energía limpio, ya que no
usa combustibles fósiles para su funcionamiento, únicamente necesita el vapor que sale a
presión de los pozos subterráneos; adicionalmente, genera un flujo de energía constante,
puesto que el vapor sin importar las condiciones sale en igual proporción. Sin embargo, el
uso actual de este tipo de energía, el limitado, ya que solo está disponible en
determinados lugares, en donde se puede aprovechar el calor de la tierra, además resulta
ser muy costoso a corto plazo, pero muy beneficioso a largo plazo, tanto económica como
ambientalmente.
De forma que, teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de cada una de las energías
renovables no convencionales, la energía geotérmica tiene una gran ventaja frente a las
demás, puesto que produce grandes cantidades de energía, dependiendo del flujo de
vapor del pozo en cuestión, además, tiene un flujo constante de energía, de modo que no
habrá cortes o escasez de esta por falta de viento o radiación solar.
8
Si bien, todas las formas de generación de energía, causan un impacto directo o indirecto
sobre el medio ambiente, la energía geotérmica, también tiene un impacto pero aun así,
es una de las formas de energía menos contaminante; además, el costo que tiene el
producir electricidad, es menor, como se indica en la siguiente tabla
Tabla 1: Energía y costos de inversión para producción de energía eléctrica mediante fuentes renovables.
Tipo de Energía
Costo Actual de la
Energía
US¢/kWh
Posible costo
futuro de la
Energía
US¢/kWh
Coso de la planta
a la entrega
US$/kW
Biomasa 5-15 4-10 900-3000
Geotérmica 2-10 1-8 800-3000
Eólica 5-13 3-10 1100-1700
Solar(Fotovoltaica) 25-125 5-25 5000-10000
Solar (electricidad
térmica) 12-18 4-10 3000-4000
Mareomotriz 8-15 8-15 1700-2500
Fuente: IGA (International Geothermal Association). What is geotermal energy?
Martes 4 de Octubre de 2011
En Colombia se han hecho estudios de pre factibilidad y factibilidad para la explotación de
energía geotérmica, que han probado que es posible el uso de este recurso en Colombia,
pero hasta el momento no se ha construido ninguna planta geotérmica.
El interés de la energía geotérmica en Colombia nace en el año de 1960 mediante el
estudio preliminar sobre las posibilidades geotérmicas en el Macizo Volcánico del Ruiz.
Este estudio realizado en el marco de un convenio de la Central Hidroeléctrica de Caldas
(CHEC) y el Ente Nacional Pur/energía eléctrica (ENEL); en los departamentos de
Caldas, Quindío, Risaralda, Tolima y Antioquia (aproximadamente 15000Km2-MINAS
1983)3.
Hacia el año de 1981 el Instituto Colombiano de Energía Eléctrica (ICEL) en conjunto con
la organización latinoamericana (OLADE), realizaron un inventario geotérmico del
departamento de Nariño, Valle del Cauca, Tolima, Huila, Santander, Boyacá y algunas
regiones de la Costa Atlántica. El resultado de este inventario fue la determinación de 3
áreas prioritarias para las cuales se recomendó adelantar estudios de mayor detalle en
orden de prioridad, como se muestra a continuación:
Azul de Túquerres
Chiler-Cerro Negro
Paipa-Iza
3VALDERRAMA José. ”Información Tecnológica” .2000. Vol 11 N°4. pg 4
9
En 1987 (PESENCA) en convenio con CORELCA, el ICA y la Deutsche Gesselschaft Für
Techncishe Zusam-menarbeit GMBH, se hicieron estudios para el aprovechamiento de la
energía geotérmica en la costa Atlántica. Aunque se determinó que algunos volcanes de
lodo en cercanías de Arboledas tienen cierta potencialidad, se consideró de poco interés
geotérmico.
En la actualidad se están realizando nuevos estudios en el Macizo Volcánico del Ruiz por
parte de ISA, que se encuentran en la parte de pre factibilidad, pero hasta el momento, el
estudio más importante es el que se realizó en el año de 1983, por parte de la Central
hidroeléctrica de Caldas, tomando en cuenta parámetros topográficos, geológicos,
ambientales y demás, sin llegar al estudio técnico-económico de la planta.
En la siguiente tabla se presenta a manera de resumen, la prioridad de explotación y las
manifestaciones hidrológicas de las principales fuentes geotérmicas localizadas en el
territorio colombiano: Tabla 2: Fuentes geotérmicas en Colombia
Área Manifestaciones Aplicaciones Potencialidad
Chiler-Cerro Negro
(Nariño)
Agua a 52ºC, fugas
de Boro
Minerías, agua
termales Alta
Azufras de
Túrrenques (Nariño) Fumarolas internas
Generación de
electricidad Alta
Doña Juana (Nariño)
El salado(37ºc)
Tajuambina(63ºc)
Fugas de vapor
amoniaco
Comercialmente
no explotado
Reservorio
desconocido
Grupo Sotará
(Cauca)
Temperaturas 150-
160ºC Ninguna
Reservorio
desconocido
Puracé (Cauca) Temperaturas 150-
160ºC
Generación de
electricidad
Reservorio
desconocido
Paipa (Boyacá)
Hotel
Lanceros(172ºC)
Termal la
Paipa(52ºC)
Generación de
electricidad
Media
Alta
Cerro Bravo
(Nariño)
Anomalía térmica
superficial
Generación de
electricidad Alta
Nevado del Ruiz
Santa Isabel
(Caldas)
Manifestación
hidrotermal
Generación de
electricidad Alta
Cerro España
(Caldas)
Presencia de una
cámara magmática
superficial.
Anomalía térmica
Aguas termales Alta
10
pronunciada
Machín (Huila)
Cámara magmática
superficial,
manifestación
termales con
temperaturas de
150-180ºC.
anomalía térmica
importante
Generación de
electricidad Alta
Fuente: VALDERRAMA José. ”Información Tecnológica” .2000. Vol 11 N°4. pg 5
De modo que teniendo en cuenta la problemática actual en cuanto a la generación de
energía y la preservación del medio ambiente, nos surge el interrogante:
¿Cómo desde la perspectiva de la Ingeniería Industrial, se puede abordar la
problemática de la generación de energía eléctrica haciendo uso del fluido
geotérmico, sin afectar gravemente el medio ambiente?
11
2. JUSTIFICACIÓN
2.1 TÉCNICA
Las fuentes renovables de energía que existen en la actualidad son pocas, ya que en su
gran mayoría, no generan una eficiencia por lo menos igual a la producida por las plantas
que utilizan combustibles fósiles, es decir la cantidad de energía que pueden llegar a
producir es mínima; además, su flujo no es constante, ya que dependen en gran medida
de los factores ambientales. La energía geotérmica es una fuente renovable de energía
que pocos conocen, puesto que hasta 1904 fue llevado a cabo el primer intento por
generar electricidad a partir del vapor geotérmico; dicha iniciativa tuvo lugar en
Larderello4, desde entonces, su uso ha sido acogido por varios países, ya que es un tipo
de energía que genera un bajo impacto sobre el medio ambiente, y adicionalmente, tiene
una eficiencia parecida al de las plantas térmicas que hacen uso de combustibles.
Es importante para Colombia producir energía renovable, que logre suplir con las
necesidades de una gran parte de la población, dependiendo así, cada vez menos de los
combustibles para el funcionamiento de las plantas eléctricas y contribuyendo a su vez a
disminuir la contaminación del medio ambiente. Es por esto, que es indispensable poner
en marcha un proyecto que haga uso de la energía geotérmica para producir energía
eléctrica.
Así pues, entidades como Ingeominas, Colciencias, Isagen y la Universidad Nacional, ya
han realizado estudios para conocer en qué zonas del territorio Colombiano es posible
llevar a cabo un proyecto de este tipo, por tal razón, teniendo dichos estudios de pre-
factibilidad y factibilidad, se puede diseñar una propuesta para determinar qué tipo de
planta es la más adecuada ubicándola en la zona que mejores condiciones genere
teniendo en cuenta estos estudios previos. En este punto, es fundamental aplicar los
conocimientos adquiridos para lograr un diseño adecuado, teniendo en cuenta la
distribución de planta, selección de equipos a usar para lograr un mejor rendimiento,
cantidad de energía a producir diariamente, teniendo en cuenta las características de la
demanda, cantidad de materiales, máquinas y herramientas necesarias para el montaje
de la planta, simulación de su funcionamiento para conocer su capacidad instalada y por
tanto la cantidad de energía que se podría ofrecer y finalmente un estudio financiero y
económico para conocer la viabilidad del proyecto a mediano y largo plazo.
4 Localidad de la región de la Toscana. Italia.
12
2.2 AMBIENTAL
La forma en que actualmente se genera energía en Colombia, está ligada al uso de
combustibles fósiles que afectan ó contaminan el aire y el medio ambiente, así como
también plantas hidrotérmicas, que hacen uso del agua, pero que para su correcto
funcionamiento, se requiere construir represas inmensas afectando las fuentes hídricas y
ecosistemas enteros.
Una planta que haga uso del recurso geotérmico, para producir energía eléctrica, es
amigable con la naturaleza, dado que para su funcionamiento no necesita más que vapor
de agua conducido por tuberías desde el interior de la tierra hasta la superficie. A su vez,
este vapor de agua, mediante un proceso de condensación realizado en la misma planta,
se convierte nuevamente en agua líquida y es reinyectado al pozo por medio de tubería,
convirtiendo el proceso en un ciclo, afectando mínimamente el aire y el medio ambiente,
puesto que no requiere el uso de combustibles fósiles que generan contaminación al
consumirse, por el contrario, no necesita ninguna materia prima externa, únicamente el
vapor de agua que sale a grandes presiones de la profundidad.
Por tal motivo es importante contar en Colombia con un tipo de energía limpio, amigable
con el medio ambiente, no solo por el impacto que este tiene a futuro en nuestra
sociedad, sino también por la calidad de vida que debe llevar toda la sociedad, donde se
pueda respirar un aire limpio y se pueda disfrutar de paisajes llenos de vida.
2.3 SOCIAL
En Colombia, no se tiene un plan de acción a realizar para el día en que las fuentes
convencionales de energía que actualmente se usan para generar electricidad no tengan
la capacidad suficiente para suplir al país, ya sea por los factores climáticos como
sequias, que afectan a las hidroeléctricas, o factores de deficiencia de combustibles
fósiles para el funcionamiento de las plantas térmicas, por tal razón, al pensar en el
proceso productivo y la distribución de energía eléctrica generada por una planta
geotérmica, se hace referencia, al afán de suplir las necesidades energéticas de la
sociedad, por medios amigables con la naturaleza, con una alta eficiencia energética.
Por tanto, lo que se busca es dar una alternativa ecológica, que aproveche los recursos
renovables del planeta, sin crear un impacto al ecosistema, estando acordes con las
necesidades de la sociedad y dando buen uso a un recurso de altas prestaciones
energéticas, como lo es la geotermia, ya que según el IEGSI de Estados Unidos,
actualmente hay disponibles en el mundo alrededor de 13000 ZJ de energía geotérmica,
de los cuales son aprovechables, con las tecnologías actuales, 2000 ZJ siendo el
13
consumo anual de energía del mundo solo 0.5 ZJ de energía, por lo tanto, si se
profundizara más en este campo, se suplirían con creses las necesidades energéticas del
mundo, sin tener que utilizar otros medios aparte de la geotermia.
2.4 PERSONAL
Desde hace varios años, se ha visto con preocupación cómo la sociedad deteriora el
medio ambiente, inconscientemente y a veces de forma consciente, las grandes
empresas y la sociedad en general, realizan acciones que son perjudiciales para el aire
que respiramos, el agua que bebemos, los alimentos que consumimos, la atmosfera que
nos brinda protección y la naturaleza (arboles, plantas, animales, entre otros). Dichas
acciones no se ven reflejadas inmediatamente, puesto que toda esta contaminación que
estamos generando día tras día, se va acumulando de modo tal que a mediano y largo
plazo se ven sus efectos sobre la salud de las personas y el mundo en el que vivimos.
Por tal razón, se han hecho campañas para el reciclaje, el ahorro de agua y energía, de
modo que la contaminación generada sea menor, sin embargo debido al actual estilo de
vida en nuestra sociedad, es imposible que se elimine dicha contaminación. Así pues,
siempre ha sido interesante, el realizar un proyecto mediante el cual se pueda contribuir a
que la contaminación generada por el quehacer humano diario sea reducida, ayudando a
la vez a la preservación del medio ambiente y al desarrollo del país, brindando mejor
calidad de vida a toda la población, generando un ambiente sano que puedan disfrutar las
futuras generaciones.
14
3. ENERGIA GEOTERMICA
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el
aprovechamiento del calor que se produce desde el interior de la tierra y es transferido a
la superficie, en cualquier punto del planeta. En general los lugares más apropiados para
el aprovechamiento del calor están cerca a los volcanes, en cuyo interior se localizan
rocas a alta temperatura, las cuales calientan el agua de la lluvia infiltrada en el subsuelo.
El agua caliente se manifiesta, en la superficie, en los manantiales de aguas termales y en
las fumarolas que descargan agua y vapor caliente.
3.1 Generalidades
Es posible instalar plantas de generación de energía eléctrica haciendo uso de la
geotermia en zonas donde las temperaturas del vapor y las aguas termales almacenadas
o la temperatura de las rocas en profundidad, son mayores a 150 grados centígrados.
Así, para extraer este vapor y agua caliente, se perforan pozos hasta alcanzar las rocas
calientes que los almacenan, llamadas reservorios, posteriormente, mediante tuberías
este vapor y/o agua caliente son conducidas a una turbina que mueve un generador
eléctrico. El agua y el vapor sobrantes son reinyectados nuevamente al reservorio. De
esta forma se genera energía eléctrica que pasa a la red eléctrica nacional para atender la
demanda de energía.
Un proyecto geotérmico se desarrolla mediante 5 fases5:
Fase 1. Factibilidad Básica: Reconocimiento del potencial geotérmico de la región
o el país, estableciendo la viabilidad preliminar del desarrollo de un proyecto.
Fase 2. Estudios complementarios de geología, geofísica, geoquímica y estudios
ambientales: Se realizan actividades de investigación del recurso geotérmico en
las zonas seleccionadas, para confirmar su existencia y disponibilidad.
Adicionalmente se realizan estudios ambientales para así obtener la licencia
ambiental de la perforación exploratoria.
Fase 3. Perforación exploratoria: Se perforan pozos exploratorios (2 a 3 Km de
profundidad), para evaluar el yacimiento y así realizar un estudio de factibilidad
técnica y económica del proyecto.
Fase 4. Perforación de pozos de producción: Cuando se confirme la existencia del
recurso y su calidad se hace la perforación de pozos para producción y
reinyección del agua y/o vapor usado.
5 Proyecto Geotérmico Macizo Volcánico del Ruiz. Colombia: 2009
15
Fase 5. Construcción de la planta: Se construye la planta de generación de
energía eléctrica que aprovechará el recurso geotérmico. Conexión al Sistema
Interconectado Nacional (SIN).
La distribución de la temperatura en el yacimiento es uno de los factores importantes que
determinan el valor económico de un recurso geotérmico. Durante la etapa de
exploración, antes de comenzar costosas operaciones de perforación, se busca una
evidencia razonable de la existencia de alta temperatura en el yacimiento. En los casos en
los que el fluido geotérmico sube y descarga en la superficie, la aplicación de ciertas
herramientas denominadas geotermómetros químicos ha resultado de gran utilidad.
Para la evaluación del potencial de un campo se requiere del conocimiento realista tanto
de las propiedades de las formaciones del yacimiento (facilidad del flujo de fluidos,
capacidad de almacenamiento, etcétera), como la detección y localización de accidentes
hidrológicos que pueden actuar como barreras o como regiones de recarga de fluidos.
Esta valiosa información puede obtenerse del análisis de pruebas de presión en pozos.
Una prueba de presión consiste fundamentalmente en registrar las variaciones y pérdidas
de presión en el fondo de uno o varios pozos por un determinado tiempo. La inyección o
extracción de fluido de los pozos activos (estimuladores del sistema) provoca la
propagación de una variación de presión en el yacimiento. El desarrollo de dicha variación
se registra en uno o varios pozos llamados de observación.
Luego de realizar la fase de exploración, se pasa a la exploración profunda donde la
principal actividad es la perforación de pozos, sin embargo en esta fase, también se
desarrolla actividad geo científica. De tal forma que se define la estratigrafía de los pozos,
para ligar el perfil geológico hallado, (por medio de un registro) a los datos hallados en la
etapa inicial.
La composición de la formación dentro del pozo se utiliza también para determinar las
características termodinámicas y la medida de la productividad del pozo en términos del
flujo de masa y de la entalpía. La actividad final de esta fase es el aseguramiento del
tamaño del recurso, de la especificación de las reservas y la capacidad de sostener la
producción a lo largo del tiempo de vida del proyecto.
Los resultados de esta exploración profunda y las características del fluido geotérmico
determinan el tipo de planta a escoger:
a) Para generación eléctrica cuando se produce fluido de alta entalpía
b) Para calentamiento cuando se produce fluido con media y baja entalpía.
El tamaño del recurso presente determinará el plan de perforación a ejecutar, a la vez que
el diseño de la planta, las tuberías y el sistema de reinyección de agua.
Las reservas geotérmicas son más dinámicas que las de hidrocarburos; por consiguiente
se desarrolla un continuo monitoreo y evaluación del comportamiento del recurso tanto en
16
la exploración como en la implementación con el fin de asegurar que el recurso es
adecuado para entregar la energía que se le demandará.
3.2 Clasificación del recurso geotérmico
Un campo geotérmico, y más ampliamente un recurso geotérmico se encuentra ubicado
en un sitio con unas características especiales, en el cual ciertas condiciones típicas
geológicas, hidrológicas, estructurales y físicas, coexisten, es decir, para que exista un
campo geotérmico se debe cumplir con las siguientes condiciones6:
Fuente de calor: Usualmente un yacimiento poco profundo que genera una
anomalía térmica, donde el gradiente térmico normal alrededor del yacimiento es
superior que 3ºC/100m.
Reservorio: Una roca almacenadora con baja permeabilidad y una gran porosidad
que puede ser primaria o secundaria, lo cual permite la circulación de fluidos
geotérmicos; además tiene ciertas propiedades de retención que permiten al fluido
calentarse en el reservorio cuando la convección ocurre, los coeficientes de
viscosidad y dilatación del fluido, también se afectan y se tiene la máxima
eficiencia en el sistema.
Sello: Roca sello de la formación, sobre el reservorio que tiene baja permeabilidad,
primaria o secundaria que aísla el sistema geotérmico de aguas que poseen baja
temperatura.
Reinyección: Para la restauración del reservorio cuando la extracción está en
progreso.
Si se cumplen estas condiciones, se logra que el agua reinyectada fluya y logre un
equilibrio térmico con la roca expuesta a la fuente de calor.
Los recursos de roca caliente seca y geo presión aún están sujetos a investigación y
desarrollo. Las principales dificultades técnicas necesitan todavía ser resueltas antes de
que puedan ser aplicados comercialmente.
Los recursos provenientes de la geo presión suelen ubicarse en regiones donde la
energía térmica contenida en el fluido proveniente de las rocas, aumenta, debido a las
6UPME,UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003.
17
altas presiones resultantes de la gran profundidad a la que están situadas y a que se
encuentran confinadas bajo un sello impermeable.
Un parámetro común para clasificar los recursos geotérmicos es la entalpía de los
mismos; esta es usada para medir el estado de calor contenido por el fluido (energía
térmica).
Los recursos geotérmicos se pueden dividir en:
a) Recursos con baja entalpía
b) Recursos con mediana entalpía
c) Recursos con alta entalpía
Uno de los criterios básicos para determinar la clasificación anterior es la temperatura del
fluido, varios expertos han planteado diferentes conceptos en diferentes épocas, como se
muestra a continuación:
Tabla 3: Clasificación de los recursos geotérmicos en base a la temperatura
Muffler y Cataldi 1978
Hochstein 1990
Benderitter y Cormy 1990
Rybach y Stegena
1988
Baja entalpia < 90C° < 125C° < 100C° < 150C°
Media entalpia
90-150°C 125-225°C 100-200°C ---
Alta entalpia > 150°C > 225°C > 200°C > 150°C
Fuente: UPME,UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO
DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003.
Otra clasificación de acuerdo a su entalpía, es según su estado físico, como se muestra
en la siguiente tabla:
Tabla 4: Clasificación de los recursos geotérmicos en base a la temperatura
Entalpía Estado Físico
Alta El sistema geotérmico es dominado por vapor seco
El sistema geotérmico es dominado por vapor húmedo T 210 a 220 °C
Media-Baja El sistema geotérmico es dominado por liquido
Fuente: UPME,UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO
DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003.
18
3.3 Explotación del recurso geotérmico
Luego de tener identificadas las propiedades del
recurso geotérmico se procede a determinar cuál
es el uso más adecuado que se le puede dar,
según la entalpía que este posea, si el fluido
contiene una alta entalpía se dice que es
adecuado para la generación de energía
eléctrica, en cambio si el fluido está en el rango
de media y baja entalpía se dice que es
apropiado para un uso directo.
3.3.1 Generación de energía eléctrica
Los yacimientos geotérmicos de alta entalpia pueden aprovecharse mediante un ciclo de
potencia Rankine semejante al utilizado en las centrales termoeléctricas convencionales:
equipo de producción de vapor, grupo turbo-alternador y condensador.
Comenzó a generarse electricidad comercial, a partir de energía geotérmica en Larderello
Italia en 1914 con una central de 250KW de potencia, para suministrar electricidad a las
poblaciones cercanas. Desde entones la capacidad de generación ha ido aumentando
hasta llegar a los 7974 MW a nivel mundial, siendo los máximos productores los Estados
Unidos de América con casi 3GWh, seguidos de Filipinas, Italia, México, indonesia, Japón
y Nueva Zelanda7.
Un elemento fundamental para la generación de energía eléctrica por medio de energía
geotérmica, es la turbina de vapor, la cual se define como una maquina térmica que
genera energía a partir de vapor a alta presión y temperatura; este vapor se expansiona
hasta una presión menor y parte de la diferencia de entalpia entre el vapor entrante y
saliente, se convierte en energía mecánica en el eje de la máquina.
Por lo tanto para hallar el trabajo generado se utiliza la siguiente fórmula7:
Donde w es el trabajo generado por unidad de masa (kJ/kg).
h1 es la entalpia específica del vapor en la boca de la admisión (kJ/kg).
7POUS, Jaume y JUTGLAR, Lluís. Energía Geotérmica. España: Ediciones Ceac, 2004.
Turbina de
Vapor
Ilustración 1: Turbina de Vapor
Fuente: POUS, Jaume y JUTGLAR, Lluís.
Energía Geotérmica. España: Ediciones
Ceac, 2004
19
h2* es la entalpia especifica del vapor de expulsión supuesto el proceso y isoentrópico
(kJ/kg).
ni es el rendimiento interno de la turbina.
Y la potencia eléctrica vendrá dada por la expresión7:
Donde Q es el caudal (kg/s)
nm es el rendimiento mecánico de la turbina
ne es el rendimiento eléctrico del alternador
Pe es la potencia eléctrica generada (KW)
Cabe resaltar que la energía extraída del vapor depende de las condiciones del vapor de
salida de la turbina; cuanto menor sea la presión en el escape, mayor será el salto
entálpico entre los puntos 1 y 2 (Ilustración 1), y mayor será el trabajo que podrá extraerse
por kilogramo de vapor turbinado.
3.4 Ciclos de vapor en plantas geotérmicas
3.4.1 Ciclo con Unidades de Contrapresión
Los fluidos de alta entalpía pueden contener vapor seco o una mezcla de vapor y agua;
(calidad del recurso), en dicho caso, el agua y el vapor son divididos por un separador
ciclónico. El vapor va a la turbina y el agua a reinyección.
Ese tipo de turbinas tienen un bajo costo pero también baja eficiencia, es decir, la
cantidad de Energía generada a partir de este tipo de turbinas, es mínimo.. Su tamaño es
pequeño, generalmente entre 1 a 5 MW y es instalada cerca de las bocas de los pozos. El
consumo de vapor es del orden de 15Kg/KWh, que es cerca del doble de la cantidad
utilizada por las turbinas que condensan eficientemente.
En este ciclo, el vapor es descargado a la atmósfera después de la expansión en la
turbina, dicho ciclo es usado en campos con un alto contenido de gas, (superior al 10%),
debido a que la extracción de gas para plantas de condensación, puede llegar a ser
relativamente costosa para una concentración de gas en este rango, la implementación de
plantas binarias también puede ser una solución adecuada.
Las unidades de contra-presión, pueden ser instaladas e implantadas, en pocos meses y
ser trasladadas de un sitio a otro; por consiguiente, son adecuadas para instalar
provisionalmente en cualquiera de las fases en el desarrollo del campo. Esta fase es
recomendada debido a que esto anticipa la recolección de recursos de explotación del
20
campo, permitiendo un eficiente monitoreo del comportamiento del campo, antes de la
instalación de las plantas de generación
3.4.2 Ciclo con Unidades de Condensación
En este ciclo el vapor es condensado a la salida de la turbina, la presión en la cámara de
escape baja a alrededor de 0.10-0.12 bar, que incrementa la entalpía diferencial y por
consiguiente la eficiencia del ciclo. El consumo de vapor es del orden de 7-8 Kg/KWh
siempre y cuando el contenido de gas sea menor del 1% y unas condiciones climáticas
adecuadas.
La producción en campos donde los fluidos están dominados por agua, requiere el uso de
separadores vapor/agua, con cualquiera, single o doble flash. En los sistemas tipo single
flash se puede seleccionar la presión de separación, así en la conexión de entrada de la
turbina la presión puede ser optimizada (generalmente entre 5 y 7 bares). En esas
condiciones, el separador de agua mantiene una temperatura del orden de 150-170ºC,
esta agua, por consiguiente, estará de nuevo a baja presión (2-2.5 bares), y la
alimentación de la turbina se encontrara en unas condiciones adecuadas. Un ciclo doble
no es siempre recomendado por dos razones; la primera es que la temperatura final del
agua separada (alrededor de 120ºC) generalmente incrementa las incrustaciones en los
pozos de reinyección. Segundo; el costo del equipo no necesariamente da como resultado
un incremento en la producción de energía, que compense la inversión adicional,
especialmente cuando el contenido del agua en un fluido geotérmico decrece con el
tiempo, como ocurre a menudo en reservas de alta entalpía.
3.4.3 Ciclo binario
En este ciclo el fluido geotérmico viaja a través del intercambiador de calor, allí se
evapora un fluido secundario de bajo punto de ebullición (cloro fluoro carbonado,
amoniaco, isobutano), que impulsa una turbina y es condensado y reciclado dentro de un
sistema cerrado. Ese tipo de unidades son usadas en la mayoría de los casos para la
producción de energía eléctrica, utilizando recursos con baja y media temperatura. Un
parámetro para seleccionar el fluido secundario es la temperatura de funcionamiento
(aproximadamente 90ºC)
Ese tipo de unidades tiene alto costo por unidad de capacidad instalada en comparación
con las de condensación convencional pero en muchos casos son la alternativa más
adecuada para el desarrollo geotérmico. Se puede obtener una alta eficiencia
especialmente cuando el contenido de gas del fluido es alto, en tal caso las plantas
binarias pueden llegar a ser más económicas que las unidades de condensación
convencional (que tengan incorporado equipo para extracción de gas), para un fluido de
entalpía media las plantas binarias generalmente son la alternativa más económica sin
preocuparse por el contenido de gas. Las unidades con ciclo binario proveen un alto
21
grado de flexibilidad y permiten optimizar el recurso geotérmico por medio de la
combinación de sistemas en cascada.
3.5 Tipos de centrales geotérmicas
Teniendo en cuenta las características del recurso geotérmico, se identifica el tipo de
planta a usar, partiendo de los datos encontrados en una perforación previa, realizada en
las primeras fases del proyecto geotérmico, de acuerdo a esto, se tienen los siguientes
tipos de plantas geotérmicas: Tabla 5: Tipo de planta geotérmica
TIPO DE PLANTA
GEOTÉRMICA DESCRIPCIÓN VENTAJAS DESVENTAJAS
CENTRALES DE VAPOR SECO
Son aquellas plantas en las que extrae vapor saturado o ligeramente sobrecalentado directamente del pozo, conduciendo dicho vapor, por una serie de filtros para eliminar partículas nocivas para el sistema, para su posterior entrada a la turbina, de donde será enviado a un condensador, que junto con otros elementos auxiliares, prepararan el fluido para su reinyección en el pozo.
Se eliminan algunos elementos por la utilización directa del vapor disminuyendo los costos.
Es muy limpia gracias a la reinyección de los fluidos con los que se trabaja.
Solo es utilizable en campos geotérmicos de muy alta entalpia.
Por tratarse de vapor a altas velocidades existe una gran cantidad de ruido en la válvula de corte en la boca del sistema lo que requiere un silenciador.
Se limita mucho por la temperatura y el agua termal de la que se dispone.
CENTRALES DE FLASH SIMPLE
En este tipo plantas se extrae una mezcla liquido-vapor, la cual debe ser separada por medio de un separador ciclónico (cámara de flash), en donde la parte liquida se desecha y el vapor se envía a la
Tiene un rango de utilización muy grande al trabajar con una mezcla liquido-vapor.
Gracias a la eficiencia del separador ciclónico se
Se presenta un gran consumó másico, casi tres veces mayor al de una planta de vapor seco, ya que se desecha gran parte de lo que
22
turbina para la producción de energía eléctrica y su posterior cambio de estado y reinyección.
pueden obviar algunos pasos de filtrado del vapor.
se extrae, en forma de líquido.
También se presentan perdidas de energía, por el motivo anteriormente dicho.
CENTRALES DE FLASH DOBLE
En este caso la planta es muy similar a la de flash simple, solo que el sistema cuenta con dos cámaras de flash (una conectada al escape de la otra) y una turbina de dos etapas.
Presenta una eficiencia geotérmica más alta.
Suele ser apropiada en pozos con altas presiones.
Por el hecho de contar con más elementos resulta más costosa que las anteriores.
CENTRALES DE CICLO BINARIO
En este caso no se trabaja con el fluido extraído directamente en la turbina, si no con fluido de trabajo. Básicamente se necesita una bomba de extracción de fluido termal, en donde en este caso el fluido estará en estado líquido, luego pasa por precalentador y es reinyectado al pozo, a su vez, el fluido de trabajo también es impulsado por una bomba, que lo envía al evaporador luego al precalentador y se impulsa a la turbina de donde sale a un condensador con torre de enfriamiento por medio de agua pura, para ser recirculada.
Tiene un alto rango de aplicación ya que puede trabajar con temperaturas más bajas.
Se presentan menos daños en las piezas por efectos de los contaminantes provenientes del agua termal.
Con las nuevas tecnologías se puede llegar a una eficiencia muy alta.
Son plantas más costosas, ya que cuentan con una gran cantidad de máquinas extra además del líquido de trabajo.
Se debe ser muy precavido con el uso de los líquidos de trabajo ya que hay algunos que pueden ser muy contaminantes y perjudiciales.
23
CENTRALES DE CICLO HIBRIDO
Debido a que las propiedades de los pozos geotérmicos suelen ser muy variadas, existen varios tipos de plantas hibridas :
Central de vapor seco-ciclo binario
Central de flash simple-ciclo binario.
Central integrada de simple y doble flash.
Central geotérmica con combustible convencional de apoyo.
Al ser una mezcla de los distintos tipos de plantas, se puede buscar la configuración más adecuada para el terreno en el que se piensa trabajar.
De esta manera también se puede reducir costos al estar más acordes con las propiedades del recurso termal.
Pueden llegar a ser más costosas en su implementación y complejas en su funcionamiento.
También pueden tener las desventajas del sistema del cual preceden.
Elaboró: Juan David Munevar
Los tipos de plantas geotérmicas varían dependiendo del recurso geotérmico como se
enuncio anteriormente, sin embargo sus máquinas, equipos y herramientas son las
mismas, solo que en algunos tipos de planta, se requiere mayor cantidad de equipos que
en otras, ya que el proceso de conversión de energía y el porcentaje de efectividad varia
de una a otra, en la tabla 6 están los principales componentes de una planta de energía
geotérmica, dependiendo del tipo de central (vapor seco, flash simple, flash doble, ciclo
binario).
24
Tabla 6: Principales Componentes de una planta de energía Geotérmica
Equipo Tipo de central
Vapor seco
Flash simple
Flash doble
Ciclo binario
Suministro vapor o salmuera
Bombas No No (Pos) No (Pos) Si
Válvulas cabeza de pozo Si Si Si Si
Silenciadores Si Si Si No
Desarenadoras Si No No Si
Tubería de vapor Si Si Si No
Separadores ciclón de vapor No Si Si No
Tanques de almacenamiento No No Si No
Tubería salmuera No Si Si Si
Bomba auxiliar No Pos Pos Pos
Separador final humedad Si Si Si No
Intercambiador de Calor
Evaporadores No No No Si
Condensadores Si (No) Si (No) Si Si
Turbina-Generador y controles
Turbina de vapor Si Si Si No
Turbina de vapor orgánica No No No Si
Turbina de admisión dual No No Si No
Sistema de control Si Si Si Si
Bombas
Condensador Si (No) Si (No) Si Si
Agua refrigeración Si (No) Si (No) Si Si
Inyección salmuera No No (Pos) Si (No) Si
Remoción de gas no condensable
Eyectores de vapor Si Si Si No
Compresores Pos Pos Pos No
Bombas de vacío Pos Pos Pos No
Torres de enfriamiento
Tipo húmedo Si (No) Si (No) Si Pos
Tipo seco No No No Pos
Fuente: UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO
DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003.
25
4. OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GENERAL
Elaborar una propuesta para la localización, selección de maquinaria, selección de
proveedores y distribución de una planta para la producción de energía eléctrica
mediante el uso del recurso geotérmico.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Recopilar y analizar los estudios realizados en Colombia para proyectos afines con
plantas geotérmicas.
2. Localizar la ubicación de la planta y con base en esta elaborar el proceso de
producción de energía eléctrica mediante el uso de energía geotérmica definiendo
la maquinaria requerida para la realización de dicho proceso.
3. Elaborar el diseño de la planta para la producción de energía eléctrica mediante
energía geotérmica.
4. Definir los criterios de evaluación y selección para definir los mejores proveedores
de máquinas y accesorios.
5. Realizar el estudio financiero y económico para la construcción de la planta
geotérmica.
26
5. ESTUDIOS GEOTÉRMICOS EN COLOMBIA
5.1 Uso directo de la energía geotérmica
La utilización directa de la energía geotérmica data desde la edad de piedra, donde se le
atribuían beneficios para la salud, pero se considera que los primeros balnearios de
aguas termales existieron 2000 a.C., se han encontrado evidencias en la ciudad india de
Mojenjo-Daro y en la ciudad de Epidauros, en la Antigua Grecia8.
En la actualidad además del uso en balnearios de la energía geotérmica, existe un uso en
el sector residencial y de servicios, en donde el recurso se utiliza a niveles térmicos
relativamente bajos. Por ejemplo, el agua caliente sanitaria suele distribuirse a una
temperatura comprendida entre los 35°C y 45°C y como temperaturas típicas en sistemas
de calefacción, para el agua caliente de ida, pueden aceptarse 90 °C en lo radiadores de
pared y superficies aletadas convencionales, 60°Cen los emisores de calor
sobredimensionados y 35°C en sistemas de sueleo radiante y análogos.
Por lo tanto existen gran variedad de actividades agrupadas bajo el nombre genérico de
usos directos, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes: calefacción,
procesamiento de alimentos, lavado y secado de lana, fermentación, industria papelera,
producción de ácido sulfúrico, manufactura de cemento y demás que se especifican mejor
en la tabla 7.
Tabla 7:Usos Directos de la Geotermia
Temperatura °C
Usos
180
Evaporación de soluciones altamente concentradas.
Refrigeración por absorción de amoníaco, digestión de pasta papelera (Kraft).
160 Agua pesada mediante un proceso con sulfuro de hidrógeno.
Secado de alimento para peces, secado de madera.
140 Alúmina mediante el proceso Bayer.
Secado de productos agrícolas a altas velocidades, enlatados de Alimentos.
120
Extracción de sales por evaporación, evaporación en la refinación de azúcar.
Agua dulce por destilación.
100
Concentración de solución salina mediante evaporación de efecto múltiple.
Secado y curado de planchas de hormigón ligero.
Secado de materiales orgánicos, algas, hierba, hortalizas, etcétera.
Lavado y secado de lana.
8 Tomado de http://www.viatermal.com/agua-termal. Consultado el 5 Enero de 2012
27
80
Secado de pescado, operaciones intensas de descongelamiento.
Calefacción ambiental.
Refrigeración (límite de temperatura inferior).
60
Zootecnia.
Invernaderos mediante una combinación de calefacción ambiental y de foco.
Cultivo de setas.
40
Calentamiento del suelo, balneología.
Piscinas, biodegradación, fermentaciones.
Agua caliente para la industria minera durante todo el año en climas fríos.
20 Descongelamiento.
Criaderos de peces. Piscicultura
Fuente: GOMEZ. Víctor, Boletín IIE. Octubre: 1999
A pesar de que la implantación de cada uno estos sistemas conlleva diferentes
procedimientos, todos parten de un mismo principio, por lo tanto los elementos más
importantes en una instalación geotérmica de uso directo son:
Bombas de Fondo de Pozo: A menos que el pozo sea artesano, se requieren
bombas del tipo fondo de pozo, especialmente en sistemas de utilización directa a
gran escala. Estas bombas deben instalarse no solamente para elevar el fluido a la
superficie, sino también para prevenir la liberación del gas y la formación de
incrustaciones. Los dos tipos más comunes son: sistemas de bombas centrífugas
y bombas electro-sumergibles.
Tubería: El estado del fluido en las líneas de transmisión de proyectos de uso
directo puede ser agua líquida, vapor de agua o una mezcla de las dos fases.
Estas tuberías llevan los fluidos desde la cabeza de pozo hasta el sitio de
aplicación, o a un separador de vapor – agua. La expansión térmica de las
tuberías calentadas rápidamente desde la temperatura ambiente hasta la
temperatura del fluido geotérmico (la cual puede variar de 50 a 200°C) causa
problemas de esfuerzos que deben ser tratados con un diseño de ingeniería
cuidadoso.
Existen varios montajes de tubería para instalaciones geotérmicas las cuales
pueden ser superficiales o enterradas como se muestra a continuación:
28
Ilustración 2: Instalaciones de tubería en superficies y enterradas
Fuente:UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá:
2003.
a) tubería en la superficie con un recubrimiento metálico, b) tubería en acero en un tubo de concreto,
c) tubería en acero aislada y recubierta en poliuretano d) tubería de asbesto cemento, con
cubrimiento de tierra y engramado
El acero es actualmente el material más ampliamente utilizado para líneas de
transmisión geotérmica y canales de distribución, especialmente si la temperatura
del fluido está por encima de 100ºC. Otros tipos comunes de materiales para
tubería son la fibra de vidrio reforzada con plástico (FRP) y los cementos de
asbesto (AC). Este último, no puede ser utilizado en muchos sitios. La tubería de
cloruro de polivinilo (PVC) se utiliza frecuentemente para los canales de
distribución, y para líneas de disposición de residuos no aisladas donde las
temperaturas de pozo están por debajo de 100ºC. Las tuberías convencionales de
acero requieren provisiones de expansión, ya sea bajo arreglos o por cadenas.
Una instalación típica de tubería podría tener puntos fijos y puntos de expansión
en cada 100 m. Además, la tubería tendría que ser colocada en rodillos o en
placas deslizadoras entre cada punto. Cuando las tuberías de agua caliente se
29
entierran, pueden estar sujetas a la corrosión externa del agua subterránea y
electrólisis9.
Intercambiadores de Calor9: Los principales intercambiadores de calor utilizados
en sistemas geotérmicos son del tipo de placa, tubular y de fondo de pozo. El
intercambiador de placas consiste en una serie de placas conjuntas aseguradas a
una estructura con varillas de agarre. El caudal y alta turbulencia alcanzada en
intercambiadores de calor de placa dan el intercambio térmico eficiente en un
volumen pequeño. Además, tienen la ventaja cuando son comparados con los
intercambiadores tubulares, de ocupar menos espacio, pueden ser expandidos
fácilmente cuando una carga adicional se adiciona, y el costo es casi 40% menos.
Las placas están usualmente construidas de acero inoxidable; sin embargo, se
utiliza titanio cuando los fluidos son especialmente corrosivos. Los
intercambiadores de calor de placa los más utilizados en el mundo.
Los intercambiadores tubulares pueden utilizarse para aplicaciones geotérmicas,
pero son menos populares debido a problemas con incrustaciones. Los
intercambiadores de calor de fondo de pozo eliminan el problema de disposición
de los fluidos geotérmicos, puesto que solo toma el calor del pozo. Sin embargo,
su uso está limitado a pequeñas cargas de calor como las de calefacción de casas
individuales, apartamentos o edificios.
Convectores: El calentamiento de edificios y casas se alcanza pasando agua
geotermal (o un fluido de calentamiento secundario) a través de convectores de
calentamiento (o emisores) localizados en cada habitación. El método es similar al
utilizado en sistemas convencionales de calentamiento de espacios. Los tres
principales tipos de convectores que se utilizan para calentamiento de espacios
son, aire forzado, flujo de aire natural utilizando agua caliente o radiadores
tubulares de aletas y de paneles radiantes. Todos los tres pueden adaptarse
directamente a la energía geotérmica o convertirse modificando los dispositivos
existentes.
9UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003
30
5.2 Fuentes termales en Colombia
Colombia tiene un gran potencial geotérmico al contar con una extensa zona volcánica,
por lo cual se han hecho algunos esfuerzos por desarrollar proyectos geotérmicos a gran
escala desde hace aproximadamente 30 años, impulsados por la crisis energética de la
década de los 90’s cuando se vio la necesidad de explorar fuentes de energía
alternativas.
En 1997 fue perforado el primer pozo geotérmico en las Nereidas; en ese mismo año,
Ingeominas, (Instituto de Investigación e Información Geocientífica) emprendió una
exploración geotérmica del volcán, comenzando con geología, vulcanología y geoquímica.
Como resultado de esos estudios preliminares, se resaltó la posibilidad de un yacimiento
que opera a unas temperaturas entre 200-250°C en un estrato maduro del volcán.10
Por ahora solo se le han dado usos directos a los recursos geotérmicos (principalmente
para actividades como nadar o bañarse), y se ha hecho una estimación de la capacidad
de la energía usada la cual se presenta en la tabla 8.
10UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003
31
Tabla 8: Utilización de energía Geotérmica para Calentamiento Directo
Localidad
Utilización máxima Capacidad
MW
Utilización Anual
Tipo Caudal
Kg/s
Temperatura °C Flujo Kg/s
Energía TJ/año
Capacidad factor Entrada Salida
Agua de dios B 5.23 36.0 20.0 0.35 3.32 7.00 0.63
Anapoima B 10.5 28.0 20.0 0.35 6.63 7.00 0.63
Bochalema B 3.8 57.0 35.0 0.35 2.41 7.00 0.63
Chinacota B 7.60 46.0 35.0 0.35 4.82 7.00 0.63
Choachí B 4.92 52.0 35.0 0.35 3.12 7.00 0.63
Coconuco B 3.64 58.0 35.0 0.35 2.31 7.00 0.63
Coconuco B 2.32 71.0 35.0 0.35 1.47 7.00 0.63
Colón B 6.97 47.0 35.0 0.35 4.42 7.00 0.63
Cumbal B 6.97 32.0 20.0 0.35 4.42 7.00 0.63
Cumbal B 6.97 32.0 20.0 0.35 4.42 7.00 0.63
Cumbal B 6.97 32.0 20.0 0.35 4.42 7.00 0.63
Gachetá B 5.98 49.0 35.0 0.35 3.79 7.00 0.63
Gachetá B 8.37 45.0 35.0 0.35 5.31 7.00 0.63
Girardot B 6.43 33.0 20.0 0.35 4.08 7.00 0.63
Guicán B 8.37 38.0 28.0 0.35 5.31 7.00 0.63
Ibagué B 6.43 48.0 35.0 0.35 4.08 7.00 0.63
Iza B 6.97 47.0 35.0 0.35 4.42 7.00 0.63
Iza B 4.18 55.0 35.0 0.35 2.65 7.00 0.63
Macheta B 3.22 61.0 35.0 0.35 2.04 7.00 0.63
Macheta B 11.95 42.0 35.0 0.35 7.58 7.00 0.63
Macheta B 5.58 50.0 35.0 0.35 3.54 7.00 0.63
Manizales B 5.58 50.0 35.0 0.35 3.54 7.00 0.63
Nemocón B 5.98 34.0 20.0 0.35 3.79 7.00 0.63
Paipa B 4.92 52.0 35.0 0.35 3.12 7.00 0.63
Paipa B 2.26 72.0 35.0 0.35 1.43 7.00 0.63
Pandi B 7.60 26.0 15.0 0.35 4.82 7.00 0.63
Puracé B 6.97 32.0 20.0 0.35 4.42 7.00 0.63
32
Ricaurte B 6.97 32.0 20.0 0.35 4.42 7.00 0.63
Rivera B 4.40 54.0 35.0 0.35 2.79 7.00 0.63
Santa Marta B 12.0 42.0 35.0 0.35 7.58 7.00 0.63
Santa Rosa B 1.86 80.0 35.0 0.35 1.18 7.00 0.63
Santa Rosa B 3.64 58.0 35.0 0.35 2.31 7.00 0.63
Santa Rosa B 3.64 58.0 35.0 0.35 2.31 7.00 0.63
Tabio B 4.18 55.0 35.0 0.35 2.65 7.00 0.63
Tajumbina B 3.10 62.0 35.0 0.35 1.97 7.00 0.63
Tocaima B 6.43 33.0 20.0 0.35 4.08 7.00 0.63
Tocaima B 6.43 33.0 20.0 0.35 4.08 7.00 0.63
Villamaría B 2.99 63.0 35.0 0.35 1.90 7.00 0.63
TOTAL 222 13.3 141 266
Tipo= B Usos para baño y nado incluyendo balneología
Fuente: UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003
33
Áreas Termales
Colombia tiene cerca de 300 yacimientos de fuentes termales, la mayoría de ellos (cerca
de 100) están localizados en el volcán Cerro-Bravo, la caracterización química está
disponible para aproximadamente 180 yacimientos y su potencial para la generación de
electricidad es inmenso, a continuación se muestra un mapa con la ubicación de los
yacimientos termales en Colombia11:
11UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003
N° Volcán
1 CERRO BRAVO
2 RUIZ
3 HUILA
4 PURACE
5 DOÑA JUANA
6 GALERAS
7 AZUFRAL
8 CHILES
9 COCONUCOS
10 MACHIN
Ilustración 3: Áreas Geotérmicas en Colombia
Fuente: UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO
DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003
34
Además de esto, se creó un mapa geotérmico en Colombia el cual está basado en
temperaturas de 1711 pozos petroleros, más un pozo geotérmico en el nevado del Ruiz.
En el mapa se muestra la temperatura a 3 Km de profundidad en pozos petroleros.
Ilustración 4: Temperatura a 3 KM de profundidad en Colombia
Fuente: UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO
DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003
35
5.3 Potencial Geotérmico en Colombia
Para evaluar de manera local el potencial geotérmico de las diferentes zonas volcánicas
de Colombia, se elaboró un cuadro comparativo de los lugares que se consideran aptos
para la generación de energía eléctrica12por medio de la explotación de la energía
geotérmica:
Tabla 9: Lugares aptos para generación de energía eléctrica
Zona Departamento Temperatura
del reservorio
Características generales
Chiler-Cerro Negro
Nariño 150-200°C
Esta es una zona que tiene un gran potencial geotérmico y está dividida por la línea fronteriza con Ecuador, por lo que se hace necesaria la creación de un tratado para la explotación del recurso, el cual actualmente se encuentra en trámite y limita las posibilidades de estudio y explotación de la energía.
Puracé Cauca 150-160°C
Este sector cuenta con una zona geotérmica poco explorada, y los datos de las propiedades del recurso proceden del estudio de los yacimientos termales superficiales los cuales arrojan como resultado un potencial geotérmico de media entalpia.
Paipa e Iza Boyacá 52-172°C
Esta es una zona rica en minerales que cuenta con varios yacimientos termales, los cuales están siendo utilizados de manera directa en balneología, los estudios geotérmicos han arrojado datos satisfactorios pero aún muy superficiales sobre la posibilidad de la explotación de dicho recurso para la generación de energía eléctrica.
Macizo Volcánico del
Ruiz Caldas 200-250°C
Esta es la zona colombiana en la que se han hecho la mayor cantidad de estudios sobre el potencial geotérmico, ya que cuenta con más de 100
12 Según ISAGEN. Zonas potenciales para la producción geotérmica
36
yacimientos termales, volcanes activos y fluidos de alta entalpia, todo esto en un área relativamente pequeña dando la posibilidad de explotar varios reservorios en una sola central geotérmica aumentando el caudal total del recurso.
Fuente: Isagen. Zonas potenciales para la producción Geotérmica
Con base en este cuadro, los estudios realizados por ISAGEN y la documentación sobre
el potencial geotérmico en Colombia, se determina que la zona más apta para la
explotación de energía geotérmica es la del Macizo Volcánico del Ruiz, ya que allí se
cuenta con una alta cantidad de yacimientos geotérmicos, y un fluido de alta entalpia el
cual es capaz de generar una alta potencia eléctrica.
Teniendo en cuenta que la zona más apta en Colombia para la generación de Energía
Eléctrica es el Macizo Volcánico del Ruiz, se recopilaron los estudios realizados en dicha
zona relacionados con las primeras fases de un proyecto geotérmico, dichos estudios nos
revelan que el área principal se encuentra localizada en la ladera noroccidental del Macizo
Volcánico del Ruiz, por fuera del parque natural de los nevados, dicha zona de estudio se
subdividió en dos, zona A y zona B, las cuales comprenden una extensión aproximada de
350 km2, comprendiendo el municipio de Villamaría en Caldas, municipios de Casablanca,
Herveo y Villahermosa en Tolima, municipio de Santa rosa de cabal en Risaralda.
Ilustración 5: Área de Estudio, Macizo Volcánico del Ruiz
Fuente: Proyecto Geotérmico Macizo Volcánico del Ruiz. Colombia: 2009
37
5.4 Legislación para la generación de energía eléctrica
Dado que la propuesta para la central geotérmica es en Colombia, es de suma
importancia conocer las leyes que regulan dicha producción de energía en el País,
garantizando una propuesta viable y con una proyección a futuro, es decir que sea
perdurable en el tiempo.
En la actualidad la capacidad de generación eléctrica en Colombia es de alrededor de
14443,99 MW, con un 66% de generación hidráulica a gran escala, 31,5% de generación
térmica por combustión de combustibles fósiles y el porcentaje restante se reparte en
plantas de generación menores de energía eólica, térmicos menores, hidráulicos de
pequeña escala y cogeneradores.
Estos datos pertenecen al sistema de interconexión nacional, que es el encargado de
distribuir la energía eléctrica por todo el territorio colombiano, existen ciertas normas que
deben cumplirse para poder conectarse a él como productor y vender electricidad en el
mercado nacional. Las normas más relevantes son:
“Participación en el mercado mayorista de electricidad: los generadores que posean
plantas o unidades de generación conectadas al sistema de interconexión nacional con
capacidad mayor o igual a 20MW, están obligados a participar en el mercado mayorista
de electricidad”
“Los generadores que posean plantas o unidades de generación conectadas al sistema
interconectado nacional con capacidad mayor o igual a 10 MW y menor a 20MW, pueden
optar por participar en el mercado mayorista nacional de electricidad. Están excluidos del
mercado mayorista de electricidad los generadores que posean plantas o unidades de
generación conectadas al sistema interconectado nacional, con capacidad menor a
10MW”.
El mercado mayorista tiene dos modalidades de contratos para suministrar energía
eléctrica que son los siguientes:
Transacciones en el mercado mayorista mediante contratos bilaterales: La compra efectuada por comercializadores con destino a usuarios regulados mediante suscripción de contratos bilaterales, se rigen por las disposiciones establecidas en la resolución CREG-020 DE 1996, la cual establece reglas que garantizan la competencia en este tipo de transacción.
Transacciones en el mercado mayorista en la Bolsa: El ente regulador de este tipo de contratos es el administrador del sistema de intercambios comerciales (ASIC), en el cual deben registrarse todos los contratos de esta naturaleza. Además de esto de deben presentar los precios de en la bolsa de energía, la forma en que se establecen estos precios, está consignada en la norma CREG-025 de 1995. Aunque en Colombia aún no se ha establecido un marco regulatorio específico
para la geotermia, existen algunos puntos relacionados con la investigación y el
manejo de las fuentes alternativas de energía (solar, eólica, biomasa y
38
geotérmica), que han incentivado el desarrollo de las energías alternativas en
nuestro país, haciendo énfasis en la producción de biocombustibles.
Es importante resaltar dos artículos de la ley 99 de 1993 (CREG)13:
ARTICULO 43. Tasas por Utilización de Aguas. La utilización de aguas por personas
naturales o jurídicas, públicas o privadas, dará lugar al cobro de tasas fijadas por el
Gobierno Nacional que se destinarán al pago de los gastos de protección y renovación de
los recursos hídricos, para los fines establecidos por el artículo 159 del Código Nacional
de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente, Decreto 2811 de
1974. El Gobierno Nacional calculará y establecerá las tasas a que haya lugar por el uso
de las aguas.
El sistema y método establecidos por el artículo precedente para la definición de los
costos sobre cuya base se calcularán y fijarán las tasas retributivas y compensatorias, se
aplicarán al procedimiento de fijación de la tasa de que trata el presente artículo.
PARAGRAFO. Todo proyecto que involucre en su ejecución el uso del agua, tomada
directamente de fuentes naturales, bien sea para consumo humano, recreación, riego o
cualquier otra actividad industrial o agropecuaria, deberá destinar no menos de un 1% del
total de la inversión para la recuperación, preservación y vigilancia de la cuenca
hidrográfica que alimenta la respectiva fuente hídrica. El propietario del proyecto deberá
invertir este 1% en las obras y acciones de recuperación, preservación y conservación de
la cuenca que se determinen en la licencia ambiental del proyecto.
ARTICULO 45. Transferencia del Sector Eléctrico. Las empresas generadoras de energía
hidroeléctrica cuya potencia nominal instalada total supere los 10.000 kilovatios,
transferirán el 6% de las ventas brutas de energía por generación propia, de acuerdo con
la tarifa que para ventas en bloque señale la Comisión de Regulación Energética, de la
manera siguiente:
1. El 3% para las Corporaciones Autónomas Regionales que tengan jurisdicción en el
área donde se encuentra localizada la cuenca hidrográfica y el embalse, que será
destinado a la protección del medio ambiente y a la defensa de la cuenca hidrográfica y
del área de influencia del proyecto.
13 Tomado de www.creg.gov.co Normas y Jurisprudencia, Leyes
39
2. El 3% para los municipios y distritos localizados en la cuenca hidrográfica, distribuidos
de la siguiente manera:
a) El 1.5% para los municipios y distritos de la cuenca hidrográfica que surte el embalse,
distintos a los que trata el literal siguiente.
b) El 1.5% para los municipios y distritos donde se encuentra el embalse.
Cuando los municipios sean a la vez cuenca y embalse, participarán proporcionalmente
en las transferencias de que hablan los literales a y b del numeral segundo del presente
artículo.
Estos recursos sólo podrán ser utilizados por los municipios en obras previstas en el plan
de desarrollo municipal, con prioridad para proyectos de saneamiento básico y
mejoramiento ambiental.
3. En el caso de centrales térmicas la transferencia de que trata el presente artículo será
del 4% que se distribuirá así:
a) 2.5% para la Corporación Autónoma Regional para la protección del medio ambiente
del área donde está ubicada la planta.
b) 1.5% para el municipio donde está situada la planta generadora.
Estos recursos sólo podrán ser utilizados por el municipio en obras previstas en el plan de
desarrollo municipal, con prioridad para proyectos de saneamiento básico y mejoramiento
ambiental.
PARAGRAFO 1. De los recursos de que habla este artículo sólo se podrá destinar hasta
el 10% para gastos de funcionamiento.
PARAGRAFO 2. Se entiende por saneamiento básico y mejoramiento ambiental la
ejecución de obras de acueductos urbanos y rurales, alcantarillados, tratamientos de
aguas y manejo y disposición de desechos líquidos y sólidos.
40
PARAGRAFO 3. En la transferencia a que hace relación este artículo, está comprendido
el pago, por parte del sector hidroenergético, de la tasa por utilización de aguas de que
habla el artículo 43
Los parámetros del marco regulatorio de las fuentes no convencionales de energía
(FNCE), contemplan entre sus apartados más importantes, una prima de riesgo
tecnológico equivalente a 3,5 puntos del costo de capital propio y la determinación de
áreas exclusivas para la aplicación de FNCE mediante la firma de compromisos entre las
partes.
Por otro lado se está incentivando la creación de leyes más claras sobre el estudio y la
utilización de las energías alternativas, con la implementación de políticas que buscan la
disminución en la producción de gases de efecto invernadero, fortaleciendo la seguridad
energética y ampliación de la cobertura del suministro eléctrico.
Otra política importante que impulsa el desarrollo de las energías limpias es el “Plan de
Acción para las FNCE” expedido en 2010, el cual tiene como objetivo la promoción del
uso de FNCE por medio de investigaciones, como la que está desarrollando la UPME,
para generar bases de datos de acceso público, que contengan información sobre
potencial en energías limpias que existe en el territorio nacional.
Se debe tener en cuenta que para la ejecución de proyectos de este tipo es necesario
cumplir con las leyes ambientales, que principalmente exigen parámetros como estudios
de impacto ambiental donde se realiza la planeación de los procedimientos para la
prevención de los efectos secundarios al medio ambiente, además de las diferentes
licencias ambientales que son otorgadas por la entidad ambiental pertinente y que están
amparadas por los decreto 1753 de 1994 y la ley 99 de 1993.
Finalmente se ve la necesidad de la creación de leyes específicas que regulen y fomenten
la utilización de las energías alternativas, ya que en muchos casos, por falta de garantías
gubernamentales debidas a la incertidumbre de no estar amparados bajo una legislación
clara, se ha visto afectado el desarrollo de proyectos para la aplicación de FNCE.
41
6. LOCALIZACIÓN Y PROCESO DE PRODUCCIÓN
6.1 Características y propiedades del recurso geotérmico
Partiendo de los diferentes estudios que se han realizado sobre las zonas de potencial
geotérmico en Colombia, se definió que la opción más factible para la creación de una
planta geotérmica es en el Macizo Volcánico del Ruiz, ya que es allí donde se encuentran
las temperaturas más altas, lo que sugiere un recurso de alta entalpía, una concentración
de más de 100 yacimientos termales, lo que es un indicio de la existencia de más de un
reservorio geotérmico y la existencia de datos reales debido a la perforación exploratoria
que se realizó en 1997 por parte de la Design Power Genzl.
Es importante analizar el modelo geotérmico conceptual del Macizo Volcánico del Ruiz
desarrollado en 1983 por parte de la empresa GEOTÉRMICA ITALIANA, en donde se
observan los principales elementos del campo geotérmico que son de utilidad a la hora de
realizar el diseño de la planta. Con base en esto, se toma una temperatura de 250°C en
fase de mezcla con una calidad del 80% para realizar los cálculos de la central eléctrica14.
Debe tenerse en cuenta que el vapor que asciende por la tubería de extracción circula a
una velocidad elevada; debido a ello es capaz de arrastrar pequeñas partículas de roca,
arena mas o menos gruesa, y gotas de agua que deben eliminarse para no dañar el resto
de la instalación; a tal fin se instala primero un separador de partículas sólidas y a
continuación un separador de gotas, separador de humedad.15
De esta forma se garantiza que el vapor que ingresa a la turbina para la generación de
electricidad, es vapor seco libre de impurezas solidas y de agua o vapor húmedo, lo que
conserva la vida útil de la turbina.
14Investigación geotérmica, Instituto Colombiano de Energía Eléctrica. 15 POUS, Jaume y JUTGLAR, Lluís. Energía Geotérmica. España: Ediciones Ceac, 2004.
42
Ilustración 6: Modelo geotérmico conceptual
Se considera el recurso geotérmico del cual se tiene referencia en el área del macizo
volcánico del Ruiz, zona de las Nereidas, con las siguientes propiedades de mezcla de
líquido y vapor de agua16:
T1= 250°C
P1= 3976.2 KPa
X=0,80
En donde
T=Temperatura del recurso geotérmico
P=Presión del recurso geotérmico
X=Calidad del recurso geotérmico
16Investigación geotérmica, Instituto Colombiano de Energía Eléctrica.
43
6.2 Descripción del funcionamiento de la planta
El proceso inicia con la salida del fluido geotérmico del pozo, debido a la alta presión de
salida, es necesario minimizar el ruido generado, para esto se hace uso del silenciador, el
cual se encuentra ubicado a la salida del pozo, y es el encargado de mitigar el ruido
generado, posteriormente el fluido en dos fases proveniente del pozo se mueve en el
separador ciclónico, de forma que el líquido tiende a fluir circularmente por las paredes,
mientras que el vapor sube y es recogido en un tubo vertical; el líquido es llevado a un
condensador para su posterior reinyección al acuífero, el vapor es conducido a un
removedor de humedad, el cual separa el vapor húmedo para expulsarlo a la atmosfera y
el vapor seco lo conduce a la turbina.
Ilustración 7: Planta geotérmica Flash Simple
Fuente:Tomado de http://geosurvey.state.co.us el 12 de Marzo de 2012
El vapor es conducido a la turbina mediante la tubería con una presión y flujo regulado y
controlado por parte de un sistema de control, una vez ingresa a la turbina, la presión con
la cual entra el vapor genera que las aspas de esta roten a varias revoluciones por
segundo, este movimiento es transmitido a un generador, el cual transforma esta energía
mecánica en energía eléctrica para su posterior venta y conexión a las redes. El vapor
44
que entra a la turbina continua su flujo llegando a un condensador que a su vez hace uso
de una torre de enfriamiento para refrigerar y disminuir la temperatura del fluido, es decir,
el vapor ingresa al condensador, este disminuye su temperatura convirtiéndolo en una
parte liquida y otra parte permanece como gases incondensables, los cuales son
expulsados a la atmosfera haciendo uso de un eyector. La parte liquida resultante del
condensador, es conducida mediante tuberías al pozo de reinyección, en donde
básicamente lo que se realiza es reinyectar el líquido al reservorio o pozo geotérmico,
dando lugar al recalentamiento del fluido para su posterior extracción.
De este modo el funcionamiento de la planta geotérmica, se convierte en un proceso
productivo cíclico, en donde el fluido geotérmico (mezcla agua y vapor), es el responsable
del correcto funcionamiento de la central.
Para el caso específico de la planta flash, comparando plantas de 55 MW, una tipo single-
flash produce cerca de 630 kg-seg de líquido, mientras que otra tipo direct-steam produce
20 kg-seg, es decir, están en una relación de 30-1; si todo este líquido se reinyecta, la
planta single-flash podría devolver al yacimiento cerca del 85% del agua condensada, en
comparación con el 15% de la planta tipo direct-steam.17
Las plantas flash simple típicamente, “varían en el tamaño desde 5 MW a sobre 100 MW.
Dependiendo de las características del vapor, el contenido de gas, y presión; entre
6000kg y 9000kg de vapor cada hora se requiere que produzca cada MW de poder
eléctrico.”18
17UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá: 2003 18 Tomado de http://www.todomonografias.com/ el 12 de Febrero de 2012
45
6.3 Capacidad Instalada
El recurso geotérmico que se encuentra en el Macizo Volcánico del Ruiz, es una mezcla
de agua y vapor, a una temperatura muy elevada (>200°C) de modo que, como se
enunció anteriormente, el diseño de una planta flash simple es el más adecuado ya que
se utilizara el vapor extraído como fluido de trabajo.
Ilustración 8: Modelo Planta Flash Simple
Fuente: POUS, Jaume y JUTGLAR, Lluís. Energía Geotérmica. España: Ediciones Ceac, 2004
Adicionalmente, se debe tener en cuenta los datos de eficiencia de la maquinaria y
equipos a usar en la planta geotérmica, por tal razón se considera que la descarga al
condensador se realiza a 40°C, la eficiencia de la turbina es de un 70% y el rendimiento
electromecánico del generador es de un 90%19.
19 Datos promedio de maquinaria comercial.
SEP
AR
AD
OR
TURBINA
46
Se saca la entropía (S) y la entalpia (H) del punto 2 (Ilustración 6) de las tablas de vapor:
S2= 6.0721 kJ/kg K
H2= 2801.0 kJ/kg
Considerando condiciones ideales en el separador se asume una división del líquido y el
vapor, en donde el vapor mantiene las mismas propiedades de presión y temperatura en
el punto uno y el punto dos, solo que en este se va a tener vapor saturado y no mezcla,
por lo que se continua con los cálculos de la turbina.
Sabiendo que s2=s3´ hallamos la calidad del punto 3 (Ilustración 6) a 40°C.
Se halla la entalpia ideal del punto 3:
Como en la realidad el proceso no es isoentrópico se utiliza la eficiencia para hallar la
entalpia real:
Donde h3= 2161.77 kJ/kg
Con este dato podemos hallar el trabajo real de la turbina:
47
Como hasta el momento no se ha perforado ningún pozo para la explotación geotérmica
en Colombia, no se tiene el valor del caudal para hacer los cálculos de la potencia
generada por la planta, por lo tanto se plantean tres escenarios de posible potencia
generada, basados en las estimaciones realizadas en la zona y la legislación actual para
la interconexión a la red eléctrica, con estos datos se va a hallar los caudales necesarios
para cada caso. Las fórmulas que se usaron para tal fin son:
En donde:
Tabla 10: Flujo de vapor y mezcla para los tres excenarios
Central 10 MW Central 20 MW Central 50 MW
Flujo vapor 17.38 kJ/s 34.76 kJ/s 76.91 kJ/s
Flujo mezcla 21.72 kJ/s 43,45 kg/s 108.63 kg/s
Elaboró: Juan David Munevar
48
6.4 Diagrama de flujo de Bloques del Proceso
Ilustración 9: Diagrama de flujo de bloques del proceso
Elaboró: Juan David Munevar
Vapor
seco
Mezcla agua
y Vapor Silenciar Mezcla H2O y
Vapor
vapor
Separar
Agua
Mezcla vapor seco Vapor húmedo
Remover
Generar
Electricidad
Vapor
Mezcla agua
y Vapor Enfriar
Fluido
Condensar Reinyectar
Agua
Agua Calentar
Eyectar
Gas incondensable
Vapor Húmedo
Gas incondensable
49
6.5 Diagrama de Operaciones
Ilustración 10: Diagrama de operaciones
Elaboro: Juan David Munevar
Número de Operaciones: 7
Número de Operaciones con
inspección: 4
Número de Inspecciones: 0
Situación Actual
Elaboró:
Juan David Munevar
Fecha: 11 Marzo 2012
(*)Se convierte en un ciclo ya que se
reinyecta y se vuelve a extraer la
mezcla de agua y vapor.
50
6.6 Máquinas y Herramientas
Sin importar el caudal real del yacimiento geotérmico, todas las centrales de energía
geotérmica de flash simple hacen uso de los mismos componentes, dentro de los cuales
se destacan:
6.6.1 Válvulas cabeza de pozo
Después de haber realizado la perforación del pozo de producción, es necesario instalar
un árbol de válvulas el cual controlara la presión y el flujo del recurso geotérmico. La
primer válvula es la de desangre que permite el desalojo de fluido a la hora de realizar
pruebas o simplemente aliviar presión en el árbol de válvulas, después viene la válvula
maestra que es la encargada de permitir el paso al sistema o bloquearlo en caso de
daños de la tubería. Por último, está la válvula de descarga vertical y una válvula de paso
del sistema, donde la primera se encarga de la toma de muestras y liberación de gases no
condensables cuando el sistema se satura y la segunda es la que le da paso directo a la
tubería que transporta el fluido hasta la planta.
Ilustración 11: válvula Cabeza de Pozo
Fuente: Sistema de Información de Energías Alternativas
51
6.6.2 Silenciador
Debido a que el fluido se encuentra a altas presiones, suelen generarse ruido el cual
además de ser molesto corresponde a una contaminación auditiva que puede ser
perjudicial tanto para los trabajadores como para los residentes que se encuentran
alrededor de la planta geotérmica. Por esta razón es necesario instalar un silenciador a la
salida del sistema de boca de pozo para disminuir este ruido que se encuentra alrededor
de los 1000Hz
Ilustración 12: Silenciador
Fuente: Sistema de Información de Energías Alternativas
6.6.3 Tubería
Debido a que se van a manejar altas temperaturas a la salida del pozo, es necesario
utilizar tubería de acero al carbono la cual resiste temperaturas de hasta 370°C. Para la
reinyección utilizaremos tubería de cloruro de polivinilo la cual es resistente a la corrosión
y más económica que la tubería de acero al carbono y como en la reinyección las
temperaturas son más bajas, no es necesario utilizar tubería que resista altas
temperaturas.
52
6.6.4 Separador
Ya que se está trabajando con una mezcla de agua caliente y vapor, se debe realizar una
separación del vapor y el agua por acción centrífuga en un separador ciclónico, que es un
recipiente cilíndrico vertical donde la mezcla entra tangencialmente a través de una
tubería en espiral. El agua es forzada a arremolinarse alrededor de la pared y por
gravedad se desplaza hacia abajo, abandonando el recipiente a través de una salida
tangencial cerca del fondo. El vapor primero fluye hacia arriba y sale a través de una
tubería central emergido desde el fondo.
Ilustración 13: Separador Ciclónico
Fuente: Sistema de Información de Energías Alternativas
53
6.6.5 Separador final de Humedad
Debido a que el fluido que ingresa en la turbina no debe contener parte liquida, se debe
realizar un filtrado por medio de un separador final de humedad, el cual atrapa todas las
partículas de líquido condensado y permite el paso de vapor hacia la turbina.
6.6.6 Turbina
Debido a que el fluido de trabajo que se va a utilizar proviene directamente del yacimiento
geotérmico, este contiene algunas partículas y gases corrosivos para los cuales una
turbina normal no está diseñada. Por lo tanto, es necesario utilizar una turbina para
energía geotérmica de uso directo de vapor del yacimiento, en este caso se recomienda
un rotor el cual trae recubrimientos en las zonas críticas identificadas en los rotores
geotérmicos, como el eje, la rueda, cuchillas y boquillas. Además de esto se cambió la
forma de las boquillas y otras piezas cruciales en la turbina, generando con todo esto
aumento de la vida útil, disminución en la erosión y agrietamiento de las piezas.
Ilustración 14: Turbina de Vapor
Fuente: Toshiba Corporation, Geothermal Power Plant. 2008
54
6.6.7 Sistema de control
Con este sistema se busca regular todos los parámetros del funcionamiento de la turbina
para entregar una potencia eléctrica deseada sin afectar el funcionamiento del sistema.
Los parámetros principales que se controlan son el caudal, las revoluciones por minuto
del rotor, la potencia generada, las presiones y temperaturas tanto a la entrada como a la
salida de la turbina.
Ilustración 15: Sistema de Control
Es decir, el sistema de control debe garantizar el buen funcionamiento del sistema, por
otro lado debe proporcionar información para conocer su estado de funcionamiento, ya
sea correcto o no. Las funciones que realiza el equipo de medición y control son:
Formación de incrustaciones en la tubería de extracción del pozo: Conforme aumenta la capa de incrustaciones, aumenta la pérdida de carga, lo cual es detectado mediante un descenso de la presión en la boca del pozo para un caudal fijo, o por una disminución del caudal a una presión determinada. De modo que, como la energía de bombeo depende de la pérdida de carga y del caudal, es conveniente realizar una limpieza del pozo, o en caso de que el costo sea muy elevado, es preferible cerrarlo.
Agotamiento o sobrexplotación de recurso: cuando se representa la variación de la temperatura del recurso a lo largo del tiempo, se observa que la temperatura va disminuyendo hasta que se alcanza un nivel térmico estable, lo cual indica que se ha alcanzado un estado de equilibrio entre el calor geotérmico aportado al recurso y el calor extraído. El grado de explotación viene indicado por la diferencia de temperatura entre la inicial y el estado de equilibrio final; se rebasa el máximo de explotación cuando se alcanza la temperatura de equilibrio baja, que resulta inservible para nuestros objetivos. En consecuencia, el conocimiento de la
55
evolución del pozo es útil para estimar el nivel de explotación y actuar en consecuencia.
Ensuciamiento de intercambiadores de calor: cuando un intercambiador de calor se ensucia, ocurren dos fenómenos paralelos: por un lado aumenta la resistencia térmica a la transferencia de calor, mientras que, por otro, aumenta la pérdida de presión de los fluidos al atravesarlo; ambos efectos son indeseables, puesto que disminuye su eficiencia y aumenta la energía consumida en el bombeo. Para un régimen de caudales determinado, un aumento en la diferencia de temperatura, entre la entrada del fluido caliente y la temperatura de salida del frio, indica que la eficiencia disminuye, y es un parámetro útil para detectar la convivencia de proceder a su limpieza.20
6.6.8 Condensador
Como se piensa utilizar una turbina con condensación a la salida, se usara un
condensador con torre de enfriamiento el cual tomara el fluido a la salida de la turbina
condensándolo y llevándolo a la temperatura requerida para después re inyectar el agua
en fase liquida al pozo. Además de esto se ve la necesidad de condensar la parte liquida
del fluido que resulta en el separador ciclónico, ya que si se presenta una disminución de
la presión de este fluido parte de él se convertirá en vapor y causara problemas en las
tuberías de reinyección.
Cabe resaltar que lo ideal sería utilizar el calor que se extrae al líquido que sale del
separador ciclónico para algún uso indirecto como calefacción de hogares o para
alimentar un sistema de generación de electricidad de ciclo hibrido, lo cual no se hace,
debido a que esto elevaría los costos de la inversión inicial del proyecto.
Ilustración 16: Condensador
Fuente: Tomado de http://www.cec.uchile.cl el 25 de Enero de 2012
20 POUS, Jaume y JUTGLAR, Lluís. Energía Geotérmica. España: Ediciones Ceac, 2004.
56
6.6.9 Bombas
Es necesaria la utilización para circular el líquido de la torre de enfriamiento que va al
condensador a la salida de la turbina y también al condensador que está a la salida del
líquido del separador ciclónico. De igual forma puede ser necesario el uso de una bomba
para la circulación del líquido de alta temperatura del separador ciclónico.
6.6.10 Eyector de Vapor
Debido a la existencia de gases incondensables dentro del fluido de trabajo se hace
necesario sacarlos del sistema y liberarlos a la atmosfera, el sistema que se utiliza para
esto es el eyector de vapor, el cual se encuentra al lado del condensador.
Ilustración 17: Eyector de Vapor
Fuente: Tomado de http://www.seditesa.es el 05 de Marzo de 2012
La turbina, el condensador, el eyector y la torre de enfriamiento, son piezas clave para el correcto
funcionamiento de la central, por tal razón, es importante detallar los parámetros que se deben
tener en cuenta a la hora de realizar la selección de maquianria para la central geotérmica en
cualquiera de los 3 escenarios planteados, para esto se tiene que:
Tabla 11: Parámetros de la maquinaria
57
Parámetro Planta de 10MW Planta de 20 MW
Planta de 50MW Tu
rbin
a
Tipo Single Flow Impulse Turbine
Single Flow Impulse-Reaction
Double Flow Impulse-Reaction
Potencia de salida (kW) 10000 20000 50000
Capacidad (kW) 12500 22000 50000
Revoluciones (rpm) 3000 3600 3000
Presión de entrada (kg/cm2) 1,5 5,68 4
Tminde entrada (°C) 127 163,2 151,1
Calidad 0.8 0.8 0,8
Presión de escape (atm) 0,11 0,133 0,11
Longitud ultima aspa (mm) 500 584,2 584,2
Co
nd
ensa
do
r
Tipo Tray Type Barometric Jet
Spray-Tray Type Jet
Spray-Tray Type Jet
Presión (atm) 0,1 0,124 0,1
Tempagua refrigeración (°C) 23 32,8 22
Flujo volumétrico (m3/h) 2850 5380 9100
Exp
uls
or
Tipo Motor Driven Reciprocating Vacuum Pump
Hybrid System (Ejector + Vac.
Pump)
Two Stage Steam Jet
Ejector
Cantidad sets 2 sets 1 set 1 set
Presión de succión (atm) 0,092 0,114 0,09
Descarga Atmosférica Atmosférica Atmosférica
Capacidad de 1 set (m3/h) 1050 20200 15560
Torr
e d
e e
nfr
iam
ien
to
Tipo Cross Flow Mechanical
Draft
Cross Flow Mechanical
Draft
Wet & Dry Cross Flow
N° de celdas 3 2 4
Flujo volumétrico agua (m3/h)
3100 5800 9650
Temp aguarefrigeración (°C) 23 33 22
Tipo de ventilador Axial vertical Axial vertical Axial vertical
Flujo unitario de aire (m3/min.)
17100 40000 51600
58
Cabe resaltar que muchas empresas han venido especializándose en la construcción de
maquinaria para la explotación de la energía geotérmica, creando sistemas muy
novedosos y paquetes que se acomodan a cualquier tipo de recurso. Es decir, un mismo
proveedor de maquinaria para plantas geotérmicas, como Mitsubishi, ofrece a sus
clientes toda la maquinaria que se requiere para poner en funcionamiento la planta
geotérmica. Las principales empresas que fabrican maquinaria para la industria de la
geotermia, teniendo en cuenta la capacidad instalada a nivel mundial son:
Ilustración 18: Principales fabricantes de maquinaria para plantas geotèrmicas
Fuente: Web Geotermal Data Base
De lo anterior se puede deducir que los principales proveedores de maquinaria para el
montaje de una planta geotérmica son Mitsubishi, Toshiba, Fuji y en cuarto lugar ORMAT.
Como se menciono anteriormente, cualquier proveedor que se seleccione, suplirá las
necesidades por completo de maquinaria a usar en el proyecto. Es recomendable
seleccionar un proveedor que tenga experiencia en la instalación de maquinaria para
plantas geotérmicas, debido a que esto brinda una gran garantiza de confianza y de
perdurabilidad de la maquinaria en el tiempo.
59
7. DISEÑO DE LA PLANTA
Esquema Conceptual:
Ya se ha definido que el tipo de planta a usar es una flash simple como resultado del
análisis del recurso geotérmico que se encuentra en la zona del Macizo Volcánico del
Ruiz, adicionalmente, se enunciaron y explicaron las máquinas, equipos y herramientas a
usar en este tipo de planta, recopilando estos datos, se plantea una distribución en planta
y un diseño de la planta, para así dimensionar y visualizar la estructura final del tipo de
planta planteado para el Macizo del Ruiz. Es importante conocer la estructura lineal de la
planta, en donde interviene toda la maquinaria, equipos y herramientas a usar en una
planta flash simple, por tal razón, la siguiente gráfica expresa de manera lineal, el flujo del
proceso y el uso de cada una de las partes dentro de la planta.
Ilustración 19: Diseño conceptual Planta Flash Simple
Fuente: UPME, UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DOCUMENTO DESCRIPTIVO. Bogotá:
2003.
60
7.1 Distribución de Planta
La distribución en planta es un elemento sumamente importante en un proceso
productivo, ya que si la distribución es adecuada, se garantiza un flujo constante de
trabajo, un ahorro del área ocupada y una disminución del tiempo de fabricación,
evitando demoras y sobrecostos ocultos que incrementan el costo final del producto o
servicio prestado. En el caso de una central geotérmica, el flujo de vapor es el insumo del
cual se hace uso durante todo el proceso, por tal motivo, es importante para la distribución
tener en cuenta la maquinaria a usar en el tipo de planta planteado, y el recorrido del
recurso geotérmico (mezcla agua y vapor) a través de la planta, es indispensable conocer
la ubicación de los principales componentes de la planta, ya que de esta forma se tiene en
cuenta los espacios que serán necesarios para el movimiento de las personas, materiales,
herramientas dentro de la central; en definitiva, el objetivo es hallar un orden para el
equipo, maquinaria y para las áreas de trabajo, de forma que sea la más económica, y
que genere una disminución de los sobrecostos ocultos.
Como el fluido de trabajo se obtiene desde el suelo, proveniente de los pozos geotérmicos
a 2-3 Km de profundidad, el funcionamiento de la planta se ve ligado al flujo de este fluido
por las diferentes máquinas y equipos a lo largo de la central, de modo que entre más
cerca se encuentren dichos elementos, el tiempo en el que el flujo del recurso geotérmico
recorre la planta y se reinyecta será mucho menor. Esto indica que existe una relación
directa entre las máquinas, y el orden en que el fluido circula por ellas; de igual forma, un
elemento sumamente importante es el intercambio de calor, es decir, lo ideal es no dejar
cerca una fuente de bastante calor, con una fuente fría, de este modo se optimiza el
proceso, ya que no habrá perdida de calor en el fluido caliente, ni se genera
calentamiento del fluido liquido; así pues la distribución en planta planteada, basado en lo
anterior se representa en la Ilustración No. 20.
61
Ilustración 20: Distribución en planta (mm)
Elaboró: Juan David Munevar
Medidas en mm
62
7.2 Diseño de la Planta
Basado en la definición establecida para el tipo de planta a usar en el Macizo Volcánico
del Ruiz, es importante realizar el bosquejo conceptual de la planta para así tener una
aproximación de la forma en que se ubicara y se podrá visualizar la central flash simple
una vez instalada en la ubicación establecida, por tal razón el bosquejo preliminar de la
central está representado en la Ilustración No. 21, en este esquema, se pueden detallar
las máquinas y equipos principales ubicados de acuerdo a la relación entre ellas, teniendo
en cuenta el recorrido que realiza el vapor y agua dentro de la central. Las tuberías de
color rojo indican el flujo de vapor a alta temperatura, las de color naranja indican el flujo
de agua a elevada temperatura, y finalmente las de color azul, indican el flujo de agua a
baja temperatura, lista para reinyectar en el reservorio, continuando así el ciclo de
calentamiento y posterior extracción para la generación de electricidad.
Tal y como se indico en la distribución de planta, los flujos de calor deben tenerse en
cuenta a la hora de ubicar la maquinaria, en la Ilustración 21, el fluido geotérmico a gran
temperatura, se ve fluyendo en color rojo a través de la tubería, este mismo fluido a una
menor temperatura, se visualiza en tuberías color naranja, y finalmente el fluido liquido
que será reinyectado al reservorio, se puede ver en la tubería de un color azul. Así pues,
el fluido de alta temperatura circula únicamente por la parte superior de la gráfica, en el
medio se encuentra el fluido a una menor temperatura y finalmente en la parte inferior, se
encuentran los equipos para el enfriamiento del fluido antes de ser reinyectado.
63
Ilustración 21: Esquema Conceptual de la central geotérmica
Fuente: Página www.comunidad.eduambiental.org, consultada el 14 Marzo de 2012
En conclusión, el diseño de la planta depende de varias variables como lo son el terreno,
la ubicación, la capacidad instalada, entre otros factores, no obstante, se deben tener en
cuenta criterios de suma importancia a la hora de realizar la distribución de maquinas y
equipos, en este caso, para realizar el diseño y distribución de planta, se tuvo en cuenta la
cercanía que debe existir entre maquinas, sin dejar de lado el flujo de calor existente en el
sistema.
64
8. SELECCIÓN Y EVALUACIÓN DE PROVEEDORES
La base del éxito y perdurabilidad en el tiempo de cualquier empresa, es la calidad de
máquinas, herramientas y fuerza de trabajo con la que opera, de modo que es de vital
importancia desde un principio, establecer una buena base de proveedores, que
suministren el equipo necesario con las características y calidad requeridas.
La norma ISO 9001:2008 dice textualmente: “La organización debe evaluar y seleccionar
a los proveedores en función de su capacidad para suministrar productos de acuerdo con
los requisitos de la organización. Deben establecerse los criterios para la selección, la
evaluación y la re-evaluación. Deben mantenerse los registros de los resultados de las
evaluaciones y de cualquier acción necesaria que se derive de las mismas“21
8.1 Definición de los criterios de selección
Un adecuado proceso de selección de proveedores implica tener un control y registro de
los proveedores basado en determinados criterios, tales como la experiencia del
proveedor, principales clientes, antecedentes comerciales y financieros, calidad del
producto, costos asociados, certificación en ISO 14001 y OSHAS 18001, entendimiento
de los requerimientos del cliente, entre otros.
Por tal razón, es sumamente importante, antes de seleccionar un determinado proveedor,
definir criterios de evaluación acordes a las necesidades que se necesitan suplir, de modo
que se evidencie una buena selección basados en criterios y características ofrecidas por
los proveedores. En el caso puntual de los proveedores para la maquinaria y herramientas
de una planta geotérmica tipo Flash Simple, se tuvieron en cuenta varios aspectos críticos
que deben cumplir los proveedores de acuerdo a:
Criterios Principales:
Calidad: Indica la calidad del producto o servicio que el proveedor ofrece
Precio: Es el acuerdo económico al cual se puede llegar con el proveedor, ya sea por la adquisición de un bien o servicio.
Cumplimiento de especificaciones: Por tratarse de un tipo de máquinas y herramientas que no es ampliamente conocida localmente, se debe cumplir con las especificaciones definidas para su correcto acoplamiento.
21 Norma ISO 9001 Clausula 7.4.1
65
Criterios Secundarios:
Diversidad de productos: Está referido a la gama de productos que ofrece el proveedor.
Apoyo técnico: Mide la calidad y cantidad de apoyo técnico que ofrece el proveedor.
Referencias del proveedor: Se mide a través de las referencias que presente al proveedor de acuerdo a las exigencias realizadas, pudiendo ser estás de índole comercial o financieras, pero siendo las más importantes las que puedan dar sus clientes.
Manejo de reclamaciones: Se mide la capacidad y disponibilidad que tiene el proveedor de atender las reclamaciones que puedan surgir.
Condiciones de las entregas: Se evalúa lo pertinente y manejable que son las condiciones de entrega que impone el proveedor, donde garantiza entregar los productos en las mejores condiciones, cerciorándose de ello.
Manejo de las tecnologías: Aunque con este criterio lo que principalmente se medirá es el uso adecuado de las nuevas tecnologías de la información que hace el proveedor, ya sea para gestionar pedidos o procesos productivos.
Estos criterios serán evaluación de manera cualitativa y cuantitativamente, donde se le
asignara una denominación de Bueno, Regular y Malo y se le asignara un valor numérico
a través de una escala con el fin de asignar una puntuación a cada criterio:
Tabla 12: Escala Cualitativa y Cuantitativa
ESCALA
CUALITATIVA
ESCALA CUANTITATIVA
(NUMERICA)
Bueno 9-10
Regular 5-8
Malo 0-4
Elaboró: Juan David Munevar
66
Mediante la evaluación de los criterios según las anteriores escalas, la sumatoria total
dará un puntaje del cual se clasificara el proveedor, dándole una reputación:
Tabla 13: Clasificación del proveedor según escala
CLASIFICACIÓN ESCALA
Bastante Confiables 85<P<100
Confiables 60<P<85
Aceptables 35<P<60
No Confiables P<=35
Elaboro: Juan David Munevar
8.2 Determinación de la importancia de los criterios
Dado que el tipo de proyecto es muy especializado, se definieron ciertas ponderaciones
de los criterios de selección de proveedores, ya que algunas son más importantes que
otras a la hora de seleccionar un proveedor adecuado, estas ponderaciones son:
Tabla 14: Importancia de los criterios de selección
CRÍTERIO PONDERACIÓN
Calidad 25%
Precio 15%
Cumplimiento
Especificaciones
40%
Secundarios 20%
Elaboro: Juan David Munevar
De modo que teniendo en cuenta los criterios y las ponderaciones anteriormente
mencionadas, se procede a realizar una pre selección de proveedores, recopilando los
datos que se encuentran en el Anexo1 para así realizar una adecuada selección de
67
proveedores, garantizando que cumplan con las especificaciones dadas, con una
excelente calidad del producto o servicio adquirido y a un precio justo.
8.3 Evaluación de Proveedores
Al hacer la evaluación de los proveedores, se deben establecer registros, frecuencias de
medición y responsables para levantar la información. Al igual que en la selección de
proveedores, los criterios principales son los más importantes a la hora de realizar la
evaluación de proveedores.
Contar con buenos o malos proveedores puede resultar crucial para la gestión y éxito de
una empresa. La Norma ISO 9001 : 2008 entrega directrices claras y precisas, que al
traducirlas en herramientas prácticas de gestión , permitirán seleccionar y desarrollar a los
proveedores, quedando con los mejores para transformarlos en aliados estratégicos, con
visión de mediano / largo plazo22.
De acuerdo a la incidencia de un proveedor en cualquier negocio es importante que se lleve a cabo un ejercicio de selección de proveedores con mucho detenimiento. Es muy importante contar con buenos proveedores que además de cumplir con los requisitos básicos del negocio, también ofrezca una buena comunicación para con sus clientes y tenga buena reputación en el mercados. Por tal razón es importante:
Averigüe sobre la empresa ¿Quiénes son?, ¿Qué tarifas y condiciones de pago tienen?, ¿Tienen los recursos para suministrar eficazmente?, ¿Cuáles son sus clientes?.
Busque referencias Sí es un proveedor serio no dudara en darle la información de contacto de sus clientes, pregúnteles sobre el grado de satisfacción respecto a servicios y productos, cumplimiento con tiempos de entrega. Investigue sobre la reputación del proveedor en el mercado.
Colóquelos a prueba No establezca contratos sin antes probar como es el proceso de suministro del proveedor. Así se dará cuenta si cuentan con canales de comunicación eficaces, tanto al momento del pedido como en la venta, la entrega y postventa del producto. También sabrá si cumplen los plazos pactados, si las materias primas
22 Tomado de http://elmundodelacalidad.wordpress.com/ el 25 de Marzo de 2012
68
llegan en buen estado, sabrá con detalle el modo en que viene empacado el pedido y otros aspectos relevantes.
Enfatizar en la relación calidad/precio No es razonable contar con un proveedor con materias primas a buen precio si son de mala calidad. Igual ocurre si cumplen con los tiempos de entrega, pero los productos no llegan en buenas condiciones. Entonces se debe analizar esta relación y basarse en la ponderación sugerida anteriormente.
Tener más de un proveedor Es recomendable no depender de un solo proveedor. En caso que el proyecto de impulsar comercialmente la panadería se lleve a cabo, claramente habrá un aumento de la demanda y puede que su proveedor no pueda cumplir con la cantidad esperada o los plazos pactados.
Escala de Calificación
Para esta evaluación se puede tener en cuenta la siguiente escala de calificación, donde la evaluación de cada uno de los criterios de desempeño se realiza sobre la base de una escala continua de 0 a 100.
Tabla 15: Calificación Evaluación de Proveedores
CALIFCACIÓN DE
DESEMPEÑO
DESCRIPCIÓN
> 85 – 100 Muy Bueno
> 70 – 85 Bueno
> 60 – 70 Aceptable
0 – 60 Malo
Elaboro: Juan David Munevar En base a esta lo ideal sería que los proveedores que estén calificados con nota igual o inferior a 60, se les deberá en principio pasar una solicitud de mejoras, a partir de la cual se espera que los proveedores trabajen sobre ella y corrijan. Posteriormente en otra evaluación si vuelve a caer en este rango se deberá proceder a terminar el contrato. Criterios de evaluación Los criterios para la evaluación son la calidad, cumplimiento del plazo de entrega y al cumplimiento de las cantidades comprometidas. A continuación se detalla más específicamente a que se refiere cada uno.
69
Tabla 16: Criterios de evaluación de proveedores
CRITERIO DESCRIPCIÓN CRITERIO
Calidad Depende de la aceptación o rechazo del bien.
Cumplimiento
de plazo
Escala de calificación en base al desfase en días de
Fecha de entrega real vs. la fecha de entrega
Programada y acordada con el proveedor.
Cumplimiento
de
especificaciones
Escala de calificación en base a lasespecificaciones de
Producto entregada vs. Las especificaciones solicitadas.
Elaboro: Juan David Munevar
70
9. ESTUDIO ECONÓMICO
9.1 Costos
Debido a las dimensiones del proyecto, y a la cantidad de variables que intervienen al
momento de evaluar los costos para el montaje de la planta, el estudio económico se
baso en los valores promedio establecidos por diferentes organizaciones a nivel mundial,
entre ellas están: Energy Efficiency and Renewable Energy Technologies, World Bank
Group, Banco Interamericano de Desarrollo, todas ellas establecen un costo promedio
para el montaje de la central geotérmica dependiendo directamente de la cantidad de MW
a generar.
A la hora de realizar la construcción de la central geotérmica se deben tener en cuenta los
costos de maquinaria, construcción de estructuras, obras civiles y demás elementos
físicos que componen la planta. Para evaluar los costos de inversión inicial en el
proyecto,, se toman los costos por KW instalado realizadas por el Banco Interamericano
de Desarrollo (BID), cabe resaltar que estos costos se han evaluado como un costo
promedio estándar a nivel mundial, es decir, en cualquier país donde se instale una
central geotérmica, los costos tienden a llegar a este valor:
Tabla 17: Costos generales planta Geotérmica
US$ / KW
Ítem 10,000 20,000 50,000
Equipo 1969 1743 1067
Obra civil 251 223 139
Ingeniería 394 346 201
Montaje 2558 2267 1396
Total 5172 4579 2803
US$ / KW
Ítem 10,000 20000 50000
Exploración 386 357 268
Confirmación 562 525 413
Pozos Principales
857 793 603
Planta 2756 2368 1206
Otros 611 536 313
Total 5,172 4579 2803
Fuente: Banco Interamericano de Desarrollo (BID)
71
Por lo tanto los dos cuadros muestran de forma detallada los diferentes componentes del
costo total de la inversión inicial, además de esto, logramos comprobar el rango
establecido por las diferentes organizaciones especialista en energía geotérmica, que
establecen un costo de la inversión inicial de 3000 a 5000 US$/KW para plantas
pequeñas y de 2500 US$/KW para plantas de mayor proporción.23
Adicionalmente, se debe tener en cuenta el artículo 43 de la norma 99 de 1993 de la
CREG, la cual establece que el 1% del total de la inversión del proyecto, debe ser
destinado para la preservación y vigilancia de la fuente hídrica. Del mismo modo, el
artículo 45 de la norma 99 de 1993, establece que el 6% de las ventas brutas de energía
por generación propia, debe ser destinado en un 3% a las Corporaciones autónomas
regionales del área en donde se encuentra localizada la planta; el 3% restante será
destinado para los municipios y distritos localizados en la zona.
Es necesario establecer la estimación del valor o costo por KW generado para saber las
posibles ganancias a futuro, dicho dato ha sido estimado por el World Bank Group
dependiendo de la capacidad de la planta como se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 18: Costo por KW generado
US$ cent / KWh
Ítem 10000 20000 50000
Costo nivelado de inversión
6.2933 5.58 3.46
Costo fijo O&M 1.6433 1.45 1.01
Costo Variable O&M 0.4833 0.45 0.34
Total 8.4199 7.48 4.81
Estos datos comprenden una proyección de los costos de operación, mantenimiento fijo y
variable (se realiza cada 3 o 4 años), necesarios para la producción de energía en la
planta, cabe resaltar que se verificó la veracidad de la información con otras fuentes,
comparándola con el rango establecido por algunas de las más importantes
organizaciones sobre energía geotérmica que está entre 0.3 y 0.5 US$/KWh.
23 Tomado de http://www1.eere.energy.gov/geothermal/faqs.html el 24 de Marzo de 2012
72
9.2 Ingresos
Para este tipo de plantas, se estima una vida útil de 30 años la cual nos da la base para
realizar una estimación a futuro del comportamiento económico de la planta y la Tasa
Interna de Retorno (TIR), para ello debemos tener en cuenta la variación en los costos de
mantenimiento y operación a lo largo de la vida útil de la planta. Ya que estas variaciones
dependen directamente de la inflación anual hemos tomado el dato estimado para este
año por la Banco de la República que está entre 2% y 4%, además de esto, como lo que
queremos es que el estudio sea lo más realista posible, se asume un crecimiento anual en
los costos de operación y mantenimiento del 4%, durante los 30 años estimados de
funcionamiento de la planta.
Adicionalmente, la energía producida en la planta, será vendida a mayoristas por medio
de la bolsa de Energía Eléctrica Colombiana, por tal motivo, tomamos los datos históricos
de venta de energía por KWh de la bolsa de Energía Eléctrica, al observar el
comportamiento de estos precios encontramos:
Ilustración 22: Datos históricos de venta de energía por KWh
Fuente:Bolsa de Energía Eléctrica Colombiana
EL comportamiento del precio desde 1995 hasta hoy, es muy variable, se observan picos
en años como 1997 y 2009 y un comportamiento creciente hasta el año 2009, a partir del
2010, el precio muestra una tendencia decreciente, por lo que no se puede realizar una
73
trazabilidad fiable de los datos históricos, finalmente, las entidades que regulan la bolsa
de Energía Eléctrica predicen una estabilización a futuro del mercado ya que han
mejorado las condiciones para los productores y comercializadores debido a la
disminución de los problemas de orden público y las sequías que en años pasados
afectaron la generación de las hidroeléctricas. Cabe mencionar que se avecina una crisis
energética por la escasez de combustibles fósiles, la cual podría aumentar los costos de
venta de la energía eléctrica. Por lo tanto el valor estable de la bolsa de energía a futuro
que se va a utilizar para los cálculos es de 74.8$/KWh, que constituye la media del
periodo 2011-2012.
9.3 Balance
Teniendo en cuenta la inversión inicial y los costos de operación y mantenimiento a lo
largo de la vida útil de la planta, se realizó una proyección a 30 años del comportamiento
general de los gastos e ingresos de cada uno de los escenarios planteados, el cual nos
entregó los siguientes resultados:
74
Planta con capacidad instalada de 10 MW:
Tabla 19: Proyección tabla de 10 MW
Año
Coste de
Inversión Inicial
+ 1%
O&M Fijo O&M Vble6% de los
ingresosIngresos Saldo
1 52.237.907 59.159 - 215.424 3.590.400 (48.922.090)
2 61.525 - 215.424 3.590.400 (45.608.639)
3 63.986 - 215.424 3.590.400 (42.297.649)
4 66.546 17.399 215.424 3.590.400 (39.006.618)
5 69.207 - 215.424 3.590.400 (35.700.849)
6 71.976 - 215.424 3.590.400 (32.397.849)
7 74.855 - 215.424 3.590.400 (29.097.727)
8 77.849 20.354 215.424 3.590.400 (25.820.955)
9 80.963 - 215.424 3.590.400 (22.526.941)
10 84.201 - 215.424 3.590.400 (19.236.167)
11 87.569 - 215.424 3.590.400 (15.948.760)
12 91.072 23.811 215.424 3.590.400 (12.688.668)
13 94.715 - 215.424 3.590.400 (9.408.407)
14 98.504 - 215.424 3.590.400 (6.131.935)
15 102.444 - 215.424 3.590.400 (2.859.403)
16 106.542 27.856 215.424 3.590.400 381.175
17 110.803 - 215.424 3.590.400 3.645.348
18 115.235 - 215.424 3.590.400 6.905.089
19 119.845 - 215.424 3.590.400 10.160.220
20 124.639 32.588 215.424 3.590.400 13.377.970
21 129.624 - 215.424 3.590.400 16.623.321
22 134.809 - 215.424 3.590.400 19.863.488
23 140.202 - 215.424 3.590.400 23.098.263
24 145.810 38.123 215.424 3.590.400 26.289.306
25 151.642 - 215.424 3.590.400 29.512.640
26 157.708 - 215.424 3.590.400 32.729.908
27 164.016 - 215.424 3.590.400 35.940.868
28 170.577 44.598 215.424 3.590.400 39.100.669
29 177.400 - 215.424 3.590.400 42.298.246
30 184.496 - 215.424 3.590.400 45.488.726
Planta 10 MW (US$)
Elaboro: Juan David Munevar
75
Planta con capacidad Instalada de 20 MW:
Tabla 20: Proyección tabla de 20 MW
Elaboro: Juan David Munevar
Año
Coste de
Inversión Inicial
+ 1%
O&M Fijo O&M Vble6% de los
ingresosIngresos Saldo
1 92.495.800 104.400 - 430.848 7.180.800 (85.850.248)
2 108.576 - 430.848 7.180.800 (79.208.872)
3 112.919 - 430.848 7.180.800 (72.571.839)
4 117.436 32.400 430.848 7.180.800 (65.971.723)
5 122.133 - 430.848 7.180.800 (59.343.904)
6 127.019 - 430.848 7.180.800 (52.720.971)
7 132.099 - 430.848 7.180.800 (46.103.118)
8 137.383 37.903 430.848 7.180.800 (39.528.453)
9 142.879 - 430.848 7.180.800 (32.921.379)
10 148.594 - 430.848 7.180.800 (26.320.021)
11 154.538 - 430.848 7.180.800 (19.724.607)
12 160.719 44.342 430.848 7.180.800 (13.179.715)
13 167.148 - 430.848 7.180.800 (6.596.911)
14 173.834 - 430.848 7.180.800 (20.793)
15 180.787 - 430.848 7.180.800 6.548.372
16 188.019 51.873 430.848 7.180.800 13.058.432
17 195.539 - 430.848 7.180.800 19.612.845
18 203.361 - 430.848 7.180.800 26.159.436
19 211.495 - 430.848 7.180.800 32.697.893
20 219.955 60.685 430.848 7.180.800 39.167.206
21 228.753 - 430.848 7.180.800 45.688.404
22 237.903 - 430.848 7.180.800 52.200.453
23 247.420 - 430.848 7.180.800 58.702.985
24 257.316 70.992 430.848 7.180.800 65.124.629
25 267.609 - 430.848 7.180.800 71.606.972
26 278.313 - 430.848 7.180.800 78.078.610
27 289.446 - 430.848 7.180.800 84.539.117
28 301.024 83.051 430.848 7.180.800 90.904.994
29 313.065 - 430.848 7.180.800 97.341.881
30 325.587 - 430.848 7.180.800 103.766.246
Planta 20 MW (US$)
76
Planta con capacidad instalada de 50 MW
Tabla 21: Proyección tabla de 50 MW
Elaboro: Juan David Munevar
Año
Coste de
Inversión Inicial
+ 1%
O&M Fijo O&M Vble6% de los
IngresosIngresos Saldo
1 141.551.500 181.800 - 1.077.120 17.952.000 (124.858.420)
2 189.072 - 1.077.120 17.952.000 (108.172.612)
3 196.635 - 1.077.120 17.952.000 (91.494.367)
4 204.500 61.200 1.077.120 17.952.000 (74.885.187)
5 212.680 - 1.077.120 17.952.000 (58.222.987)
6 221.187 - 1.077.120 17.952.000 (41.569.295)
7 230.035 - 1.077.120 17.952.000 (24.924.450)
8 239.236 71.595 1.077.120 17.952.000 (8.360.402)
9 248.806 - 1.077.120 17.952.000 8.265.672
10 258.758 - 1.077.120 17.952.000 24.881.794
11 269.108 - 1.077.120 17.952.000 41.487.566
12 279.873 83.756 1.077.120 17.952.000 57.998.817
13 291.068 - 1.077.120 17.952.000 74.582.629
14 302.710 - 1.077.120 17.952.000 91.154.799
15 314.819 - 1.077.120 17.952.000 107.714.860
16 327.412 97.983 1.077.120 17.952.000 124.164.345
17 340.508 - 1.077.120 17.952.000 140.698.717
18 354.128 - 1.077.120 17.952.000 157.219.469
19 368.293 - 1.077.120 17.952.000 173.726.056
20 383.025 114.626 1.077.120 17.952.000 190.103.284
21 398.346 - 1.077.120 17.952.000 206.579.818
22 414.280 - 1.077.120 17.952.000 223.040.418
23 430.851 - 1.077.120 17.952.000 239.484.446
24 448.085 134.097 1.077.120 17.952.000 255.777.144
25 466.009 - 1.077.120 17.952.000 272.186.016
26 484.649 - 1.077.120 17.952.000 288.576.247
27 504.035 - 1.077.120 17.952.000 304.947.092
28 524.196 156.874 1.077.120 17.952.000 321.140.901
29 545.164 - 1.077.120 17.952.000 337.470.617
30 566.971 - 1.077.120 17.952.000 353.778.526
Planta 50 MW(US$)
77
9.4 Valor Presente Neto (VPN)
El valor presente neto es una herramienta usada para evaluar el uso del valor temporal
del dinero en los proyectos a largo plazo, se crea valor cuando se lanza al mercado un
proyecto cuya inversión vale más en el mercado que lo que cuesta su adquisición. Es una
medida que mide la cantidad de valor que se obtiene como resultado de realizar una
inversión el día de hoy. Un proyecto es rentable cuando su VPN es mayor a 0.
Basados en los tres escenarios, tenemos que
Tabla 22: Valor Presente Neto
10 MW 20 MW 50 MW
VPN (USD) 1.009.191 13.852.198 122.592.762
Elaboro: Juan David Munevar
Lo que nos indica, que los escenarios son rentables; se puede evidenciar también, que a
mayor MW producidos, mayor rentabilidad del proyecto. En el caso de la planta de 50
MW, el retorno de la inversión se ve en 8 años y medio; adicionalmente, su valor presente
neto es bastante alto comparado con los otros escenarios, lo que indica que el proyecto
es mucho mas rentable.
9.5 Tasa Interna de Retorno (TIR)
En resumen, los beneficios del proyecto se ven representados con la tasa Interna de
Retorno, la cual indica la tasa de rendimiento de cada una de las alternativas planteadas,
dicha tasa, solo depende de los flujos en efectivo proyectados para el proyecto, junto con
la inversión inicial. De modo que a mayor valor porcentual de la TIR, más rentable es el
proyecto. Para los tres escenarios planteados se tiene que:
78
Tabla 23: Tasa Interna de Retorno
Elaboro: Juan David Munevar
En los tres casos el proyecto es rentable, sin embargo, para el escenario 3 (planta de
50MW), se obtiene una rentabilidad mucho mayor a la que se obtendría con una planta de
10 MW e incluso de 20 MW. Esto demuestra que a mayor cantidad de energía generada,
mayor rentabilidad del proyecto y menor periodo de recuperación de la inversión inicial.
AÑO 10 MW 20 MW 50 MW
Inversión Inicial (52.237.907) (92.495.800) (141.551.500)
Flujo de Caja Año1 3.315.817 6.645.552 16.693.080
FC Año2 3.313.451 6.641.376 16.685.808
FC Año3 3.310.990 6.637.033 16.678.245
FC Año4 3.291.032 6.600.116 16.609.180
FC Año5 3.305.769 6.627.819 16.662.200
FC Año6 3.303.000 6.622.933 16.653.693
FC Año7 3.300.121 6.617.853 16.644.845
FC Año8 3.276.773 6.574.665 16.564.048
FC Año9 3.294.013 6.607.073 16.626.074
FC Año10 3.290.775 6.601.358 16.616.122
FC Año11 3.287.407 6.595.414 16.605.772
FC Año12 3.260.092 6.544.891 16.511.251
FC Año13 3.280.261 6.582.804 16.583.812
FC Año14 3.276.472 6.576.118 16.572.170
FC Año15 3.272.532 6.569.165 16.560.061
FC Año16 3.240.578 6.510.060 16.449.485
FC Año17 3.264.173 6.554.413 16.534.372
FC Año18 3.259.741 6.546.591 16.520.752
FC Año19 3.255.131 6.538.457 16.506.587
FC Año20 3.217.750 6.469.312 16.377.228
FC Año21 3.245.352 6.521.199 16.476.534
FC Año22 3.240.167 6.512.049 16.460.600
FC Año23 3.234.774 6.502.532 16.444.029
FC Año24 3.191.043 6.421.643 16.292.698
FC Año25 3.223.334 6.482.343 16.408.871
FC Año26 3.217.268 6.471.639 16.390.231
FC Año27 3.210.960 6.460.506 16.370.845
FC Año28 3.159.801 6.365.877 16.193.809
FC Año29 3.197.576 6.436.887 16.329.716
FC Año30 3.190.480 6.424.365 16.307.909
TIR 4,67% 5,80% 11,25%
79
10. CONCLUSIONES
Un factor clave para el desarrollo de cualquier sociedad, es la investigación y creación de
nuevas ideas y proyectos basados en un arduo estudio a profundidad de los temas que
más los impactan; son muy pocos los trabajos de grado que se hacen en el ámbito de la
investigación, por tal motivo, este trabajo de grado consiste en brindar, además de una
solución a una gran problemática mundial, también se constituye en una invitación a
realizar y desarrollar trabajos investigativos, que lleven a plantear soluciones aplicables a
nuestra sociedad. A continuación se presentan las principales conclusiones del trabajo de
grado desarrollado.
Una vez analizada la información de los estudios realizados en Colombia afines a proyectos geotérmicos, se puede concluir que Colombia, dada su ubicación, tiene un potencial muy grande para la obtención de energía eléctrica mediante el uso de la energía geotérmica; hasta el momento se han hecho algunas perforaciones exploratorias en algunas zonas donde el potencial geotérmico es mayor.
El uso en Colombia de la energía geotérmica, contribuiría en gran medida a la preservación de los recursos naturales y medio ambiente, dado que es una fuente de energía alternativa que genera un mínimo impacto ambiental y tiene una gran ventaja frente a las demás energías alternativas, su flujo es constante.
Con base en los estudios realizados en Colombia, la mejor ubicación de la central geotérmica, es el Macizo volcánico del Ruiz, ya que es una zona amplia con un gran potencial geotérmico, posee un reservorio que contiene una mezcla de trabajo (vapor-agua) T>210°C. Dichas características del pozo, lo hacen adecuado para hacer uso de una central flash simple, la cual tiene una buena eficiencia y capacidad de generación.
Debido a que se tiene una aproximación del fluido geotérmico del Macizo volcánico del Ruiz, se plantearon 3 posibles escenarios, de modo que se cubran todas las posibilidades, así cuando se realice la perforación del pozo en el año 2013, y se conozca en verdad las características del reservorio, no se tenga que empezar de nuevo, sino que se ubican las características de acuerdo al escenario adecuado.
En una central geotérmica, el fluido, ya sea vapor o agua, es el que realiza todos los desplazamientos al interior de la planta, es decir, el fluido geotérmico desde el momento en el que es extraído hasta el momento en el que es reinyectado, realiza todos los desplazamientos necesarios para cumplir el ciclo que se lleva a cabo en la central geotérmica, dicho flujo es debido a la presión con que emerge el fluido y una vez en la planta, en algunos puntos es ayudado con bombas para garantizar su flujo constante.
80
Los proveedores son parte fundamental del éxito de un proyecto, la importancia radica en que si el proveedor cumple con los criterios de selección, da la certeza de ofrecer un producto para el proyecto, que satisface las necesidades de este a cabalidad, garantizando su perdurabilidad y calidad.
Se encontró que los criterios de evaluación de proveedores, son fundamentales a la hora de darle continuidad a un proveedor previamente seleccionado, ya que se garantiza el cumplimiento de las necesidades del proyecto a mediano y largo plazo.
El análisis económico arrojo para los tres escenarios un balance positivo, debido a varios factores, el primero y más importante de ellos, es el hecho de que una central geotérmica no requiere ninguna fuente alterna de energía, es decir, su funcionamiento se basa en el fluido geotérmico; ya que el tipo de central planteado reinyecta este fluido, se puede afirmar que este proceso se convierte en un ciclo, en el cual se pierde una mínima cantidad de energía.
Se halló que entre más capacidad posea la planta geotérmica, mayor será su retribución económica, debido a que el costo para la producción de un KWh es muy económico, así pues, entre mayor energía se genere, mayor beneficio económico se obtiene.
81
11. RECOMENDACIONES
La exploración de las Fuentes Geotérmicas en Colombia, empezó hasta hace algunos años, hasta el momento en la única parte en donde sea profundizado en la
perforación y exploración de pozos geotérmicos, es en el Macizo Volcánico del
Ruiz, de modo que sería una excelente opción, empezar con los estudios previos en
las demás partes de Colombia en donde el potencial geotérmico es alto, con el fin de
que el desarrollo geotérmico en el país, se incremente y se realice en el corto plazo,
contribuyendo así con el bienestar del medio ambiente.
Los conocimientos adquiridos en la Universidad relacionados con este tipo de
fuentes alternativas, son muy escasos, de modo que el conocimiento y la
importancia que se le debe dar a estos temas es bajo, ya que por falta de
información, el interés es bajo. De modo que sería recomendable hacer un mayor
énfasis en este tipo de energías, contribuyendo así a la formación y crecimiento en
cada estudiante de la importancia de cuidar el medio ambi9ente, empezando por
nosotros mismos.
Las Plantas Geotérmicas tienen una gran ventaja adicional a la generación de energía limpia, y es que el agua caliente que resulta del proceso de conversión
dentro de la central geotérmica, puede ser reutilizada, es decir, esta fuente de agua
caliente puede ser distribuida a los hogares para suministrar agua caliente sin
necesidad de usar otras fuentes en las viviendas para la calefacción.
82
GLOSARIO
Acuífero: Es utilizado para hacer referencia a aquellas formaciones geológicas en las
cuales se encuentra agua y que son permeables permitiendo así el almacenamiento de
agua en espacios subterráneos.
Aleación: Es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de
dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.
Alta entalpia: Son aquellos en los que el foco de calor es superior a 150 grados, este
nivel de calor permite aprovechar el recurso para producir electricidad.
Anódica Variación de la intensidad de la radiación emitida, dependiendo del ángulo con
que se emite respecto al ánodo. La intensidad del haz disminuye rápidamente desde el
rayo central hasta el ánodo, debido en parte a que los rayos producidos a una pequeña
profundidad del ánodo deben atravesar un mayor espesor hasta la superficie y por ello se
atenúan.
Ánodo: Es un electrodo en el cual se produce la reacción de oxidación.
Biomasa: Conjunto de recursos forestales, plantas terrestres y acuáticas, de residuos y subproductos agrícolas, ganaderos, urbanos e industriales. Esta fuente energética puede ser aprovechada mediante su combustión directa a través de su transformación en biogás, bioalcohol,
Baja entalpia: Son aquellos en los que el foco de calor no supera a los 100 grados. Resultan muy útiles para procesos industriales, calefacción, balneoterapia, acuicultura, para evitar placas de hielo en calles o carreteras, etc.
Calidad del Recurso: Indica en porcentaje, la cantidad de vapor que contiene el recurso geotérmico al ser extraído, por ejemplo, una calidad de 0.8 indica que el 80% del fluido extraído es vapor y el 20% restante es agua y contaminantes sólidos.
Cogeneradores: Combinación de calor y energía, como también se la conoce, es simplemente la generación simultánea de calor y electricidad. Corrosión: es el deterioro que sufren los metales cuando interactúan con el medio con el que trabajan. Electrolisis: es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de
la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (una
reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).
83
Energía geotérmica: Energía obtenida a partir del aprovechamiento de calor del interior de la tierra. Engramado: Armazón de madera o metal que sirve para hacer una pared, tabique o
suelo, una vez rellenados los huecos.
Entalpía: Es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.
Entropía: Es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de
la energía que no puede utilizarse para producir trabajo.
Eyector: Bomba que sirve para expulsar un fluido a gran velocidad mediante la corriente
de otro fluido.
Fumarolas: Son emisiones gaseosas de las lavas en los cráteres a temperaturas más o
menos elevadas. Su composición varía según la temperatura de las lavas, de tal manera que va cambiando desde que las fumarolas aparecen hasta su extinción.
Hendidura: Abertura o corte profundo en un cuerpo solido que no llega a dividirlo del todo.
Isoentrópico: Es aquel en el que la entropía del fluido que forma el sistema permanece
constante.
Media entalpia: Son aquellos en los que el foco de calor se sitúa entre 100 y los 150 grados. Se pueden utilizar para producir electricidad mediante ciclos binarios, aunque el rendimiento es inferior a la alta entalpia.
Paneles fotovoltaicos: Están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas)
que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos (electricidad solar).
Separador ciclónico: Método de retirar partículas del aire, gas o flujo de líquido, sin el
uso de un filtro de aire, utilizando un vórtice para la separación. Los efectos de rotación y
la gravedad son usados para separar mezclas de sólidos y fluidos. El método también
puede separar pequeñas gotas de un líquido de un flujo gaseoso.
Poliuretano: Es una resina sintética que se obtiene mediante condensación de
poliésteres; se caracteriza por su baja densidad y son muy utilizados como aislantes
térmicos y espumas resilientes, elastómeros durables, adhesivos y selladores de alto
rendimiento, pinturas, fibras, sellos, empaques, juntas, preservativos, partes automotrices,
en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más
Vulcanología: Es el estudio de los volcanes, la lava, el magma y otros
fenómenos geológicos relacionados.
84
BIBLIOGRAFÍA
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Reporton the Development of the total Flow Concept, Lawrence Livermore Laboratory
Rep. UCRL-50046-77, Livermore, CA.1978.
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HABEL, R. “Honey Lake Power Facility, Lassen County,” Geothermal Hot Line, 20: N° 1,
1991
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85
ANEXOS