vulcanología y geotermia
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Presentación en donde se ve un asboso de la relación entre la vulcanología y la energía geotérmica.TRANSCRIPT
Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Vulcanologıa y Energıa Geotermica
Arnaldo Hernandez Cardona
Arnaldo Hernandez Cardona Energıas Renovables
Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Objetivo
Caracterizar las propiedades que unen los conceptos
de vulcanologıa y energıa geotermica.
Arnaldo Hernandez Cardona Energıas Renovables
Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Definicion
Energıa Geotermica
Energıa contenida como calor en el interior de la Tierra.
Potencia (W) de
Energıa solar recibida (y vuelta a irradiar) ∼= 2× 1017
Energıa liberada por los terremotos ∼= 1011
Energıa Geotermica ∼= 4,2× 1013
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Definicion
Energıa Geotermica
Energıa contenida como calor en el interior de la Tierra.
Potencia (W) de
Energıa solar recibida (y vuelta a irradiar) ∼= 2× 1017
Energıa liberada por los terremotos ∼= 1011
Energıa Geotermica ∼= 4,2× 1013
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Ejemplo
Ecuacion de conduccion
∂T
∂t=
k
ρcP
∂2T
∂z2+
G
k
G representa el calor generado por segundo en cada m3 delmedio.
ρ su densidad.
cP el calor especifico del medio.
k la conductividad termica del medio.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Ejemplo
Considerando un estado estacionario entonces
∂2T
∂z2= −
G
k
Cuya solucion es de la forma
T =G
2kz2 + C0z + T0
Suponemos valores z = 10km, G = 3µW /m3, k = 2,5Wm−1K−1,C0 = 0,03oC/m y T0 = 0oC .
T = 240oC para una profundidad de 10 km
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Ejemplo
Bajo todas las suposiciones anteriores, este ultimo valor alivia...
Tres yacimentos de roca caliente
Lugar Periodo Temp. max.(oC ) Profundidad (m)Rosemanows (RU) 1980− 1993 80 2200Hijiori (Japon) 1985− 1998 270 2200Soultz (Francia) 1989− 1997 168 3500
Soultz 1998−? 200 5000
[6]Pous, J.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Flujo de Calor
La ecuacion tendrıa terminos acerca de
Flujo de Calor =
Gradiente adiabatico
Conductividad Termica en una distancia radial
Decaimiento Radiactivo
Reacciones Quımicas
dTdt
∼dpdt
+ 1r2
∂
∂rr2 ∂T
∂r+
∑
e−λi t +∑
Ji
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Flujo de Calor
La ecuacion tendrıa terminos acerca de
Flujo de Calor =
Gradiente adiabatico
Conductividad Termica en una distancia radial
Decaimiento Radiactivo
Reacciones Quımicas
dTdt
∼dpdt
+ 1r2
∂
∂rr2 ∂T
∂r+
∑
e−λi t +∑
Ji
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Se simplifica en Vulcanologıa
Transferencia de calor
↓
dentro de las camaras magmaticas
↓
conveccion
dTdt
= ∂T∂t
+ uconv∂T∂r
Sin tomar en cuenta las reacciones quımicas.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Se simplifica en Vulcanologıa
Transferencia de calor
↓
dentro de las camaras magmaticas
↓
conveccion
dTdt
= ∂T∂t
+ uconv∂T∂r
Sin tomar en cuenta las reacciones quımicas.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Areas
Definicion
Regiones de la corteza caracterizadas por un gradiente detemperatura.
Areas no termales: ∆T ≈ 10 − 40oC
Areas termales: ∆T ≈ 70− 80oC
Areas hipertermales: ≈ ∆T > 100oC
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Areas
Definicion
Regiones de la corteza caracterizadas por un gradiente detemperatura.
Areas no termales: ∆T ≈ 10 − 40oC
Areas termales: ∆T ≈ 70− 80oC
Areas hipertermales: ≈ ∆T > 100oC
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Areas
Definicion
Regiones de la corteza caracterizadas por un gradiente detemperatura.
Areas no termales: ∆T ≈ 10 − 40oC
Areas termales: ∆T ≈ 70− 80oC
Areas hipertermales: ≈ ∆T > 100oC
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Areas
Definicion
Regiones de la corteza caracterizadas por un gradiente detemperatura.
Areas no termales: ∆T ≈ 10 − 40oC
Areas termales: ∆T ≈ 70− 80oC
Areas hipertermales: ≈ ∆T > 100oC
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Campos Geotermales
Definicion
Regiones de la corteza en donde se encuentran manifestacionesgeotermales.
Semitermales: T ≈ 60− 100oC
Hipertermicos humedos: T > 100oC Cerro Prieto, Mexico.
Hipertermicos secos: P >> PA , T ≈ 0− 50oC
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Campos Geotermales
Definicion
Regiones de la corteza en donde se encuentran manifestacionesgeotermales.
Semitermales: T ≈ 60− 100oC
Hipertermicos humedos: T > 100oC Cerro Prieto, Mexico.
Hipertermicos secos: P >> PA , T ≈ 0− 50oC
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Campos Geotermales
Definicion
Regiones de la corteza en donde se encuentran manifestacionesgeotermales.
Semitermales: T ≈ 60− 100oC
Hipertermicos humedos: T > 100oC Cerro Prieto, Mexico.
Hipertermicos secos: P >> PA , T ≈ 0− 50oC
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Campos Geotermales
Definicion
Regiones de la corteza en donde se encuentran manifestacionesgeotermales.
Semitermales: T ≈ 60− 100oC
Hipertermicos humedos: T > 100oC Cerro Prieto, Mexico.
Hipertermicos secos: P >> PA , T ≈ 0− 50oC
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Campos Geotermales
Definicion
Regiones de la corteza en donde se encuentran manifestacionesgeotermales.
Semitermales: T ≈ 60− 100oC
Hipertermicos humedos: T > 100oC Cerro Prieto, Mexico.
Hipertermicos secos: P >> PA , T ≈ 0− 50oC
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Sistema Hidrotermal
Funte de calor
⇒ intrusionmagmatica
Reservorio
⇒ acuıfero en rocapermeble
Capa impermeable
⇒ evita perdidas devapor y calor
Area de recarga
⇒ laderas, zonaspermebles en lasuperficie
Figura: Seccion de un campogeotermal.[5]Grant modificada ”sin permiso”.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Sistema Hidrotermal
Funte de calor
⇒ intrusionmagmatica
Reservorio
⇒ acuıfero en rocapermeble
Capa impermeable
⇒ evita perdidas devapor y calor
Area de recarga
⇒ laderas, zonaspermebles en lasuperficie
Figura: Seccion de un campogeotermal.[5]Grant modificada ”sin permiso”.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Sistema Hidrotermal
Funte de calor
⇒ intrusionmagmatica
Reservorio
⇒ acuıfero en rocapermeble
Capa impermeable
⇒ evita perdidas devapor y calor
Area de recarga
⇒ laderas, zonaspermebles en lasuperficie
Figura: Seccion de un campogeotermal.[5]Grant modificada ”sin permiso”.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Sistema Hidrotermal
Funte de calor
⇒ intrusionmagmatica
Reservorio
⇒ acuıfero en rocapermeble
Capa impermeable
⇒ evita perdidas devapor y calor
Area de recarga
⇒ laderas, zonaspermebles en lasuperficie
Figura: Seccion de un campogeotermal.[5]Grant modificada ”sin permiso”.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Hidrovulcanismo
Definicion
Vulcanismo en campos con cuerpos subterraneos de agua,presentando actividad hidrotermal.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Modelo de velocidad-altura en una erupcion
Figura: Modelo de velocidad-altura de una columna en una erupcion.[1]Wohletz modificada ”sin permiso”.
a)
n=1.5, 2, 3, 10 en% de concentracion de agua
velocidad de salida 400 m/s
radio del ducto 200 m
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Modelo de velocidad-altura en una erupcion
Figura: Modelo de velocidad-altura de una columna en una erupcion.[1]Wohletz modificada ”sin permiso”.
b)
n=3% de concentracion de agua
velocidad de salida variable
radio del ducto 200 m
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Modelo de velocidad-altura en una erupcion
Figura: Modelo de velocidad-altura de una columna en una erupcion.[1]Wohletz modificada ”sin permiso”.
c)
n=3% de concentracion de agua
velocidad de salida 400 m/s
radio del ducto variable
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?NO
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Energıa Dsiponible
¿Es aprovechable toda esta energıa geotermica?
¿Porque sucede esto?
Cuando el agua se mezcla → la energıa se conserva ¡pero! laentropıa aumenta; por lo tanto la capacidad de transformarcalor en energıa se reduce.
⇐ La eficiencia de la conversion esta limitada por lasegunda ley de la termodinamica.
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Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Energıa Almacenada
Calor Almacenado
Calor disponible en el volumen del reservorio.
Qtot =
∫
ρtCt(T − T0)dV
siendo ρt y Ct densidad y calor especifico de la roca del sistema, Ty T0 temperaturas dentro y fuera del reservorio y V su volumenestimado.
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Energıa Almacenada
Energıa Obtenida
E = ηQ
siendo η
η ≈ 1−T0 − 273
TWH − 237
donde TWH es la temperatura en el fondo del pozo.
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Como conclusion
La energıa geotermica de campos volcanicos promete ser una
gran fuente.
El problema existente es aun teorico y tecnologicamente aunno podemos manejar temperatura mas altas.
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Referencias
Libros
[1 ] Wohletz, K. Heiken, G. “Vulcanology and GeothermalEnergy”. Univeristy of California Press. USA. 1992.
[2 ] H. Christopher, H. Armstead. “Energıa Geotermica”. Ed.Limusa. Mexico, 1989.
[3 ] DiPippo R. “Geothermal Power Plants. Principles,Applications and Case Studies”.Elsevier Science. 2005.
[4 ] Seikan Ishigai. “Steam Power Engineering. Thermal andhydraulic design principles”. Cambridge University Press.USA. 1999.
[5 ] Grant, Malcom A., Bixley, Paul F. “Geothermal ReservoirEngineering” ELSEVIER. USA. 2a ed. 2011. pp 359
[6 ] Pous, J., Jutglar, L., “Energıa Geotermica”. CEAC.Barcelona. 2004. pp 273.
Arnaldo Hernandez Cardona Energıas Renovables
Objetivo Definicion Ejemplo de conduccion Flujo de calor Clasificacion Un Modelo Energıa Conclusion Referencias
Artıculos
[7 ] Wohletz, K. “Hidrovulcanismo” USA. Los Alamos.
[8 ] “Geothermal Energy. Review of research and development”.UNESCO. Paris. 1977.
[9 ] Reyes, A. G., 2007. “A preliminary evaluation of sources ofgeothermal energy for direct heat use”, GNS Science Report2007/16, 42 p.
[10 ] Barbier, E,. 1997. “Nature and Technology of GeothermalEnergy: A Review”. Renewable and Sustantable EnergyReviews. 1, 1;2, pp 1-69.
[11 ] Choon Lee, K., 2001. “Classification of geothermal resourcesby exergy”. Geothermics. 30, pp 431-442.
[12 ]”The Future of Geothermal Energy” Idaho NationalLaboratory. 2006.
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