Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Geotérmica y Mareomotriz

Energía Geotérmica: Componentes, Tipos y Aplicaciones

Componentes Clave de una Planta Geotérmica

Pozos de extracción

Permiten extraer agua o vapor caliente del interior de la Tierra.

Pozos de reinyección

Se usan para devolver el agua enfriada al subsuelo, manteniendo el equilibrio del sistema geotérmico.

Vaporducto

Conductos que transportan el vapor desde los pozos de extracción hacia el intercambiador o las turbinas.

Intercambiador

Equipo donde el calor del vapor o agua caliente es transferido a otro fluido o sistema.

Turbina y Generador

Conjunto que convierte la energía del vapor en energía mecánica y luego en electricidad.

Torres de enfriamiento

Dispositivos que enfrían el agua caliente antes de ser reutilizada o reinyectada.

Pozos de evacuación de exceso de temperatura

Ayudan a liberar calor sobrante para evitar sobrecargas en el sistema.

Pozos de control

Monitorean las condiciones del subsuelo y el funcionamiento del sistema.

Red eléctrica

Sistema que transporta la electricidad generada hacia los consumidores finales.

Clasificación de la Energía Geotérmica

Geotermia Somera (Baja Entalpía)

La geotermia somera se caracteriza por el aprovechamiento de recursos a muy baja y baja temperatura, principalmente para usos térmicos directos.

• Muy baja temperatura (T < 30 °C): Usada principalmente para climatización mediante bombas de calor geotérmicas.
• Baja temperatura (30-100 °C): Aplicada para procesos industriales y climatización.

Clasificación por Temperatura del Recurso

• Muy alta (>150 °C): Generación de energía eléctrica.
• Media (100-150 °C): Generación eléctrica y usos térmicos.
• Baja (30-100 °C): Usos directos del calor en procesos industriales y climatización.
• Muy baja (T < 30 °C): Climatización con bombas de calor.

Clasificación por Fase del Fluido

• Vapor o mezcla vapor-líquido: Utilizado principalmente para generación eléctrica.
• Líquido: Usado en sistemas de intercambio de calor o bombas geotérmicas.

Tipos de Aprovechamiento Geotérmico

• Generación eléctrica: A partir de vapor de alta temperatura.
• Uso directo del calor: Calefacción, climatización o procesos industriales mediante intercambiadores o bombas de calor.

Tipos de Plantas Geotérmicas

1. Plantas de vapor seco: Utilizan vapor geotérmico directamente (T > 150 °C) sin necesidad de condensación para mover la turbina.
2. Plantas de mezcla vapor/agua (flash): Separan vapor de agua caliente geotérmica para generar energía.
3. Plantas de ciclo binario: Funcionan con fluidos geotérmicos de baja a media temperatura (T < 150 °C), transfiriendo el calor a un fluido secundario con un punto de ebullición más bajo para mover la turbina.

Componentes Clave de las Plantas Geotérmicas (General)

Aunque los componentes específicos varían según el tipo de planta, los elementos fundamentales incluyen:

• Fuente de calor geotérmico: El recurso de vapor o agua caliente extraído del subsuelo.
• Turbina y generador eléctrico: Convierten la energía del vapor o del fluido secundario en electricidad.
• Condensador y torre de enfriamiento: Reenfrían el vapor o el fluido de trabajo para reiniciar el ciclo.

Energía Mareomotriz: Aprovechamiento de las Mareas

La energía mareomotriz es una forma de energía renovable que aprovecha el movimiento de las mareas, impulsado por la interacción gravitacional entre la Tierra, la Luna y el Sol.

Influencia de los Cuerpos Celestes en las Mareas

• Cuando la Luna y el Sol están alineados (Luna Llena y Luna Nueva), se producen las mayores diferencias de mareas, conocidas como mareas vivas.
• Cuando la Luna y el Sol están en ángulo recto (Luna Creciente y Menguante), se producen las menores diferencias de mareas, denominadas mareas muertas.

Cálculo de la Energía Mareomotriz Teórica

La energía máxima teórica bruta (E_m,tb) que puede almacenarse en un embalse de área A se alcanza cuando la diferencia de nivel entre el interior y el exterior del embalse es máxima (corresponde a la amplitud a de la marea) y viene dada por la siguiente fórmula:

Variables Involucradas en el Cálculo

• Densidad del agua (ρ): 1033 kg/m³.
• Gravedad (g): 9.807 m/s².
• Amplitud de la marea (a): 5 m.
• Área del embalse (A): 1 km² = 1⋅10⁶ m².

Fórmula para Calcular la Energía Máxima Teórica