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¿Qué es la geotermia o energía geotérmica?

A diferencia de la mayoría de las energías renovables, la geotermia no tiene su origen principal en la radiación del sol, sino en la diferencia de temperaturas que existe entre el interior de la tierra y su superficie.

Por lo tanto, podemos definir la energía geotérmica como aquella energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de la tierra. Engloba el calor almacenado en suelos, rocas, aguas subterráneas cualquiera que sea su temperatura , profundidad y procedencia.

De esta forma sabemos, que en mayor o menor medida, se encuentra almacenada bajo nuestros pies una energía que podemos y debemos aprovechar.

energiageotermica

Tipos de geotermia / energía geotérmica?

En función de la entalpía y la temperatura existente en el subsuelo, se puede realizar la siguiente clasificación:

Calefacción por geotermia.Tabla con la clasificación de los distintos tipos de energía geotérmica en función de su temperatura y entalpíaComo vemos, la energía geotérmica, la podemos aprovechar, según su entalpía y temperaturas, para dos aplicaciones principales: Calor (Climatización, Agua Caliente Sanitaria, Calefacción por geotermia) y Generación de Energía Eléctrica.
En la siguiente gráfica, se indican las diferentes tecnologías aplicables para cada uso.

En este artículo nos centraremos en la Bomba de Calor

Calefacción por geotermia. Tabla de clasificación de sistemas de utilización de energía geotérmica en función de la temperatura del terreno
La aplicación de energía geotérmica de muy baja entalpía para producción de calor con destino a calefacción por geotermia y/o climatización para viviendas unifamiliares, edificios residenciales, edificios de oficinas, colegios, es el sistema más comúnmente utilizado en edificación.
Cómo aprovechamos la energía geotérmica de muy baja entalpía?

Calefacción por geotermia. Temperaturas-Geotermia

Si nos fijamos en el gráfico, para diferentes épocas del año, la temperatura del terreno tiende a ser constante (10ºC) a 10 metros de profundidad.

El color Azul corresponde al invierno (0ºC exteriores), y a medida que profundizamos la temperatura va aumentando, hasta alcanzar un valor de 10ºC.

El color Rojo corresponde a la época de verano (20ºC exteriores), donde ocurre lo contrario. A medida que profundizamos, la temperatura desciende hasta alcanzar un valor de 10ºC.
Temperatura constante del terreno en la energía geotérmica

A una profundidad de 15 a 20 metros, se considera que el terreno comienza a estar a una temperatura constante todo el año, independientemente de la temperatura exterior, con un valor ligeramente superior a la media anual de la superficie (Por ejemplo, en España se consideran 15ºC).

Por debajo de 20 metros, la temperatura aumenta a razón de unos 3ºC por cada 100 metros de profundidad, debido al gradiente geotérmico. Es decir, que a medida que se profundiza, mayor importancia adquiere la energía procedente del interior de la tierra y menos la procedente del sol. No obstante, en las primeras decenas de metros, el sol es una auténtica fuente de energía, que no solo calienta la corteza terrestre, sino que calienta toda la atmósfera, y por consiguiente el agua de lluvia que se convierte en un aporte extra de energía al terreno.

Esta energía disponible, la podemos aprovechar intercambiándola con un fluido caloportador.

En el siguiente vídeo, se explica visualmente todo lo que hemos comentado hasta ahora de forma resumida (Fuente: GEOPLAT):

¿Cómo captamos la energía geotérmica?

Hemos visto hasta ahora, que disponemos de una fuente inagotable de energía durante todas las épocas del año. Para aprovechar esa energía, necesitamos sistemas que nos permitan captarla o cederla como consecuencia del salto térmico entre el terreno y el fluido caloportador. También, es posible extraer las aguas subterráneas y aprovechar su temperatura. Veamos los sistemas de captación de la energía geotérmica:

Captación Geotérmica Horizontal Enterrada

Captación horizontal enterradaConsiste en la instalación de una serie de tuberías de polietileno, denominadas colectores horizontales, por las que circula agua con glicol (anticongelante). Se necesita que la parcela disponga de una superficie amplia para poder realizar el tendido del circuito a poca profundidad

En este sistema, debido a la escasa profundidad a la que se entierran las tuberías (0,6 a 1,5 m), el clima tiene especial influencia. El terreno sirve de acumulador de la energía del sol, aportando la energía geotérmica un papel secundario

Energía Geotérmica Vertical con sondas
Captación Geotérmica Vertical con Sondas Geotérmicas

En el caso de que la superficie disponible no sea suficiente para ejecutar el sistema anterior, si existen canalizaciones en el subsuelo, o si la demanda energética es alta, se utiliza el sistema de sondas geotérmicas (colectores de calor) en posición vertical en el interior de una o varias perforaciones, con profundidades que pueden oscilar entre los 25 a 150 metros, y diámetros de perforación de tan solo 10 o 15 cm.
Tiene la ventaja de que ocupa poco espacio y proporciona una gran estabilidad de las temperaturas

Captación Geotérmica Vertical con Sondas en Pilotes

Imagen de instalación de pilotes energéticos para energia geotermicaCuando por razones de cimentación y de poca resistencia del terreno, se necesita disponer de pilotes, se aprovechan dichos elementos para la captación de la energía geotérmica integrando las sondas en las armaduras. Se denominan pilotes energéticos.

Tiene la ventaja de que aprovechamos unos elementos necesarios en la construcción de la edificación, con lo cuál, no es necesario realizar sondeos exclusivos para su instalación

Captación Geotérmica de Lagos o Ríos

Imagen de lago termal para energía geotérmicaEs el sistema más económico, ya que no se necesitan realizar pozos ni excavaciones. Consiste en aprovechar ríos o lagos que dispongan de aguas termales a una temperatura adecuada, introduciendo directamente los captadores, realizando el intercambio térmico con el agua y no con el terreno.

Los sistemas anteriores corresponden a circuitos cerrados, en los que el fluido caloportador que circula por las tuberías no está en contacto con el terreno, ni con el agua, realizándose un intercambio térmico entre los mismos. Debe existir una bomba hidráulica en superficie que ha de vencer la pérdida de carga del circuito.

Captación de aguas subterráneas para energía geotérmicaExiste un sistema abierto, que consiste en la captación de aguas subterráneas. Para ello se extrae agua hasta la bomba de calor y se devuelve a otro punto del subsuelo en otra perforación diferente.

La bomba hidráulica deberá disponer de una potencia elevada al tener que asegurar un caudal suficiente.

La desventaja es que la eficiencia del sistema puede ser inferior a los sistemas descritos anteriormente, debido al elevado consumo eléctrico de la bomba.

A continuación presentamos un vídeo explicativo de los diferentes sistemas explicados anteriormente

¿Cómo aprovechamos la energía geotérmica? Calefacción por Geotermia

En los apartados anteriores, hemos explicado en qué consiste la energía geotérmica y cómo la captamos.

¿Cómo aprovechamos esa energía?

Para ello necesitamos un equipo que nos permita absorber la energía captada del foco caliente y cederla al foco frío. Con ello podremos aprovecharla en calefacción, agua caliente sanitaria y/o climatización. Ese equipo, se denomina bomba de calor geotérmica.

En nuestro artículo sobre la bomba de calor inverter, explicamos extensamente cómo funciona una bomba de calor. Recordando brevemente, es un equipo térmico que utiliza el ciclo frigorífico de un refrigerante para, mediante un circuito cerrado, absorber calor de un foco caliente (sea aire o agua) y cederlo a un foco frío.

En una bomba de calor aire-aire se absorbe energía del aire exterior, cediéndolo al ambiente interior. Es el caso de funcionamiento de los sistemas de VRV o bombas de calor inverter en funcionamiento de invierno. Estos equipos disponen de rendimientos muy buenos, y son ampliamente utilizados, pero reducen su rendimiento (COP y EER) en función de las condiciones ambientales exteriores.

De igual forma sucede con las bombas de calor aerotérmicas (aire-agua), que aunque también disponen de rendimientos altos, dependen de las condiciones climatológicas exteriores para ser más o menos eficientes.

¿Qué ventaja tienen las bombas de calor geotérmicas?

Si se ha comprendido todo lo comentado hasta ahora:

Disponemos de una temperatura constante durante todo el año (la del terreno)
El rendimiento de la bomba de calor geotérmica no depende de las condiciones exteriores ya que está absorbiendo o cediendo energía siempre a la misma temperatura.
La bomba de calor geotérmica es uno de los equipos de transferencia térmica más eficientes del mercado.

Únicamente, tendremos el consumo de la bomba de circulador del fluido caloportador (agua con anticongelante) y el compresor.

Estos equipos han experimentado en los últimos años una gran evolución, obteniéndose COP de hasta 5 y EER de hasta 6, consiguiendo excelentes rendimientos estacionales.

Estaríamos hablando de equipos altamente eficientes con clases de eficiencia A+ y A++ para sistemas de calefacción por geotermia

Qué aplicaciones tiene la energía geotérmica?

Energía geotérmica con pozos
Las aplicaciones de la energía geotérmica son las siguientes:

Calefacción por geotermia de pequeña y mediana potencia
Agua Caliente Sanitaria por geotermia
Piscinas
Suelo refrescante
En verano invirtiendo el ciclo, absorberíamos calor del interior del edificio y lo cederíamos al subsuelo o a una piscina.
Con ello, el sistema de suelo radiante actuará como sistema de refrescamiento de la vivienda o dependencias.

¿Qué ventajas tiene la energía geotérmica?

Limpia
Renovable
Sistema Eficiente
Energía para todo el mundo, bajo nuestros pies
Energía continua, a diferencia de la solar y la eólica
Bombas de calor actuales con grado de eficiencia elevado. Sistemas de calefacción por geotermia muy eficientes.
Emisiones de CO2 muy inferiores al resto de combustibles
Costes de explotación reducidos