Unidad 8. Geotermia Terrazas Ismael Narda Jazmin

Geotermia

La geotermia es una rama de la ciencia geofísica que se dedica al estudio de las condiciones térmicas de la Tierra. Uno de los frutos de la técnica más notables, es la extracción de la energía geotérmica. Es la energía termal acumulada bajo la superficie de la tierra en zonas de agua de alta presión, sistemas de vapor o de agua caliente, así que en rocas calientes. La energía termal usada consiste en parte de la corriente permanente de calor desde el núcleo de la tierra, a través del manto y hasta la superficie, dónde la energía está desprendido a la atmósfera. La otra parte forman procesos de desintegración radiactiva que suceden naturalmente en el manto y liberan energía. Geotermia es una palabra de origen griego, que deriva de "geos" que quiere decir tierra, y de "thermos" que significa calor: el calor de la tierra. Se emplea indistintamente para designar tanto a la ciencia que estudia los fenómenos térmicos internos del planeta como al conjunto de procesos industriales que intentan explotar ese calor para producir energía eléctrica y/o calor útil para el ser humano. La climatización geotérmica es un sistema de climatización (calefacción y/o refrigeración) que utiliza la gran inercia térmica (temperatura constante, dependiendo de los diferentes lugares, desde 10 a 16 ºC) del subsuelo poco profundo. Se utiliza una bomba de calor que es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un ambiente a otro según se requiera. Su funcionamiento es muy similar a un aire acondicionado tradicional que funciona para frío o como calefacción. El subsuelo suele estar a un temperatura neutra durante todo el año (más fresco en verano que el aire y más templado en invierno), con lo que el rendimiento de la bomba de calor es muy alto al necesitar menos trabajo para realizar la trasferencia de energía

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8.1 Conceptos fundamentales

* Temperatura. Es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío.

* Calor. Es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.

* Energía. Es la capacidad para realizar un trabajo.

* Corteza terrestre. Es la capa rocosa externa de la tierra.

* Magma. Es una mezcla de alta temperatura compuesta de roca fundida y gases.

* Volcanes. Es una estructura geológica por la cual emergen el magma en forma de lava y gases del interior del planeta.

* Recurso renovable. Es considerado como un recurso renovable si se puede restaurar por procesos naturales a una velocidad similar o superior a la de consumo por los seres humanos.

* Yacimiento. En geología, es una formación en la que está presente una concentración estadísticamente anómala de minerales presentes en la corteza terrestre o litosfera. * Cámara magmática. Es un gran repositorio subterráneo de roca fundida llamada magma. * Aguas termales.

*Recurso Geotérmico

Basado en la energía contenida en el fluido y sus posibles formas de utilización. Considerando la entalpía (energía de un sistema termodinámico) proporcional a la temperatura, el recurso geotérmico se

clasifica comúnmente en:

- Baja entalpía: T < 90°C Usos de calor directo

- Media entalpía: 90°C < T < 150°C Pequeña y media generación

- Alta entalpía: T > 150°C Gran generación eléctrica

>100MW Ref: Muffler y Cataldi (1978)

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8.2. Causas del incremento de temperatura en el subsuelo.

La energía geotérmica de baja temperatura se aplica a la producción de calefacción, aire acondicionado y agua caliente. Su funcionamiento es muy simple, y es una forma económica y eficiente de reducir drásticamente el consumo de energía. La temperatura media de la Tierra depende, en gran medida, del flujo de radiación solar que recibe. Sin embargo, debido a que ese aporte de energía apenas varía en el tiempo, no se considera que sea una contribución importante para la variabilidad de la temperatura a corto plazo. Las variaciones en el campo magnético solar y, por tanto, en las emisiones de viento solar, también son importantes, debido al desgaste de la capa de ozono, entra la energía solar de forma más intensa y directa.

Principio de funcionamiento Cada media hora, el sol provee energía suficiente a la Tierra para cubrir sus necesidades energéticas de todo un año. La atmósfera terrestre deja pasar la radiación solar, que calienta el suelo. La radiación reflejada por el suelo, de menor longitud de onda que la radiación incidente, no puede volver a atravesar en su totalidad la atmósfera hacia el espacio exterior. El resultado es que una parte importante de la radiación incidente sobre la tierra se queda en el subsuelo y en la atmósfera en forma de calor. Es lo que se conoce como efecto invernadero. La acción humana de quemar ingentes cantidades de combustibles fósiles ha originado un incremento del contenido de dióxido de carbono en la atmósfera, con el efecto indeseado de incrementar la capacidad de la atmósfera de retener el calor de la radiación solar, con la consecuencia de un incremento de las temperaturas medias de la tierra, especialmente en las zonas polares. A este incremento, de consecuencias imprevisibles, pero cuyos efectos se hacen ya notar en el clima, se le conoce como Cambio Climático.

Impactos de meteoritos En raras ocasiones ocurren eventos de tipo catastrófico que cambian la faz de la Tierra para siempre. El último de tales acontecimientos catastróficos sucedió hace 65 millones de años. Se trata de los impactos de meteoritos de gran tamaño. Es indudable que tales fenómenos, pueden provocar un efecto devastador sobre 24 el clima y la temperatura al liberar grandes cantidades de CO2, polvo y cenizas a la atmósfera y al subsuelo, debido a la quema de grandes extensiones boscosas. De la misma forma, tales sucesos podrían intensificar la actividad volcánica en ciertas regiones.

Influencias internas La deriva continental es un proceso sumamente lento, por lo que la posición de los continentes fija el comportamiento del clima durante millones de años. Hay dos aspectos a tener en cuenta. Por una parte, las latitudes en las que se concentra la masa continental: si las masas continentales están situadas en latitudes bajas habrá pocos glaciares continentales y, en general, temperaturas medias menos extremas. Así mismo, si los continentes se hallan muy fragmentados habrá menos continentalidad.

Efecto invernadero Se denomina efecto invernadero al fenómeno por el cual la atmósfera terrestre retiene parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado por la radiación solar.

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Vulcanismo El vulcanismo es parte del proceso de extracción de material fundido (magma) desde el interior de un plantea, y su derrame sobre la superficie a través de grietas, fisuras y orificios. Las erupciones también liberan hacia la superficie gases frescos provenientes del material derretido del interior de la Tierra. El volcanismo es parte del proceso mediante el cual se enfría un planeta. Aun cuando no son volcanes, los géisers y manantiales calientes son parte del proceso volcánico, involucrando agua y actividad hidrotermal. De acuerdo a la viscosidad del material, varían las características de la erupción volcánica.

8.3. Clasificación de campos geotérmicos.

De alta temperatura: son aquellos yacimientos que proporcionan suficiente calor para producir energía eléctrica a partir de vapor de agua de manera rentable; generalmente se  encuentran a más de 150 ºC. Se localizan en zonas de escaso espesor litosférico o vulcanismo activo.Dentro del grupo de los yacimientos geotérmicos de alta temperatura figuran los yacimientos geotérmicos llamados "de roca seca caliente" (HDR: Hot Dry Rock), que se explotan mediante las llamadas técnicas de "estimulación de yacimientos geotérmicos" (EGS: Enhanced Geothermal System). De forma muy sencilla, consisten en una masa de roca profunda en la que se estimula la fracturación y la circulación de fluidos para crear un yacimiento geotérmico (cuya explotación, por consiguiente, sea viable). Este tipo de yacimientos requiere gradientes geotérmicos elevados, pero sí un contexto geológico muy específico. En Cataluña se  han concedido varios permisos de investigación minera para este tipo de yacimientos, aunque su  implantación todavía está en fase experimental.De temperatura media: son aquellos yacimientos que a pesar de presentar una temperatura inferior, permiten extraer calor suficiente para producir energía eléctrica a partir de un fluido volátil, pero con un rendimiento menor que en el caso de los yacimientos de alta temperatura. Por lo general, el yacimiento alcanza temperaturas entre 100 y 150 ºC. Están en zonas con un contexto geológico y estructural favorable y un gradiente superior a la media. Su aprovechamiento también puede ser directo en forma de calor y sus principales aplicaciones se dan en sistemas de calefacción urbanos y en procesos industriales.De baja temperatura: son aquellos yacimientos cuya temperatura se encuentra entre los 100 y los 30 ºC. Se localizan en zonas con un contexto geológico favorable con presencia de acuíferos profundos, si bien el gradiente puede aproximarse al gradiente medio. Su explotación consiste en extraer agua caliente del acuífero i reinyectarla fría. Se utiliza únicamente para usos directos de calor en sistemas de calefacción urbanos y en procesos industriales.De muy baja temperatura: son yacimientos la temperatura de los cuales es inferior a los 30ºC.  Se suelen utilizar como intercambiador térmico en sistemas de climatización doméstica y agrícola medianmte bomba de calor. Estos yacimientos pueden hallarse en cualquier lugar, ya que el gradiente geotérmico solo condiciona la eficiencia del sistema.

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Ejemplo de tipos de explotación de yacimientos geotérmicos

1) De alta temperatura: en un basamento granítico muy profundo debajo de una cobertera sedimentaria (relación de unidades con un contraste de conductividad térmica que favorece el gradiente geotérmico), se inyecta agua fría i se extrae muy caliente de forma que, en contacto con un segundo ciruito en superficie, se genera vapor de agua para producir electricidad.2) De media temperatura: de un acuífero profundo se extrae agua caliente paraintercambiar calor con un sistema de calefacción de distrito urbano, y se reinyecta.3) De baja temperatura: mediante un intercambiador de calor enterrado se explota la inercia térmica del terreno que proporciona una temperatura estable para climatizar una casa tanto en invierno como en verano.4) También se representa una surgencia térmica natural originada por un proceso de circulación de agua: infiltración en una zona de recarga, transición lenta por un acuífero profundo y descarga rápida a través de una falla permeable.

8.4. Aplicaciones y usos de la energía geotermia.

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra". Ventajas e inconvenientes Ventajas

1. Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.

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2. Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental 27 que los originados por el petróleo y el carbón.

3. Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético

4. Ausencia de ruidos exteriores

5. Los recursos geotérmicos son mayores que los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados.

6. No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales.

7. El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, tala de bosques, ni construcción de tanques de almacenamiento de combustibles

. 8. La emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión.

Inconvenientes

1. En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.

2. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.

3. Contaminación térmica.

4. Deterioro del paisaje.

5. No se puede transportar (como energía primaria).

6. No está disponible más que en determinados lugares.

usos de la energía geotérmica

Balnearios.

Calefacción y agua caliente.

Electricidad.

Extracción de minerales.

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Agricultura y acuicultura.

8.5. Zonas y yacimientos de México.

México es el sexto mayor productor de petróleo en el mundo y el décimo en términos de exportación neta al 2007. Los principales yacimientos de petróleo y gas natural en México se localizan en las regiones marina y del sudeste, donde el petróleo y el gas natural están presentes en las mismas formaciones subterráneas. Por esta razón, la principal fuente de gas natural es el gas asociado que se extrae simultáneamente con el petróleo. Las principales cuencas por su producción acumulada y reservas remanentes de aceite son las de Tampico-Misantla y las denominadas Cuencas del Sureste. Las cuencas de Sabinas, Burgos y Veracruz son primordialmente gasíferas, destacando por su volumetría la de Burgos. Actualmente, la cuenca con menor conocimiento es la del

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Golfo de México profundo: Más del 50% de los recursos potenciales del país se encuentran en aguas profundas. Las estimaciones prospectivas se ubican en cerca de 30 mil millones de barriles de crudo equivalente. La porción profunda de la Cuenca del Golfo de México se ubica en tirantes de agua superiores a 500 metros, cubriendo una superficie aproximada de 575,000 kilómetros cuadrados. Con base en la información hasta ahora adquirida, se han identificado 9 provincias geológicas: Delta del Rio Bravo, Franja de Sla 29 Alóctona, Cinturón Plegado Perdido, Franja Distensiva, Cordilleras Mexicanas, Salina del Golfo Profundo, Escarpe de Campeche, Cañón de Verazcruz y Planicia Abisal, distribuidas en 3 proyectos exploratorios: Golfo de México B, Golfo de México Sur y Área Perdido.

Sabinas: Es una importante cuenca gasífera que se extiende bajo el estado de Coahuila. El espesor estratigráfico cronológicamente abarca desde el Jurásico superior hasta el Cretácico,Superior.

Burgos: La de Burgos es la región productora de gas no asociado más importante de México. Cuenta con cerca de una tercera parte de las reservas de gas no asociado del país. Su dotación original de reservas es casi el doble de la correspondiente a la cuenca de Macuspana, en Tabasco, la otra región productora tradicional de gas no asociado.

Tampico-misantla: La de Tampico-Misantla es una de las cuencas petroleras de México y en ella se diferencian tres provincias productoras de petroleo: la cuenca, propiamente dicha, la Faja de Oro y el Paleocanal de Chicontepec.

Veracruz: La de Veracruz ha producido, desde su descubrimiento en 1953, alrededor de 11.4 x 10^6 m'3 (71.5 X 10^6 bls) de crudo, el cual se extrae, principalmente, de calizas del Albiano-Cenomaniano (For mación Orizaba) y del CampanianoMaastrichtiano (formaciones Méndez y San Felipe). Por otra parte, las lentes arenosas del Mioceno han producido 12 x 10^9 m3 (427.9 x 10^9 pies3) de gas. Las reservas probadas de esta cuenca corresponden al 0.5% de las reservas totales de México. En esta cuenca se diferencian dos elementos geológicos conocidos como Cuenca Terciaria de Veracruz, al oriente, y Plataforma de Córdoba, al occidente. En la Plataforma de Córdoba, los carbonates del Mesozoico fueron fuertemente plegados, fallados inversamente y erosionados durante el Eoceno Medio, por lo que la poco potente sedimentación terrígena post-eocénica descansa en discordancia angular sobre el Mesozoico. En la Cuenca de Veracruz, la tectónica es más tranquila y el espesor del Mesozoico es menor, mientras que la cubierta de terrígenos terciarios se incrementa fuertemente hasta 8 ó 9 km.

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