Retroalimentacin a trabajos finales

Energa GeotrmicaIntroduccin

La energa geotrmica es la energa que viene desde lo ms profundo de la tierra. En el centro de la Tierra, a aproximadamente 6,400 kilmetros bajo la superficie, se encuentra un ncleo muy caliente. Algunos cientficos estiman su temperatura de alrededor de 4,200 C. El centro del ncleo es slido. El calor de esta parte del ncleo es suficientemente poderoso como para fundir la roca y convertirla en un lquido llamado magma..La roca fundida forma la parte exterior del ncleo. El calor del magma se eleva a travs del manto de la Tierra. El manto es la capa que rodea el ncleo. La energa geotrmica se manifiesta en forma natural a travs de los volcanes, giseres y aguas termales.

Los volcanes en erupcin son quiz los ms famosos eventos geotrmicos. Cuando un volcn entra en erupcin, el magma de subsuelo atraviesa la corteza de la tierra y fluye a la superficie como lavaCon el tiempo, las personas han aprendido a usar la energa geotrmica para calentar los hogares y producir electricidad. ltimamente un nuevo concepto ha sido considerado como parte de la energa geotrmica, el calentamiento y enfriamiento de edificaciones a travs de la inyeccin de calor o enfriamiento de fluidos en el subsuelo. Esto ltimo a travs de sistemas conocidos como bombas de calor geotrmicas.

La energa geotrmica se puede aprovechar de tres formas.Energa geotrmica directaPlantas de energa geotrmicaBombas de calor geotrmicasEnerga Geotrmica DirectaEn algunos lugares, el agua caliente surge en forma natural o se encuentra muy cerca de la superficie de la Tierra. El agua caliente que sale a la superficie en forma natural se conoce como agua termal. El agua caliente que se mantiene bajo la superficie en forma natural se conoce como depsito geotrmico. Las personas han utilizado este tipo de agua caliente por siglos. En los lugares que se tienen aguas termales o depsitos geotrmicos, las personas utilizan sistemas sencillos para aprovechar ese calor. En este uso directo de la energa geotrmica, el agua caliente fluye desde una fuente (tal como un pozo) hacia el sistema de calefaccin de un edificio. La temperatura del agua puede ser de 20C a 150C.El uso directo de la geotrmica, se remonta hace miles de aos, cuando la gente comenz a utilizar las aguas termales para baarse, cocinar los alimentos, aflojamiento las plumas de aves y las pieles para juego. Hoy en da, las aguas termales siguen siendo utilizadas como balnearios.

En los sistemas modernos de uso directo, se perfora un pozo en un yacimiento geotrmico para proporcionar un flujo constante de agua caliente. El agua es suministrada a travs del pozo y un sistema mecnico tuberas, intercambiador de calor y los controles entregando el calor directamente para su uso previsto. Un sistema de eliminacin, ya sea, inyecta el agua fra al subsuelo o la elimina en la superficie.Los invernaderos y la acuacultura son las dos principales actividades en el uso de la energa geotrmica en el sector de los agronegocios. En el caso de invernaderos, los cuales cubren una gran cantidad de hectreas, se estn cultivando hortalizas, flores, plantas de interior, y plntulas de rboles en ocho estados del oeste (EE.UU.). Las operaciones de Acuacultura estn activas en 10 estados (EE.UU.).Los sistemas de Uso-Directo tpicamente utilizan tres componentes:

Una planta de produccin - por lo general un pozo - para extraer el agua caliente a la superficie;Un sistema mecnico - tuberas, intercambiadores de calor, controles - para entregar el calor al espacio o proceso, yUn sistema de eliminacin - pozo de inyeccin o estanques de almacenamiento - para recibir el fluido geotrmico enfriado.

Otra forma de aprovechar el calor del subsuelo en forma directa es a travs de los tubos enfriadores subterrneosEl pozo provenzal, pozo canadiense, tubos enfriadores subterrneo, o intercambiador aire-suelo es un intercambiador geotrmico de muy baja energa utilizado para refrescar el aire de ventilacin de los edificios en verano. Se llama pozo canadiense cuando sirve para precalentar el aire de ventilacin en invierno.

El sistema de tubos enfriadores subterrneos es una tubera larga de plstico o metlica la cual se encuentra enterrada y por la que circula el aire que ser enfriado. La idea es que a medida que el aire viaja a travs de la tubera, ste transferir su calor a la tierra circundante, permitiendo la entrada de aire ms fresco. Esto ocurrir slo si la tierra es por lo menos varios grados ms fra que el aire entrante.Para el sistema de tubos enfriadores subterraneos se utilizan dos configuraciones, la de circuito abierto y la de circuito cerrado. En el sistema de configuracin abierta, el aire exterior se introduce en los tubos y se entrega directamente a la casa. Con esto se espera proporcionar una ventilacin ms fra al interior de la casa. En el sistema de circuito cerrado el mismo aire del interior es el que circula por las tuberas enterradas. Esto hace que el sistema de circuito cerrado sea ms eficiente que el de circuito abierto, ya que no requiere de un alto grado de deshumidificacin como el requerido para el sistema de circuito abierto.

Energa Geotrmica DirectaLa energa geotrmica tambin es utilizada para generar electricidad. Un sistema hidrotrmico, el cual utiliza el agua caliente o el vapor del subsuelo, convierte el calor de la Tierra en electricidad. Los costos del capital para la construccin de plantas de energa geotrmica son mucho ms altos que para las grandes plantas de carbn o para las nuevas tecnologas de turbinas de gas natural. Pero las plantas geotrmicas tienen costos de operacin y mantenimiento razonables y no tiene costos de combustible.Las tecnologas de generacin de electricidad geotrmica pueden consistir en: Tecnologa "flash" o en Tecnologa "binaria". Plantas de Energa GeotrmicasCon la Tecnologa Flash, el agua se encuentra a 150-370C (300-700F), pero todava en forma lquida, se canaliza desde una reserva bajo tierra a alta presin hacia una instalacin geotrmica. Una vez que esta agua sobrecalentada es liberada, destella en forma de vapor que luego mueve un turbogenerador convencional.

Con la Tecnologa binaria, las aguas que se encuentran en las reservas subterrneas estn a temperaturas ms bajas y son utilizadas para el flasheo. El calor del agua geotrmica se transfiere a un segundo (binario) lquido, que flashea en vapor al calentarse, y ste vapor se utiliza para mover turbinas.Con las Tecnologas de Vapor Seco, son una fuente de combustible mucho ms raro, pero es la que se utiliza en la planta geotrmica ms grande del mundo The Geysers, en el norte de California (EE.UU.) la alta presin del vapor geotrmico se utiliza directamente para accionar una turbina.

Bombas de Calor GeotrmicasUn sistema de intercambio de calor geotrmico utiliza la energa del sol, que se almacena en la tierra, para calentar y enfriar las casas y edificios. Por lo general, la energa elctrica se utiliza solamente para hacer funcionar el ventilador de la unidad, el compresor y bomba.

A diferencia de los sistemas convencionales, los sistemas geotrmicos no queman combustibles fsiles para generar calor simplemente transfieren el calor, para y de la tierra.En el invierno, el lquido circula por la tierra del Sistema o un Circuito en un Estanque, absorbe el calor almacenado y lo lleva al interior. La unidad interior comprime el calor a una temperatura ms alta y la distribuye en todo el edificio. En el verano, el sistema se invierte, tirando de calor del edificio, llevndolo a travs de la tierra o estanque y deposita el calor en la tierra, la cual est ms fra.Los sistemas de intercambio de calor geotrmicos pueden intercambiar calor con el subsuelo o con estanques o lagos.

Los sistemas geotrmicos de estanques pueden proporcionar calefaccin o refrigeracin de alta calidad mientras consumen menos energa. Esto se debe a que la temperatura del agua, unos pocos metros por debajo de la superficie, se mantiene ms constante que el aire durante todo el ao, a pesar de que la temperatura del aire exterior pueda fluctuar mucho ms con el cambio de estaciones. Se colocan circuitos cerrados en estanques o lagos para tomar ventaja de la temperatura del agua ms fra.

Sin embargo, los cuerpos de agua pueden llegar a temperaturas bastante altas en el verano. Esto podra reducir la eficacia del ciclo de refrigeracin. Por supuesto, si un estanque o lago poco profundo se congela durante el invierno, afectara a la eficiencia del sistema y, posiblemente, daar el circuito.El sistema de enfriamiento de lago profundo (DLWC Deep Lake Water Cooling) del Distrito de Toronto, Canad, utiliza 90% menos electricidad que el aire acondicionado convencional y 75% menos energa en general. Genera aproximadamente 265 m3/min (70,000 gal/min) de agua a 4C (39F) del Lago Ontario, para refrigeracin de edificios del centro de dicha ciudad. DLWC disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero, como el dixido de carbono en 40,000 ton/ao. Las emisiones de dixido de azufre se reducirn en 176 toneladas cada ao. El SO2 combinado en la atmsfera forma cido sulfrico, que mata la vida acutica en el lago Ontario.

El sistema de intercambio de calor geotrmico es tambin conocido como bomba de calor geotrmica, ya que el equipo utilizado para el intercambio de calor entre el edificio y el subsuelo o el estanque, es una bomba de calor. El sistema est compuesto de tres partes: lo que es llamado la conexin a tierra, la bomba de calor y un sistema de distribucin de calor. La conexin a tierra es un lazo de tuberas enterradas cerca o enseguida del edificio. Un fluido circula por estas tuberas. El fluido es agua o una mezcla de agua con anticongelante. En invierno, el fluido recoge el calor del subsuelo y lo lleva a la bomba de calor, para luego enviarlo al edificio. En varano, la bomba de calor se invierte para enfriar el edificio. Ahora el calor es recogido del edificio y enviado al subsuelo.Las partes principales del aire acondicionado convencional son el evaporador, el compresor, el condensador y la vlvula de expansin.Funcionamiento de un Aire Acondicionado Convencional

Por el circuito (tuberas) circula un fluido (el gas refrigerante) el cual tiene la caracterstica de evaporar a baja temperatura. El fluido en forma lquida entra al evaporador (imaginen un especie de serpentn o radiador de auto) a una temperatura muy baja, al pasar el aire caliente, que fue recolectado del cuarto, y estar en contacto con la tubera fra, este se enfra y de esa forma regresa aire fro al cuarto. El calor del aire es removido por el fluido que va por la tubera del evaporador haciendo que este pase de una fase lquida a una fase gaseosa,se evapora, de ah el nombre de evaporador.

Ya en forma de vapor, el fluido se comprime en el compresor, y es enviado al condensador (serpentn o radiador de auto), por el cual circular aire ambiente con temperatura ms fra que la del fluido, removiendo el calor del fluido y haciendo que este se condense (pasando de una fase gaseosa a una lquida), de ah el nombre del dispositivo de condensador. De ah el fluido pasa a travs de una vlvula conocida como vlvula de expansin, que permite que el fluido que sale del condensador en forma lquida y caliente, se convierta en un lquido fro. Y con esto el ciclo se repite.Durante el verano, cuando uno se para en la parte exterior de un aire acondicionado de ventana, lo que siente es un flujo de aire caliente, ese aire caliente es del calor removido del interior, estamos sacando calor de una parte fra (interior 25 C) a una parte caliente (exterior 35C). Funcionamiento de una Bomba de Calor

Ahora imaginen que durante el invierno, invertimos el aire acondicionado y extraemos calor de la parte fra (el exterior a 8C) y lo metemos a una parte ms caliente (interior a 20C). Bsicamente as funciona la bomba de calor. La bomba de calor es meramente un aire acondicionado que tiene una vlvula extra (vlvula reversible) que permite invertir el condensador y el evaporador. Es decir el dispositivo que en el varano hace la funcin de evaporador para enfriar el aire del interior, en el invierno har la funcin de condensador para calentar el aire del interior.

La diferencia entre una bomba de calor convencional y una bomba de calor geotrmica es que el serpentn que va hacia el exterior para disipar calor en el varano o extraer calor en el invierno, en lugar de utilizar el aire exterior como medio de transferencia de calor, utiliza agua que proviene de las tuberas enterradas.

Un aire acondicionado convencional o una bomba de calor es ms eficiente durante el verano cuando las temperaturas del exterior son ms bajas, es decir en la noche. De igual forma en el invierno es ms eficiente cuando la temperatura exterior es ms alta.

Las oscilaciones de temperatura del aire en el verano y en el invierno son muy altas, haciendo uso del fluido que proviene del subsuelo, la bomba geotrmica permite que el sistema acondicionador de aire sea mucho ms eficiente.Existen tres tipos de sistemas de bombas de calor:

Sistema de Bomba de Calor del Subsuelo (Ground-Coupled Heat Pump GCHP)

Sistema de Bomba de Calor de Agua Subterrnea (Ground Water Heat Pump GWHP)

Sistema de Bomba de Calor de Agua Superficial (Surface Water Heat Pump SWHP)

Cada sistema utiliza diferentes formas de interaccin con el subsuelo (o lago) para la transferencia de calor.Circuito Cerrado Horizontal. En general, el ms rentable para pequeas instalaciones. El circuito cerrado horizontal funciona mejor sobre todo en una construccin nueva, cuando hay suficiente superficie de tierra. Este tipo de instalacin de energa geotrmica consiste en enterrar la tubera en zanjas excavadas con retroexcavadoras o excavadoras de cadena. Hasta seis tubos, generalmente conectados en paralelo, se entierran en cada trinchera, con separaciones mnimas de un 30 cm (1 ft) entre las tuberas y de 3 a 5 m (10 a 15 ft) entre trincheras.Circuito Cerrado Vertical. Es el sistema preferido de calor geotrmico por muchas razones. Los circuitos verticales se utilizan cuando el suelo es demasiado suave para las trincheras y para minimizar la alteracin de la jardinera.

En forma Espiral. Cada vez es ms utilizado los lazos en forma espiral con mangueras de polietileno como tubera para aumentar el intercambio de calor por metro de trinchera. Pero esto requiere ms tubera por tonelada de capacidad. La longitud de la fosa disminuye a medida que el nmero de tubos aumenta en la trinchera, o bien la manguera enrollada aumenta.Estanque de Circuito Cerrado. Un circuito cerrado de estanque es un tipo especial de sistema de circuito cerrado. Donde hay un estanque o arroyo que es lo suficientemente profunda y con suficiente flujo, las mangueras enrolladas de los circuitos cerrados se pueden colocar en el fondo del estanque. El lquido se bombea de la misma manera como un sistema convencional de circuito cerrado a tierra donde las condiciones son adecuadas. La economa de este mtodo de calor geotrmico son muy atractivas, y se ha mostrado que no hay impactos en los sistemas acuticos