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Jornadas de Sensibilización y Difusión sobre
Geotermia
USOS DE LA GEOTERMIA EN LA EDIFICACIÓN
Enrique Orche
Dr. Ingeniero de Minas
Universidad de Vigo
Junio 2012
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ENERGÍA GEOTÉRMICA: ENERGÍA
CALORÍFICA CONTENIDA EN EL INTERIOR DE
LA TIERRA
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¿DE DÓNDE PROVIENE ESE CALOR?
¿POR QUÉ LA TIERRA NO SE HA ENFRIADO COMO OTROS
CUERPOS CELESTES?
LA EXISTENCIA DE FUENTES INTERNAS DE
CALOR
LA ACCIÓN SOLAR, QUE MANTIENE CALIENTE LA
SUPERFICIE DEL PLANETA
LA BAJA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE LOS MATERIALES
TERRESTRES QUE, EN PROMEDIO, ES 2 W/mºC
EXISTEN TRES FENÓMENOS COINCIDENTES QUE LO HAN
EVITADO:
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13ºC/100 m
100ºC/100 m
SONDEOS HIDROGEOLÓGICOS
2ºC/100 m
EFECTO
SOLAR
GRADIENTE
GEOTÉRMICO
MANIFESTACIONES DEL CALOR:
GRADIENTES EN SONDEOS
SONDEO GEOTÉRMICO
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REGIÓN ENERGÍA (x1021 J) PORCENTAJE
América del Norte
Sudamérica y Caribe
Europa Occidental
Europa Oriental y antigua URSS
Oriente Medio y África del Norte
África Subsahariana
Pacífico Asiático (excepto China)
China
Asia Central y Meridional
26.000
26.000
7.000
23.000
6.000
17.000
11.000
11.000
13.000
19
19
5
16
4
12
8
8
9
TOTAL 140.000 100
DISTRIBUCIÓN MUNDIAL DE LOS RECURSOS BASE
ACCESIBLES* GEOTÉRMICOS
* Recursos en los 5 km más superficiales de la corteza
continental, técnicamente extraíbles con la tecnología actual
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TEMPERATURA DEL RECURSO: 15-300ºC
DISTINTA FASE DEL FLUIDO
VAPOR
VAPOR + LÍQUIDO LÍQUIDO
TIPO DE APROVECHAMIENTO
GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA
USO DIRECTO DEL
CALOR
INTERCAMBIADOR BOMBA DE CALOR
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GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA
USO DIRECTO DEL
CALOR
INTERCAMBIADOR BOMBA DE CALOR
T>150ºC
150ºC>T>100ºC
100ºC>T>30ºC
T<30ºC
T E M P E R A T U R A
MUY ALTA
TEMPERATURA
MEDIA
TEMPERATURA BAJA
TEMPERATURA
MUY BAJA
TEMPERATURA
Y A C I M I E N T O S G E O T É R M I C O S
- +
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A) CALOR DEL AGUA SUBTERRÁNEA
T. BAJA T. MUY BAJA
100-30ºC < 30ºC
B) CALOR DEL TERRENO SECO
BOMBA DE CALOR INTERCAMBIADOR
APROVECHAMIENTO CALÓRICO
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GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ITALIA (1904)
UTILIZACIÓN HISTÓRICA DE LA
ENERGÍA GEOTÉRMICA
BALNEARIOS TERMALES (griegos, etruscos, romanos, turcos, mejicanos, japoneses, maoríes, etc.)
SERVICIO DOMÉSTICO
EXTRACCIÓN DE MINERALES
CALEFACCIÓN Y AGUA CALIENTE SANITARIA EEUU (1890)
CULTIVOS AGRÍCOLAS, GANADEROS Y ACUICULTURA ISLANDIA (1920)
OTROS USOS
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USOS ACTUALES DE LA ENERGÍA
GEOTÉRMICA
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APLICACIÓN PORCENTAJE RESPECTO
ENERGÍA GEOTÉRMICA TOTAL (%)
Generación eléctrica 48
Utilización directa del calor
Servicios y uso residencial
Sector industrial
Calefacción invernaderos
Piscifactorías
Otros
52
33
19
7
6
6
TOTAL 100
PORCENTAJES DE UTILIZACIÓN DE LA
ENERGÍA GEOTÉRMICA
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UTILIZACIÓN PORCENTAJE (%)
2004 2009
Bombas de calor geotérmicas
Calentamiento de piscinas
Calefacción de ambientes
Calefacción de invernaderos
Usos industriales
Acuicultura
Fusión de nieve
Secado en agricultura
Otros
TOTAL
32,0
30,4
20,2
7,6
4,0
4,0
0,7
0,7
0,4
100,0
49,0
24,9
14,4
5,3
2,7
2,6
0,5
0,4
0,2
100,0
USOS DIRECTOS DEL CALOR
EL 50% DEL 50% DE LOS USOS GEOTÉRMICOS (25%) ES CON
BOMBA DE CALOR
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APROVECHAMIENTO DE BAJA TEMPERATURA
(30º-100ºC) MEDIANTE INTERCAMBIADORES
60-100ºC
ESQUEMA GENERAL DE UN APROVECHAMIENTO MEDIANTE
INTERCAMBIADORES DE CALOR
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APROVECHAMIENTO DE BAJA TEMPERATURA
(30º-100ºC) MEDIANTE INTERCAMBIADORES
INTERCAMBIADORES COMPLEJO
POLIDEPORTIVO LOS REMEDIOS
(OURENSE)
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Pozo producción
Bomba producción
Bomba reinyección
Pozo reinyección
Intercambiador de
calor
Caldera de apoyo
Red de distribución
Subestación
Yacimiento
geotérmico
ESQUEMA DE CALEFACCIÓN URBANA GEOTÉRMICA
APROVECHAMIENTO DE BAJA TEMPERATURA
(30º-100ºC) MEDIANTE INTERCAMBIADORES
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APROVECHAMIENTO DE BAJA TEMPERATURA
(30º-100ºC) MEDIANTE INTERCAMBIADORES
CALEFACCIÓN URBANA (ISLANDIA)
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NÚMERO DE SISTEMAS DE CALEFACCIÓN URBANA GEOTÉRMICA
CALEFACCIÓN URBANA GEOTÉRMICA EN EUROPA
APROVECHAMIENTO DE BAJA TEMPERATURA
(30º-100ºC) MEDIANTE INTERCAMBIADORES
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
COEFFICIENT OF PERFORMANCE (COP) HASTA 5
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
SISTEMAS GEOTÉRMICOS SECOS CERRADOS DE MUY BAJA
TEMPERATURA (T<30ºC)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
EMISOR
FINAL
AGUA ENFRIADA AGUA CALIENTE
AGUA CAPTA
CALOR DEL
SONDEO
AGUA ENFRIADA AGUA CALIENTE
BOMBA DE
CALOR 14ºC
9ºC
35ºC
25ºC
9ºC 14ºC
FAN COIL
SUELO
RADIANTE
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA SECO CERRADO
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
TEST DE RESPUESTA GEOTÉRMICA DEL TERRENO (TRT) ó
BIBLIOGRAFÍA ESPECIALIDADA (Si Potencia < 10 kW)
CAPACIDAD CALORÍFICA DEL SUBSUELO (W/m)
ESTUDIO DE NECESIDADES DEL EDIFICIO (kW)
LONGITUD DEL CAPTADOR (L = kW / W/m = m)
IMPRESCINDIBLE: ESTUDIO DE SIMULACIÓN PARA
ASEGURAR LA SOSTENIBILIDAD DEL SISTEMA DURANTE
TODA SU VIDA ÚTIL (>25 AÑOS)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
USO OBLIGADO DE BOMBA DE CALOR
SE APROVECHA:
CALOR DEL AGUA:
SUBTERRÁNEA POCO PROFUNDA
SUPERFICIAL DE RIOS Y LAGOS
CONDICIONES:
EXISTENCIA DE SUFICIENTE AGUA
PERMISOS DE LAS AUTORIDADES SI EL AGUA ES
DE DOMINIO PÚBLICO
USOS:
CLIMATIZACIÓN DE EDIFICIOS (CALOR/FRÍO)
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS DE MUY BAJA
TEMPERATURA (T<30ºC)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
SISTEMAS CERRADOS:
- COLECTORES EN SONDEOS VERTICALES O INCLINADOS (200 m)
- COLECTORES HORIZONTALES (< 3-4 m)
- CIMENTACIONES TERMOACTIVAS (PILOTES, LOSAS, PANTALLAS)
SISTEMAS ABIERTOS:
- CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS, AGUAS DE MINAS O DE
DRENAJES DE OBRAS CIVILES
CAPTACIÓN DEL CALOR EN LOS SISTEMAS GEOTÉRMICOS DE MUY
BAJA TEMPERATURA (T<30ºC)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS (UE) NÚMERO DE UNIDADES Y CAPACIDAD INSTALADA EN 2010
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
UNIDADES
VENDIDAS
ANUALMENTE
(<50 kW)
BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS (UE)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
POTENCIA
INSTALADA (MW)
BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS (UE)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADORES DE MUY BAJA
TEMPERATURA (SISTEMA CERRADO)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADORES
HORIZONTALES
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADORES
HORIZONTALES
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADORES
VERTICALES
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADOR VERTICAL
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADORES EN PILOTES
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAMPO DE SONDAS EN LA UNIVERSIDAD DE ONTARIO (CANADÁ)
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
CAPTADORES HORIZONTALES TRABAJANDO CON AGUA
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APROVECHAMIENTO DE MUY BAJA
TEMPERATURA (<30ºC) CON BOMBA DE CALOR
APROVECHAMIENTO MEDIANTE CAPTADORES EN MUROS PANTALLA EN LA
ESTACIÓN PRATENSTER (VIENA, AUSTRIA)
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BIBLIOGRAFÍA RECIENTE
BIBLIOGRAFÍA
GENÉRICA
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BIBLIOGRAFÍA ESPECIALIZADA
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FUNDACIÓN DE LA ENERGÍA DE LA
COMUNIDAD DE MADRID
www.fenercom.com
INSTITUTO PARA LA
DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA
ENERGÍA (IDAE)
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