Aplicaciones de sistema de energía renovables a partir del uso de la geotermia.

1. Instalaciones Geotérmicas
Se agrupan en:
 Colectores horizontales enterrados.
 Sondas geotérmicas.
 Sondeos de captación de agua someros.
 Cimientos geotérmicos.
 Pozos canadienses o provenzales
 Sistemas de almacenamiento del calor geotérmico

2.  Colectores enterrados:
Geotermia de muy baja temperatura
Profundidades de excavación de 80 cms
Tuberías de polietileno alta densidad de 25-40 mm, propileno, PVC
Anticongelante o sustancias que mejoren su conductividad+ Bomba de calor
Espacio 1,5 veces la superficie a calentar vivienda nueva
Espacio 3 veces la superficie a calentar vivienda vieja
El clima es su fuente de energía
Terreno actúa como acumulador de energía solar
Se puede obtener de 20 a 30 W de energía térmica por m2 ocupado por el bucle
Sencillez del sistema
No admite, ninguna planta de raíces profundas
Coste más bien bajo, pues, no supone el 15% de la inversión total.
No precisa instalaciones exteriores al entorno de la finca
Es limpio y ecológico
El mantenimiento de la red de captadores es, prácticamente, nulo.

3.  Sondas Geotérmicas:
Geotermia de baja temperatura
No existe espesor de terreno suficiente para colectores enterrados
Existencia de canalizaciones en subsuelo
Demanda energética mayor que la que proporcionan colectores enterrados
Colocados en sondas verticales desde 20 a 100 m de profundidad
Sondeos de diámetros entre 10 y 15 cms
Tuberías de polietileno alta densidad de 25-40 mm, propileno, PVC
Anticongelante o sustancias que mejoren su conductividad+ Bomba de calor
La temperatura interna es su fuente de energía
Se puede obtener de 20 a 70 W/m de energía térmica
Se pueden realizar más nº de sondeos y más profundidad para mayor energía
Para dimensionar una sonda geotérmica es necesario conocer previamente:
• Conductividad térmica del terreno.
• Humedad natural del suelo.
• Presencia o ausencia de aguas subterráneas.
• Tipo de prestaciones de la instalación.

4.  Sondas Geotérmicas:
Para la transferencia de calor por conducción, son la conductividad térmica y
la capacidad térmica volumétrica.
Para la transferencia de calor por convección, es la permeabilidad del terreno.
Dos factores concurren para que las sondas geotérmicas proliferen:
• Poca disponibilidad de terreno para enterrar gran cantidad de
captadores horizontales y un precio muy alto del terreno.
• Existencia de aguas freáticas bastante superficiales.
Los rendimientos para refrigeración son más superiores que en las sondas
Geotérmicas.
Por cada 2 m2 de superficie de piso precisa de 1 metro de sonda geotérmica.
En caso de necesitar una longitud excesiva para una sonda, se realizará
lo que se denomina un campo de sondas geotérmicas.

5.  Sondeos de captación de Agua someros:
Geotermia de media temperatura
Explotación de la capa freática mediante dos sondeos:
Uno de producción, con una bomba sumergida que conduce el agua a la
bomba de calor .
Una vez extraída su energía y enfriada, ser devuelta a la capa freática
por un pozo de reinyección.
Los sondeos de toma y restitución de agua deben situarse respectivamente
aguas arriba y aguas abajo del flujo subterráneo.
Para adquirir una potencia calorífica de 20 kW es necesario un caudal de
agua de alrededor de 6 m3/h.
Para demandas energéticas de más de 75 kW, los sistemas abiertos
que explotan acuíferos poco profundos, tienen ventajas económicas con
respecto a los campos de sondas geotérmicas.
Se requiere un estudio hidrogeológico local.
Y la perforación de, dos pozos, de extracción y de reinyección.

6.  Cimientos geotérmicos:
Geotermia de media temperatura
Excavación, que es necesario asegurar la estabilidad de los terrenos medianeros
Empleo de pilotes, pantallas subterráneas, muros de contención o losas,
a profundidades comprendidas entre 10 y 40 m.
Se crean condiciones para el intercambio de energía geotérmica de muy
baja temperatura con el terreno.
Se insertan en el interior de parte, o totalidad, de las piezas de hormigón,
una red de tubos de polietileno por los que circule agua con un anticongelante,
y conectan en circuito cerrado con bomba calor o máquina refrigeración.

7.  Cimientos geotérmicos:
Hay que conocer :
• Características geotécnicas de los estratos del subsuelo.
• Nivel de la capa freática, oscilaciones anuales, dirección y velocidad de flujo
características del terreno necesarias para definir el potencial geotérmico
capacidad térmica volumétrica, conductividad térmica y permeabilidad.
• Existencia o ausencia de manantiales cercanos o construcciones subterráneas
que desvíen o calienten las aguas freáticas.
• Temperatura máxima, mínima y media anual del subsuelo.
• Distribución mensual y semanal del consumo de energía en calefacción y
refrigeración, así como sus rendimientos de punta.

8. Cimientos geotérmicos:
Todo el circuito de intercambio se sitúa debajo del propio edificio.
Tiene un considerable ahorro de trabajo y espacio.
Se incluye el proyecto de climatización en el proyecto de construcción.
La temperatura del suelo entre 10 y 20 metros de profundidad es bastante estable, en torno a 12-14 ºC.
Garantía de temperatura estable, alejada de fenómenos de climatología o estacionalidad, que constituye la
base de aplicación de las sondas geotérmicas.
Los tubos captadores son de propileno, PVC o de polietileno de alta densidad y se conforman como tubos en
“U”. En cada pilote pueden alojarse varios pares de tubos independientes.
Confluyen en un colector común, con la alimentación a una bomba de calor geotérmica y la dotación de
climatización e, incluso, de agua caliente sanitaria del edificio.
Es una aplicación de muy bajo coste, pues la inclusión de los tubos captadores se realiza durante la ejecución
de la obra, de la cual constituye una sobre inversión mínima.
El inconveniente es que cualquier daño que sufra un tubo captador no presenta fácil reparación, aunque la
solución es sobredimensionar el número de pares de tubos captadores.

9.  Pozos canadienses o provenzales:
Geotermia de muy baja temperatura
Se hace circular el aire ambiente de la época estival por unos conductos subterráneos (pozos provenzales),
que discurrían enterrados bajo la edificación.
El aire rebaja su temperatura al circular por un medio más frío que el exterior y llega al interior de la vivienda a
una temperatura menor que la del exterior.
El mismo sistema, tiene efecto de calefacción en la época invernal.
El aire llega al interior a mayor temperatura que la del ambiente exterior, calentado al circular por tuberías
enterradas en el terreno.
Tiene importancia el binomio tiempo/superficie de contacto para calcular la energía geotérmica que se podrá
recuperar del subsuelo.
Utiliza gran superficie de las tuberías enterradas, y dota al aire de una velocidad de circulación suficientemente
Baja.
Otra aplicación del aire puede provenir de los túneles en explotación
de carretera, aprovechando el calor de los gases de escape de la
combustión de los vehículos, que elevan la temperatura del aire
circulante en el interior del túnel.
Gases que son aspirados y obligados a circular por tuberías.
No precisa instalaciones exteriores al entorno de la finca.
Es limpio y ecológico.
El mantenimiento de las tuberías es, prácticamente, nulo.

10.  Sistemas de almacenamiento de Calor geotérmico:
Los sistemas de calefacción de instalaciones o viviendas en invierno, la bomba de calor devuelve agua más fría
que la captada.
En verano, cuando la bomba actúa como enfriadora, el agua que se devuelve al medio geotérmico es de mayor
temperatura que la captada.
Si fuese posible mantener el calor del foco frío que se devuelve en verano para aprovecharlo en invierno y
viceversa, se habría conseguido una importante mejora de los rendimientos de las bombas de calor
geotérmicas.
Importante ahorro de energía eléctrica y de los costes de explotación.

11.  Sistemas de almacenamiento de Calor geotérmico:
Varias son las ventajas de este sistema, entre las que se pueden citar:
• Mejora del rendimiento de la instalación, incluso funcionando a carga inferior a la máxima.
• Ahorro de energía eléctrica, con la consecuente disminución de costes.
• Mantenimiento del medio geotérmico, impidiendo un eventual agotamiento estacional.
• Mayor durabilidad de la maquinaria, al funcionar con menores diferencias térmicas.
Por el contrario, se producen inevitables inconvenientes:
• Mayor número de sondas o tuberías enterradas, con el consiguiente sobrecoste.
• Mayor necesidad de espacio, no disponible en todas las posibles aplicaciones.
• Necesidad de un terreno con posibilidades adecuadas de inercia térmica, capaces de almacenar el calor (o el
frío) y que dependen de las características del terreno para transmitir o absorber calor.

12.  Bombas de Calor Convencional:
“Un gas se calienta cuando se comprime y se enfría cuando se expande”.
Se consigue extraer el calor del interior y se disipa en el exterior. Del mismo modo, un acondicionador de aire
extrae el calor desde el interior de un habitáculo, disipándolo en el exterior. Esa ausencia de calor es el
concepto de refrigeración.
Si se consigue aprovechar el frío en el evaporador (válvula de expansión) para refrigerar un ambiente en
verano, y el calor en el condensador (compresor) para calentar el mismo ambiente en invierno, se habrá
conseguido alcanzar el concepto de climatización.

13.  Bombas de Calor Convencional:
Se presenta unas desventajas importantes:
• Bajo rendimiento, cuando las temperaturas exteriores son bajas.
• Formación de escarcha en el evaporador, que requeriría una inversión del proceso para el “desescarchado”.
• Golpe de líquido en el compresor.
Existe una posibilidad de evitar acudir a una dualidad de máquinas, aunando el proceso en una sola.
El destino final del calor absorbido por el refrigerante del circuito secundario, puede ser destinado a calentar
agua de calefacción para ser disipada por radiación desde los clásicos radiadores de agua o aceite en los puntos
de demanda, o por un suelo radiante.

14.  Bombas de Calor Geotérmico:
Se trata de extraer el calor del subsuelo terrestre, para poder calentar un fluido de alta
compresibilidad y bajo punto de vaporización (circuito secundario), al objeto de transmitir ese calor a
una instalación en invierno, invirtiendo el proceso en verano.
Sólo es posible extraer calor si la temperatura de entrada geotérmica es superior a la de retorno del
circuito secundario, que viene determinada por el tipo de instalación de calefacción y por la
temperatura exterior.

15.  Bombas de Calor Geotérmico:
La bomba de calor geotérmica, GHP (Geothermal Heat Pump), tiene su aplicación fundamental en
instalaciones domésticas y comerciales, para agua caliente sanitaria y calefacción, de pequeña y mediana
Potencia.
Los inconvenientes de formación de escarcha en el condensador desaparecen y se aprecia que el rendimiento
mejorará al pedir calor de un medio menos frío (el terreno) que en las bombas de calor convencionales (el aire
atmosférico) en invierno, y viceversa en verano.

16.  Sistemas de captación de energía geotérmica de muy baja temperatura:
Puede modificarse la capacidad del intercambiador para absorber o ceder el calor, y éste dependerá
de las necesidades de la bomba de calor geotérmica calculadas y de su rendimiento (COP).
Dos son las variables que influirán en la optimización del intercambio de calor en los captadores:
A. El material de fabricación de los mismos. La mejor conductividad de calor conocida sea la de
materiales metálicos, al estar constituidos los captadores por simples tubos, generalmente de poca
sección para mejorar el contacto del fluido, los problemas de corrosión suponen un elevado coste
de mantenimiento. Intercambiador del tipo PVC o alguno de la familia de los propilenos, que une
una buena conducción del calor a una flexibilidad que facilita su instalación.
B. Son el tiempo de contacto del intercambiador con el terreno y la superficie de contacto con el
mismo, serán determinantes para el dimensionamiento de los captadores.

17.  Sistemas de captación de energía geotérmica de muy baja temperatura:
Los tubos captadores son de sección estándar por razones de mercado y las dos variables
tiempo-superficie de contacto, se aúnan en el cálculo de la longitud del tubo captador.
Esta longitud es una función del calor capaz de ser absorbido o cedido por el terreno, de las
temperaturas del suelo y del fluido intercambiador, de la resistencia térmica del terreno y de las
características.
El precio del sistema, será el que decida la opción más adecuada.
Sencillez de instalación sobre el terreno y la posibilidad de aprovechar otras obras para instalar la red
de captadores.

18.  Geotermia Instrumento de producción eléctrica geotérmica:
Proviene de un yacimiento de alta temperatura, de la producción de vapor a presión, el cual en los
medios convencionales se consigue a base de quemar combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas) o
por el calor producido por la fisión nuclear del átomo (energía nuclear).
La más extendida de las formas de producción es la de canalizar el vapor a gran presión de algún
fluido (generalmente agua), hacia una rueda de álabes dispuestos sobre el eje del rotor, lo que
constituye una turbina de vapor en cualquiera de sus más o menos complejas variedades.
Se emplea en la producción térmica de energía eléctrica.
Son de gran rendimiento, pero con los graves inconvenientes de coste y agresión al medio ambiente.
A unos tres km de profundidad, con una presión próxima a los 200 x 105 N/m2, el agua permanece
líquida hasta el entorno de los 350 ºC - 400 ºc.
Sistemas de producción de energía eléctrica:
Circuito abierto
Circuito cerrado o ciclo binario
Pequeñas centrales eléctricas geotérmicas

19.  Circuito Abierto:
Disponiendo de vapor de agua seco a gran presión para alimentar una turbina y generar electricidad,
siempre que el caudal que el yacimiento geotérmico proporcione, garantice un suministro suficiente y
continuado.
Cuando es imposible conseguir que el vapor esté absolutamente seco, se constituye el primer
inconveniente para la producción de energía eléctrica, hay que desecarlo primero ya que las pequeñas
gotas de agua que puede arrastrar el vapor, a la presión a la que impactan con los álabes de la
Turbina. Proceso “flash” simple.

20.  Circuito cerrado o ciclo binario:
El vapor de origen geotérmico se emplea para calentar un nuevo fluido, hasta convertirlo en vapor
que, libre de impurezas, alimenta en circuito cerrado una turbina.
Es bastante difícil conseguir en el circuito secundario el suficiente vapor seco y a la presión adecuada
para el funcionamiento simple del grupo turboalternador.
Dada la pérdida de calor en el intercambio de los circuitos, es bastante difícil conseguir en el circuito
secundario el suficiente vapor seco y a la presión adecuada para el funcionamiento simple del grupo
Turboalternador.
Con la depresión en el condensador y su refrigeración por medio de agua exterior, se consigue la
eficiencia máxima en centrales que funcionan en un amplio rango de temperaturas.

21.  Pequeñas centrales eléctricas geotérmicas:
Son de mayor interés las centrales de potencia más reducida, pues están
bastante más extendidas debido a la disponibilidad de yacimientos con un
potencial geotérmico de menor entalpía.
Pequeñas centrales eléctricas geotérmicas, de hasta 5 MW.
Ventajas que aconsejan su empleo, por ser de más altas posibilidades,
ya que existe un mayor número de yacimientos posibles para su empleo.
• Módulos transportables de muy baja potencia (100-300 Kw).
• Se adaptan al tipo de ciclo binario, con temperatura del recurso geotérmico
entre 100 y 150 ºC, o centrales de tipo flash a 150 ºC.
• Pueden trabajar aisladas, alimentando a un pequeño consumidor
desconectado de la red, ya que son muy flexibles, pudiendo trabajar al 25% 1-Perforación de extracción de vapor
de su potencia nominal en buenas condiciones. 2-Inyección de agua fría hasta roca caliente
3-Perforación de extracción de vapor
• Su versatilidad permite un diseño automático muy sencillo, que les 4-Intercambiador de calor
5-Edificio de la turbina
confiere un alto grado de funcionamiento autónomo. 6-Enfriamiento
7-Depósito de calor subterráneo, para exceso
• Al ser de baja potencia, su alimentación puede reducirse a un pozo único de temperatura
de alimentación, dos a lo sumo, lo que reduce la operación y los costes. 8-Medición de perforación
9-Conexión a red eléctrica.
• La inversión es bastante reducida.

22. Es muy difícil deducir una ventaja económica de las centrales geotérmicas sobre las convencionales.
Una central geotérmica requiere una inversión del 150% de una de gas, el 120% de una de fuel-oil, el 100%
de una de carbón de alto poder calorífico, el 60% de una de carbón pobre y el 10-15% de una nuclear.
Las ventajas de la ENERGÍA ELECTRICA GEOTÉRMICA:
Menores gastos de mantenimiento y operación.
Reducción de la plantilla de operación-mantenimiento.
Versatilidad para montaje por módulos.
Limpieza ecológica, sin vertidos a la red hidrográfica.
Producción más limpia. Con rendimientos del 60-50%, la contaminación se reduce al 33-20% de la de las
centrales convencionales.
Mayor eficiencia en funcionamiento a carga reducida.
Simplicidad de regulación.
Se acomodan mejor a redes particulares o consumidores locales, con menores pérdidas que las acopladas a
redes generales.
Los inconvenientes de la ENERGÍA ELECTRICA GEOTÉRMICA:
Los yacimientos ocupan una reducida extensión sobre la superficie terrestre, por lo que no pueden ser muy
abundantes.
Las centrales han de situarse a pie de yacimiento, pues el vapor perdería gran eficiencia en transportes largos,
lo que refuerza el inconveniente anterior.
Las garantías de estabilidad y funcionamiento de los pozos conllevan inversiones suplementarias. Son muy
difíciles de reparar.
Las ventajas superan con creces a los inconvenientes, y es previsible que la tecnología aporte nuevas
soluciones a perforaciones profundas e incida en investigaciones de nuevas posibilidades de extracción de
aguas geotérmicas, por lo que es de esperar un futuro halagüeño para este tipo de energía que, por encima de
todo, se alza como la más limpia y aséptica de las actuales.

23. Comparativa de costes para ACS:
COSTE DEL KWH DE CALOR POR CADA SISTEMA:
Caldera de Gasóleo C Standard:
8.550 Kcal/ litro x 0,88 (rendimiento)= 7.524 Kcal/ litro
7.524 Kcal/ litro : 860= 8,75 Kwh/ litro
0,89 €/ Kwh : 8,75 Kwh/ litro = 0,10 €/ Kwh
Caldera de Gasóleo C Baja Temperatura:
8.550 Kcal/ litro 0,96 (rendimiento)= 8.208 Kcal/ litro
8.208 Kcal/ litro : 860= 9,54 Kwh/ litro
0,89 €/ Kwh : 9,54 Kwh/ litro = 0,09 €/ Kwh
Caldera de gas propano:
12.400 Kcal/ Kg x 0,90 (rendimiento)= 10.800Kcal/ Kg
10.800 Kcal/ Kg : 860= 12,55 Kwh/ Kg
0,91 €/ Kg : 12,55 Kwh/ Kg = 0,072 €/ Kwh
Caldera de Condensación:
10.000 Kcal/ m3 x 1,09 (rendimiento)= 10.900 Kcal/ m3
10.900 Kcal/ m3 : 860= 12,67 Kwh/ m3
0,91 €/ m3 : 12,67 Kwh/ Kg = 0,0389 €/ Kwh

24. Comparativa de costes para ACS:
COSTE DEL KWH DE CALOR POR CADA SISTEMA:
Caldera de Biomasa:
2.700 Kcal/ Kg x 0,96 (rendimiento)= 2.592 Kcal/ Kg
2.592 Kcal/ Kg : 860= 3,01 Kwh/ Kg
0,20 €/ Kg : 3,01 Kwh/ Kg = 0,0308 €/ Kg
Radiadores eléctricos tarifa normal:
860 Kcal/ Kwh x 0,96 (rendimiento)= 842,8 Kcal/ Kwh
842,8 Kcal/ Kwh : 860= 0,96 Kwh/ Kwh
0,1022 €/ Kwh : 0,96 Kwh/ Kwh = 0,0885 €/ Kwh
Bomba de calor Aire- Agua:
860 Kcal/ Kwh x 2,4 (rendimiento)= 2.064 Kcal/ Kwh
2.064 Kcal/ Kwh : 860= 2,4 Kwh/ Kwh
0,1022 €/ Kwh : 2,4 Kwh/ Kwh = 0,04 €/ Kwh
Bomba de calor Geotérmica:
860 Kcal/ Kwh x 4,0 (rendimiento)= 3.440 Kcal/ Kwh
3.440 Kcal/ Kwh : 860= 4,0 Kwh/ Kwh
0,1022 €/ Kwh : 4,0 Kwh/ Kwh= 0,025 €/ Kwh

25. GASTOS DE CALEFACCIÓN PARA UNA VIVIENDA TIPO DE 120 M2
Caldera de Gasóleo C Standard
13.000 Kwh/ año x 0,10 €/ Kwh = 1.300,00 €/ año
Caldera de Gasóleo C Baja Temperatura
13.000 Kwh/ año x 0,09 €/ Kwh = 1.170,00 €/ año
Caldera de Gas Propano
13.000 Kwh/ año x 0,072 €/ Kwh = 936,00 €/ año
Caldera de Condensación
13.000 Kwh/ año x 0,071 €/ Kwh = 923,00 €/ año
Caldera de Biomasa
13.000 Kwh/ año x 0,066 €/ Kwh = 858,00 €/ año
Radiadores eléctricos tarifa normal
13.000 Kwh/ año x 0,11 €/ Kwh = 1.430,00 €/ año
Bomba de calor Aire- Agua
13.000 Kwh/ año x 0,04 €/ KWh = 520,00 €/ año
Bomba de calor Geotérmica
13.000 Kwh/ año x 0,025 €/ Kwh = 325,00 €/ año

26.  Aplicaciones:

27. Conclusiones:
La geotermia solar presenta grandes ventajas tanto medioambientales como económicas, son las
siguientes:
1- Desde una perspectiva medioambiental, la geotermia solar no produce emisiones de CO².
2- Como aspectos sanitarios, podemos destacar la inexistencia de las torres de refrigeración, evitando
de esta forma la contaminación por legionelosis.
3- Desde una vertiente estética, la inexistencia de torres de refrigeración ni de condensadores de aire
hace que el edificio quede exento de cualquier perturbación visual.
4- Como la instalación tan sólo necesita una ligera aportación de energía, la vivienda tiene la
consideración de unidad de contaminación “cero”.
5- La bomba de calor geotérmica al intercambiar con la corteza de la tierra, tiene un rendimiento muy
alto sin depender de la temperatura exterior, lo cual hace que el sistema sea muy eficiente
técnicamente.
6- Arquitectónicamente la bomba de calor no necesita chimeneas para evacuación de humos.
7- Dado que la temperatura de trabajo de la instalación no supera los 50º C, el grado de confort de la
vivienda se considera muy alto.
8- No son necesarios depósitos de almacenamiento de combustibles.
9- Mayor durabilidad de las instalaciones con respecto al resto de sistemas. La vida útil de una
instalación geotérmica oscila entre los 25 y los 50 años.
10- La geotermia solar es la solución más eficaz desde una perspectiva económica. El gasto más
importante en materia energética de las viviendas actuales, es el gasto en climatización (calor y
refrigeración) y en agua caliente sanitaria. En este concepto, una construcción nueva puede gastar
más del 70% del gasto energético. Es por esto, que la geotermia solar soluciona una parte muy
importante del consumo energético de las viviendas.
11- Inversión económica ligeramente superior a un sistema convencional pero amortizable en un plazo
mínimo de tiempo que puede oscilar entre los 3 y los 8 años según el tipo de instalación.
12- Utilización de recursos renovables, energías limpias y autorecargables.
13- Tecnología antigua y en período de investigación, mejora y explotación.
14- Alicante deberá aprovechar su recarga solar del terreno y clima para la utilización de energía
geotérmica de muy baja y baja temperatura.