Energía Geotérmica - Trabajo practico sobre energia geotermica PDF

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Trabajo practico sobre energia geotermica...

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Arturo Fortín. Introducción a la física. Iarussi, Camila. Bordoni, Marikena. 4° Economía.

Contenido Energía Geotérmica ........................................................................................................................................... 3 Forma de extracción y utilización .................................................................................................................. 3 Sus orígenes................................................................................................................................................... 3 Estructura interna de la tierra ....................................................................................................................... 4 Geosfera .................................................................................................................................................... 4 Corteza....................................................................................................................................................... 4 Manto ........................................................................................................................................................ 5 Núcleo........................................................................................................................................................ 5 Procesos de extracción .................................................................................................................................. 6 Alta temperatura, más de 150° C: ............................................................................................................. 6 Media temperatura, entre 90 y 150° C:..................................................................................................... 6 Baja temperatura, entre 30 y 90° C: .......................................................................................................... 6 Muy baja temperatura, menos de 30° C: .................................................................................................. 7 Ventajas ......................................................................................................................................................... 7 Desventajas ................................................................................................................................................... 8 Argentina y la energía geotérmica ................................................................................................................ 8 CAMPO TERMAL COPAHUE-CAVIAHUE ..................................................................................................... 8 CAMPO TERMAL DOMUYO........................................................................................................................ 8 CAMPO TERMAL TUZGLE-TOCOMAR ........................................................................................................ 9 CAMPO TERMAL VALLE DEL CURA ............................................................................................................ 9 Utilización de la energía geotérmica en el mundo ........................................................................................ 9 10

Plantas más grandes del mundo.................................................................................................... 9

Utilización que le dan los países .............................................................................................................. 11

Energía Geotérmica La energía geotérmica es una energía renovable que aprovecha el calor del subsuelo para climatizar y obtener agua caliente sanitaria de forma ecológica. Es considerada una energía limpia, renovable y altamente eficiente, aplicable en grandes edificios, viviendas y en inmuebles ya construidos. Sus principales funciones son el aprovechamiento directo del calor para fines industriales o en las conocidas aguas termales, para calefaccionar y calentar el aguar con el establecimiento de redes de agua, para calentar invernaderos o para la acuicultura para mantener el agua de las piscifactorías a una temperatura adecuada.

Forma de extracción y utilización El primer paso sería detectar una reserva energética, generalmente se encuentran donde hay actividad volcánica o movimientos de placas, como puede ser el llamado anillo de fuego, cinturón de fuego del pacifico o cinturón “circumpacifico” la que es una extensa zona que rodea al pacifico con alta actividad sísmica y volcánica. Se extrae el vapor de agua o agua caliente proveniente de la reserva geotérmica ubicada a cientos de metros bajo la superficie terrestre, el vapor llega a la superficie por medio de un pozo de producción y comienza a mover una turbina conectada a un generador el cual convierte el vapor en electricidad, luego de que el vapor pasa por el generador se enfría y convierte en agua, la cual es inyectada nuevamente en la reserva para ser reutilizada.

Sus orígenes o Gradiente geotérmico: una proporción en la que a cierta distancia desde la superficie al nivel del mar, hacia el interior, se aumenta 1°C. o Calor radio génico: relativo a la energía interna de la materia, generando calor por el decaimiento de distintos isotopos. o Yacimientos geotérmicos: son puntos en el mapa donde encontramos una mayor temperatura por cuestiones naturales. Pueden ser zonas de grietas o roturas en las placas tectónicas, o zonas con actividad que causan terremotos, erupciones. Hay tres tipos de yacimientos:

o Yacimientos de agua caliente: pueden formar fuentes o ser subterráneos, contenidos en acuífero o aguas subterráneas. Los que forman fuentes se aprovechan desde muchos años como baños termales, en cuanto a los subterráneos, yacimientos de aguas termales a poca o media profundidad, sirven para aprovechar el calor del interior de la tierra. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor. Las ventajas de este sistema son múltiples, hay menos probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el agua reinyectada contiene todavía una importante cantidad de energía térmica, tampoco se agota el agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se mantiene y las posibles sales o emisiones de gases disueltos en el agua no se manifiestan al circular en circuito cerrado por las conducciones evitando contaminar. Clasificación según la temperatura del agua:  Yacimientos de alta temperatura: existe un foco de calor, donde el fluido se almacena a unos 100°C. El foco está rodeado de roca permeable, que a su vez está rodeada por una capa de rocas que presenta grietas.  Yacimientos de baja temperatura: su temperatura se encuentra entre 100°C y 60°C.  Yacimientos de muy baja temperatura: por encima de 15°C.  Yacimientos de roca caliente: son rocas que se encuentran entre 5 y 8 kilómetros bajo tierra. o Yacimientos secos: hay una zona bajo la tierra, a profundidad no excesiva, con materiales o piedras calientes, en seco. Se inyecta agua por una perforación y se recupera, caliente por otra, se aprovecha el calor, por medio de un intercambiador y se vuelve a reinyectar como en el caso anterior. o Geiseres: es un tipo especial de fuente termal que emite periódicamente una columna de agua caliente y vapor al aire.

Estructura interna de la tierra La tierra se puede dividir en tres capas: atmosfera, hidrosfera y geosfera, centrándonos en el estudio de la geosfera más precisamente en la corteza terrestre. Geosfera Es la capa más gruesa y la que alberga la mayor parte de los materiales sólidos, como rocas y minerales. Se divide en tres capas, que desde fuera hacia dentro son: la corteza, el manto y el núcleo. Su capa mas externa, la cual es solida y rígida, se la llama “litosfera” que comprende la corteza y la parte superior del manto, aquí ocurren los procesos geológicos como puede ser la meteorización, erosión, sedimentación, y se obtienen los recursos geológicos como carbón, minerales, entre otros, y también suceden los riesgos geológicos, por ejemplo inundaciones, terremotos, etc. Corteza Es la capa mas externa de la tierra, está en contacto con la atmosfera y la hidrosfera, está formada por rocas de diferente tamaño. Su espesor está comprendido entre los 5 y 70 km. Bajo las grandes cadenas

montañosas su espesor es máximo, a diferencia, bajo los océanos su espesor es mínimo. Se distinguen dos tipos de corteza, diferenciadas por sus características físicas y su composición química

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Corteza continental: como su nombre lo dice forma los continentes. Tiene un espesor entre 35 y 70 km, compuesta por rocas como granito, basalto, pizarra, arcilla y caliza. Corteza oceánica: forma los fondos de los océano, su espesor promedio es de 7km y está compuesta por rocas más densas como basalto y gabro.

Manto Es la capa intermedia y se extiende hasta 2900 km de profundidad, su temperatura es superior a los 1000°, tiene 3 capas: 

La externa que en conjunto con la corteza terrestre forman la litosfera, que flota sobre la astenosfera.

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La astenosfera formada por rocas parcialmente fundidas o magma. La mesosfera es la más cercana al núcleo y se encuentra en estado sólido.

Núcleo Es la capa mas interna de la tierra, formado mayormente por hierro y níquel, los que están fundidos por sus grandes temperaturas la que supera los 5000°. Se divide en 2 zonas:  

Núcleo externo: el hierro está en estado líquido. Núcleo interno: es una esfera y a pesar de las grandes temperaturas sobrepasando los 2500° se encuentra en estado sólido, esto es así debido a las altas presiones que posee.

Corteza terrestre Como se explico anteriormente la corteza terrestre se formo hace aproximadamente 44004550 millones de años. Hay dos tipos de corteza terrestre: 

Corteza oceánica: cubre aproximadamente el 78% de la superficie planetaria. Es más delgada que la continental y se reconocen en ella tres niveles. El nivel más inferior, llamado nivel III, colinda con el manto en la discontinuidad de Mohorovičić; está formado por gabros, rocas plutónicas básicas. Sobre los gabros se sitúa el nivel II, de basaltos, rocas volcánicas de la misma composición básica que los gabros; se distingue una zona inferior de mayor espesor constituida por diques, mientras que la más superficial se basa en basaltos almohadillados, formados por una solidificación rápida de lava en contacto con el agua del océano. Sobre los basaltos se asienta el nivel I, formado por los sedimentos, pelágicos en el medio del océano y terrígenos en las proximidades de los continentes, que se van depositando paulatinamente sobre la corteza magmática una vez consolidadas. Los minerales más abundantes de esta capa son los piroxenos y los feldespatos y los elementos son el silicio, el oxígeno, el hierro y el magnesio. Forma de fondos oceánicos. La corteza más abundante es el basalto, que es una roca volcánica.

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Corteza continental: es de naturaleza menos homogénea, ya que está formada por rocas con diversos orígenes. En ella predominan las rocas ígneas intermedias-ácidas (como el granito por ejemplo) acompañadas de grandes masas de rocas metamórficas formadas por metamorfismo regional en los orógenos y extensamente recubiertas, salvo en los escudos, por sedimentarias muy variadas. En general, contiene más silicio y cationes más ligeros y, por tanto, es menos densa que la corteza oceánica. Tiene también un grosor mayor y en la historia geológica se observa un aumento en su proporción respecto del total de corteza terrestre, ya que, por su menor densidad, es difícil que sus materiales sean sumergidos en el manto. Los minerales más abundantes de esta capa son los cuarzos, los feldespatos y las micas, y los elementos químicos más abundantes son el oxígeno (46,6 %), el silicio (27,7 %), el aluminio (8,1 %), el hierro (5,0 %), el calcio (3,6 %), el sodio (2,8 %), el potasio (2,6 %) y el magnesio (2,1 %). En ella se realizan los procedimientos para poder obtener energía geotérmica, como perforar la tierra para poder poner solidas cubiertas las que previenen la contaminación de las aguas subterráneas, estas pueden ser extraídas de diferentes maneras según su temperatura.

Procesos de extracción Alta temperatura, más de 150° C: Por su alta temperatura se extrae en forma de vapor de agua y se convierte directamente en electricidad. El generador que se utiliza se llama turboalternador, y hace la conversión de vapor a energía eléctrica. Para extraer esta energía, se hace un pozo de gran profundidad con maquinaria parecida a la que se utiliza para hacer los pozos petroleros. Al tener la profundidad deseada, se instala la tubería por donde pueda salir el vapor con alta presión. En la superficie se ensambla un motor que consiste de una turbina conectada a un rotor rodeado por imanes; el vapor entra por un extremo de la turbina, y por la alta presión que tiene hace que ésta gire, que en turno hace girar el rotor. Cuando el rotor gira entre los imanes, su movimiento crea un campo magnético, el cual genera electricidad. Media temperatura, entre 90 y 150° C: El proceso para producir electricidad es igual al anterior, pero tiene menor potencia y se utiliza a una menor escala y/o para industrias pequeñas. Esto se debe a que el vapor carece de la presión suficiente para generar tanta energía como la de alta temperatura.

Baja temperatura, entre 30 y 90° C: Esta temperatura es insuficiente para la producción de electricidad, y normalmente tiene demasiadas sales para ser entubada. Por eso es más común utilizar esta agua directamente para baños termales y climatización de albercas. En lugares como Alemania - donde hace mucho frío en invierno y las aguas calientes llegan a la superficie en forma de nacimientos - las fuentes de energía de baja y muy baja temperatura tradicionalmente se han utilizado para calentar

invernaderos que permiten el cultivo de alimentos durante todo el año. Para lograr esto, los campesinos simplemente construían sus invernaderos alrededor de la fuente de agua caliente. Muy baja temperatura, menos de 30° C: Sólo se utiliza como calefacción y climatización. Al contrario de las otras temperaturas, la energía geotérmica de muy baja temperatura no proviene necesariamente de un líquido o vapor, sino que se puede aprovechar el calor atrapado en la tierra o piedras subterráneas. Este tipo de energía se puede extraer de 4 diferentes formas utilizando una bomba de calor (una máquina especial para climatización). En los cuatro sistemas se instalan tubos de agua debajo del edificio que recorren toda la superficie de la construcción de un lado a otro en zigzag. El agua recorre en un circuito de tal forma que pase primero por la fuente de calor y luego atraviesa la casa; mientras el agua calienta la casa, se va enfriando hasta llegar otra vez a la fuente de calor, donde se vuelve a calentar antes de pasar de nuevo por el edificio. Colectores horizontales enterrados: Cuando el calor está muy cerca de la superficie, se entierra un tubo en forma de espiral a poca profundidad con un área de 1.5 veces mayor a la superficie de la construcción. Sondas geotérmicas: Se utilizan cuando los terrenos no tienen suficiente espacio para un sistema como el anterior; en este sistema lo que se hace es enterrar el tubo en forma vertical en un vaivén a una profundidad de entre 100 y 150 metros. Cimientos geotérmicos: Se usa cuando la superficie es muy inestable como para escarbar e instalar tubería bajo la tierra, así que se hacen estructuras especiales para los cimientos de la construcción incluyendo la tubería dentro de los cimientos para el calentamiento del inmueble. Este tipo de sistema es común en los edificios de varios pisos. Sondeo de captación de agua someros: Al contrario de los sistemas anteriores, éste no es un circuito cerrado, puesto que se instala una bomba de extracción subterránea, iniciando el sistema de calentamiento de agua; el agua fría de la construcción se vuelve a inyectar a la tierra, o se termina en un cauce fluvial.

Ventajas » Es una fuente que disminuye la dependencia energética de los combustibles fósiles y de otros recursos no renovables. » Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo y el carbón. » Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético. » Produce mínimo impacto visual y auditivo. » Los recursos geotérmicos son prácticamente inagotables a escala humana. » No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales. » El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, ni tala de bosques.

» La emisión de CO2, con aumento del efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión, y puede llegar a ser nula cuando se reinyecta el agua, haciéndola circular en circuito cerrado por el exterior. » No tiene ciclos de actividad y reposo, como ocurre con la energía eólica o solar.

Desventajas »

En yacimientos secos se han producido a veces microsismos como resultado del enfriamiento brusco de las piedras calientes, y su consiguiente fisuración.

Las desventajas que vienen a continuación hacen referencia exclusivamente a la energía geotérmica que no se utiliza con reinyección, y la que no es de baja climatización geotérmica: » » » » » »

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. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc. Contaminación térmica. Deterioro del paisaje. No se puede transportar (como energía primaria), salvo que se haga con un intercambiador y un caloportador distinto del de las aguas del acuífero. No está disponible más que en determinados lugares, salvo la que se emplea en la bomba de climatización geotérmica, que se puede utilizar en cualquier lugar de la Tierra.

Argentina y la energía geotérmica Si bien en la Argentina existen más de 300 puntos de interés geotérmico, en solo 4 de ellos podría generarse energía eléctrica con este recurso, a saber: Copahue (Neuquén), Domuyo (Neuquén), Tuzgle (Jujuy) y Valle del Cura (San Juan).

CAMPO TERMAL COPAHUE-CAVIAHUE Se encuentran cinco manifestaciones geotérmicas:    

Termas de Copahue., Las Maquinas. Las Maquinitas. Anfiteatro.

Mientras que la restante se encuentra en territorio chileno y se denomina Chancho-Có. Todas se ubican al Noreste del volcán Copahue y se caracterizan por las depresiones y alteraciones ácidas de sus suelos.

CAMPO TERMAL DOMUYO Se considera que este es el lugar más promisorio para llevar a cabo futuros estudios tendientes a la fase de desarrollo, incluyendo también la perforación de pozos de exploración. Sus caracteres geológicos, las anomalías térmicas a 1 m de profundidad, permiten concluir que se trata de un sector de intersección y concentración de zonas de fracturación de diversas direcciones, siendo esta estructura la que controla las manifestaciones de agua termal, vapor y gas que se ubican en las cercanías.

CAMPO TERMAL TUZGLE-TOCOMAR El Complejo Volcánico Tuzgle-Tocomar está emplazado en la parte central de una depresión tectónica elongada N-S, delimitada por fallas normales y separada hacia el sur de la depresión TocomarOlacapato por un horst (ONO-ESE) de rocas del Paleozoico inferior (Mon, 1987). Los productos volcánicos descansan sobre un complejo basamento de gran espesor constituido por: a) una secuencia clástica y volcánica del Terciario superior (Formación Trinchera y Formación Pastos Chicos, Schwab, 1973). La Formación Trinchera está integrada por ignimbritas dacíticas riolíticas con moderada compactación y aglutinación, con intercalaciones de rocas clásticas. La Formación Pastos Chicos es una secuencia predominantemente clástica, fina, integrada por arcilitas, areniscas de grano fino y niveles ignimbríticos interc...