Energias Renobables.docx

La Energía GeotérmicaAntecedentes Las explotaciones de las fuentes geotérmicas datan desde la época de losromanos, que utilizaban el agua caliente en aplicaciones medicinales, domésticas y deocio. En 1892, entró en funcionamiento el primer sistema centralizado de calefaccióngeotérmica, en Boise, Idaho (EEUU). En 1928, Islandia, otro país pionero en lautilización de la energía geotérmica, también inicio la explotación de sus fluidosgeotérmicos (principalmente agua caliente) para calefacción doméstica.Años después diversos países se sumaron a la iniciativa italiana. En 1919 seperforaron los primeros pozos geotérmicos en Beppu (Japón). Asimismo, se realizaronperforaciones en el año 1921 en Los Géiseres (California), y en el Tatio (Chile). En1958, entra en operación una pequeña planta de generación eléctrica en Nueva Zelanda,en 1959, otra en México, en 1960, en EEUU, seguidos por otros países en los añossiguientes.En el 2007, la capacidad instalada de energía geotérmica en el mundo era de9.720,4 MW, siendo Estados Unidos (2.936,5 MW), Filipinas (1.978 MW) e Italia(810,5 MW) los países que ocupan las primeras posiciones.En el siglo XIX, los progresos en técnicas de ingeniería hacen posible observarlas propiedades térmicas de las rocas y fluidos subterráneos y explotarlos conrudimentarias perforaciones. Definición de la energía Es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante elaprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra sedebe a varios factores, entre los que caben destacar el gradiente geotérmico, el calorradiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo , “Tierra”, y thermos , “calor”;

literalmente “calor de la Tierra”. La energía geotérmica es una fuente de energíarenovable ya que el calor se produce continuamente en el interior de la Tierra.Es importante mencionar que De acuerdo a la temperatura del agua, los generadoresse dividen en:

Energía geotérmica de alta temperatura: Cuando el agua sale a una temperaturaentre 150 y 400ºC, lo que produce vapor en la superficie.

Energía geotérmica de temperaturas medias Los fluidos de los acuíferos están atemperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, laconversión vapor-electricidad se realiza con un menor rendimiento: pequeñascentrales eléctricas pueden explotar estos recursos..

Energía geotérmica de baja temperatura Temperaturas comprendidas entre 20 y60ºC, que es la temperatura típica de los baños de aguas termales. Esta energía seutiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. En el mundo existen variasexperiencias notables en este sentido en Italia, Nueva Zelanda y Canadá, lugares enlos que la energía geotérmica apoya el consumo tradicional. En Filipinas, el sistemageotérmico tiene una capacidad de potencia de 2.000 megavatios. Las centrales eléctricas geotérmicas Las centrales geotérmicas utilizan los recursos hidrotermales que tienen dosingredientes comunes: agua (hidráulica) y calor (térmica). Las plantas geotérmicasrequieren de alta temperatura (300 ° F a 700 ° F) los recursos hidrotermales que puedenprovenir de cualquiera de los pozos de vapor seco o pozos de agua caliente. Podemosutilizar estos recursos mediante la perforación de pozos en la tierra y la tubería de vaporo agua caliente a la superficie. Los pozos geotérmicos son de una a dos millas deprofundidad.Las plantas geotérmicas están diseñadas para funcionar las 24 horas del díadurante todo el año. La central geotérmica es resistente a las interrupciones degeneración de energía debidas al tiempo, desastres naturales o acontecimientos políticosque puedan interrumpir el transporte de combustibles.

Estas centrales pueden tener diseños modulares, con unidades adicionalesinstaladas en incremento cuando sea necesario debido a un crecimiento en la demandade la electricidad. En estas plantas se transforma la energía térmica en energía eléctricautilizando un ciclo termodinámico denominado ciclo de Rankine, en honor delingeniero y físico británico William John Macquorn Rankine (1820-1872). En esteciclo, al igual que las plantas térmicas convencionales se emplea calor para evaporar unlíquido, que posteriormente se utiliza en el accionamiento de una turbina, la cual seacopla a un generador eléctrico para producir energía eléctrica. Si la entalpía es baja, elcalor suele emplearse para el calentamiento de un fluido,

aunque también podríanutilizarse para la generación de electricidad con muy bajos rendimientos. Componentes de las centrales Independientemente del tipo de sistema utilizado en las centrales geotérmicas, loscomponentes fundamentales de todas ellas son los siguientes:* Evaporadores y condensadores.* Turbinas y generadores.* Tuberías y bombas.* Torres de enfriamiento.

Los condensadores empleados en los sistemas de ciclo binario suelen ser del tipoplaca. El fluido de trabajo pasa por muchas superficies de placas de metal,transfiriendo el calor al agua de refrigeración que circula a través de las otras carasde cada placa. Con excepción de los sistemas de ciclo binario, la mayoría de loscondensadores que se emplean en los sistemas geotérmicos son de los denominadosde contacto directo. En este tipo de intercambiadores la condensación es muyefectiva. El vapor se mezcla con el agua de refrigeración, por lo que a la salidaexiste un único fluido, agua líquida saturada.

Las turbinas son las máquinas encargadas de convertir la energía almacenada en elvapor en energía mecánica de rotación (Figura 10.21). Pueden emplearse turbinas

simples de vapor y de costes relativamente bajos o turbinas de vapor de múltiplesetapas.

Torres de enfriamiento Para refrigerar los condensadores se emplean torres deenfriamiento. En dichas

torres el flujo caliente (el agua) se enfría mezclándoladirectamente con el fluido frío

(el aire). El proceso de transferencia de calor tienelugar por convección y

vaporización al pulverizar el agua o dejarla caer en unacorriente (tiro) inducida de

aire. Mediante el empleo de torres de enfriamiento elcalor procedente del proceso

se desecha en la atmósfera en vez de hacerlo en el aguade un río, un lago o en el

océano. Tipos de plantas geotérmicas Hay tres tipos básicos de plantas de energía geotérmica:

Las plantas de vapor seco el uso corriente de vapor directamente de un depósitogeotérmico hacer girar las turbinas del generador. La primera planta de energíageotérmica se construyó en 1904 en Toscana, Italia, donde entró en erupción devapor natural de la Tierra.

Las plantas de vapor flash debe tener alta presión de agua caliente desde elinterior de la Tierra y convertirla en vapor para mover las turbinas del generador.Cuando el vapor se enfría, se condensa en agua y se inyecta de nuevo en el suelopara ser utilizado una y otra vez. La mayoría de las plantas de energía geotérmicason las plantas de vapor flash.

Las centrales de ciclo binario de transferir el calor del agua caliente geotérmica aotro líquido. El calor hace que el líquido de un segundo para encender el vapor quese utiliza para mover una turbina generadora.

Generación de electricidad Existen diversos tipos de sistemas para el aprovechamiento de fuentesgeotérmicas de alta entalpía. Entre éstos se pueden destacar los cuatro siguientes: Sistemas de conversión directa. Los sistemas de conversión directa se utilizan en aquellos yacimientoshidrotérmicos donde predomina el vapor seco. En este caso, el vapor supercalentado (a180 oC-185 oC y 0,8 MPa-0,9 MPa) que llega a la superficie se emplea directamente,después que las partículas sólidas y los gases no condensables hayan sido separados,para accionar una turbina que, gracias a un generador mecánicamente conectado a ella,produce corriente eléctrica. El vapor, una vez pasa por la turbina de expansión, se dirigea un condensador donde se convierte en agua líquida saturada. Al agua obtenida en elcondensador se la hace pasar por una torre de enfriamiento;

una fracción importante delagua que se ha enfriado en la torre se envía al condensador para que sirva de fluidorefrigerante y, el resto, se inyecta de nuevo en el acuífero.El rendimiento termodinámico de este tipo de instalaciones es pequeño, si se loscompara con los obtenidos por una central térmica convencional. La causa fundamentales la diferencia de presiones a la entrada de la turbina.En una central geotérmica la presión máxima suele ser del orden de 0,9 MPamientras que en una central convencional dicha presión puede elevarse hasta 17,5 MPa.En general, los sistemas de conversión directa son los más simples, los máscomunes y los más atractivos, desde el punto de vista comercial. Como ejemplos deinstalaciones de este tipo que actualmente están operativas en el mundo se puedendestacar la central de Larderello (Italia), de 500 MW de potencia instalada, la central delos Géiseres (EE.UU), con 700 MW instalados y la central de Matsukawa (Japón), con20 MW instalados.

Sistemas de expansión súbita una etapa Los sistemas de expansión súbita de una etapa se emplean en los yacimientoshidrotérmicos donde predomina el agua líquida. En estos sistemas, el agua puedeexpansionarse súbitamente durante el ascenso a la superficie o mediante el empleo deun recipiente de expansión, originando que parte del líquido se evaporeinstantáneamente. Por tanto, es necesario utilizar un separador de fases que permitadirigir el vapor (155 Cº-165 Cº y 0,5 MPa-0,6 MPa) hacia la turbina y el agua noevaporada hacia el acuífero. El vapor obtenido se expande por una turbina que, acopladamecánicamente a un generador eléctrico, produce corriente eléctrica. Al igual queocurría en los sistemas de conversión directa, el vapor, una vez que pasa por la turbinade expansión, se dirige a un condensador donde se convierte en agua líquida saturada.Parte de esta agua constituye a su vez el fluido de refrigeración, una vez ha sidoenfriada en una torre de refrigeración. El resto del agua condensada se inyecta de nuevoen el acuífero. El rendimiento de estos sistemas es inferior a los de conversión directa,ya que no toda el agua que llega a la superficie se transforma en vapor de trabajo, comoocurría con los sistemas de conversión directa. Sistemas de expansión súbita dos etapas Los sistemas de expansión súbita de dos etapas se emplean en los yacimientoshidrotérmicos donde predomina el agua líquida con bajos contenidos de impurezas.Tienen como objetivo mejorar el rendimiento de los sistemas de expansión deuna etapa. Las diferencias de los sistemas de una etapa frente a los de dos etapas seencuentran en la existencia de dos etapas de expansión del agua que llega a la superficiedesde el acuífero y en que la turbina dispone de dos cuerpos; un cuerpo que trabaja alalta presión y un cuerpo que trabaja a baja presión.En los sistemas de evaporación súbita de dos etapas, el vapor obtenido en laprimera expansión se dirige al cuerpo de alta presión de la turbina, mientras que ellíquido obtenido en el primer separador de fases es de nuevo expansionado (a menor

presión que en la primera etapa). El vapor resultante de la segunda expansión esconducido al cuerpo de baja presión de la turbina, mientras que el agua residual seinyecta de nuevo en el acuífero. Como puede observarse en la Figura 10.17, el cuerpode baja presión de la turbina se alimenta, además del vapor procedente de la segundaetapa de expansión, del vapor saliente del cuerpo de alta de la turbina.El vapor, una vez que pasa por el cuerpo de baja de la turbina de expansión, sedirige a un condensador donde se convierte en agua líquida saturada. El resto

delproceso es similar al de los sistemas anteriormente descritos.Hay que señalar que los sistemas de dos etapas incrementan el rendimiento delos sistemas de una etapa en casi un 40%, aunque, el incremento del rendimiento seríamucho menor si se añadiese una tercera etapa de expansión. Sin embargo, requierenmucho más fluido, para generar una misma potencia, que una planta de conversióndirecta. Por ejemplo, la central de East Mesa (California), que comenzó a funcionar en1988, y que utiliza este sistema para generar 37 MW de potencia, emplea 10 veces másfluido que una central similar de conversión directa. Sistemas de ciclo binario Los sistemas de ciclo binario pueden ser utilizados en los yacimientoshidrotérmicos de entalpía media (100 Cº-200 Cº), donde predomina el agua líquida.Este tipo de plantas emplean un segundo fluido de trabajo, con un punto deebullición (a presión atmosférica) inferior al del agua, tales como isopentano, freón,isobutano , etc., los cuales se evaporizan y se usan para accionar la turbina.Estos sistemas, además de presentar la ventaja de permitir utilizar yacimientosgeotérmicos de temperaturas medias, admiten la explotación de yacimientos conacuíferos con un mayor porcentaje de impurezas, especialmente si estos están bajo unapresión tal que no tenga lugar la evaporación súbita. El líquido extraído del acuífero,una vez ha cedido su calor al fluido de trabajo en el intercambiador de calor, retorna de

nuevo al yacimiento. El fluidosecundario trabaja de acuerdo con el ciclo convencionalRankin. El fluido de trabajo, transformado en vapor recalentado a su paso por elevaporador, se dirige a la turbina con el objeto de accionarla. El generador,mecánicamente acoplado a la turbina, es el encargado de generar electricidad. Los gasesdel fluido de trabajo, una vez se expanden en la turbina, se condensan en unintercambiador de calor. El intercambiador es refrigerado con agua mediante un circuitoque dispone de refrigeración.Las plantas de ciclo binario se construyen generalmente en unidades modularesde pequeño tamaño, las cuales pueden ser interconectadas para constituir plantaseléctricas de decenas de megavatios. En los años 1990 se desarrollo un nuevo ciclo detrabajo, denominado ciclo Kalina , el cual es más eficiente que los ciclos convencionalesde Rankin, pero de un diseño más complejo. Este ciclo utiliza como fluido secundariouna mezcla de agua y amoniaco, el cual se expande (en condiciones desobrecalentamiento) a través de las turbinas de alta presión y después es recalentadoantes de accionar las turbinas de baja presión. Varias plantas geotérmicas en el mundoutilizan sistemas de ciclo binario: Soda Lake (Nevada) (Figura 10.19, Wendell-Amadee(California), Fang (Tailandia).La tecnología de plantas binarias es un medio seguro y de costos apropiados paraconvertir en electricidad la energía disponible de campos geotérmicos del tipo aguadominante (bajo 170°C). Un nuevo sistema binario, el ciclo Kalina, que utiliza una mezcla de agua yamoniaco como fluido secundario, se desarrolló en la década de los años 19 90. Elfluido secundario se expande, en condiciones de sobrecalentamiento, a través deturbinas de alta presión y posteriormente recalentado antes de accionar la turbina

debaja presión. Después de la segunda expansión el vapor saturado es conducido hacia unebullidor recuperativo, antes de ser condensado en un condensador enfriado por agua. Elciclo Kalina es más eficiente que las plantas geotermoelectricas binarias del tipo ORC,pero es de un diseño más complejo.

Las pequeñas plantas portátiles , ya sean convencionales o no, no solo reducenlos riesgos relativos a la perforación de nuevos pozos, sino lo más importante, quepueden ayudar a proporcionar los requerimientos de energía de áreas aisladas. Lacalidad de vida de muchas comunidades podría ser considerablemente mejorada altener la posibilidad de disponer de fuentes de energía local. La electricidad podríafacilitar muchas actividades aparentemente banales, pero extremadamente importantes,tales como bombeo de agua para regadío, congelamiento de frutas y vegetales paraconservación.La conveniencia de pequeñas plantas portátiles es aún más evidente paraaquellas áreas que no tienen acceso a combustibles convencionales y también paracomunidades donde sería demasiado costosa la conexión al sistema eléctrico nacional oregional, a pesar de la,existencia de líneas de transmisión de alto voltaje en lascercanías.

ANEXOS Anexo Central eléctrica Anexo-Esquema de una planta geotérmica 1-Perforación de extracción de vapor2-Inyección de agua fría hasta roca caliente3-Perforación de extracción de vapor4-Intercambiador de calor5-Edificio de la turbina6-Enfriamiento7Depósito de calor subterráneo, para exceso de temperatura8-Medición de perforación9Conexión a red eléctrica.

Anexo Diagrama de una central geotérmicaAnexo Esquema de una planta de conversión directa

Anexo Central de los Géiseres-USAAnexo Sistemas de expansión súbita una etapaAnexo Sistema de expansión súbita dos etapas

Anexo sistema de ciclo binario.Anexo Central geotérmica de Soda Lake-Nevada Anexo Esquema de una planta geotermoelectrica de descarga atmosférica. El flujo del fluido geotermal está indicado en rojo.

Anexo Esquema de una planta geotermoelectrica de condensación. El flujo del fluidode alta temperatura esta indicado en rojo y el agua fría en azul Anexo Esquema de una planta geotermal binaria. El flujo del fluido geotermal está enrojo, el fluido secundario en verde y el agua fría en azul Anexo Usos en línea de la energía geotérmica

Anexo Condensador de placasTurbinas de vapor

CONCLUSIÓN

Después de la realización de esta investigación podemos concluir que lascentrales geotérmicas o el uso de alta potencia a nivel industrial, realmente sólo puedeinstalarse en zonas volcánicas o con abundancia de géiseres, pues es ahí donderealmente el subsuelo tiene una temperatura muy elevada, de hasta 450ºc.Desafortunadamente, estos territorios afortunados no son muy frecuentes y fuerade ellos sólo puede aprovecharse la energía del subsuelo para la generación decalefacción domésticaSin embargo existen varias ventajas para hacer uso de esta energía como porejemplo, es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior , los residuosque produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados porel petróleo, carbón etc., y por ultimo actualmente las instalaciones con bomba de calorgeotérmica consiguen reducir el consumo de energía hasta un 75%, garantizando unfuncionamiento fiable y eficiente incluso en los días más fríos del invierno y los máscalurosos del verano.En líneas generales hasta entonces, la energía geotérmica ha sido un buenmétodo para la disminución de contaminantes, ya que al ser productos naturales,producirían en menor cantidad los daños a nuestra tierra

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