Cómo funciona la Geotérmia en Casa: Bomba de Calor

bomba de calor

¿Qué es la energía geotérmica?

La bomba de calor es la pieza principal para la instalación de la energía geotérmica; cuando se trata de calentar una casa individual, se denomina energía geotérmica a muy baja energía. Es para explotar solo el calor superficial del suelo que, en general, es alrededor de 15 ° C. También es posible extraer este calor del agua subterránea.

Las capas superiores y el agua subterránea se benefician del calor irradiado por el sol y del flujo de calor que fluye a la superficie. El calor del agua termal se extrae por medio de un intercambiador de calor (bomba de calor) que suministra inmediatamente una red de calefacción.

La energía geotérmica de superficie se usa para calentar casas y su agua corriente.

El uso de energía geotérmica

La energía geotérmica se usa, entre otras cosas, para proporcionar energía a las casas individuales.

La energía geotérmica es una energía casi inagotable y limpia. Por otro lado, su uso está restringido porque es de difícil acceso. Sin embargo, es más común encontrar productores de energía geotérmica en áreas de actividad volcánica.

Esta fuente sostenible debería, en el futuro, democratizarse y convertirse rápidamente en un medio popular de calefacción.

Para medir la cantidad de calor geotérmico, use la unidad de megawatt hora térmica MWth. Un MWth equivale a 3.6×103 megajulios. No confunda el vatio eléctrico y el vatio térmico.

¿Cómo funciona el sistema de una bomba de calor geotérmica?

El calor del suelo es tomado por sensores enterrados. Este calor es recibido por una bomba de calor cuya función es aumentar la temperatura mediante la circulación de un refrigerante para calentar una carcasa. Compuesto por un compresor, un evaporador y un reductor de presión, la bomba de calor suministra los radiadores y los pisos calentados .

El primer paso es la captura de calor geotérmico. El segundo paso es transferir este calor al refrigerante que se vaporiza. Entonces el fluido vaporizado es aspirado y comprimido por el compresor, lo que provoca el aumento de la temperatura. El cuarto paso es la transferencia de vapor del fluido al intercambiador de condensador para volver al estado líquido. Y finalmente el refrigerante, en forma líquida pasa a través del regulador que distribuirá el calor a través de los radiadores o pisos de calefacción.

 Los sensores de la bomba de calor geotérmica

Hay tres tipos de trampas de calor conectadas a la bomba.

Los sensores horizontales: se colocan a una profundidad de 60 a 120 cm. La instalación de estos sensores requiere una vasta área virgen de árboles o construcción, ligeramente inclinada, no rocosa y lejos de pozos o tanques sépticos. Es necesario llevar a cabo movimientos de tierra.

Los sensores verticales: instalados mediante perforación, solo se pueden instalar después de la autorización de la Oficina de Investigación Geológica y Minera para respetar la protección de los sótanos. Su profundidad está entre 80 y 120 m.

Los sensores de nivel del agua recogen e inyectan agua en el sistema. Por supuesto, debe haber una fuente de agua, como una corriente o agua subterránea en el sótano.

Estudios geotérmicos

Disfrutar de la calidez del sótano para calentar su hogar ahora es posible gracias a la energía geotérmica. Pero para disponer de este recurso natural, inagotable y libre, debe ser capaz de recolectar y distribuir en toda la casa. Este es el rol de la bomba de calor geotérmica. Tenga cuidado, sin embargo, porque la configuración de dicho sistema no se puede improvisar. Requiere un conjunto de estudios geotérmicos antes de la instalación.

El estudio de las necesidades térmicas antes de instalar una bomba de calor geotérmica

Antes de instalar una bomba de calor geotérmica , debe haber determinado sus necesidades. ¿Te gustaría calentar toda o parte de tu casa? ¿Durante todo el año, o un calentador adicional asumirá el control si es necesario? ¿Desea garantizar la producción de agua caliente? ¿Quieres disfrutar del aire acondicionado?

En la renovación, tendrá que parte de lo existente: superficie, orientación, aislamiento, área acristalada, renovación de aire, período de ocupación, etc. Este estudio puede mostrarle que se necesita trabajo de aislamiento o que puede administrar mejor su calefacción dependiendo de su ausencia o presencia.
No descuides esta parte del estudio geotérmico que tiene la ventaja de plantear concreta y globalmente la cuestión de tu calentamiento.

Riesgos relacionados con una instalación geotérmica

Eficiente, ecológico, económico: hay muchos elogios para las instalaciones geotérmicas. Pero como a menudo, hay un “pero” … Porque si la instalación no se lleva a cabo al milímetro, podemos exponernos a un desastre real.

Los riesgos asociados con una instalación geotérmica con captura vertical: ¡problemas en el suelo!

¿Quién dice que la instalación geotérmica con captura vertical dijo la perforación. Pero ten cuidado: la perforación que no se hace en las reglas del arte nos expone a serios problemas.

El requisito previo para la perforación? Un estudio de la calidad del suelo , llevado a cabo por la empresa que gestionará la instalación. De ahí la necesidad de recurrir a una empresa especializada y certificada.

Y sí, dependiendo de la naturaleza del suelo (arcilla, piedra caliza, húmedo, rico en sedimentos …) dependerá de la profundidad y la cantidad de perforación a realizar.

Y una encuesta de suelos mal hecha puede tener consecuencias desastrosas:

  • Perforar sin cuidado lo que está en el fondo es el riesgo de provocar una fuga de agua . Eso se extenderá rápidamente en otras casas, especialmente si el terreno está inclinado.
  • Un pozo perforado pobremente es agua que se filtrará al subsuelo. En el sótano, puede encontrar materiales con los que reaccionará, se inflará, se endurecerá … En la superficie, esto provocará levantamientos o hundimientos , muros agrietados , fachadas rotas , casas con estructura demolida …

Riesgos relacionados con una instalación geotérmica con captura horizontal

Buenas noticias: este sistema generalmente es menos riesgoso que la captura vertical. Normal: la captura horizontal requiere menos trabajo y los tubos se colocan a una profundidad máxima de 1,20 m.

Sin embargo, si no prestamos atención a la estructura del campo, también nos exponemos a decepciones:

  • Cuando los suelos son demasiado arcillosos , existe el riesgo de formación de gel alrededor de los tubos, lo que provocará pequeños golpes e hinchazones en el suelo.
  • Si la instalación está demasiado cerca de un árbol, las tuberías pueden bloquear el crecimiento de las raíces. En caso de confrontación, las raíces salen del suelo o llegan a obstaculizar el circuito.

Ruido

Aunque los fabricantes mejoran constantemente el aspecto acústico, las bombas de calor a menudo son criticadas por ser (demasiado) ruidosas.

Para que nuestras relaciones de vecindario no sufran, las regulaciones vigentes deben cumplirse estrictamente . El objetivo: encontrar la ubicación óptima para que el ruido de las instalaciones al aire libre no interfiera con nuestros vecinos.

Nota : si la casa de nuestro vecino está lo suficientemente cerca, podemos colocar una pantalla acústica cerca de la instalación.

Coste de la Instalación

El coste de instalación de una bomba de calor geotérmica supera ampliamente a las demás instalaciones convencionales, esto se debe mayormente al alto costo de las perforaciones; El precio puede superar hasta 2,5 veces a una instalación de gas o gasoil

El coste promedio de instalación de una bomba de calor geotérmica en una vivienda unifamiliar puede oscilar entre los 20.000 y 40.000 euros, este monto dependerá del numero de pozos a perforar y el tipo de terreno donde se realizará, también dependerá de la potencia de la bomba de calor que se instalara.

Lo mas costoso de este tipo de instalación es la perforación de los pozos, estos precios tienen variación dependiendo de la zona a perforar, pero su precio medio puede estar por los 40euros/metro lineal de perforación.

Se debe tomar en cuenta que como este tipo de instalaciones se trata de energías renovables, actualmente existen varias lineas de ayuda que pueden beneficiar al cliente reduciendo el coste final de instalación.

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Conceptos básicos de la Energía Geotérmica: formas de utilizarlas, ventajas y desventajas

la energía geotérmica

Para entender la energía geotérmica, imagine tener una chimenea cerca, una que nunca se apaga.

El fuego del que hablamos existe en el núcleo de nuestro planeta. Pero echemos un vistazo a las ventajas y desventajas de este tipo de energía renovable

Conceptos básicos de la Energía Geotérmica de la Tierra

La temperatura en el núcleo de la Tierra mide cerca de 7200 grados Fahrenheit.

Como se puede imaginar, una temperatura tan alta puede producir cantidades extraordinarias de energía sostenible e innumerables gigavatios de electricidad.

Técnicamente hablando, la energía geotérmica se considera una fuente de energía renovable que puede producir energía durante el tiempo que exista nuestro planeta.

Según la Asociación de Energía Geotérmica (GEA) , la industria de energía geotérmica alcanzó alrededor de 3,442 MW a fines de 2013.

Agregue a esto aproximadamente 1,000 MW de adiciones de capacidad planificadas en desarrollo y aproximadamente 3,100 MW de recursos de energía geotérmica en desarrollo.

El Informe Anual de Producción de Energía Geotérmica de GEA de 2017  afirma: “El mercado internacional de energía geotérmica está en auge, creciendo a una tasa sostenida de 4% a 5%. Casi 700 proyectos geotérmicos están en desarrollo en 76 países.

Muchos países que anticipan las amenazas causadas por el cambio climático.

Se dan cuenta de los valores de la energía geotérmica como carga base y, a veces, fuente flexible de energía renovable “.

Sin embargo, las estimaciones superiores muestran un notable potencial de energía geotérmica en todo el mundo de:

*2 teravatios (TW), mucho más de lo que estamos en camino de aprovechar.

Entonces, ¿por qué no estamos produciendo tal energía?

Echemos un vistazo más de cerca a algunas de las ventajas y desventajas cuando se trata de producir energía geotérmica para el hogar, los negocios o la ciudad.

Hoy en día existen dos formas de utilizar la Energía Geotérmica:

Primero, el calor de la superficie de la Tierra se puede usar con sistemas de bomba de calor geotérmicos.

Un sistema de suministro de aire que utiliza conductos, junto con un intercambiador de calor enterrado en el suelo, puede bombear calor a una casa o edificio.

La bomba de calor también puede funcionar en el verano, eliminando el calor del interior del edificio hacia el intercambiador de calor.

Ese aire caliente también se puede usar para proporcionar agua caliente.

En segundo lugar, existe la opción de la electricidad.

Las plantas generadoras de electricidad convierten los fluidos hidrotermales en electricidad, dependiendo del estado del fluido y su temperatura, de tres maneras:

  • vapor seco,
  • vapor instantáneo
  • ciclo binario.

Los sistemas de vapor seco extraen el vapor de las fracturas en el suelo, recolectando agua caliente y vapor que pueden impulsar las turbinas en los generadores de electricidad.

No importa cuán bueno pueda sonar todo esto, una serie de ventajas y desventajas entran en juego cuando se considera el desarrollo de plantas de energía geotérmica:

Ventajas de energía geotérmica

  • Respetuoso con el medio ambiente:

hay algunos aspectos contaminantes para aprovechar la energía geotérmica, y la huella de carbono de una planta de energía geotérmica se considera mínima.

Una planta de energía geotérmica promedio libera el equivalente de 122 kg de CO2 por cada megavatio-hora (MWh) de electricidad que genera: una octava parte de las emisiones de CO2 asociadas con las centrales de carbón típicas.

  • Un recurso renovable:

Es un recurso renovable, porque los depósitos geotérmicos se reponen naturalmente.

Según algunos científicos, la energía en nuestros depósitos geotérmicos durará miles de millones de años.

Si bien los combustibles fósiles tienen una fecha de vencimiento, las fuentes renovables como la energía geotérmica no van a caducar en el corto plazo.

  • Capacidad potencial:

Las estimaciones del potencial de las plantas de energía geotérmica varían entre 0.035 y 2 TW.

  • Un recurso estable:

La potencia de salida de una planta geotérmica puede predecirse con precisión.

No está sujeto a las mismas fluctuaciones de baja energía que con la energía solar o eólica.

  • Ideal para calefacción / refrigeración:

Hay un crecimiento significativo en el número de propietarios que utilizan calefacción / refrigeración geotérmica en los últimos años.

  • No requiere combustible:

Después de la instalación, no es necesaria ninguna actividad de minería o transporte.

  • Huella de tierra pequeña:

La huella de tierra más pequeña de cualquier fuente de energía principal.

  • Recurso estable:

Puede proporcionar carga base o potencia máxima.

  • Factores económicos: costo competitivo en algunas áreas.

  • Accesibilidad:

Algún nivel de energía geotérmica disponible en la mayoría de los lugares.

  • Renovable:

La energía geotérmica se extrae del núcleo de la tierra y estará disponible mientras exista la tierra.

Por lo tanto, es renovable y se puede utilizar durante aproximadamente otros 4-5 mil millones de años.

  • Abundante oferta:

Con la energía geotérmica, no hay escasez u otro tipo de problemas que a veces ocurren con otros tipos de energía.

  • Ahorros significativos para los propietarios:

Ha habido un gran aumento en el número de propietarios que desean utilizar la energía geotérmica para calefacción y refrigeración.

El resultado es que se utiliza menos energía para calentar casas y oficinas, lo que resulta en ahorros significativos para los propietarios de viviendas.

Después del gasto inicial, un ahorro del 30-60% en calefacción y un ahorro del 25-50% en refrigeración puede cubrir ese costo en pocos años.

Desventajas de la Energía Geotérmica

  • Emisiones potenciales:

El gas de efecto invernadero debajo de la superficie de la Tierra puede migrar potencialmente a la superficie y a la atmósfera.

Tales emisiones tienden a ser más altas cerca de las plantas de energía geotérmica, que están asociadas con las emisiones de dióxido de azufre y sílice.

Además, y los depósitos pueden contener trazas de metales pesados ​​tóxicos como mercurio, arsénico y boro.

  • Inestabilidad de la superficie:

La construcción de plantas de energía geotérmica puede afectar la estabilidad de la tierra.

En enero de 1997, la construcción de una planta de energía geotérmica en Suiza desencadenó un terremoto de magnitud 3.4 en la escala de Richter.

  • Alto costo de la electricidad:

Los costos totales generalmente oscilan entre  2 y  7 millones de Euros para una planta de energía geotérmica de 1 MW.

  • Costos iniciales altos para los sistemas de calefacción y refrigeración:

Si bien existe un ROI predecible, no ocurrirá rápidamente.

Para un hogar de tamaño promedio, la instalación de bombas de calor geotérmicas cuesta entre 10,000 y 40,000 euros, lo cual puede amortizarse en otros 5-10 años en la línea

  • Ubicación específica:

Buenos depósitos geotérmicos son difíciles de conseguir.

Islandia y Filipinas cubren casi un tercio de su demanda de electricidad con esta energía.

Los sitios principales a menudo están lejos de los centros de población.

  • Costos de distribución:

Si la energía  se transporta a grandes distancias, el costo puede ser prohibitivo.

  • Preguntas de sostenibilidad:

Algunos estudios muestran que los depósitos pueden agotarse si el líquido se elimina más rápido que si se reemplaza.

Este no es un problema para la calefacción y refrigeración geotérmica residencial, donde la energía geotérmica se usa de forma diferente que en las plantas de energía geotérmica.

  • Costo de alimentar la bomba:

Las bombas de calor geotérmicas necesitan una fuente de alimentación.

Puede quedarse sin Steam: tienes que ser increíblemente cuidadoso cuando tratas de verificar todo lo que está relacionado con la energía geotérmica.

Se debe tener cuidado de vigilar el calor y no abusar de él.

Ya que si no se atiende adecuadamente el calor, puede producirse un colapso u otros problemas en los que la energía no se distribuye o usa adecuadamente.

Ya sea que la energía geotérmica vaya a ser utilizada para calentar una casa o generar electricidad en una planta de energía, hay mucho que mirar y considerar.

Aunque la huella para esta forma de energía es considerablemente menor que la de los combustibles fósiles, todavía tiene posibles impactos negativos.

Además, está la disyuntiva del costo.

Las plantas de energía geotérmica son caras de crear y no siempre es tan fácil de encontrar.

Y el costo inicial para edificios o casas que usan un sistema de calefacción y enfriamiento geotérmico es costoso y sin una recuperación rápida.

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Energía Geotérmica: energía infinita y potencial…

energía Geotérmica

La Energía geotérmica es la energía recuperada del calor de las capas profundas de la tierra, utilizada para producir electricidad.

La energía geotérmica permite transformar la energía térmica de las formaciones rocosas, como lo hace la turbina con la energía eólica que la transforma en energía mecánica, que a su vez se transformará en energía eléctrica.

Hasta el 50 por ciento del calor intrínseco de nuestro planeta se remonta a la época del origen de la Tierra.
Dado que la temperatura del núcleo de la tierra está entre 4800 y 7700 ° C, la dispersión térmica del 90 por ciento de nuestro planeta se extiende a más de 100 ° C.
Este calor geotérmico, que todavía proporciona alrededor de 40 ° C en un kilómetro, se bombea a través de bombas de calor y proporciona agua caliente y casas con calefacción.
El campo de la energía geotérmica cercana a la superficie es la solución ideal para hogares privados.
Ya que desde el punto de vista geológico, cada propiedad es apta para uso geotérmico.
Dependiendo de los aspectos económicos, técnicos y de derecho de construcción, se responden los beneficios financieros.
Colectores, sondas, pilas de energía y sistemas de pozos de calor transportan energía geotérmica a través de sistemas de tuberías.
Estas tuberías conectadas a la bomba de calor contienen un líquido circulante que conduce el calor.
Por ejemplo, un tanque de agua interno se calienta en la habitación privada.
La energía geotérmica es una de las formas más eficientes de energía gracias a este uso directo.

Energía infinita

Además de la calefacción directa o el calentamiento, la energía geotérmica también ofrece la posibilidad de generar electricidad.

La llamada generación de energía hidrotermal, son la temperatura del agua de al menos 100 ° C se requiere .

En un depósito de calor subterráneo, el agua que contiene es tan caliente que atraviesa la superficie en forma de vapor.

En las centrales eléctricas, esta presión natural impulsa una turbina para generar electricidad.

El vapor de agua luego pasa a través de un sistema de tuberías en torres de enfriamiento, se condensa y se devuelve al depósito de calor.

Gracias a este ciclo natural, la energía renovable de la energía geotérmica es sostenible y rentable al mismo tiempo.

Dado que la temperatura de tales piscinas subterráneas suele ser inferior a 100 ° C en las regiones de Europa Central, el agua termal se utilizaba anteriormente únicamente para el suministro de calor.

Pero gracias a los sistemas de ciclo orgánico de Rankine (ORC) recientemente desarrollados , la energía geotérmica se puede utilizar para generar electricidad desde tan solo 80 ° C.

Estas ORC utilizan un transportador orgánico, como el pentano, que se vaporiza a temperaturas más bajas e inicia una turbina.

Una alternativa es también el llamado método Kalina.

Allí, se usa una mezcla de sustancias (agua-amoníaco), que también siente un aumento en el volumen a temperaturas más bajas y con el vapor resultante impulsa una turbina o el generador de energía.

Sin embargo, en todos estos procesos a baja temperatura, debe tenerse en cuenta que las sustancias utilizadas para los procesos de ciclo necesarios (pentano o amoníaco) son extremadamente inflamables o tóxicos.

Esto requiere a veces complejas precauciones de seguridad, que garantizan la operación y el mantenimiento sin peligros.

En la actualidad, más de 50 países (EE. UU., España, Islandia, México, etc.) utilizan energía geotérmica profunda en forma de vapor o agua sobrecalentada para producir electricidad.

En 2015, la capacidad instalada global fue de 12.6 GW con una producción de energía de 73.5 TWh.

La industria geotérmica profunda se está desarrollando en todo el planeta.

Para 2020, se espera que la capacidad instalada mundial alcance los 21,4 GW (inversión pública y privada).

Existen diferentes tipos de tecnologías en el mundo, pero persisten varios desafíos técnicos.

Potencial de la energía geotérmica profunda

Estados Unidos es el principal productor mundial de electricidad a partir de vapor geotérmico.

En 2015, su capacidad instalada fue de 3.45 GW y su producción de energía fue de 16.6 TWh. Para 2020, su capacidad instalada podría aumentar a 5,6 GW.

Al este de los Estados Unidos, el potencial para generar energía eléctrica a partir de rocas calientes profundas se estima en 500 GW, el equivalente a la capacidad instalada total del país.

En Quebec, el entorno geológico consiste en formaciones rocosas de varios miles de metros de profundidad.

Al sudeste de Quebec, las plantas de energía geotérmica podrían ser abastecidas por embalses ubicados a más de 6 o 7 km bajo tierra en un área que abarca del 10 al 15% del territorio.

Las temperaturas de los tanques serían de alrededor de 150 ° C, y la capacidad instalada podría ser de 2 a 5 MW por sitio de producción.

Ventajas y Desventajas:

  • La instalación de plantas de energía geotérmica es posible en todas partes.
  • Provista para cavar lo suficientemente profundo como para alcanzar las temperaturas deseadas.
  • La planta está directamente encima de la fuente de calor, sin necesidad de transformación o transporte de combustible.
  • En particular, se eliminan los derrames accidentales de petróleo.
  • Producción predecible y continua. Factor de uso de más del 95%: más alto que la energía solar fotovoltaica y eólica, por ejemplo, y comparable a las de varias plantas de energía nuclear.
  • No requiere sistema de almacenamiento de energía.
  • No hay un tratamiento especial de la fuente de energía, como la refinación de petróleo o el enriquecimiento de uranio.
  • En el mediano plazo, operación de una planta de SGS insostenible en muchas regiones.
  • Recurso renovable: calor extraído de un depósito geotérmico que se reabastece de forma natural.

Desarrollo Sostenible:

  • Sistema de piso que requiere poco espacio.
  • Bajas emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos durante la operación para la gran mayoría de las plantas geotérmicas.
  • Bajo impacto ambiental durante todo el ciclo de vida.
  • Evitar la contaminación del agua subterránea o superficial mediante una buena gestión de las aguas residuales durante la perforación y las operaciones de estimulación hidráulica.
  • Uso problemático de agua en áreas con pocos recursos hídricos.
  • Preocupaciones con respecto al efecto de los micro-fenómenos.

La Energía Geotérmica se suma al grupo de Energías Renovables que van poco a poco convirtiendo nuestro mundo en un entorno ecológico, entre estas tenemos:

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