Geotermia: Definición y Fundamentos
La geotermia es un tipo de energía renovable que se ubica debajo de la corteza terrestre, ya sea en áreas poco profundas o a grandes profundidades, incluyendo el magma. Su nombre, de origen griego, significa literalmente «calor de la tierra». Esta fuente energética se asemeja a una vasta batería natural y renovable, que se nutre parcialmente de la energía solar almacenada en el subsuelo y del calor proveniente del núcleo terrestre.
Aprovechando los depósitos de magma, vapor o agua caliente, es posible generar energía destinada a la climatización o al calentamiento de agua para uso doméstico. La geotermia se presenta como una fuente de energía térmica inagotable que ofrece una temperatura constante tanto en invierno como en verano.
Funcionamiento de la Geotermia
El sistema de geotermia opera gracias a la combinación del calor proveniente del sol y del núcleo terrestre, lo que mantiene una temperatura subterránea constante a lo largo del año. Por ejemplo, a una profundidad de aproximadamente diez metros, la temperatura se mantiene en torno a los 15ºC independientemente de las condiciones exteriores, ya sea invierno o verano.
Este fenómeno es equiparable a la sensación térmica que se experimenta en una cueva, donde la temperatura se percibe fresca en verano y templada en invierno. Un sistema geotérmico de calefacción y refrigeración, también conocido como bomba de calor geotérmica, hace uso de esta energía constante para climatizar los espacios de manera eficiente. En invierno, el calor del subsuelo es absorbido por un fluido refrigerante frío.
Geotermia: Uso de la Energía del Suelo para Climatización
El proceso de geotermia consiste en circular y transportar el calor desde el suelo hacia un compresor. Una vez en el compresor, se aumenta tanto la presión como la temperatura, pudiendo alcanzar los 60-90ºC. Posteriormente, el líquido refrigerante caliente circula a través del edificio, siendo absorbido por el aire interior más frío para calentar el interior. El líquido refrigerante, al ceder calor, se enfría nuevamente y vuelve a circular hacia el suelo, absorbiendo más calor y repitiendo el proceso hasta llegar a la temperatura deseada en el hogar.
En verano, el proceso se invierte. La bomba extrae el calor del hogar y lo transfiere de vuelta al suelo. Además, es posible calentar el agua de la casa con geotermia mediante la instalación de un acumulador de agua que aprovecha el exceso de calor del líquido refrigerante.
Durante el invierno, el fluido refrigerante, que inicialmente está frío, capta el calor procedente del subsuelo. Este fluido circula hacia el compresor, donde su temperatura y presión se incrementan, alcanzando temperaturas de entre 60 y 90 °C. Posteriormente, este fluido caliente se distribuye por el inmueble, donde el aire interior, más fresco, absorbe el calor, facilitando así la calefacción del espacio.
A medida que el líquido refrigerante libera calor y se enfría, retorna al subsuelo para adquirir más calor, repitiendo este ciclo continuamente hasta lograr la temperatura ambiente deseada.
Tipos de Instalaciones de Geotermia
Existen dos tipos de sistemas geotérmicos: los de circuito abierto y los de circuito cerrado. Los sistemas de circuito abierto son menos comunes y hacen circular agua superficial o de un pozo a través del sistema, devolviéndola al subsuelo mediante una tubería de descarga. Por otro lado, los sistemas de circuito cerrado se pueden implementar de forma vertical u horizontal, adaptándose al espacio disponible en el terreno.
Para una instalación geotérmica horizontal, se requiere excavar una zanja de aproximadamente 2 metros de profundidad con dimensiones de 90 metros de largo, 2 metros de ancho y 2 metros de profundidad. En cambio, para una instalación vertical, se perforan agujeros de 9 a 12 centímetros de diámetro con una profundidad máxima de 150 metros. Los sistemas horizontales son ideales para viviendas con terrenos amplios, mientras que los verticales ocupan menos espacio, siendo una opción para terrenos más reducidos.
Además de estos sistemas, existe también el sistema de estanque o lago, a diferencia de los sistemas geotérmicos de circuito abierto, no se extrae agua caliente directamente. En su lugar, el calor se obtiene al sumergir las tuberías dentro de la masa de agua, donde absorben el calor directamente. Este enfoque elimina la necesidad de bombear agua, aprovechando eficientemente la capacidad térmica del cuerpo de agua para calentar o enfriar los espacios según sea necesario.
Geotermia de circuito cerrado en acuífero de agua
La técnica de geotermia de circuito cerrado en acuífero de agua implica la extracción de calor introduciendo las tuberías en la masa de agua para captar la energía térmica, a diferencia de los sistemas de geotermia de circuito abierto donde se bombea el fluido caliente.
Requisitos para la instalación de un sistema de geotermia
Los sistemas geotérmicos son adecuados para su utilización en variedad de ubicaciones debido a las constantes temperaturas del suelo. Sin embargo, es necesario considerar algunos factores para instalar una bomba de calor geotérmica. Es importante conocer la tecnología requerida para la instalación geotérmica y los factores influyentes en la elección del sistema adecuado.
Tecnología necesaria
Para aprovechar la energía natural de la tierra, la tecnología geotérmica involucra tres componentes principales: el circuito de tierra, la bomba de calor (o circuito de refrigerante) y el lazo interno de distribución en el hogar.
- Circuito de tierra: consiste en tuberías enterradas llenas de fluidos que transportan el calor desde la tierra hasta la bomba de calor.
- Bomba de calor: máquina que traslada calor entre el circuito de tierra y la vivienda, utilizando energía mecánica para bombear calor y ajustar la temperatura del fluido en el circuito de refrigerante.
- Lazo interno en el hogar: sistema para distribuir el aire acondicionado o calefacción por toda la casa, e incluso puede utilizarse para calentar el agua o la piscina.
Factores influyentes en el diseño de la instalación geotérmica
Varios aspectos pueden incidir en el diseño de un sistema geotérmico, entre los cuales se destacan:
Geología
La geología es uno de los principales factores que pueden influir en el diseño de un sistema de geotermia. Las propiedades del suelo afectan directamente las tasas de transferencia de calor, siendo crucial considerarlas en el diseño del sistema. Un suelo con buenas propiedades de transferencia de calor necesitará menos tuberías, lo que impacta directamente en el costo del sistema.
Hidrología
También juega un papel importante en el diseño de sistemas de geotermia. La disponibilidad de agua superficial o subterránea puede determinar el tipo de circuito de tierra a utilizar para instalar las bombas de calor geotérmicas. Factores como la profundidad, volumen y calidad del agua son cruciales en la elección del sistema, considerando que un circuito abierto puede ser una opción, aunque requiere una exhaustiva investigación de la calidad del agua para prevenir problemas.
Disponibilidad de terreno
Es otro aspecto relevante en el diseño de sistemas geotérmicos. Para la instalación de bombas de calor geotérmicas, se requiere al menos una cierta cantidad de terreno disponible.
El diseño, el paisajismo y los **servicios subterráneos juegan un papel fundamental en la planificación e implementación de sistemas geotérmicos. Por ejemplo, las instalaciones geotérmicas horizontales son comúnmente la opción más económica y se prefieren en propiedades con gran extensión de terreno disponible. En situaciones donde el espacio es limitado, se recurre a los sistemas geotérmicos verticales.
Tipos de Bombas de Calor Geotérmicas
En el mercado, se pueden encontrar tres tipos principales de sistemas geotérmicos: la Bomba de Calor Geotérmica (BCG) simple, encargada de captar calor del subsuelo y transferirlo a la vivienda; la BCG inverter, que además de la función anterior, puede proporcionar refrigeración durante el verano mediante un proceso inverso; y la BCG ACS, que permite la instalación con un acumulador de agua caliente sanitaria para maximizar la eficiencia energética.
Ventajas e Inconvenientes de la Geotermia
La geotermia presenta numerosas ventajas como fuente de energía renovable, pero también conlleva una serie de inconvenientes. A continuación se detallan.
Ventajas de la Geotermia
La geotermia es una fuente de energía renovable, limpia e inagotable que reduce la dependencia de combustibles fósiles contaminantes como el petróleo, el propano o el gas, contribuyendo así a la reducción de la huella de carbono.
Sistemas altamente eficientes
La bomba de calor geotérmica es una tecnología eficiente que permite la circulación constante de aire calentado y enfriado en un ciclo extendido, ofreciendo una regulación continua de la temperatura en el hogar. El intercambio de calor gradual y constante garantiza una uniformidad térmica en todas las áreas de la vivienda. En comparación con los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración, los sistemas geotérmicos operan con una eficiencia aproximadamente 6 veces mayor, generando alrededor de 6 kilovatios térmicos por cada kilovatio eléctrico consumido. Esto permite alcanzar eficiencias que oscilan entre el 300% y el 600%, incluso durante las noches más frías del invierno.
Contribuyen a la independencia energética
Al optar por un sistema de calefacción geotérmica, se adquiere la capacidad de producir energía calorífica de manera autónoma, prescindiendo de verse afectado por las variaciones de precios y la inestabilidad del mercado energético. Además, la calefacción geotérmica se caracteriza por ser una fuente energética siempre disponible y confiable, ya que no depende ni del sol ni del viento.
Ofrecen una mejor calidad del aire
La calefacción de combustión cero y el intercambio de aire continuo en los sistemas geotérmicos garantizan una mejora significativa en la calidad del aire y en los niveles de humedad dentro del hogar. Además, estos sistemas son notoriamente más silenciosos que otras opciones de refrigeración, dado que no cuentan con un compresor o ventilador exterior ruidoso. La unidad interior suele ser tan silenciosa como un refrigerador.
Longevidad y Rendimiento Energético
Los componentes internos de una bomba de calor geotérmica suelen tener una vida útil de aproximadamente 25 años, mientras que el circuito de tierra puede durar aún más, llegando a superar los 50 años. Esto convierte a la inversión inicial en este tipo de calefacción en una opción sumamente rentable, permitiéndote disfrutar de calefacción y agua caliente de manera gratuita durante generaciones.
Mantenimiento y Durabilidad
Un aspecto destacado de los sistemas geotérmicos es su bajo mantenimiento una vez instalados. El único cuidado regular que requieren es verificar y cambiar los filtros de aire cada tres meses según sea necesario. Realizar una inspección anual para evaluar el rendimiento de la bomba de calor y otros componentes mecánicos es recomendable, ya que permite detectar posibles problemas y realizar un mantenimiento preventivo de forma eficaz.
Fiabilidad y Seguridad
Los sistemas geotérmicos se caracterizan por ser **sistemas de bajo riesgo** debido a su **tecnología estable** y su **utilización de energía renovable**. Gracias a su diseño eficiente y duradero, ofrecen una opción confiable y segura para la climatización de espacios residenciales y comerciales.
Bomba de calor sin combustión en la calefacción geotérmica
Una característica notable de las bombas de calor en la calefacción geotérmica es la ausencia de combustión para la generación de calor, lo cual elimina por completo el riesgo de escape químico o envenenamiento por monóxido de carbono. En contraste, las estufas de combustible fósil tradicionales emiten gases como el dióxido de carbono, el dióxido nitroso o el dióxido de azufre.
Eficiencia energética y ahorro económico
La calefacción geotérmica ofrece un significativo potencial de ahorro económico. Al optar por este sistema, es posible obtener considerables reducciones en los costos de energía a lo largo de todo el año. En comparación con los sistemas convencionales que utilizan combustibles fósiles para calefacción y refrigeración, la calefacción geotérmica puede lograr ahorros que oscilan entre el 30% y el 60% en calefacción, y entre el 20% y el 50% en refrigeración.
Inconveniestes de la Geotermia
A pesar de las ventajas significativas que brinda la geotermia, también se identifican algunos inconvenientes a considerar. Principalmente, destacan dos aspectos: la notable inversión inicial y la necesidad de electricidad para su funcionamiento. La inversión inicial requerida para la instalación de un sistema geotérmico suele ser más elevada en comparación con los sistemas de calefacción tradicionales que emplean combustibles fósiles.
No obstante, esta inversión se amortiza en un corto plazo y resulta más rentable a largo plazo que un sistema de calefacción convencional. Además, es importante tener en cuenta que el funcionamiento de la calefacción geotérmica depende de la disponibilidad de energía eléctrica.
Los componentes mecánicos de un sistema de geotermia son altamente eficientes en su funcionamiento, sin embargo, requieren de electricidad para operar de manera óptima. Al hacer la transición a un sistema de energía geotérmica, se logra la eliminación de las facturas de combustible, pero se mantiene la necesidad de alimentar la bomba de calor con electricidad. Para contrarrestar este costo energético adicional, una solución conveniente es la instalación de placas solares.
Combinación de placas solares y geotermia para optimizar rendimiento
La combinación de placas solares con un sistema de geotermia se presenta como una estrategia eficaz para maximizar la eficiencia energética. A pesar de la eficiencia inherente de la geotermia, esta sigue requiriendo una fuente de electricidad para su operación. En este sentido, la generación de energía mediante placas solares permite reducir la dependencia de la red eléctrica convencional, brindando un respaldo sostenible y económico al sistema geotérmico.
Ventajas de la combinación de energía solar y geotérmica
La sinergia entre la energía solar y la geotermia se traduce en beneficios significativos para el usuario. La producción de energía a través del autoconsumo fotovoltaico no solo cubre las necesidades energéticas del sistema geotérmico, sino que también contribuye a maximizar la eficiencia del sistema en su conjunto. Este enfoque permite al usuario lograr mayores ahorros, reducir el periodo de retorno de la inversión y, al mismo tiempo, disminuir las emisiones de CO2 al tratarse de un sistema completamente renovable. En un contexto de aumento de los precios del carbono, la combinación de energía solar y geotermia emerge como una alternativa altamente beneficiosa desde el punto de vista económico y medioambiental.
Geotermia, una Opción Rentable para la Eficiencia Energética
En un momento donde el
aumento de los costes del combustible y la disponibilidad de
subvenciones europeas para instalaciones de
energías renovables como
placas solares, sistemas de almacenamiento y climatización, es crucial considerar la geotermia como una alternativa altamente beneficiosa.
En Energia y Calor Extremadura, S.L, expertos en energías renovables y autoconsumo fotovoltaico, ofrecemos un servicio integral para aquellos interesados en dar el salto hacia la geotermia. Desde el estudio previo, diseño e instalación, hasta la tramitación de subvenciones y legalización, acompañamos a nuestros clientes en todo el proceso.
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Ingeniero Técnico de Obras Públicas y apasionado de las energías renovables hasta el punto de crear mi propia empresa. Especializado en el estudio y dimensionamiento de obras, autoconsumo fotovoltaico, sistemas de calefacción con energías renovables.
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