GEOTERMIA SOMERA: LA ENERGÍA DEL SUBSUELO

Integrantes del área:

Dra. Mar Alcaraz (coordinadora) malcaraz@ihlla.org.ar

Dr. Luis Sebastián Vives lvives@faa.unicen.edu.ar

Principales temas de trabajo

  • -Estimación del potencial geotérmico somero
  • -Gestión sostenible de la geotermia somera

Introducción

En la actual situación de déficit energético, la lucha contra el cambio climático es un reto que se está abordando desde todos los ámbitos de las ciencias. Con esta área temática el IHLLA también apuesta por las energías renovables, particularmente mediante el análisis y estudio del medio subterráneo como fuente y sumidero de calor, lo que se conoce como geotermia somera. Nuestros objetivos en cuanto a esta energía renovable son darla a conocer a los diferentes estamentos de la sociedad y favorecer su utilización responsable con el medio ambiente y el resto de usuarios.

La geotermia somera es una energía renovable ampliamente utilizada para climatizar cualquier tipo de ambiente, desde viviendas unifamiliares hasta grandes complejos como hospitales o centros universitarios. A pesar de que se está extendiendo rápidamente a nivel mundial, hay un gran desconocimiento en Argentina sobre sus posibilidades de explotación, ya que todos los esfuerzos se han concentrado en otro tipo de geotermia, más conocida, la geotermia profunda. En la actual crisis energética que se vive, no sólo en Argentina, sino a nivel mundial, es imprescindible recurrir a este tipo de energías renovables.

La explotación de geotermia somera, a diferencia de la geotermia profunda, no está vinculada a puntos calientes del subsuelo ni a aguas termales. Puede explotarse en prácticamente cualquier lugar. Su ubicuidad es una de sus ventajas más representativas. Lo que hace la geotermia somera es utilizar la temperatura constante del medio subterráneo, en torno a 17-20ºC, para extraer o disipar calor. Esto lleva a otra de sus ventajas, ya que es independiente de las condiciones atmosféricas, a diferencia de la energía solar o eólica; por lo tanto, su explotación es constante a lo largo de todo el año.

¿Cómo funciona la geotermia somera?

La explotación de geotermia somera sigue el mismo principio que los aparatos de aire acondicionado: ambos utilizan una bomba de calor. El aire acondicionado utiliza el aire exterior para extraer o disipar el calor, y aquí radica su baja eficiencia; en verano, las altas temperaturas del aire exterior hacen que sea muy difícil (costoso energéticamente) disipar calor; y al contrario en invierno, cuando se necesita mucha energía para sacar calor del aire exterior debido a las bajas temperaturas. En cambio, la geotermia somera, para extraer o disipar calor, utiliza el medio subterráneo cuya temperatura es constante a lo largo del año, con lo que se alcanzan eficiencias mucho más altas que con los aparatos de aire acondicionado.

Para explotar la geotermia somera se han diseñados diferentes tipos de infraestructuras. A rasgos generales se pueden clasificar en sistemas abiertos y cerrados (Figura 1). En los sistemas abiertos se bombea directamente el agua subterránea, cuya temperatura se mantiene constante a lo largo del año, con valores de entre 14ºC, en zonas más frías y 17-19ºC en climas templados. El agua bombeada se puede usar directamente para refrigerar o se hace pasar por una bomba de calor. La extracción de agua subterránea puede suponer un inconveniente en zonas áridas donde los recursos hídricos sean escasos, ya que a pesar de que se trata de un uso no consuntivo del agua (generalmente esta agua vuelve a reinyectarse en el acuífero) puede alterar las condiciones físicas y químicas del medio subterráneo, produciendo un impacto ambiental.

Figura. 1. Esquemas de instalaciones de sistemas cerrados (horizontales y verticales) y sistemas abiertos. Fuente: https://extralumin.es/el-calor-bajo-tus-pies-hablemos-de-geotermia/accedido el 30/05/2018.

En los sistemas cerrados no se extrae agua del acuífero, sino que se introduce una tuberíaen el subsuelo, llamada sonda geotérmica, por donde circula un fluido de características térmicas especiales. Estas sondas pueden alcanzar profundidades de hasta 400 m (sondas verticales) o bien no superar los 10 m de profundidad (sondas horizontales). Esta sonda permite el intercambio de energía entre el medio subterránea (agua más suelo) y el fluido que circula en su interior. De tal manera que existe un circuito cerrado entre la bomba de calor y la sonda geotérmica. En este caso sólo se introduce frío o calor al medio subterráneo, mientras que con los sistemas abiertos se introduce agua fría o caliente.

¿Cuánta energía hay en el subsuelo?

En el IHLLA se están desarrollando nuevas herramientas para cuantificar el potencial de geotermia somera disponible. Para eso se utilizan técnicas de álgebra de mapas en entorno SIG (Sistema de Infomación Geográfica). Se necesita la siguiente información:

  • la conductividad térmica del terreno,
  • la capacidadcaloríficavolumétrica,
  • los coeficientes de dispersión en las direcciones transversal y longitudinal,
  • los espesores de cada formación geológica y
  • la velocidad de Darcy de cada unidad hidrogeológica

Una vez que se recopilan estos datos, se pueden obtener mapas de potencial geotérmico somero como el de la Figura 2, que abarca el área de actuación de la Autoridad de Cuenca Matanza-Riachuelo.

Figura. 2.Cuantificación del potencial de geotermia somera para el área de la Autoridad de Cuenca Matanza-Riachuelo. Extraído de Alcaraz et al. (2016) Estimación inicial del potencial geotérmico somero para la cuenca del Río Matanza-Riachuelo. IX Congreso Argentino de Hidrogeología. “El agua subterránea en regiones áridas y semiáridas, prolonga la vida de los pueblos” (Vol. 1, p. 8).

Gestión y control de sus impactos ambientales

Como resultado de la explotación de geotermia somera se producen alteraciones de temperatura en el medio subterráneo que pueden llegar a mermar este recurso. A pesar de que es una fuente energética renovable, no es ilimitado de modo que hay que controlar y gestionar su explotación. Así que previamente a la implantación de este tipo de instalaciones es necesario contar con un sistema de control que las regule.

Actualmente en el IHLLA se están definiendo diversas metodologías que permiten organizar la explotación de este recurso de una manera sustentable. Para implementar estas metodologías se están desarrollando un conjunto de herramientas que permiten calcular los impactos térmicos ocasionados en el medio subterráneo y sus consecuencias, mediante la representación del comportamiento del medio subterráneo. Estas herramientas son accesibles y fáciles de utilizar por los gestores e instaladores y están incluidas en una plataforma de Sistemas de Información Geográfica (SIG) en forma de herramientas de geoprocesamiento. Permiten modelar analíticamente el comportamiento de las aguas subterráneas así como los flujos de calor inducidos por estas instalaciones. Estas metodologías de gestión representan la clave para una explotación responsable y eficiente de los recursos energéticos a nuestro alcance.

Como vemos en la Figura 3, se puede calcular el máximo potencial de geotermia somera que se puede extraer de un parcela para mantener confinados la perturbación térmico dentro del área disponible.

Figura 3. Gestión del impacto térmico de una explotación de geotermia somera. La mancha de contaminación térmica queda limitada a un área de afección.