ENERGÍA
GEOTÉRMICA
DE MUY BAJA
ENTALPÍA
(Antonio Sarasa Brosed. ESHYG S.L.)
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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ENERGIA GEOTÉRMICA

La mayor particularidad de la temperatura del subsuelo es que en
los primeros 0,5 m se producen las variaciones diarias de
temperatura, y hasta unos 10 m de profundidad las variaciones
estacionales. A partir de los 15 m se considera que el terreno
tiene un valor constante de temperatura, y a partir de los 20 m la
temperatura aumenta unos 3ºC cada 100 m, a lo que se denomina
gradiente geotérmico.

Su aprovechamiento se puede efectuar en cualquier medio que se
encuentre a temperatura superior al cero absoluto, porque
contiene calor que pasa de forma natural de un medio de
temperatura más alta a otro con menor temperatura (segunda Ley
de la Termodinámica). En definitiva el subsuelo es una fuente de
calor si se pone en contacto con un medio de menor temperatura,
un sumidero de calor si se pone en contacto con un medio de
mayor temperatura, y un almacén de calor de gran volumen y
temperatura constante.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
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Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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ENERGIA GEOTÉRMICA. TIPOS EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

E.G. ALTA TEMPERATURA: Tª>150ºC. Producción
energía eléctrica

E.G. MEDIA TEMPERATURA: 150ºC>Tª>90ºC. Uso
directo

E.G. BAJA TEMPERATURA: 90ºC>Tª>25ºC. Uso
directo

E.G. MUY BAJA TEMPERATURA: Tª<25ºC.
Intercambio geotérmico
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ENERGIA GEOTÉRMICA. ALTA TEMPERATURA
Existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura
está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en
la superficie y mediante una turbina, genera electricidad.
Se requieren varias condiciones:
Una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de
profundidad, a 500-600 °C
 Una cobertura de rocas impermeable
 Un acuífero de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km
de profundidad que permite una circulación de fluidos
por convección, y por lo tanto la trasferencia de calor
de la fuente a la superficie por medio de perforaciones,
según técnicas casi idénticas a las de la extracción del
petróleo.

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ENERGIA GEOTÉRMICA. ALTA TEMPERATURA
En «Energía Geotérmica y District Heating» (2009). I. Arrizabalaga. TELUR
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ENERGIA GEOTÉRMICA. MEDIA TEMPERATURA
El agua de los acuíferos está a temperaturas menos
elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C, y por tanto la
conversión vapor-electricidad se realiza con un
rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un
fluido volátil.
Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales
eléctricas, aunque el mejor aprovechamiento puede
hacerse mediante sistemas urbanos de reparto de calor
para su uso en calefacción y en refrigeración.
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ENERGIA GEOTÉRMICA. BAJA TEMPERATURA
El agua de los acuíferos está a temperaturas de 50 a
70 °C debido al gradiente medio geotérmico. Es
aprovechable en zonas más amplias que las
anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas
sedimentarias.
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ENERGIA GEOTÉRMICA. MUY BAJA TEMPERATURA
La energía geotérmica de muy baja entalpía, temperatura o
somera aprovecha la energía existente en el terreno en sus
dos componentes: las rocas y el agua, tanto en la zona no
saturada como en la saturada (acuífero) cuando su
temperatura es inferior a los 25-30ºC, lo que se
correspondería con una profundidad teórica de unos 400
m.
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ENERGIA GEOTÉRMICA. MUY BAJA TEMPERATURA
M. Hendricks, 2013. Aspectos Tecnológicos e Hidrogeológicos de la Geotermia. AIH-GE. Barcelona
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS. COMPOSICIÓN


Actualmente la tecnología de la perforación, los sistemas de
bombeo y las bombas de calor permiten el aprovechamiento
de esta energía geotérmica de muy baja temperatura,
fundamentalmente en la climatización de edificios y la
producción de agua caliente sanitaria, mediante los sistemas
geotérmicos.
Un sistema geotérmico tiene tres subsistemas:
-
Un intercambiador de calor subterráneo que extrae o evacua
calor del terreno mediante un fluido caloportador que circula por
el interior del bucle subterráneo en el caso de sistemas cerrados,
o el agua subterránea en el caso de sistemas abiertos, y lo
transmite al intercambiador de la bomba de calor geotérmica.
-
Un sistema de distribución que encauza el calor o el frío
procedente de la bomba de calor geotérmica a los diferentes
lugares del edificio mediante una red de tubos enterrados.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS. COMPOSICIÓN
- Una bomba de calor que transfiere el calor entre el
intercambiador y el sistema de distribución. Para ello el
calor del subsuelo es transferido a un fluido frigorífico que
se vaporiza y es aspirado por un compresor eléctrico que
eleva su temperatura y lo cede al circuito de distribución.
El fluido se condensa y retorna al estado liquido. Su
descompresión hace que se vaporice y repita el ciclo. En
caso de refrigerar se invierte el sentido de funcionamiento
mediante una válvula de 4 vías.
En Guía Técnica de Bombas de Calor Geotérmicas. Serie Geoner, 2009
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS. COMPOSICIÓN

El rendimiento de estas bombas de calor esta relacionado
con el rango de temperaturas entre la fuente de calor y el
pozo al que se evacua el calor. Cuanto menor es el salto
térmico mayor es el rendimiento de la bomba de calor.

En este caso el salto térmico es inferior al de las bombas
aire-aire porque la temperatura del agua subterránea o el
terreno es mucho mas constante que del aire y tiene unos
valores muy mucho más próximos a los de calefacción o
refrigeración. En definitiva es necesaria menos energía
por parte del compresor para mover un liquido
caloportador que el aire

Esta es la razón por la que estas bombas geotérmicas
tienen un rendimiento mucho más elevado que las bombas
de calor aire-aire que tienen que extraer calor del aire
exterior frío en invierno y evacuar calor al aire exterior
caliente en verano.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Tipos
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Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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DISEÑO DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
FASE PRELIMINAR

Características constructivas y usos de la edificación, datos
climáticos de la zona y características térmicas e
hidrogeológicas del terreno.

Demanda mensual y anual de calefacción, refrigeración y
producción de agua caliente sanitaria.

Carga pico y base del sistema.

Dimensionamiento de los sistemas de calefacción,
refrigeración, ventilación y todo el sistema de distribución de
climatización

Horas de funcionamiento determinan la cantidad de energía
que aporta o disipa el sistema en forma calor o frío.
Conocida la curva anual de demanda energética de calor y frío, la
geotermia debe cubrir la base de la demanda si quiere ser viable
económicamente, dejando la carga pico, que son unas pocas horas
al año, para otros sistemas de climatización. La curva anual
depende del tipo y uso del edificio.
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DISEÑO DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
FASE PRELIMINAR

Características y dimensionamiento de los componentes
de los sistemas de calefacción, refrigeración, agua
caliente sanitaria y sistema de distribución de aire.

Cálculo inicial de las potencias y rendimientos exigibles
a las bombas de calor estimando un salto térmico.

Diseño preliminar del tipo de intercambiador.
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DISEÑO DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
FASE PROYECTO

Determinación de las características
térmicas e
hidrogeológicas del terreno. Es muy importante porque
una vez que se realizan las obras y las instalaciones es
muy difícil su modificación. Si no se dispone de estos
datos los sobrecostes pueden alcanzar el 30-40% para
que funcione el sistema con garantías por
sobredimensionamiento. En caso contrario el ahorro
energético es menor del esperado.
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DISEÑO DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
FASE PROYECTO

Definir en sistemas cerrados los parámetros de diseño del
intercambiador subterráneo y en los sistemas abiertos las
características constructivas de los pozos de extracción e
inyección.

Revisión del diseño de todo el sistema geotérmico para
equilibrar la demanda de calefacción y refrigeración con un
rendimiento adecuado satisfaciendo ambas.

Análisis económico global del sistema (inversión, ahorro
energético, periodo de retorno del sobre coste del sistema,
comparación con otras opciones y uso complementario con
otros sistemas de climatización.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Otros sistemas geotérmicos
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INTERCAMBIADORES DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
Nos centramos únicamente en los diferentes sistemas
de intercambiadores por varias cuestiones:

El sistema de distribución y las bombas de calor son
aspectos propios de instaladores, sumamente probados
y fiables, que no presentan en la actualidad más
problemas que la de un proyecto de instalación
industrial bien calculado y un control de obra riguroso, y
que forma parte de la edificación.

El corazón del sistema y el aspecto con más
dificultades es el del intercambiador de la energía
geotérmica del subsuelo.

El coste de esta parte del sistema geotérmico es aprox.
un 40% del total.
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INTERCAMBIADORES DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS
Inicialmente, los dos sistemas geotérmicos mayoritariamente utilizados dependen de si el terreno está
saturado o no de agua: (abiertos o cerrados), es decir, si
se utiliza fundamentalmente el agua subterránea porque
la calidad y cantidad así lo permiten, o bien es el terreno
la fuente o sumidero de calor.

Los sistemas abiertos son más económicos para
proyectos de media a gran escala, a partir de los 150
kWt, por su inversión notablemente inferior respecto
a los sistemas cerrados.

Los sistemas cerrados son propios de proyectos con
menor demanda térmica o bien de aquellos en los que
los caudales de agua subterránea que se pueden
bombear no son suficientes.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. DEFINICION

En superficie se conectan las tuberías de polietileno de alta
densidad en la superficie formando un ciclo cerrado, se
llenan con agua y anticongelante, y su recirculación se
realiza una bomba permite que se intercambie el calor
desde o hacia el subsuelo.

Existen dos tipos de configuraciones con funcionamientos
térmicos diferentes: horizontales y verticales.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Horizontales

La energía térmica la proporciona la radiación
solar, no el fluido o el calor geotérmico, y por tanto
no puede cubrirse el suelo encima del colector.

Son los más fáciles y más económicos. Una
vivienda unifamiliar bien aislada térmicamente
necesita una superficie de terreno 1,5 veces la
superficie habitable a calentar. Se instalan 35 a 55
m de tubo por kWt de potencia

Los tubos se entierran en terrenos casi llanos
entre 0,5 y 1,5 m de profundidad separados unos
0,4 m con múltiples dispositivos geométricos.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Horizontales
En Guía Técnica de Sondeos Geotérmicos Superficiales. Serie Geoner, 2009
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Horizontales
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Verticales

La energía térmica transmitida por cada metro de
sonda depende de la conductividad térmica del
terreno y de la presencia de agua subterránea.

Son más caros que los sistemas horizontales pero
ocupan mucho menos espacio, y el rendimiento
térmico es más elevado al ser obtenido a mayores
profundidades (40-60 W/m2 en los verticales frente a
los 16-24 W/m2 en los horizontales).

Con una sonda geotérmica de 150-200 m de
profundidad es posible calentar una vivienda
unifamiliar, sin calefacción de apoyo para los días
más fríos de invierno y cubrir las necesidades de
agua caliente sanitaria.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Verticales

Conjunto de perforaciones entre 20 y 200 m de
profundidad, con un diámetro de 100-160 mm
separadas unos 5-6 m, como mínimo, en las que
se instalan centradas unas tuberías de polietileno
en «U» hasta el fondo del sondeo, y que
posteriormente se cementan inyectando de abajo
a arriba una lechada de cemento con bentonita,
agua y aditivos.

Normalmente la temperatura del fluido entre la
entrada y el retorno de las sondas debe ser la
menor posible, entre 2 y 4ºC, y el caudal
recirculado del fluido caloportador elevado.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Verticales
En «Diseño de sistemas cerrados de energía geotérmica de circuito cerrado» IDEA, 2012
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. TIPOS
Universidad de Ontario:
• Carga de refrigeración: 7.000 Kw
• 370 sondeos de 200 m (74.000 m)
• 105 días de perforación (jornadas
completas)
En «Energía Geotérmica y District Heating» (2009). I. Arrizabalaga.
TELUR
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. DISEÑO
El parámetro más importante para el diseño de estos sistemas es la temperatura del terreno
y la conductividad térmica que se calcula in situ mediante un ENSAYO DE RESPUESTA
TERMICA.
Requisitos

Realización de una sonda geotérmica con una profundidad estimada
inicialmente en función de un parámetro medio de conductividad térmica
tabulado de un terreno que se prevé atravesar

Conocimiento de la demanda de potencia térmica calculada para la
edificación prevista.
Fases y objetivos

Ejecución continuada durante 72 horas con la correspondiente potencia de energía
eléctrica necesaria.

Una vez realizados los trabajos de campo :



Tratamiento de los registros obtenidos y cálculo de los parámetros característicos
del terreno: Conductividad térmica, difusividad térmica, temperatura base y
resistividad térmica del sondeo.
Tratamiento de las cargas de calefacción y refrigeración propuestas.
Predimensionamiento de circuitos (características constructivas de las
perforaciones y de la instalación de las sondas geotérmicas) y análisis de viabilidad
de las diferentes alternativas.
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. DISEÑO
http://www.energylab.es/fotos/091119132622_sI8R.pdf
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. DISEÑO
La alternativa al ensayo de respuesta térmica es emplear datos
tabulados, sobre todo en los casos en los que a priori el número de
sondas geotérmicas es menor de 10, en cuyo caso el ensayo
representa una parte importante del coste del intercambiador. El
problema de las tablas, como el de los ensayos de permeabilidad en
sondeos geotécnicos, es que no tienen en cuenta la variabilidad
espacial de las carácterísticas del terreno ni los efectos del flujo de
agua subterránea, son una pura estimación.
Centro comercial 10.000 m2. Calefacción y refrigeración. (16.800 m de perforación, 120 sondeos)
http://www.energylab.es/fotos/091119132622_sI8R.pdf
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. DISEÑO
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS:

DISPOSICION: Situación respecto al edificio, distancia entre
sondeos, profundidad, diámetro de perforación.

MAQUINARIA Y ELEMENTOS PARA LA PERFORACION:
 Técnica: Rotopercusión con martillo en cabeza o con martillo en
fondo, con circulación directa de aire, agua y espumante;
rotación con tricono o con corona de diamante y circulación
directa de lodos.
 Entubación auxiliar

SONDA GEOTERMICA:
 Tuberías: Maquinaria y técnica de colocación, composición,
diámetro, presión, comprobaciones, pruebas
 Cementación: Maquinaria, técnica de inyección, composición
de la lechada.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS CERRADOS. DISEÑO
Jornada sobre energía geotérmica
y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
http://www.energylab.es/fotos/091119132622_sI8R.pdf
ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. DEFINICION

Uno o varios pozos, los de extracción y los de inyección,
separados decenas o centenares de metros, ejecutados
con técnicas hidrogeológicas usuales.

En los de extracción se instala un equipo de bombeo
que impulsa el agua con la temperatura natural del
acuífero hasta la bomba de calor, y en los de inyección
una tubería devuelve el agua al acuífero con un
determinado salto térmico.

En este caso, el agua subterránea es el fluido que
intercambia el calor desde o hacia el subsuelo pasando
por la bomba de calor.

La potencia geotérmica de la bomba de calor depende
del caudal de bombeo, del salto térmico y del calor
específico del agua.
Pt (kW) = 1.16 Q (m3/h )ΔT (ºK)
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. TIPOS

De RECIRCULACIÓN: El agua se mueve en una sola
dirección, de los pozos de extracción a los de
inyección, tanto para calefacción como para
refrigeración.

La extracción de calor para calefacción baja la
temperatura del agua de inyección. La disipación
de calor para poder refrigerar aumenta la
temperatura del agua inyectada.
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. TIPOS
15ºC
10ºC
15ºC
En Guía Técnica de Sistemas Geotérmicos Abiertos. Serie Geoner, 2010
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20ºC
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. TIPOS

Sistema de almacenamiento subterráneo de Energía Térmica en
acuíferos (ASET-A): el movimiento del agua es bidireccional, lo que
exige ampliar la instalación en ambos pozos para poder invertir la
dirección del flujo de agua de los pozos de extracción e inyección
según la demanda de energía, y permite el almacenamiento
estacional de frío o calor en el agua inyectada en el acuífero para
su posterior extracción.
M. Hendricks, 2013. Aspectos Tecnológicos e Hidrogeológicos de la Geotermia. AIH-GE. Barcelona
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. TIPOS

Para su aplicación se deben de cumplir dos
aspectos adicionales respecto a los sistemas de
recirculación:
 Los parámetros del acuífero tienen que
permitir el
almacenamiento de energía.
 La demanda tiene que superar los 300 kWt, y su
viabilidad económica aumenta cuando la carga es
superior a los 500 kWt.
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. TIPOS

La diferencia fundamental con el sistema abierto de
recirculación es que cuando se cambia la dirección
del flujo entre los pozos se aprovecha el calor o frío
almacenado en el acuífero alrededor de los pozos.

Agua más fría que la que existe naturalmente en el
acuífero para refrigerar y más caliente para
calefacción.

Esto supone disponer de más salto térmico, y por
tanto mayor potencia térmica. Incluso
puede
utilizarse la temperatura del agua del pozo frío de
forma directa .
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. DISEÑO
De la misma manera que para el diseño de un sistema geotérmico
cerrado era necesario realizar un ensayo de respuesta térmica, para
un sistema geotérmico abierto es necesario un ESTUDIO
HIDROGEOLÓGICO de detalle con los siguientes objetivos:

Colocación de los pozos con criterios:
 Hidrogeológicos: dirección de flujo, situación y distancia entre
ellos dentro del espacio disponible, posibles afecciones de ó a
otras explotaciones o sistemas geotérmicos, afección térmica e
hidráulica entre los pozos del sistema.
 Constructivos: accesos a la finalización de las obras para poder
efectuar su mantenimiento, situación de conducciones
eléctricas , de pluviales, residuales, conducciones hasta la sala
de climatización sin servidumbres, afecciones al sistema de
cimentación de la edificación, distancias legales con otras
explotaciones.
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. DISEÑO

Estimación de la profundidad de los pozos, oscilación del
nivel estático y nivel dinámico para los caudales
demandados.

Diseño constructivo del pozo (técnica y diámetros de
perforación,
entubación,
engravillado,
desarrollo,
cementación, aforo y /o ensayo de bombeo, instalación para
el achique del agua bombeada).

Calidad química del agua
(Temperatura, agresividadincrustabilidad, contenido en oxigeno disuelto, potencial
redox, contenido en metales y aniones y cationes
fundamentales).
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. DISEÑO
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS: CONSTRUCTIVOS





MÉTODOS DE PERFORACION:
 Percusión con cable y tubería auxiliar.
 Rotopercusión con martillo en cabeza o con martillo en fondo,
con circulación directa o inversa de aire, agua y espumante con
racord cruzado o sin él.
 Rotación con tricono o con corona de diamante y circulación
directa o inversa de lodos.
ENTUBACION:
 Auxiliar. (diámetros y longitudes )
 Definitiva (Distribución de tubería ciega y filtro).
ENGRAVILLADO (Técnica de engravillado, material y granulometría)
DESARROLLO (Técnica utilizada y parámetros de control)
AFORO (Equipo de bombeo, bombeo escalonado, ecuación
característica, pautas de explotación e instalación)
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. DISEÑO
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. DISEÑO
Jornada sobre energía geotérmica y otros recursos energéticos naturales. 7 de mayo de 2014
ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. EL CASO PARTICULAR DE ZARAGOZA







Más de 60 sistemas de climatización y 150 pozos
incluidos los de extracción e inyección.
Unos 50 MW de potencia instalada que obligan a
bombear unos 20 Hm3/año.
Es habitual una mayor o menor contaminación
térmica por falta de estudio hidrogeológico de
detalle previo en proyecto y de espacio.
Deficiencias constructivas, a veces, importantes,
sobre todo en los de inyección.
Emplazamientos en sótanos sin acceso para la
maquinaria de mantenimiento habitual.
Monitorización casi inexistente.
Instalación de los pozos insuficiente.
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS ABIERTOS. EL CASO PARTICULAR DE ZARAGOZA
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS
Estos sistemas intercambian calor con el terreno, o con
aguas superficiales y subterráneas, presentando ciertas
particularidades. Generalmente son aprovechamientos
complementarios de otros proyectos:

Cimientos, pantallas, muros de contención o losas que además
de sus funciones de sostenimiento incorporan un sistema similar
al de los sistemas cerrados verticales.

Drenaje de galerías de minas y túneles cuyas aguas tienen una
temperatura estable a lo largo del año y son fácilmente
accesibles.

Aguas residuales urbanas. El intercambiador de calor se sitúa en
las propias conducciones de aguas residuales. Se requiere, un
diámetro mínimo de tubería de 800 mm, un trazado más o menos
recto, un caudal mínimo de 15 l/s y una temperatura superior a
los 10ªC. En otros casos se aprovechan las aguas residuales una
vez depuradas.
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS

Aguas superficiales. La climatización en el entorno de un rio,
embalse, o lago, con la correspondiente autorización
medioambiental, se puede utilizar de forma similar a un sistema
cerrado horizontal. Requiere una buena extensión horizontal y
una profundidad mínima de agua de 2-2,5 m.

Pozos canadienses o provenzales. Son intercambiadores de
calor aire-suelo. Son un sistema de tuberías con un diámetro
mínimo de 150 mm, enterradas con una pendiente de 1,5-2 % a
1,5.2 m de profundidad separadas unos 0,8 m que intercambian
calor o frio entre el terreno y el aire que forma parte del sistema
de ventilación
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS
En Guía Técnica de Sondeos Geotérmicos Superficiales. Serie Geoner, 2009
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS
En «Energía Geotérmica a poca profundidad» E. Mands y B. Sanner
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS
En Guía Técnica de Sondeos Geotérmicos Superficiales. Serie Geoner, 2009
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS
En http://www.energybc.ca/profiles/lowtempgeo.html
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OTROS SISTEMAS GEOTÉRMICOS
En Guía Técnica de Sondeos Geotérmicos Superficiales. Serie Geoner, 2009
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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MARCO NORMATIVO
Sistemas abiertos

Marco regulador no específico

Legislación básica aplicable: Ley de Aguas (RDL 1/2001, de 20 de
julio, por el que se aprueba el Texto Refundido de La Ley de
Aguas).

Requiere concesión administrativa del aprovechamiento por la
extracción del agua.“Otros usos industriales”. Climatización.
Refrigeración.

Requiere autorización administrativa de vertido (renovable cada 5
años) para la inyección del agua en el acuífero.
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MARCO NORMATIVO
Sistemas abiertos. Aspectos ambientales

Considerados en la solicitud de informe no determinante de la
Confederación Hidrográfica del Ebro al Gobierno de Aragón
(INAGA) en el procedimiento de concesión “a fin de que pueda
manifestar lo que estime oportuno en materias que son
competencia de esa Comunidad Autónoma”.

Considerados en la autorización de vertido (Confederación
Hidrográfica del Ebro). En Zaragoza capital:
 Solicitud de analíticas de iones mayoritarios, conductividad, pH, sílice, Tª agua
extracción e inyección
 Estudio de afección térmica
 Obligación de instrumentación de control: Medición en continuo de niveles,
caudales, temperaturas. Remisión de datos a la CHE. Analíticas en
determinados momentos.
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MARCO NORMATIVO
Sistemas cerrados.

Marco regulador no específico.

Si se considera dentro de la Ley de Minas, al tratarse de “escasa”
importancia solo estaría sometido a la autorización del proyecto de
perforación por parte de la autoridad minera en aplicación de las
normas de seguridad minera.

Tramitación actual Aragón: Enmarcado en el proyecto constructivo
de la edificación correspondiente, y por tanto contemplado en el
Estudio de Seguridad y Salud, (similar a los sondeos geotécnicos).
Responsable: Arquitecto.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Tipos
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Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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APLICACIONES

Usos lúdicos: Balnearios, piscinas climatizadas.

Edificación. (Climatización y agua caliente sanitaria).
Hospitales. Centros comerciales. Centros deportivos.
Edificios corporativos de oficinas y administrativos.
Bibliotecas, Colegios y Universidades, Residencias.

Agricultura: Invernaderos, Acuicultura. Granjas.

Procesos industriales con necesidades de frío y calor:
textil, plásticos, papel, secado de frutas, vegetales,
grano, pasteurización , etc

Vialidad invernal.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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VENTAJAS
Mínimos efectos sobre el medio ambiente.
Disminución muy importante de emisiones de CO2
 Sin impacto visual, ni ruidos, ni ventilación en la
sala de climatización, ni filtros.
 Sin problemas de legionella.
 Eliminación de grandes calderas.
 Residuos mínimos.
 Espacio ocupado por megawatio un 50 % menor
que en un sistema convencional.
 Es la energía menos contaminante de las
existentes (EPA)

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VENTAJAS
Económicas
 Menor dependencia de la oscilación del mercado
energético de los combustibles fósiles y de otros
recursos no renovables.
 Costes de mantenimiento muy bajos, lo que hace
que a pesar de la alta inversión inicial, el periodo de
retorno de la inversión es corto.
 Ahorro del consumo de energía entre un 30-70% en
modo calefacción y entre un 20-95% en modo
refrigeración, por ahorro de la potencia contratada
frente a sistemas tradicionales de calderas y
climatizadores. Solo consumen energía eléctrica
las bombas de recirculación, o las de bombeo y el
compresor de la bomba de calor.
 Periodo de retorno de la inversión: 4-8 años.
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VENTAJAS. OTROS ASPECTOS IMPORTANTES







Enfoque hacia el ahorro energético y
económico, y no a la producción de energía.
Consideración de energía renovable por parte
de la CEE.
Es la tecnología de climatización más eficiente
(EPA)
Energía disponible todos los días del año de
forma continua y estable.
Accesibilidad en cualquier lugar, incluso fuera
de los canales habituales de suministro
energético.
Tecnología muy desarrollada y fiable con un
aumento continuado de aplicaciones.
Compatibilidad total con cualquier otro tipo de
energía instalada o que se vaya a instalar.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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INCONVENIENTES RESPECTO A OTRAS ENERGÍAS

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
Limitación de temperatura.
Desconocimiento por parte de los proyectistas e
instaladores.
Asociación con las grandes explotaciones
geotérmicas de muy alta temperatura.
Desconocimiento social.
Mayor inversión inicial.
Falta de formación de especialistas.
Falta de normativa técnica.
Empresas sin cualificación técnica suficiente.
Conocimiento
geológico
e
hidrogeológico
general insuficiente.
Aparentemente no contemplada en el Código
Técnico de Edificación.
Impacto térmico en el terreno.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
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Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
El caso particular de Zaragoza
Otros sistemas geotérmicos
Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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PROBLEMAS ASOCIADOS
En fase de PROYECTO
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
No hay un equipo multidisciplinar real en la elaboración del
proyecto.
No existe un estudio hidrogeológico, con todo lo que ello conlleva.
No se aprovechan las perforaciones geotécnicas para aumentar el
conocimiento hidrogeológico. No hay ningún sondeo que permita
conocer la litología del acuífero en la zona.
No existe en el proyecto el desarrollo constructivo de las
perforaciones, aforos e instalación de los pozos, etc.
Ausencia de descripción y valoración de las unidades de obra,
normalmente fuera de los precios de mercado.
No existe el emplazamiento de los pozos.
Bombas que no caben en los sondeos o con funcionamientos
hidráulicos inadecuados.
Instalaciones y monitorización inexistentes
Sin diseño de la unidad de control geotérmico dentro del sistema de
gestión del edificio
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PROBLEMAS ASOCIADOS
En fase de CONSTRUCCIÓN
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
Deficiencias en la calidad constructiva de los pozos. Todos
los sistemas con problemas son debidos a diseños
constructivos erróneos.
Escasez de empresas de perforación con normas de calidad
altas.
Falta de control en la ejecución de las obras de perforación
por inexistencia del presupuesto necesario en proyecto
para una dirección de obra que tiene que ir mucho más allá
de lo que es habitual en edificación.
Concepto erróneo de la Dirección de Obra. Por su grado de
indefinición hay que considerarla una obra necesaria para
la investigación, en la que hay que modificar su ejecución
continuamente sus características y unidades en función de
los resultados que se van obteniendo.
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PROBLEMAS ASOCIADOS
En fase de EXPLOTACIÓN

Falta de monitorización de las instalaciones.

Instalaciones de bajo coste, deficientes, sin
calidad, que hacen que se reduzca la eficiencia del
sistema.
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
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Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
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Marco normativo
Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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NECESIDADES

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
Afianzamiento y mejora de la confianza en el sistema
Mayor conocimiento social
Información y formación técnica
Importancia y valoración del diseño
Marco legal claro y factible. Se debe de avanzar con
unas pocas propuestas: sistema reversible, salto
térmico según el estudio de afección térmica,
monitorización, utilización del mismo acuífero para el
retorno del agua, afección a otros usos prioritarios u
otros usuarios, afección térmica-balance energético
Planeamiento urbano de los sistemas de geotérmicos
Estimulación y apoyo por parte de la administración.
Debe garantizar la solvencia técnica y ambiental
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ENERGIA GEOTÉRMICA
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Definiciones
Tipos
Sistemas geotérmicos. Composición
Sistemas geotérmicos. Diseño
Sistemas geotérmicos. Intercambiadores
Sistemas geotérmicos cerrados
Sistemas geotérmicos abiertos
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Aplicaciones
Ventajas
Inconvenientes
Problemas asociados
Necesidades
A futuro
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A FUTURO

Utilización de los sistemas abiertos para frio y calor
de forma obligatoria

Estudio del balance energético

Aplicación del sistema bidireccional ASET-A

Climatización de bloques de viviendas nuevas y
antiguas

Aplicación en procesos industriales.
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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