Los Pozos Geotérmicos Los pozos geotérmicos se subdividen en productores y reinyectores. Los primeros son utilizados para extraer el vapor del reservorio, el cual es conducido hasta la turbina para generar electricidad. En cambio los segundos, conducen el agua residual del campo geotérmico para ser de vuelta al reservorio a través de ellos. Los pozos suelen tener un diseño telescópico ya !ue la per"oración se va desarrollando por etapas, en las cuales hay distintos di#metros En algunos casos se inicia per"orando un agu$ero de %& pulgadas de di#metro, hasta una pro"undidad de '(( m. )e corre tuber*a, se cementa para "i$arla al subsuelo y luego se continua per"orando y corriendo tuber*a de +( pulgadas y al llegar a la pro"undidad deseada, se coloca una tuber*a ranurada de '+ pulgadas de di#metro y es a través de esas ranuras !ue gracias a la presión del reservorio se extrae la mezcla de vapor y agua caliente hacia la super"icie. En el proces proceso o de explor exploraci ación ón de un campo campo geotér geotérmic mico, o, los pozos !ue se per"or per"oran an suelen suelen conocerse como exploratorios, y por otro lado dependiendo de la pro"undidad de los mismos también se les suele conocer como someros o pro"undos. n pozo de producción geotérmica expulsa l*!uidos calentados por el calor natural de la tierra. Los "luidos geotérmicos pueden ser de vapor seco o de agua caliente. Los "luidos geotérmicos muy calien calientes tes pueden pueden ser utiliza utilizados dos para para la genera generación ción de energ energ*a *a eléctrica. Los "luidos geotérmicos m#s -"r*os- se destinan a proyectos tales como la cale cale"ac "acci ción ón,, la acui acuicu cultltur ura, a, el derretimi imiento de nieve eve, la elab elabor orac ació ión n de alim alimen ento tos, s, la deshidratación, las tinas calientes y spas. Para per"orar un pozo, antes deben darse una serie de condiciones como determinar el sitio de per"oración, realizar las obras civiles para llegar al sitio de per"oración, mover el e!uipo de per"oración. La per"oración de un pozo implica con"igurar la sarta de per"oración, la construcción del agu$ero, agregar tuber*a de
per"oración, aplicar peso a la tuber*a de per"oración para penetrar en la roca, utilizar lodo de per"oración para lubricar la barrena y recoger los recortes del suelo, considerar la per"oración direccional, etc. lgunas de las etapas de per"oración per"oración son las siguientes/
Configuración del Diseño ntes de !ue un pozo pueda ser ser per"orado, debe tener tener lugar mucha preparación. Geo"*sicos, geólogos y otros cient*"icos deben estudiar el sitio para determinar si el lugar debe ser per"orado, estudios ambientales se deben hacer en la mayor*a de los pa*ses. )i el sitio es adecuado, entonces el e!uipo debe ser movilizado y armado, $unto con el personal para hacerlo "uncionar. na vez !ue el e!uipo de per"oración se encuentra en el lugar y todo el personal est# disponible, se puede comenzar la per"oración. "Construcción del Agujero" La tuber*a de per"oración, o el con$unto de barrena y sarta, se arma y se ponen en el piso de per"oración por deba$o de la torre de per"oración. La tuber*a de per"oración también subir# y se conectar# a la herramienta. El per"orador se encuentra en un compartimento llamado com0nmente la -caseta del perro- y hace "uncionar el motor del taladro, empu$ando la herramienta en el suelo. )e puede controlar variables como la presión e$ercida por la barrena y la velocidad de rotación de esa posición y deben controlar muchas otras variables al mismo tiempo, tales como la supervisión de los traba$adores "uera en el piso de per"oración. Piso de la plataforma 1uando la barrena alcanza una cierta pro"undidad, otro tramo de tuber*a de per"oración debe ser añadida. Los traba$adores de piso separan el motor del taladro de la tuber*a de per"oración y usando 2inches $unto otros tipos de dispositivos de elevación extraen otro tramo de la tuber*a hasta el piso de per"oración. lgunos e!uipos est#n diseñados para almacenar los tubos en la torre de per"oración para ahorrar espacio y para ayudar a hacer cambios m#s r#pidos. El nuevo stand de tuber*a se conectar# al motor del taladro mediante un mecanismo en la parte superior de la torre de per"oración. El otro extremo de la nueva tuber*a alzada se conecta a la posición anterior !ue est# ya en el agu$ero por los roughnec3s. El per"orador puede entonces comenzar a operar el taladro, una vez m#s. Lodo de perforación El "luido de per"oración o lodo lo do de per"oración, se bombea a través de la tuber*a de per"oración para lubricar la sarta !ue se opera. El lodo est# muy espec*"icamente "ormulado para cada agu$ero e incluso para los di"erentes estratos del agu$ero. n ingeniero de lodos est# en el sitio para asegurarse de !ue la "órmula cumple con las especi"icaciones re!ueridas para el traba$o. Casing En alg0n punto del proceso de per"oración pro"unda, lo m#s probable es !ue se añada 4 -casing- al pozo. )e trata de una tuber*a de revestimiento pesado, especialmente diseñada para soportar las paredes del pozo para !ue no se colapse en la tuber*a de per"oración y la herramienta. En primer lugar, una base de cemento se pone en marcha en el "ondo del pozo. El ingeniero en cementaciones "ormula la mezcla de lechada para asegurar !ue pueda soportar las tensiones !ue se pondr#n en él. La tuber*a de revestimiento es colocada en el agu$ero por e l per"orador, usando usando la misma conexión5desconexión proceso !ue se utilizó para la tuber*a de per"oración.
per"oración, aplicar peso a la tuber*a de per"oración para penetrar en la roca, utilizar lodo de per"oración para lubricar la barrena y recoger los recortes del suelo, considerar la per"oración direccional, etc. lgunas de las etapas de per"oración per"oración son las siguientes/
Configuración del Diseño ntes de !ue un pozo pueda ser ser per"orado, debe tener tener lugar mucha preparación. Geo"*sicos, geólogos y otros cient*"icos deben estudiar el sitio para determinar si el lugar debe ser per"orado, estudios ambientales se deben hacer en la mayor*a de los pa*ses. )i el sitio es adecuado, entonces el e!uipo debe ser movilizado y armado, $unto con el personal para hacerlo "uncionar. na vez !ue el e!uipo de per"oración se encuentra en el lugar y todo el personal est# disponible, se puede comenzar la per"oración. "Construcción del Agujero" La tuber*a de per"oración, o el con$unto de barrena y sarta, se arma y se ponen en el piso de per"oración por deba$o de la torre de per"oración. La tuber*a de per"oración también subir# y se conectar# a la herramienta. El per"orador se encuentra en un compartimento llamado com0nmente la -caseta del perro- y hace "uncionar el motor del taladro, empu$ando la herramienta en el suelo. )e puede controlar variables como la presión e$ercida por la barrena y la velocidad de rotación de esa posición y deben controlar muchas otras variables al mismo tiempo, tales como la supervisión de los traba$adores "uera en el piso de per"oración. Piso de la plataforma 1uando la barrena alcanza una cierta pro"undidad, otro tramo de tuber*a de per"oración debe ser añadida. Los traba$adores de piso separan el motor del taladro de la tuber*a de per"oración y usando 2inches $unto otros tipos de dispositivos de elevación extraen otro tramo de la tuber*a hasta el piso de per"oración. lgunos e!uipos est#n diseñados para almacenar los tubos en la torre de per"oración para ahorrar espacio y para ayudar a hacer cambios m#s r#pidos. El nuevo stand de tuber*a se conectar# al motor del taladro mediante un mecanismo en la parte superior de la torre de per"oración. El otro extremo de la nueva tuber*a alzada se conecta a la posición anterior !ue est# ya en el agu$ero por los roughnec3s. El per"orador puede entonces comenzar a operar el taladro, una vez m#s. Lodo de perforación El "luido de per"oración o lodo lo do de per"oración, se bombea a través de la tuber*a de per"oración para lubricar la sarta !ue se opera. El lodo est# muy espec*"icamente "ormulado para cada agu$ero e incluso para los di"erentes estratos del agu$ero. n ingeniero de lodos est# en el sitio para asegurarse de !ue la "órmula cumple con las especi"icaciones re!ueridas para el traba$o. Casing En alg0n punto del proceso de per"oración pro"unda, lo m#s probable es !ue se añada 4 -casing- al pozo. )e trata de una tuber*a de revestimiento pesado, especialmente diseñada para soportar las paredes del pozo para !ue no se colapse en la tuber*a de per"oración y la herramienta. En primer lugar, una base de cemento se pone en marcha en el "ondo del pozo. El ingeniero en cementaciones "ormula la mezcla de lechada para asegurar !ue pueda soportar las tensiones !ue se pondr#n en él. La tuber*a de revestimiento es colocada en el agu$ero por e l per"orador, usando usando la misma conexión5desconexión proceso !ue se utilizó para la tuber*a de per"oración.
Repetición 6ientras no hay#n problemas en el pozo, como una tuber*a doblada o un colapso, este proceso se repite hasta !ue el e!uipo llegue l legue a la pro"undidad y ruta !ue se le ordenó alcanzar. Direccional 1uando es necesario alcanzar un ob$etivo espec*"ico del subsuelo !ue no es accesible a través de las pr#cticas convencionales de per"oración vertical, se utiliza una ruta o dirección, orientando #ngulos. El uso de e!uipos de per"oración direccional permite alcanzar puntos en el "ondo del agu$ero previamente inalcanzables. Es por eso !ue los resultados de la per"oración direccional dan una venta$a signi"icativa sobre la per"oración convencional vertical en ambientes de ba$a permeabilidad o en situaciones en las !ue los operadores desean acelerar la producción del reservorio.
Perforación La in"ormación recopilada a través de las actividades de exploración super"icial permite "abricar un modelo geológico !ue da cuenta de la extensión y tamaño del reservorio geotérmico. La siguiente etapa en el desarrollo de una central consiste en realizar per"oraciones para evaluar la veracidad de dicho modelo y probar la existencia del reservorio. Para esta etapa del proyecto geotérmico es realmente importante cuidar de la seguridad de los traba$adores. 7e esta manera, se hacen necesarios servicios asociado a la seguridad de los traba$adores adem#s de de"inir normas y condiciones de manera de evitar accidentes. dem#s se necesitan servicios asociados a la per"oración para determinar la existencia del reservorio. Esto se prueba a través de un pozo angosto, conocido en el mercado como )lim5hole. Este pozo sirve para probar la presencia de temperatura. 1on un 4pozo caliente8 se procede con la per"oración de los llamados 4pozos de delimitación8 9ppraisal :ells; !ue ya tienen tamaño productor y sirven para cuanti"icar el tamaño del reservorio encontrado. Posteriormente, los ppraisal :ells sirven como pozos productores y de reinyección. Los servicios de per"oración se encargan de cerrar el )lim5
?@;, la cual adem#s es necesaria para los servicios encargados de realizar los caminos y del aprovisionamiento de agua. En con$unto con la per"oración de pozos productores se construye el piping 9entubado; de conexión con la planta "utura. El tiempo estimado para per"orar un pozo geotérmico depende de la pro"undidad, tipo de roca y tipo de plata"orma de per"oración utilizada. En cada pozo es necesario realizar un recubrimiento de cemento alrededor de las tuber*as, para evitar "ugas de "luido. La duración de esta operación var*a mucho dependiendo del tipo de terreno, por e$emplo en una zona volc#nica con pozos de aproximadamente +((( metros, la per"oración puede durar entre cuarenta y cincuenta d*as. na vez alcanzado y per"orado el
reservorio, se coloca una l#mina con ranuras permeables, para proteger el interior del reservorio de elementos externos como rocas y escombros.
=igura >?@/ per"oraciones de la etapa de exploración pro"unda.
7e igual "orma !ue en la etapa de exploración super"icial es importante tener servicios relacionados con los sta3eholder, los cuales son relevantes para la relación con los propietarios de los terrenos, las comunidades locales y otros actores importantes como los inversionistas. dem#s se necesitan pro"esionales del #rea del medioambiente para evaluar el impacto ambiental de esta etapa del proyecto.
Construcción Esta etapa consiste en la construcción e instalación del sistema de concentración del vapor y generación de energ*a 9)G);. Para esto son necesarios servicios de ingenier*a !ue se encarguen de la construcción de la planta y de servicios de log*stica, brindados por pro"esionales especialistas en el mundo industrial, de manera de organizar el traba$o. En la construcción de planta y l*nea se instalan los componentes de la planta de generación, turbinas, generadores, separadores, condensadores. dem#s si es !ue est# incluido en el proyecto, la construcción de subestaciones y l*neas de transmisión eléctricas. Los servicios relacionados con Engineering, procurement and construction se encargan principalmente de desarrollar todo el diseño y construcción de la planta.
7e igual "orma !ue las etapas anteriores, es relevante el actuar de pro"esionales ligados al #rea ambiental y $ur*dica de manera de cuidar el impacto medioambiental del proyecto y la extensión del a concesión de explotación en caso de necesitarlo. Aespecto a la relación con los sta3eholder es importante el tiempo de construcción, ya !ue los inversionistas podr*an no estar de acuerdo con las decisiones tomadas. Bampoco se puede de$ar de lado la seguridad de los traba$adores, por lo cual son esenciales los servicios relacionados con la seguridad de los traba$adores. Luego de terminada la etapa de construcción de la central, es necesario realizar un estudio de la capacidades reales de la central, para ver si se cumple con todas las condiciones establecidas en el contrato, adem#s se d ebe me$orar las condiciones de e"iciencia de cada una de las etapas de generación.
Energía geotérmica )e llama energía geotérmica a la energ*a !ue puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Bierra. El término CgeotérmicoD viene del griego geo 9CBierraD;, y thermos 9CcalorD; literalmente Ccalor de la BierraD. El interior de la Bierra est# caliente y la temperatura aumenta con la pro"undidad. Las capas pro"undas, pues, est#n a temperaturas elevadas y, a menudo, a esa pro"undidad hay capas "re#ticas en las !ue se calienta el agua/ al ascender, el agua caliente o el vapor producen mani"estaciones en la super"icie, como los géiseres o las "uentes termales, utilizadas para baños desde la época de los romanos. ctualmente, el progreso en los métodos de per"oración y bombeo permiten explotar la energ*a geotérmica en numerosos lugares del mundo.
Tipos de yacimientos geotérmicos editar F
Es!uema de las "uentes de energ*a geotérmicas.
Puede considerarse !ue hay tres tipos de yacimientos geotérmicos, !ue se podr*an llamar/ •
7e agua caliente
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)ecos
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Géiseres
acimientos de agua calienteeditar F
Planta de energ*a geotérmica en las =ilipinas.
Estos yacimientos pueden "ormar una "uente o ser subterr#neos, contenidos en un acu*"ero. Los !ue "orman "uentes, se aprovechan desde tiempos mu y antiguos como baños termales. En principio podr*an aprovecharse en"riando el agua antes de utilizarla, pero suelen tener caudales relativamente reducidos. En cuanto a los subterr#neos, yacimientos de aguas termales muy calientes a poca o media pro"undidad, sirven para aprovechar el calor del interior de la tierra. El agua caliente o el vapor pueden "luir naturalmente, por bombeo o por impulsos de "lu$os de agua y de vapor. El método a elegir depende del !ue en cada caso sea económicamente rentable. En la mayor*a de los casos la explotación debe hacerse con dos pozos 9o un n0mero par de pozos;, de modo !ue por uno se obtiene el agua caliente y por otro se vuelve a inyectar en el acu*"ero, tras haber en"riado el caudal obtenido. L as venta$as de este sistema son m0ltiples/ •
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=inalmente hay otros yacimientos en los !u e el agua sale en "orma de vapor. En estos, el aprovechamiento es directo para obtener energ*a mec#nica mediante una turbina, pero tienen el problema de !ue es m#s complicado reinyectar el agua después de condensada, y en el camino habr#n di"undido en la atmós"era una parte de los gases !ue acompañan al vapor. Clasificación según la temperatura del agua [ editar ] •
Energía geotérmica de alta temperatura. La energ*a geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura est# comprendida entre 'H( y &(( ?1, se produce vapor en la super"icie y mediante una turbina, genera electricidad. )e re!uieren varias condiciones para !ue se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico/ una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables ' un
acu*"ero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre (,% y + 3m de pro"undidad suelo "racturado !ue permite una circulación de "luidos por convección, y por lo tanto la tras"erencia de calor de la "uente a la super"icie, y una "uente de calor magm#tico, entre % y 'H 3m de pro"undidad, a H((5@(( ?1. La explotación de un campo de estas caracter*sticas se hace por medio de per"oraciones seg0n técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo. •
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Energía geotérmica de temperaturas medias. La energ*a geotérmica de temperaturas medias es a!uella en !ue los "luidos de los acu*"eros est#n a temperaturas menos elevadas, normalmente entre I( y 'H( ?1. Por consiguiente, la conversión vapor5 electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un "luido vol#til. Estas "uentes permiten explotar pe!ueñas centrales eléctricas, pero el me$or aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos de reparto de calor para su uso en cale"acción y en re"rigeración 9mediante m#!uinas de absorción;. Energía geotérmica de baja temperatura. La energ*a geotérmica de temperaturas ba$as es aprovechable en zonas m#s amplias !ue las anteriores por e$emplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los "luidos est#n a temperaturas de H( a I( ?1. Energía geotérmica de mu baja temperatura. La energ*a geotérmica de muy ba$a temperatura se considera cuando los "luidos se cali entan a temperaturas comprendidas entre +( y H( ?1. Esta energ*a se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agr*colas, como la climatización geotérmica 9bomba de calor geotérmica;.
Las "ronteras entre los di"erentes tipos de energ*as g eotérmicas es arbitraria si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura m*nima est# entre '+( y 'J( ?1, pero las "uentes de temperatura m#s ba$a son muy apropiadas para los sistemas de cale"acción urbana y rural.
acimientos secoseditar F En este caso, hay una zona ba$o la tierra, a pro"undidad no excesiva, con materiales o piedras calientes, en seco. )e inyecta agua por una per"oración y se recupera, caliente p or otra, se aprovecha el calor, por medio de un intercambiador y se vuelve a reinyectar como en el caso anterior. n e$emplo, en Knglaterra, "ue el CProyecto de Piedras 1alientesD 9en inglés/ Hot Dry Rocks , abreviado como HDR ;, abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en 'J. Los programas <7A se est#n desarrollando en ustralia, =rancia, )uiza, lemania. Los recursos de magma 9rocas "undidas; o"recen energ*a geotérmica de alt*sima temperatura, pero con la tecnolog*a existente no se pueden aprovechar económicamente esas "uentes.
Planta geotérmica de >es$avellir enKslandia. Esta central energética da servicio a las necesidades de agua caliente del #rea metropolitana delGran Aei3iavi3.
Ventajas y desventajaseditar F Menta$aseditar F '. Es una "uente !ue disminuye la dependencia energética de los combustibles "ósiles y de otros recursos no renovables. +. Los residuos !ue produce son m*nimos y ocasionan menor impacto ambiental !ue los originados por el petróleo y el carbón. %. )istema de gran ahorro, tanto económico como energético. &. >o genera ruidos exteriores. H. Los recursos geotérmicos son mayores !ue los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados.cita requeridaF @. >o est# su$eta a precios internacionales, sino !ue siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales. I. El #rea de terreno re!uerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor !ue otro tipo de plantas. >o re!uiere construcción de represas, ni tala de bos!ues. J. La emisión de 1N+, con aumento del e"ecto invernadero, es in"erior al !ue se emitir*a para obtener la misma energ*a por combustión, y puede llegar a ser nula cuando se reinyecta el agua, haciéndola circular en circuito cerrado por el exterior.
7esventa$aseditar F '. En yacimientos secos se han producido a veces micros*smos como resultado del en"riamiento brusco de las piedras calientes, y su consiguiente "isuración. +. 1omo se ha dicho anteriormente, no es una energ*a inagotable.
Las desventa$as !ue vienen a continuación hacen re"erencia exclusivamente a la energ*a geotérmica !ue no se utiliza con reinyección, y la !ue no es de ba$a entalp*a doméstica 9climatización geotérmica;. '. En ciertos casos emisión de #cido sul"h*drico !ue se detecta por su olor a huevo podrido, pero !ue en grandes cantidades no se percibe y es letal. +. 1ontaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amon*aco, etc. %. 1ontaminación térmica. &. 7eterioro del paisa$e. H. >o se puede transportar 9como energ*a primaria;, salvo !ue se haga con un intercambiador y un caloportador distinto del de las aguas del acu*"ero. @. >o est# disponible m#s !ue en determinados lugares, salvo la !ue se emplea en la bomba de climatización geotérmica, !ue se puede utilizar en cual!uier lugar de la Bierra.
Usoseditar F •
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Generación eléctrica. provechamiento directo del calor 9cale"acción y 1);. Ae"rigeración/ por absorción y bomba de "r*o geotérmica.
Generación eléctricaeditar F )e produ$o energ*a eléctrica geotérmica por primera vez en Larderello, Ktalia, en '(&. 7esde ese tiempo, el uso de la energ*a geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de J((( 6:, de los cuales Estados nidos genera +I(( 6:.
7esalinizacióneditar F 7ouglas =irestone comenzó en la desalinización con el sistema evaporación O condensación con aire caliente en 'J, probando !ue el agua geotermal se puede usar económicamente para producir agua desalinizada, en +(('. En +((H se a$ustó el H. prototipo desalinizador 47elta B8 !ue usa un ciclo de aire "orzado caliente, presión atmos"érica, ciclo geotermal de evaporación condensación. El aparato se surte de agua de mar "iltrada en el Knstituto )cripps de Nceanogra"*a, reduciendo la concentración de sal de %H ((( ppm a H' ppm aOa.+
Extincióneditar F Knyección de aguaeditar F En varios sitios, ha ocurrido !ue los depósitos de magma se agotaron, cesando de dar energ*a geotérmica, !uiz#s ayudado por la inyección del agua residual "r*a, en la recarga del acu*"ero caliente.cita requeridaF N sea !ue la recarga por reinyección, puede en"riar el recurso, a menos !ue se haga un cuidadoso mane$o. En al menos una localidad, el en"riamiento "ue resultado de pe!ueños pero "recuentes terremotos 9ver enlace externo aba$o;. Esto ha tra*do una discusión sobre si los dueños de una planta son responsables del daño !ue un temblor causa.
Extinción del calor editar F s* como hay yacimientos geotérmicos capaces de proporcionar energ*a durante muchas décadas, otros pueden agotarse y en"riarse.% En un in"orme, el gobierno de Kslandiadice/ Cdebe entenderse !ue la energ*a geotérmica no es estrictamente renovable en el mismo sentido !ue la hidr#ulicaD. )e estima !ue la energ*a geotérmica de Kslandia podr*a proporcionar 'I(( 6: durante m#s de '(( años, en comparación con la producción actual de '&( 6:. El problema consiste en conocer si el "lu$o de calor natural de la tierra es capaz de reponer la pérdida de calor en la miner*a de calor geotérmica.
Costeeditar F La energ*a geotérmica es m#s competitiva !ue la combustión 9hidrocarburos;, sobre todo en pa*ses como Kslandia, >ueva Qelanda e Ktalia. 7urante el per*odo de precios ba$os de energ*a en la década de 'J( hasta la reciente subida de los precios de los combustibles "ósiles petróleo y gas, pocas #reas de recursos geotérmicos en los Estados nidos"ueron capaces de generar electricidad a un coste competitivo con otras "uentes de energ*a. )alvo para las bombas de calor geotérmicas, no todas las #reas del mundo tienen un recurso geotérmico utilizable, aun!ue si lo poseen. dem#s, algunas #reas geotérmicas no tiene una temperatura lo su"icientemente alta como para producir vapor. En esas zonas, la energ*a geotérmica se puede generar mediante un proceso llamado tecnolog*a de ciclo binario, aun!ue la e"icacia es menor. En cual!uier caso, en lugar de la producción de electricidad, las zonas de m#s ba$a temperatura pueden proporcionar climatización de edi"icios 9cale"acción, re"rigeración;. 7esde 'J, los Estados nidos cuenta con 'J sistemas de cale"acción urbana, +J gran$as de acuicultura, '+ plantas industriales, +'Jbalnearios y %J invernaderos !ue utilizan calor geotérmico. Ntras #reas no tienen el agua para producir vapor, !ue es necesaria para los dise ños actuales de la planta. las #reas geotérmicas sin vapor se las denomina #reas de rocas calientes secas zonas calientes y se est#n investigando métodos p ara su explotación.
EL PRINCIPAL propósito de la exploración de una zona geotérmica es definir su tamaño, forma estructura determinar sus caracter!sticas, como son" el tipo de fluido, su temperatura, composición #u!mica su capacidad de producir energ!a$ Estas caracter!sticas pueden ser determinadas en dos formas" por exploración superficial con perforaciones exploratorias$ Puesto #ue es muc%o m&s 'arato %acer exploración superficial #ue perforar pozos, se acostum'ra realizar un extenso programa de exploración superficial antes de comenzar a %acer perforaciones$ La exploración de un campo se puede di(idir en dos etapas" reconocimiento e(aluación) a*n durante la etapa de explotación, se emplean algunos métodos de exploración con el o'+eto de lle(ar a ca'o un monitoreo del campo$ La planeación de cada una de las etapas en cuanto a su desarrollo los métodos a usar, (ar!an muc%o dependiendo de las caracter!sticas del campo en estudio del pa!s en #ue se encuentre" sin em'argo, se pueden definir (arios lineamientos generales" Comenzar con médos simples 'ien esta'lecidos$ Esforzarse desde el principio por o'tener datos del prospecto en su totalidad$ -sar tanto como sea posi'le los recursos locales disponi'les$ Por supuesto #ue todas estas recomendaciones est&n supeditadas a mantenerse dentro del presupuesto esta'lecido para cada etapa a la disponi'ilidad de e#uipo personal capacitado$
El tra'a+o de exploración comienza aun antes del reconocimiento en el campo con la recopilación de toda la información disponi'le relacionada con la zona en estudio$ Esta información comprende los datos topogr&ficos, meteorológicos, geológicos, %idrogeológicos, geo#u!micos, geof!sicos las o'ser(aciones de manantiales, géiseres fumarolas$ .odos estos datos de'en ser cuidadosamente re(isados para planear la estrategia adecuada a cada zona emplear los diferentes métodos en la forma m&s apropiada$ Cuando los datos reunidos indican la existencia de un campo geotérmico económicamente explota'le, se procede a efectuar estudios geológicos, geof!sicos geo#u!micos para e(aluar el potencial del campo la facti'ilidad de su explotación$ Al final de cada una de las etapas, los resultados de los diferentes métodos son correlacionados para o'tener modelos preliminares del campo, los cuales se ir&n perfeccionando al a(anzar los tra'a+os de exploración$ -na (ez #ue se %an realizado todos los estudios posi'les en la superficie, se determina la localización de un n*mero reducido de pozos de exploración /generalmente alrededor de 0 pozos1, #ue de dar 'uenos resultados ser&n seguidos por los pozos de producción re#ueridos para la explotación planeada del recurso geotérmico$ 2asta el momento de la perforación de los pozos de exploración, los modelos ela'orados con 'ase en los datos superficiales carecer&n de (erosimilitud %asta #ue puedan ser corro'orados por los datos o'tenidos en los pozos$ Por esta razón, es acepta'le di(idir la exploración en dos etapas" exploración superficial perforaciones de exploración$ LA E3PL4RACI5N 6-PER7ICIAL 8e'ido a #ue los campos geotérmicos de alta temperatura se localizan generalmente en las &reas de (ulcanismo reciente relacionadas con las fa+as s!smicas, son ésas precisamente las zonas #ue se seleccionar&n para efectuar los primeros tra'a+os de reconocimiento$ .am'ién es importante en el principio efectuar un mapeo de las manifestaciones termales superficiales localizadas dentro fuera del &rea en estudio) esto es necesario, a #ue éstas no se localizan necesariamente so're el acimiento /7igura 9:1, sino #ue los fluidos geotérmicos se desplazan siguiendo fallas o fisuras o cual#uier otra zona de alt& permea'ilidad , al clasificarlas, se puede inferir la traectoria #ue %an seguido %asta la superficie, as! como los procesos de mezclado e'ullición #ue pudieron %a'er experimentado$ Las manifestaciones superficiales pueden proporcionar información acerca de las condiciones existentes en el acimiento$ 6in em'argo, es necesario %acer notar #ue las manifestaciones superficiales no son un re#uisito indispensa'le para la existencia de un acimiento geotérmico a profundidad, sino #ue %a campos geotérmicos en zonas #ue carecen
totalmente de manifestaciones superficiales en este caso se de'e localizar el acimiento con 'ase en el conocimiento del entorno geológico$ 8e acuerdo a las técnicas empleadas, la exploración superficial se puede di(idir en geológica, geof!sica geo#u!mica$ Técnicas geológicas
Los principales o'+eti(os de los estudios geológicos en la etapa de reconocimiento son" identificar catalogar todas las manifestaciones geotérmicas #ue %aa en la superficie, a sean acti(as o fósiles) efectuar una e(aluación preliminar de su significado con respecto a los procesos su'terr&neos #ue tienen lugar en el sistema geotérmico) recomendar las &reas para un estudio a maor detalle$ Esto se lle(a a ca'o examinando fotograf!as aéreas o im&genes de satélite (isitando el &rea para correlacionar los datos de éstas con la información o'tenida en el campo$ -na (ez terminado el reconocimiento del &rea, si se decide #ue la zona geotérmica tiene posi'ilidades para su explotación, se continua con la etapa de exploración propiamente dic%a, en la cual se de'e preparar un mapa geológico a detalle del prospecto geotérmico seleccionado de las &reas circundantes$ Este mapa de'e incluir las manifestaciones superficiales los rasgos geológicos /fallas, fracturas, distri'ución superficial a profundidad de los diferentes tipos de rocas su permea'ilidad1 #ue puedan contri'uir a ela'orar un modelo del sistema geotérmico recomendar la localización de los pozos exploratorios$ Técnicas geoquímicas
Para cumplir con los o'+eti(os de la exploración superficial, las técnicas geo#u!micas efect*an los an&lisis de las aguas de los manantiales, las emisiones de las fumarolas, las descargas de gases las aguas fr!as superficiales /r!os, lagos, llu(ia, etc$1 para %acer las siguientes inferencias de las condiciones del sistema %idrotermal" la (ariación en composición del fluido termal a profundidad, la temperatura / presión1 del fluido a profundidad, las rocas relacionadas con los fluidos termales a profundidad, el origen de los fluidos, la dirección de flu+o en el &rea los tiempos de residencia de los fluidos 'a+o la superficie, el gradiente geotérmico la profundidad a la cual se presenta e'ullición por primera (ez en el sistema) esto inclue determinar la
posi'ilidad de encontrar profundidad,
in(ersiones
de
temperatura
con
la
la posi'ilidad de #ue %aa depositación de minerales a partir del fluido, las zonas #ue presentan un alto flu+o, la posi'ilidad de encontrar a profundidad fluidos &cidos, #ue pueden causar serios pro'lemas por corrosión en la etapa de explotación, determinar la existencia de componentes en el fluido #ue puedan tener importancia económica$ La determinación de todos estos par&metros se %ace utilizando los resultados de los an&lisis #u!micos e isotópicos de las descargas del sistema en la superficie$ Esta metodolog!a se 'asa en la suposición de #ue tanto el e#uili'rio #u!mico como el isotópico se %an alcanzado en las interacciones entre el fluido las rocas del acimiento$ -na (ez #ue se %a alcanzado el e#uili'rio #u!mico, las concentraciones de los iones #ue se intercam'ien entre el fluido la roca (an a depender de la temperatura$ Por e+emplo al interaccionar un fluido termal una roca, los cuales contienen sodio potasio, estos iones se (an a intercam'iar de tal forma #ue cuanto maor sea la temperatura a la #ue interaccionen, maor ser& el contenido del potasio del fluido) por esta razón la relación entre las concentraciones de sodio potasio en las aguas #ue descarga el sistema en la superficie es utilizada como un indicador de la temperatura del acimiento$ 4tro indicador de la temperatura a profundidad lo es el contenido de s!lice /6i; <1 disuelto en el fluido, a #ue a maor temperatura el agua puede disol(er m&s s!lice de la roca circundante$ La determinación de la temperatura del sistema a profundidad utilizando métodos #u!micos es mu importante, a #ue en la etapa de exploración, es éste el *nico método por el cual se puede o'tener una estimación de la temperatura del acimiento$ Los isótopos de un elemento son &tomos cuos n*cleos tienen el mismo n*mero de protones pero diferente n*mero de neutrones, o sea #ue tienen la misma carga pero diferente peso atómico$ Las moléculas de agua son las m&s a'undantes en los fluidos termales en ellas se pueden encontrar (ariaciones dependiendo de los isótopos de %idrógeno ox!geno #ue las formen$ El %idrógeno tiene tres isótopos" el %idrógeno /2 con peso atómico de 91, el deuterio /8 con peso atómico de <1 el tritio /. con peso atómico de 01) el ox!geno tam'ién con tres" 9=4, 9>4 9?4 /el n*mero indica su peso atómico1, de los cuales 9=4 el es el m&s com*n el 9?4 es el #ue le sigue en a'undancia$ La relación entre la a'undancia del 9?4 del 9=4, del deuterio el %idrógeno para las aguas de origen meteórico /agua de llu(ia1 sigue en todo el mundo una relación lineal$ Esto se de'e a #ue
al e(aporarse del agua de mar, las aguas de llu(ia (an a tener una menor concentración de isótopos pesados /8 9?41 #ue la de mar a su (ez, al ir descargando la llu(ia, las moléculas con los isótopos m&s pesados ser&n las primeras en precipitarse$ Las zonas de maor e(aporación en el océano se encuentran en la región del ecuador) a partir de éste %acia los polos el agua de llu(ia ir& teniendo una maor pérdida de isótopos pesados$ Por esta razón, en cada región de la superficie de la .ierra las aguas de origen meteórico (an a tener una determinada concentración de isótopos pesados con relación al (alor est&ndar de la concentración de éstos para el agua de mar (SMOW@ 6tandard ean 4cean Bater1$ 6e %a o'ser(ado #ue en relación con la concentración est&ndar del agua de mar, las aguas de origen termal presentan un enri#uecimiento en la concentración del 9?4 se %a demostrado #ue esto se de'e principalmente al intercam'io de isótopos de ox!geno con los minerales de las rocas, principalmente el s!lice algunos sulfatos$ Como este intercam'io tam'ién depende de la temperatura, la concentración relati(a de isótopos de ox!geno en los fluidos tam'ién nos (a a ser(ir para determinar la temperatura del acimiento$ Por otra parte, como a se di+o, los fenómenos como la e(aporación (an a afectar la composición isotópica del fluido, de esta forma (a a ser posi'le detectar si en el acimiento %an tenido lugar procesos como e'ullición o dilución con aguas de composición isótopica diferente$ Es por esta razón #ue adem&s de analizar las aguas termales, se analizan las aguas superficiales fr!as, para comparar su composición #u!mica e isotópica determinar la relación entre am'as$ Es importante recalcar #ue todos éstos an&lisis de'en restringirse a las aguas termales alcalinas o neutrales, a #ue las aguas &cidas atacan las rocas de la superficie los compuestos #ue contengan en solución no necesariamente pro(ienen o est&n relacionados con las rocas del acimiento a profundidad, por lo #ue se pueden o'tener resultados erróneos$ 7inalmente, adem&s de aportar información durante la etapa de exploración del campo, las técnicas geo#u!micas se aplican tam'ién durante la explotación para determinar los cam'ios #ue sufre el sistema de'ido a la extracción de los fluidos termales, como puede ser la entrada en el acimiento de aguas su'terr&neas o superficiales fr!as$ Técnicas geofísicas
La geof!sica se (a a utilizar para definir las dimensiones la estructura del campo" &rea #ue ocupa, profundidad a la #ue se encuentra principales estructuras relacionadas con la permea'ilidad$ Esto se logra mediante los siguientes estudios" sensores remotos, gra(imetr!a, magnetometr!a, termometr!a, sismolog!a métodos eléctricos electromagnéticos$
En las etapas de reconocimiento se aplican so're todo métodos #ue no son mu caros #ue permiten cu'rir un m&ximo del &rea teniendo una alta razón entre 'eneficio costo" Medidas de emisividad en el infrarrojo a partir de imágenes aéreas o de satélite. Con este método se (an a detectar zonas en las #ue el
flu+o de calor en la superficie es anómalamente alto$ Al analizar las im&genes, se pueden o'tener resultados cualitati(os) sin em'argo, para determinar (alores de la descarga superficial de energ!a es necesario cali'rar en el campo la relación entre emisi(idad temperatura para los diferentes tipos de suelo$ Termografía (mediciones de temperatura en pozos poco profundos: de 1 a 1 m!. Este método es *til para complementar el mapeo %ec%o
por im&genes en el infrarro+o, con lo cual se o'tiene un mapa con las anomal!as de temperatura superficial a (arias profundidades /someras1$ Los resultados de estos estudios son '&sicos para esta'lecer los patrones de descarga superficial del sistema %idrotermal ela'orar as! un primer es#uema de las zonas m&s permea'les por lo tanto m&s interesantes para la producción$ Método de perfiles eléctricos. Este método se 'asa en %acer circular
una corriente eléctrica en el terreno #ue se (a a estudiar$ Esta corriente se inecta por medio de dos electrodos el potencial causado por ella se mide usando otros dos electrodos a una cierta distancia de los primeros$ Con estos dos par&metros se puede calcular la resisti(idad de las rocas a una profundidad #ue depende de la separación entre los electrodos de corriente los de medición /7igura <=1$ Este método es con muc%o el m&s importante para la exploración geotérmica, a #ue la resisti(idad de las rocas disminue nota'lemente cuando éstas se encuentran saturadas por fluidos altamente mineralizados a temperaturas ele(adas, tam'ién, cuando por la acción de estos fluidos los minerales #ue forman las rocas del acimiento son alterados %idrotermalmente, transform&ndose principalmente en arcillas, las cuales son minerales con una conducti(idad mu ele(ada$ "ondeos eléctricos verticales. La determinación de la resisti(idad de las
rocas se efect*a por el método anterior, pero en lugar de lle(ar a ca'o una co'ertura superficial del &rea, se o'tiene en cada punto de o'ser(ación la (ariación de la resisti(idad para diferentes profundidades cam'iando la separación de los electrodos$ Esto se puede %acer, a #ue la profundidad de penetración de la corriente depende de #ué tan separados estén los electrodos" a maor separación de éstos, maor es la profundidad #ue alcanza la corriente inectada, excepto en algunos casos particulares en #ue la corriente se concentra en alguna capa altamente conductora su penetración a maores profundidades #ueda restringida por este efecto$
Figura 26. Diagrama del método de Schlumberger para medir resistividad. A !" electrodos de inección de corriente. # $" electrodos de medición de potencial eléctrico producido por la corriente inectada.
Métodos magnetotel#ricos. En este caso, en lugar de %acer circular una
corriente, se utilizan las fuentes naturales de la .ierra" las llamadas corrientes tel*ricas$ Estas corrientes son generadas por las (ariaciones en el campo magnético terrestre relacionadas con tormentas eléctricas o emisiones pro(ocadas por la acti(idad solar$ 8e'ido a su origen, estas corrientes tienen un periodo de (ariación /no son constantes1 por esta razón se les asocia no sólo un campo eléctrico, sino tam'ién un campo magnético$< La profundidad a la #ue pueden penetrar estas corrientes est& relacionada con el periodo de su (ariación) entre maor sea éste, maor ser& la profundidad #ue logren alcanzar$ Esta propiedad %ace #ue se seleccionen las frecuencias #ue se (an a muestrear de acuerdo con las profundidades #ue interesan, en el caso de los campos geotérmicos éstas son menores de Dm, lo #ue determina el uso de frecuencias entre ;$;;9 a 9 %ertz /ciclos por segundo1$ El conocimiento de las (ariaciones de resisti(idad %a'ilita al geof!sico para esta'lecer (ariaciones (erticales en el grado de alteración de la roca, la litolog!a, la porosidad de las rocas del reser(orio en el grado de saturación, as! como para inferir la profundidad a la #ue existen cam'ios de fase en los fluidos geotérmicos, a #ue en contraste con los 'a+os (alores de resisti(idad pro(ocados por el l!#uido caliente mineralizado, las rocas saturadas con (apor presentan (alores altos de resisti(idad$
$etección del ruido sísmico natural. En un acimiento #ue presenta un
flu+o 'if&sico /l!#uido (apor1, se o'ser(a un aumento de (i'raciones de'ido a la separación de (apor al mo(imiento de éste) a estas pertur'aciones se les denomina ruido s!smico de'ido a la separación
de (apor$ Este método no es mu usado por la 'a+a proporción entre 'eneficio costo #ue presenta$ -na (ez esta'lecida durante la etapa de reconocimiento la existencia de un acimiento geotérmico, los tra'a+os entran en la etapa de la exploración a detalle para determinar su potencial energético$ Es posi'le emplear los métodos a mencionados, concentr&ndose en las zonas m&s interesantes$ En especial se utilizan los métodos eléctricos, aplicando diferentes arreglos geométricos de los electrodos para lograr maor penetración o 'ien resaltar las anomal!as producidas por cam'ios (erticales %orizontales en las rocas$ Adem&s, se pueden ampliar los tra'a+os con los siguientes métodos" %ravimetría & magnetometría. La determinación de las anomal!as en
los campos gra(itacional magnético de la .ierra, localizados dentro del prospecto geotérmico, nos permiten identificar las principales estructuras geológicas de la zona por el contraste en sus propiedades /densidad suscepti'ilidad magnética1$ Por e+emplo" fallas, intrusiones, deformaciones, etc$ Adem&s, en el caso de la gra(imetr!a tam'ién es posi'le determinar si existe una depositación de minerales %idrotermales con un contraste de densidad respecto a las rocas del acimiento) la magnetometr!a puede audar a localizar algunas zonas donde la roca original %a sido demagnetizada por la acción de los fluidos termales$ Métodos sísmicos. Los métodos s!smicos se caracterizan por su alto
costo, tanto en los tra'a+os de campo como en la interpretación de los datos o'tenidos$ En algunos casos como la exploración petrolera estos métodos son casi indispensa'les para la localización de los mantos petrol!feros$ 6in em'argo, en su aplicación a la exploración geotérmica se tiene la des(enta+a del alto ni(el de ruido s!smico existente, a sea por los cam'ios de fase o por el mo(imiento su'terr&neo de los fluidos termales$ En algunos pa!ses se %a estado experimentando con métodos de reflección refracción de ondas s!smicas generadas por explosiones, pero no se %an o'tenido resultados #ue impulsen el empleo de estos métodos$ .am'ién se %a experimentado con métodos teles!smicos, #ue se limitan a detectar las ondas generadas por mo(imientos s!smicos mu ale+ados) se %a o'ser(ado #ue al pasar por un acimiento geotérmico, las ondas s!smicas sufren un retraso una atenuación, de esta forma se puede determinar la localización de éste$ En el caso de la geotermia todos los métodos s!smicos tienen una razón entre 'eneficio costo mu 'a+a en general se prefiere el uso de los otros métodos mencionados para la exploración del campo$ 8urante la explotación del campo, los métodos geof!sicos son *tiles para mantener un sistema de monitoreo con el o'+eto de detectar fenómenos de su'sidencia /%undimiento1 de aumento en la acti(idad s!smica$ Por otra parte, puesto #ue los campos geotérmicos se encuentran localizados generalmente en zonas de acti(idad tectónica,
la o'ser(ación de la acti(idad s!smica es importante para tener un control de las fallas acti(as en las cercan!as del campo$ Las o'ser(aciones repetidas de la acti(idad micros!smica son *tiles tam'ién para indicar los cam'ios en el campo de esfuerzos pro(ocados por las (ariaciones de presión #ue resultan de la explotación del campo, a sea por extracción o reinección de los fluidos termales$ PER74RACI5N 8E P446 E3PL4RA.4RI46 -na (ez #ue se tiene un modelo preliminar del campo con 'ase en los datos superficiales, se procede a situar un n*mero reducido /de tres a cinco1 de pozos exploratorios, con los cuales se pretende corro'orar los modelos ela'orados +ustificar los gastos de la exploración superficial$ La restricción en el n*mero de pozos se de'e a los altos costos de la perforación, a #ue dependiendo de su profundidad de los tipos de roca #ue atra(iesen /dura o sua(e1 el precio puede (ariar de 9;; ;;; %asta m&s de un millón de dólares, o sea #ue el precio de un solo pozo e#ui(ale a (arias (eces el costo total de la exploración superficial$ 8urante la perforación del pozo se toman muestras de las rocas #ue se (an encontrando$ Estas muestras tienen la forma de trozos pe#ueños de roca #ue se (an cortando con el 'arreno /muestras de canal1 de cilindros de roca recortados con un 'arreno especial para este fin /n*cleos1$ Por supuesto #ue los n*cleos pro(een de me+or información, a #ue se conoce exactamente a #ué profundidad corresponden$ En cam'io las muestras de canal de (arias profundidades pueden mezclarse dar resultados erróneos$ A*n antes de terminar el pozo estas rocas son estudiadas para determinar los minerales #ue se %an producido como resultado de la interacción de los fluidos termales la roca del acimiento$ La formación de los minerales de alteración depende tanto de la composición #u!mica del fluido como de la temperatura por lo tanto estos dos par&metros pueden ser inferidos a partir de las o'ser(aciones en las muestras, a*n sin %a'er %ec%o mediciones directas$ -na forma de determinar la e(olución térmica del sistema es por medio de pe#ueñas inclusiones del fluido #ue #uedan atrapadas al formarse los minerales de alteración #ue (an a conser(ar la composición del fluido #ue las formó /7igura <>1$ La (enta+a de estas inclusiones fluidas es #ue tam'ién se puede determinar la temperatura a la #ue se formaron" al enfriarse una inclusión el l!#uido se contrae por lo #ue #ueda un espacio donde se forma una 'ur'u+a) al calentarla, esa 'ur'u+a desaparecer& cuando se alcance la temperatura de su formación$ Es as! como se pueden determinar (ariaciones #u!micas térmicas #ue pudieran %a'er tenido lugar durante la e(olución del sistema %idrotermal$
A las muestras de rocas pro(enientes de los pozos se les %acen an&lisis #u!micos para o'tener la composición de rocas alteradas no alteradas %idrotermalmente as! determinar los efectos #ue %a tenido la interacción con fluidos termales en la composición #u!mica de las rocas #ue forman el acimiento$
Figura 2%. #icrofotograf&a de una inclusión fluida en un mineral hidrotermal 'calcita( proveniente del campo geotérmico de )os *umeros+ Puebla+ #é,ico. '-scala cm " /.2 mm(.
-na (ez #ue el pozo se %a terminado /lo cual puede lle(ar (arios meses1, se toman registros (erticales de flu+o, temperatura, conducti(idad potencial eléctricos, (elocidad s!smica, etc$, para determinar las propiedades de las rocas #ue se encuentran a lo largo del pozo la (ariación de la temperatura con la profundidad, lo #ue en forma indirecta auda a inferir la permea'ilidad de las rocas, a #ue después de %a'er sido enfriadas por los fluidos de perforación las capas de roca m&s permea'les ser&n las #ue recuperen m&s r&pido su temperatura anterior por la circulación de los fluidos termales a tra(és de ellas$ Feneralmente se de+a GreposarG el pozo de unas cuatro a oc%o semanas para #ue se esta'ilice, comparando las (ariaciones en los registros de temperatura presión durante este tiempo$ -na (ez, esta'ilizado el pozo se induce su descarga, es decir la emisión continua de fluido, es sólo entonces cuando se sa'e cu&nto fluido puede producir el pozo a #ué presión temperatura, determinando de esta forma la cantidad de energ!a eléctrica #ue se puede o'tener$ Hste es el par&metro #ue nos (a a indicar la facti'ilidad económica de la explotación de un campo" cu&ntos pozos son necesarios para o'tener la cantidad planeada de Diloatts eléctricos, lo cual determina finalmente el costo de la electricidad$
LA AJ4R parte del territorio mexicano /excepto la Pen!nsula de Jucat&n1 est& caracterizado por una gran acti(idad tectónica (olc&nica #ue %a tenido lugar desde %ace (arias decenas de millones de años %asta el presente$ Esta acti(idad in(aria'lemente %a de+ado su %uella a lo largo de todo el pa!s en forma de sistemas (olc&nicos sistemas %idrotermales, tanto fósiles como acti(os$ La acti(idad tectono(olc&nica, aun#ue tiene resultados catastróficos en muc%os de los fenómenos #ue genera, como sismos erupciones (olc&nicas, tam'ién %a sido la fuente de una gran ri#ueza como lo son los recursos minerales geotérmicos$ La presencia de estos recursos se extiende por todo el pa!s, siendo especialmente a'undante en su parte central$ A continuación detallamos algunos de los principales usos de las manifestaciones superficiales del calor terrestre$
Figura 20. #apa de #é,ico 1ue inclue los manantiales termales muestreados por la Comisión Federal de -lectricidad. 'Proporcionado por la erencia de Proectos eotermoeléctricos de la Comisión Federal de -lectricidad(.
KALNEARI46 2asta la fec%a, la Comisión 7ederal de Electricidad %a esta'lecido la existencia de m&s de mil manifestaciones termales en la Rep*'lica exicana /7igura
La maor parte de los 'alnearios se localiza en la parte central del pa!s, coincidiendo con la 7a+a olc&nica .ransmexicana, la cual contiene la maor!a de los (olcanes mexicanos #ue %an presentado acti(idad reciente" Ce'oruco, Popocatépetl, olc&n de Colima, Pico de 4riza'a, Paricut!n, Morullo, 3itle, etc$) adem&s de otros (olcanes #ue #uedan fuera de esta zona, como son" K&rcena, .res !rgenes, El C%ic%ón El .acan& /7igura <:1$ Adem&s de la gran cantidad de manantiales asociados con estos centros (olc&nicos, se cuenta tam'ién con manantiales termales relacionados con zonas de (olcanismo m&s antiguo /maor de 0; millones de años1, por e+emplo la 6ierra adre 4ccidental, #ue sin em'argo a*n contiene suficiente calor como para pro(ocar este tipo de manifestaciones$ -no de los principales factores #ue determina la aparición de manantiales, aparte de la fuente de calor, es la existencia de agua suficiente para mantener la acti(idad %idrotermal$ En muc%os estados como Aguascalientes, 6an Luis Potos!, Fuana+uato, etc$, se %a dado el caso de #ue con la explotación de los acu!feros para agricultura para consumo %umano, se %a pro(ocado un descenso en los ni(eles del agua su'terr&nea #ue %a dado como resultado la extinción de numersos manantiales termales$ Esto tam'ién se %a o'ser(ado en zonas donde los manantiales se apro(ec%an para el em'otellamiento de aguas minerales /.e%uac&n, Pue'la) La 6oledad, 6$L$P$1$ 6in em'argo, la a'undancia de manantiales %ace #ue a*n existan 'astantes #ue siguen funcionando como 'alnearios, teniendo (arios de ellos gran renom're en el &m'ito internacional, por e+emplo" Ixtapan de la 6al 6an Mosé Pur*a$
Figura 23. )ocali4ación de los volcanes 1ue han presentado actividad reciente en #é,ico.
REC-R646 INERALE6
Poco podr!a añadirse a lo #ue a se %a escrito acerca de las ri#uezas minerales de nuestro pa!s generadas por la acti(idad (olc&nica e %idrotermal, las cuales %an sido explotadas durante siglos$ Kaste decir #ue la región (olc&nica de rocas del Cenozoico /con una edad menor de = millones de años1 #ue se extiende por < ;; Dm desde la frontera con Estados -nidos %asta la ciudad de éxico /7igura 0;1, contiene la concentración m&s grande de plata en el mundo conocida %asta la fec%a$ Las minas de Pac%uca Fuana+uato %an producido m&s de ; ;;; toneladas de plata) en particular, Pac%uca %a producido 0> 0< toneladas de plata, lo cual e#ui(ale a m&s de =O del total de plata en el mundo tam'ién %a producido m&s de 9:; toneladas de oro cantidades importantes de plomo, zinc co're$ En general, éxico contri'ue a la producción mundial con el 9O de la plata, 9?O del arsénico, 9=O del 'ismuto, <9O de la fluorita, 90O del grafito, adem&s de ser un importante productor de &gata ópalo$ A pesar de los impresionantes !ndices de producción se puede decir #ue una gran parte de los recursos minerales de éxico se encuentran a*n esperando a ser descu'iertos explotados, lo cual ser& facti'le cuando se implemente la metodolog!a necesaria para este fin" éste es uno de los retos para las futuras generaciones$
Figura 5/. Distribución de depósitos de metales preciosos 'oro plata( en la cordillera este de $orteamérica en parte de América Central.
PR48-CCI5N 8E ENERF!A ELHC.RICA 0 Los inicios de la utilización de energ!a geotérmica en éxico para la producción de energ!a eléctrica se remontan a los años sesenta, en los #ue se comenzó a explotar el campo geotérmico de Pat%é en el estado de 2idalgo$ 8esafortunadamente, la falta de permea'ilidad del campo determinó #ue el experimento terminara en un fracaso a pesar de #ue se ten!a un gradiente geotérmico en el &rea de aproximadamente ; CQDm$ 8e los 0 ;; Diloatts instalados sólo se pudieron producir 9;, por lo cual se clausuró la planta$ .am'ién se lle(aron a ca'o intentos por desarrollar las zonas geotérmicas de Los Negritos e Ixtl&n de los 2er(ores en ic%oac&n$ 6in em'argo, el éxito se alcanzó finalmente cuando se descu'rió el campo geotérmico de Cerro Prieto en Ka+a California Norte$ En la actualidad, éxico es uno de los pa!ses m&s a(anzados en cuanto a la producción de energ!a geotermoeléctrica /7igura 091$ 8os campos, el de Cerro Prieto el de Los Azufres en ic%oac&n se encuentran a en la etapa de producción por lo menos dos m&s" La Prima(era /Malisco1 Los 2umeros /Pue'la1, se encuentran a mu a(anzados en la etapa de e(aluación se espera #ue dentro de pocos años comenzar&n tam'ién a producir electricidad a partir de fluidos geotérmicos$ Asimismo, se cuenta con <> campos donde se %an concluido los estudios de facti'ilidad, de los cuales se %an seleccionado 9= para continuar con la etapa de perforación de pozos de exploración, entre éstos se tienen" El Ce'oruco /Naarit1, Las Planillas /Malisco1, Araró /ic%oac&n1, Las .res !rgenes /Ka+a California 6ur1, etcétera$
Figura 5. )ocali4ación de los principales campos geotérmicos en #é,ico.
El campo geotérmico de Cerro Prieto es uno de los m&s grandes del mundo %asta el momento tiene una capacidad instalada para producir =<; ;;; Diloatts de energ!a eléctrica) pero el campo tiene capacidad para generar muc%a m&s energ!a se %a planeado aumentar su producción a m&s de >;; ;;; Diloatts en los próximos años, a #ue se cuenta con reser(as pro'adas de <<; ;;; Diloatts reser(as pro'a'les de m&s de <<; ;;; Diloatts /7igura 0<1$ 8e'ido a #ue la zona en #ue se encuentra localizado este campo no tiene un alto consumo de energ!a eléctrica por ser una zona eminentemente agr!cola, existe un excedente de energ!a eléctrica, el cual es exportado a Estados -nidos, lo cual significa una entrada de di(isas para el pa!s$ Adem&s de la generación de electricidad, en la planta
geotermoeléctrica de Cerro Prieto se planea instalar tam'ién un sistema para la extracción comercialización de cloruro de potasio, por el cual se llegar&n a producir ?; ;;; toneladas métricas por año$ Por otra parte, el campo geotérmico de Los Azufres %a estado siendo pro'ado por medio de plantas piloto #ue producen un total de < ;;; Diloatts /7igura 001, lo cual corresponde casi al consumo de energ!a eléctrica de la ciudad de orelia, ic%oac&n$ 8espués de o'ser(ar los resultados o'tenidos con estas plantas, se determinó #ue este campo tiene capacidad para producir m&s energ!a, por lo cual se est& a construendo una planta #ue generar& m&s de ; ;;; Diloatts de electricidad /el campo tiene una reser(a pro'ada de 90 ;;; Diloatts una reser(a pro'a'le de 9= ;;; Diloatts1$ -na particularidad de la explotación del campo geotérmico de Los Azufres es #ue la totalidad del agua separada del (apor #ue (a a las tur'inas ser& reinectada en el acimiento a tra(és de once pozos, con lo cual se e(itar& la contaminación del medio am'iente$ 8el total de campos a e(aluados se tiene una reser(a pro'ada de m&s de 9;; ;;; Diloatts la reser(a pro'a'le es de m&s de 9 ;; ;;; Diloatts$ 8e'e admitirse #ue aun desarrollando la totalidad de los recursos con #ue cuenta el pa!s, la energ!a geotérmica no podr!a cu'rir la demanda total de energ!a eléctrica$ 6in em'argo, por la a'undancia de campos geotérmicos en éxico, esta fuente de energ!a s! puede representar una contri'ución significati(a para satisfacer las necesidades energéticas del pa!s, por supuesto, sin pasar por alto su utilización directa en procesos industriales, la cual a*n de'e implementarse podr!a significar un considera'le a%orro de com'usti'les fósiles una disminución en los ni(eles de contaminación$
Figura 52. Campo geotérmico de Cerro Prieto+ !a7a California8 'a( vista de las torres de enfriamiento 'b( descarga del fluido de desecho a la laguna de evaporación.
Figura 55. Campo geotérmico de )os A4ufres+ #ichoac9n+ #é,ico.
!ué es la geotermia# La energ*a geotérmica se encuentra almacenada en "orma de calor ba$o la super"icie de la tierra. El Knstituto Geológico y 6inero de España 9KG6E; la de"ine como/ 4=E>BE 7E E>EAGR AE>NMSLE S>7>BE, 7E ETPLNB1KU> MKSLE BV1>K1 E1N>U6K16E>BE, WE EMKB E6K)KN>E) 7E G)E) 7E E=E1BN K>MEA>7EAN 1 ETK)BE>1K E> >E)BAN )S)ELN E)BX PANS78. Este calor tiene su origen en distintos "enómenos. Por un lado procede del calor residual generado durante la "ormación del planeta y !ue todav*a est# llegando a la super"icie desde el n0cleo, otra parte se debe a la radiación solar y clim#tica en general !ue es absorbida y acumulada por la tierra, y "inalmente otra parte tiene su origen en l a desintegración radiactiva !ue se produce de "orma constante en el interior de la Bierra.
El gradiente geotérmico es el cociente !ue de"ine la variación de la temperatura con la pro"undidad. En general la temperatura aumenta %?1 por cada '(( metros de pro"undidad. Este valor var*a p rincipalmente seg0n las caracter*sticas "*sicas y el grosor de la placa litos"érica. La tierra recibe energ*a del sol, !ue calienta los primeros metros de la corteza. Pero a partir de los '( metros la temperatura es estable, sin estacionalidad ni dependencias clim#ticas.
$ipos de %eotermia
Muy baja entalpia Temperatura estable todo el año
zul/ En invierno, a medida !ue pro"undizamos, la temperatura va aumentando hasta alcanzar un valor próximo a '( 1. Ao$a/ En verano ocurre lo contrario a medida !ue pro"undizamos la temperatura desciende hasta los '( 1. Merde y amarilla/ En primavera y otoño las variaciones son menores, llegandose a alcanzar, en pro"undidad, el mismo valor de '( 1 Este hecho es sumamente importante por!ue !uiere decir !ue a partir de una determinada pro"undidad, la temperatura del subsuelo es constante, e independiente de l a estación anual en la !ue nos encontremos y por supuesto, independiente de la hora del d*a o de la noche. 7isponemos por ello, a unos pocos metros de nosotros, de una "uente de energía constante a lo largo de todo el año accesible en todos los lugares. En España la temperatura media del subsuelo puede estar en torno a los 'H5'I 1. En el subsuelo tenemos abundante energ*a a una temperatura !ue no es 0til para climatizar pero s* es 0til para una bomba de calor geotérmica, la cual, trans"orma la energ*a de ba$a temperatura en energ*a de alta temperatura apta para climatizar Este aprovechamiento es mediante per"oraciones verticales en circuito cerrado, circuitos abiertos 9aprovechamiento de aguas subterr&neas como las aguas de mina; o sistemas horizontales.
La bomba de calor
)u "uncionamiento es similar al de un "rigor*"ico pero a la inversa.
El e'aporador( un "luido "rigor*"ico a muy ba$a temperatura absorbe la temperatura de la tierra o del agua de mina calent#ndose y pasando a estado gaseoso. )iguiendo con el s*mil del "rigor*"ico, éste ser*a el interior del "rigor*"ico, la placa " r*a colocada al "ondo. El compresor( es el encargado de comprimir ese gas elevando su temperatura El condensador( una vez disponemos del gas calentado seg0n nuestro propósito, intercambiamos este calor al circuito del emisor 9cale"acción, re"rigeración, etc.;. En este intercambio, nuestro gas vuelve a perder el calor !ue ten*a en"ri#ndose. )&'ula de e*pansión/ una vez tenemos el gas otra vez "r*o, la expandimos lo necesario para en"riarlo lo su"iciente como para poder absorber el calor de nuevo. En nuestro "rigor*"ico estar*a en la zona del motor y no lo apreciamos.
+aja entalpia
1uando la temperatura del subsuelo est# comprendida entre los +H 1 y los '(( 1. Esto sucede cuando existe una anomal*a térmica y la temperatura estable del terrenos est# por encima de la temperatura normal. )u aprovechamiento suele ser directo como por e$emplo en balnearios.
,edia entalpia
1uando la temperatura del subsuelo est# comprendida entre los '(( 1 y los 'H( 1, el agua del terreno se encuentra en estado vapor 9a presión normal;. Por tanto se puede aprovechar para la producción de electricidad mediante ciclos binarios. Este tipo de plantas emplean un segundo "luido de traba$o, con un punto de ebullic ión 9a presión atmos"érica; in"erior al del a gua, tales como isopentano, "reón, isobutano, etc., los cuales se evaporizan y se usan para accionar la turbina.
Alta entalpia
acimientos de alta entalp*a en los !ue se cumplen las condiciones cl#sicas de existencia de un yacimiento y el "oco de calor permite !ue el "luido se encuentre en condiciones de presión y alta temperatura 9superior al menos a los 'H(?1;. Las caracter*sticas termodin#micas del "luido permiten su aprovechamiento para producción de electricidad.
!Por -ué la geotermia#
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Es una energ*a inagotable.
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Aespetuosa con el medio ambiente.
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Es una energ*a limpia sin emisiones directas de 1(+ ni otro tipo de residuos.
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Posibilidad de ampliación y combinación con otras energ*as renovables.
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>o hay !ue almacenar combustible alguno, eliminando el espacio necesario para ello y malos olores. >o se necesitan unidades condensadoras exteriores con lo !ue se evitan ruidos y vibraciones.
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1ompatible con instalaciones existentes de radiadores y "ancoils. >o necesita un espacio acondicionado especialmente, ni chimeneas, protecciones ni ventilaciones.
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Knexistente impacto visual exterior.
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E!uipos compactos y "#ciles de colocar.
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)istema plenamente experimentado en el centro y norte de Europa.
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Periodo corto de amortización.
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La vida 0til de una bomba de calor es de +( años aproximadamente, dos veces mayor !ue una caldera convencional y la del intercambiador con el suelo radiante es de unos H( años.
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6antiene una potencia constante a lo largo de todo el año.
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Aevalorización del inmueble en el !ue se instala.
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)istema subvencionado por parte de las dministraciones.
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Bodo en uno/ cale"acción, re"rigeración, agua caliente sanitaria 91); y climatización de piscinas.
,inería %eotermia La actividad minera
7urante la "ase inicial de la miner*a la actividad se desarrolló mediante explotaciones de montaña 9el acceso a la capa de carbón se realizaba desde la super"icie mediante la construcción de bocaminas a di"erentes cotas; Posteriormente se desarrolló la miner*a mediante pozos verticales !ue permit*an el acceso a nuevos campos de explotación a través de un 0nico punto/ el pozo. Estos pozos en algunas ocasiones llegaron a conectarse entre s* dando lugar a una comple$a red de galer*as ba$o la super"icie de la cuenca.
En el caso del po.o +arredo sus diferentes cone*iones /0i conect&ramos todas esas galerías en línea recta1 cerca de 233 4m1 llegaríamos a 5'ila6
Un gran embalse subterraneo
na vez ha cesado la actividad minera todas a!uellas zonas !ue anteriormente se desaguaban para poder desarrollar la actividad, pasan a inundarse de "orma natural, convirtiéndose este laberinto de galer*as y zonas colapsadas 91orrespondientes a los huecos !ue !uedan una vez se ha explotado la capa de carbón; en un gran embalse subterr#neo. Las condiciones "*sicas, como la pro"undidad 9recordemos !ue la temperatura aumenta con la pro"undidad, la estan!ueidad o el aislamiento proporcionan una determinada cantidad de calor al agua acumulada Esta elevada temperatura as* como el volumen de agua !ue se mane$a hace !ue el agua de las minas sea idónea para su aprovechamiento geotérmico.
6iner*a de montaña
Es!uema de galer*as correspondientes a los pozos Sarredo y =igaredo
1audales medios evacuados entre los di"erentes pozos conectados.
La energía geotérmica( Po.o +arredo En 'J&& se "unda la )ociedad =#brica de 6ieres, !ue explotar# el carbón de la cuenca del rio Burón y !ue "unda el Pozo Sarredo en '%I. La actividad productiva del pozo cesa de"initivamente en '&, continuando con las labores de desagYe. En el +((J se organiza la evacuación de las aguas subterr#neas/ inundación controlada e instalación de bombas sumergibles.
En el caso del Pozo Sarredo, como consecuencia del gradiente geotérmico el agua a lmacenada en su interior alcanza temperaturas próximas a +H Esta temperatura permanece constante a lo largo del año no experimentando variaciones Knvierno5Merano.
