Calefacción por geotermia, generación de electricidad…Una de las energías renovables con más auge en estos últimos años, es la energía geotérmica (calor de la tierra).

A pesar de que la geotermia ha sido utilizada desde hace siglos, es una gran desconocida pero no por ello está carente de un gran potencial.

En este artículo, explico en qué consiste la energía geotérmica, cómo funciona, cuáles son sus aplicaciones y qué ahorros energéticos podemos conseguir utilizando esta tecnología.

¿Qué es la geotermia? ¿Y la energía geotérmica?

A diferencia de la mayoría de las energías renovables, la geotermia no tiene su origen principal en la radiación del sol, sino en la diferencia de temperaturas que existe entre el interior de la tierra y su superficie.

La energía renovable del suelo. Energía Geotérmica. Geotermia. Calefacción por geotermia
Energía geotérmica

Por lo tanto, podemos definir la energía geotérmica como aquella energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de la tierra.

Engloba el calor almacenado en suelos, rocas, aguas subterráneas cualquiera que sea su temperatura , profundidad y procedencia.

De esta forma sabemos, que en mayor o menor medida, se encuentra almacenada bajo nuestros pies una energía que podemos y debemos aprovechar.

¿Cómo se clasifica la geotermia? ¿Y la energía geotérmica?

En función de la entalpía y la temperatura existente en el subsuelo, se puede realizar la siguiente clasificación:

Tabla clasificación / utilización geotermia - energía geotérmica en función de la temperatura del terreno
Tabla clasificacion utilización geotermia en función de temperatura del terreno

Como vemos, la energía geotérmica la podemos aprovechar, según su entalpía y temperaturas, para dos aplicaciones principales: Calor (Climatización, Agua Caliente Sanitaria, Calefacción por geotermia) y Generación de Energía Eléctrica.

En la siguiente gráfica, se indican las diferentes tecnologías aplicables para cada uso.

Tabla claisificación geotermia temperatura – tecnología

En este artículo, nos centraremos en la Bomba de Calor  

La aplicación de energía geotérmica de muy baja entalpía para producción de calor con destino a calefacción por geotermia y/o climatización para:

  • Viviendas unifamiliares.
  • Edificios residenciales, edificios de oficinas.
  • Colegios
  • Hospitales
Calefacción por geotermia. Variación temperaturas terreno con profundidas. Geotermia
Variación temperaturas terreno-profundidad Geotermia

Si nos fijamos, para diferentes épocas del año la temperatura del terreno tiende a ser constante (10ºC) a 10 metros de profundidad.

El color Azul corresponde al invierno (0ºC exteriores), y a medida que profundizamos la temperatura va aumentando, hasta alcanzar un valor de 10ºC.

El color Rojo corresponde a la época de verano (20ºC exteriores), donde ocurre lo contrario. A medida que profundizamos, la temperatura desciende hasta alcanzar un valor de 10ºC.

Temperatura constante del terreno en la energía geotérmica

A una profundidad de 15 a 20 metros, se considera que el terreno comienza a estar a una temperatura constante todo el año, independientemente de la temperatura exterior.

Se suele tomar un valor ligeramente superior a la media anual de la superficie (por ejemplo, en España se consideran 15ºC).

Por debajo de los 20 metros de profundidad, la temperatura aumenta a razón de unos 3ºC por cada 100 metros de profundidad debido al gradiente geotérmico.

A medida que se profundiza, mayor importancia adquiere la energía procedente del interior de la tierra y menos la procedente del sol.

No obstante, en las primeras decenas de metros, el sol es una auténtica fuente de energía, que no solo calienta la corteza terrestre sino que calienta toda la atmósfera, y por consiguiente el agua de lluvia que se convierte en un aporte extra de energía al terreno.

Esta energía disponible, la podemos aprovechar intercambiándola con un fluido caloportador.

En el siguiente vídeo se explica visualmente todo lo que hemos comentado hasta ahora.

Vídeo explicativo energía geotérmica (Fuente: Geoplat)

¿Cómo captamos la energía geotérmica?

Hemos visto hasta ahora que disponemos de una fuente inagotable de energía durante todas las épocas del año.

Para aprovechar esa energía, necesitamos sistemas que nos permitan captarla o cederla como consecuencia del salto térmico entre el terreno y el fluido caloportador.

También, es posible extraer las aguas subterráneas y aprovechar su temperatura.

Veamos, a continuación, los sistemas de captación de la energía geotérmica:

Captación geotérmica horizontal enterrada

Consiste en la instalación de una serie de tuberías de polietileno, denominadas colectores horizontales, por las que circula agua con glicol (anticongelante).

Se necesita que la parcela disponga de una superficie amplia para poder realizar el tendido del circuito a poca profundidad.

Vivienda unifamiliar con energía geotérmica - geotermia mediante colectores entterados y horizontal.
Geotermia con colectores horizontales enterrados

En este sistema, debido a la escasa profundidad a la que se entierran las tuberías (0,6 a 1,5 m), el clima tiene especial influencia. El terreno sirve de acumulador de la energía del sol, aportando la energía geotérmica un papel secundario.

Captación geotérmica vertical con pozos / sondas geotérmicas

En el caso de que la superficie disponible no sea suficiente para ejecutar el sistema anterior, si existen canalizaciones en el subsuelo, o si la demanda energética es alta, se utiliza el sistema de sondas geotérmicas (colectores de calor) en posición vertical.

Para ello, se disponen de de una o varias perforaciones, con profundidades que oscilan entre los 25 a 150 metros y con diámetros de perforación de tan solo 10-15 cm.

Vivienda unifamiliar con energía geotérmica vertical con sondas / pozos. Geotermia para calefacción
Geotermia vertical con pozos / sondas geotérmicas

Tiene la ventaja de que ocupa poco espacio y proporciona una gran estabilidad de las temperaturas

Captación geotérmica vertical con sondas en pilotes

Cuando por razones de cimentación y de poca resistencia del terreno, se necesita disponer de pilotes, se aprovechan dichos elementos para la captación de la energía geotérmica integrando las sondas en las armaduras.

Se denominan pilotes energéticos.

Pilote energético con sondas de captación de energía geotérmica (geotermia)
Pilotes energéticos. Sondas geotermia. (Fuente: Rehau)

Tiene la ventaja de que aprovechamos unos elementos necesarios en la construcción de la edificación, con lo cuál no es necesario realizar sondeos exclusivos para su instalación.

Captación geotérmica en lagos o ríos

Es el sistema más económico ya que no se necesitan realizar pozos ni excavaciones.

Consiste en aprovechar ríos o lagos que dispongan de aguas termales a una temperatura adecuada introduciendo directamente los captadores y realizando el intercambio térmico con el agua y no con el terreno.

Lago con agua caliente aprovechable para energía geotérmica
Lago agua caliente energía geotérmica

Sistema abierto con captación geotérmica subterránea

Los sistemas vistos en apartados anteriores corresponden a circuitos cerrados.

El fluido caloportador que circula por las tuberías no está en contacto con  el terreno, ni agua, realizándose un intercambio térmico entre los mismos.

Debe existir una bomba hidráulica en superficie que ha de vencer la pérdida de carga del circuito. 

Existe un sistema abierto que consiste en la captación de aguas subterráneas.

Para ello se extrae agua hasta la  bomba de calor  y se devuelve a otro punto del subsuelo en otra perforación diferente.

Vivienda unifamiliar con captación geotérmica de aguas subterráneas en circuito abierto. Geotermia
Captación geotérmica de aguas subterráneas con circuito abierto

La bomba hidráulica deberá disponer de una potencia elevada al tener que asegurar un caudal suficiente.

La desventaja, es que la eficiencia puede ser inferior a los sistemas descritos anteriormente, debido al elevado consumo eléctrico de la bomba.

Vídeo sistemas de captación geotérmica

Os presento un vídeo explicativo de los diferentes sistemas explicados anteriormente:

Vídeo explicativo funcionamiento geotermia / sistemas de captación (Fuente: acluxega)

Calefacción por geotermia

En los apartados anteriores, hemos explicado en qué consiste la energía geotérmica y cómo la captamos.

Pero,

¿Cómo aprovechamos esa energía?

Para ello, necesitamos un equipo que nos permita absorber la energía captada del  foco caliente y cederla al foco frío.

Con ello, podremos aprovecharla en sistemas de calefacción, agua caliente sanitaria y/o climatización. Ese equipo se denomina bomba de calor geotérmica.

En nuestro artículo sobre la bomba de calor inverter, explicamos extensamente cómo funciona una bomba de calor:

Una bomba de calor es un equipo térmico que utiliza el ciclo frigorífico de un refrigerante para, mediante un circuito cerrado, absorber calor de un foco caliente (sea aire o agua) y cederlo a un foco frío.

En una bomba de calor aire-aire se absorbe energía del aire exterior, cediéndolo al ambiente interior. Es el caso de funcionamiento de los sistemas de VRV o bombas de calor inverter en funcionamiento de invierno.

Estos equipos disponen de rendimientos muy buenos y son ampliamente utilizados, pero reducen su rendimiento (COP y EER) en función de las condiciones ambientales exteriores.

De igual forma sucede con las bombas de calor aerotérmicas (aire-agua) que, aunque también disponen de rendimientos altos, dependen de las condiciones climatológicas exteriores para ser más o menos eficientes.

Las bombas de calor geotérmicas funcionan con el mismo principio, pero su rendimiento es constante a lo largo del año, ya que no depende de la temperatura del ambiente exterior.

Las bombas de calor geotérmicas son del tipo agua-agua

¿Qué ventajas tienen las bombas de calor geotérmicas agua-agua?

Si se ha comprendido todo lo comentado hasta ahora entenderemos cuáles son las ventajas de una bomba de calor geotérmica agua-agua:

  • Disponemos de una temperatura constante durante todo el año (la del terreno)
  • El rendimiento de la bomba de calor geotérmica no depende de las condiciones exteriores ya que está absorbiendo o cediendo energía siempre a la misma temperatura.
  • La bomba de calor geotérmica, es uno de los equipos de transferencia térmica más eficientes del mercado.
  • Únicamente, tendremos el consumo de la bomba de circulador del fluido caloportador (agua con anticongelante) y el compresor.
  • Estos equipos han experimentado en los últimos años una gran evolución, obteniéndose rendimientos COP (rendimiento calor) de hasta 5 y EER (rendimiento frío) de hasta 6.

Por lo tanto, estaríamos hablando de equipos altamente eficientes con clases de eficiencia A+ y A++ para sistemas de calefacción por geotermia.

¿Qué aplicaciones tiene la geotermia?

Las aplicaciones de la geotermia son las siguientes:

  • Calefacción por geotermia de pequeña y mediana potencia
  • Agua Caliente Sanitaria por geotermia
  • Piscinas
  • Suelo refrescante
  • En verano invirtiendo el ciclo, absorberíamos calor del interior del edificio y lo cederíamos al subsuelo o a una piscina. Con ello, el sistema de suelo radiante actuará como sistema de refrescamiento de la vivienda.

Por lo artículos publicados en esta web sobre eficiencia energética, nos daremos cuenta que la mejor opción en cualquier sistema de bomba de calor con sistemas de calefacción por geotermia con agua, es la instalación  de calefacción por baja temperatura (suelo radiante), para obtener la máxima eficiencia.

Incluso, en combinación con instalaciones de energía solar térmica, obtendremos importantes ahorros energéticos y significativas reducciones de emisiones de CO2 con lo que dispondremos de una buena calificación energética.

¿Cuál es el precio de una instalación de geotermia?

El precio de una instalación de geotermia puede ser muy diverso, ya que depende de muchas variables como la demanda energética, tipo de terreno, sala de máquinas, tipo de captación.

Para que nos hagamos una idea pongamos un ejemplo:

  • Vivienda unifamiliar de 200 m2
  • Calor demandado aprox.:  12 kW
  • Demanda de agua caliente sanitaria: 2 kW
  • Frío demandado: 6 kW
  • Potencia bomba de calor geotérmica: 14 kW
  • Captación vertical (pozos): 2 pozos de 100 m. cada uno
  • Depósito de agua caliente sanitaria y Depósito de Inercia
  • Sistema Regulación
  • Puesta en marcha

PRECIO APROXIMADO INSTALACIÓN GEOTERMIA: 25.000 EUROS

PRECIO INSTALACIÓN SUELO RADIANTE: AQUÍ

Ventajas de la geotermia

Las principales ventajas de una instalación de geotermia son las siguientes:

  • Energía limpia.
  • Energía Renovable.
  • Sistema eficiente.
  • Energía para todo el mundo bajo nuestros pies.
  • Energía Continua, a diferencia de la solar y la eólica.
  • Bombas de calor actuales con grado de eficiencia elevado.
  • Emisiones de CO2 muy inferiores al resto de combustibles.
  • Costes de explotación reducidos.

Desventajas de la geotermia

Las principales desventajas de la geotermia son las siguientes:

  • Es recomendable realizar un estudio de viabilidad económica del proyecto.
  • Dependiendo de la magnitud de la instalación, se podría necesitar un estudio geotécnico.
  • Coste inicial más elevado, sobre todo en el caso de captación vertical.
  • Periodos de amortización medio-altos (entre 5 y 7 años)
Autor

Ingeniero. Propietario y creador de esta web. Propietario y administrador del grupo profesional en Linkedin + importante sobre Instalaciones y Eficiencia Energética

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