CAPTADORES O INTERCAMBIADORES GEOTÉRMICOS

Para poder obtener la energia geotérmica del terreno es necesario la instalación de una serie de captadores o intercambiadores, por los que circula un liquido impulsado por una bomba que permite el aprovechamiento.

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Captación horizontal
La captación horizontal consiste en la ejecución de una serie de zanjas en las cuales se colocan los captadores de energía. Se trata de tubos de polietileno de 20-40 mm de diámetro por los que circula agua con anticongelante. Se entierran a unos 0.8-1.5 m de profundidad Captan la energía de la radiación solar de forma directa. Mas que el aprovechamiento de la energía geotérmica, el terreno sirve de acumulador de la energía solar. Rendimiento 20-30 w por metro cuadrado.
Ventajas: menor coste económico, mas fácil de instalar. No requiere de permisos o autorizaciones especiales, salvo el permiso de obra. Mantenimiento de la red de captadores prácticamente nulo.

Desventajas: se necesita una mayor superficie para su instalación, en torno a unos 1.5 veces la superficie a calefactar en el caso de vivienda nueva con buenos aislamientos (superficie mayor para edificaciones antiguas con malos aislamientos térmicos), sobre la que no es posible edificar para permitir la renovación del suelo, ni ninguna planta de raíces profundas o con ramificaciones en profundidad. Si los que tenemos un sustrato rocoso no es posible realizar este tipo de instalaciones. Las temperatura queda muy influenciada por la del aire ambiente al estar tan cerca de la superficie. Adecuada para pequeñas potencias, para climatización de viviendas de menos de 150 m2.

Captación vertical- Sondas geotermicas
sondas geotermicasLa captación vertical consiste en la ejecución de una o varias perforaciones, con diámetros de entre 13-17 cm aproximadamente, en las cuales se introducirán los captadores de energía. Su longitud varía entre los 50 m aproximadamente hasta los 150 m. Los captadores o sondas son tubos de polietileno de alta densidad normalmente. Por las sondas geotérmicas circula agua con anticongelante en un circuito cerrado impulsado por la bomba. Una vez introducidas en el terreno, el espacio entre la sonda y el terreno se rellena con el mismo detritus obtenido de la perforación, grava silícea o bentonita. Distancia mínima entre puntos 6 m. Rendimiento 50 w por metro perforado. 
Ventajas: ocupan poco espacio, no es necesaria una gran disponibilidad de terreno. Gran estabilidad de las temperaturas. Rendimientos para refrigeración superiores a las captaciones horizontales
Desventajas: coste económico más elevado que otras instalaciones. Ejecución más compleja que requiere de mano de obra cualificada. 
Captación abierta o pozos de agua
geotermia
Existe la posibilidad de extraer agua subterránea por una perforación, llevarla a la bomba de calor y una vez hecho el intercambio energético, devolverla al subsuelo por otra perforación diferente o bien a un cauce fluvial. Este sistema requiere garantizar un caudal mínimo durante toda la vida de la instalación. Además tendremos que tener en cuenta el consumo energético de la bomba sumergida que tendremos que imputárselo al sistema de climatización con el consiguiente descenso en la eficiencia global del sistema. Por último, en este caso ya se está haciendo uso de un recurso hídrico por lo que es necesario tener autorización de la confederación hidrográfica correspondiente. Existe una variante de este tipo de instalaciones donde se perfora un único pozo, que se llaman pozos de columna estancada, donde se utiliza un solo pozo para la extracción e inyección de agua a diferentes alturas.

Ventajas: para acuíferos poco profundos supone un ahorro en cuanto a tener que perforar menos metros de sondeos.

Desventajas: Requiere de un estudio hidrogeológico local, con ensayos hidráulicos en los pozos exacavados, para comprobar la interferencia térmica e hidrualixca entre ellos. Ensayos de calidad de agua siendo necesario bajos contenidos de hierro y bajo potencial redox para evitar corrosión en tuberías y conducciones. Necesaria autorización confederación hidrográfica, que entre otras cosas, dependerá de las captaciones cercanas.
Captación de lagos o ríos
Es sin duda el sistema más económico pero que por desgracia no es muy frecuente en nuestro país por la escasez de grandes lagos o ríos. Consiste en la introducción dentro del agua de los captadores energéticos (rollos de tubería) que realizarán el intercambio energético con ella en vez de con el terreno.
Captadores integrados en la arquitectura
geotermiaAlgunos ejemplos de este tipo de instalaciones pueden ser, la instalación de un captador horizontal bajo una piscina, cimientos geotérmicos o pantallas de sostenimiento lateral o bóveda en líneas de ferrocarril o metro subterráneas.
Ventajas: muy bajo coste ya que los captadores se introducen durante la ejecución de la obra.
Desventajas: Cualquier daño que sufra el tubo de la captación dentro de la estructura hormigonada no es posible su reparación.
 
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INTRODUCCIÓN A LA GEOTERMIA

Comenzamos una serie de post relacionados con la geotermia para ir poco a poco valorando diferentes aspectos de esta, tanto teóricos como en ejecución, aplicaciones y métodos de investigación.
Para empezar decir que el término geotermia se refiere a aquella porción del calor de la Tierra que puede o podría ser recuperado y explotado por el hombre. Al aumentar la profundidad, la tierra experimenta un aumento de la temperatura que se llama gradiente geotérmico.
Los volcanes, fuentes termales, fumarolas, geyseres son la forma visible del calor en el interior de la Tierra, pero existen otros menos visibles, todos ellos vinculados a la teoría de la Tectónica de placas.
El gradiente geotérmico en la mayor parte del globo es de 2,5-3 ºC por cada 100 m o los que es lo mismo, 25-30 ºC cada kilómetro en profundidad. Pero en la superficie los primeros 5-10 m viene condicionados por la temperatura exterior, hasta los 50 m de profundidad la temperatura no sufre oscilaciones y, a partir de los 50 m, siguiendo el gradiente geotérmico indicado. En España, la temperatura a partir de los 5 m ronda los 15 ºC y, 17ºC entre los 15-20 m.
Pero existen zonas denominadas regiones de gradiente geotérmico anómalo en las que la relación temperatura/profundidad es mayor a 3ºC/100 m y están situadas sobre zonas de la corteza geológicamente activas.
Para entender la relación entre la tectónica de placas y el gradiente geotérmico hacemos una breve descripción de las capas de la Tierra.
Convección térmica
         – Corteza terrestre. Espesores variables entre 5-6 km y 20-65 km en zonas continentales. Temperaturas de 0-1000ºC
          – Manto: espesor de unos 2900 km. Temperaturas de 3000ºC
          – Núcleo: espesor de unos 3500 km. Temperaturas de 3500-4200ºC
La litosfera (formada por la corteza y parte más externa del manto) se mantiene flotando sobre la astenosfera (parte liquida del manto).
Placas tectonicas principales
En esta astenosfera se produce convección térmica, producida por las diferentes temperaturas entre los distintos niveles de la astenosfera, que da lugar a la formación de dorsales (formación de nueva corteza) y zonas de subducción (donde la litosfera desaparece). Donde se producen estos fenómenos son las zonas denominadas como geológicamente activas. Estas zonas de subducción y dorsales delimitan las 6 grandes placas tectónicas. Estas placas a su vez se dividen en subplacas. Todas estas zonas de límites de placas y subplacas es donde se producen las mayores manifestaciones de la existencia de este calor en el interior de la Tierra con fenómenos geológicos como terremotos, volcanes,…. Estas son zonas de muy alto interés geotérmico.
Se estima que el calor de superficie de la Tierra proviene en un 4% del núcleo, en un 77 % del manto y un 19% de la corteza.
Así pues, según la temperatura de cada zona geológica, podríamos clasificar según la energía geotérmica obtenida:
TEMPERATURAS
EJEMPLO DE UTILIZACIÓN
Muy baja entalpia
5-25ºC
Calefacción, agua caliente sanitaria mediante bombas de calor geotérmicas.
Baja entalpia
25-50ºC
Media entalpia
50-100ºC
Calefacción y producción de frió de forma directa
Alta entalpia
>150ºc
Centrales eléctricas
Usos de la energía geotermica
Las posibilidades de la geotermia como fuente de  de generación de energía térmica y eléctrica no se limitan, como suele creerse, a las zonas con condiciones geológicamente favorables (zonas de dorsal y subducción), sino que existen tecnología y usos que permiten utilizar estos recursos a temperaturas notablemente inferiores.
Para la climatización de edificios estaríamos hablando de una geotermia somera o de muy baja entalpía, donde se trata de extraer o introducir calor en el subsuelo poco profundo o acuíferos. Se busca aprovechar la estabilidad térmica del terreno. Existen sistemas verticales, horizontales, cerrados, abiertos, etc. Para la climatización de edificios uno de los elementos fundamentales es la bomba de calor. El uso reversible de la bomba de calor resulta fundamental, de manera que el terreno nos puede aportar calor en invierno y frío en verano. Para ello existe la  necesidad de un compresor con su consecuente consumo energético, pero que por cada kW de energía eléctrica que consume se generan entre 3 y 5 kW (dependiendo de la tecnología empleada), mientras que en los sistemas convencionales se generan la mitad. Por ello se sigue considerando como renovable debido a que la energía aprovechada es mayor a la necesaria para que el sistema funcione.
Ejemplo instalaciones geotermicas
El terreno actúa de foco térmico estable que se regenera de forma natural. Para su uso en el terreno se instalan unos intercambiadores formados por tuberías de polietileno distribuidos de manera horizontal o vertical. En los intercambiadores horizontales, aunque su instalación es más sencilla requieren de una amplia superficie de terreno y la temperatura del terreno viene influenciada por la temperatura ambiental. Los intercambiadores verticales necesitan una superficie de terreno mucho menor, pero con una inversión mayor y no sufren las condiciones de temperatura ambientales sino las del terreno que son constantes.