Este documento introduce los conceptos básicos de la geotermia, incluyendo las propiedades térmicas del subsuelo, los recursos geotérmicos, los tipos de yacimientos geotérmicos, la energía geotérmica somera, los sistemas de almacenamiento subterráneo de energía térmica, las aplicaciones, la sostenibilidad de la energía geotérmica somera, la energía geotérmica en el mundo y en España. Explica los procedimientos para instalar sistemas geotérmicos para calef

1. Introducción a la Geotermia
Carlos J. de Miguel Ximénez de Embún
Geólogo
www.geoeficiencia.com cjm@carlosjdemiguel.es @carlosjdemiguel

2. ÍNDICE
Introducción
Propiedades térmicas de las rocas
Recursos geotérmicos
Yacimientos geotérmicos
Energía geotérmica somera
Sistemas de almacenamiento subterráneo de energía térmica (UTES)
Aplicaciones
Sostenibilidad de la energía geotermica somera
Energía geotérmica en el mundo
Energía geotérmica en españa
Procedimientos y ejecución de una instalación geotérmica para acs y
climatización
Legislación

3. Introducción
Nuestro modelo de desarrollo económico está ligado al aumento de consumo de
energía, un consumo de energía que implica un consumo de recursos naturales.
Debemos hacer que este consumo responda a criterios de ahorro y eficiencia
para llegar al concepto de sostenibilidad, de equilibrio.
España depende de un 85% de los combustibles fósiles para la generación de
energía y depende del exterior en un 99%.
Se hace necesaria una búsqueda de un nuevo modelo energético recurriendo cada
vez más a las energías renovables y a un impulso de la eficiencia y el ahorro
de energía.

4. El calor de la Tierra
La energía geotérmica en la Directiva 2009/28/CE se define como la energía
almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de la corteza
terrestre.
Se trata de una energía sostenible, renovable, casi infinita que proporciona calor
a lo largo de las 24 horas ya que no está sujeta a cambios en la climatología..
Las manifestaciones visuales del calor de la tierra además de los volcanes son las
aguas termales, géiser(agua líquida mezclada con vapor de e agua, a una
temperatura entre 70 y 100 ºC) o fumarolas( emisión de gases y vapores de
agua a temperaturas muy elevadas, en ocasiones pueden alcanzar 500 ºC.)

5. El calor de la Tierra
El calor interno de la Tierra es debido a la
desintegración de isótopos radiactivos
presentes en la corteza y en el manto
(uranio 235, uranio 238, torio 282 y
potasio 40), calor inicial que se liberó
durante la formación del planeta hace
4.500 millones de años, y que todavía
está llegando a la superficie, habiendo
movimientos diferenciales entre el
manto y núcleo.

6. Gradiente Geotérmico
La superficie terrestre sufre las variaciones diarias
de temperatura ambiente hasta una profundidad
de 0,5 m y las variaciones estacionales hasta una
profundidad de 10 m.
La temperatura media de la Tierra en Europa se eleva
a aproximadamente 14 ºC a una profundidad de 10
a 25 m, a distancias más cercanas a la superficie
dependerá de las condiciones climáticas. A partir
de 20 m la tempertura aumenta en la mayor parte
del globo en unos 2,5-3°C cada cien metros como
consecuencia del gradiente geotérmico.

7. Propiedades térmicas del
subsuelo
Capacidad calorífica
El calor es un tipo de energía y, como tal, se mide en julios en el Sistema
Internacional. La temperatura es es la consecuencia o el efecto de comunicar
energía calorífica a un cuerpo.
La capacidad calorífica (C) de una sustancia mide el aumento de temperatura que
provoca el aporte de una cantidad de calor determinada. Como el calor se
mide en julios (J) y la temperatura en kelvin (K), la capacidad calorífica se
mide en J/K.

8. Propiedades térmicas del
subsuelo
El calor se puede transferir de tres modos diferentes: conducción, convección y
radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia
de una diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee
mayor temperatura hacia uno que posee la temperatura más baja.
La conducción es la transferencia de la energía de las partículas más energéticas
de un suelo hacia las adyacentes menos energéticas.
La difusividad térmica se define como el ratio entre la capacidad de conducción
del terreno y la capacidad térmica del terreno. Se mide en m2
/s.

9. Propiedades térmicas del
subsuelo
Material Conductividad (W/mK)
Vapor del agua 0,025
Aire 0,026
Agua Líquida 0,61
Mercurio 8,4
Papel 0,13
Vidrio 0,35-1,3
Hielo 2,2
Plomo 34
Acero 45
Aluminio 204
Cobre 380
Subsuelo Conductividad (W/mK)
Arena seca 0,3-0,8
Arena saturada en
agua
1,7-5,0
Grava seca 0,4-0,5
Grava saturada en
agua
1,8
Arcillas 0,4-1,0
Arcillas saturadas en
agua
0,9-1,3
Turba 0,2-0,7

10. Recursos Geotérmicos
Cuando la energía geotérmica puede ser extraída y aprovechada por el hombre
de forma técnicamente y económicamente viable se habla de recursos
Geotémicos.
Yacimiento geotérmico: espacio físico en el interior de la corteza terrestre con
unas determinadas condiciones geológicas, en el que se sitúa un recurso
geotérmico cuya explotación es económicamente viable.
Tipo Temperatura
Muy baja
temperatura
<30º Uso directo
Baja
temperatura
<100º Uso directo
Media
temperatura
100º<T<500º Electricidad
Alta
temperatura
>500º Electricidad

11. Recursos Geotérmicos

12. Energía Geotérmica Somera
Las propiedades del subsuelo lo hacen apropiado para ser utilizado en
aplicaciones de la energía geotérmica de muy baja temperatura como son la
calefacción y climatización de edificios y la producción de agua caliente
sanitaria mediante la utilización de sistemas geotérmicos.
Como se ha dicho anteriormente a 10-20 m de profundidad la temperatura se
mantiene constante, incrementándose según el gradiente geotérmico del
orden de 3º cada 100m. Los sistemas para aprovechar esta energía son:
Bombas de calor geotérmico (GHP, Geothermal Heat Pump) y almacenamiento
subterráneo de energía térmica (UTES, Undergroud Thermal Energy
Storage)

13. Sistema Geotérmico
El sistema geotérmico consta de:
Un intercambiador en el terreno que extrae calor del subsuelo o evacua el calor
de un edificio.

14. Sistema Geotérmico
La bomba de calor geotérmica que transfiere el calor entre el intercambiador y
el sistema de distribución de un edificio, extrae calor del subsuelo a una
temperatura relativamente baja, aumentándola, mediante el consumo de
energía eléctrica.
Un sistema de distribución entre las diferentes estancias del edificio.
Estas tecnologías para aprovechar el calor del subsuelo incluyen a su vez dos
subtipos:
Sistemas abiertos, basados en el uso de aguas subterráneas, que suponen la
captación de agua de un acuífero para su aprovechamiento. En este caso, el
agua subterránea es el medio de transporte del calor que se bombea hacia el
edificio y se restituye al acuífero por un segundo pozo de inyección.
En este caso los pozos deben estar suficientemente alejados para que no haya
interferencias entre el agua de alimentación y de retorno

15. Sistemas Geotérmicos
Sistemas cerrados, Se basan en el empleo de intercambiadores enterrados, con
un fluido (agua o agua glicolada) en su interior que cede la energía del
subsuelo a la bomba y viceversa. Por tanto, es el fluido que circula por el
intercambiador en circuito cerrado el que se lleva a la bomba de calor y no el
agua subterránea, como en el caso de los sistemas abiertos.

16. Sistemas Geotérmicos
Horizontales
La tubería, normalmente de polietileno de 25 a 40 mm de diámetro por la que
circula el líquido de intercambio: agua o agua glicolada, se instala en zanjas a
una profundidad mínima de 0,90 metros. Existen disposiciones de hasta seis
tubos por zanja aunque comúnmente se colocan dos.
Sondas geotérmicas verticales
Es un intercambiador de calor formado por uno o dos tubos de polietileno en
forma de U colocados en el interior de un sondeo de profundidad entre 60 y
200 m y de 10 a 15 cm de diámetro. Por el interior de la sonda circula agua
con anticongelante que transporta el calor.

17. Sistemas Geotérmicos

18. Otros sistemas geotérmicos
Cimentaciones termoactivas.
Sistemas de aguas residuales urbanas
Pozos Canadienses o provenzales

19. Bomba de calor geotérmica
Una bomba de calor es un dispositivo que extrae calor de una zona fría y lo envía
hacia una zona caliente. De forma natural, la circulación de calor iría en
sentido contrario. Para que el sentido del flujo de calor sea de la zona fría a
la caliente es necesario aportar energía.
La medida de la eficiencia de una bomba de calor se realiza mediante un
parámetro denominado COP (Coefficient of Performance) mayor que la unidad
El COP de una bomba de calor geotérmica está entre 4 y 6, superando al de las
bombas de calor más eficientes aire-aire (tan implantadas en el ámbito
doméstico), estimado entre 2 y 3. Esto quiere decir que por cada unidad de
energía eléctrica que usa el sistema se obtienen 4 o más unidades de energía
en forma de calor o frío.

20. Bomba de calor geotérmica

21. SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO SUBTERRÁNEO DE ENERGÍA
GEOTÉRMICA
Almacenamiento en acuíferos (ATES: Aquifer Thermal Energy Storage). Estos
sistemas, en los que el agua subterránea es el medio de transporte del calor,
se caracterizan por su alta porosidad, su media a baja conductividad y
transmisividad hidráulicas y su reducido o nulo flujo de agua subterránea.
Son un ejemplo los acuíferos porosos en arenas, gravas y los acuíferos
fracturados en calizas, areniscas y rocas ígneas o metamórficas.
Almacenamiento en perforaciones (BTES: Borehole Thermal Energy Storage).
Los almacenes de este tipo incluyen perforaciones y tuberías, y requieren un
terreno con alto calor específico, conductividad térmica media y ausencia de
flujo de agua subterránea.

22. Aplicaciones
• Bodegas
• Invernaderos
• Industria
• Acuicultura
• Manantiales
• Evitar el hielo en la calzada
• Infraestructuras subterráneas

23. Sostenibilidad
Sostenibilidad ambiental
El uso del agua subterránea como recurso térmico debe garantizar que las
afecciones a las masas de agua que se puedan generar en las extracciones con
o sin reinyección sean conocidas y ambientalmente aceptables.
La energía geotérmica es autóctona con lo que disminuye la dependencia
energética con el exterior. Se produce una disminución de emisiones de CO2.
Combustible Ahorro de emisiones (mill. toneladas)
CO2 SOx NOx Total
Gas 23,48 0 0,05 23,53
Petróleo 99,44 0,66 0,19 100,29
Carbón 115,96 0,61 0,19 116,7
Total 122,92 1,27 0,43 240,58
Fuente: PER 2011-2020

24. Sostenibilidad
Ahorro energético
La energía geotérmica puede satisfacer el 100% de las necesidades de ACS y
climatización de un edificioLa bomba de calor geotérmica instalada en una
vivienda unifamiliar puede reducir el consumo de energía hasta un 75% en
calefacción y un 50% en refrigeración.
Los rendimientos de un sistema de energía geotérmica son de alrededor del 200
al 400%, aplicados a la climatización y obtención de agua caliente sanitaria en
un edificio, lo que significa que produce de 2 a 4 veces más energía calorífica
o frigorífica que la energía eléctrica que requeriría consumir para la
obtención de esa climatización.

25. Sostenibilidad
Rendimiento económico
La inversión inicial de una instalación geotérmica es alta presentando un periodo
de retorno entre 4 y 6 años siendo la vida útil de una instalación geotérmica
es de entre 30 y 50 años.
Los gastos de mantenimiento del sistema son prácticamente inexistentes, a
diferencia de los tradicionales de mantenimiento de las calderas, limpieza de
filtros, revisión de las instalaciones de gas, etc., y al no requerir del uso de
combustibles fósiles no está sujeto a las oscilaciones del mercado de estos
combustibles.
La mayor carga de la inversión son las perforaciones para la captación
energética, pueden llegar, en algunas ocasiones, hasta el 60% sobre el total
de la instalación.

26. Energía geotérmica en el
mundo
A finales del año 2009, el número de países que hacían uso de la misma con el fin
citado era de 78.
La energía térmica utilizada supuso un ahorro energético por año estimado de
307,8 millones de barriles de petróleo (46,2 millones de toneladas), así como
un ahorro de emisiones de 148,2 millones de toneladas de CO2 (comparado
con el empleo de petróleo para generar electricidad).
La bomba de calor geotérmica representó el 49%
de los usos térmicos de esta energía, mientras
que el 24,9% se destinó a usos balnearios y de
calentamiento de piscinas y un 14,4% a la
calefacción de recintos
Fuente:PER
2011-2020

27. Energía geotérmica en el
mundo
Los cinco países que cuentan con la mayor capacidad instalada son Estados
Unidos, China, Suecia, Noruega y Alemania que en su conjunto representan el
68% de la capacidad mundial.
Las cinco primeras posiciones en cuanto a la energía utilizada están ocupadas por
China, Estados Unidos, Suecia, Turquía y Japón, en este caso con un 54,7%
del total mundial. España ocupa el puesto número 31 en capacidad instalada y
el 38 en energía utilizada.
Si se consideran la población y la superficie, son los países pequeños los que se
sitúan a la cabeza. En el caso (MWt/población) los cinco primeros puestos
corresponden a Islandia, Suecia, Noruega, Nueva Zelanda y Suiza mientras
que, en términos de energía utilizada serían Holanda, Suiza, Islandia,
Noruega y Suecia.

28. Energía geotérmica en España
La primera planta geotermica de alta temperatura que se construirá en España
esta situada en Granada. En esta planta de ciclo combinado las perforaciones
se realizarán a 3500 m.
Fuente PER
2011-2020

29. Estudio de diseño de
instalaciones
Estudios previos.
Estimación de la temperatura del terreno
Valores standarizados
Test de respuesta térmica (TRT)
Test continuo
Estudio de la demanda energética
Perforación
Instalación

30. Legislación
El 17 de diciembre de 2008 el Parlamento Europeo aprueba una propuesta de
Directiva relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes
renovables, que reconoce la geotermia como una energía renovable más,
incluyéndola dentro de la definición de “energías procedentes de fuentes
renovables.” Dispone que la energía geotérmica capturada por las bombas de
calor se incluirá dentro del cálculo de “consumo final bruto de energía
procedente de fuentes renovables para la calefacción y la refrigeración” de
cada Estado Miembro.
El CTE en el DB-HE lo dedica al ahorro de energía
HE 1: Limitación de la demanda energética
HE 2: Rendimiento de las instalaciones térmicas
Remite al RITE, donde se establece los criterios para el diseño, instalación y
mantenimiento de las instalaciones de climatización.
HE 3: Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación
HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria
HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica

31. Legislación
RITE
Se definen los requisitos que deben cumplir las instalaciones de ventilación,
refrigeración, calefacción y de producción de agua caliente, así como los
requisitos de instalación y mantenimiento.
En el RITE se definen las condiciones de bienestar e higiene que se deben
cumplir, la calidad del ambiente térmico, del aire interior, del ambiente
acústico, así como la dotación de agua caliente sanitaria.

32. Legislación
Certificaciones energéticas
El Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el
procedimiento básico
para la Certificación de Eficiencia Energética de Edificios de Nueva
Construcción, establece
que el certificado de eficiencia energética contendrá, entre otras
cuestiones, la calificación
energética del edificio expresada a través de una etiqueta energética.
Mediante esta
etiqueta, los edificios se clasificarán energéticamente dentro de una
escala de siete letras,
que va desde la letra A (edificio más eficiente) a la letra G (edificio
menos eficiente)

33. MUCHAS GRACIAS
Carlos J. de Miguel Ximénez de Embún
Geólogo
www.geoeficiencia.com
cjm@carlosjdemiguel.es
@carlosjdemiguel