La geotermia es una forma de energía que aprovecha el calor del interior de la Tierra. Imagina que el planeta es como una gran bola caliente y en su núcleo hay una gran cantidad de calor. Este calor se propaga hacia la superficie de la Tierra debido a las diferencias de presión y temperatura.
Cuando hablamos de geotermia, nos referimos a utilizar ese calor para hacer cosas útiles, como generar electricidad o calentar agua. Pero, ¿cómo se logra eso?
La geotermia se aprovecha de dos formas principales:
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Plantas geotérmicas para generar electricidad: En algunos lugares de la Tierra, existe agua caliente debajo de la superficie. Se realizan perforaciones para llegar a esa agua y, cuando sale a la superficie, se convierte en vapor. Este vapor se utiliza para mover turbinas que generan electricidad. De esta manera, la energía del calor de la Tierra se convierte en electricidad que podemos utilizar en nuestras casas.
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Calefacción y agua caliente: Además de generar electricidad, la geotermia también se utiliza para calentar agua. En algunos lugares, el agua caliente de la Tierra se encuentra cerca de la superficie. Se realizan pozos para llegar a esa agua y se utiliza directamente para calentar nuestros hogares o para el agua caliente de la ducha.
La geotermia es considerada una de las formas de energía más limpias y renovables. No contamina el aire ni emite gases de efecto invernadero como los combustibles fósiles, como el petróleo o el carbón. Además, el calor de la Tierra es constante, siempre está presente, por lo que nunca se agotará.
Algunos lugares en el mundo son especialmente adecuados para aprovechar la geotermia, como Islandia, donde hay muchos volcanes, o países con aguas termales, como Japón.
En Chile, en particular, estamos rodeados de volcanes, incluso debajo del mar. Estos volcanes mantienen la tierra a temperaturas superiores a las que encontramos en la superficie, y según las leyes termodinámicas, podemos deducir que el calor se desplaza desde los puntos más calientes hacia las zonas más frías.
La zona sur de nuestro país presenta bajas temperaturas durante la mayor parte del año, por lo que la calefacción es una necesidad fundamental para vivir cómodamente en esas condiciones frías.
En la mayoría de los casos, buscamos soluciones sencillas en nuestro día a día, optando por opciones de calefacción más comunes, como estufas a gas, leña o calderas alimentadas con biomasa. Sin embargo, estas opciones generan contaminación a través de la combustión de los materiales, liberando partículas al medio ambiente. Al principio, estas emisiones pueden no representar un problema importante, pero cuando hablamos de zonas donde la necesidad de calefacción es constante y la quema de materiales se realiza todos los días durante meses, las emisiones de estos sistemas se disparan.
Los sistemas geotérmicos requieren estudios más específicos de las zonas en las que se implementarán y, en muchos casos, la inversión inicial es mayor en comparación con otros sistemas. Sin embargo, estos factores se ven compensados por la eficiencia energética del sistema. La geotermia no genera residuos que dañen el medio ambiente y es capaz de proporcionar calefacción y agua caliente a un hogar sin mayores complicaciones.
Pero, ¿cómo funciona el sistema de calefacción geotérmica?
El proceso fundamental del sistema se lleva a cabo en una bomba de calor, que es el componente principal de un sistema de calefacción geotérmica. Su funcionamiento se puede describir en los siguientes pasos:
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Captación de calor: La bomba de calor geotérmica utiliza tuberías enterradas en el suelo o pozos geotérmicos para captar el calor del subsuelo. Estas tuberías contienen un líquido refrigerante que circula a través de ellas.
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Transferencia de calor: El líquido refrigerante absorbe el calor del suelo mientras circula por las tuberías. El suelo actúa como una fuente constante de calor, ya que mantiene una temperatura más alta que la del aire exterior durante todo el año.
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Compresión del refrigerante: Después de absorber el calor del suelo, el refrigerante en estado líquido se dirige hacia la bomba de calor. En la bomba de calor, a través de un evaporador, intercambia su temperatura con la de un refrigerante primario. A su vez, el refrigerante primario se evapora por el calor obtenido en el intercambio y se dirige hacia un compresor que comprime el refrigerante, aumentando su presión y temperatura.
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Condensación del refrigerante: El refrigerante comprimido y caliente pasa a través de un condensador, donde cede el calor al sistema de calefacción de la vivienda. El calor se libera en forma de aire o agua caliente, dependiendo del tipo de sistema de calefacción utilizado.
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Expansión y evaporación del refrigerante: Una vez que el refrigerante ha cedido su calor al sistema de calefacción, se encuentra en estado líquido de alta presión. Luego, pasa a través de una válvula de expansión, que reduce su presión y temperatura, permitiendo que el refrigerante se evapore.
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Absorción de calor del ambiente: El refrigerante en estado gaseoso y de baja temperatura se dirige hacia un evaporador, donde absorbe el calor del ambiente que se desea enfriar. Este calor se extrae del ambiente y se transfiere al refrigerante en forma de gas.
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Compresión y repetición del ciclo: El refrigerante en estado gaseoso se dirige nuevamente al compresor, donde se comprime nuevamente, aumentando su temperatura y reiniciando el ciclo.
El proceso de transferencia de calor mediante la circulación de un refrigerante permite que la bomba de calor geotérmica extraiga el calor del suelo y lo utilice para calentar la vivienda. Es importante destacar que este sistema también puede funcionar en modo de refrigeración, extrayendo el calor del interior de la vivienda y liberándolo en el suelo.
Sin embargo, no todo es tan simple como parece. El cálculo de un sistema de calefacción geotérmica implica tener en cuenta varios factores para determinar el tamaño y las características adecuadas del sistema. A continuación, se presentan algunos pasos generales para calcular un sistema de calefacción geotérmica:
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Determinar la carga térmica: La carga térmica es la cantidad de calor requerido para calentar un espacio determinado. Se calcula considerando factores como el tamaño de la vivienda, la ubicación geográfica, el aislamiento, el tipo de ventanas y puertas, y la temperatura deseada en el interior. Es importante obtener datos precisos para realizar este cálculo, ya que afectará el tamaño del sistema geotérmico necesario.
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Analizar la conductividad térmica del suelo: La conductividad térmica del suelo es una medida de su capacidad para transferir el calor. Se debe realizar un estudio del terreno para determinar su conductividad térmica, ya que esto afectará el rendimiento del sistema geotérmico. En algunos casos, se realizan pruebas de conductividad térmica en el terreno para obtener datos precisos.
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Calcular la capacidad del sistema: Una vez que se conoce la carga y la conductividad térmicas del suelo, se puede determinar la capacidad del sistema geotérmico necesario. Esto incluye el tamaño y el número de pozos geotérmicos, la longitud de las tuberías enterradas en el suelo y el tipo de bomba de calor adecuada.
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Realizar un análisis económico: Junto con el cálculo técnico, es importante realizar un análisis económico. Esto implica evaluar los costos de instalación del sistema geotérmico, el ahorro de energía esperado a lo largo del tiempo y el período de retorno de la inversión. También se pueden considerar posibles incentivos o subvenciones disponibles para sistemas geotérmicos.
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Consultar a un profesional: El cálculo y diseño de un sistema de calefacción geotérmica pueden ser complejos. Se recomienda buscar la ayuda de un profesional en ingeniería geotérmica o sistemas de calefacción para realizar un cálculo preciso y un diseño adecuado a las necesidades específicas de tu vivienda.
Recuerda que cada caso es único y puede requerir consideraciones adicionales dependiendo de la ubicación, las características del terreno y otros factores específicos. Un análisis detallado por parte de un experto en geotermia es fundamental para obtener un sistema de calefacción geotérmica eficiente y adecuado.
Y tú, ¿conocías el sistema de calefacción mediante geotermia?