“USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO.” Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco.

Universidad de Chile
Facultad de Arquitectura y Urbanismo
Escuela de Arquitectura SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN

USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO.
Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco.

Alumna, Camila Griffero
Profesora Guía, Jeannette Roldán

Santiago de Chile. Noviembre, 2009.


CONTENIDO Pág.

CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 4
1.1. Origén del tema. 5
1.2. Fundamentos. 7
1.3. Objetivos e Hipótesis de la Investigación. 14
1.4. Metodología de la Investigación. 15

CAPITULO 2. ENERGÍA GEOTÉRMICA. 16
2.1. Campos Geotérmicos. 17
2.2. Centrales geotérmica. 24
2.3. Usos directos de la energía geotérmica. 26
2.4. Ventajas y desventajas de la energía geotérmica. 30
2.5. Desarrollo de la energía geotérmica en el mundo. 31
2.6. Desarrollo de la energía geotérmica en Chile. 34
2.7. Caso IX Región. 36
2.8. Central geotérmica de generación eléctrica, San Gregorio. 38

CAPITULO 3. SISTEMA DE CALEFACCIÓN DISTRITAL. 39
3.1. Funcionamiento y componentes del sistema de calefacción distrital. 42
3.2. Consideraciones Económicas. 51
3.3. Ventajas y desventajas de la calefacción distrital. 52
3.4. Ejemplos de calefacción distrital. 53



CAPITULO 4. SITUACIÓN ACTUAL DE TEMUCO. 75
4.1. Ubicación y Geografía. 77
4.2. Clima y Población. 78
4.3. Características urbanas. 79
4.4. Sistemas de calefacción y su incidencia en la Contaminación Atmosférica. 83

CAPITULO 5. CALEFACCIÓN DISTRITAL GEOTÉRMICA PARA TEMUCO. 94
5.1. Emplazamiento del nuevo sistema. 96
5..2. Tramo 1. Trayecto Central San Gregorio – Subcentral 1. 98
5.3. Tramo 2. Trayecto Subcentral 1 –Temuco. 105
5.4. Factibilidad de la Red. 123
5.5. Subcentral. 131
5.6. Posibles usos del sistema en meses cálidos. 133
5.7. Etapas y formas de aplicación del proyecto. 135

CAPITULO 6. CONCLUSIÓN. 143

BIBLIOGRAFIA. 147


Facultad de Arquitectura y Urbanismo CALEFACCION DISTRITAL GEOTERMICA EN LA CIUDAD DE TEMUCO
Escuela de Arquitectura CAPITULO 1. INTRODUCCION

CAPITULO 1. INTRODUCCION.

4


1.1. Origen del tema

Durante los últimos años, en el país se han implementado fuertes iniciativas para fomentar el desarrollo de energías renovables no convencionales y hacer un uso
eficiente de los recursos energéticos. Sin embargo, para hacer un uso realmente eficiente de los recursos, es necesario un trabajo en conjunto entre organizaciones
estatales, centros privados de investigación, empresas y usuarios, de modo que los residuos de un sector sean la materia prima de otros y exista una menor perdida
de energía y seguramente una disminución en los niveles de contaminación.

En este mismo contexto, existe un sistema de ahorro de energía apenas desarrollado en Chile, se trata de la cogeneración, que es la generación simultánea de dos ó
mas formas diferentes de energía con la utilización del mismo equipo y del mismo combustible. Lo más frecuente es la generación simultánea de fuerza (energía
mecánica y eléctrica) y calor, por ejemplo aprovechar el calor residual de procesos industriales o de centrales de generación de energía eléctrica. Provocando una
disminución del consumo de energía y/o una mayor eficiencia energética de la planta o proceso.

Según GTZ, empresa alemana de cooperación internacional, de acuerdo al grado de industrialización de Chile y basados en su experiencia internacional, el potencial de
generación eléctrica a través de cogeneración en Chile, debiera ser entre 1.000 y 1.300 MW. *1

Fig. 1 Desarrollo de la cogeneración en algunos países del mundo [% de generación eléctrica total]
5
*1 y Fig. 1. ENRIQUE WITTWER. La cooperación alemana en el fomento a la E.E. en Chile y algunos alcances sobre el tema de la cogeneración.[en linea]
Sitio Web Colegio de Ingenieros de Chile. www.ingenieros.cl/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=657&Itemid=.


A pesar de que el desarrollo de estos sistemas implica un gran desafío, debiésemos intentar su aplicación en las ciudades con mayores problemas ambientales y
donde se ve afectada gran parte de la población, como es el caso de Temuco. En esta ciudad el tradicional sistema de calefacción a leña, caracterizado por equipos que
carecen de la tecnología adecuada para mantener una combustión baja en contaminantes, mas el uso de leña de bajos estándares de calidad, con elevados porcentajes
de humedad y la inadecuada conservación de calor en las viviendas, han llevado a elevados índices de contaminación atmosférica, al punto de ser declarada zona
saturada junto con la comuna de Padre las Casas en el año 2005.*2

Existe sin embargo, un proyecto energético de origen renovable y absolutamente no convencional, que podría ser el primer caso de aplicación de un sistema de
cogeneración a gran escala en Chile. Se trata de la futura “central geotérmica de generación eléctrica San Gregorio”, anunciada en Mayo de este año y que
comenzara a funcionar a fines del año 2012.*3 Si esta central fuera de cogeneración, es decir aprovechara el vapor extraído no solo para generación eléctrica, sino
también para calentar un fluido, este podría utilizarse para calefaccionar las viviendas de Temuco de un modo limpio y económico, contribuyendo a disminuir la
contaminación atmosférica actual.

En esta investigación, veremos en que consiste la energía geotérmica y como sus diferentes aplicaciones podrían beneficiar a la ciudad de Temuco y al área rural que
se encuentra entre esta ciudad y la central.

6
*2. CONAMA. Resolución Exenta Nº 1190 . Aprueba Anteproyecto de Plan de Descontaminación Atmosférico para las comunas de Temuco y Padre las Casas. [en linea]
Sitio web Plan de Descontaminación Atmosférica en Temuco y Padre las Casas. www.pdatemucopadrelascasas.cl/_documentos/_anteproyecto/Anteproyecto PDA.pdf
*3. Revista Elecctricidad Interamericana. Descubrimiento geotérmico de GGE Chile. La nobleza de Arauco profundo y ardiente. www.revistaei.cl/revistas/index_neo.php?id=477


1.2 Fundamentos.

En las primeras décadas del siglo XX, el petróleo reemplazo al carbón como principal energético del mundo; debido a sus mejores condiciones como combustible
y su facilidad de transporte. Desde entonces, el hombre desarrollo tecnología en base a este combustible, tornando a los diversos sectores cada vez mas
dependientes a el. Debido a esto, tras la crisis petrolera del 70`, los países toman conciencia, de lo trascendente que es este combustible para su forma de vida.
Comienzan políticas energéticas destinadas a diversificar los combustibles utilizados y a hacer un uso mas eficiente de ellos. En Chile por ejemplo, se crea para estos
mismos fines en Mayo de 1978, la Comisión Nacional de Energía.*4

La preocupación por temas ambientales comienza algunos años mas tarde, de modo que hacia los años ochenta se enfocaba principalmente en los daños ambientales
locales (partículas en suspensión, contaminación del agua, metales pesados, conservación de la vida silvestre). Para los años noventa se hizo evidente que los daños
ambientales, estaban vinculados a temas relacionados con la salud pública y en el caso de pérdidas forestales y de biodiversidad, estaban relacionados con las formas de
vida tradicionales.

De este modo, los temas de políticas medioambientales, energéticas y sociales se entrelazan y en 1992 se realiza La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el
Cambio Climático, estableciendo una serie de acuerdos por medio de los cuales los países de todo el mundo se unen para hacer frente a estos problemas.

En Chile, los temas energéticos se encuentran regulados principalmente por la Comisión Nacional de Energía (CNE) y los temas ambientales por la Comisión Nacional
de Medio Ambiente (CONAMA). Desde el punto de vista energético, Chile es un país importador neto de energía, altamente vulnerable y con una matriz
crecientemente dependiente de los hidrocarburos y otros combustibles fósiles.*5 Bajo este contexto y en la búsqueda de un desarrollo energético sustentable, el país
enfrenta enormes desafíos que pueden clasificarse en tres áreas de acción:
•Abastecimiento seguro, oportuno y de calidad.
•Equidad en el suministro y costos razonables.
•Producción limpia, de bajo impacto ambiental e uso eficiente de los recursos energéticos.

7
*4. Sitio web Direccion de Bibliotecas, Archivos y Museos DIBAM. www.dibam.cl/archivo_nacional/pdf/fondos/comision_nacional_energia.pdf
*5 . CNE. Balance Energetico año 2008. Sitio web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl/cnewww/opencms/06_Estadisticas/Balances_Energ.html


Bases que el estudio “Contexto y Enseñanzas Internacionales para el Diseño de una Estrategia Energética a Largo Plazo para Chile” organiza en el siguiente
esquema. *6

Carbón
Reducir dependencia de importaciones
Gas

Seguridad Hidroeléctrica

Reducir riesgo de interrupción de
Nuclear
suministro nacional
Renovables

Transporte

Mejorar eficiencia energética Industria
Metas de la
Económica/
política Residencial/
social
energética Comercial

Asegurar acceso universal

Reducir efectos sobre el cambio
climático global
Medioambiente
Proteger ecosistemas locales

Fig. 2. Objetivos claves de la Política Energética.
8
*6 y Fig. 2. DALBERG GLOBAL DEVELOPMENT ADVISORS. Contexto y Enseñanzas Internacionales para el Diseño de una Estrategia Energética a Largo Plazo para Chile. [en linea]
Sitio Web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl


Entre los pasos que sigue el gobierno en camino a un desarrollo sustentable, destacan los esfuerzos por fomentar el desarrollo de energías renovables no
convencionales y hacer un uso eficiente de los recursos energéticos. Como energías renovables no convencionales (ERNC), según la Comisión Nacional de Energía
(CNE), se consideran la energía eólica, solar, geotérmica y mareomotriz. Además, existe una amplia gama de procesos de aprovechamiento de la energía proveniente
del uso de la biomasa que pueden ser catalogados como tales y en cuyo caso, su inclusión como no convencional, dependerá del proyecto y del origen de la biomasa. De
igual manera, el aprovechamiento de la energía hidráulica en pequeñas escalas se suele clasificar en esta categoría.

El desarrollo de este tipo de energías es importante, porque efectuadas de manera moderna y eficiente, permitirían:

•Diversificar la matriz energética para la producción de calor, combustibles líquidos y electricidad.
•Reducir la contaminación y emisiones, provocadas por los sistemas de energías convencionales.
•Disminuir la dependencia y el gasto de combustibles importados.
•Facilitar el acceso a los servicios energéticos en sectores rurales, semi-rurales y aislados.
•Desarrollar proyectos productivos y servicios en regiones aisladas y remotas, contribuyendo a economías locales y a la creación de empleos.

Un ejemplo de las medidas implementadas por el gobierno en este sentido, es la creación de leyes que promueven el desarrollo de estas energías, como:

•La ley Nº 19.657, que entro en vigencia en Enero del año 2000. Regula la energía geotérmica; las concesiones y licitaciones para la exploración o la explotación de
energía geotérmica; servidumbres; condiciones de seguridad que deban adoptarse y relaciones entre las partes interesadas.*7
•La Ley Nº 19.940, que entro en vigencia el 13 de Marzo del año 2004. Exime en forma total o parcial del pago de peajes por uso de instalaciones de transmisión
troncal a energías de generación renovable no convencional.*8
•La ley Nº 20.257, que entro en vigencia en Abril del año 2008. Introduce modificaciones a la Ley General de Servicios Eléctricos, dictando que a partir del año
2010 las empresas comercializadoras de energía con capacidad instalada superior a 200 MW, deberán acreditar que un porcentaje de la energía comercializada
anualmente , proviene de medios de generación renovable no convencional, pudiendo ser estos medios propios o contratados.*9

9
*7. MINISTERIO DE MINERIA DE CHILE. Ley sobre Concesiones de Energia Geotermica, ley nº 19.657.Sitio Web Ministerio de MIneria. www.minmineria.cl/574/articles-4534_recurso_1.pdf
*8 y *9. ALEJANDRO VERGARA BLANCO. Nueva legislación sobre Energía Renovable No Convencional (ernc).Regulación eléctrica sin regulación sectorial.
www.elecgas.cl/pdf/2008/modulo_7/Alejandro_Vergara.pdf


Además de este marco regulatorio, se han implementado instrumentos de apoyo directo a la inversión, como:

•La ley de Franquicia tributaria, para la adquisición e instalación de colectores solares para agua caliente sanitaria. Entrega una franquicia tributaria -que va entre un
20% a un 100% del valor del sistema solar térmico- a la instalación de colectores solares en viviendas nuevas de hasta 4.500 UF.*10

•El Subsidio contingente para perforación profunda geotérmica. Busca fomentar la implementación de programas de exploración profunda de éstos recursos, en áreas
que cuentan con una concesión de exploración geotérmica vigente. Este subsidio podrá cubrir parte de los costos, incurridos por las empresas que hayan perforado
pozos de exploración profunda sin éxito. *11

•Crédito CORFO Energía Renovable No Convencional (CCERNC). Crédito de largo plazo o leasing bancario, financia inversiones de empresas privadas que desarrollen
sus actividades productivas en el país para la implementación de proyectos de generación y transmisión de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) y de
proyectos de ERNC para usos distintos de generación y distribución eléctrica. El financiamiento es otorgado por bancos comerciales, con recursos de CORFO y de
Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) de Alemania. *12

•Programa de Preinversión en Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Apoyo a proyectos para la generación de energía, a partir de fuentes renovables, que
sean seleccionados de acuerdo al Protocolo de Kyoto, subsidiando estudios de Pre Inversión o asesorías especializadas. *13

•Crédito CORFO Eficiencia Energética. Crédito de largo plazo o leasing bancario que permite a las empresas, realizar las inversiones requeridas para la
implementación de proyectos de optimización del uso energético y la reducción de costos asociados a su utilización.*14

Durante el año 2008, la capacidad instalada de generación eléctrica en Chile fue de 13.137 MW, de los cuales apenas el 2,7% es decir 349 MW fueron generados en
base a fuentes energéticas renovables no convencionales.*15 Sin embargo como podemos ver en la tabla 2, el potencial del país es altísimo, a tal punto que en la
actualidad solo se habría instalado el 3,21% del potencial técnicamente factible para el año 2025.*16

10
*10. Sitio web Comision Nacional de Eenergia . www.cne.cl/cnewww/opencms/02_Noticias/noticia_detalle.jsp?noticia=/02_Noticias/10.0.1.1.energia/10.0.1.1.3.ernc/f_noti11_08_2009.html
•11.. Sitio web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl/cnewww/opencms/02_Noticias/noticia_detalle.jsp?noticia=/02_Noticias/10.0.1.1.energia/10.0.1.1.3.ernc/FNoti_03septiembre2009.html
*12, *13 y *14. Sitio web Corporacion de Fomento de la Produccion . www.corfo.cl/lineas_de_apoyo
*15. Sitio web Comision Nacional de Energia. www.cne.cl/cnewww/opencms/06_Estadisticas/energia/ERNC.html
*16. Sitio Web Centro de Ciencias Ambientales EULA-CHILE. Universidad de Concepcion. www.eula.cl/doc/chile_new_renewables.pdf


Capacidad total instalada de generación eléctrica en Chile: 13.137 MW

Fuente SING SIC Aysén Magallanes Total
Hidraulica > 20 MW 0 4.781 0 0 4.781
ERNC 0,4%
SING 27,4% 3.602 MW
Convencional 99,6% Comb. Fosiles 3.589 4.292 28 99 8.007
Total Convencional 3.589 9.073 28 99 12.788
Hidraulica < 20 MW 13 129 21 0 162
Biomasa 0 166 0 0 166
Eolica 0 18 2 0 20
Geotermica 0 0 0 0 0
Total ERNC 13 313 23 0 349
Total Nacional 3.602 9.386 50 99 13.137
ERNC 3,3%
SIC 71,4% 9.386 MW Convencional 96,7% Porcentaje de ERNC 0,4 % 3,3 % 45 % 0% 2.7 %

Tabla 1. MegaWatts instalados de ERNC, por sistema de transmisión.

Fuente ERNC Factor Planta Escenario Inicial Potencial Bruto Potencial Técnicamente Factible
Año 2007 2025
Hidraulica 0,6 117 20.392 3.003
Geotermica 0,8 0 16.000 1.500
ERNC 45,0 %
Aysén 0,4% 50 MW
Convencional 55,0%
Eolica 0,3 18 40.000 1.500
Biomasa 0,8 191 13.657 3.249
Solar 0,2 0 100.000 1.051
FV 0,15 0 1.000 500
ERNC 0,0 %
Magallanes 0,8% 99 MW Convencional 100% Total MW 326 191.067 10.803
SIC 8.608 22.736 22.736
Porcentaje SIC 3,80 % 840 % 14,7 %

Fig. 3. Capacidad Instalada de Generación Eléctrica por Sistema, año 2008. Tabla 2. Capacidad de potencia instalable, periodo 2008-2025 (en MW)
11
Fig. 3 y Tabla 1 Comisión Nacional de Energía.
Tabla 2. Universidad Federico Santa Maria, 2008.


En cuanto al uso eficiente de los recursos energéticos, la organización que lidera esta
tarea en Chile es el Programa País de Eficiencia Energética. Desde su creación en el año
2005, ha realizado importantes esfuerzos de articulación de actores públicos y privados
para promover la eficiencia energética, ha definido líneas de acción a desarrollar y realiza
Planificación Paisajista
diversas actividades, siendo su gran prioridad la inserción del concepto de eficiencia
energética en la temática nacional. Abastecimiento de
agua y saneamiento
Esta institución tiene por lo tanto un enorme campo de acción, actuando en forma
transversal e incluyendo áreas tan diversas como vivienda, industria, transporte, en Gestión de
desechos
diferentes escalas y ámbitos, como gestión, educación, financiamiento, etc… Sin embargo,
a mi parecer y tras comparar el caso de Chile con exitosas experiencias extranjeras, como
Suecia en el uso eficiente de los recursos e Islandia con su independencia energética en
Tráfico y
base a energías renovables, falta en Chile un propósito mayor, un objetivo central que transporte
regule todas las tareas y se trata del la mancomunion de esfuerzos por parte de todos
los sectores de la sociedad a favor de un uso eficiente de los recursos. Interesados del
sector publico y Arquitectura
privado
Como explica la empresa sueca Symbiocity: “Por motivos administrativos y prácticos, las
funciones de la ciudad se han ido separando unas de otras. Los residuos del hogar se
llevan a vertederos. Las aguas residuales se tratan en centrales depuradoras. Los residuos
líquidos se vierten en ríos o lagos. Los atascos de tráfico se gestionan mediante la
Energía
planificación. Se lucha contra la contaminación del aire con tecnología de limpieza de
“final del proceso” (end of pipe), etc. En pocas palabras, los problemas individuales se
abordan con una solución tecnológica, urbana u otra, pero siempre de forma aislada. Esto
no tiene sentido, puesto que se pueden conseguir grandes ganancias si sabemos reconocer
los vínculos invisibles y explotar mejor las sinergias entre los sistemas.” *17 Funciones Urbanas

Fig. 4. Esquema Symbiocity, integraciones de elementos urbanos.
12
*17 y Fig. 4. www.symbiocity.org
Un efecto sinergético se define como las ganancias potenciales que resultan cuando los sistemas se coordinan. Se trata de conseguir más por memos).


Ejemplos de Subsistemas Urbanos Conectados:

•DESECHOS + ENERGÍA: Sería posible conseguir un crecimiento económico más eficiente si las ciudades recogieran la basura destinada a los vertederos y la
utilizaran para producir energía. Lo que además tiene como ventaja añadida librarse de los vertederos contaminantes.
•AGUA + ENERGÍA + TRANSPORTE: Las modernas tecnologías de limpieza pueden extraer agua potable saludable de las aguas residuales domésticas. Estas aguas
residuales, junto con los bioresiduos de los hogares pueden tratarse como un recurso; por ejemplo, como material de producción de biogás para el sector de los
transportes o como fertilizante para la agricultura.
•FUNCIONES URBANAS + ENERGÍA El calor residual de las operaciones industriales puede utilizarse para calentar el fluido de la red de calefacción distrital.

De este modo, si se combinan en una estrategia común, nuestras inversiones en infraestructura crearán muchos más beneficios y nos ahorrarán enormes cantidades de
dinero.

13


1.3 Objetivos e Hipótesis

Objetivos Generales:

El objetivo principal de esta investigación, es ser un avance en la búsqueda de un sistema de calefacción de bajo impacto ambiental, eficiente, económico y alimentado
por energéticos propios del sector cercano a Temuco, que permita en cierta medida reemplazar el sistema de calefacción actual de Temuco, reduciendo con ello las
emisiones contaminantes. Determinando requerimientos y características generales, formas y lugares de aplicación, beneficios y problemáticas del sistema
propuesto.

Objetivos Específicos:

•Determinar las características técnicas generales, de una red de calefacción urbana de origen geotérmico en Temuco .
•Determinar las características técnicas generales de una red de agua caliente, con fines agropecuarios , forestales y turísticos, en la zona rural entre Temuco y la
central geotérmica.
•Determinar factibilidad técnica del sistema, según los antecedentes disponibles.

Hipótesis

¿Es posible, incorporar un sistema de calefacción distrital geotérmico en la ciudad de Temuco , que permita disminuir el uso de leña en esta ciudad?

14


1.4 Metodología de la Investigación

•Investigación de antecedentes.
Como primer paso, en esta investigación se procederá a recopilar información sobre el origen de la energía geotérmica, sus formas de explotación, su desarrollo en
Chile y el mundo y la diversidad de usos que esta energía ofrece. Para poder comprender el funcionamiento de las centrales geotérmicas y sistemas de calefacción
distrital y tener una idea de los componentes de ambos sistemas, los requerimientos y beneficios que podrían otorgar.

•Investigación de casos.
Se investigara sobre algunas centrales geotérmicas de cogeneración, cuyo calor es destinado a calefacción distrital en ciudades de Alemania e Islandia.
Específicamente: Neustad-Glewe, Landau, Altheim y Unterhachin en Alemania y Reykjavik en Islandia. Se eligieron estos casos, principalmente debido a la
disponibilidad de información y pretenden servir como referencias en cuanto a la relacion:
potencia termica/ potencia electrica / capacidad / temperatura inicial del fluido numero de usuarios
Entregando paramentos que posteriormente serán aplicados al proyecto de Temuco.

• Evaluación del contexto.
Para posteriormente aplicar la información técnica obtenida, veremos las condiciones actuales de Temuco y el área rural entre esta ciudad y la futura central.

•Aplicación de antecedentes y referencias al lugar del proyecto.
En esta etapa, se definirá el área de aplicación del proyecto, el emplazamiento de la red y las características generales de un sistema de calefacción distrital de
origen geotérmico en el contexto antes detallado.

15

Escuela de Arquitectura CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA

CAPITULO 2. ENERGIA GEOTERMICA.

16


Por siempre la tierra a brindado al hombre la energía necesaria para su sobrevivencia y desarrollo. Sin embargo, de la variedad de energias disponibles, hemos
sobre explotado los recursos energéticos agotables como carbón, petróleo y gas, causando fuertes impactos sobre la salud y el medio ambiente. Durante las ultimas
décadas, han tomando protagonismo las fuentes energéticas de carácter renovable; entre las cuales se encuentra la energía geotérmica.

Las fuentes energéticas presentes en la tierra como la energía solar, eólica, hidráulica, geotérmica, etc. , pueden clasificarse como recursos térmicos o mecánicos que
permiten el funcionamiento de dispositivos productores principalmente de energía eléctrica, energía fácil de transportar y de reconvertir en otro tipo de energía.
En el caso de la energía geotérmica, que se encuentra en el interior de la tierra y aprovecha el calor contenido en ella, sus usos son térmicos y mecánicos pues se
aprovecha el calor y la fuerza del vapor extraído.

2.1 Campos Geotérmicos

Para entender el origen de la energía geotérmica analizaremos, los procesos que ocurren en el interior de la tierra.

Como vemos en la figura 5, el interior de la tierra es conformado por varias capas que aumentan de temperatura al acercarse al núcleo central. Esa variación de
temperatura es conocida como gradiente geotérmico .

El núcleo central, que posee el globo terráqueo en su interior, tiene una temperatura que alcanza los 6.000°C, temperatura causante de que enormes cantidades de
roca se transformen en un fluido conocido como magma. El magma, ubicado en la capa que llamamos manto, alcanza temperaturas de 600ºC a
4.000ºC y por fenómenos físicos tiende a salir a la superficie en aquellas regiones más porosas de la corteza o en donde existan fallas, así es como en ocasiones
quiebra la corteza y llega a la superficie a través del fenómeno natural que conocemos como volcanes, aquí el magma pasa a llamarse lava.
Finalmente, la envoltura mas externa de la tierra corresponde a la corteza terrestre, esta constituye un extenso yacimiento de recursos geotérmicos; en esta capa las
temperaturas van desde los 15ºC a los 600ºC.

17


La diferencia de temperatura, entre zonas calientes profundas y zonas superficiales más frías genera un flujo de calor hacia la superficie, tendiendo a crear
condiciones uniformes de temperatura. De esta forma, a profundidades accesibles mediante perforaciones con tecnologías modernas, esto es sobre 3.000 metros, el
gradiente geotérmico promedio es alrededor de 25 a 30°C/km. *18 Por ejemplo, a temperatura ambiente media anual de 15°C, podemos razonablemente asumir una
temperatura de 65 a 75°C a 2.000 metros de profundidad, 90° a 105°C a 3.000 metros de profundidad y así para otros miles de metros.
Sin embargo, hay regiones en la tierra en las cuales el gradiente es muy diferente al valor promedio, a escala global este fenómeno se ve reflejado en el área
conocida como cinturón de fuego del pacifico. Para explicar por que ocurre esta concentración de áreas con mayor potencial geotérmico, debemos entender que
hacia el interior de la tierra no solo varia la temperatura sino también las propiedades físicas y químicas de esta.

Fig. 5 Estructura interna de la tierra Fig. 6 Cinturón de fuego del pacifico. Áreas con fuerte actividad volcánica y mayor potencial geotérmico.
18
*18. DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea]
Sitio Web International Geothermal Association www.geothermal-energy.org
Fig. 5. www.kalipedia.com
Fig. 6 . www.trujillexx.blogspot.com


Como vemos en el modelo dinámico, la capa mas exterior que anteriormente llamábamos corteza, adquiere el nombre de Litosfera y parte del manto superior es
llamado Astenósfera. La Litosfera se conforma de secciones rígidas que se mueven por bloques, denominados placas tectónicas y pueden ser continentales u
oceánicas, estas son formadas por rocas mas pesadas, densas y frías. La Estanosfera en cambio es maleable y conformada por rocas calientes profundas, menos
densas y mas livianas que el material circundante.
Esta combinación de características físicas, genera desde hace millones de años, que en ciertos puntos donde la litosfera es mas delgada y especialmente en áreas
oceánicas, la Astenósfera ascienda a la superficie, mientras la Litosfera en otros puntos tiende a hundirse, se recalienta y asciende a la superficie una y otra vez . Los
lugares donde la Litosfera tiende a hundirse, son conocidos como zonas de subducción y aquellos donde tiende a separarse, se llaman zonas de convecciòn. Estos
procesos son ilustrados en la Figura 8.

Zona de fractura

Placa Oceánica Placa Continental
Subducció
n

Convección

Fig. 7. Modelo dinámico del interior de la tierra Fig. 8. Procesos de la Placas Tectónicas
19
Fig. 7 y 8. www.kalipedia.com


Debido al movimiento de estas placas explicado en la pagina anterior, sus bordes son sometidos a fuertes tensiones provocando zonas de la corteza débiles y
densamente fracturadas, caracterizadas por una intensa sismicidad, un gran número de volcanes y un alto gradiente geotérmico, debido al ascenso del magma
hacia la superficie. En la figura 9, se puede apreciar la relación entre las áreas de mayor potencial geotérmico y los bordes de la placas tectónicas.

Este calor entonces, es el que genera campos geotérmicos aprovechados por centrales geotérmicas, en los cuales la temperatura máxima que puedan obtener
varía según, la profundidad que alcancen los pozos de extracción y la ubicación geológica que tengan.

Las flechas muestran la dirección del movimiento de las placas hacia las zonas de subducción
1) Dorsales meso-oceánicas cruzadas por largas fracturas transversales.
2) Zona de subducción.

1)
2)

Fig. 9. Relación placas tectónicas y Áreas de mayor potencial geotérmico.
20
Fig. 9. DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea]
Sitio Web International Geothermal Association. www.geothermal-energy.org . Modificada


2.1.1 Componentes de un campo geotérmico

Los campos geotérmicos, se componen de cuatro elementos:
•La fuente de calor, es el magma a una temperatura de entre 600-900°C, que contenido a menos de 10 Km. de profundidad trasmite el calor a las rocas aledañas o
también puede ser el calor normal de la tierra para sistemas de baja temperatura.
•El reservorio, es el lugar por donde el fluido circula y adquiere una mayor temperatura, gracias a la fuente de calor. Por lo general, es un volumen de rocas
permeables, que se encuentran a una profundidad accesible mediante perforaciones.
•La cubierta impermeable, impide el escape de los fluidos hacia el exterior del sistema, usualmente corresponde a rocas arcillosas o a la acumulación de sales de las
mismas fuentes termales.
•El fluido geotermal, en la mayoría de los casos es agua, ya sea en fase liquida o de vapor dependiendo de su temperatura y presión.

De estos elementos, la fuente de calor y la cubierta impermeable son los únicos que deben ser naturales, pues si las condiciones son favorables, los otros dos elementos
pueden ser artificiales.

Cubierta Impermeable

Reservorio
Fluido

Fuente de Calor

Fig. 10. Esquema de los componentes de un yacimiento geotérmico.
21
Fig. 10. www.educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/ Modificada


El mecanismo que sustenta los sistemas geotérmicos, esta controlado fundamentalmente por el principio físico de convección, es decir, el transporte de calor por
medio de las corrientes ascendente y descendente de un fluido (Ej: Aire, agua). El fluido al calentarse, aumenta de volumen y por lo tanto disminuye su densidad y
asciende, desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura.

En la figura 11, vemos como se aplica la convección de fluidos en un yacimiento geotérmico . El agua fría desciende , posteriormente aumenta su temperatura al
pasar por el reservorio de roca caliente, con ello aumenta su volumen y disminuye su densidad, generando que este tienda a subir naturalmente en forma de vapor o
agua caliente.

Posteriormente, la central aprovecha este vapor, que proporciona la fuerza para hacer girar los generadores de turbina y producir electricidad. Tras este proceso, el
agua puede directamente ser enfriada e inyectada nuevamente al sistema o pasar primero por un intercambiador de calor, donde se transfiere su calor a otro fluido
que puede ser utilizado en variadas formas según sea su temperatura.

Las plantas que realizan este ultimo proceso donde se obtiene calor y electricidad , son conocidas como plantas de cogeneración.

Fluido Frío Fluido Caliente

Cubierta Impermeable

Reservorio

Fuente de Calor

Fig. 11. Convección de fluidos en un yacimiento geotérmico.
22
Fig. 11. www.educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/ Modificada


2.1.2 Clasificación de campos geotérmicos

El criterio más común para clasificar los campos geotérmicos es el basado en la temperatura a la que se calienta el fluido, reconociendo de
esta forma, cuatro clases de campos o yacimientos geotérmicos :

•Campo geotérmico de muy baja temperatura: Los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC. Esta energía se
utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.

•Campo geotérmico de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas, es aprovechable en zonas más amplias que las
anteriores. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas entre 50 y 70 ºC.

•Campo geotérmico de temperaturas medias: En este caso el fluido se encuentra a temperaturas entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la
conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten
explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su
uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción)

•Campo geotérmico de alta temperatura: Existe en zonas activas de la corteza terrestre. Su temperatura va desde los 150 hasta los 400ºC,
en muchos casos se manifiestan en superficie mediante geisers o fuentes termales. Son los campos mas productivos en cuanto a generación
eléctrica.

Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se trata de producir electricidad con un rendimiento
aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 ºC.

23

Existen tres tipo de plantas de energía geotérmica:


2.2 Centrales Geotérmicas .

Los campos geotérmicos, se encuentran en la naturaleza en una variedad de combinaciones de características geológicas, físicas y químicas, sin embargo según la
recarga del agua y la estructura geológica del sistema, se instalaran diversos tipos de centrales o plantas geotérmicas:

•Plantas de Vapor Seco
Son llamadas así porque utilizan el vapor de agua que emana de un pozo (Geysers) y lo conducen directamente (previo limpiado) a la turbina, impulsando así el
movimiento de la misma con la fuerza del vapor. Este tipo de plantas fueron de las primeras que se pusieron en funcionamiento. Como ejemplos de ellas se tienen
Larderello y Monte Amiata (Italia), The Geysers (California) y Matsukawa (Japón).

•Plantas de Vapor Flash
Este tipo de plantas utiliza agua que se encuentra entre 130°C y 300°C. Esta agua, es conducida hasta la superficie por un equipo que mantiene las altas presiones
presentes en el subsuelo, luego cerca de la turbina, la presión decae rápidamente y el agua se vaporiza instantáneamente (se sublima a vapor) e impulsa la turbina. De
ahí su nombre ya que en inglés la palabra flash significa sublimar. Denominados también de vapor húmedo, este tipo de sistemas geotérmicos es el más común y de
mayor explotación en la actualidad, pueden alcanzar temperaturas de hasta 350°C (Cerro Prieto, México).

•Plantas de Ciclo Binario
Estas plantas utilizan agua que se encuentra a temperaturas de entre 80°C y 130°C. El agua del subsuelo, es conducida a la superficie hasta un intercambiador de
calor en donde se encuentra otro fluido de punto de ebullición mucho más bajo que el agua (generalmente un compuesto orgánico), en el intercambiar calor este
fluido se evapora y con la fuerza del vapor generado se impulsa la turbina.

24


Plantas de rocas secas calientes
Este sistema mas conocido por sus siglas en ingles (HDR, Hot Dry Rock), se trata de sistemas rocosos con alto contenido energético pero con poca o ninguna agua
y su desarrollo significaría una insospechada cantidad de energía, pues es posible de hallar en casi cualquier lugar del mundo a profundidades entre los 4,8 y 8 Km.,
siendo entonces uno de los recursos geotérmicos mas abundantes .
El sistema funciona de la siguiente forma, se perfora un pozo hasta la profundidad en que se encuentra la formación de roca seca caliente de interés, esto es en
general sobre los 3.000 m. Como esta roca es esencialmente impermeable, se crea un yacimiento artificial mediante fracturamiento hidráulico, una técnica muy
utilizada por las industrias del gas y del petróleo. Posteriormente se perfora otro pozo, a cientos de metros del primero, que intercepte la red de fracturas creada
artificialmente. A continuación se inyecta agua a presión en uno de los pozos, al desplazarse por la red de fracturas, el agua se calienta por contacto con la roca de
alta temperatura. El agua caliente se extrae por el pozo restante.

Segun investigadores de la Universidad Nacional de Australia, un kilometro cubico de granito a 250ºC, acumula la misma energia que 40 millones de barriles de
petroleo *19 y en Estados Unidos el U.S. Geological Survey, ha estimado que incluso si solo fuese explotado el 1% de la energía almacenada en los yacimientos de
roca seca caliente, que se encuentran dentro de los 10 kilómetros superiores de la corteza terrestre, la energía resultante seria equivale a más de 500 veces la
energía acumulada en todos los yacimientos de gas y de petróleo del mundo. *20

En todos los casos, el agua utilizada se condensa y se reinyecta en el yacimiento de manera de mantener la presión del mismo y que los rendimientos no se debiliten
con el paso del tiempo.

25
*19 . GEODYNAMICS LIMITED. Hot Fractured Rock (HFR) In Australia www.geodynamics.com.au/IRM/content/hfr_hfraustralia.html
*20. Sitio web United States Geological Survey (USGS). http://pubs.usgs.gov/circ/2004/c1249/c1249.pdf


2.3. Usos directos de la energía geotérmica.

Los usos directos de la energía geotérmica se refieren principalmente, al uso del calor contenido en el agua para múltiples fines. Sin embargo, de los
aproximadamente 15.000 MW térmicos instalados al año 2000, para uso directo del calor a nivel global *21, el 33% es utilizado para calefacción de ambientes. *22
Podemos clasificar los usos del calor de la siguiente forma:

•Aplicaciones Ambientales
Calefacción de espacios habitacionales
Acondicionamiento de aire
•Aplicaciones industriales
Procesamiento de celulosa y papel
Conservas
Secado de material orgánico, algas, hierbas , vegetales, etc..
Lavado y secado de lana
Industria del cuero 3% 1% 1%

•Aplicaciones forestales 10%
Aserraderos
33% Calefaccion de Espacios
Secado de madera Balneologia
Aplicaciones Agropecuarias 12% Acuicultura
Calefacción de Invernaderos Invernaderos
Bombas de Calor
Cría de Animales Industria
Acuicultura Otros
12% Secado Agricola
•Aplicaciones Turísticas
Deshielo
Piscinas de agua caliente.
15%
13%

Grafico 1. usos directos de la energía geotérmica a nivel mundial
26
*21. International Geothermal Association . www.geothermal-energy.org/246,direct_uses.html
*22 y Grafico 1. Sitio Web Universidad Rafeal Landivar, Guatemala. www.url.edu.gt/PortalURL/Archivos/44/Archivos/CGA_GEOTERMIA.pdf


En general, se destinan a usos directos del calor, los fluidos con temperaturas menores de 180 ºC. En la tabla 3, se muestran los usos mas comunes, ordenados según
la temperatura que requieren.

Para aprovechar aun mas los recursos geotérmicos y disminuir costos de la obra, es posible generar sistemas de varias aplicaciones del calor en línea, ordenados
según mayores y menores requerimientos de calor. Como muestra el esquema de la Figura 12.

100ºC
Procesamiento de Alimentos Viviendas

150ºC
Planta de refrigeración Invernaderos

50ºC
Piscicultura

20ºC
Central Geotérmica

200ºC

Fig. 12. Ejemplo de aprovechamiento del calor en cascada.
27
Fig. 12 DICKSON, Mary y FANELLI, Mario. Instituto di Geoscienze e Georisorse de Italia. ¿Que es la energía geotérmica? [en línea]
Sitio Web International Geothermal Association. www.geothermal-energy.org Modificada

ºC Proceso

Evaporación de soluciones altamente concentradas
180 Refrigeración por absorción de amonio
Papel y celulosa
170 Agua pesada vía proceso de sulfuro de hidrogeno
Secado de tierra diatomácea
160 Secado de carne de pescado
Secado de madera

Vapor
150 Alumina vía proceso de Bayer
Vulcanización
140 Secado de producto de granja a altas tasas
Conservas
130 Evaporación en refinado de azúcar
Extracción de sales por evaporación y cristalización
120 Agua pura por destilación
Aserraderos
110 Secado y curado de blocks de cemento ligero
Secado de material orgánico , algas,hierba,vegetaes,etc..
100 Lavado y secado de lana
Pasteurización
90 Operaciones intensas de deshielo
80 Calentamiento de ambientes
Invernaderos por calentamiento de ambientes
70 Refrigeración (limite inferior de temperatura)

Agua
60 Cultivo de hongos
Cría de animales
50 Mobiliario
Piel
Baños
40 Calentamiento de suelos

20 Piscicultura. crianza de peces.

Tabla 3. utilización de los recursos geotérmicos de mediana y baja temperatura
28
Tabla 3. Sitio Web Universidad Rafeal Landivar, Guatemala. www.url.edu.gt/PortalURL/Archivos/44/Archivos/CGA_GEOTERMIA.pdf


Como veremos mas adelante el área beneficiada por la red, fuera de Temuco, corresponde a una zona rural donde el principal sustento corresponde a la actividad
agrícola. Por eso a continuación se detallan las principales ventajas de aplicar calor geotérmico en diversas actividades de origen agrícola y forestal.

•Calefacción de invernaderos
Permite el cultivo de vegetales y flores fuera de estación o en condiciones climáticas inapropiadas.
Regulación del crecimiento
Control de plagas y enfermedades
Control de calidad
Reducción de tiempo de germinación
Valor agregado como producto ecológico
Ahorro de costo de operación (electricidad) que representa hasta un 35% del costo
Amplio rango de temperatura (aprovechamiento en cascada)

•Secado de Madera
Evita daños físicos a la madera (torceduras, variación de dimensiones)
Secado uniforme
Reduce contenido humedad hasta 8%
Menor tiempo secado (días vs meses)

•Deshidratado de Frutas y Verduras .
Costo de operaciones se reduce significativamente
Hace la industria competitiva aún a baja escala
Proceso 100% amigable al ambiente

En general, todas las actividades se ven beneficiadas por un aumento en la producción, con ello se vuelven mas competitivos y se generan nuevos empleos, además el
aprovechamiento de este recurso disminuye el uso de combustibles derivados del petróleo y con ello da un valor agregado a sus productos.
29


2.4 Ventajas y desventajas de la Energía Geotérmica

•Ventajas :
Presenta un flujo constante de producción de energía a lo largo del año, independiente de variaciones estacionales tales como lluvias o caudales de ríos.
Con el menor uso de los combustibles fósiles, se disminuyen las emisiones que contaminan la atmósfera.
El aire que rodea las plantas geotérmicas está libre de humos. Algunas estaciones se ubican en campos de cereales o bosques y comparten tierra con ganado y vida
silvestre local.
La energía geotérmica es una fuente de energía renovable, siempre que la explotación del recurso se haga de una forma racional (recarga ≥ extracción).
Es sustentable, al cumplir con las necesidades de la población actual sin comprometer a las generaciones futuras.
Uso mínimo de terreno.
Bajos costos operacionales.
Puede ser desarrollada en forma modular.

Impacto Probabilidad Gravedad de las consecuencias
•Desventajas :
Elevado coste de la inversión inicial. Contaminación del aire
Depende del lugar donde estén presentes estos recursos. Contaminación de agua superficial
Contaminación de subsuelo
Subsidencia de terreno
Altos niveles de ruido
Reventones de pozos
Conflictos con aspectos culturales y arqueológicos
Problemas socio-económicos
Contaminación química o térmica
BAJO MEDIO ALTO Emisión de residuos sólidos

Tabla 4. Probabilidad y gravedad del impacto potencial sobre el ambiente
30
Tabla 4. www.educasitios2008.educ.ar/aula156/geotermica/ Modificada


2.5 Desarrollo de la energía geotérmica en el mundo.

A finales del siglo XIX, en la zona actualmente conocida como Larderello (Italia), se comienza a utilizar vapor de origen geotérmico para fines industriales y
posteriormente en 1904 en el mismo lugar, se realizan los primeros intentos de producción de electricidad con energía geotérmica. El éxito de estas experiencias fue
una clara demostración del valor de la energía geotérmica y marcó el comienzo de una explotación que se ha desarrollado significativamente desde entonces

En 1919, fueron perforados los primeros pozos geotermales de Japón en Beppu, seguidos en 1921 por pozos perforados en California, USA, y en el Tatio, Chile; así
en 1942 la capacidad geotermoelectrica instalada a nivel mundial alcanzaba los 127.650 kWe.
En 1958 entra en operación una pequeña planta geotermoelectrica en Nueva Zelanda, en 1959 otra en México, en 1960 en USA, seguidos por otros países en los
años posteriores. A partir de 1973, año de la primera crisis del petróleo se produce la gran expansión en la generación de electricidad con energía geotérmica,
incorporándose sucesivamente Japón, Islandia y El Salvador (1975), Indonesia, Kenia, Turquía y Filipinas (1980), Nicaragua (1985), Costa Rica (1995), Guatemala
(2000), etc.

Actualmente, la energía geotérmica aporta el doble de la contribución que hacen las energías renovables tradicionales como la biomasa, eólica, solar, térmica y
fotovoltaica; a diferencia del resto de las energías renovables, las plantas geotérmicas son las únicas que tienen una producción constante garantizada,
independientemente de las condiciones meteorológicas y además, no requieren almacenamiento (el almacenamiento es la propia corteza terrestre). En la tabla 5, se
pueden apreciar los índices de diversas energías renovables a nivel mundial.

Potencia Instalada Factor Energía generada Ocupación de Coste kWh
mundial (2007) Utilización anual Terreno Generado (2003)

Tecnología MW % GWh Km2/MW €kwh

Fotovoltaica 2393 30% 6.288,804 10,14 0,25-0,65

Eólica 15145 20% 2.653,404 2,4 0,04-0,12

Geotérmica 9968 73% 63.743,3664 0,02 0,03-0,06

Tabla 5. índices de energías renovables a nivel mundial.
31
Tabla 5. www.portal-cifi.com/scifi/content/view/2263/71/ Modificada


La potencia instalada a nivel mundial de energía geotérmica se estima actualmente sobre 10.000 MWe y cerca de 15.000MWt , sin contar los múltiples proyectos en
ejecución y se registran a nivel global, 80 reservorios geotermales que se explotan a través de 250 plantas geotermoeléctricas sirviendo a 60 millones de
habitantes*23. Los países con mayor utilización de la energía geotérmica son: Estados Unidos, Filipinas, México, Indonesia, Italia, Japón, Nueva Zelanda. *24

Year Capacidad instalada acumulada 16000
Megawatts 14000
1950 200
1955 262 12000
1960 374
1965 556 10000
1970 711
1975 1,300 8000

Megawatts
1980 3,887 6000
1985 4,764
1990 5,832 4000
1995 6,833
2000 7,972 2000
2005 8,933
2007 9,968 0
2010 13,500
(1): 7% de la capacidad instalada total del país.
(2): 87% de las viviendas del país Tabla 6. Potencia Mundial acumulada por fuente geotérmica Grafico 2. Potencia Mundial acumulada por fuente geotérmica
(3): Peces y otros animales

EEUU Filipinas México Indonesia Italia Japón N. Zelanda Islandia China
Eléctrica (MWe) 2.543 1.931 953 807 790,5 560,9 421,3 (1) 202 27,6
Calor (MWt) 7.817 3,3 164,6 2,3 606,6 413,4 308 1791 3.687
(8.678 GWh/año) (11 GWh/ano) (12,5 t/h Agua Caliente (11,8 GWh/año) (2.098,5 GWh/año) (1.434 GWh/año) (1968 GWh/año) (6.615 GWh/año) (12.605 GWh/año)
a 50ºC Prom.)

Climatización
Procesos Industriales
Agricultura
Acuicultura
Balneario /Turismo

Tabla 7 .Potencia Térmica y eléctrica de energía geotérmica en países con mayor capacidad instalada y los principales usos de estas.
32
•23 y Tabla 7. Sitio Web International Geothermal Association, www.geothermal-energy.org
*24 y Tabla 6 y grafico 2. www.earth-policy.org

“USOS DEL CALOR RESIDUAL DE LA CENTRAL GEOTERMICA SAN GREGORIO.” Lineamientos generales para un proyecto de calefacción distrital, en la ciudad de Temuco.

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