GERENCIA DE GEOTERMIA

Ingeniera elctrica

TRABAJO DE INVESTIGACION

(PLANTAS HIDROTERMICAS EN LA REGION MOQUEGUA)

DOCENTE:

ING. PEALOSA PRESENTADO POR:

KHARINA MIRIAN CACERES CHOQUE

CURSO:

INGENIERIA ELECTRICA

MOQUEGUA PERU

2012MARCO TEORICO:

Definicin de Geotermia

En general, la palabra geotermia se refiere a la energa trmica natural existente en el interior de la Tierra. En la prctica se le denomina as al estudio y utilizacin de la energa trmica que transportada a travs de la roca y/o fluidos, se desplaza desde el interior de la corteza terrestre hacia los niveles superficiales de la misma, dando origen a los sistemas geotrmicos. An cuando la geotermia ha existido siempre, no fue sino hasta principios del siglo pasado que empez a drsele uso en forma comercial, hacindose notoria su existencia hace apenas cuatro dcadas. En los aos 70s con el incremento en el costo de los combustibles fsiles se le dio una importancia relevante, ayudando a suministrar parte de los requerimientos de energa de muchos pases.

Origen de los Sistemas Geotrmicos

Estudios sismolgicos han establecido que el planeta Tierra se encuentra constituido por cinco capas esfricas concntricas que son la atmsfera (con sus respectivas subcapas), la corteza (que incluye las masas de tierra, los mares y los conos polares) con un espesor aproximado de 30 km en la parte continental y un espesor de 5 km de agua y 5 km de roca en la parte ocenica, el manto con un espesor aproximado de 2,900 km, el ncleo lquido con un espesor de 2,200 km y el ncleo interno con un espesor de 1,200 km (Figura 1).

La corteza no est formada por una sola estructura, sino que consta de varias partes llamadas placas tectnicas, las cuales estn en constante movimiento relativo a velocidades de unos cuantos centmetros por ao. El origen de los sistemas geotrmicos est relacionado con el movimiento de las placas ocenicas y continentales, las cuales al chocar o separarse constituyen regiones geolgicamente activas en las cuales se presentan los fenmenos de subduccin de placas o de debilidad cortical (Figura 2). En el primer caso, la colisin e introduccin de una placa por debajo de otra produce elevadas temperaturas.

El calor requerido para la formacin de un sistema geotrmico puede ser proporcionado por una masa de magma de alta temperatura situada en la corteza terrestre ya sea como una intrusin en proceso de enfriamiento o bien como una cmara magmtica que ha alimentado a un volcn o a una caldera. Este calor puede almacenarse en la roca o en acuferos localizados a pocos kilmetros de profundidad dando origen a los sistemas geotrmicos. Estos en algunas ocasiones se manifiestan en la superficie en forma de volcanes

De lodo, fumarolas, giseres, manantiales hidrotermales, suelos calientes, etc. En las zonas en donde interactan las placas tectnicas, es en donde se han localizado los ms importantes campos geotrmicos (Figura 3).

Tipos de Sistemas Geotrmicos

A la fecha se han identificado cinco tipos de sistemas geotrmicos: (a) hidrotermales; (b) roca seca caliente; (c) geopresurizados; (d) marinos

(e) magmticos. A continuacin se describen algunas de sus caractersticas:(a) Sistemas Hidrotermales

Estos sistemas estn constituidos por: una fuente de calor, agua (lquido y/o vapor) y la roca en donde se almacena el fluido (Figura 4). El agua de los sistemas hidrotermales se origina en la superficie de la tierra en forma de lluvia hielo o de nieve. Se infiltra lentamente en la corteza terrestre, a travs de poros y fracturas, penetrando a varios kilmetros de profundidad en donde es calentada por la roca alcanzando en algunas ocasiones temperaturas de hasta 400 (C.

Estos sistemas pueden clasificarse en tres tipos principales: vapor dominante, lquido dominante alta entalpa y lquido dominante baja entalpa. En la actualidad estos sistemas son los nicos que se explotan comercialmente para la generacin elctrica.

(i) Vapor Dominante Son sistemas de alta entalpa, generalmente de vapor seco. Existen unos cuantos en el mundo. Los ms conocidos son The Geysers (Estados Unidos) y Lardarello (Italia).

(ii) Lquido dominante (alta entalpa). Sistemas de salmuera sper caliente, con temperaturas entre 200 oC y ms de 300 oC. Son ms abundantes que los anteriores. Ejemplo: Cerro Prieto (Mxico), Wairakei (Nueva Zelanda), Tiwi (Filipinas).

(iii) Lquido Dominante (baja entalpa). Sistemas con salmueras calientes, con temperaturas entre de 100 (C y 200 oC aproximadamente. Son ms abundantes que los anteriores en una proporcin de 10 a 1. Se encuentran en casi todos los pases del mundo. Ejemplo: Heber (Estados Unidos), Yangbajin (China).

(b) Sistemas de Roca Seca Caliente

Son sistemas rocosos con alto contenido energtico pero con poca o ninguna agua, conocidos como HDR por sus siglas en ingls (Hot Dry Rock). No se explotan comercialmente en la actualidad. Ejemplo: Fenton Hill (Estados Unidos), Rosmanowes (Reino Unido), Soultz-sous-Forts (Francia). Este es probablemente uno de los recursos geotrmicos ms abundantes. El U.S. Geological Survey ha estimado que la energa almacenada en los yacimientos de roca seca caliente que se encuentran dentro de los 10 kilmetros superiores de la corteza terrestre, equivale a ms de 500 veces la energa acumulada en todos los yacimientos de gas y de petrleo del mundo, lo que habla de un recurso enorme.

Con el objetivo de explotar estos yacimientos se est desarrollando la tecnologa necesaria para implementar el siguiente concepto. Se perfora un pozo hasta la profundidad en que se encuentra la formacin de roca seca caliente de inters. Como esta roca es esencialmente impermeable, se crea un yacimiento artificial mediante fracturamiento hidrulico, una tcnica muy utilizada por las industrias del gas y del petrleo. Posteriormente se perfora otro pozo, tpicamente a algunos cientos de metros del primero, que intercepte la red de fracturas creada artificialmente. A continuacin se inyecta agua a presin 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. En la actualidad los proyectos de investigacin acerca de HDR ms importantes se estn llevando a cabo en la Comunidad Econmica Europea (c) Sistemas Geopresurizados

Son sistemas que contienen agua y metano disuelto a alta presin (del orden de 700 bar) y mediana temperatura (aproximadamente 150 (C). No se explotan comercialmente en la actualidad. Ejemplo: yacimientos en Texas y Louisiana (Estados Unidos), y en Tamaulipas (Mxico). Estos recursos ofrecen tres tipos de energa: trmica (agua caliente), qumica (metano) y mecnica (fluidos a muy alta presin). Algunos investigadores han estimado el potencial energtico solamente en las costas de Texas en unos 40,000 MWt (Alonso, 1993). Se desconoce el potencial de este recurso en Mxico.(d) Sistemas Marinos

Son sistemas de alta entalpa existentes en el fondo del mar. No se explotan comercialmente en la actualidad. Estos sistemas han sido poco estudiados hasta ahora. Ejemplo: Golfo de California (Mxico).

Hace algunos aos se efectuaron estudios preliminares en el Golfo de California (Mercado, 1990, 1993). Como parte de los estudios se incluyeron algunas inmersiones en un submarino. Esto permiti observar a 2600 metros de profundidad impresionantes chimeneas naturales descargando chorros de agua a 350 (C. El flujo de calor medido en algunos puntos del Golfo de California es muy alto, de 0.34 W/m2 (Surez, 2000) mientras que en promedio el flujo natural de calor alcanza valores de entre 0.05 y 0.10 W/m2 .

N. Grijalva efectu en el ao de 1986 una serie de estudios en un zona del Golfo de California denominada depresin de Wagner (latitudes de 31( 00 a 31( 15 y longitudes de 113( 50) que cubre un rea de 10 km de ancho por 20 km de largo. La investigacin abarc estudios geolgicos, geofsicos y geoqumicos. Parte de los resultados del estudio se reportan en Surez (2000) y se comenta que la cuenca en estudio pudiera ser en si misma un campo geotrmico de gran magnitud con un potencial energtico de 100 a 500 veces mayor que el del campo geotrmico de Cerro Prieto.(e) Sistemas Magmticos.

Son sistemas de roca fundida existentes en aparatos volcnicos activos o a gran profundidad en zonas de debilidad cortical. No se explotan comercialmente en la actualidad. Ejemplo: Volcn de Colima (Mxico), Volcn Mauna Kea (Hawai).

Posiblemente el atractivo ms importante de este tipo de recurso sean las altsimas temperaturas disponibles ((800 C). Recordemos que la eficiencia de las mquinas trmicas es proporcional a la temperatura mxima de su ciclo termodinmico.

En el mediano o largo plazo, cuando se cuente con la tecnologa y los materiales adecuados para resistir la corrosin y las altas temperaturas se podr explotar la enorme cantidad de energa almacenada en las cmaras magmticas de los volcanes activos.

Usos de la Energa Geotrmica

Actualmente los recursos geotrmicos no solamente son susceptibles de ser aprovechados en la generacin de electricidad, sino tambin en una gran variedad de actividades agrupadas bajo el nombre genrico de usos directos. Entre los mismos se pueden mencionar los siguientes: calefaccin (Islandia, Estados Unidos, Nueva Zelanda), procesado de alimentos (Estados Unidos y Filipinas), lavado y secado de lana (China y Nueva Zelanda), fermentacin (Japn), industria papelera (Australia, China y Nueva Zelanda), produccin de cido sulfrico (Nueva Zelanda), manufactura de cemento (Islandia y China), teido de telas (Japn), etc.

Generacin de ElectricidadLa generacin de electricidad por medio de la energa geotrmica est ntimamente ligada con las condiciones naturales del yacimiento geotrmico particular utilizado para ese fin. La presin de entrada a las turbinas de vapor est determinada por la presin y la temperatura del yacimiento. Adicionalmente, la presin del yacimiento, y por lo tanto la presin de entrada a las turbinas, disminuir con el tiempo, a una velocidad que depender de la relacin entre la extraccin de fluidos y su recarga.

Por otro lado, las plantas geotermoelctricas requieren de pequeas cantidades de agua de enfriamiento. Por ello, no compiten por este recurso con otras aplicaciones como, por ejemplo, la agricultura.

La unidad geotermoelctrica ms grande del mundo es de 135 MWe (instalada en el campo de los Geysers en Estados Unidos), pero es muy comn encontrar unidades de 55 MWe, 30 MWe, 15 MWe, 5 MWe y an ms pequeas. La confiabilidad de las plantas geotermoelctricas es muy buena y cuentan con factores de planta entre el 80 y 90 %. Este factor es muy superior al de otro tipo de plantas.

Existen varios tipos de procesos de conversin de energa para generar electricidad por medio de recursos hidrotermales. Actualmente, tres de estos procesos se encuentran en operacin comercial: vapor seco, sistemas de separacin de vapor y ciclo binario.

Plantas de vapor seco

Las plantas de vapor seco se utilizan para producir energa de yacimientos de vapor dominante. En este caso el vapor saturado o ligeramente sobrecalentado que se obtiene en la superficie, se enva directamente a las turbinas (Figura 5). El vapor hmedo a la salida se condensa para regresarse al yacimiento a travs de pozos de inyeccin. Esta es una tecnologa bien desarrollada y comercialmente disponible, con tamaos de turbina tpicos en el rango de 35 a 120 MWe.

Los sistemas de vapor dominante han sido explotados nicamente en Indonesia, Italia, Japn y Estados Unidos. La mitad de la capacidad de generacin instalada se encuentra en estos campos. Los campos de lquido dominante son mucho ms comunes.

Plantas de separacin de vapor

En yacimientos geotrmicos dominados por lquido, los pozos generalmente producen una mezcla de agua y vapor en la superficie. Esto se debe a que el fluido del yacimiento sufre un proceso de ebullicin en el interior del pozo, causado por la cada de presin a lo largo de la tubera. Cuando la mezcla llega a la superficie, el vapor y el lquido se separan por medio de instalaciones adecuadas. El primero es utilizado para alimentar la turbina, mientras que el liquido se inyecta nuevamente al yacimiento (Figura 6).

Las plantas de separacin de vapor se utilizan para producir electricidad de los sistemas de lquido dominante que estn lo suficientemente calientes como para permitir la ebullicin de una porcin importante de lquido en la superficie. Se cuenta con tamaos de turbina tpicos en el rango de 10 a 55 MWe.

Plantas de ciclo binario

Las plantas de ciclo binario son apropiadas para la explotacin de los sistemas geotrmicos de lquido dominante que no estn los suficientemente calientes como para producir una importante ebullicin del fluido geotrmico, y para utilizar el calor contenido en los fluidos de desecho de las plantas de separacin de vapor.

En estas plantas, el calor que se obtiene del fluido geotrmico se transmite por medio de un intercambiador de calor a un fluido de trabajo secundario con un menor punto de ebullicin (por lo general es un refrigerante). El fluido de trabajo se expande en una turbina, se condensa y se recalienta en otro ciclo (Figura 7). Existen unidades de 1 a 25 MWe. Actualmente existe en el mundo una capacidad instalada de aproximadamente 300 MWe en este tipo de plantas.

Capacidad instalada mundialmente

En el ao de 1971 se haban instalado en el mundo 903 MWe con energa geotrmica. El 99 % de esta capacidad estaba concentrada en cuatro naciones: Italia, Nueva Zelanda, Estados Unidos y Japn. En el ao de 1982 se encontraban distribuidas en 14 pases 115 plantas geotermoelctricas con una capacidad de 2,732 MWe. En la actualidad se han instalado 8,182 MWe en 21 pases (Tabla 1). Para el ao 2005 se espera que se tenga una capacidad instalada de 11,398 MWe con plantas geotermoelctricas (Huttrer, 2000).

Usos Directos

Los sistemas geotrmicos de baja entalpa (temperaturas menores de 180 oC), son los que generalmente se destinan a usos directos. De los 80 pases que se sabe cuentan con recursos geotrmicos con posibilidades de explotacin comercial, 55 los emplean en usos directos, 31 de los cuales los utilizan de manera significativa (Lund y Freeston, 2000). El uso de recursos geotrmicos de baja entalpa en el mundo en 1999 fue de 16,209 MWt. El 37 % de estos recursos se emple en el calentamiento de espacios, 22 % en balneologa, 14 % en bombas de calor, 12 % en invernaderos, 7 % en acuacultura, 6 % en aplicaciones industriales y 2 % en agricultura y otras aplicaciones (Lund y Freeston, 2000).

En la Tabla 2 se listan los 27 pases que ms utilizan los recursos geotrmicos para usos directos. En la Fig. 8 se muestra las temperaturas mnimas que generalmente se requieren para distintos tipos de usos directos (Lndal, 1973). La temperatura entre uno y otro uso no es rigurosa, simplemente es una gua. Los usos directos normalmente utilizan tecnologa conocida. En algunos casos pueden existir complicaciones por la presencia de slidos disueltos o gases no condensables en los fluidos geotrmicos. Sin embargo, estos problemas son superables con la tecnologa actual.

ASPECTOS AMBIENTALES:

La energa geotrmica se considera una fuente de energa limpia. Si se toman las medidas apropiadas para su explotacin, el impacto ambiental de los desarrollos geotrmicos se puede eliminar casi completamente.

Las plantas geotermoelctricas generan aproximadamente un sexto del CO2 que producen las plantas que queman gas natural y prcticamente no producen xidos de nitrgeno o de azufre.

Cada 1,000 MWe generados con geotermia evitan la emisin anual a la atmsfera de aproximadamente 860 toneladas de diversas partculas contaminantes y de 3.5 millones de toneladas de dixido de carbono de las plantas que queman gas.Aspectos Econmicos

Los costos de generar electricidad en Mxico por medio de la energa geotrmica son competitivos an con los costos de generar por medio de combustibles fsiles como puede verse en la tabla que se muestra a continuacin:

1.-Tipos de yacimientos geotrmicos segn la temperatura del aguaEnerga geotrmica de alta temperatura. La energa geotrmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura est comprendida entre 150 y 400 C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varios condiciones para que se d la posibilidad de existencia de un campo geotrmico: una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables; un acufero, o depsito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; suelo fracturado que permite una circulacin de fluidos por conveccin, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmtico, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 C. La explotacin de un campo de estas caractersticas se hace por medio de perforaciones segn tcnicas casi idnticas a las de la extraccin del petrleo.Energa geotrmica de temperaturas medias. La energa geotrmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuferos estn a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 C. Por consiguiente, la conversin vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido voltil. Estas fuentes permiten explotar pequeas centrales elctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su uso en calefaccin y en refrigeracin (mediante mquinas deabsorcin)

Energa geotrmica de baja temperatura. La energa geotrmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas ms amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotrmico. Los fluidos estn a temperaturas de 50 a 70 C.

Energa geotrmica de muy baja temperatura. La energa geotrmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 C. Esta energa se utiliza para necesidades domsticas, urbanas o agrcolas.

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Figura 1. Diagrama de las capas que forman la Tierra.

Discontinuida

de Mohorovicic

Discontinuida

de Gutenberg

Discontinuidad

de Lehmann

2900 Km

2200 Km

1200 Km

30 Km

Corteza

Manto

Ncleo Lquido

Ncleo Interno

Figura 2. Diagrama del movimiento de las placas ocenicas y continentales

Placa

continental

Zona

volcnica

Superficie

ocenica

Intrusin

magmtica

Corrientes

convectivas

Manto

Figura 3. Diagrama de las placas ocenicas y continentales

10 OC en superficie

Fumarola

100 OC

Inicio de la

ebullicin

Roca impermeable

Roca permeable

Magma en proceso de enfriamiento

Figura 4. Sistemas hidrotermales

Fluido

geotrmico

Separador

Figura 5. Diagrama de una planta de vapor seco

Fluido

reinyectado

Sistema de

enfriamiento

Fluido

geotrmico

Condensador

Sistema de

conversin

Fluido

reinyectado

Sistema de

enfriamiento

Condensador

Sistema de

conversin

Figura 6. Diagrama de una planta de separacin vapor

Evaporador

Fluido

reinyectado

Sistema de

enfriamiento

Fluido

geotrmico

Condensador

Sistema de

conversin

Figura 7. Diagrama de una planta de ciclo binario

Tabla 2. Pases que utilizan la energa geotrmica para usos directos.

Tabla 1. Evolucin de la capacidad elctrica instalada.

Referencias:

1.- COPAR/CFE, 2001.

2.- Kutscher, 2001.

3.- Hiriart, 2000.

4.- Simons, 1999.

5.- Surez, 2000.

EVAPORACIN DE SOLUCIONES ALTAMENTE CONCENTRADAS.

REFRIGERACIN POR ABSORCIN DE AMONACO, DIGESTIN DE PASTA PAPELERA (KRAFT).

AGUA PESADA MEDIANTE UN PROCESO CON SULFURO DE HIDRGENO.

SECADO DE ALIMENTO PARA PESCADO, SECADO DE MADERA.

ALMINA MEDIANTE EL PROCESO DE BAYER.

SECADO DE PRODUCTOS AGRCOLAS A ALTAS VELOCIDADES, ENLATADO DE ALIMENTOS.

EXTRACCIN DE SALES POR EVAPORACIN, EVAPORACIN EN LA REFINACIN DE AZCAR.

AGUA DULCE POR DESTILACIN.

CONCENTRACIN DE SOLUCIN SALINA MEDIANTE EVAPORACIN DE EFECTO MLTIPLE.

SECADO Y CURADO DE PLANCHAS DE HORMIGN LIGERO.

SECADO DE MATERIALES ORGNICOS, ALGAS, HIERBA, HORTALIZAS, ETC.

LAVADO Y SECADO DE LANA.

SECADO DE PESCADO, OPERACIONES INTENSAS DE DESCONGELAMIENTO.

CALEFACCIN AMBIENTAL.

REFRIGERACIN (LMITE DE TEMPERATURA INFERIOR.

ZOOTECNIA.

INVERNADEROS MEDIANTE COMBINACIN DE CALEFACCIN AMBIENTAL Y DE FOCO.

CULTIVO DE SETAS.

CALENTAMIENTO DEL SUELO, BALNEOLOGA.

PISCINAS, BIODEGRADACIN, FERMENTACIONES.

C

o

180

160

140

120

100

80

60

40

Figura 8. Temperatura aproximada de los fluidos geotrmicos para usos directos (Lindal, 1973)

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_1475938715.docCENTRAL

COSTO

(US/KwH)

Lugar/

Costo

Ciclo Combinado Gas (560 MW)

3.25 (1)

1

Carboelctrica (2 X 310 MW)

4.41 (1)

2

Trmica Convencional (2 X 380 MW)

4.42 (1)

3

Geotermoelctrica (Internacional)

Cerro Prieto

Los Azufres

Los Humeros

Las Tres Vrgenes

4 - 8 (2)

3.46 (3)

3.29 (3)

3.45 (3)

4.11 (3)

4

Hidroelctrica (Internacional)

Chicoasn

5 6 (5)

4.87 (1)

5

Microhidroelctrica

3 45

Nucleoelctrica

5.6 - 7.11 (1,5)

6

Eoloelctrica

7.00 (4)

7

Biomasa

6 - 12 (4)

8

Solar Trmica

11 - 13 (4)

9

Solar Fotovoltaica

15 - 30 (4)

10