LA ENERGA GEOTRMICA DE ALTA ENTALPA: POSIBILIDADES ESPAOLAS. 1. INTRODUCCIN La energa geotrmica de alta entalpa, considerada como tal aqulla capaz de generar electricidad directamente a precios normalmente competitivos, comienza su desarrollo industrial a partir de 1958-60 casi simultneamente en Nueva Zelanda, EE.UU., Japn y Mxico. Italia la aprovechaba ya desde 1904. A diciembre de 1980 existan ya 2.500 MWe instalados con una produccin total acumulada de 150.500 kWhe en 30 paises. A pesar de que, con intercambiador de calor, la tecnologa actual permite generar electricidad con agua caliente a tan solo 65 C, suelen considerarse recursos geotrmicos de alta entalpa los fluidos con temperatura superior a 150 C y empleo directo. El mecanismo de generacin de la fuente energtica es muy simple: la tierra emite hacia la superficie un determinado flujo calorfico que calienta los acuferos existentes a una determinada profundidad. La presencia de una potente formacin impermeable sobre el acufero favorece el sello del potencial almacn. Dado que el flujo calorfico existe siempre en mayor o menor medida, el problema estriba nicamente en encontrar un acufero a la suficiente profundidad como para que su produccin sea de fluido caliente a la temperatura deseada. Tal es el caso de los yacimientos de baja entalpa situados por lo general, en las grandes cuencas sedimentarias. Con gradientes geotrmicos normales de 0,25-0,35 C/ 10 m. pueden alcanzarse temperaturas de 60-80 C entre 1.500 y 2.500 m. Evidentemente, la consecucin en estas condiciones de fluidos de alta entalpa es un problema econmico, dado que sera necesario alcanzar profundidades de ms de 4.000 m. para conseguir los referidos 150 C. Es evidente, por tanto, que los yacimientos de alta entalpa se localizan necesariamente sobre zonas con gradiente geotrmico anmalo, de manera que a estas mismas profundidades de 1.500-2>500m. se alcancen temperaturas de 200-300 C. Dado que en otro trabajo de esta misma monografa (A. Rodrguez Paradinas) se resean las generalidades de este tipo de energa en lo que a paises, potencias instaladas y costos se refiere, el presente artculo tendr un enfoque puramente geolgico, analizando primero la fenomenologa a escala global y particularizando despus progresivamente hasta analizar el caso espaol. 2. ORIGEN Y DISTRIBUCIN DE LOS FLUJOS ANMALOS La distribucin del flujo calorfico est ntimamente relacionada con el actual movimiento relativo de las placas litosfricas, de manera que mientras las zonas cratnicas estables de la corteza presentan valores por debajo de la media, las zonas con actividad cenozoicocuaternaria se caracterizan por sus elevados valores (Cuadro 1). En las zonas continentales, donde precisamente la corteza superior grantica alcanza su mayor potencia, existe una cierta relacin directa entre este espesor y la generacin de flujo calorfico. La idea ms aceptada es que la fuente primaria del calor provenga de la desintegracin de determinados radionuclidos que abundan en las rocas granticas, pero estn prcticamente ausentes en las bsicas que conforman la corteza inferior y el propio manto terrestre (Cuadros 2 y 3). A mayor espesor de corteza superior, por tanto, mayor generacin de flujo calorfico, aunque siempre con valores modestos. En las zonas tectnicamente activas del Cenozoico Cuaternario, conformadas por consiguiente por el actual esquema de movimientos relativos entre placas corticales, el origen del alto flujo calorfico existente se debe a causas muy distintas a las anteriormente reseadas. La tpica coincidencia de epicentros ssmicos, cordilleras y volcanes a lo largo de directrices perfectamente definidas, puede extenderse tambin la localizacin de yacimientos geotrmicos de alta entalpa (Figura 1). En este caso no se trata ms que de diferentes formas de liberacin energtica (mecnica, calorfica o mixta provocada por la propia dinmica de las corrientes conveccin del manto. La mecnica de estos desplazamientos relativos puede adoptar tres formas fundamentales (Figura 2). Zonas de separacin de placas. Se genera nueva corteza por aporte ascendente de material profundo procedente del manto. Gnesis de rifts y dorsales ocenicas de naturaleza volcnica. Sismicidad con profundidad hipocentral inferior por lo general a 40 km., dado el poco espesor de corteza ocenica y la relativa superficialidad del fenmeno magmtico. Volcanismo toletico y alcalino que genera islas ocenicas con elevado flujo calorfico y espectaculares manifestaciones geotrmicas. Ejemplo tipo: Islandia. Zonas de colisin de placas. La convergencia de dos placas con movimientos opuestos provoca la subduccin de una bajo la otra. Las tremendas presiones y temperaturas generadas por el proceso de subduccin conducen a la formacin de fenmenos de anatexia o fusiones locales que derivan en volcanismo toletico, calcoalcalino o potsico segn su profundidad. La gnesis de movimientos ssmicos puede tener lugar a lo largo de toda la superficie de subduccion, por lo que se da una gradacin hipocentral completa desde sesmos de foco somero hasta de 600-800 km. de profundidad. Formacin de cadenas montaosas alineadas con el borde de colisin y fuerte engrosamiento cortical. En la parte posterior se forman retrofosas distensivas con nuevo y rpido ascenso del manto superior. Anomalas geotrmicas asociadas generalmente al vulcanismo. Ejemplos tpicos: campos geotrmicos del oeste de EE.UU., oeste mexicano, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Chile, Argentina, Japn, Filipinas, Indonesia, Nueva Zelanda, etc. Zonas intraplacas. Accidentes de tensiones locales dentro de una gran placa que tambin pueden generar adelgazamientos corticales, con ascenso del manto y elevacin local del flujo calorfico con volcanismo asociado tipo rift alcalino o potsico. Ejemplos tpicos: anomalas geotrmicas de la Somala francesa, fosa del Rhin, Macizo Central francs, NE espaol, fosas africanas, en continente; Canarias, Hawai, en Zona Ocenica. De la observacin de esta fenomenologa se desprende la tendencia interpretativa actual de considerar la discontinuidad de Moho como una superficie cuasiisoterma que recibe un aporte calorfico del manto superior relativamente constante. excepto en casos muy puntuales. Este modelo implica una correlacin inversa entre espesor cortical y flujo calorfico, de manera que los flujos anmalos van siempre asociados a adelgazamientos corticales importantes (ascensos de la discontinuidad de Mohorovicic) y es el manto el que, en consecuencia, aporta la mayor parte del flujo trmico que ocasiona las referidas anomalas geotrmicas. Dado que, adems. estas condiciones de adelgazamiento favorecen la llegada de materiales fundidos a la superficie, es muy frecuente que la mayor parte de campos geotrmicos se hallen asociados a volcanismo visible y reciente (Mxico, Japn, Indonesia. Centro Amrica, Andes, etc.), aunque no necesariamente (caso de Larderello-ltalia, The Geyses. USA, etc.). 3. EL MODELO EUROPEO. SITUACIN DE ESPAA EN EL CONTEXTO MEDITERRNEO 3.1. EL MODELO DE PLACAS Mientras la dorsal medio-atlntica constituye la separacin neta entre las grandes placas americana y europea, el Mediterrneo se sita sobre el contacto entre sta ltima y la placa africana. La interaccin entre ambas no se resuelve en un contacto neto, sino en un mosaico de subplacas menores (Figura 3) con movimientos relativos entre s. La gran placa euro-asitica tiene su borde SW en la conjuncin del rift atlntico con la falla de las Azores GEOTERMIA DE BAJA Y MEDIA ENTALPA: PRINCIPIOS BSICOS 1. INTRODUCCIN Podemos definir la geotermia como el conjunto de tcnicas utilizadas para extraer el calor acumulado en la corteza terrestre. Como ya se habr dicho en otras sesiones, se distinguen tres tipos de yacimientos geotrmicos: Yacimientos de alta entalpa en los que gracias a la temperatura alcanzada por el terreno ( > 150 C), el fluido contenido en l se puede emplear para producir directamente electricidad. Yacimientos de media entalpa en los que la temperatura ( > 100 C y < 150 C) no permite producir directamente electricidad, pero s podran hacerlo mediante el empleo de un fluido intermediario de bajo punto de ebullicin (fren, isobutano, etc.). Yacimientos de baja entalpa en los que la temperatura ( < 100 C) los hace adecuados para el aprovechamiento directo del calor (calefaccin, procesos industriales, etc.). En lo que sigue nos vamos a referir a los yacimientos de baja y media entalpa. La existencia de estos recursos viene definida por dos conceptos geolgicos elementales: Gradiente geotrmico: de todos es conocido que la temperatura del subsuelo aumenta con la profundidad a una media de 3 C cada 100 m. Existencia de acuferos en profundidad que permitan extraer el calor almacenado en el subsuelo. Tradicionalmente los recursos geotrmicos de baja entalpa han sido subvalorados, frente a la espectacularidad de los de alta entalpa. No obstante, la crisis energtica mundial, los ha revalorizado, existiendo actualmente un verdadero auge en su puesta en explotacin. Existen mltiples factores que aconsejan su desarrollo, entre los que cabe destacar: Su abundancia y extensin frente a la rareza de los yacimientos de alta entalpa. Facilidad de exploracin y explotacin. Una proporcin muy elevada de la demanda energtica de un pas se circunscribe a energa de baja o media temperatura. Esta energa de baja temperatura es difcilmente satisfecha con buen rendimiento termodinmico a partir de electricidad o combustibles fsiles. Las aplicaciones no elctricas de la energa geotrmica alcanzan una eficiencia del 90 % frente al 15% de la generacin de electricidad con yacimientos de alta entalpa. El desarrollo actual en el mundo (ms de 4.00C Mwe) hace que la tecnologa de utilizacin est totalmente dominada, fundamentalmente en temas de calefaccin. 2. CARACTERSTICAS DE LOS RECURSOS GEOTRMICOS DE BAJA ENTALPA Para llegar a comprender el recurso geotrmico de baja entalpa, su exploracin y explotacin, es preciso fijar sus caractersticas fundamentales. 2.1. SE TRATA DE UN RECURSO DE BAJA TEMPERATURA Por lo tanto requiere para su utilizacin, como ya se ha dicho, una aplicacin directa del calor. Las tecnologas de utilizacin y explotacin se han de adaptar, a fin de disminuir al mximo la temperatura del efluente, con lo que el aprovechamiento de calor ser mayor. Estas tecnologas son comunes a otras tcnicas de recuperacin de calor. Dado que el uso directo del calor, exige, una red de distribucin de actua caliente, la explotacin de recursos ha de realizarse en la proximidad del punto de consumo, para reducir el costo de la red. Por ello, una operacin geotrmica de baja entalpa supone que existan al mismo tiempo y en el mismo lugar, recursos en el subsuelo y demanda en la superficie. 2.2. EL RECURSO GEOTRMICO ES UN RECURSO MINERAL Para su identificacin y para demostrar su existencia utilizamos tcnicas mineras: geologa, hidrogeologa, geofsica, sondeos, etc. El riesgo que se corre cuando se comienza un sondeo sobre las bases de hiptesis geolgicas es, por naturaleza, idntico al que corre el minero que emprende una campaa de sondeos a partir de indicios geolgicos. Contrariamente a lo que se piensa, el recurso geotrmico no es renovable a escala del tiempo humano, como ocurre con otros tpicos recursos mineros. En efecto, si consideramos una explotacin tpica de baja entalpa: doblete de extraccin, inyeccin con caudal de explotacin 100 m3/hora, temperatura de salida 70 C y de inyeccin 25 C, tenemos una potencia de P = Q D T = 100 m3/ h x 45 C = 4.500 th/ h. El mbito de influencia de un doblete por trmino medio es de 2 km2, por lo que tenemos una extraccin de calor de 2.260th/ hora km2, lo que equivale aproximadamente a 63 m cal/ cm2 . s., unas 50 veces el flujo de calor medio en las cuencas sedimentarias. Esto quiere decir que en un ao se explota el calor acumulado en cincuenta. El legislador reconoce este carcter minero y as ha decidido que el recurso se otorga por concesin (como el carbn, el hierro, el petrleo, etc.), es decir, que no pertenece a nadie (y en ningn caso al propietario del suelo) y que el Estado se otorga el poder discrecional de confiar la explotacin a quien le parece tcnicamente y financieramente capaz de hacerlo, respetando el inters colectivo. 2.3. ES UNA ENERGA LIMPIA Efectivamente, la incidencia en el medio ambiente es mnima. Durante la perforacin de los sondeos, los alrededores de la plataforma se ven algo afectados, principalmente por el ruido. Pero la duracin de estos trabajos (2-3 meses) es insignificante en comparacin con la duracin de la explotacin de una instalacin de este tipo (30 aos). Por otra parte, el efluente, al contener alta salinidad, es reinyectado en el acufero, Io que asegura una mejor gestin del recurso. 2.4. ES UN RECURSO DESCENTRALIZADO Tanto en lo que se refiere a la produccin, como al consumo o utilizacin del recurso. Ello es consecuencia del bajo nivel de temperatura, que obliga, como ya se ha dicho, a la coincidencia de recurso y demanda en el mismo lugar. A menudo es posible que el mismo consumidor de la energa sea su propio productor. Una vez puesto en evidencia el recurso y montada la instalacin de explotacin, su gestin no requiere tcnicas especiales. 2.5. TCNICAMENTE LA ENERGA GEOTRMICA DE BAJA ENTALPA EST DOMINADA En lo que se refiere a la existencia del recurso, existe una infraestructura de base suficientemente amplia como para predecir con poco margen de error las reas con posibilidades de yacimiento, gracias sobre todo, a la exploracin de hidrocarburos. En lo que se refiere a la tecnologa de extraccin y reinyeccin del fluido, como a la transferencia de calor, las tcnicas son muy similares a las empleadas en industrias suficientemente desarrolladas. 2.6. ECONMICAMENTE, LA ENERGA GEOTRMICA ES ATRACTIVA Y NACIONAL El balance econmico de una operacin se establece para cada caso y vara segn las caractersticas del recurso y las necesidades de superficie (temperatura, caudal, salinidad, pozo nico o doblete, red de distribucin, recurso de punta, sistemas de calefaccin, etc., etc.). No obstante, para las operaciones conocidas, se puede establecer un precio de la kilotermia geotrmica que sustituye a la kilotermia fsil, de aproximadamente 1.000-1.500 ptas., totalmente competitivos con los precios de otros combustibles. Por otro lado, hay que remarcar el carcter de energa nacional que tiene la geotermia. En efecto es un recurso en nuestro subsuelo y que puede ponerse en explotacin con medios nacionales. De esta forma est protegida tanto de las fluctuaciones de precios de las energas importadas como de posibles cortes en los suministros. 2.7. FINANCIERAMENTE, LA ENERGA GEOTRMICA ES CAPITALSTICA Un proyecto geotrmico se caracteriza por una elevada inversin. La utilizacin directa del calor, con tecnologas actuales, concierne generalmente a niveles de temperatura del orden de 50-80 C, lo que impone en una cuenca sedimentaria estable, buscar el recurso a ms de 1.500 m. de profundidad. Lo que requiere la realizacin de sondeos profundos y costosos. Una operacin total representa unas inversiones del orden de 350-400 NP, lo que equivale a aproximadamente 130.000 Ptas., por T.E.P. ahorradas. Sin embargo, los costos de explotacin son reducidos: electricidad para bombeo, mano de obra para mantenimiento, recambios para instalaciones y combustible para la calefaccin de punta. Esta estructura capitalstica es una de las dificultades que debe superar el operador. Para ello debe contar con condiciones financieras favorables. A pesar de ello las experiencias en marcha demuestran que un proyecto geotrmico, se traduce rpidamente en economa sustancial en relacin a las soluciones clsicas que utilizan combustible fsil. 3. INVESTIGACIN Y EVALUACIN DE YACIMIENTOS GEOTRMICOS. DEFINICIN Se puede definir un yacimiento geotrmico como un volumen de roca permeable caliente, geomtricamente definida, de la cual se puede extraer el calor utilizando como vector de transporte el fluido contenido en ella. Recurso geotrmico es la energa trmica contenida en la roca y que puede ser extrada por el hombre. Evaluacin de recursos geotrmicos es la estimacin de la cantidad de recurso existente en una determinada rea de la corteza terrestre y de la fraccin que de esa cantidad puede ser extrada o recuperada, en un tiempo determinado y en unas determinadas condiciones legales, econmicas y tecnolgicas. De esta ltima definicin surgen varios conceptos que parece conveniente exponer y aclarar. Recurso geotrmico de base, se toma como tal el calor contenido en la corteza terrestre por encima de 15 C, hasta una profundidad de 10 km., sin limitaciones de ningn tipo. Es el concepto ms general. Recurso geotrmico de base accesible, al concepto anterior ponemos la limitacin de que la profundidad lmite sea aquella alcanzada hoy en da por pozos productivos (se puede adoptar 7 km.). Tras estas definiciones de base, se pueden hacer ciertas clasificaciones. Por ejemplo, siguiendo criterios econmicos, White y Williams, en Assessment of geothermal resources of the United States, 1975 definen: Recursos submarginales, explotables a un costo superior a dos veces el precio de la energa competitiva. Recursos paramarginales, explotables a un costo entre una y dos veces el precio de la energa competitiva. Reservas geotrmicas: parte de los recursos conocidos explotables a un costo competitivo, en las condiciones actuales, con otras fuentes de energa. Salvo la nocin de reserva cuya definicin es aceptable, las otras dos nociones de recursos submarginales y paramarginales, la definicin es ambigua y siempre factible de cambiar mediante investigacin tecnolgica. Dentro de lo que se conoce como reservas, algunos autores, Cataldi (1976), distinguen dos tipos de reservas: Reservas operativas: parte de los recursos econmicamente explotables por medio de sondeos a una profundidad determinada. Comprenden tanto reservas utilizables para usos no elctricos (baja entalpa) y los utilizables para produccin de electricidad (alta entalpa). Reservas naturales, representadas por el calor que escapa naturalmente del suelo (fuentes termales). Tambin estas definiciones ofrecen dudas en cuanto a lo que es un recurso o una reserva. La clasificacin seguida en Francia nos parece ms apropiada, a un recurso como el geotrmico. Dentro de los recursos de base accesible se pueden distinguir (Lavigne, 1978): Recursos indentificados: que comprenden las reservas y recursos condicionados. Recursos no identificados: que comprenden los recursos hipotticos y los recursos especulativos. Esta clasificacin se puede presentar en el Cuadro 1: Reservas totales son aquellos recursos identificados, contenidos en un yacimiento geotrmico, explotables tcnica y econmicamente en la actualidad, por lo tanto, recursos cuya temperatura es mayor que la considerada no econmica y que estn situados prximos a centros de consumo (baja entalpa). Reservas recuperables, es la parte de las reservas totales que se pueden utilizar realmente. Su importancia depende estrechamente de la tecnologa de explotacin y puede, en condiciones ptimas, alcanzar el 60 % de las reservas totales. Recursos condicionados. Son recursos conocidos y evaluados, contenidos en un yacimiento geotrmico, pero no explotables en la actualidad por razones tcnicas o econmicas. Por ejemplo, recursos de baja entalpa, lejos de centros de consumo. Recursos hipotticos: Son recursos situados en regiones poco conocidas. contenidos en yacimientos perfectamente explotables con mtodos clsicos, pero para los que es necesario precisar su localizacin y caractersticas. Tambin pueden comprender recursos no explotables con mtodos clsicos, pero situados a una profundidad econmica y a temperatura suficientemente elevada, como para que se pueda emprender su prospeccin y explotacin en un futuro no lejano. Es el caso de los yacimientos de roca caliene-seca, grandes masas de roca muy caliente y compacta cuya tcnica de explotacin est en plena investigacin actualmente. Recursos especulativos: son los situados en rocas compactas, a profundidades menores de 10 km. y en regiones que no presentan anomalas trmicas. (Sera una generalizacin de las de roca caliente seca). A la vista de estas definiciones, tenemos planteado ya el esquema de cmo proceder en la investigacin y evaluacin de recursos geotrmicos. 4. LA INVESTIGACIN DE LOS RECURSOS GEOTRMICOS DE BAJA Y MEDIA ENTALPA Como ya se ha mencionado, los fluidos geotrmicos de baja y media entalpa se pueden encontrar en grandes cuencas sedimentarias. Para su existencia es slo necesario la presencia de un gradiente normal o ligeramente superior y de capas porosas y permeables que contengan y transmitan el fluido geotrmico. Con dichos gradientes normales, 3 C cada 100 metros, se alcanzan temperaturas de 80 C a profundidades de 2.000 m. Los yacimientos geotrmicos de baja entalpa actualmente conocidos y explotados obedecen a este esquema, en el que la temperatura del agua depende exclusivamente del gradiente geotrmico y de la profundidad. Para que el yacimiento sea explotable econmicamente los acuferos han de tener buenas propiedades de permeabilidad y transmisividad, en extensas zonas. Los fluidos geotermales en tales acuferos suelen estar cargados en sales, por lo que, para preservar el medio ambiente es necesario la reinyeccin del efluente, una vez extrado el calor. Las aguas contenidas en estos acuferos raramente alcanzan la superficie en forma de fuentes termales y cuando lo hacen, es a travs de fallas. La composicin qumica de tales aguas no indica altas temperaturas de equilibrios. Por todo lo anterior, la investigacin de recursos geotrmicos de baja entalpa est dirigida a determinar la presencia de acuferos a las profundidades adecuadas para que estn a las temperaturas econmica y tcnicamente rentables de explotar. Por otra parte, hay que tener en cuenta la finalidad o uso que se va a dar al calor que se extrae. La incidencia del factor econmico da lugar a que no sea posible el empleo de tcnicas sofisticadas de exploracin, cuya aplicacin y resultados son dudosos tambin. Esquemticamente una investigacin de este tipo, llevara consigo las siguientes fases: Fase I: Reconocimientos preliminares. Documentacin. Fase II: Investigacin geolgica e hidrogeolgica. Fase III: Sondeos profundos. La Fase I consiste fundamentalmente en una evaluacin de toda la informacin disponible concerniente a las cuencas sedimentarias en las que la presencia de acuferos profundos ha de ser investigada. por la posible utilizacin del calor contenido en ellos. Se han de analizar los datos referentes a geologia, estructuras, variaciones de facies, hidrologa e hidrogeoqumica de la cuenca, etc. Todo ello con vistas a determinar los posibles acuferos a investigar. La disponibilidad que informacin detallada relativa a sondeos profundos existentes bien para aguas. bien para petrleo, es de gran importancia, as como los resultados de posibles campaas ssmicas y gravimtricas llevadas a cabo en la zona. Esta informacin detallada de sondeos suele dar indicaciones vlidas sobre la porosidad y permeabilidad de los acuferos, as como de las temperaturas y la salinidad aproximada de los fluidos geotermales. Si estas informaciones no existen, esta Fase de la investigacin ser ms ambigua y puede dar lugar a investigaciones posteriores muy costosas, difcilmente justificables a la vista del valor econmico del recurso que se investiga. Fase II. Una vez que los estudios preliminares han indicado la presencia de uno o ms acuferos profundos, en una cuenca, que pueden ser explotados con la finalidad de extraer el calor contenido en ellos, se han de desarrollar estudios geolgicos e hidrogeolgicos de detalle en aquellas reas en que debido a su profundidad tales acuferos puedan estar a temperaturas econmicamente rentables. Para cada una de tales reas se han de realizar los siguientes estudios: 1. Anlisis de la estructura geolgica y estratigrafa locales. 2. Seleccin del acufero geotrmico capaz de producir la cantidad de calor necesario para cubrir la demanda planteada. 3. Determinacin o prediccin de las caractersticas del acufero. Potencia Permeabilidad Transmisividad Porosidad Hidrogeoqumica Temperatura Presin 4. Esparciamiento de los sondeos necesarios para la produccin de calor y de los eventuales sondeos de inyeccin necesarios. Como conclusin de estos estudios se han de determinar los puntos de perforacin para produccin y reinyeccin. El riesgo geolgico que envuelve cada operacin geotrmica viene determinado generalmente por la posibilidad de cambios de facies que den lugar a disminucin en la permeabilidad y porosidad y por la posibilidad de existencia de fallas. Fase III. Llegados a este estado de la investigacin hay que acometer la perforacin de sondeos profundos que verifiquen y comprueben el modelo de cuenca diseado en la fase II. Para ello habr que elaborar un proyecto de perforacin que nos permita posteriormente realizar en el sondeo todas aquellas pruebas y medidas que consideremos necesarias. Habr que seleccionar los dimetros de perforacin y entubacin adecuados, y a las profundidades apropiadas. Sern funcin fundamentalmente de: Profundidad final Corte geolgico previsto Flujo de produccin deseado Se estudiar el fluido de perforacin adecuado a los terrenos que se van a atravesar, as como se seleccionarn los tipos de herramientas ms eficaces, tipos de cementos a utilizar y sistemas de cementacin. Todo ello dar lugar al programa previsto de perforacin. Es fundamental para la obtencin de buenos resultados en un sondeo, la seleccin del equipo de perforacin que realice el sondeo. Durante la realizacin del sondeo se han de obtener la mayor cantidad posible de datos de los terrenos atravesados. Para ello es fundamental un buen programa de diagrafas que se realizarn antes de entubar cada tramo de perforacin. Un programa tipo puede ser: HRT (temperatura) DLL, GR, SP y Caliper (Resistividad) CNL, FDC, GR, Caliper (Neutrn y Density) HRT (Temperatura) Con este programa se pueden obtener buenos datos acerca de: Litologa Porosidad Presencia de acuferos Salinidad de acuferos Temperatura Las diagrafas se utilizarn para seleccionar los tramos que se van a poner en produccin y por lo tanto, a los que habr que dotar de las rejillas y filtros adecuados. Finalizado el sondeo y dotado de la complexin ptima para su produccin, se llevarn a cabo las pruebas y medidas necesarias para estimar su potencia trmica y disear las instalaciones de produccin y reinyeccin. Para todo ello habr que conocer: Presin de formacin Temperatura Caudal de produccin En este punto habremos llegado a la finalidad de la investigacin geolgica del recurso geotrmico. Pero este es slamente un aspecto de la operacin geotrmica; el otro ser el estudio tcnico-econmico de factibilidad de la operacin. No hemos de olvidar que estamos ante la investigacin de un recurso geolgico-minero y que la decisin de la explotacin de tal recurso vendr dada por parmetros de factibilidad tcnico econmica. El estudio de factibilidad consta fundamentalmente de tres puntos: 1. Estudio trmico y de instalaciones. 2. Balance energtico, econmico y financiero. 3. Montaje jurdico y administrativo de la operacin. El estudio trmico abarcar los siguientes aspectos: a) Inventario de la demanda y concepcin de la red de distribucin: Se analizarn las instalaciones existentes, los proyectos de nuevas instalaciones, posibilidades de disminuir la demanda, modulacin horaria, diaria y mensual de la demanda, adaptacin del recurso geotrmico a dicha demanda, posibilidades de utilizacin de la bomba de calor, etc. b) Cobertura energtica por geotermia: Se determinara en base a todo lo anterior qu parte de la demanda energtica ser cubierta por energa geotrmica. Se estudia posteriormente la sensibilidad de los resultados a variaciones de caudal y temperatura. El segundo punto: Balance energtico, econmico y financiero, consiste en llevar a cabo una evaluacin de las economas en energa primaria que supone el empleo de la geotermia. Posteriormente se estudiarn los costos originados por la operacin: Costos de inversin Costos de explotacin anual Determinacin de ratios y parmetros econmicos y significativos. Por ltimo se realizar el balance financiero de la operacin, estudindose las distintas hiptesis financieras para la realizacin de las inversiones necesarias. Como conclusin de este segundo punto se dictaminar la factibilidad del proyecto, seleccionando la mejor solucin si hubiera varias posibilidades tcnicas. El tercer punto: Montaje jurdico y administrativo de la operacin. Se estudia la organizacin de la gestin tcnica y financiera analizando la creacin o adaptacin de estructuras empresariales ajustadas a las necesidades del desarrollo de la operacin (explotacin del recurso, mantenimiento de instalaciones, venta del producto, sistemas de abastecimiento, contrato de suministros, etc., etc.). 5. EVALUACIN DE YACIMIENTOS DE BAJA Y MEDIA ENTALPA Hemos llegado ya a la puesta en evidencia del recurso geotrmico, al conocimiento de sus caractersticas geolgicas, hidrogeolgicas y trmicas, a comprobar la viabilidad tcnica de la operacin y su rentabilidad econmica. La siguiente operacin es la evaluacin del potencial energtico de la cuenca que incidir posteriormente en la gestin del yacimiento y por consiguiente en la explotacin. Existen dos tipos de evaluaciones atendiendo a las definiciones dadas ms arriba. 1. Evaluacin de los recursos de base en un almacn. La frmula para su clculo es como sigue: FRMULA en donde: E: Energa total contenida en el almacn S: Superficie del almacn h: Espesor del almacn T: Temperatura en almacn T ref: Temperatura de referencia base Lgicamente esta es la energa existente en el almacn pero no toda ella recuperable. 2. Evaluacin de la energa recuperable en un almacn. Este concepto se basar en los pozos que se puedan realizar y en su produccin. Si para un pozo tenemos un caudal Q y temperatura T, su potencial ser dado por: FRMULA siendo T ref la temperatura de referencia. Si ahora suponemos o calculamos que en toda el rea se pueden instalar N pozos y suponemos un caudal medio Q, tendremos que para un perodo de explotacin t la energa recuperable vendr dada por: FRMULA siendo CF el calor especfico del fluido producido. Se llama factor de recuperacin a la relacin entre ambos conceptos expuestos. FRMULA Este factor de recuperacin no suele exceder de 0,25 y viene condicionado fundamentalmente por las caractersticas del almacn explotado. No obstante, y teniendo en cuenta las experiencias existentes se puede pensar que con una produccin de 150 m3/hora de fluido geotrmico a una temperatura de 160 C se podra hacer funcionar una central de 3-4 MW. Esta cifra citada de produccin de fluido, es acorde con los conocimientos previos que se tienen del acufero investigado, aunque por supuesto una cifra ms definitiva no pueda darse hasta que no se realicen las pruebas oportunas. Potencial energtico del yacimiento De nuevo nos encontramos con la falta de datos y prevlslones. Con todas las salvedades que ya se han hecho y con objeto de fijar slamente un orden de magnitud, se puede pensar en la posibilidad de perforar entre 25 y 30 pozos productivos que a una media de 3 a 4 MW por sondeo suponen una potencia total de 75-120 MW. En estos trminos se podran fijar los objetivos finales en el rea. 6.4. DEPRESION DEL VALLES El rea del Valls fue una de las primeras seleccionadas para investigacin en la Pennsula. La existencia de un esquema geolgico clsico de yacimientos geotrmicos y la presencia de fuentes termales, algunas con temperaturas muy elevadas as lo aconsejaron. Todas las prospecciones llevadas a cabo por el IGME han ido enmarcando unas anomalas geotrmicas coincidentes para todas las tcnicas de investigacin: Geoqumica (hidroqumica, geotermmetros, istopos) . Geofsica (S.E.V., gravimetra, potencial espontneo, audiomagnetotelrico, magnetotelrico, termonetras, etc.). Todo ello lleva en la actualidad al siguiente estado de opinin en cuanto a caractersticas del posible recurso: Profundidad almacn: 2.000-3.000 metros. Temperatura: 120-130 C. Calidad del agua: Baja salinidad. Al no ser prospectado por sondeos no es posible por ahora presentar ms datos del posible almacn y del fluido as como del potencial. No obstante la evidencia de las investigaciones llevadas a cabo aconsejan la continuacin de la investigacin mediante sondeos profundos . La utilizacin posible est prcticamente asegurada. Toda la comarca est densamente poblada con un importantsimo desarrollo industrial y agrcola. 7. CONCLUSIN A la vista de los datos expuestos cabe concluir que la investigacin geotrmica iniciada en Espaa en 1973, llevada a cabo con gran lentitud y escasez de medios, empieza a dar resultados positivos. En algunos casos ya se pueden expresar en datos concretos (Madrid) mientras que en otros est muy cerca de serlo (Burgos y Jaca, Valls). Las posibilidades de utilizacin econmica de esta energa no son utpicas y se irn comprobando a medida que se materialicen las primeras realizaciones. A nivel nacional existen numerosos casos similares a los analizados. As, los ejemplos de Madrid y Burgos, se pueden repetir en Cuenca, Granada, Lrida, Albacete, Valencia, Valladolid, Palencia, Segovia, Sevilla, por citar grandes ncleos urbanos en donde el consumo est asegurado. El ejemplo de Jaca podra repetirse en otras reas del Pirineo, as como en algunas regiones de las Cordilleras Bticas. BOMBA DE CALOR: TIPOS Y APLICACIONES 1. INTRODUCCIN El general desinters por el ahorro de energa, fue la causa de que el principio de funcionamiento de la mquina frigorfica se utilizase para disear mquinas destinadas preferentemente a producir fro o climatizar en verano. Slo en ocasiones y de forma totalmente secundaria, se aprovechaba la inversin del ciclo para hacer frente a parte o la totalidad de las necesidades calorficas, segn la zona climtica de ubicacin de la instalacin. El alza en los costes de combustibles, provocada por la crisis del 73, ha despertado el inters por el ahorro de energa y consecuentemente por la mquina frigorfica en ciclo calefactor, por sus cualidades en este aspecto. Antes de entrar en la materia concreta de este tema, es conveniente considerar algunos aspectos del concepto de Bomba de Calor. Desde el punto de vista termodinmico, no existe una diferencia fundamental entre el ciclo de una mquina frigorfica y el ciclo de la Bomba de Calor. Ambos sistemas estn compuestos por los mismos elementos; compresor, evaporador, condensador, vlvula de expansin, etc., y efectuan la misma funcin termodinmica; elevar de nivel trmico una determinada cantidad de calor. La diferencia esencial entre ambos sistemas, estriba en la finalidad de su aplicacin. Una mquina frigorfica est proyectada, desarrollada y fabricada, preferente o exclusivamente para producir un efecto frigorfico. El acondicionador de aire convencional, por ejemplo, est diseado para bombear calor desde el recinto a refrigerar hasta el ambiente exterior, de acuerdo con las condiciones termodinmicas previstas en el proyecto. Esta mquina trabajando con ciclo invertido, lo ms probable es que no se ajuste a las necesidades calorficas de la instalacin. Una Bomba de Calor est diseada y producida exclusiva o preferentemente para obtener un rendimiento calorfico en el condensador y puede proporcionar adems, por inversin de ciclo, el efecto frigorfico. Cuando la Bomba de Calor acta como refrigerador, extrae calor del espacio a acondicionar y lo transporta, al mismo tiempo que el calor equivalente al trabajo realizado por el compresor, a un medio receptor de esa energa extrada (aire, agua, etc.). Por el contrario, cuando acta como calefactor, el calor se extrae de un medio exterior, fuente o emisor de energa, el cual se encuentra a baja temperatura y se suministra, conjuntamente con el calor equivalente al trabajo realizado por el compresor, al recinto a calefactar. En las Figuras 1 y 2, se muestra esquemticamente el funcionamiento de la Bomba de Calor en ambos regmenes. Se puede observar como, en el ciclo de refrigeracin, el calor del compresor ha de absorberlo totalmente el foco caliente o medio receptor de energa y por el contrario, en el ciclo de calefaccin, el trabajo del compresor se aade al absorbido en el evaporador para calefactar el recinto. En la Figura 3, estn representados, en un grfico p-h (presin-entalpa), los efectos de refrigeracin y de calefaccin de una Bomba de Calor o mquina frigorfica. A igualdad de trabajo de compresor, el efecto calefactor es superior al efecto refrigerante. Es una circunstancia realmente ventajosa, el hecho de que el calor equivalente en trabajo del compresor, se aada, en el ciclo de calefaccin, al foco caliente y de hecho, el calor producido en el condensador, puede ser varias veces superior al trabajo consumido. El importante ahorro energtico que consigue la Bomba de Calor en su funcionamiento como calefactor, es lo que ha determinado su actual auge, realmente puesto de manifiesto en la gran proliferacin de instalaciones de esta mquina trmica en la Europa Comunitaria y EE.UU., en estos ltimos aos. Dado que el objetivo fundamental es ahorrar energa, muchos fabricantes europeos han desarrollado mquinas trmicas que funcionan solamente como calefactoras, esmerndose durante su diseo y desarrollo en conseguir, para este menester, unos rendimientos energticos ptimos. Al igual que hemos llamado mquina frigorfica al aparato que efecta exclusivamente el ciclo frigorfico, deberamos llamar algo as como mquina calorfica al aparato que efecta solamente el ciclo de calefaccin. No obstante, a nivel general se est dando la denominacin de Bomba de Calor a secas a toda mquina que efecta el ciclo de calefaccin con un determinado ahorro energtico. Esta Bomba de Calor puede ser: Reversible: Si adems de producir calor en invierno, est capacitada para invertir el ciclo, convirtiendo su condensador en evaporador y viceversa, en verano. Irreversible: Si slo acta como calefactora. Hemos llegado pues, a plantear una primera y muy ambigua clasificacin de Bombas de Calor, segn sus posibilidades funcionales. An cuando existen diversas referencias posibles para efectuar clasificaciones de Bombas de Calor, la ms usual y la que prcticamente ha determinado la tipologa de esta mquina trmica, es la que se hace en funcin de los medios emisores y receptores de energa calorfica. Los hay metlicos, de plstico y de caucho. De acuerdo con su diseo, pueden instalarse en patios, terrazas, tejados, etc., de forma superpuesta o integrada; pueden servir como tapia o verja de cerramiento, como suelo, cubierta, etc. La utilizacin de estos elementos, presenta connotaciones similares, a las del uso de la energa solar, es decir: Instalacin costosa. Disponibilidad de energa imprevisible y variable. Se encuentra en perodo de investigacin. La eficacia de intercambio depende de la velocidad del viento existente. Algunos tipos de absorbedores, se disponen en bateras y se les incorpora un sistema de conveccin forzada de aire. 2.2. MEDIOS RECEPTORES As como para el foco fro, es frecuente la utilizacin de fuentes diversas, para el medio receptor o foco caliente, se recurre fundamentalmente a dos: el aire y el agua. Otros fluidos distintos, slo se utilizan en contados procesos industriales. El foco caliente debe estar a la temperatura ms baja que sea posible, con objeto de optimizar el C.O.P. 2.2.1. Aire El aire se aprovecha fundamentalmente en calefacciones de locales. En este caso, el condensador de la Bomba de Calor calienta el aire que aspira de los recintos a ambientar y lo impulsa a los locales mediante una red de conductos. Debido a que en calefaccin es preciso trabajar a baja temperatura, se requieren grandes caudales de aire y, por tanto, potentes ventiladores y estudiadas secciones de conductos, para evitar ruidos. Las instalaciones de calefaccin por aire, permiten fcilmente la utilizacin de los conductos para distribuir aire fro en verano. Si contamos con una Bomba de Calor reversible, bastan tan slo invertir el sentido de circulacin del fluido refrigerante. 2.2.2. Agua En este caso, por las magnficas caractersticas calorficas del agua, se puede trabajar con caudales reducidos y pocas prdidas. Como pueden conseguirse mayores eficiencias de intercambio, se permiten temperaturas de condensacin ms bajas, con lo que se mejora la eficacin de funcionamiento. El destino ms usual del agua como foco caliente, es el de calefaccin por agua centralizada y preparacin de agua caliente sanitaria. 3. TIPOS DE BOMBAS DE CALOR 3.1. POR LOS MEDIOS EMISORES Y RECEPTORES DE CALOR Las Bombas de Calor se clasifican en funcin de los medios que utilizan en su proceso termodinmico, siendo factible cualquier combinacin, que con los mismos pueda efectuarse. La primera palabra corresponde a la fuente o medio del que se absorbe calor y la segunda a la del medio receptor o sumidero de calor. 3.1.1. Aire-Aire Es el tipo de mayor difusin hoy en da. El evaporador toma calor del aire exterior y el condensador cede el calor al medio a calefactar, generalmente el aire de un local. Es una Bomba de Calor muy adecuada para su uso en calefaccin. 3.1.2. Agua-Aire El evaporador toma el calor del agua, que puede ser de procedencia diversa, como vimos anteriormente, y el condensador lo cede al aire ambiente. La uniformidad general de la temperatura del foco fro, contribuye a mejorar el COP respecto al del tipo aire/ aire. 3.1.3. Aire-Agua El evaporador toma calor del aire exterior y el condensador lo cede al agua que circula por el mismo. Es un sistema muy adecuado para edificios donde el sistema de calefaccin sea por radiadores de agua caliente. Tambin se utiliza para la produccin de agua caliente sanitaria y calentamiento de agua de piscinas. 3.1.4. Agua-Agua El calor se toma de una masa de agua que pasa por el evaporador y se cede a otra que circula por el condensador. Disponiendo de agua en abundancia como foco fro es factible aplicarla a los usos indicados para las de aire-agua, generalmente con una mayor eficacia funcional. Este tipo de Bombas de Calor es el que tiene mayor ndice de aplicabilidad en procesos industriales. 3.1.5. Tierra-Aire y Tierra-Agua El calor del terreno como foco fro, se puede aprovechar enterrando directamente el evaporador (intercambio terreno-fren) o bien interponiendo entre el terreno y el evaporador un circuito cerrado de agua glicolada (intercambio terreno/agua/fren). En este segundo caso que es en la prctica el ms utilizado, realmente se trata de una Bomba de Calor, agua-aire o agua-agua. 3.2. TIPOS DE BOMBA DE CALOR EN FUNCIN DE SU EJECUCIN Pueden ser del tipo compacto o partido. La versin compacta integra todos los componentes dentro de una carcasa. La versin partida o split consta de dos unidades separadas; evaporador y compresor por un lado y el condensador por otro. Ambas unidades van conectadas por tuberas aisladas por las que circula el fluido frigorgeno. Se utiliza fundamentalmente en tipos aire-aire o aire-agua, pues el sistema permite instalar la primera unidad fuera del local a calefactar evitndose ruidos. 4. APLICACIONES DE LA BOMBA DE CALOR La Bomba de Calor tiene aplicacin en todos aquellos procesos en que siendo necesario dotar a un medio dado de un determinado nivel trmico o temperatura, existe el recurso de aprovechar energa degradada existente en otro medio a una temperatura ms baja. El ndice de aplicabilidad, depende fundamentalmente de los siguientes factores: a) Temperatura del foco fro: Debe ser lo ms cercana posible a la del medio a calentar. b) Viabilidad del medio La aplicabilidad es tanto mayor cuanto ms fcil y econmico sea el aprovechamiento del contenido energtico del foco fro. c) Disponibilidad del medio El medio debe ser lo ms abundante e inalterable posible. d) Coste del medio El coste del medio debe ser nulo o muy bajo para que su aprovechamiento sea rentable. Las aplicaciones ms interesantes de la Bomba de Calor son: Calefaccin. Calentamiento de agua. Climatizacin y recuperacin de calor. Aplicaciones industriales. Los tres primeros conceptos, son aplicables preferentemente a los sectores domsticos, terciario y servicio. La recuperacin de calor encaja fundamentalmente en los sectores terciario y servicios. E1 sector industrial, por la diversidad de posibilidades, requiere un tratamiento especial. 4.1. CALEFACCIN La ms frecuente utilizacin de la Bomba de Calor, es aquella en que acta sustituyendo o complementando la funcin de una caldera de calefaccin. Prcticamente todos los tipos de Bombas de Calor, se pueden utilizar para esta aplicacin. 4.1.1. Calefaccin por aire 4.1.1.1. Calefaccin mediante Bombas de Calor AireAire Dado que el aire tiene una disponibilidad universal, el coste relativamente bajo de las instalaciones de emisin calorfica por conductos de aire y la posibilidad de proporcionar fcilmente refrigeracin, este tipo de Bombas de Calor es el ms utilizado para esta aplicacin. El evaporador de la mquina debe estar en contacto con el aire exterior, del cual extraer el calor y el condensador estar comunicado con el interior, al que ceder el calor que ser distribuido por una serie de conductos ramificados hasta todas las dependencias a calefactar. Estos equipos requieren el movimiento de importantes volmenes de aire. El caudal primario o exterior suele ser de alrededor de 3 veces el que circula por el condensador de la Bomba de Calor. El nmero de renovaciones/ hora aconsejables debe ser de 3 a 6. Para calentar una vivienda media, de 100 m2 de superficie a calefactar, se necesita de 800 a 1.600 m3/h de aire de circulacin y unos 3.000 m3/h de aire exterior. Estos caudales elevados, requieren ser movidos por potentes ventiladores generalmente del tipo axial y centrfugo, sobre todo en la batera exterior, para reducir al mximo el nivel de ruido. Como el foco fro es el aire exterior, medio de temperatura muy variable, en previsin de los das de crudeza invernal, se suele dotar a estas instalaciones, de resistencias elctricas de apoyo. Cuando la temperatura del aire se encuentra por debajo de los 5 C, con dependencia de la humedad relativa del momento, comienza a presentarse la formacin de escarcha en las aletas del evaporador, con lo que se modifican y deterioran las condiciones de intercambio entre el aire y el fluido frigorgeno. Es por ello que este tipo de bombas y todas las que tengan el aire exterior como fluido primario, deben estar dotadas de un dispositivo antiescarcha. Los dispositivos empleados generalmente para este menester, son dos: La utilizacin de resistencias elctricas que se activan por debajo de una temperatura determinada. La inversin del ciclo, durante breve tiempo. Cuando un presostato diferencial, detecta una cada de presin anmala y debidamente cuantificada, en la lnea del evaporador. Durante los momentos en que la mquina funciona con el ciclo invertido, es preciso conectar una batera de resistencias elctricas que eviten el efecto desagradable de que por los difusores de aire salga aire fro. La batera elctrica debe dimensionarse para asegurar la misma temperatura de impulsin, a la temperatura de clculo de la carga trmica del edificio. Los rendimientos energticos que se alcanzan con este tipo de bombas suelen ser discretos (COP 2 a 3) y dependen fundamentalmente de la zona climtica de la instalacin. Este tipo de bombas pueden instalarse en versiones compactas o partidas. Las primeras son ms fciles de instalar y las segundas cuentan con la ventaja de que el nivel de ruido dentro de la vivienda es ms reducido. La gama de Bombas de Calor Aire-Aire abarcan desde pequeas unidades compactas para instalar en muros exteriores y ventanas, de 2.000 a 3.000 Kcal/h que son suficientes para acondicionar habitaciones y pequeos locales, hasta unidades de 50.000 a 60.000 Kcal/h., adecuadas para grandes viviendas y locales destinados al comercio. 4.1.1.2. Calefaccin mediante Bombas de Calor Agua-Aire La utilizacin de aguas ya sean superficiales o subterrneas, proporciona una diferencia sustancial respecto a las tipo anterior, desde el punto de vista de su funcionalidad, y es que la temperatura del foco fro es prcticamente constante. En este caso ya no son necesarias las resistencias del apoyo, ni obviamente los dispositivos de inversin del ciclo para el desecarche. El funcionamiento se simplifica y se mejoran los rendimientos energticos. Claro est que existe la necesidad de disponer de un determinado caudal de agua para cubrir la demanda energtica. En una vivienda unifamiliar de unos 150 m2 seran necesarios caudales de 2,5 a 3 m3/h. Sus rendimientos energticos son normalmente superiores a los del tipo aire-aire (COP de 2,5 a 4). Es importante incluir en el COP el consumo energtico de la bomba de aspiracin del agua, y a la hora de establecer el balance econmico contar con los costes del sondeo. La captacin de aguas ha de realizarse con dos sondeos; uno de aspiracin y otro de revertido, situados a una distancia prudencial, y disponiendo los pozos de forma que la direccin de la corriente fretica coincida con la del de aspiracin-revertido. 4.1.2. Calefaccin por agua 4.1.2.1. Calefaccin mediante Bomba de Calor Aire/ Agua La Bomba de Calor extrae el calor del aire exterior y lo transporta a los locales a travs de un circuito de agua. La mquina debe trabajar con temperaturas de ida de calefaccin mientras ms bajas mejor. Temperaturas ideales seran de los 35 a 45 C y las mximas del orden de las 55 C. En general, se pueden presentar dos casos: a) Instalaciones ya efectuadas a las que se las quiere dotar de un sistema de ahorro de energa con Bomba de Calor aire/agua En este caso es preciso conocer las condiciones de aislamiento del edificio y su carga trmica, adems de la capacidad de emisin de los radiadores. Si se pretende cubrir la totalidad de la demanda trmica con Bomba de Calor, es muy probable que sea necesario ampliar la capacidad de emisin calorfica de la instalacin. Si no se modifican los emisores de calor, el equipo apropiado de Bomba de Calor est determinado por la capacidad de emisin, a la temperatura elegida a la salida del condensador de la mquina. El porcentaje de aportacin calorfica de la Bomba de Calor puede ampliarse en este caso, slo si se mejora el nivel de aislamiento del local a calefactar. En instalaciones de este tipo las alternativas son diversas, desde la utilizacin monovalente (interesante en zonas climticas de largo invierno no muy crudo), hasta una utilizacin bivalente con la caldera ya existente, con o sin modificacin de la capacidad de emisin. b) Nuevas instalaciones En este caso es aconsejable, en primer lugar, que el edificio tenga un alto grado de aislamiento trmico. Como la Bomba de Calor tiene mayor eficacia energtica cuanto ms baja sea la temperatura del condensador, es conveniente instalar emisores de gran eficacia a bajas temperaturas. Fundamentalmente se pueden utilizar tres sistemas de emisores: Suelo radiante: Consiste en instalar una serie de tuberas empotradas en el suelo, encima de una placa aislante, por las que que puede circular agua a 35 40 C con alto rendimiento de emisin y gran confort ambiental. Ventiloconvectores de agua (Fan-Coils); consisten en intercambiadores aire-agua en los que el aire es forzado por un ventilador y funcionan con buen rendimiento a temperaturas similares a las del suelo radiante. Radiadores de baja temperatura (Aluminio). Es factible utilizarlos, pero se necesita ms del doble de elementos para conseguir niveles de emisin similares a los que pueden dar un sistema de calefaccin tradicional 90/70 C. Tanto en este caso como en el anterior, es conveniente analizar la alternativa de instalar, un sistema en el que la Bomba de Calor se hiciese cargo de toda la demanda trmica (sistema monovalente) o bien un sistema en el que la mquina trmica trabajase con una caldera (sistema bivalente). Por ser el tipo de Bomba de Calor aire-agua, el que ms se presta a una instalacin bivalente, y siendo un sistema que se est instalando con mucha frecuencia en Europa, es interesante profundizar un poco en sus diversas posibilidades. 4.1.2.1.1. Calefaccin bivalente Se ha hecho mencin anteriormente de un sistema bivalente. Realmente en el caso de la Bomba de Calor aire-aire, que necesita apoyo elctrico en los das fros, se presenta una bivalencia, aunque el elemento de apoyo vaya acoplando o integrado en el aparato. La calefaccin bivalente tiene sentido en dos casos: Cuando el foco fro es el aire exterior y el clima presenta etapas de das muy rigurosos. En estos das el COP de la Bomba de Calor sera muy bajo y se hara un derroche de equipo adoptando un sistema monovalente. Cuando la disponibilidad energtica del foco fro es limitada y no puede abastecer la totalidad de la demanda trmica. Por ejemplo, cuando contamos con caudales limitados de aguas subterrneas y la carga trmica mxima de calefaccin, es superior a las posibilidades energticas de la fuente fra. De los dos casos, el primero es indudablemente el ms comn, pudiendo decirse del segundo que se presenta en casos muy contados. Las formas de funcionamiento de los sistemas bivalentes, pueden ser sustancialmente dos: Funcionamiento alternativo: Por encima de una temperatura exterior (temperatura bivalente), la Bomba de Calor suministrar ella sola las necesidades del calor y por debajo de esa temperatura la calefaccin correra a cargo exclusivamente de la caldera. La temperatura de conmutacin bivalente se elige entre 0 y 5 C generalmente de forma que se evite la formacin de escarcha. En la eleccin de esta temperatura si se trata de una vivienda ya instalada haba que tener en cuenta la capacidad de emisin de los radiadores, a la temperatura de salida del condensador. Los dos generadores de calor se conectan en paralelo mediante una vlvula de tres o cuatro vas. La regulacin de la temperatura del agua de calefaccin se realiza mediante sonda exterior. El funcionamiento de la caldera se reduce slo a los das u horas ms fras del ao durante los que acta con un buen rendimiento, mientras que la Bomba de Calor cubre las restantes necesidades con un buen COP estacional y que vienen a suponer, en funcin de la zona climatolgica, entre el 50 y el 75% de las necesidades de calefaccin. Funcionamiento paralelo: An cuando se sobrepase por debajo la temperatura bivalente, la Bomba de Calor continua funcionando conjuntamente con la caldera, la cual entrar en accin al alcanzarse la mencionada temperatura. La Bomba de Calor suministra agua precalentada a la caldera. La mquina trmica va conectada en serie con la caldera en la tubera de retorno de la instalacin de calefaccin. El COP estacional de la Bomba de Calor es inferior al correspondiente del funcionamiento alternativo, hace que se pueda cubrir entre el 80 y el 95 % de las necesidades de calefaccin. La adopcin de uno u otro sistema de calefaccin bivalente, depender de las condiciones particulares de cada instalacin. No obstante el ms utilizado es el sistema bivalente alternativo por las siguientes razones: Inversin ms reducida. Funcionamiento ms sencillo. Mayor duracin de la caldera. COP estacional alto. Mejor rendimiento de la caldera. Reduce inversiones de ciclos por escarcha. En las Figuras 4, 5 y 6 se representan esquemas de instalaciones de Bombas de Calor en rgimen monovalente y bivalente bajo sus dos formas. Una posibilidad muy interesante y ventajosa que presentan las Bombas de Calor de agua, como foco caliente, es su posible utilizacin para la preparacin de agua caliente sanitaria. En efecto, debido a la gran inercia trmica de los sistemas de calefaccin por agua caliente, es fcil dar prioridad a la funcin de calentamiento despus de un eventual consumo de agua, sin que se resientan las condiciones de confort ambiental durante ese breve plazo. En las figuras antes sealadas, puede observarse un sistema de calefaccin con A.C.S. En las Figuras 7 y 8 estn representadas grficamente los principios de utilizacin de la Bomba de Calor, tanto en rgimen bivalente alternativo como bivalente paralelo. En el diagrama A, se determina el punto de equilibrio o la temperatura bivalente, en el punto de interseccin entre, la recta de necesidades calorficas del edificio y la curva caracterstica de potencia de la Bomba de Calor. El diagrama B representa una distribucin tpica de frecuencia de horas y su correspondiente temperatura, en una temporada invernal. Generalmente el nmero de horas por debajo de tb representa un bajo porcentaje. El diagrama C, que podra ser el producto de los dos diagramas anteriores, representa la aportacin energtica de cada uno de los generadores de calor. Se representa en abscisa la relacin entre das de calefaccin y el total de das de la temporada y en ordenadas, las necesidades calorficas de los das de calefaccin en relacin con la demanda trmica mxima calculada. Se puede observar la diferencia de porcentajes de aportacin que puede proporcionar una y otra forma de bivalencia. 4.1.2.2. Calefaccin mediante Bomba de Calor Agua-Agua Se puede decir lo mismo que en el caso de bombas agua-aire, en cuanto a las particularidades del foco fro. No obstante, existen algunas diferencias entre ambos tipos en cuanto a sus posibilidades respecto al foco caliente. Las del tipo agua-aire reversibles pueden proporcionar refrigeracin en verano. Las agua-agua reversibles, precisan de sistemas de emisin por convectores para dar el mismo servicio. Las del tipo agua-agua pueden suministrar agua caliente sanitaria, funcin que es incapaz de realizar la del tipo agua-aire. 4.1.2.3. Calefaccin mediante Bombas de Calor Tierra-Agua La complejidad de este tipo de instalaciones, requiere unos costes de inversin elevados. Su utilizacin es interesante en zonas con temperaturas exteriores muy rigurosas, que limitan el funcionamiento de equipos que utilizan el aire como foco fro, y no existe posibilidad de aprovechamiento de aguas superficiales o subterrneas. El calor extrado del terreno es transmitido, en casi todos los casos, a la Bomba de Calor, a travs de un circuito del agua glicolada que circula por una tubera enterrada a una profundidad superior a 1 m. (de 1 a 2 m.). La potencia calorfica del terreno por unidad de superficie es de alrededor de 30 W/ m2. En una vivienda de 150 m2 con una demanda trmica de clculo de 15.000 Kcal/ h. se necesita una red de tuberas que ocuparan alrededor de 600 m2 de jardn para cubrir las necesidades de calefaccin. Estas amplias superficies pueden reducirse a la mitad enterrando dos redes de tubos a distintas profundidades (distancia entre ambas, superiores a 0,5 m.). Como es lgico, tambin se puede utilizar para calefaccin por aire, el tipo tierra-aire sobre el cual se podra abundar en lo dicho anteriormente para el tipo agua-aire. 4.2. CALENTAMIENTO DE AGUA La produccin de agua caliente sanitaria, puede estar encomendada a una Bomba de Calor de las del tipo aire-agua, agua-agua o tierra-agua. En prcticamente todas las instalaciones de calentamiento de agua sanitaria es preciso disponer de un tanque de almacenamiento, cuya capacidad vendr determinada por el consumo diario y sobre todo por la variacin de la demanda de agua a lo largo del da. Se debe de dimensionar el equipo de forma que la Bomba de Calor funcione en el caso ms desfavorable el mayor tiempo posible del da. Esto quiere decir que si por ejemplo queremos calentar agua con una Bomba aire-agua, la capacidad de la mquina trmica debe ser tal que con la temperatura media del mes de Enero se estime un tiempo de funcionamiento de alrededor de 18 horas, para que en das ms crudos la Bomba de Calor pueda aportar la totalidad de la demanda de agua caliente. Salvo en casos muy concretos en que se conocen los consumos de agua caliente, estos hay que estimarlos. En caso de saberse cul es el gasto diario, es fundamental conocer cul es su temperatura media de produccin. La estimacin de consumo y su distribucin diaria, est basada en diversas circunstancias que inciden en la instalacin. Hay que tener en cuenta, por ejemplo, el nmero de personas, el status social, las costumbres personales, si se trata de viviendas fin de semana o de vacaciones o permanente, etc. Un equipo de calentamiento de agua, puede estar compuesto por los siguientes elementos: Bomba de calor de condensador por agua. Intercambiador de calor (agua de circuito cerrado del condensador con agua sanitaria). Acumulador de agua caliente aislado trmicamente. En instalaciones pequeas el intercambiador se puede integrar en el acumulador, formando lo que se llama un interacumulador. En las Figuras 9 y 10 puede apreciarse ejemplos de esquemas de instalaciones de agua caliente sanitaria, con intercambiador y con interacumulador. Es conveniente dotar a las instalaciones medianas y grandes, de circuito de retorno, las tuberas del cual, deben estar perfectamente aisladas. La temperatura mxima de almacenamiento en el tanque acumulador es de 55 C. Generalmente se adopta una temperatura de acumulacin de 50 C, suficiente para cumplir la misin de limpieza y aseo personal. En la actualidad se estn comercializando, termos de agua caliente, dotados de pequeas Bombas de Calor. Su consumo oscila entre los 500 a 800 W y pueden producir diariamente unos 700 a 800 litros a 50 C. El tanque de acumulacin suele ser de 200 a 300 litros. Son aparatos listos para conectarlos en el interior de la vivienda como un electrodomstico ms, ya sea en la bodega, la cocina, el lavadero, etc. Por otro lado se estn desarrollando sistemas que utilizan el calor contenido en las aguas residuales de los edificios para la produccin de A.C.S. 4.3. CLIMATIZACIN Y RECUPERACIN DE CALOR Las aportaciones internas de calor que se generan, por ejemplo, en los edificios de gran afluencia pblica, en general bastante considerables, y la necesidad de mantener unas condiciones de temperaturas constantes, hacen interesante la utilizacin de equipos de climatizacin basados en el principio de la Bomba de Calor. En grandes edificios de actividades pblicas, como Oficinas, Grandes Almacenes, Bancos, etc., con diferentes grados de ocupacin y exposicin solar suelen existir simultneamente zonas con necesidades de calor y de fro. En estos casos la Bomba de Calor suministra ambas necesidades con el apoyo, en perodos extremos, de calderas, torres de refrigeracin, depsitos de acumulacin de energa, aguas subterrneas o de superficie, etc. La Bomba de Calor se utiliza aqu para transferir calor de zonas excedentarias (con necesidades de refrigeracin) a otras deficitarias (con necesidades de calefaccin). En instalaciones grandes, centralizadas, se utilizan equipos de gran potencia, en general del tipo agua-agua. En pequeos locales de oficinas, comercios, restaurantes, etc., se utilizan preferentemente equipos aire-aire que permiten su aplicacin en calefaccin y refrigeracin. Otro sistema de transferencia de calor, utilizable en edificios que posean diversos locales dedicados a distintas actividades, es el que utiliza muchas y pequeas Bombas de Calor conectadas a un circuito de agua. En los locales que necesiten refrigeracin, las Bombas de Calor evacuan al circuito de agua el calor excedentario y viceversa. De esta forma cuando existen necesidades simultneas de refrigeracin y calefaccin, el calor es transferido de una zona a otra mediante el circuito de agua. En funcin de la disponibilidad de sta, el circuito puede ser cerrado o abierto. En caso de circuito cerrado, si el edificio es excedentario en calor, ste es evacuado mediante una torre de refrigeracin y si es deficitario la energa calorfica complementaria ha de aportarla una caldera. Si se dispone de una fuente abundante de agua subterrnea o superficial, sta puede ser utilizada en circuito abierto para aportar o evacuar el calor necesario. Otra posible utilizacin, sta ideal, de la Bomba de Calor, es en climatizaciones de piscinas cubiertas, donde son constantemente necesarias las renovaciones de aire y la calefaccin para mantener las condiciones interiores adecuadas y para que no se formen condensaciones en los cerramientos. Se puede emplear una Bomba de Calor aire-aire, en la que el evaporador enfra y deshumecta el aire que se lanza al exterior, recuperando esta energa el condensador, que la cede al aire que se inyecta desde el exterior (vase Figura 11). Cuando la piscina est ocupada la Bomba de Calor funciona como un sistema exclusivo de deshumectacin. La utilizacin de Bombas de Calor para este ltimo cometido, puede hacer reducir considerablemente (de 2 a 3 veces) el caudal de ventilacin necesario, obtenindose importantes ahorros de energa. 4.4. APLICACIONES INDUSTRIALES Todas las aplicaciones anteriores de la Bomba de Calor puede utilizarse en la industria, pues lo normal es que cualquier fbrica necesite calefaccin o climatizacin y agua caliente sanitaria en algunas de sus dependencias. Pero adems de stot la Bomba de Calor permite importantes ahorros de energa en procesos industriales. La casustica de aplicacin es tan variada y las magnitudes energticas que entran en juego en el sector son tan enormes que se necesitan mquinas que, en primer lugar puedan desarrollar grandes potencias unitarias, en segundo lugar proporcionen temperaturas ms altas que las aplicadas a los dems sectores y por ltimo que, en beneficio de una ptima rentabilidad, su funcionamiento sea de gran numero de horas/ ao. Algunos fabricantes han desarrollado una gama de Bombas de Calor, del tipo agua-agua, de grandes potencias y alta temperatura. Se puede justificar la utilizacin de Bombas de Calor en el sector industrial, cuando exista una fuente de calor gratuta, cuya energa degradada se perdera, si no se recuperase mediante una Bomba de Calor que tuviese un COP elevado. Los COPS para Bombas de Calor en la industria, deben ser altos para justificar que su utilizacin es ms rentable que quemar gasleo en una caldera. Est admitido que en la generacin de energa elctrica el rendimiento del proceso de produccin es del 34%,, y que las prdidas debidas a la distribucin y transporte hasta el punto de consumo, suponen un 10%. Por otro lado si quemamos en una caldera tradicional el equivalente a una terma de energa fsil, el proceso no permite obtener ms de 700 Kcal., es decir, su rendimiento es del 70 %. El COP mnimo admisible o umbral de rentabilidad ser: COP x Rendimiento proceso elctrico Rendimiento caldera clsica. COP mnimo x 0,34 x 0,90 = 0,7 COP mnimo = 0,7 / 0,34 x 0,90 = 2,29 Est establecido que un COP rentable en aplicaciones industriales, ha de ser superior a 3,5 debido a que es preciso amortizar en pocos aos unos equipos de alto coste. Se puede dar un repaso a las posibilidades de aplicacin de la Bomba de Calor en los diversos subsectores industriales: Sector siderometalrgico Proceso de tratamiento de chapas. Galvanizado Desengrase Lavado Procesos de pintura. Sector qumico Calefacciones y calentamientos a baja y media temperatura. Sector textil Preparacin de tintes a medias temperaturas. Secado de hilos y paos. Sector alimentario Coccin de conservas " Azucareras Preparacin de pescados Lavados a baja temperatura Pasteurizacin a 66 C, as como procesos de evaporacin y concentracin de lcteos. Esterilizacin a 110 C. Sector papel y madera Secado de madera y su pulpa Evaporacin Calefaccin En todas estas posibilidades de utilizacin de la Bomba de Calor, la diferencia de temperatura entre foco caliente y fro no debe ser superior a 40 C. Una de las aplicaciones ms ventajosas de la Bomba de Calor en la industria, es el proceso de secado. Se impulsa en el local aire caliente y seco, que absorber humedad del producto a secar. Este aire hmedo se hace pasar por el evaporador de la mquina trmica donde se enfra y deshumidifica. Una vez seco se pasa por el condensador y se reintegra de nuevo al local (Figura 12). 5. CRITERIOS DE ELECCIN Y DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE CALEFACCIN Y ACS DE BOMBAS DE CALOR En ste y siguientes apartados, nos referiremos a las dos aplicaciones ms comunes de la Bomba de Calor, Calefaccin y Agua Caliente Sanitaria. CENTRALES HIDROELCTRICAS DE ACUMULACIN POR BOMBEO 1. GENERALIDADES Una de las caractersticas propias de la energa elctrica, es la de no ser posible su almacenamiento en cantidades importantes. Ciertamente que existen sistemas de acumulacin, pero las cantidades que pueden almacenarse son muy reducidas por razones prcticas. Por otra parte el consumo de energa elctrica en cada momento, es muy variable dependiendo de la voluntad de los abonados. Como es lgico el consumo industrial es funcin de los horarios laborales y del plan de trabajo de la industria y el consumo en el alumbrado pblico y domstico de las horas diurnas y nocturnas, as como de los perodos de descanso. En la actualidad no es concebible el que en un instante dado en que un usuario precise hacer uso de la energa elctrica, se encuentre con que no tiene suministro y en consecuencia las compaas elctricas tienen que estar dispuestas a en todo momento poder satisfacer las demandas solicitadas, pero como es imposible almacenar los excesos de produccin respecto de la demanda, deben estar organizadas de modo que el suministro se ajuste lo ms posible a la demanda, lo que es siempre factible mediante instalaciones adecuadas. Sabido es que se denomina curva de carga, a la representacin grfica de la potencia demandada por los usuarios en cada instante. Esa grfica se suele representar para 24 horas o para toda una semana. La curva de carga de un da cualquiera laborable, tanto en Espaa como en cualquier otro pas, y tanto para una sola Empresa distribuidora como para el conjunto nacional suele presentar dos mximas que se denominan puntas y dos mnimas, el mnimo ms profundo que suele corresponder a las horas nocturnas se denomina valle el otro mnimo que suele presentarse a las horas del medioda, no suele ser tan reducido y corresponde a horas llenas o llanas. La curva de carga semanal es una reproduccin de las curvas de los das laborables con muy ligeras diferencias y se complementa con la del domingo y a veces con la del sbado de configuracin intermedia entre la de los restantes das de la semana y la del domingo. La curva de carga del Domingo, no presenta puntas tan acusadas como la de los das laborables. A lo largo de un ao no todas las puntas ni los valles de las curvas, tanto de das laborables como festivos, tienen los mismos valores. Las estaciones del ao motivan diferencias importantes. Tampoco todas las curvas de carga de los das laborables de una semana son iguales. Muchas industrias planifican su trabajo semanal de modo que los primeros das de la semana se ocupan de la preparacin del trabajo a desarrollar, lo que da lugar a que los Martes se consuma ms energa que los Lunes y los Mircoles ms que los Martes. En cambio al ir finalizando la semana se va recogiendo trabajo ya realizado y en consecuencia los Viernes se suele consumir menos energa que los Mircoles. Por eso internacionalmente se suele tomar como caracterstica del mximo consumo de cada mes, el del tercer Mircoles y como mximo consumo del ao el del tercer Mircoles de Diciembre, dado que en circunstancias normales el consumo de energa elctrica aumenta de un ao a otro y a lo largo del ao. Obviamente no se tom el cuarto Mircoles de Diciembre, por coincidir normalmente con el perodo navideo y por uniformidad en el suministro de datos, se extiende el tercer Mircoles a todos los restantes meses. En la Figura n 1 se representa a ttulo de ejemplo, la curva de carga de una empresa espaola de una determinada semana. Las centrales hidroelctricas denominadas de agua fluyente, slo son capaces de suministrar energa cuando el ro lleva agua, y la energa suministrada depende del caudal del ro. Las centrales trmicas, tanto convencionales como nucleares, pueden suministrar tanta energa como permita la potencia de sus alternadores en cualquier momento, pero su maquinaria consiste en una turbina, que acciona al alternador, movida por el vapor de agua producido en una caldera. Para que la caldera llegue a producir el vapor de agua, es necesario previamente encender el hogar y que transcurran varias horas, antes de que el agua de la caldera se transforme en vapor. En consecuencia es preciso iniciar la operacin horas antes de que la demanda se produzca. Pero tampoco son centrales capaces de funcionar a potencias por debajo de un porcentaje de la total de cada grupo, que es el denominado mnimo tcnico, es decir cuando la potencia mxima demandada es inferior a la suma de los mnimos tcnicos de las centrales de un sistema, se deben dejar fuera de servicio uno o varios de los grupos trmicos, que hay que volver a encender para el suministro en las horas de punta. Es decir, si la Empresa a la que corresponde la curva de carga semanal slo tuviera centrales trmicas con potencia total de 2.684 MW, a las 9 de la maana del lunes representado, tendra funcionando todas sus centrales casi a la mxima potencia, pero a las 24 horas del mismo lunes tendra que haber dejado fuera de servicio la mitad de sus centrales, para que a las 9 de la maana del da siguiente volvieran a estar funcionando, desperdicindose todo el combustible utilizado en calentar las calderas hasta la produccin del vapor necesario. Una operacin como la descrita es antieconmica. Cuando se pone en marcha una central trmica convencional, o uno de sus varios grupos, debe ser para que funcione ininterrumpidamente durante un perodo bastante ms largo, por lo menos una semana, pero a veces varios meses. En cambio, las centrales hidroelctricas con embalse regulador, son de respuesta inmediata, siempre que en el embalse exista agua, es suficiente abrir el regulador de las turbinas, para que al cabo de pocos segundos se produzca la energa elctrica correspondiente a la potencia determinada por el caudal que en ese momento incide en la turbina y el salto que se produzca. Por esa razn en todo sistema elctrico deben existir un cierto nmero de centrales hidroelctricas que son muy adecuadas para cubrir las puntas de la curva de carga. Por otra parte en todo sistema elctrico existe una potencia de reserva dispuesta para substituir a una central o a un grupo que presente una avera, o que por cualquier causa quede fuera de servicio, y como la paralizacin puede ser no programada es decir que se presente de forma imprevista e inoportunamente y como no es admisible que en tanto se caliente un grupo trmico, abonados queden sin servicio, la central de reserva, si es trmica, tiene que estar ya calentada lo que representa tambin un despilfarro de combustible, mientras que una hidroelctrica siempre est dispuesta a suministrar energa, casi de forma automtica, en el momento en que se necesite. La tendencia a que cada vez los grupos generadores de las centrales trmicas sean de potencias ms elevadas por razones econmicas, y la aparicin de centrales nucleares con grupos de potencias an mayores, agrava este ltimo problema, y sabido es que el famoso apagn de Nueva York, que se atribuy en un principio a un ataque de habitantes de otros mundos, y otros grandes apagones posteriores, se debieron a una imprevista avera de un grupo trmico importante, que desequilibr la red de interconexin, arrastrando disparos sucesivos de las restantes centrales del sistema. Hasta hace pocos aos en Espaa la produccin de las centrales hidroelctricas era superior a la de las centrales trmicas, pero aunque an estamos lejos de tener agotados nuestros recursos hidroelctricos, cada vez el porcentaje de produccin hidroelctrica es y ser menor. En estas condiciones, y en especial teniendo en cuenta que una central nuclear debe estar funcionando de forma continua y al mximo posible de su potencia el mayor tiempo que se pueda, en las horas de valle sobra energa elctrica, que no encuentra mercado para absorberlo y no puede almacenarse. Pero s existen medios de almacenar energa de forma distinta que la elctrica. Se puede utilizar la energa elctrica para elevar agua de un depsito inferior a otro superior mediante bombeo y ese agua al dejarla caer desde el depsito superior puede transformarse en energa elctrica, lo que constituye una central hidroelctrica de acumulacin por bombeo, apta para suministrar la energa en horas punta. Claro que tambin existen otros mtodos de utilizar esa energa elctrica sobrante y mas adelante se realizar un simple repaso sobre ellos. Tras estas generalidades a continuacin se profundiza ms en los conceptos expuestos sin pretender estudiarlos exhaustivamente. 2. CURVAS DE CARGA DE UN SISTEMA La Figura n 2, representa la curva de carga de un da de la misma Empresa de la que se representa la curva de carga semanal de la Figura n 1, precisamente la del mircoles de esa misma semana. En el eje de abscisas, se reflejan las distintas horas del da a las que corresponde la potencia demandada en cada instante que mide, la ordenada de ese instante valorada, en el caso de la figura en MW. El rea limitada por la curva y los ejes de abscisas ordenadas extremas, representa por consiguiente la energa suministrada valorada en MWh. Suponiendo que la potencia total del sistema, suma de las potencias de todas las centrales, sea 3.500 MW, se representa por la horizontal de ordenada 3.500. De la figura se deducen ciertos valores correspondientes a otros tantos conceptos. 2.1. POTENCIA DE BASE DEMANDADA Es el nivel mnimo de la potencia demandada durante el periodo considerado, o lo que es igual, la ordenada del valle ms profundo, en el caso representado en la Figura n 2, 1.235 MW, en la Figura n 1 ser 996 MW. En ambas figuras se representa por la Cota M. Naturalmente que los trasvases, como obras correctoras de la irregularidad de la distribucin en el espacio, contribuyen tambin a la modificacin del cuadro de las disponibilidades. En relacin con las obras de regulacin superficiales, o embalses, hemos de decir que vienen realizndose en Espaa desde el tiempo de los romanos. La capacidad actual de nuestros embalses actualmente en explotacin, puede cifrarse en nmeros redondos, en unos 42 Km3. Cuando se terminen los que actualmente estn en construccin, en proyecto, o en estudio, podrn alcanzarse los 72 Km3. El Cuadro n 3 es un cuadro resumen de la capacidad de los embalses, segn las diferentes cuencas, en el que se dan tambin unos totales de donde hemos tomado las cifras indicadas. Es de hacer notar que la mayor parte de la capacidad de embalse conseguida corresponde a la ejecucin de obras hidrulicas durante los ltimos 40 aos. El Cuadro n 4, se refiere a la evolucin de la capacidad de los embalses y del volumen de agua embalsada a fin de cada ao durante el perodo 1939-1980. Cabe destacar que en el ao 1939, es decir, desde el origen de los tiempos hasta esa fecha, Espaa haba conseguido poco ms de 3 Km3 de capacidad de embalse con sus obras construidas. En 1980, es decir, en un perodo de unos 40 aos aquella capacidad pasaba a evaluarse en unos 42 Km3, es decir, se multiplicaba por 14. El Cuadro n 2 a que antes nos referimos nos daba los recursos naturales de Espaa, con un total de 110 Km3 para la Espaa peninsular. Sin obra alguna de regulacin slo el 9% de esa cifra, o sea, unos 10 Km3 son los recursos disponibles. Las obras hidrulicas realizadas han conseguido que ese coeficiente natural de disponibilidad del 9%, se eleve, en promedio, para nuestro pas, al 41%. El Cuadro n 5 nos da las disponibilidades hdricas espaolas, por cuencas, y sus valores per Cpita. Como totales obtenemos para la Espaa peninsular 45 Km3 como evaluacin de las disponibilidades, cifra que representa el 41% de los 110 Km3 de recursos potenciales. La media peninsular per Cpita de la Espaa peninsular resulta ser de 1.360 m3 por habitante y ao. La labor del Centro de Estudios Hidrogrficos en cuanto se refiere a la presentacin de datos de recursos, disponibilidades y necesidades supone que Espaa ha dado cumplimiento al punto sptimo de la Carta del Agua, con anterioridad a su promulgacin. Ese punto dice: Punto 7.Los recursos hdricos deben inventariarse. Dicho Centro ha confeccionado el inventario detallado de recursos hidrulicos y la estimacin de las demandas para usos consuntivos. Ello ha permitido establecer los balances hidrulicos correspondientes en las diferentes cuencas hidrogrficas. Los resultados obtenidos pueden resumirse as: Datos hdricos Recursos totales: 110 Km3. Recursos superficiales: 106 Km3. Recursos subterrneos: 4 Km3. (Escorrenta subterrnea que llega al mar). Recursos totales: 110 Km3. (=R) Situacin actual Capacidad de Embalse: 42 Km3. (38% deR). Disponibilidades: 45 Km3. (41% de R). Demandas o Consumos: 22 Km3. (50% de las disponibilidades). Situacin al ao 2000 Capacidad de Embalse: 70 Km3 (64% deR). Disponibilidades: 60 Km3. (55,Y0 de R). Demandas o Consumos: . . . 33 Km3. (56% de las disponibilidades). DISQUISICIN SOBRE LAS DISPONIBILIDADES HIDRULICAS EN ESPAA Conviene sealar aqu que los recursos hidrulicos totales de Espaa, nos referimos slo a la Espaa peninsular, son 110Km3 de los cuales 106 Km3 es el volumen de agua que nuestros ros vierten al mar. En tiempo de Numancia slo el 9 % de esta cifra eran los recursos disponibles, o sea unos 10 Km3. Hoy, gracias al gran esfuerzo del pas en los ltimos aos en Poltica Hidrulica, nuestro coeficiente de disponibilidad ha alcanzado el 41 %, de manera que nuestros recursos disponibles son del orden de 45 Km3. Francia por ejemplo, sin obra alguna de regulacin tiene el mismo coeficiente de disponibilidad, gracias a que sus ros no tienen el carcter torrencial de los espaoles. Este pas tiene unos recursos hidrulicos totales de 168 Km3, el 40 % de los cuales, o sea 68 Km3, sin obra humana alguna de regulacin, son disponibles. Y resulta la sorprendente consecuencia, habida cuenta desde luego de las respectivas densidades de poblacin, que los recursos de agua disponibles per cpita, son sensiblemente iguales para ambos pases, Io que es meritorio para Espaa, que ha tenido que hacer un gran esfuerzo para alcanzar ese 41% de disponibilidad que Francia recibi del Creador de modo gratuito. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LOS APROVECHAMIENTOS HIDROENERGETICOS El agua es un factor esencial para la produccin de energa elctrica. Pero interviene en las centrales de produccin, con dos misiones esencialmente distintas. La casi totalidad de la energa elctrica hoy producida en el mundo proviene de centrales hidroelctricas o de centrales trmicas, estas ltimas convencionales o nucleares. En las primeras, Ia misin del agua es esencialmente energticas, pues tales centrales hidroelctricas convierten en energa elctrica la energa potencial del agua debida a su altura. En las segundas, o sea en las trmicas, ya sean convencionales o nucleares, se convierte en energa elctrica la energa potencial del combustible utilizado. Pero precisan tambin de grandes cantidades de agua, que cumple en ellas misiones no primordiales pero s imprescindibles. Nos referimos al agua destinada a ser vaporizada en las calderas, en cantidades reducidas y de cierta pureza, y al agua de refrigeracin, en cantidades mayores, pero sin especiales requerimientos de calidad. POTENCIALES HIDROELCTRICOS Definimos y evaluamos los siguientes: Potencial Fluvial bruto: Es la energa elctrica potencial debida a la existencia de unas aportaciones de agua y unos desniveles topogrficos. Se evala mediante la integral FRMULA siendo V (I) la funcin que nos da la aportacin anual volumtrica en cada punto y h (I) la funcin que nos va dando las alturas o cotas del ro a lo largo de su recorrido. La longitud I se cuenta a partir del nacimiento del ro, cuya longitud total hasta su desembocadura es L. Este potencial fluvial bruto puede referirse a un solo curso de agua o bien a una cuenta, regin o nacin. superar la hidrulica, con un valor estimable en una vez y cuarto el valor de sta. ENERGA HIDROELCTRICA PRODUCIDA Ya dijimos ms arriba en la exposicin del epgrafe referente a potenciales hidroelctricos, que nuestra produccin total energtica actual de cualquier origen en nmeros redondos es de unos 100.000 Gwh. Nos referamos a la produccin y subsiguiente consumo en la red elctrica, y con la suposicin de que la aportacin hidroelctrica lo es en ao medio. La precisin de las producciones en el perodo 1939-1980 se da en el Cuadro n 9, en el cual puede apreciarse cmo en el ao 1939 la produccin era algo superior pero muy cercana a los 3.000 Gwh. Si se observa el ltimo quinquenio del cuadro se ver cmo se pasa de unos 90.000 Gwh en 1976 a unos 110.000 Gwh en 1980. La produccin de origen hidrulico oscil en este quinquenio desde unos 122.000 Gwh en 1976, a unos 47.000 Gwh en 1979, es decir, ms del doble. Teniendo en cuenta esto, se comprender por qu en aqul epgrafe hemos dado nosotros como produccin, o consumo energtico en la red elctrica, Ia cifra de 100.000 Gwh, al estimar, como ya hemos dicho, que nos referimos a la actualidad, y en ao medio. APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS Y SU TIPOLOGA Un aprovechamiento hidroelctrico consiste en sntesis en la conversin en energa elctrica, de la energa potencial del agua debida a su altura. La diferencia de nivel o altura, puede conseguirse de dos maneras: a) mediante una presa de derivacin y un canal, que al tener menos pendiente que el ro va ganando cota respecto a ste. El canal termina en una cmara de carga de donde descienden las tuberas que alimentan a la central donde se instala la maquinaria. A estos aprovechamientos se les ha llamado. con expresin ya demod,. de hilo de agua, como traduccin literal de la correspondiente denominacin francesa. b) Mediante una presa de embalse y una central adosada al pie de la misma. A estos aprovechamientos se les denomina de pie de presa. En cuanto al ente que ha de realizar su ejecucin podemos clasificar de un modo somero a los aprovechamientos hidroelctricos del siguiente modo: A) Aprovechamientos hidroelctricos del tipo a) o b) totalmente construidos y explotados por una Empresa Hidroelctrica privada. B) Aprovechamientos hidroelctricos del tipo b) en los que el Estado ha construido la presa de embalse y una Empresa Privada la Central elctrica, explotando esta ltima el aprovechamiento hidroelctrico de pie de presa. DISPOSICIONES LEGALES QUE HAN SIDO BSICAS PARA EL DESARROLLO HIDROELCTRICO EN ESPAA Dos disposiciones bsicas han constituido el instrumento legal para el desarrollo de la energa elctrica en Espaa: Servicio un plazo de treinta das durante el cual el peticionario presenta su Proyecto ante la Comisara de Aguas de que se trate, admitindose tambin por la Administracin otros proyectos que tengan el mismo objeto que la peticin anunciada o sean incompatibles con l. En tiempos pasados fue usual una prctica conocida en el argot concesional como la tctica del pez piloto. Consista esta prctica en que se solicitase la peticin no por la propia Sociedad interesada, sino por otra persona jurdica, que obraba de acuerdo con la primera. Se haca esto con objeto de minimizar la importancia del peticionario, evitando as una atencin preferente de los posibles competidores. Durante el perodo de competencias de Proyectos, la Sociedad autnticamente interesada presentaba el suyo, con todo lujo de detalles, ya que haba sido previamente estudiado sin premuras, mientras que el posible contrincante se encontraba en situacin desventajosa ante la tesitura de tener que realizar un Estudio y subsiguiente Proyecto durante el perenterio plazo de la competencia. Un siguiente trmite es la informacin pblica, a los efectos de que quienes se consideren afectados o perjudicados por el aprovechamiento que se solicita, puedan alegar lo que estimen necesario en relacin con sus posibles derechos. A continuacin se efectuar por el Ingeniero Encargado la confrontacin sobre el terreno de los Proyectos presentados, con el fin de la comprobacin de que los Estudios realizados y Planos levantados, son concordantes con la realidad del terreno y tienen viabilidad. Viene ya una fase de culminacin, previa a la resolucin del expediente, consistente en la emisin por el Servicio del correspondiente informe y subsiguiente propuesta de otorgamiento o denegacin de la concesin. Finalmente la Administracin resuelve el expediente mediante el otorgamiento en su caso de la concesin en cuestin, bien al solicitante inicial, bien a otro competidor concurrente, si se ha probado que su solucin es ms conveniente para el inters general. 2 . El Decreto de 18 de junio de 1943, por el que se regula la concesin de aprovechamientos de saltos de pie de presa y es por consiguente la normativa que se utiliza en el caso de los aprovechamientos del tipo B del epgrafe anterior. El mecanismo que se dicta comprende la presentacin de un anteproyecto previo y una licitacin que ha de versar sobre la mxima utilizacin de la energa de posible obtencin, el nmero mnimo de kilovatios-hora que se compromete a pagar el concesionario, y el precio del canon por kilovatio-hora. Despus de la aprobacin del anteproyecto el solicitante deber presentar el Proyecto de ejecucin. De la Energa concedida el Estado se reserva un determinado tanto por ciento que se fij en el anuncio del concurso. Justo es declarar aqu, aunque alguien pudiera creer lo contrario, que el procedimiento 1 es el que se ha seguido en nuestro pas para la inmensa mayora de la potencia instalada existente. APROVECHAMIENTOS TERMOELCTRICOS Los consideramos en las Consideraciones generales sobre los aprovechamientos hidroenergticos como hidroenergticos, porque precisan del uso del agua, con la salvedad de que en ellos se convierte en energa elctrica la energa de combustible utilizado, y no la energa potencial del agua, como sucede en el caso de lo que hemos llamado aprovechamientos hidroelctricos. La regulacin de sus instalaciones es competencia del Ministerio de Industria y Energa, pero la utilizacin del agua, en el caso de su ubicacin junto a un ro implica un otorgamiento concesional de aguas pblicas, por parte del MOPU, incluso en el caso del agua de enfriamiento con uso consuntivo nulo, o de escasa importancia. Este otorgamiento se rige, como en el caso de los aprovechamientos hidroelctricos de la tipologa A, por la normativa del Decreto de 7 de Enero de 1927 a que nos hemos referido en el epgrafe anterior. En pases con gran longitud de costas parece atrayente la localizacin litoral de las centrales termoelctricas, por la importante ventaja que entraa la disponibilidad sin lmites del agua. SUBORDINACIN DEL USO HIDROELCTRICO A OTROS USOS El uso hidroelctrico del agua no produce consumo fsico de este elemento, pero s puede resultar consuntivo en cuanto a utilizacin cuando sus regmenes de explotacin se acoplan a las demandas energticas y no se subordinan a otros usos prioritarios. El uso de abastecimiento resulta aceptablemente compatible con la demanda elctrica mientras que el uso agrcola resulta en general, completamente contrapuesto, pues, por ejemplo, en invierno, cuando son mayores las necesidades de potencia y energa, son menores las necesidades del regado. EL VERTIDO DEL AGUA UTILIZADO EN LOS APROVECHAMIENTOS HIDROENERGTICOS El vertido de los aprovechamientos hidroelctricos puede considerarse incluido en el grupo de los vertidos inocuos. No hay que olvidar que incluso este tipo de vertidos debe figurar en el Censo de vertidos de acuerdo con lo prescrito en el Art. 8 de la Orden de 4 de Septiembre de 1959 referente al vertido de aguas residuales. En cuanto al vertido del agua de refrigeracin de los aprovechamientos termoelctricos, la cuestin es ms considerable, pues ya no se trata de un vertido inocuo, como consecuencia de la llamada polucin trmica. No debe olvidarse pues, que todo vertido, precisa de la correspondiente autorizacin, que es competencia de la Comisara correspondiente a la ubicacin del aprovechamiento. Los aprovechamientos con concesin preexistente estn desde luego obligados a tramitar y conseguir la autorizacin de referencia, con independencia del ttulo concesional del agua de uso. Pero para las nuevas concesiones de aguas pblicas que en lo sucesivo se otorguen, el Art. 5 de la Orden de 4 de Septiembre mencionada, seala que dichas concesiones llevarn consigo la correspondiente autorizacin para verter las aguas residuales que puedan producirse. CENTRALES REVERSIBLES Recientemente han surgido con pujanza las centrales reversibles, o de acumulacin por bombeo. Durante las horas de mxima demanda elctrica el agua se desembalsa de un embalse superior y se sita en un embalse inferior, tras haber pasado por las turbinas. En las horas de poca demanda, Ias nocturnas fundamentalmente, el agua turbinada anteriormente se vuelve a situar en el embalse superior mediante bombeo. Quin slo considere el balance energtico de esta central reversible no entender ese juego, ya que la energa generada es del orden del 70% de la consumida en la elevacin. Para entender esto hay que pensar que la energa que generan las centrales de bombeo es una energa de calidad, en el sentido de que atiende a las puntas de consumo, con precios por kw-hora ms altos. En cambio gastan energas en momentos en que sta, por decirlo as, es sobrante, por ser menor la demanda. Son pues, acumuladores de energa excedente. La tcnica de la reversibilidad resulta un complemento imprescindible de las modernas centrales nucleares, cuyo funcionamiento debe ser el ms continuo posible, tanto por consideraciones tcnicas como econmicas. Es ms, en lo sucesivo, las grandes unidades trmicas, convencionales o nucleares, requerirn el complemento indispensable de la acumulacin por bombeo. En el Cuadro n 10 se incluyen dos cuadros con las caractersticas, consumo y produccin de las centrales hidroelctricas dotadas de instalacin de bombeo, en 1980. El cuadro A se refiere a las Centrales de bombeo puro, y el B a las centrales mixtas con bombeo. De los totales de Energa consumida y producida, destacamos nosotros los siguientes resultados que damos en Gwh y con cifras redondeadas: A) Centrales de bombeo puro. Energa consumida en bombeo 700 Gwh. Energa producida 460 Gwh. B) Centrales mixtas con bombeo. Energa consumida en bombeo 1.110 Gwh. Energa producida 3.110 Gwh. VENTAJAS DE LOS APROVECHAMIENTOS HIDROELCTRICOS Puede citarse, entre otras, las siguientes, respecto a las dems fuentes alternativas de produccin: Energa renovable, con combustible gratuito. Energa de gran calidad, con respuesta inmediata a la demanda y la ms adecuada para cubrir las puntas. Gastos de explotacin muy reducidos. Aumento de regulacin de los ros, reduccin del riesgo de avenidas y mejor aprovechamiento del agua para otros usos. Aplicacin de una tecnologa totalmente nacional con la consiguiente reduccin de dependencia del exterior y del gasto de divisas. Implantacin de la menos contaminante de las energas. COMENTARIO FINAL De las ventajas citadas slo las tres primeras pueden ser tenidas en cuenta por una Empresa elctrica. Las tres restantes producen unos beneficios a la colectividad, pero son menos incisivas en cuanto a su valoracin por la Empresa privada. Resulta tcnicamente posible en la actualidad casi duplicar los 37.000 Gwh de origen hidroelctrico que Espaa produce. An as, la energa de dicho origen no cubrira ni el actual consumo energtico total, cifrado en unos 100.000 Gwh, ni menos el futuro. No obstante, la puesta en valor de los recursos hidroelctricos disponibles, no debe ser despreciada, pues parte de potencial hidroelctrico que an queda por explotar presenta costes inferiores a los de la energa trmica, convencional o nuclear, habida cuenta la calidad de la energa a producir. Para lograr que se construyan los aprovechamientos que an quedan por explotar y que no se incluyen en la parte aludida en el ltimo prrafo es necesario una decisin en disyuntiva. a) Crear los oportunos incentivos que compensen a las Empresas de los beneficios complementarios que el pas obtendr de dichos aprovechamientos y que no son cuantificables desde el punto de vista empresarial. b) La construccin por el Estado, de dichos aprovechamientos bien directamente o o a travs de Sociedades Elctricas estatales. La eleccin de una u otra decisin es una opcin poltica. Nota: Los cuadros 3, 4, 7, 8, 9 y 10 han sido tomados de la publicacin de la Direccin General de Obras Hidrulicas del MOPU Estadstica sobre embalses y produccin de Energa Hidroelctrica en 1980 y aos anteriores. Document escanneritzat Nria Crdoba 36