Institut de Lingüística Aplicada

Universitat "Pompeu Fabra"

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LA ENERGÌA GEOTÉRMICA DE ALTA ENTALPÌA: POSIBILIDADES ESPAÑOLAS.
1. INTRODUCCIÓN
La energía geotérmica de alta entalpía , considerada como tal aquélla capaz de generar
electricidad directamente a precios normalmente competitivos, comienza su desarrollo
industrial a partir de 1958-60 casi simultáneamente en Nueva Zelanda, EE.UU., Japón y
México. Italia la aprovechaba ya desde 1904. A diciembre de 1980 existían ya 2.500
MWe instalados con una producción total acumulada de 150.500 kWhe en 30 paises.
A pesar de que, con intercambiador de calor , la tecnología actual permite generar
electricidad con agua caliente a tan solo 65 C, suelen considerarse recursos
geotérmicos de alta entalpía los fluidos con temperatura superior a 150 C y empleo
directo.
El mecanismo de generación de la fuente energética es muy simple: la tierra emite hacia
la superficie un determinado flujo calorífico que calienta los acuíferos existentes a una
determinada profundidad. La presencia de una potente formación impermeable sobre el
acuífero favorece el sello del potencial almacén.
Dado que el flujo calorífico existe siempre en mayor o menor medida, el problema estriba
únicamente en encontrar un acuífero a la suficiente profundidad como para que su
producción sea de fluido caliente a la temperatura deseada. Tal es el caso de los
yacimientos de baja entalpía situados por lo general, en las grandes cuencas
sedimentarias. Con gradientes geotérmicos normales de 0,25-0,35 C/ 10 m. pueden
alcanzarse temperatura s de 60-80 C entre 1.500 y 2.500 m. Evidentemente, la
consecución en estas condiciones de fluidos de alta entalpía es un problema económico,
dado que sería necesario alcanzar profundidades de más de 4.000 m. para conseguir los
referidos 150 C.
Es evidente, por tanto, que los yacimientos de alta entalpía se localizan necesariamente
sobre zonas con gradiente geotérmico anómalo, de manera que a estas mismas
profundidades de 1.500-2>500m. se alcancen temperatura s de 200-300 C.
Dado que en otro trabajo de esta misma monografía (A. Rodríguez Paradinas) se
reseñan las generalidades de este tipo de energía en lo que a paises, potencias
instaladas y costos se refiere, el presente artículo tendrá un enfoque puramente
geológico, analizando primero la fenomenología a escala global y particularizando
después progresivamente hasta analizar el caso español.
2. ORIGEN Y DISTRIBUCIÓN DE LOS FLUJOS ANÓMALOS
La distribución del flujo calorífico está íntimamente relacionada con el actual movimiento
relativo de las placas litosféricas, de manera que mientras las zonas cratónicas 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 granítica alcanza su
mayor potencia , existe una cierta relación directa entre este espesor y la generación de
flujo calorífico. La idea más aceptada es que la fuente primaria del calor provenga de la
desintegración de determinados radionucléido s que abundan en las rocas graníticas,
pero están prácticamente ausentes en las básicas que conforman la corteza inferior y el
propio manto terrestre (Cuadros 2 y 3). A mayor espesor de corteza superior, por tanto,
mayor generación de flujo calorífico, aunque siempre con valores modestos.
En las zonas tectónicamente activas del Cenozoico Cuaternario, conformadas por
consiguiente por el actual esquema de movimientos relativos entre placas corticales, el
origen del alto flujo calorífico existente se debe a causas muy distintas a las
anteriormente reseñadas. La típica coincidencia de epicentros sísmicos, cordilleras y
volcanes a lo largo de directrices perfectamente definidas, puede extenderse también la
localización de yacimientos geotérmicos de alta entalpía (Figura 1).
En este caso no se trata más que de diferentes formas de liberación energética
(mecánica, calorífica o mixta provocada por la propia dinámica de las corrientes
convección del manto.
La mecánica de estos desplazamientos relativos puede adoptar tres formas
fundamentales (Figura 2).
óZonas de separación de placas. Se genera nueva corteza por aporte ascendente de
material profundo procedente del manto. Génesis de rifts y dorsales oceánicas de
naturaleza volcánica. Sismicidad con profundidad hipocentral inferior por lo general a 40
km., dado el poco espesor de corteza oceánica y la relativa superficialidad del fenómeno
magmático. Volcanismo toleítico y alcalino que genera islas oceánicas con elevado flujo
calorífico y espectaculares manifestaciones geotérmicas. Ejemplo tipo: Islandia.
óZonas de colisión de placas. La convergencia de dos placas con movimientos
opuestos provoca la subducción de una bajo la otra. Las tremendas presiones y
temperatura s generadas por el proceso de subducción conducen a la formación de
fenómenos de anatexia o fusiones locales que derivan en volcanismo toleítico ,
calcoalcalino o potásico según su profundidad. La génesis de movimientos sísmicos
puede tener lugar a lo largo de toda la superficie de subduccion, por lo que se da una
gradación hipocentral completa desde seísmos de foco somero hasta de 600-800 km. de
profundidad. Formación de cadenas montañosas alineadas con el borde de colisión y
fuerte engrosamiento cortical . En la parte posterior se forman retrofosas distensivas con
nuevo y rápido ascenso del manto superior. Anomalías geotérmicas asociadas
generalmente al vulcanismo. Ejemplos típicos: campos geotérmicos del oeste de
EE.UU., oeste mexicano, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Chile, Argentina, Japón,
Filipinas, Indonesia, Nueva Zelanda, etc.
óZonas intraplacas. Accidentes de tensiones locales dentro de una gran placa que
también pueden generar adelgazamientos corticales, con ascenso del manto y elevación
local del flujo calorífico con volcanismo asociado tipo rift alcalino o potásico . Ejemplos
típicos: anomalías geotérmicas de la Somalía francesa, fosa del Rhin, Macizo Central
francés, NE español, fosas africanas, en continente; Canarias, Hawai, en Zona
Oceánica.
De la observación de esta fenomenología se desprende la tendencia interpretativa actual
de considerar la discontinuidad de Moho como una superficie cuasiisoterma que recibe
un aporte calorífico del manto superior relativamente constante. excepto en casos muy
puntuales. Este modelo implica una correlación inversa entre espesor cortical y flujo
calorífico, de manera que los flujos anómalos van siempre asociados a adelgazamientos
corticales importantes (ascensos de la discontinuidad de Moho rovicic) y es el manto el
que, en consecuencia, aporta la mayor parte del flujo térmico que ocasiona las referidas
anomalías geotérmicas. Dado que, además. estas condiciones de adelgazamiento
favorecen la llegada de materiales fundidos a la superficie, es muy frecuente que la
mayor parte de campos geotérmicos se hallen asociados a volcanismo visible y reciente
(México, Japón, Indonesia. Centro América, Andes, etc.), aunque no necesariamente
(caso de Larderello-ltalia, The Geyses. USA, etc.).
3. EL MODELO EUROPEO. SITUACIÓN DE ESPAÑA EN EL CONTEXTO
MEDITERRÁNEO
3.1. EL MODELO DE PLACA
Mientras la dorsal medio-atlántica constituye la separación neta entre las grandes placas
americana y europea, el Mediterráneo se sitúa sobre el contacto entre ésta última y la
placa africana. La interacción entre ambas no se resuelve en un contacto neto, sino en
un mosaico de subplacas menores (Figura 3) con movimientos relativos entre sí.
La gran placa euro-asiática tiene su borde SW en la conjunción del rift atlántico con la
falla de las Azores

GEOTERMIA DE BAJA Y MEDIA ENTALPÌA: PRINCIPIOS BÁSICOS
1. INTRODUCCIÓN
Podemos definir la geotermia como el conjunto de técnicas utilizadas para extraer el
calor acumulado en la corteza terrestre.
Como ya se habrá dicho en otras sesiones, se distinguen tres tipos de yacimientos
geotérmicos:
Yacimientos de alta entalpía en los que gracias a la temperatura alcanzada por el terreno
( > 150 C), el fluido contenido en él se puede emplear para producir directamente
electricidad.
Yacimientos de media entalpía en los que la temperatura ( > 100 C y < 150 C) no
permite producir directamente electricidad, pero sí podrían hacerlo mediante el empleo
de un fluido intermediario de bajo punto de ebullición (freón, isobutano, etc.).
Yacimientos de baja entalpía en los que la temperatura ( < 100 C) los hace adecuados
para el aprovechamiento directo del calor (calefacción, procesos industriales, etc.).
En lo que sigue nos vamos a referir a los yacimientos de baja y media entalpía
La existencia de estos recursos viene definida por dos conceptos geológicos
elementales:
ó Gradiente geotérmico : de todos es conocido que la temperatura del subsuelo aumenta
con la profundidad a una media de 3 C cada 100 m.
óExistencia de acuíferos en profundidad que permitan extraer el calor almacenado en el
subsuelo.
Tradicionalmente los recursos geotérmicos de baja entalpía han sido subvalorados,
frente a la espectacularidad de los de alta entalpía . No obstante, la crisis energética
mundial, los ha revalorizado, existiendo actualmente un verdadero auge en su puesta en
explotación.
Existen múltiples factores que aconsejan su desarrollo, entre los que cabe destacar:
óSu abundancia y extensión frente a la rareza de los yacimientos de alta entalpía
óFacilidad de exploración y explotación.
óUna proporción muy elevada de la demanda energética de un país se circunscribe a
energía de baja o media temperatura
óEsta energía de baja temperatura es difícilmente satisfecha con buen rendimiento
termodinámico a partir de electricidad o combustibles fósiles.
óLas aplicaciones no eléctricas de la energía geotérmica alcanzan una eficiencia del 90
% frente al 15% de la generación de electricidad con yacimientos de alta entalpía
óEl desarrollo actual en el mundo (más de 4.00C Mwe) hace que la tecnología de
utilización esté totalmente dominada, fundamentalmente en temas de calefacción.
2. CARACTERÌSTICAS DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS DE BAJA ENTALPÌA
Para llegar a comprender el recurso geotérmico de baja entalpía , su exploración y
explotación, es preciso fijar sus características fundamentales.
2.1. SE TRATA DE UN RECURSO DE BAJA TEMPERATURA
Por lo tanto requiere para su utilización, como ya se ha dicho, una aplicación directa del
calor.
Las tecnologías de utilización y explotación se han de adaptar, a fin de disminuir al
máximo la temperatura del efluente, con lo que el aprovechamiento de calor será mayor.
Estas tecnologías son comunes a otras técnicas de recuperación de calor.
Dado que el uso directo del calor, exige, una red de distribución de actua caliente, la
explotación de recursos ha de realizarse en la proximidad del punto de consumo, para
reducir el costo de la red. Por ello, una operación geotérmica de baja entalpía supone
que existan al mismo tiempo y en el mismo lugar, recursos en el subsuelo y demanda en
la superficie.
2.2. EL RECURSO GEOTÉRMICO ES UN RECURSO MINERAL
Para su identificación y para demostrar su existencia utilizamos técnicas mineras:
geología, hidrogeología, geofísica, sondeos, etc.
El riesgo que se corre cuando se comienza un sondeo sobre las bases de hipótesis
geológicas es, por naturaleza, idéntico al que corre el minero que emprende una
campaña de sondeos a partir de indicios geológicos.
Contrariamente a lo que se piensa, el recurso geotérmico no es renovable a escala del
tiempo humano, como ocurre con otros típicos recursos mineros. En efecto, si
consideramos una explotación típica de baja entalpía: doblete de extracción, inyección
con caudal de explotación 100 m3/hora, temperatura de salida 70 C y de inyección 25
C, tenemos una potencia de P = Q D T = 100 m3/ h x 45 C = 4.500 th/ h.
El ámbito de influencia de un doblete por término medio es de 2 km2, por lo que tenemos
una extracción 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 año se explota el calor acumulado en cincuenta.
El legislador reconoce este carácter minero y así ha decidido que el recurso se otorga
por concesión (como el carbón, el hierro, el petróleo, etc.), es decir, que no pertenece a
nadie (y en ningún caso al propietario del suelo) y que el Estado se otorga el poder
discrecional de confiar la explotación a quien le parece técnicamente y financieramente
capaz de hacerlo, respetando el interés colectivo.
2.3. ES UNA ENERGÌA LIMPIA
Efectivamente, la incidencia en el medio ambiente es mínima. Durante la perforación de
los sondeos, los alrededores de la plataforma se ven algo afectados, principalmente por
el ruido. Pero la duración de estos trabajos (2-3 meses) es insignificante en comparación
con la duración de la explotación de una instalación de este tipo (30 años).
Por otra parte, el efluente, al contener alta salinidad , es reinyectado en el acuífero, Io
que asegura una mejor gestión del recurso
2.4. ES UN RECURSO DESCENTRALIZADO
Tanto en lo que se refiere a la producción, como al consumo o utilización 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 energía sea su propio productor.
Una vez puesto en evidencia el recurso y montada la instalación de explotación, su
gestión no requiere técnicas especiales.
2.5. TÉCNICAMENTE LA ENERGÌA GEOTÉRMICA DE BAJA ENTALPÌA ESTÁ
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 áreas con
posibilidades de yacimiento , gracias sobre todo, a la exploración de hidrocarburos.
En lo que se refiere a la tecnología de extracción y reinyección del fluido, como a la
transferencia de calor, las técnicas son muy similares a las empleadas en industrias
suficientemente desarrolladas.
2.6. ECONÓMICAMENTE, LA ENERGÌA GEOTÉRMICA ES ATRACTIVA Y
NACIONAL
El balance económico de una operación se establece para cada caso y varía según las
características del recurso y las necesidades de superficie ( temperatura , caudal ,
salinidad , pozo único o doblete , red de distribución , recurso de punta , sistemas de
calefacción, etc., etc.).
No obstante, para las operaciones conocidas, se puede establecer un precio de la
kilotermia geotérmica que sustituye a la kilotermia fósil , de aproximadamente
1.000-1.500 ptas., totalmente competitivos con los precios de otros combustibles.
Por otro lado, hay que remarcar el carácter de energía nacional que tiene la geotermia .
En efecto es un recurso en nuestro subsuelo y que puede ponerse en explotación con
medios nacionales. De esta forma está protegida tanto de las fluctuaciones de precios
de las energías importadas como de posibles cortes en los suministros.
2.7. FINANCIERAMENTE, LA ENERGÌA GEOTÉRMICA ES «CAPITALÌSTICA»
Un proyecto geotérmico se caracteriza por una elevada inversión. La utilización directa
del calor, con tecnologías 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 más de 1.500 m. de profundidad. Lo que requiere la realización de sondeos
profundos y costosos.
Una operación 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 explotación son reducidos: electricidad para bombeo, mano de obra para
mantenimiento, recambios para instalaciones y combustible para la calefacción de punta.
Esta estructura «capitalística» 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 geotérmico, se
traduce rápidamente en economía sustancial en relación a las soluciones clásicas que
utilizan combustible fósil.
3. INVESTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS.
DEFINICIÓN
óSe puede definir un yacimiento geotérmico como un volumen de roca permeable
caliente, geométricamente definida, de la cual se puede extraer el calor utilizando como
vector de transporte el fluido contenido en ella.
ó Recurso geotérmico es la energía térmica contenida en la roca y que puede ser
extraída por el hombre.
ó Evaluación de recursos geotérmicos es la estimación de la cantidad de recurso
existente en una determinada área de la corteza terrestre y de la fracción que de esa
cantidad puede ser extraída o recuperada, en un tiempo determinado y en unas
determinadas condiciones legales, económicas y tecnológicas.
De esta última definición surgen varios conceptos que parece conveniente exponer y
aclarar.
Recurso geotérmico 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 ningún tipo.
Es el concepto más general.
Recurso geotérmico de base accesible , al concepto anterior ponemos la limitación de
que la profundidad límite sea aquella alcanzada hoy en día por pozos productivos (se
puede adoptar 7 km.).
Tras estas definiciones de base, se pueden hacer ciertas clasificaciones. Por ejemplo,
siguiendo criterios económicos, 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
energía competitiva.
Recursos paramarginales, explotables a un costo entre una y dos veces el precio de la
energía competitiva.
Reservas geotérmicas: parte de los recursos conocidos explotables a un costo
competitivo, en las condiciones actuales, con otras fuentes de energía.
Salvo la noción de reserva cuya definición es aceptable, las otras dos nociones de
recursos submarginales y paramarginales, la definición es ambigua y siempre factible de
cambiar mediante investigación tecnológica.
Dentro de lo que se conoce como reservas, algunos autores, Cataldi (1976), distinguen
dos tipos de reservas:
Reservas operativas: parte de los recursos económicamente explotables por medio de
sondeos a una profundidad determinada. Comprenden tanto reservas utilizables para
usos no eléctricos (baja entalpía ) y los utilizables para producción de electricidad (alta
entalpía ).
Reservas naturales, representadas por el calor que escapa naturalmente del suelo
(fuentes termales).
También estas definiciones ofrecen dudas en cuanto a lo que es un recurso o una
reserva
La clasificación seguida en Francia nos parece más apropiada, a un recurso como el
geotérmico. 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 hipotéticos y los recursos
especulativos.
Esta clasificación se puede presentar en el Cuadro 1:
Reservas totales son aquellos recursos identificados, contenidos en un yacimiento
geotérmico, explotables técnica y económicamente en la actualidad, por lo tanto,
recursos cuya temperatura es mayor que la considerada no económica y que están
situados próximos a centros de consumo (baja entalpía ).
Reservas recuperables, es la parte de las reservas totales que se pueden utilizar
realmente. Su importancia depende estrechamente de la tecnología de explotación y
puede, en condiciones óptimas, alcanzar el 60 % de las reservas totales.
Recursos condicionados. Son recursos conocidos y evaluados, contenidos en un
yacimiento geotérmico , pero no explotables en la actualidad por razones técnicas o
económicas. Por ejemplo, recursos de baja entalpía , lejos de centros de consumo.
Recursos hipotéticos: Son recursos situados en regiones poco conocidas. contenidos en
yacimientos perfectamente explotables con métodos clásicos, pero para los que es
necesario precisar su localización y características.
También pueden comprender recursos no explotables con métodos clásicos, pero
situados a una profundidad económica y a temperatura suficientemente elevada, como
para que se pueda emprender su prospección y explotación en un futuro no lejano. Es el
caso de los yacimientos de roca caliene-seca, grandes masas de roca muy caliente y
compacta cuya técnica de explotación está en plena investigación actualmente.
Recursos especulativos: son los situados en rocas compactas, a profundidades menores
de 10 km. y en regiones que no presentan anomalías térmicas. (Sería una
generalización de las de roca caliente seca).
A la vista de estas definiciones, tenemos planteado ya el esquema de cómo proceder en
la investigación y evaluación de recursos geotérmicos
4. LA INVESTIGACIÓN DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS DE BAJA Y MEDIA
ENTALPÌA
Como ya se ha mencionado, los fluidos geotérmicos de baja y media entalpía se pueden
encontrar en grandes cuencas sedimentarias. Para su existencia es sólo necesario la
presencia de un gradiente normal o ligeramente superior y de capas porosas y
permeables que contengan y transmitan el fluido geotérmico.
Con dichos gradientes normales, 3 C cada 100 metros, se alcanzan temperatura s de
80 C a profundidades de 2.000 m.
Los yacimientos geotérmicos de baja entalpía actualmente conocidos y explotados
obedecen a este esquema, en el que la temperatura del agua depende exclusivamente
del gradiente geotérmico y de la profundidad.
Para que el yacimiento sea explotable económicamente los acuíferos han de tener
buenas propiedades de permeabilidad y transmisividad , en extensas zonas. Los fluidos
geotermales en tales acuíferos suelen estar cargados en sales, por lo que, para
preservar el medio ambiente es necesario la reinyección del efluente , una vez extraído el
calor.
Las aguas contenidas en estos acuíferos raramente alcanzan la superficie en forma de
fuentes termales y cuando lo hacen, es a través de fallas. La composición química de
tales aguas no indica altas temperatura s de equilibrios.
Por todo lo anterior, la investigación de recursos geotérmicos de baja entalpía está
dirigida a determinar la presencia de acuíferos a las profundidades adecuadas para que
estén a las temperatura s económica y técnicamente 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 económico da lugar a que no sea posible el empleo de
técnicas sofisticadas de exploración, cuya aplicación y resultados son dudosos también.
Esquemáticamente una investigación de este tipo, llevaría consigo las siguientes fases:
Fase I: Reconocimientos preliminares. Documentación.
Fase II: Investigación geológica e hidrogeológica. Fase III: Sondeos profundos.
La Fase I consiste fundamentalmente en una evaluación de toda la información
disponible concerniente a las cuencas sedimentarias en las que la presencia de
acuíferos profundos ha de ser investigada. por la posible utilización del calor contenido
en ellos.
Se han de analizar los datos referentes a geologia, estructuras, variaciones de facies,
hidrología e hidrogeoquímica de la cuenca, etc. Todo ello con vistas a determinar los
posibles acuíferos a investigar.
La disponibilidad que información detallada relativa a sondeos profundos existentes bien
para aguas. bien para petróleo, es de gran importancia, así como los resultados de
posibles campañas sísmicas y gravimétricas llevadas a cabo en la zona. Esta
información detallada de sondeos suele dar indicaciones válidas sobre la porosidad y
permeabilidad de los acuíferos, así como de las temperatura s y la salinidad aproximada
de los fluidos geotermales. Si estas informaciones no existen, esta Fase de la
investigación será más ambigua y puede dar lugar a investigaciones posteriores muy
costosas, difícilmente justificables a la vista del valor económico del recurso que se
investiga.
Fase II. Una vez que los estudios preliminares han indicado la presencia de uno o más
acuíferos profundos, en una cuenca, que pueden ser explotados con la finalidad de
extraer el calor contenido en ellos, se han de desarrollar estudios geológicos e
hidrogeológicos de detalle en aquellas áreas en que debido a su profundidad tales
acuíferos puedan estar a temperatura s económicamente rentables.
Para cada una de tales áreas se han de realizar los siguientes estudios:
1. Análisis de la estructura geológica y estratigrafía locales.
2. Selección del acuífero geotérmico capaz de producir la cantidad de calor necesario
para cubrir la demanda planteada.
3. Determinación o predicción de las características del acuífero.
Potencia
Permeabilidad
Transmisividad
Porosidad
Hidrogeoquímica
Temperatura
Presión
4. Esparciamiento de los sondeos necesarios para la producción de calor y de los
eventuales sondeos de inyección necesarios.
Como conclusión de estos estudios se han de determinar los puntos de perforación para
producción y reinyección . El riesgo geológico que envuelve cada operación geotérmica
viene determinado generalmente por la posibilidad de cambios de facies que den lugar a
disminución en la permeabilidad y porosidad y por la posibilidad de existencia de fallas.
Fase III. Llegados a este estado de la investigación hay que acometer la perforación de
sondeos profundos que verifiquen y comprueben el modelo de cuenca diseñado en la
fase II. Para ello habrá que elaborar un proyecto de perforación que nos permita
posteriormente realizar en el sondeo todas aquellas pruebas y medidas que
consideremos necesarias. Habrá que seleccionar los diámetros de perforación y
entubación adecuados, y a las profundidades apropiadas. Serán función
fundamentalmente de:
óProfundidad final
óCorte geológico previsto
óFlujo de producción deseado
Se estudiará el fluido de perforación adecuado a los terrenos que se van a atravesar, así
como se seleccionarán los tipos de herramientas más eficaces, tipos de cementos a
utilizar y sistemas de cementación. Todo ello dará lugar al programa previsto de
perforación.
Es fundamental para la obtención de buenos resultados en un sondeo , la selección del
equipo de perforación que realice el sondeo
Durante la realización del sondeo se han de obtener la mayor cantidad posible de datos
de los terrenos atravesados. Para ello es fundamental un buen programa de diagrafías
que se realizarán antes de entubar cada tramo de perforación. Un programa tipo puede
ser:
HRT ( temperatura
DLL, GR, SP y Caliper (Resistividad)
CNL, FDC, GR, Caliper (Neutrón y Density)
HRT ( Temperatura
Con este programa se pueden obtener buenos datos acerca de:
óLitología
óPorosidad
óPresencia de acuíferos
óSalinidad de acuíferos
ó Temperatura
Las diagrafías se utilizarán para seleccionar los tramos que se van a poner en
producción y por lo tanto, a los que habrá que dotar de las rejillas y filtros adecuados.
Finalizado el sondeo y dotado de la complexión óptima para su producción, se llevarán a
cabo las pruebas y medidas necesarias para estimar su potencia térmica y diseñar las
instalaciones de producción y reinyección
Para todo ello habrá que conocer:
ó Presión de formación
ó Temperatura
óCaudal de producción
En este punto habremos llegado a la finalidad de la investigación geológica del recurso
geotérmico. Pero este es sólamente un aspecto de la operación geotérmica; el otro será
el estudio técnico-económico de factibilidad de la operación.
No hemos de olvidar que estamos ante la investigación de un recurso geológico-minero
y que la decisión de la explotación de tal recurso vendrá dada por parámetros de
factibilidad técnico económica.
El estudio de factibilidad consta fundamentalmente de tres puntos:
1. Estudio térmico y de instalaciones.
2. Balance energético, económico y financiero.
3. Montaje jurídico y administrativo de la operación.
El estudio térmico abarcará los siguientes aspectos:
a) Inventario de la demanda y concepción de la red de distribución : Se analizarán las
instalaciones existentes, los proyectos de nuevas instalaciones, posibilidades de
disminuir la demanda, modulación horaria, diaria y mensual de la demanda, adaptación
del recurso geotérmico a dicha demanda, posibilidades de utilización de la bomba de
calor, etc.
b) Cobertura energética por geotermia: Se determinara en base a todo lo anterior qué
parte de la demanda energética será cubierta por energía geotérmica. Se estudia
posteriormente la sensibilidad de los resultados a variaciones de caudal y temperatura
El segundo punto: Balance energético, económico y financiero, consiste en llevar a
cabo una evaluación de las economías en energía primaria que supone el empleo de la
geotermia . Posteriormente se estudiarán los costos originados por la operación:
óCostos de inversión
óCostos de explotación anual
óDeterminación de ratios y parámetros económicos y significativos.
Por último se realizará el balance financiero de la operación, estudiándose las distintas
hipótesis financieras para la realización de las inversiones necesarias.
Como conclusión de este segundo punto se dictaminará la factibilidad del proyecto,
seleccionando la mejor solución si hubiera varias posibilidades técnicas.
El tercer punto: Montaje jurídico y administrativo de la operación. Se estudia la
organización de la gestión técnica y financiera analizando la creación o adaptación de
estructuras empresariales ajustadas a las necesidades del desarrollo de la operación
(explotación del recurso , mantenimiento de instalaciones, venta del producto, sistemas
de abastecimiento, contrato de suministros, etc., etc.).
5. EVALUACIÓN DE YACIMIENTOS DE BAJA Y MEDIA ENTALPÌA
Hemos llegado ya a la puesta en evidencia del recurso geotérmico , al conocimiento de
sus características geológicas, hidrogeológicas y térmicas, a comprobar la viabilidad
técnica de la operación y su rentabilidad económica.
La siguiente operación es la evaluación del potencial energético de la cuenca que
incidirá posteriormente en la gestión del yacimiento y por consiguiente en la explotación.
Existen dos tipos de evaluaciones atendiendo a las definiciones dadas más arriba.
1. Evaluación de los recursos de base en un almacén. La fórmula para su cálculo es
como sigue:
FÓRMULA
en donde:
E: Energía total contenida en el almacén
S: Superficie del almacén
h: Espesor del almacén
T: Temperatura en almacén
T ref: Temperatura de referencia base
Lógicamente esta es la energía existente en el almacén pero no toda ella recuperable.
2. Evaluación de la energía recuperable en un almacén. Este concepto se basará en los
pozos que se puedan realizar y en su producción.
Si para un pozo tenemos un caudal Q y temperatura T, su potencial será dado por:
FÓRMULA
siendo T ref la temperatura de referencia
Si ahora suponemos o calculamos que en toda el área se pueden instalar N pozos y
suponemos un caudal medio Q, tendremos que para un período de explotación t la
energía recuperable vendrá dada por:
FÓRMULA
siendo CF el calor específico del fluido producido.
Se llama factor de recuperación a la relación entre ambos conceptos expuestos.
FÓRMULA
Este factor de recuperación no suele exceder de 0,25 y viene condicionado
fundamentalmente por las características del almacén explotado.
No obstante, y teniendo en cuenta las experiencias existentes se puede pensar que con
una producción de 150 m3/hora de fluido geotérmico a una temperatura de 160 C se
podría hacer funcionar una central de 3-4 MW.
Esta cifra citada de producción de fluido, es acorde con los conocimientos previos que se
tienen del acuífero investigado, aunque por supuesto una cifra más definitiva no pueda
darse hasta que no se realicen las pruebas oportunas.
Potencial energético 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 sólamente 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 términos se podrían fijar los objetivos finales en el área.
6.4. DEPRESION DEL VALLE
El área del Vallés fue una de las primeras seleccionadas para investigación en la
Península. La existencia de un esquema geológico clásico de yacimientos geotérmicos y
la presencia de fuentes termales, algunas con temperatura s muy elevadas así lo
aconsejaron.
Todas las prospecciones llevadas a cabo por el IGME han ido enmarcando unas
anomalías geotérmicas coincidentes para todas las técnicas de investigación:
Geoquímica ( hidroquímica , geotermómetros , isótopos) .
Geofísica ( S.E.V. , gravimetría , potencial espontáneo , audio magnetotelúrico ,
magnetotelúrico , termonetría s, etc.).
Todo ello lleva en la actualidad al siguiente estado de opinión en cuanto a características
del posible recurso:
Profundidad almacén: 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 más datos del
posible almacén y del fluido así como del potencial. No obstante la evidencia de las
investigaciones llevadas a cabo aconsejan la continuación de la investigación mediante
sondeos profundos .
La utilización posible está prácticamente asegurada. Toda la comarca está densamente
poblada con un importantísimo desarrollo industrial y agrícola.
7. CONCLUSIÓN
A la vista de los datos expuestos cabe concluir que la investigación geotérmica iniciada
en España 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 está muy cerca de serlo (Burgos y Jaca, Vallés).
Las posibilidades de utilización económica de esta energía no son utópicas y se irán
comprobando a medida que se materialicen las primeras realizaciones.
A nivel nacional existen numerosos casos similares a los analizados. Así, los ejemplos
de Madrid y Burgos, se pueden repetir en Cuenca, Granada, Lérida, Albacete, Valencia,
Valladolid, Palencia, Segovia, Sevilla, por citar grandes núcleos urbanos en donde el
consumo está asegurado.
El ejemplo de Jaca podría repetirse en otras áreas del Pirineo, así como en algunas
regiones de las Cordilleras Béticas.

BOMBA DE CALOR : TIPOS Y APLICACIONES
1. INTRODUCCIÓN
El general desinterés por el ahorro de energía, fue la causa de que el principio de
funcionamiento de la máquina frigorífica se utilizase para diseñar máquinas destinadas
preferentemente a producir frío o climatizar en verano. Sólo en ocasiones y de forma
totalmente secundaria, se aprovechaba la inversión del ciclo para hacer frente a parte o
la totalidad de las necesidades caloríficas, según la zona climática de ubicación de la
instalación.
El alza en los costes de combustibles, provocada por la crisis del 73, ha despertado el
interés por el ahorro de energía y consecuentemente por la máquina frigorífica 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 termodinámico , no existe una diferencia fundamental entre el
ciclo de una máquina frigorífica y el ciclo de la Bomba de Calor . Ambos sistemas están
compuestos por los mismos elementos; compresor , evaporador , condensador , válvula
de expansión, etc., y efectuan la misma función termodinámica; elevar de nivel térmico
una determinada cantidad de calor.
La diferencia esencial entre ambos sistemas, estriba en la finalidad de su aplicación.
Una máquina frigorífica está proyectada, desarrollada y fabricada, preferente o
exclusivamente para producir un efecto frigorífico. El acondicionador de aire
convencional, por ejemplo, está diseñado para bombear calor desde el recinto a
refrigerar hasta el ambiente exterior, de acuerdo con las condiciones termodinámicas
previstas en el proyecto. Esta máquina trabajando con ciclo invertido, lo más probable es
que no se ajuste a las necesidades caloríficas de la instalación.
Una Bomba de Calor está diseñada y producida exclusiva o preferentemente para
obtener un rendimiento calorífico en el condensador y puede proporcionar además, por
inversión de ciclo , el efecto frigorífico.
Cuando la Bomba de Calor actúa 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 energía extraída (aire, agua ,
etc.). Por el contrario, cuando actúa como calefactor, el calor se extrae de un medio
exterior, fuente o emisor de energía, 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 esquemáticamente el funcionamiento de la Bomba de
Calor en ambos regímenes.
Se puede observar como, en el ciclo de refrigeración, el calor del compresor ha de
absorberlo totalmente el foco caliente o medio receptor de energía y por el contrario, en
el ciclo de calefacción, el trabajo del compresor se añade al absorbido en el evaporador
para calefactar el recinto.
En la Figura 3, están representados, en un gráfico p-h (presión-entalpía), los efectos de
refrigeración y de calefacción de una Bomba de Calor o máquina frigorífica. A igualdad
de trabajo de compresor , el efecto cale factor es superior al efecto refrigerante.
Es una circunstancia realmente ventajosa, el hecho de que el calor equivalente en
trabajo del compresor , se añada, en el ciclo de calefacción, al foco caliente y de hecho,
el calor producido en el condensador , puede ser varias veces superior al trabajo
consumido.
El importante ahorro energético 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 proliferación de instalaciones de esta máquina térmica en la
Europa Comunitaria y EE.UU., en estos últimos años.
Dado que el objetivo fundamental es ahorrar energía, muchos fabricantes europeos han
desarrollado máquinas térmicas que funcionan solamente como calefactoras,
esmerándose durante su diseño y desarrollo en conseguir, para este menester, unos
rendimientos energéticos óptimos.
Al igual que hemos llamado máquina frigorífica al aparato que efectúa exclusivamente el
ciclo frigorífico, deberíamos llamar algo así como «máquina calorífica» al aparato que
efectúa solamente el ciclo de calefacción.
No obstante, a nivel general se está dando la denominación de Bomba de Calor «a
secas» a toda máquina que efectúa el ciclo de calefacción con un determinado ahorro
energético. Esta Bomba de Calor puede ser:
ó Reversible:
Si además de producir calor en invierno, está capacitada para invertir el ciclo,
convirtiendo su condensador en evaporador y viceversa, en verano.
ó Irreversible :
Si sólo actúa como calefactora.
Hemos llegado pues, a plantear una primera y muy ambigua clasificación de Bombas de
Calor, según sus posibilidades funcionales.
Aún cuando existen diversas referencias posibles para efectuar clasificaciones de
Bombas de Calor, la más usual y la que prácticamente ha determinado la tipología de
esta máquina térmica, es la que se hace en función de los medios emisores y receptores
de energía calorífica.
Los hay metálicos, de plástico y de caucho. De acuerdo con su diseño, 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 utilización de estos elementos, presenta connotaciones similares, a las del uso de la
energía solar, es decir:
ó Instalación costosa.
ó Disponibilidad de energía imprevisible y variable.
ó Se encuentra en período de investigación.
La eficacia de intercambio depende de la velocidad del viento existente. Algunos tipos de
absorbedores, se disponen en baterías y se les incorpora un sistema de convección
forzada de aire.
2.2. MEDIOS RECEPTORES
Así como para el foco frío, es frecuente la utilización de fuentes diversas, para el medio
receptor o foco caliente, se recurre fundamentalmente a dos: el aire y el agua . Otros
fluidos distintos, sólo se utilizan en contados procesos industriales.
El foco caliente debe estar a la temperatura más 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 calefacción es preciso trabajar a baja temperatura , se requieren
grandes caudales de aire y, por tanto, potentes ventilador es y estudiadas secciones de
conductos, para evitar ruidos.
Las instalaciones de calefacción por aire, permiten fácilmente la utilización de los
conductos para distribuir aire frío en verano. Si contamos con una Bomba de Calor
reversible, bastan tan sólo invertir el sentido de circulación del fluido refrigerante.
2.2.2. Agua
En este caso, por las magníficas características caloríficas del agua , se puede trabajar
con caudales reducidos y pocas pérdidas. Como pueden conseguirse mayores
eficiencias de intercambio, se permiten temperatura s de condensación más bajas, con lo
que se mejora la eficación de funcionamiento.
El destino más usual del agua como foco caliente, es el de calefacción por agua
centralizada y preparación 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 función de los medios que utilizan en su proceso
termodinámico , siendo factible cualquier combinación, 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 difusión hoy en día.
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 calefacción.
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 frío, 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
calefacción sea por radiadores de agua caliente.
También se utiliza para la producción 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 frío 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 índice de aplicabilidad en procesos
industriales.
3.1.5. Tierra-Aire y Tierra-Agua
El calor del terreno como foco frío, se puede aprovechar enterrando directamente el
evaporador (intercambio terreno-freón) o bien interponiendo entre el terreno y el
evaporador un circuito cerrado de agua glicolada (intercambio terreno/agua/freón). En
este segundo caso que es en la práctica el más utilizado, realmente se trata de una
Bomba de Calor , agua-aire o agua-agua.
3.2. TIPOS DE BOMBA DE CALOR EN FUNCIÓN DE SU EJECUCIÓN
Pueden ser del tipo compacto o partido.
ó La versión compacta integra todos los componentes dentro de una carcasa.
ó La versión partida o split consta de dos unidades separadas; evaporador y compresor
por un lado y el condensador por otro. Ambas unidades van conectadas por tuberías
aisladas por las que circula el fluido frigorígeno. Se utiliza fundamentalmente en tipos
aire-aire o aire-agua, pues el sistema permite instalar la primera unidad fuera del local a
calefactar evitándose ruidos.
4. APLICACIONES DE LA BOMBA DE CALOR
La Bomba de Calor tiene aplicación en todos aquellos procesos en que siendo necesario
dotar a un medio dado de un determinado nivel térmico o temperatura , existe el recurso
de aprovechar energía degradada existente en otro medio a una temperatura más baja.
El índice de aplicabilidad, depende fundamentalmente de los siguientes factores:
a) Temperatura del foco frío:
Debe ser lo más cercana posible a la del medio a calentar.
b) Viabilidad del medio
La aplicabilidad es tanto mayor cuanto más fácil y económico sea el aprovechamiento
del contenido energético del foco frío.
c) Disponibilidad del medio
El medio debe ser lo más 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 más interesantes de la Bomba de Calor son:
ó Calefacción.
ó Calentamiento de agua
ó Climatización y recuperación de calor.
ó Aplicaciones industriales.
Los tres primeros conceptos, son aplicables preferentemente a los sectores domésticos,
terciario y servicio.
La recuperación de calor encaja fundamentalmente en los sectores terciario y servicios.
E1 sector industrial, por la diversidad de posibilidades, requiere un tratamiento especial.
4.1. CALEFACCIÓN
La más frecuente utilización de la Bomba de Calor , es aquella en que actúa sustituyendo
o complementando la función de una caldera de calefacción.
Prácticamente todos los tipos de Bombas de Calor, se pueden utilizar para esta
aplicación.
4.1.1. Calefacción por aire
4.1.1.1. Calefacción mediante Bombas de Calor AireAire
Dado que el aire tiene una disponibilidad universal, el coste relativamente bajo de las
instalaciones de emisión calorífica por conductos de aire y la posibilidad de proporcionar
fácilmente refrigeración, este tipo de Bombas de Calor es el más utilizado para esta
aplicación.
El evaporador de la máquina debe estar en contacto con el aire exterior , del cual
extraerá el calor y el condensador estará comunicado con el interior, al que cederá el
calor que será distribuido por una serie de conductos ramificados hasta todas las
dependencias a calefactar
Estos equipos requieren el movimiento de importantes volúmenes 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 número 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 circulación y unos 3.000 m3/h de aire exterior
Estos caudales elevados, requieren ser movidos por potentes ventilador es generalmente
del tipo axial y centrífugo, sobre todo en la batería exterior, para reducir al máximo el
nivel de ruido.
Como el foco frío es el aire exterior , medio de temperatura muy variable, en previsión de
los días de crudeza invernal, se suele dotar a estas instalaciones, de resistencias
eléctricas 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 formación de escarcha en
las aletas del evaporador , con lo que se modifican y deterioran las condiciones de
intercambio entre el aire y el fluido frigorígeno.
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:
ó La utilización de resistencias eléctricas que se activan por debajo de una temperatura
determinada.
ó La inversión del ciclo, durante breve tiempo. Cuando un presostato diferencial ,
detecta una caída de presión anómala y debidamente cuantificada, en la línea del
evaporador
Durante los momentos en que la máquina funciona con el ciclo invertido, es preciso
conectar una batería de resistencias eléctricas que eviten el efecto desagradable de que
por los difusores de aire salga aire frío. La batería eléctrica debe dimensionarse para
asegurar la misma temperatura de impulsión , a la temperatura de cálculo de la carga
térmica del edificio.
Los rendimientos energéticos que se alcanzan con este tipo de bombas suelen ser
discretos (COP 2 a 3) y dependen fundamentalmente de la zona climática de la
instalación.
Este tipo de bombas pueden instalarse en versiones compactas o partidas.
Las primeras son más fáciles de instalar y las segundas cuentan con la ventaja de que el
nivel de ruido dentro de la vivienda es más reducido.
La gama de Bombas de Calor Aire-Aire abarcan desde pequeñas unidades compactas
para instalar en muros exteriores y ventanas, de 2.000 a 3.000 Kcal/h que son
suficientes para acondicionar habitaciones y pequeños locales, hasta unidades de
50.000 a 60.000 Kcal/h., adecuadas para grandes viviendas y locales destinados al
comercio.
4.1.1.2. Calefacción mediante Bombas de Calor Agua-Aire
La utilización de aguas ya sean superficiales o subterráneas, proporciona una diferencia
sustancial respecto a las tipo anterior, desde el punto de vista de su funcionalidad, y es
que la temperatura del foco frío es prácticamente constante. En este caso ya no son
necesarias las resistencias del apoyo, ni obviamente los dispositivos de inversión del
ciclo para el desecarche.
El funcionamiento se simplifica y se mejoran los rendimientos energéticos. Claro está
que existe la necesidad de disponer de un determinado caudal de agua para cubrir la
demanda energética.
En una vivienda unifamiliar de unos 150 m2 serían necesarios caudales de 2,5 a 3 m3/h.
Sus rendimientos energéticos son normalmente superiores a los del tipo aire-aire (COP
de 2,5 a 4). Es importante incluir en el COP el consumo energético de la bomba de
aspiración del agua , y a la hora de establecer el balance económico contar con los
costes del sondeo
La captación de aguas ha de realizarse con dos sondeos; uno de aspiración y otro de
revertido, situados a una distancia prudencial, y disponiendo los pozos de forma que la
dirección de la corriente freática coincida con la del de aspiración-revertido.
4.1.2. Calefacción por agua
4.1.2.1. Calefacción mediante Bomba de Calor Aire/ Agua
La Bomba de Calor extrae el calor del aire exterior y lo transporta a los locales a través
de un circuito de agua
La máquina debe trabajar con temperatura s de ida de calefacción mientras más bajas
mejor. Temperatura s ideales serían de los 35 a 45 C y las máximas 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
energía con Bomba de Calor aire/agua
En este caso es preciso conocer las condiciones de aislamiento del edificio y su carga
térmica, además de la capacidad de emisión de los radiadores.
Si se pretende cubrir la totalidad de la demanda térmica con Bomba de Calor , es muy
probable que sea necesario ampliar la capacidad de emisión calorífica de la instalación.
Si no se modifican los emisores de calor, el equipo apropiado de Bomba de Calor está
determinado por la capacidad de emisión , a la temperatura elegida a la salida del
condensador de la máquina. El porcentaje de aportación calorífica de la Bomba de Calor
puede ampliarse en este caso, sólo si se mejora el nivel de aislamiento del local a
calefactar . En instalaciones de este tipo las alternativas son diversas, desde la utilización
monovalente (interesante en zonas climáticas de largo invierno no muy crudo), hasta una
utilización bivalente con la caldera ya existente, con o sin modificación de la capacidad
de emisión.
b) Nuevas instalaciones
En este caso es aconsejable, en primer lugar, que el edificio tenga un alto grado de
aislamiento térmico.
Como la Bomba de Calor tiene mayor eficacia energética cuanto más baja sea la
temperatura del condensador , es conveniente instalar emisores de gran eficacia a bajas
temperatura s.
Fundamentalmente se pueden utilizar tres sistemas de emisores:
ó Suelo radiante : Consiste en instalar una serie de tuberías empotradas en el suelo,
encima de una placa aislante, por las que que puede circular agua a 35 ó 40 C con alto
rendimiento de emisión y gran confort ambiental.
ó Ventiloconvectores de agua (Fan-Coils); consisten en intercambiador es aire-agua en
los que el aire es forzado por un ventilador y funcionan con buen rendimiento a
temperatura s similares a las del suelo radiante
ó Radiadores de baja temperatura (Aluminio). Es factible utilizarlos, pero se necesita
más del doble de elementos para conseguir niveles de emisión similares a los que
pueden dar un sistema de calefacción 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 térmica
(sistema monovalente) o bien un sistema en el que la máquina térmica trabajase con
una caldera (sistema bivalente). Por ser el tipo de Bomba de Calor aire-agua, el que más
se presta a una instalación bivalente, y siendo un sistema que se está instalando con
mucha frecuencia en Europa, es interesante profundizar un poco en sus diversas
posibilidades.
4.1.2.1.1. Calefacción bivalente
Se ha hecho mención anteriormente de un sistema bivalente.
Realmente en el caso de la Bomba de Calor aire-aire, que necesita apoyo eléctrico en
los días fríos, se presenta una bivalencia, aunque el elemento de apoyo vaya acoplando
o integrado en el aparato.
La calefacción bivalente tiene sentido en dos casos:
ó Cuando el foco frío es el aire exterior y el clima presenta etapas de días muy
rigurosos. En estos días el COP de la Bomba de Calor sería muy bajo y se haría un
derroche de equipo adoptando un sistema monovalente.
ó Cuando la disponibilidad energética del foco frío es limitada y no puede abastecer la
totalidad de la demanda térmica. Por ejemplo, cuando contamos con caudales limitados
de aguas subterráneas y la carga térmica máxima de calefacción, es superior a las
posibilidades energéticas de la fuente fría.
De los dos casos, el primero es indudablemente el más común, pudiendo decirse del
segundo que se presenta en casos muy contados.
Las formas de funcionamiento de los sistemas bivalentes, pueden ser sustancialmente
dos:
ó Funcionamiento alternativo:
Por encima de una temperatura exterior ( temperatura bivalente), la Bomba de Calor
suministrará ella sola las necesidades del calor y por debajo de esa temperatura la
calefacción correría a cargo exclusivamente de la caldera
La temperatura de conmutación bivalente se elige entre 0 y 5 C generalmente de forma
que se evite la formación de escarcha. En la elección de esta temperatura si se trata de
una vivienda ya instalada había que tener en cuenta la capacidad de emisión de los
radiadores, a la temperatura de salida del condensador
Los dos generadores de calor se conectan en paralelo mediante una válvula de tres o
cuatro vías. La regulación de la temperatura del agua de calefacción se realiza mediante
sonda exterior. El funcionamiento de la caldera se reduce sólo a los días u horas más
frías del año durante los que actúa 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 función de la zona climatológica, entre el 50 y el 75% de las necesidades de
calefacción.
ó Funcionamiento paralelo:
Aún cuando se sobrepase por debajo la temperatura bivalente, la Bomba de Calor
continua funcionando conjuntamente con la caldera , la cual entrará en acción al
alcanzarse la mencionada temperatura
La Bomba de Calor suministra agua precalentada a la caldera . La máquina térmica va
conectada en serie con la caldera en la tubería de retorno de la instalación de
calefacción.
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 calefacción.
La adopción de uno u otro sistema de calefacción bivalente, dependerá de las
condiciones particulares de cada instalación. No obstante el más utilizado es el sistema
bivalente alternativo por las siguientes razones:
ó Inversión más reducida.
ó Funcionamiento más sencillo.
ó Mayor duración de la caldera
ó COP estacional alto.
ó Mejor rendimiento de la caldera
ó Reduce inversiones de ciclos por escarcha.
En las Figuras 4, 5 y 6 se representan esquemas de instalaciones de Bombas de Calor
en régimen 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 utilización para la preparación de agua caliente
sanitaria. En efecto, debido a la gran inercia térmica de los sistemas de calefacción por
agua caliente, es fácil dar prioridad a la función de calentamiento después de un
eventual consumo de agua , sin que se resientan las condiciones de confort ambiental
durante ese breve plazo. En las figuras antes señaladas, puede observarse un sistema
de calefacción con A.C.S.
En las Figuras 7 y 8 están representadas gráficamente los principios de utilización de la
Bomba de Calor , tanto en régimen bivalente alternativo como bivalente paralelo.
En el diagrama A, se determina el punto de equilibrio o la temperatura bivalente, en el
punto de intersección entre, la recta de necesidades caloríficas del edificio y la curva
característica de potencia de la Bomba de Calor
El diagrama B representa una distribución típica de frecuencia de horas y su
correspondiente temperatura , en una temporada invernal. Generalmente el número de
horas por debajo de tb representa un bajo porcentaje.
El diagrama C, que podría ser el producto de los dos diagramas anteriores, representa la
aportación energética de cada uno de los generadores de calor.
Se representa en abscisa la relación entre días de calefacción y el total de días de la
temporada y en ordenadas, las necesidades caloríficas de los días de calefacción en
relación con la demanda térmica máxima calculada.
Se puede observar la diferencia de porcentajes de aportación que puede proporcionar
una y otra forma de bivalencia.
4.1.2.2. Calefacción 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 frío. No obstante, existen algunas diferencias entre ambos tipos
en cuanto a sus posibilidades respecto al foco caliente.
ó Las del tipo agua-aire reversibles pueden proporcionar refrigeración en verano. Las
agua-agua reversibles, precisan de sistemas de emisión por convectores para dar el
mismo servicio.
ó Las del tipo agua-agua pueden suministrar agua caliente sanitaria, función que es
incapaz de realizar la del tipo agua-aire.
4.1.2.3. Calefacción mediante Bombas de Calor Tierra-Agua
La complejidad de este tipo de instalaciones, requiere unos costes de inversión
elevados. Su utilización es interesante en zonas con temperatura s exteriores muy
rigurosas, que limitan el funcionamiento de equipos que utilizan el aire como foco frío, y
no existe posibilidad de aprovechamiento de aguas superficiales o subterráneas.
El calor extraído del terreno es transmitido, en casi todos los casos, a la Bomba de
Calor, a través de un circuito del agua glicolada que circula por una tubería enterrada a
una profundidad superior a 1 m. (de 1 a 2 m.).
La potencia calorífica del terreno por unidad de superficie es de alrededor de 30 W/ m2.
En una vivienda de 150 m2 con una demanda térmica de cálculo de 15.000 Kcal/ h. se
necesita una red de tuberías que ocuparían alrededor de 600 m2 de jardín para cubrir las
necesidades de calefacción.
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 lógico, también se puede utilizar para calefacción por aire, el tipo tierra-aire
sobre el cual se podría abundar en lo dicho anteriormente para el tipo agua-aire.
4.2. CALENTAMIENTO DE AGUA
La producción de agua caliente sanitaria, puede estar encomendada a una Bomba de
Calor de las del tipo aire-agua, agua-agua o tierra-agua.
En prácticamente todas las instalaciones de calentamiento de agua sanitaria es preciso
disponer de un tanque de almacenamiento, cuya capacidad vendrá determinada por el
consumo diario y sobre todo por la variación de la demanda de agua a lo largo del día.
Se debe de dimensionar el equipo de forma que la Bomba de Calor funcione en el caso
más desfavorable el mayor tiempo posible del día. Esto quiere decir que si por ejemplo
queremos calentar agua con una Bomba aire-agua, la capacidad de la máquina térmica
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 días más 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 cuál es el gasto diario, es fundamental conocer
cuál es su temperatura media de producción . La estimación de consumo y su
distribución diaria, está basada en diversas circunstancias que inciden en la instalación.
Hay que tener en cuenta, por ejemplo, el número 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:
ó Bomba de calor de condensador por agua
ó Intercambiador de calor ( agua de circuito cerrado del condensador con agua
sanitaria).
ó Acumulador de agua caliente aislado térmicamente.
En instalaciones pequeñas el intercambiador se puede integrar en el acumulador ,
formando lo que se llama un inter acumulador
En las Figuras 9 y 10 puede apreciarse ejemplos de esquemas de instalaciones de agua
caliente sanitaria, con intercambiador y con inter acumulador
Es conveniente dotar a las instalaciones medianas y grandes, de circuito de retorno, las
tuberías del cual, deben estar perfectamente aisladas.
La temperatura máxima de almacenamiento en el tanque acumulador es de 55 C.
Generalmente se adopta una temperatura de acumulación de 50 C, suficiente para
cumplir la misión de limpieza y aseo personal.
En la actualidad se están comercializando, termos de agua caliente, dotados de
pequeñas 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 acumulación suele ser
de 200 a 300 litros. Son aparatos listos para conectarlos en el interior de la vivienda
como un electrodoméstico más, ya sea en la bodega, la cocina, el lavadero, etc.
Por otro lado se están desarrollando sistemas que utilizan el calor contenido en las
aguas residuales de los edificios para la producción de A.C.S.
4.3. CLIMATIZACIÓN Y RECUPERACIÓN DE CALOR
Las aportaciones internas de calor que se generan, por ejemplo, en los edificios de gran
afluencia pública, en general bastante considerables, y la necesidad de mantener unas
condiciones de temperatura s constantes, hacen interesante la utilización de equipos de
climatización basados en el principio de la Bomba de Calor
En grandes edificios de actividades públicas, como Oficinas, Grandes Almacenes,
Bancos, etc., con diferentes grados de ocupación y exposición solar suelen existir
simultáneamente zonas con necesidades de calor y de frío. En estos casos la Bomba de
Calor suministra ambas necesidades con el apoyo, en períodos extremos, de calderas,
torres de refrigeración, depósitos de acumulación de energía, aguas subterráneas o de
superficie, etc.
La Bomba de Calor se utiliza aquí para transferir calor de zonas excedentarias (con
necesidades de refrigeración) a otras deficitarias (con necesidades de calefacción).
En instalaciones grandes, centralizadas, se utilizan equipos de gran potencia , en general
del tipo agua-agua.
En pequeños locales de oficinas, comercios, restaurantes, etc., se utilizan
preferentemente equipos aire-aire que permiten su aplicación en calefacción y
refrigeración.
Otro sistema de transferencia de calor, utilizable en edificios que posean diversos locales
dedicados a distintas actividades, es el que utiliza muchas y pequeñas Bombas de Calor
conectadas a un circuito de agua
En los locales que necesiten refrigeración, las Bombas de Calor evacuan al circuito de
agua el calor excedentario y viceversa. De esta forma cuando existen necesidades
simultáneas de refrigeración y calefacción, el calor es transferido de una zona a otra
mediante el circuito de agua
En función de la disponibilidad de ésta, el circuito puede ser cerrado o abierto.
En caso de circuito cerrado, si el edificio es excedentario en calor, éste es evacuado
mediante una torre de refrigeración y si es deficitario la energía calorífica
complementaria ha de aportarla una caldera
Si se dispone de una fuente abundante de agua subterránea o superficial, ésta puede
ser utilizada en circuito abierto para aportar o evacuar el calor necesario.
Otra posible utilización, ésta ideal, de la Bomba de Calor , es en climatizaciones de
piscinas cubiertas, donde son constantemente necesarias las renovaciones de aire y la
calefacción 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 enfría y
deshumecta el aire que se lanza al exterior, recuperando esta energía el condensador ,
que la cede al aire que se inyecta desde el exterior (véase Figura 11).
Cuando la piscina está ocupada la Bomba de Calor funciona como un sistema exclusivo
de deshumecta ción.
La utilización de Bombas de Calor para este último cometido, puede hacer reducir
considerablemente (de 2 a 3 veces) el caudal de ventilación necesario, obteniéndose
importantes ahorros de energía.
4.4. APLICACIONES INDUSTRIALES
Todas las aplicaciones anteriores de la Bomba de Calor puede utilizarse en la industria,
pues lo normal es que cualquier fábrica necesite calefacción o climatización y agua
caliente sanitaria en algunas de sus dependencias. Pero además de éstot la Bomba de
Calor permite importantes ahorros de energía en procesos industriales.
La casuística de aplicación es tan variada y las magnitudes energéticas que entran en
juego en el sector son tan enormes que se necesitan máquinas que, en primer lugar
puedan desarrollar grandes potencias unitarias, en segundo lugar proporcionen
temperatura s más altas que las aplicadas a los demás sectores y por último que, en
beneficio de una óptima rentabilidad, su funcionamiento sea de gran numero de horas/
año.
Algunos fabricantes han desarrollado una gama de Bombas de Calor, del tipo
agua-agua, de grandes potencias y alta temperatura
Se puede justificar la utilización de Bombas de Calor en el sector industrial, cuando
exista una fuente de calor gratuíta, cuya energía degradada se perdería, 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
utilización es más rentable que quemar gasóleo en una caldera
Está admitido que en la generación de energía eléctrica el rendimiento del proceso de
producción es del 34%,, y que las pérdidas debidas a la distribución y transporte hasta el
punto de consumo, suponen un 10%.
Por otro lado si quemamos en una caldera tradicional el equivalente a una termía de
energía fósil, el proceso no permite obtener más de 700 Kcal., es decir, su rendimiento
es del 70 %.
El COP mínimo admisible o umbral de rentabilidad será:
COP x Rendimiento proceso eléctrico ü Rendimiento
caldera clásica.
COP mínimo x 0,34 x 0,90 = 0,7
COP mínimo = 0,7 / 0,34 x 0,90 = 2,29
Está establecido que un COP rentable en aplicaciones industriales, ha de ser superior a
3,5 debido a que es preciso amortizar en pocos años unos equipos de alto coste.
Se puede dar un repaso a las posibilidades de aplicación de la Bomba de Calor en los
diversos subsectores industriales:
Sector siderometalúrgico
ó Proceso de tratamiento de chapas.
ò Galvanizado
ò Desengrase
ò Lavado
ó Procesos de pintura.
Sector químico
ó Calefacciones y calentamientos a baja y media temperatura
Sector textil
ó Preparación de tintes a medias temperatura s.
ó Secado de hilos y paños.
Sector alimentario
ó Cocción de conservas "
ó Azucareras
ó Preparación de pescados
ó Lavados a baja temperatura
ó Pasteurización a 66 C, así como procesos de evaporación y concentración de
lácteos.
ó Esterilización a 110 C.
Sector papel y madera
ó Secado de madera y su pulpa
ó Evaporación
ó Calefacción
En todas estas posibilidades de utilización de la Bomba de Calor , la diferencia de
temperatura entre foco caliente y frío no debe ser superior a 40 C.
Una de las aplicaciones más ventajosas de la Bomba de Calor en la industria, es el
proceso de secado. Se impulsa en el local aire caliente y seco, que absorberá humedad
del producto a secar. Este aire húmedo se hace pasar por el evaporador de la máquina
térmica donde se enfría y deshumidifica . Una vez seco se pasa por el condensador y se
reintegra de nuevo al local (Figura 12).
5. CRITERIOS DE ELECCIÓN Y DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE
CALEFACCIÓN Y ACS DE BOMBAS DE CALOR
En éste y siguientes apartados, nos referiremos a las dos aplicaciones más comunes de
la Bomba de Calor , Calefacción y Agua Caliente Sanitaria.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DE ACUMULACIÓN POR BOMBEO
1. GENERALIDADES
Una de las características propias de la energía eléctrica, es la de no ser posible su
almacenamiento en cantidades importantes. Ciertamente que existen sistemas de
acumulación, pero las cantidades que pueden almacenarse son muy reducidas por
razones prácticas.
Por otra parte el consumo de energía eléctrica en cada momento, es muy variable
dependiendo de la voluntad de los abonados. Como es lógico el consumo industrial es
función de los horarios laborales y del plan de trabajo de la industria y el consumo en el
alumbrado público y doméstico de las horas diurnas y nocturnas, así como de los
períodos de descanso.
En la actualidad no es concebible el que en un instante dado en que un usuario precise
hacer uso de la energía eléctrica, se encuentre con que no tiene suministro y en
consecuencia las compañías eléctricas tienen que estar dispuestas a en todo momento
poder satisfacer las demandas solicitadas, pero como es imposible almacenar los
excesos de producción respecto de la demanda, deben estar organizadas de modo que
el suministro se ajuste lo más posible a la demanda, lo que es siempre factible mediante
instalaciones adecuadas.
Sabido es que se denomina curva de carga, a la representación gráfica de la potencia
demandada por los usuarios en cada instante. Esa gráfica se suele representar para 24
horas o para toda una semana.
La curva de carga de un día cualquiera laborable, tanto en España como en cualquier
otro país, y tanto para una sola Em presa distribuidora como para el conjunto nacional
suele presentar dos máximas que se denominan «puntas» y dos mínimas, el mínimo
más profundo que suele corresponder a las horas nocturnas se denomina «valle» el otro
mínimo que suele presentarse a las horas del mediodía, no suele ser tan reducido y
corresponde a horas «llenas» o ï«llanas».
La curva de carga semanal es una reproducción de las curvas de los días laborables con
muy ligeras diferencias y se complementa con la del domingo y a veces con la del
sábado de configuración intermedia entre la de los restantes días de la semana y la del
domingo.
La curva de carga del Domingo, no presenta «puntas» tan acusadas como la de los días
laborables.
A lo largo de un año no todas las puntas ni los valles de las curvas, tanto de días
laborables como festivos, tienen los mismos valores. Las estaciones del año motivan
diferencias importantes.
Tampoco todas las curvas de carga de los días laborables de una semana son iguales.
Muchas industrias planifican su trabajo semanal de modo que los primeros días de la
semana se ocupan de la preparación del trabajo a desarrollar, lo que da lugar a que los
Martes se consuma más energía que los Lunes y los Miércoles más 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 energía que los Miércoles.
Por eso internacionalmente se suele tomar como característica del máximo consumo de
cada mes, el del tercer Miércoles y como máximo consumo del año el del tercer
Miércoles de Diciembre, dado que en circunstancias normales el consumo de energía
eléctrica aumenta de un año a otro y a lo largo del año. Obviamente no se tomó el cuarto
Miércoles de Diciembre, por coincidir normalmente con el período navideño y por
uniformidad en el suministro de datos, se extiende el tercer Miércoles a todos los
restantes meses.
En la Figura n 1 se representa a título de ejemplo, la curva de carga de una em presa
española de una determinada semana.
Las centrales hidroeléctricas denominadas de agua fluyente, sólo son capaces de
suministrar energía cuando el río lleva agua , y la energía suministrada depende del
caudal del río.
Las centrales térmicas, tanto convencionales como nucleares, pueden suministrar tanta
energía 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 operación 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 «mínimo
técnico», es decir cuando la potencia máxima demandada es inferior a la suma de los
mínimos técnicos de las centrales de un sistema, se deben dejar fuera de servicio uno o
varios de los grupos térmicos, que hay que volver a encender para el suministro en las
horas de punta.
Es decir, si la Em presa a la que corresponde la curva de carga semanal sólo tuviera
centrales térmicas con potencia total de 2.684 MW, a las 9 de la mañana del lunes
representado, tendría funcionando todas sus centrales casi a la máxima potencia , pero a
las 24 horas del mismo lunes tendría que haber dejado fuera de servicio la mitad de sus
centrales, para que a las 9 de la mañana del día siguiente volvieran a estar funcionando,
desperdiciándose todo el combustible utilizado en calentar las calderas hasta la
producción del vapor necesario.
Una operación como la descrita es antieconómica. Cuando se pone en marcha una
central térmica convencional, o uno de sus varios grupos, debe ser para que funcione
ininterrumpidamente durante un período bastante más largo, por lo menos una semana,
pero a veces varios meses.
En cambio, las centrales hidroeléctricas 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 energía eléctrica
correspondiente a la potencia determinada por el caudal que en ese momento incide en
la turbina y el salto que se produzca.
Por esa razón en todo sistema eléctrico deben existir un cierto número de centrales
hidroeléctricas que son muy adecuadas para cubrir las puntas de la curva de carga.
Por otra parte en todo sistema eléctrico existe una potencia de reserva dispuesta para
substituir a una central o a un grupo que presente una avería, o que por cualquier causa
quede fuera de servicio, y como la paralización 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 térmico, abonados queden sin servicio, la central de reserva , si
es térmica, tiene que estar ya «calentada» lo que representa también un despilfarro de
combustible, mientras que una hidroeléctrica siempre está dispuesta a suministrar
energía, casi de forma automática, en el momento en que se necesite.
La tendencia a que cada vez los grupos generadores de las centrales térmicas sean de
potencias más elevadas por razones económicas, y la aparición de centrales nucleares
con grupos de potencias aún mayores, agrava este último problema, y sabido es que el
famoso apagón de Nueva York, que se atribuyó en un principio a un ataque de
habitantes de otros mundos, y otros grandes apagones posteriores, se debieron a una
imprevista avería de un grupo térmico importante, que desequilibró la red de
interconexión, arrastrando disparos sucesivos de las restantes centrales del sistema.
Hasta hace pocos años en España la producción de las centrales hidroeléctricas era
superior a la de las centrales térmicas, pero aunque aún estamos lejos de tener
agotados nuestros recursos hidroeléctricos, cada vez el porcentaje de producción
hidroeléctrica es y será menor.
En estas condiciones, y en especial teniendo en cuenta que una central nuclear debe
estar funcionando de forma continua y al máximo posible de su potencia el mayor tiempo
que se pueda, en las horas de valle sobra energía eléctrica, que no encuentra mercado
para absorberlo y no puede almacenarse.
Pero sí existen medios de almacenar energía de forma distinta que la eléctrica. Se
puede utilizar la energía eléctrica para elevar agua de un depósito inferior a otro superior
mediante bombeo y ese agua al dejarla caer desde el depósito superior puede
transformarse en energía eléctrica, lo que constituye una central hidroeléctrica de
acumulación por bombeo, apta para suministrar la energía en horas punta.
Claro que también existen otros métodos de utilizar esa energía eléctrica sobrante y mas
adelante se realizará un simple repaso sobre ellos.
Tras estas generalidades a continuación se profundiza más 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 día de la misma Em presa de la que
se representa la curva de carga semanal de la Figura n 1, precisamente la del miércoles
de esa misma semana.
En el eje de abscisas, se reflejan las distintas horas del día 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 área limitada por la curva y los ejes de abscisas ordenadas extremas, representa por
consiguiente la energía 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 mínimo de la potencia demandada durante el periodo considerado, o lo que
es igual, la ordenada del valle más profundo, en el caso representado en la Figura n 2,
1.235 MW, en la Figura n 1 será 996 MW. En ambas figuras se representa por la Cota
M.
Naturalmente que los trasvases, como obras correctoras de la irregularidad de la
distribución en el espacio, contribuyen también a la modificación del cuadro de las
disponibilidades.
En relación con las obras de regulación superficiales, o embalses, hemos de decir que
vienen realizándose en España desde el tiempo de los romanos.
La capacidad actual de nuestros embalses actualmente en explotación, puede cifrarse
en números redondos, en unos 42 Km3. Cuando se terminen los que actualmente están
en construcción, en proyecto, o en estudio, podrán alcanzarse los 72 Km3.
El Cuadro n 3 es un cuadro resumen de la capacidad de los embalses, según las
diferentes cuencas, en el que se dan también 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 ejecución de obras hidráulicas durante los últimos 40 años.
El Cuadro n 4, se refiere a la evolución de la capacidad de los embalses y del volumen
de agua embalsada a fin de cada año durante el período 1939-1980. Cabe destacar que
en el año 1939, es decir, desde el origen de los tiempos hasta esa fecha, España había
conseguido poco más de 3 Km3 de capacidad de embalse con sus obras construidas. En
1980, es decir, en un período de unos 40 años 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 España,
con un total de 110 Km3 para la España peninsular. Sin obra alguna de regulación sólo el
9% de esa cifra, o sea, unos 10 Km3 son los recursos disponibles.
Las obras hidráulicas realizadas han conseguido que ese coeficiente natural de
disponibilidad del 9%, se eleve, en promedio, para nuestro país, al 41%.
El Cuadro n 5 nos da las disponibilidades hídricas españolas, por cuencas, y sus
valores per Cápita. Como totales obtenemos para la España peninsular 45 Km3 como
evaluación de las disponibilidades, cifra que representa el 41% de los 110 Km3 de
recursos potenciales. La media peninsular per Cápita de la España peninsular resulta ser
de 1.360 m3 por habitante y año.
La labor del Centro de Estudios Hidrográficos en cuanto se refiere a la presentación de
datos de recursos, disponibilidades y necesidades supone que España ha dado
cumplimiento al punto séptimo de la Carta del Agua , con anterioridad a su promulgación.
Ese punto dice:
Punto 7.óLos recursos hídricos deben inventariarse.
Dicho Centro ha confeccionado el inventario detallado de recursos hidráulicos y la
estimación de las demandas para usos consuntivo s.
Ello ha permitido establecer los balances hidráulicos correspondientes en las diferentes
cuencas hidrográficas.
Los resultados obtenidos pueden resumirse así:
Datos hídricos
Recursos totales: 110 Km3.
Recursos superficiales: 106 Km3.
Recursos subterráneos: 4 Km3.
(Escorrentía subterránea que llega al mar).
Recursos totales: 110 Km3. (=R)
Situación actual
Capacidad de Embalse: 42 Km3. (38% deR).
Disponibilidades: 45 Km3. (41% de R).
Demandas o Consumos: 22 Km3. (50% de las disponibilidades).
Situación al año 2000
Capacidad de Embalse: 70 Km3 (64% deR).
Disponibilidades: 60 Km3. (55,Y0 de R).
Demandas o Consumos: . . . 33 Km3. (56% de las disponibilidades).
DISQUISICIÓN SOBRE LAS DISPONIBILIDADES HIDRÁULICAS EN ESPAÑA
Conviene señalar aquí que los recursos hidráulicos totales de España, nos referimos
sólo a la España peninsular, son 110Km3 de los cuales 106 Km3 es el volumen de agua
que nuestros ríos vierten al mar. En tiempo de Numancia sólo el 9 % de esta cifra eran
los recursos disponibles, o sea unos 10 Km3. Hoy, gracias al gran esfuerzo del país en
los últimos años en Política Hidráulica, 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 regulación tiene el mismo coeficiente de
disponibilidad, gracias a que sus ríos no tienen el carácter torrencial de los españoles.
Este país tiene unos recursos hidráulicos totales de 168 Km3, el 40 % de los cuales, o
sea 68 Km3, sin obra humana alguna de regulación, son disponibles.
Y resulta la sorprendente consecuencia, habida cuenta desde luego de las respectivas
densidades de población, que los recursos de agua disponibles per cápita, son
sensiblemente iguales para ambos países, Io que es meritorio para España, que ha
tenido que hacer un gran esfuerzo para alcanzar ese 41% de disponibilidad que Francia
recibió del Creador de modo gratuito.
CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LOS APROVECHAMIENTOS
HIDROENERGETICOS
El agua es un factor esencial para la producción de energía eléctrica.
Pero interviene en las centrales de producción, con dos misiones esencialmente
distintas.
La casi totalidad de la energía eléctrica hoy producida en el mundo proviene de centrales
hidroeléctricas o de centrales térmicas, estas últimas convencionales o nucleares.
En las primeras, Ia misión del agua es esencialmente energéticas, pues tales centrales
hidroeléctricas convierten en energía eléctrica la energía potencial del agua debida a su
altura.
En las segundas, o sea en las térmicas, ya sean convencionales o nucleares, se
convierte en energía eléctrica la energía potencial del combustible utilizado. Pero
precisan también de grandes cantidades de agua , que cumple en ellas misiones no
primordiales pero sí imprescindibles. Nos referimos al agua destinada a ser vaporizada
en las calderas, en cantidades reducidas y de cierta pureza, y al agua de refrigeración,
en cantidades mayores, pero sin especiales requerimientos de calidad.
POTENCIALES HIDROELÉCTRICOS
Definimos y evaluamos los siguientes:
Potencial Fluvial bruto : Es la energía eléctrica potencial debida a la existencia de unas
aportaciones de agua y unos desniveles topográficos.
Se evalúa mediante la integral
FÖRMULA
siendo V (I) la función que nos da la aportación anual volumétrica en cada punto y h (I) la
función que nos va dando las alturas o cotas del río a lo largo de su recorrido. La
longitud I se cuenta a partir del nacimiento del río, 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,
región o nación. superar la hidráulica, con un valor estimable en una vez y cuarto el valor
de ésta.
ENERGÌA HIDROELÉCTRICA PRODUCIDA
Ya dijimos más arriba en la exposición del epígrafe referente a potenciales
hidroeléctricos, que nuestra producción total energética actual de cualquier origen en
números redondos es de unos 100.000 Gwh. Nos referíamos a la producción y
subsiguiente consumo en la red eléctrica, y con la suposición de que la aportación
hidroeléctrica lo es en año medio.
La precisión de las producciones en el período 1939-1980 se da en el Cuadro n 9, en el
cual puede apreciarse cómo en el año 1939 la producción era algo superior pero muy
cercana a los 3.000 Gwh. Si se observa el último quinquenio del cuadro se verá cómo se
pasa de unos 90.000 Gwh en 1976 a unos 110.000 Gwh en 1980.
La producción de origen hidráulico osciló en este quinquenio desde unos 122.000 Gwh
en 1976, a unos 47.000 Gwh en 1979, es decir, más del doble. Teniendo en cuenta esto,
se comprenderá por qué en aquél epígrafe hemos dado nosotros como producción, o
consumo energético en la red eléctrica, Ia cifra de 100.000 Gwh, al estimar, como ya
hemos dicho, que nos referimos a la actualidad, y en año medio.
APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS Y SU TIPOLOGÌA
Un aprovechamiento hidroeléctrico consiste en síntesis en la conversión en energía
eléctrica, de la energía potencial del agua debida a su altura.
La diferencia de nivel o altura, puede conseguirse de dos maneras:
a) mediante una presa de derivación y un canal , que al tener menos pendiente que el río
va ganando cota respecto a éste. El canal termina en una cámara de carga de donde
descienden las tuberías que alimentan a la central donde se instala la maquinaria.
A estos aprovechamientos se les ha llamado. con expresión ya «demodé»,. de hilo de
agua , como traducción literal de la correspondiente denominación 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 ejecución podemos clasificar de un modo
somero a los aprovechamientos hidroeléctricos del siguiente modo:
A) Aprovechamientos hidroeléctricos del tipo a) o b) totalmente construidos y explotados
por una Em presa Hidroeléctrica privada.
B) Aprovechamientos hidroeléctricos del tipo b) en los que el Estado ha construido la
presa de embalse y una Em presa Privada la Central eléctrica, explotando esta última el
aprovechamiento hidroeléctrico de pie de presa
DISPOSICIONES LEGALES QUE HAN SIDO BÁSICAS PARA EL DESARROLLO
HIDROELÉCTRICO EN ESPAÑA
Dos disposiciones básicas han constituido el instrumento legal para el desarrollo de la
energía eléctrica en España:
Servicio un plazo de treinta días durante el cual el peticionario presenta su Proyecto ante
la Comisaría de Aguas de que se trate, admitiéndose también por la Administración otros
proyectos que tengan el mismo objeto que la petición anunciada o sean incompatibles
con él. En tiempos pasados fue usual una práctica conocida en el argot concesional
como «la táctica del pez piloto». Consistía esta práctica en que se solicitase la petición
no por la propia Sociedad interesada, sino por otra persona jurídica, que obraba de
acuerdo con la primera. Se hacía esto con objeto de minimizar la importancia del
peticionario, evitando así una atención preferente de los posibles competidores. Durante
el período de competencias de Proyectos, la Sociedad auténticamente interesada
presentaba el suyo, con todo lujo de detalles, ya que había sido previamente estudiado
sin premuras, mientras que el posible contrincante se encontraba en situación
desventajosa ante la tesitura de tener que realizar un Estudio y subsiguiente Proyecto
durante el perenterio plazo de la competencia.
Un siguiente trámite es la información pública, a los efectos de que quienes se
consideren afectados o perjudicados por el aprovechamiento que se solicita, puedan
alegar lo que estimen necesario en relación con sus posibles derechos.
A continuación se efectuará por el Ingeniero Encargado la confrontación sobre el terreno
de los Proyectos presentados, con el fin de la comprobación de que los Estudios
realizados y Planos levantados, son concordantes con la realidad del terreno y tienen
viabilidad.
Viene ya una fase de culminación, previa a la resolución del expediente, consistente en
la emisión por el Servicio del correspondiente informe y subsiguiente propuesta de
otorgamiento o denegación de la concesión.
Finalmente la Administración resuelve el expediente mediante el otorgamiento en su
caso de la concesión en cuestión, bien al solicitante inicial, bien a otro competidor
concurrente, si se ha probado que su solución es más conveniente para el interés
general.
2 . El Decreto de 18 de junio de 1943, por el que se regula la concesión 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 epígrafe anterior.
El mecanismo que se dicta comprende la presentación de un anteproyecto previo y una
licitación que ha de versar sobre la máxima utilización de la energía de posible
obtención, el número mínimo de kilovatios-hora que se compromete a pagar el
concesionario, y el precio del canon por kilovatio-hora. Después de la aprobación del
anteproyecto el solicitante deberá presentar el Proyecto de ejecución. De la Energía
concedida el Estado se reserva un determinado tanto por ciento que se fijó en el anuncio
del concurso.
Justo es declarar aquí, aunque alguien pudiera creer lo contrario, que el procedimiento
1 es el que se ha seguido en nuestro país para la inmensa mayoría de la potencia
instalada existente.
APROVECHAMIENTOS TERMOELÉCTRICOS
Los consideramos en las «Consideraciones generales sobre los aprovechamientos
hidroenergético s» como hidroenergético s, porque precisan del uso del agua , con la
salvedad de que en ellos se convierte en energía eléctrica la energía de combustible
utilizado, y no la energía potencial del agua , como sucede en el caso de lo que hemos
llamado aprovechamientos hidroeléctricos.
La regulación de sus instalaciones es competencia del Ministerio de Industria y Energía,
pero la utilización del agua , en el caso de su ubicación junto a un río implica un
otorgamiento concesional de aguas públicas, 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 hidroeléctricos de la
tipología A, por la normativa del Decreto de 7 de Enero de 1927 a que nos hemos
referido en el epígrafe anterior.
En países con gran longitud de costas parece atrayente la localización litoral de las
centrales termoeléctricas, por la importante ventaja que entraña la disponibilidad sin
límites del agua
SUBORDINACIÓN DEL USO HIDROELÉCTRICO A OTROS USOS
El uso hidroeléctrico del agua no produce consumo físico de este elemento, pero sí
puede resultar consuntivo en cuanto a utilización cuando sus regímenes de explotación
se acoplan a las demandas energéticas y no se subordinan a otros usos prioritarios. El
uso de abastecimiento resulta aceptablemente compatible con la demanda eléctrica
mientras que el uso agrícola resulta en general, completamente contrapuesto, pues, por
ejemplo, en invierno, cuando son mayores las necesidades de potencia y energía, son
menores las necesidades del regadío.

EL VERTIDO DEL AGUA UTILIZADO EN LOS APROVECHAMIENTOS
HIDROENERGÉTICOS
El vertido de los aprovechamientos hidroeléctricos 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 refrigeración de los aprovechamientos termoeléctricos,
la cuestión es más considerable, pues ya no se trata de un vertido inocuo, como
consecuencia de la llamada polución térmica
No debe olvidarse pues, que todo vertido, precisa de la correspondiente autorización,
que es competencia de la Comisaría correspondiente a la ubicación del
aprovechamiento.
Los aprovechamientos con concesión preexistente están desde luego obligados a
tramitar y conseguir la autorización de referencia, con independencia del título
concesional del agua de uso.
Pero para las nuevas concesiones de aguas públicas que en lo sucesivo se otorguen, el
Art. 5 de la Orden de 4 de Septiembre mencionada, señala que dichas concesiones
llevarán consigo la correspondiente autorización para verter las aguas residuales que
puedan producirse.
CENTRALES REVERSIBLES
Recientemente han surgido con pujanza las centrales reversibles, o de acumulación por
bombeo. Durante las horas de máxima demanda eléctrica el agua se desembalsa de un
embalse superior y se sitúa 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.
Quién sólo considere el balance energético de esta central reversible no entenderá ese
juego, ya que la energía generada es del orden del 70% de la consumida en la
elevación.
Para entender esto hay que pensar que la energía que generan las centrales de bombeo
es una energía de calidad, en el sentido de que atiende a las puntas de consumo, con
precios por kw-hora más altos. En cambio gastan energías en momentos en que ésta,
por decirlo así, es sobrante, por ser menor la demanda. Son pues, acumulador es de
energía excedente.
La técnica de la reversibilidad resulta un complemento imprescindible de las modernas
centrales nucleares, cuyo funcionamiento debe ser el más continuo posible, tanto por
consideraciones técnicas como económicas. Es más, en lo sucesivo, las grandes
unidades térmicas, convencionales o nucleares, requerirán el complemento
indispensable de la acumulación por bombeo. En el Cuadro n 10 se incluyen dos
cuadros con las características, consumo y producción de las centrales hidroeléctricas
dotadas de instalación 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 Energía consumida y producida, destacamos nosotros los
siguientes resultados que damos en Gwh y con cifras redondeadas:
A) Centrales de bombeo puro.
Energía consumida en bombeo 700 Gwh.
Energía producida 460 Gwh.
B) Centrales mixtas con bombeo.
Energía consumida en bombeo 1.110 Gwh.
Energía producida 3.110 Gwh.
VENTAJAS DE LOS APROVECHAMIENTOS HIDROELÉCTRICOS
Puede citarse, entre otras, las siguientes, respecto a las demás fuentes alternativas de
producción:
Energía renovable, con «combustible gratuito».
Energía de gran calidad, con respuesta inmediata a la demanda y la más adecuada para
cubrir las puntas.
Gastos de explotación muy reducidos.
Aumento de regulación de los ríos, reducción del riesgo de avenidas y mejor
aprovechamiento del agua para otros usos.
Aplicación de una tecnología totalmente nacional con la consiguiente reducción de
dependencia del exterior y del gasto de divisas.
Implantación de la menos contaminante de las energías.
COMENTARIO FINAL
De las ventajas citadas sólo las tres primeras pueden ser tenidas en cuenta por una
Em presa eléctrica. Las tres restantes producen unos beneficios a la colectividad, pero
son menos incisivas en cuanto a su valoración por la Em presa privada.
Resulta técnicamente posible en la actualidad casi duplicar los 37.000 Gwh de origen
hidroeléctrico que España produce. Aún así, la energía de dicho origen no cubriría ni el
actual consumo energético total, cifrado en unos 100.000 Gwh, ni menos el futuro.
No obstante, la puesta en valor de los recursos hidroeléctricos disponibles, no debe ser
despreciada, pues parte de potencial hidroeléctrico que aún queda por explotar presenta
costes inferiores a los de la energía térmica, convencional o nuclear, habida cuenta la
calidad de la energía a producir.
Para lograr que se construyan los aprovechamientos que aún quedan por explotar y que
no se incluyen en la parte aludida en el último párrafo es necesario una decisión en
disyuntiva.
a) Crear los oportunos incentivos que compensen a las Empresas de los beneficios
complementarios que el país obtendrá de dichos aprovechamientos y que no son
cuantificables desde el punto de vista empresarial.
b) La construcción por el Estado, de dichos aprovechamientos bien directamente o o a
través de Sociedades Eléctricas estatales.
La elección de una u otra decisión es una opción política.
Nota: Los cuadros 3, 4, 7, 8, 9 y 10 han sido tomados de la publicación de la Dirección
General de Obras Hidráulicas del MOPU «Estadística sobre embalses y producción de
Energía Hidroeléctrica en 1980 y años anteriores».

Document escanneritzat Núria Córdoba 36

Institut de Lingüística Aplicada - Universitat "Pompeu Fabra"
e-mail: cabre_teresa@trad.upf.es