Energía geotérmica / Hugh Christopher Holl Armstead, Gerardo Hiriart Le-Bert

CONTENIDO
1. Antecedentes históricos 47
1.1 Aplicaciones del calor de la Tierra 47
1.2 Precursores científicos 57
1.3 Desarrollo de la conciencia sobre el ambiente 59
1.4 Conclusión 59
2. Versatilidad del calor de la Tierra 61
3. Estructura de la Tierra 67
3.1 Capas concéntricas de la Tierra 67
3.2 La corteza 69
3.3 Zonas sísmicas 70
3.4 Tectónica de placas 70
3.5 Gradientes de temperatura y flujo de calor 78
4. Recursos de energía térmica de la Tierra 81
4.1 Calor almacenado 81
4.2 Calor específico cortical 82
4.3 El problema de la accesibilidad 83
4.4 Restricciones al enfriamiento de la corteza 84
4.5 Intento de estimación de la energía geotérmica utilizable con la tecnología existente 86
4.6 Renovabilidad de energía geotérmica 88
4.7 Conclusión 91
5. Naturaleza y frecuencia de los campos geotérmicos 93
5.1 Rareza de los campos geotérmicos 93
5.2 Clasificación de las áreas 93
5.3 Clasificación de los campos térmicos 94
5.4 Acuíferos de bajo grado 95
5.5 Distribución y valores potenciales de las áreas, campos y acuíferos de bajo grado 96
5.6 Especulación relativa a la naturaleza de los campos geotérmicos 98
5.7 Modelo de un campo hipertérmico 99
5.8 Modelo de un campo semitérmico 104
5.9 Campos hipertérmicos reales 105
5.10 Flujo de pozos hipertérmicos húmedos 108
5.11 Inicio del flujo de pozos hipertérmicos secos 110
5.12 El fenómeno del sobrecalentamiento en los campos hipertérmicos secos 111
5.13 Pérdidas de flujo de un campo 112
5.14 Campos hipertérmicos húmedos muy profundos 112
5.15 Flujo de pozos semitérmicos 113
5.16 Campos geopresurizados 113
5.17 Capacidad del yacimiento 114
5.18 Declinación de la producción de un pozo 117
6. Exploración 119
6.1 Generalidades 119
6.2 Objetivos de la exploración 119
6.3 Localización más probable de los campos geotérmicos 120
6.4 Análisis de los datos 121
6.5 La función del geólogo 122
6.6 La función del geohidrólogo 123
6.7 La función del geofísico 123
6.8 La función del geoquímico 126
6.9 Perforación exploratoria 127
6.10 Valor del trabajo preliminar 129
6.11 Alcance de la exploración geotérmica mundial hacia fines de 1980 129
7. Perforación 133
7.1 Generalidades 133
7.2 Contra pozos 133
7.3 Diámetro óptimo de los pozos 134
7.4 Perforación rotatoria 136
7.5 Tuberías de ademe 139
7.6 Cementación 142
7.7 Preventores 142
7.8 Recuperación de núcleos 143
7.9 Tiempos de perforación, avance y vida de la barrena 143
7.10 Corrosión y erosión 144
7.11 Estimulación de la producción y producción permanente 145
7.12 Perforación direccional 145
7.13 Contratiempos 147
7.14 Espaciamiento entre pozos 149
7.15 Profundidades económicas máximas para perforación común 150
7.16 Turboperforación 151
7.17 Mejoramiento de las técnicas comunes de perforación 152
8. Características de los pozos y su medición 157
8.1 Generalidades 157
8.2 Campos hipertérmicos húmedos 158
8.3 Campos hipertérmicos secos 162
8.4 Campos de agua caliente y acuíferos de bajo grado 163
8.5 Mediciones 164
8.6 Capacidad calorífica de un pozo 173
8.7 Capacidad de potencia de un pozo 174
8.8 Presión económica óptima en el cabezal del pozo para generación de potencia 178
8.9 Tuberías de descarga abierta 179
8.10 Velocidades del fluido en el cabezal de los pozos 180
9. Recolección y conducción de fluidos 185
9.1 Equipo superficial 185
9.2 Válvulas del cabezal del pozo 187
9.3 Separadores 188
9.4 Descarga de agua caliente 191
9.5 Silenciadores 193
9.6 Dispositivos de seguridad 197
9.7 Ramales de vaporductos 199
9.8 Troncales de vaporductos 200
9.9 Conducción de agua caliente 204
9.10 Aislamiento térmico: condensación en vaporductos y pérdidas de calor 209
9.11 Conducción de agua presurizada 213
9.12 Conducción de fluidos bifásicos 216
9.13 Caídas de presión en vaporductos 220
9.14 Velocidades límite en la conducción de fluidos 220
10. Generación de energía eléctrica a partir de la energía geotérmica 223
10.1 Evolución y situación a fines de 1980 223
10.2 Ciclos 229
10.3 Potencial de energía de los fluidos geotérmicos 236
10.4 Eficiencia de las plantas geotérmicas 239
10.5 Uso del agua caliente. Generalidades 242
10.6 Evaporación instantánea 244
10.7 Limpieza del vapor 247
10.8 Condensadores y vacío 250
10.9 Sobrecalentamiento a base de combustible 255
10.10 Puntos generales del diseño de turbinas geotérmicas 256
10.11 Mantenimiento de las plantas geotérmicas 258
10.12 Extracción de energía de las salmueras geotérmicas 258
10.13 Extracción de energía de los campos geopresurizados 260
10.14 Generadores especiales para energía geotérmica 261
10.15 El concepto del flujo total: generalidades 270
10.16 Contribución de la energía geotérmica a un sistema compuesto 273
10.17 Energía hidroeléctrica como subproducto 276
10.18 ¿Cuándo un campo podrá generar energía geotérmica? 278
10.19 Fotografías y descripciones de plantas geotérmicas existentes 279
11. Aplicaciones directas del calor de la Tierra 289
11.1 Generalidades 289
11.2 Calefacción habitacional, suministro doméstico de agua caliente y acondicionamiento de aire por medios geotérmicos 295
11.3 Aplicaciones de la geotermia en la agricultura, horticultura, acuacultura y la cría de animales, etc. 307
11.4 Industria 311
11.5 Temas diversos 318
12. Proyectos de propósito doble y múltiple 323
12.1 Alcance de los proyectos de propósito doble y múltiple 323
12.2 Ejemplos actuales 324
12.3 Proyectos y análisis de ejemplos 326
12.4 El problema de equilibrio de la demanda 328
13. Control y seguridad de las instalaciones geotérmicas 331
13.1 Control: generalidades 331
13.2 Control del vapor 332
11.3 Control del agua caliente 338
11.4 Precauciones de seguridad: generalidades 340
11.5 Control continuo 343
11.6 Mantenimiento 345
11.7 Fuerza de trabajo, automatización y descentralización 346
13.8 Factor de planta anual 347
14. Algunas consideraciones económicas 349
14.1 Generalidades 349
14.2 Impredictibilidad de los costos geotérmicos 350
14.3 Datos de los costos en geotermia hasta 1973 351
14.4 Efectos de la inflación 352
14.5 Naturaleza de los costos geotérmicos 353
14.6 Aspectos económicos relacionados con la utilización de turbinas con condensación o sin condensación 355
14.7 Aspectos económicos de las plantas geotérmicas piloto 357
14.8 Economía de la energía geotérmica para contribuir a las cargas pico 358
14.9 Efecto de escala 358
14.10 Costos de perforación 360
14.11 Costos reales de la energía geotérmica 369
14.12 Costos reales del calor geotérmico 380
14.13 Formas de abatir los costos 383
14.14 Otros aspectos económicos 386
15. Problemas químicos y metalúrgicos 389
15.1 Composición química y física de los fluidos geotérmicos 389
15.2 Peligros de la acción química en las instalaciones de la planta y el medio 390
15.3 Depósitos químicos 391
15.4 Corrosión y corrosión por esfuerzo 393
15.5 Materiales de las turbinas 393
15.6 Equipo de condensación y extracción de gases 39S
15.7 Juntas de expansión 395
15.8 Corrosión cuando deja de funcionar 396
15.9 Ataque químico en el equipo ocasionado por atmósfera contaminada 396
15.10 Ataque de sulfatos en las torres de enfriamiento 397
15.ll Conclusión 397
16. Problemas ambientales 399
16.1 La amenaza de la contaminación 399
16.2 ¿Cómo puede ayudar a resolver el problema de la contaminación, el avance geotérmico? 401
16.3 Leyes estadounidenses contra la contaminación y el costo de su ejecución inmediata 401
16.4 Reinyección 402
16.5 Acido sulfhídrico 405
16.6 Bióxido de carbono 409
16.7 Erosión del suelo 409
16.8 Venenos contenidos en el agua 410
16.9 Venenos contenidos en el aire 410
16.10 Ruido 411
16.11 Contaminación por calor 411
16.12 Sílice 413
16.13 Hundimientos 414
16.14 Sismicidad 414
16.15 Escape de vapor 415
16.16 Deterioro del paisaje 416
16.17 Ecología 417
16.18 Conclusión 418
17. Aspectos diversos 419
17.1 Enfoque sistemático 419
17.2 Cuestiones legales 420
17.3 Entrenamiento 422
17.4 Publicación de datos 423
17.5 Explotación de los campos 425
17.6 Proyectos de energía geotérmica en países situados fuera del cinturón sísmico 426
17.7 Evolución de la geotermia en Europa 427
18. El futuro 429
18.1 Perspectivas 429
18.2 La búsqueda de más campos naturales y acuíferos de bajo grado 431
18.3 Fracturamiento de rocas 431
18.4 Métodos mejorados de penetración 441
18.5 Perforación directa del magma 444
18.6 La meta final: la extracción universal del calor 446
19. Epílogo: El panorama de la geotermia 449
19.1 ¿Por qué es apremiante desarrollar la geotermia? 449
19.2 Necesidad de energía 449
19.3 Necesidad de una acción oportuna 452
19.4 Restricción del crecimiento 454
19.5 Desarrollo de nuevas fuentes de energía y alternativas a los combustibles fósiles 455
19.6 Interdependencia entre la restricción del crecimiento y la evolución de nuevas fuentes de energía 457
19.7 Energía mundial: la forma probable del porvenir 458
Referencias 465
Apéndice 477
Indice 487