El calor del subsuelo puede templar edificios, apoyar procesos industriales o producir electricidad. Explora sus aplicaciones, distingue una bomba de calor de una central y resuelve problemas de energía, caudal y potencia.
La energía geotérmica aprovecha energía térmica del subsuelo
El calor interno terrestre procede, entre otras contribuciones, de la energía conservada desde la formación del planeta y de la desintegración de elementos radiactivos. En la geotermia somera también importa el intercambio del terreno con la superficie y el clima. No todos los usos requieren un volcán ni una perforación hasta el magma.
Los ejemplos industriales distinguen usos documentados y posibilidades sujetas a diseño. No son instrucciones de operación. Los problemas finales usan datos didácticos y declaran sus condiciones.
Usos térmicos y climatización
EJEMPLO 01
Calentar un balneario o una piscina
Un recurso geotérmico puede calentar el agua de un balneario o una piscina mediante un intercambiador.
El fluido geotérmico cede energía al circuito de uso.
El agua para baño se mantiene separada cuando su calidad o el diseño lo requieren.
Resultado: El agua recibe calor sin producir electricidad
Condiciones: La temperatura del recurso no es la temperatura adecuada para bañarse. Un intervalo del yacimiento no debe interpretarse como recomendación de baño.
EJEMPLO 02
Derretir nieve en un pavimento
Un circuito bajo un pavimento puede transportar calor geotérmico para limitar la acumulación de nieve.
El calor atraviesa el material del pavimento.
Parte eleva la temperatura y parte permite fundir hielo.
Resultado: El calor llega al hielo a través del suelo
Condiciones: La demanda depende de la nevada, el viento y las pérdidas. No basta con fijar una temperatura del agua sin calcular la potencia necesaria.
EJEMPLO 03
Calentar habitaciones con distintos emisores
Una instalación puede distribuir calor geotérmico a radiadores, paneles radiantes o unidades de ventilador y serpentín.
El radiador entrega calor al ambiente; el panel lo reparte desde una superficie amplia.
En un fan coil, el ventilador mueve aire a través del serpentín caliente.
Resultado: Un mismo origen del calor, tres formas de entregarlo
Condiciones: El emisor no genera energía geotérmica. La temperatura de suministro necesaria cambia con su tamaño, el caudal y la demanda del edificio.
EJEMPLO 04
Preparar agua caliente para un edificio
Un intercambiador puede transferir calor geotérmico al sistema de agua caliente de un edificio.
El fluido del subsuelo entrega energía sin mezclarse con el agua de servicio.
Puede requerirse un aporte adicional si la temperatura o la potencia disponible no alcanzan.
Resultado: El recurso calienta un circuito de agua de servicio
Condiciones: No se presupone que el agua del pozo sea potable ni se fija aquí una temperatura sanitaria universal.
EJEMPLO 05
Producir frío mediante absorción
En un sistema de absorción compatible, el calor geotérmico puede aportar parte de la energía que permite extraer calor de un recinto.
El equipo recibe calor a una temperatura suficiente para su ciclo.
El calor extraído y la energía aportada deben evacuarse al entorno.
Resultado: Una aportación de calor impulsa un ciclo frigorífico
Condiciones: No es el mismo mecanismo que una bomba de calor de compresor. Requiere equipo y temperaturas compatibles; el calor no se convierte directamente en una sustancia llamada frío.
EJEMPLO 06
Una bomba de calor calienta una casa en invierno
Una bomba de calor con intercambio geotérmico extrae calor del terreno y lo entrega a una temperatura útil dentro del edificio.
El compresor consume electricidad para mover calor.
El circuito enterrado puede ser horizontal o vertical según el proyecto.
Resultado: Calor del terreno + electricidad → calor para la casa
Condiciones: No necesita que hierva agua bajo tierra ni que exista un volcán. El terreno somero intercambia energía también con la superficie y el clima; no todo ese calor procede del interior profundo.
EJEMPLO 07
La misma bomba refrigera en verano
En modo refrigeración, una bomba de calor puede extraer energía térmica del interior y transferirla al terreno.
Se invierte la función de los intercambiadores del ciclo.
El terreno recibe el calor retirado más la energía que aporta el equipo.
Resultado: El terreno recibe el calor retirado del edificio
Condiciones: El terreno actúa como sumidero térmico, no como una fuente ilimitada de frío. El balance estacional condiciona el diseño.
Agricultura e industria
EJEMPLO 08
Secar cereal, forraje o vegetales
El calor geotérmico puede calentar el aire de un secadero agrícola para reducir la humedad de cereal, forraje o vegetales.
Un intercambiador permite calentar el aire sin mezclarlo con el fluido geotérmico.
El aire transporta hacia fuera parte del agua evaporada.
Resultado: El aire calentado ayuda a retirar humedad
Condiciones: La temperatura y el tiempo dependen del producto. Retirar agua requiere energía de evaporación además de calentar el material.
EJEMPLO 09
Templar un establo o una zona de cría
En un proyecto de climatización ganadera, un circuito con aporte geotérmico puede calentar el aire o una superficie del recinto.
El calor se entrega mediante un emisor adecuado.
La ventilación y las pérdidas siguen formando parte del balance térmico.
Resultado: Calor para mantener el ambiente previsto
Condiciones: Se ilustra una aplicación posible de calefacción: no una temperatura válida para todas las especies o edades.
EJEMPLO 10
Calentar un invernadero y su zona de raíces
Un invernadero puede recibir calor geotérmico por tuberías, emisores de aire o circuitos próximos a las raíces.
Calentar el aire limita su enfriamiento.
Calentar el suelo actúa sobre una zona distinta y necesita su propio control.
Resultado: El calor puede dirigirse al aire o al suelo de cultivo
Condiciones: La temperatura del fluido no equivale a la del aire ni a la de las raíces. La salmuera geotérmica no se utiliza automáticamente como agua de riego.
EJEMPLO 11
Aportar calor al procesamiento de alimentos
Una industria alimentaria puede emplear calor geotérmico para precalentar agua de proceso o apoyar una operación térmica compatible.
Un intercambiador separa el recurso del circuito de producción.
Se adapta la aportación a la temperatura y potencia que exige la operación.
Resultado: Energía térmica para una etapa del proceso
Condiciones: El origen geotérmico del calor no garantiza por sí solo la inocuidad del alimento. No se establecen aquí tiempos ni temperaturas de un tratamiento sanitario.
EJEMPLO 12
Mantener la temperatura de un estanque de piscicultura
Un sistema de acuicultura puede usar un intercambiador para aprovechar calor geotérmico y compensar pérdidas térmicas del estanque.
El calor cruza entre circuitos sin que deban mezclarse las aguas.
Se controla el ambiente del estanque según la especie y las condiciones locales.
Resultado: El agua de cría recibe calor de manera controlada
Condiciones: La temperatura del recurso no es la del estanque. La química del agua geotérmica puede impedir su contacto directo con los organismos.
EJEMPLO 13
Calentar soluciones de un proceso industrial
Se han descrito usos geotérmicos en lixiviación de metales preciosos. Para otros procesos, como tratamiento de cobre o extracción química, puede evaluarse un aporte térmico compatible.
El recurso actúa como fuente de calor para una etapa, no como un reactivo universal.
La viabilidad depende de temperatura, caudal, materiales y separación de circuitos.
Resultado: La geotermia puede aportar calor; no sustituye al proceso químico
Condiciones: La viabilidad debe comprobarse para cada proceso. Cobre, oro y productos químicos no requieren necesariamente el mismo intervalo de temperaturas.
EJEMPLO 14
Aportar calor a un digestor de lodos
En un diseño compatible, el calor geotérmico puede ayudar a mantener la temperatura de un digestor de lodos.
El circuito térmico compensa pérdidas de calor.
La descomposición biológica de la materia es un proceso distinto del aporte geotérmico.
Resultado: Se mantiene la temperatura del proceso biológico
Condiciones: Si se produce biogás, su energía química no se convierte por ello en energía geotérmica. El ejemplo describe una posibilidad de integración, no una instalación identificada.
EJEMPLO 15
Apoyar el curado de piezas de hormigón
Un proyecto industrial puede evaluar calor geotérmico para controlar el ambiente de curado de bloques de hormigón.
El calor se suministra al proceso mediante un circuito adecuado.
El curado acompaña la hidratación del cemento; no consiste simplemente en secar el bloque.
Resultado: Aporte térmico a un proceso que también requiere humedad
Condiciones: La receta, humedad, temperatura y tiempos pertenecen al diseño del proceso. La geotermia sería la fuente térmica, no la causa química del endurecimiento.
EJEMPLO 16
Aportar calor a una recuperación térmica de petróleo
En un proyecto que disponga de un recurso compatible, puede estudiarse su calor como apoyo térmico a una operación de recuperación de petróleo.
El calentamiento puede modificar la viscosidad del fluido.
La utilidad exige comprobar la temperatura y la potencia realmente disponibles.
Resultado: El calor geotérmico sería un insumo, no el combustible extraído
Condiciones: Es una posibilidad condicionada, no una afirmación de uso general. El petróleo sigue siendo un combustible fósil: su energía química no pasa a ser renovable por recibir este calor.
EJEMPLO 17
Lavar lana o secar textiles con calor geotérmico
Una instalación textil puede evaluar un recurso geotérmico para calentar agua de lavado o aire de secado.
En el lavado, se aporta calor al baño de proceso.
En el secado, se calienta aire que ayuda a retirar humedad.
Resultado: Dos etapas distintas aprovechan energía térmica
Condiciones: La fuente de calor no reemplaza los demás requisitos del tratamiento. No se aplica una única temperatura a todas las fibras.
EJEMPLO 18
Aportar calor a una fábrica de pulpa y papel
La fabricación de pulpa y papel puede aprovechar recursos geotérmicos en operaciones térmicas y de secado.
El calor se entrega mediante la configuración adecuada para la planta.
Cada etapa exige condiciones distintas; algunas pueden necesitar un aporte complementario.
Resultado: Calor de proceso para etapas compatibles
Condiciones: No se supone que toda una fábrica pueda operar a la temperatura de un solo pozo ni con las mismas condiciones en todas sus etapas.
Centrales geotérmicas
EJEMPLO 19
Generar electricidad con ciclo binario
En una central binaria, el fluido geotérmico cede calor a otro fluido de trabajo en un intercambiador.
El fluido secundario se vaporiza y se expande en la turbina.
El fluido geotérmico permanece separado del circuito de la turbina.
Resultado: Un segundo fluido mueve la turbina
Condiciones: La selección depende del recurso y del ciclo. La temperatura por sí sola no garantiza rendimiento ni viabilidad.
EJEMPLO 20
Generar electricidad con vapor seco o flash
En una central de vapor seco, se aprovecha vapor que llega del recurso. En una central flash, parte del líquido caliente se vaporiza al reducir su presión.
Vapor seco: vapor del recurso → turbina → generador.
Flash: líquido a presión → separación de vapor → turbina → generador.
Resultado: El vapor geotérmico entrega trabajo a una turbina
Condiciones: No todo el líquido se vaporiza ni toda central emplea un tubo en U. La presión y el estado del fluido importan además de la temperatura.
Cuatro problemas resueltos
EJEMPLO 21
Calcular el calor cedido por agua
Una muestra de 20 kg de agua se enfría de 50 °C a 40 °C en un intercambiador. Usa c = 4,18 kJ/(kg·K).
ΔT = 50 − 40 = 10 K.
Q cedido = mcΔT = 20 × 4,18 × 10 = 836 kJ.
Resultado: Q = 836 kJ
Condiciones: Agua líquida, calor específico aproximadamente constante y sin cambio de fase. Se calcula energía cedida; no una potencia.
EJEMPLO 22
Calcular la potencia térmica de un caudal
Un flujo de agua de 2 kg/s se enfría 20 K. Usa c = 4,18 kJ/(kg·K).
P térmica = caudal másico × c × ΔT.
P = 2 × 4,18 × 20 = 167,2 kJ/s = 167,2 kW.
Resultado: Potencia cedida = 167,2 kW
Condiciones: Modelo estacionario sin cambio de fase. La potencia útil recibida por otro circuito puede ser menor si existen pérdidas.
EJEMPLO 23
Interpretar el COP de una bomba de calor
Una bomba consume 2 kW eléctricos y tiene COP de calefacción igual a 4.
COP = P entregada / P eléctrica; P entregada = 4 × 2 = 8 kW.
Balance idealizado: P extraída del terreno = 8 − 2 = 6 kW.
Resultado: Entrega 8 kW: 6 del terreno y 2 eléctricos
Condiciones: Las potencias se refieren a la misma frontera del sistema. Se omiten pérdidas externas; COP no es rendimiento de conversión y puede ser mayor que 1.
EJEMPLO 24
Calcular la producción eléctrica neta
Una central geotérmica entrega una potencia eléctrica neta media de 2 MW durante 5 h.
E = P media × t = 2 × 5 = 10 MWh.
1 MWh = 3,6 GJ; por tanto, E = 36 GJ.
Resultado: E = 10 MWh
Condiciones: La potencia es neta: se han descontado consumos internos. No se calcula producción usando directamente la potencia térmica del recurso.
Las barras comparten escala. Las dos entradas suman la salida; no se suman las tres barras. La bomba mueve calor y consume electricidad: un COP de 4 no significa crear energía ni convertir electricidad con un rendimiento del 400 %.
Fórmulas, unidades y condiciones
Calor sensible cedido: Q = mc(T entrada − T salida), cuando el fluido se enfría sin cambiar de fase.
Potencia térmica cedida: P = ṁcΔT, con ṁ como caudal másico, en kg/s.
COP de calefacción: COP = P calor entregado / P eléctrica consumida, con ambas potencias referidas al mismo sistema.
Balance de una bomba: en el modelo sin pérdidas externas, P calor entregado = P extraída del terreno + P eléctrica.
Producción eléctrica: E = P eléctrica media × t. Especifica si la potencia es bruta o neta.
Para agua líquida usamos c ≈ 4,18 kJ/(kg·K). Una diferencia de 10 °C equivale a 10 K; una temperatura absoluta de 10 °C no es 10 K. Como 1 kJ/s = 1 kW, caudal en kg/s y c en kJ/(kg·K) dan potencia en kW. Además, 1 MWh = 3,6 GJ.
Si hay ebullición o condensación, no basta con mcΔT: debe incluirse la energía del cambio de fase o emplear diferencias de entalpía. El calor específico del agua tampoco se asigna sin más a cualquier salmuera.
No todas las instalaciones funcionan igual
Uso directo: se transfiere calor del recurso a un edificio o proceso, frecuentemente mediante un intercambiador. No es necesario producir electricidad antes.
Bomba de calor con intercambio geotérmico: consume electricidad para transferir calor entre terreno y edificio. Un tubo enterrado en U puede formar parte del intercambiador; eso no significa que el agua hierva bajo tierra para mover una turbina.
Central eléctrica: convierte parte del calor en trabajo y después en electricidad. Puede utilizar vapor seco, expansión flash de agua caliente o un ciclo binario. También existen configuraciones de circuito cerrado y sistemas mejorados: no hay una única receta válida para toda instalación.
Una central geotérmica que transforma calor en electricidad es una central térmica. La palabra «térmica» no exige quemar combustibles fósiles. Además de temperatura, importan caudal, estado del fluido, química, geología y consumos de bombeo.
Un hito histórico
En Larderello, Italia, Piero Ginori Conti realizó una demostración de generación eléctrica geotérmica en 1904. En 1913 se construyó allí una central. Conviene distinguir aquel experimento de la instalación posterior; no se utiliza esa historia para afirmar que cualquier proyecto geotérmico sea económicamente competitivo.
El aprovechamiento del calor terrestre no se limita a zonas volcánicas. El uso de calefacción geotérmica en Islandia es conocido, pero las aplicaciones de baja temperatura y las bombas de calor pueden funcionar en entornos geológicos distintos.
Un géiser es una manifestación natural
Géiser que expulsa agua caliente y vapor por las condiciones de su sistema subterráneo.
Temperaturas y límites del recurso
CONTRASTE 01
Renovable no significa extracción ilimitada
El calor terrestre es enorme, pero un yacimiento puede enfriarse o perder presión si se explota de forma incompatible con su recarga.
La disponibilidad local depende de la circulación de fluidos y de la transferencia de calor.
La gestión puede incluir reinyección y seguimiento del yacimiento.
Resultado: El aprovechamiento depende de la recarga del recurso
Condiciones: No toda reinyección repone instantáneamente la energía extraída. También se consideran agua, gases, minerales y posibles efectos del proyecto.
CONTRASTE 02
Una temperatura aislada no define un uso
Decir que un recurso está a 55 °C no indica por sí solo a qué temperatura estará una piscina, un cultivo o una habitación.
La potencia también depende del caudal y de cuánto se enfría el fluido.
El intercambiador y el equipo final condicionan la transferencia.
Resultado: Recurso, circuito y usuario tienen temperaturas diferentes
Condiciones: Los intervalos orientativos de aplicaciones no son instrucciones de baño, cultivo ni operación industrial. Hay que identificar a qué fluido y punto del proceso corresponden.
Seis ejercicios para practicar
10 kg de agua se enfrían 15 K. Usa c = 4,18 kJ/(kg·K). Calcula la energía cedida.
Un caudal másico de 3 kg/s se enfría 10 K. Usa el mismo calor específico.
Una bomba consume 1,5 kW y tiene COP de calefacción 4. ¿Cuánto calor entrega por segundo?
En el caso anterior, calcula la potencia extraída del terreno, sin pérdidas externas.
Una central entrega 3 MW eléctricos netos medios durante 4 h.
Una corriente cede 200 kW y se aprovecha el 90 % en otro circuito.
Ver soluciones explicadas
Q = 10 × 4,18 × 15 = 627 kJ.
P = 3 × 4,18 × 10 = 125,4 kW.
P entregada = 4 × 1,5 = 6 kW.
P terreno = 6 − 1,5 = 4,5 kW.
E = 3 × 4 = 12 MWh = 43,2 GJ.
P útil = 0,90 × 200 = 180 kW; pérdidas = 20 kW.
Errores frecuentes
Confundir calor y temperatura: el caudal y la diferencia de temperatura también determinan la potencia.
Suponer que todo pozo produce vapor: hay recursos líquidos y equipos que solo intercambian calor.
Confundir bomba de calor con generador: la bomba consume electricidad; no la produce.
Sumar dos veces la electricidad de la bomba: ya forma parte del calor entregado en el balance.
Usar temperaturas del recurso como consignas de baño o cultivo: son puntos del sistema distintos.
Aplicar mcΔT a una evaporación completa: falta el cambio de fase.
Confundir renovable con ilimitado: el yacimiento necesita una gestión compatible con su recarga.
