¿Qué es la geotermia? Es la energía que una bomba de calor

¿Cómo funciona una bomba de calor de geotermia? Todos los modelos de bomba de calor funcionan de forma similar, la única diferencia es el lugar de donde se capta la energía. En el caso de las bombas geotérmicas, aprovechan la energía térmica que hay en el subsuelo. En este artículo explicamos como reconocerlas y cómo funcionan. Además, hablamos de los tipos de colectores de intercambio en el subsuelo, su consumo o mucho más. Sigue leyendo.
Marcos Carbonell
Marcos Carbonell 19 jun. 2024
Aerotermia Tipos de Bombas de calor ↳ Bomba de calor geotermia
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bomba de calor geotérmica

Fuente de la imagen: ©Bosch

¿Qué es la energía geotérmica?

La tierra es un planeta “vivo”, en cuyo interior hay una gran cantidad de calor.  Esa energía calorífica que podemos considerar inagotable y renovable es lo que llamamos energía geotérmica. Esta energía se genera por las grandes presiones y el movimiento continuo que tienen las masas de metales fundidos que hay en las diferentes capas de la tierra. 

Los científicos estiman que, en el centro de la tierra, la temperatura es alrededor de 5.500 °C y, es similar a la existente en la superficie del sol. Todo este calor se transmite hacia la superficie, donde se manifiesta de diferentes formas. En ocasiones lo sufrimos en forma de volcanes, en otras lo aprovechamos en las fuentes termales. Por ejemplo, en Islandia, existe piscinas naturales donde el agua está a más de 30 °C, cuando en el exterior la temperatura está bajo cero.

• ¿Cómo aprovechamos la energía geotérmica?

La energía calorífica que hay en el subsuelo la podemos aprovechar de diferentes formas, aunque la que más y mejor se adapta a usos domésticos y pequeñas aplicaciones industriales es con la bomba de calor de geotermia. Además, es una forma muy eficiente, puesto que el rendimiento de un equipo de geotermia puede llegar a 6 veces el consumo que tiene. Es decir, por cada un kW de electricidad que consume, es capaz de generar hasta 6 kW de calor.

Sin embargo, para poder aprovechar la temperatura que tiene el subsuelo, es necesario enterrar unas tuberías que sirven como intercambiador de calor. Por otro lado, en función de la profundidad a la que trabaje un sistema de geotermia, podemos hablar de diferentes tipos:

- Geotermia de alta temperatura

Se produce en zonas de la corteza terrestres muy activas geológicamente hablando, en las que la temperatura varía entre 150 °C y 600 °C. Estos yacimientos se manifiestan con la generación de chorros de vapor en la superficie, que se aprovechan en turbinas eléctricas para la generación directa de electricidad.

- Geotermia de media temperatura

Comprende zonas donde la temperatura se encuentre entre 70 °C y 150 °C. También se utiliza para la generación de electricidad, aunque con un rendimiento menor que en alta temperatura. Otra aplicación es para procesos industriales que necesitan calor a menos de 150 °C o para calefacción de urbana o “District heating”.

- Geotermia de baja temperatura

Se define así, cuando la temperatura está en el rango entre los 50 °C y los 70 °C. su principal uso es para calefacción urbana o industrial.

- Geotermia de muy baja temperatura

Es la que aprovecha temperaturas inferiores a los 50 °C. Son temperaturas demasiado bajas para poderlas aprovechar directamente en calefacciones u otros usos. Sin embargo, en estas zonas la temperatura es muy estable a lo largo de todo el año, por lo cual son ideales para la utilización de las bombas de calor geotérmicas.

Energía geotérmicaTemperaturaProfundidadUsos
Alta temperatura400 - 600 °C3 - 15 kmSe consigue vapor que se usa para generar electricidad mediante turbinas.
150 - 400 °C0,5 - 2 km
Media temperatura70 - 150 °CHasta 500 mGenerar electricidad mediante turbinas de vapor, pero con menor rendimiento que la Geotermia de alta temperatura.
Baja temperatura50 - 70 °CHasta 300 mCalefacción, ACS y usos industriales
Muy baja temperatura20 - 50 °CHasta 150 mClimatización y ACS doméstica y comercial
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¿Cómo funcionan las bombas de calor geotérmicas?

La bomba de calor de geotermia es un equipo que aprovecha las propiedades de un líquido o gas frigorífico. Este es capaz de absorber o ceder gran cantidad de calor en sus cambios de estado: de líquido a gas y, viceversa, de gas a líquido.

Cambio de estadoNombreAcción
Gas      →     LíquidoCondensaciónCede calor
Líquido     →      GasVaporizaciónAbsorbe calor

Este gas frigorífico necesita la acción de la bomba de calor en su ciclo de compresión y expansión para adquirir las condiciones adecuadas. Y, además, el apoyo de dos ambientes donde ceder o “robar” el calor. Estos ambientes, en el caso de las bombas de calor geotérmicas, son el agua de un depósito, que luego aprovecharemos para la calefacción o refrigeración, por un lado. En la otra parte, se aprovecha la energía térmica del subsuelo.

Una gran característica del subsuelo es que la variación de temperatura a lo largo del año es muy poca, lo que ayuda a que el intercambio de calor entre la tierra y las tuberías que se unen al equipo de geotermia sean muy buenas. Estas tuberías pueden instalarse de tres formas diferentes.

tipos de colectores geotérmicos

Fuente de la imagen: ©Hogarsnse.es

• Captación por sonda geotérmica vertical

Son tuberías que se instalan en pozos de hasta 300 metros de profundidad y se conectan a la máquina de geotermia. En función de la potencia de la bomba de calor, son necesarios entre 2 y 8 pozos, con sus correspondientes sondas y debidamente separadas, para evitar que el intercambio de calor con el terreno no se vea perjudicado.

• Captación con colector geotérmico horizontal

Es una red de tuberías que se instala a una profundidad de entre 2 y 4 metros, con una disposición de espiral para maximizar la superficie de contacto entre tuberías y el terreno.

• Captación por pilotes geotérmicos

Son sondas geotérmicas de una longitud muy reducida, de apenas 20 o 30 metros. Se les denomina pilotes geotérmicos, porque aprovechan la realización de pilotes estructurales para edificios en terrenos poco firmes. De modo que, las tuberías se colocan rodeando el pilote de hormigón, anudadas al armado del pilar inyectado en el terreno.

En una instalación de calefacción geotérmica es de vital importancia la realización de un estudio geológico del terreno. Con este, se determina qué tipo de disposición de tuberías o sondas es mejor, por el propio terreno y por el uso de la geotermia que le pretendamos dar. Es por ello que desde Hogarsense siempre recomendamos acudir a las empresas que colaboran con nosotros y han demostrado su gran profesionalidad.

Sabías que …..

La aerotermia solo consume un 25% de la energía calorífica que es capaz de generar, es decir, por cada kWh de electricidad que gasta, nos aporta entre 4 y 6 kWh de calor.

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¿Cómo funciona la energía geotérmica para uso doméstico?

Al igual que el resto de modelos de bomba de calor, un equipo de geotermia doméstico nos puede proporcionar tanto calefacción como refrigeración y, además, generar agua caliente sanitaria durante todo el año. El funcionamiento es, en todos los casos, es el mismo, aunque se invierte el sentido de circulación del gas frigorífico. 

• Bombas de calor geotérmicas funcionando en calefacción

El circuito frigorífico realiza el recorrido en sentido adecuado para absorber o “robar” calor del terreno en el que están enterradas las tuberías o sondas, para ceder ese calor en un depósito de agua. Esa agua calentada se utiliza para repartirla por los radiadores de baja temperatura o por un suelo radiante. De esta forma, se difunde el calor por toda la vivienda a través del suelo o de los radiadores.

• Equipo de geotermia para ACS

El funcionamiento es exactamente el mismo que una calefacción por geotermia. Sin embargo, el depósito de agua que se caliente, está especialmente diseñado e instalado para que su uso sea sanitario, en la ducha o para limpieza.

• Bomba de calor geotérmica en modo refrigeración

En el caso de la climatización en verano, la bomba de calor invierte el sentido de circulación del gas frigorífico. De este modo, lo que se consigue es que se recoge calor del interior de la vivienda para expulsarlo en el terreno donde están enterradas las tuberías de intercambio. Así, al “robar” calor de las estancias, se consigue la sensación de frescor que nos da confort.

funcionamiento de la bomba de calor de geotermia

Fuente de la imagen: ©Hogarsnse.es

• Máquina de geotermia para piscinas

Para la climatización de las piscinas, la bomba de calor de geotermia puede actuar en los dos sentidos. Es decir, en los días más calurosos del verano o en zonas de extremo calor, podemos regular el equipo para que trabaje en modo refrigeración. De este modo, conseguimos enfriar un poco el agua de la piscina. 

Por otra parte, lo más normal es utilizar el modo de calefacción, para poder utilizar la piscina durante el inverno, o en su caso, alargar la temporada tanto en primavera como en verano.

Sabías que …..

Los equipos de aerotermia con recuperación de calor pueden darnos refrigeración mientras calientan el agua para uso sanitario de nuestra vivienda, consumiendo solo la mitad. Es decir, aprovechan el calor residual que se genera en la refrigeración para calentar el agua sanitaria.

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¿Cuánto consume una bomba de geotermia?

Para determinar el consumo de una equipo de geotermia debemos tener en cuenta su potencia nominal y las horas de funcionamiento. Es por ello que por lo general se realiza una comparación con otro equipo que use una tecnología diferente. En esta ocasión hemos confrontado una bomba de calor de aerotermia con uno de geotermia.

La comparación de estos dos tipos de bomba de calor ha llevado a la realización de diferentes pruebas y análisis de los datos obtenidos. De esta forma, de los resultados se deduce que la eficiencia de la geotermiaes casi un 45% superior a la aerotermia en el caso de una prueba efectuada en Madrid.

En este ensayo se comparó la energía eléctrica consumida en una vivienda tipo de 150 m2 en los alrededores de Madrid. La vivienda elegida tiene una demanda de calefacción de 21.000 kWh/año. Para ello se han utilizado dos modelos de bomba de calor con el mismo COP. De modo que se parte de condiciones técnicas iniciales similares.

• Consumo eléctrico anual de la bomba de calor

Para el cálculo del consumo, hemos trabajado con un ejemplo, en el que se han considerado dos bombas de calor con similares características técnicas; una de aerotermia y una de geotermia. Es decir, que teóricamente tienen el mismo rendimiento en condiciones de laboratorio. Sin embargo, al ponerlas en funcionamiento en condiciones ambientales que son diferentes para cada una, el consumo eléctrico es mucho menor en el caso de la bomba de calor geotérmica.

Bomba de calor de aerotermiaBomba de calor geotérmica
                            Rendimiento medio estacional: SPF= COP * FC * FP

FP = 0,64 

Zona climática D y Aerotermia tipo Split centralizada

FP = 1,11 

Zona climática D y Geotermia de circuito cerrado vertical o sondas geotérmicas

                                                               FC = 1

Trabaja a la misma temperatura la bomba de calor (35 ºC) que el dato del COP (35 ºC).

                                                            COP = 4,5
SPF= 4,5 * 0,64 * 1 = 2,880SPF= 4,5 * 1,11 * 1 = 4,995
Consumo eléctrico anual = Necesidades / SPF
(21.000 h/año) / 2,880 = 7.282 kWh/año(21.000 h/año) / 4,995 = 4.204 kWh/año

*SPF: Seasonal Performance Factor (factor de rendimiento medio estacional estimativo)

*COP: Coeficient Of Performance (Coeficiente de rendimiento)

*FC: Factor de corrección

*FP: Factor de ponderación

Para más información se puede consultar el informe de “Prestaciones medias estacionales de las Bombas de Calor” del IDAE.

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Beneficios de la bomba de calor geotérmica

Una bomba de calor tierra-agua aporta grandes ventajas sobre otros tipos de sistemas. Ya que aporta la posibilidad de reversión que no dispone un aire acondicionado sin bomba de calor. No obstante, son más los beneficios que obtenemos al instalarlo en nuestras viviendas.

   Beneficio         ¿Por qué aporta un beneficio la bomba de calor geotérmica?
Eficiencia energética✓ Las bombas de calor son entre 3 y 6 veces más eficientes que los sistemas tradicionales que funcionan con combustibles fósiles.
Combinable✓ Se combina a la perfección con una instalación fotovoltaica, que proporciona la electricidad que la bomba de calor necesita, convirtiendo al conjunto en totalmente autónomo y renovable.
Ecológicas✓ Las emisiones de CO2 de una bomba de calor de geotermia son nulas durante su uso, que en las calderas de combustión de gas u otros fósiles.
Invisibles✓ Las bombas de calor geotérmicas no necesitan estar a la intemperie, ya que hacen el intercambio con agua del subsuelo, por lo que se pueden instalar en sótanos o cuartos técnicos.
Reversibles✓ Al disponer de bomba de calor podemos disfrutar de climatización todo el año, tanto en invierno como en verano.
Ahorro

✓ Los equipos con tecnología invertir aseguran un consumo eléctrico mínimo.

✓ Aquellos que no disponen de invertir siguen siendo más eficientes que una caldera de gas o gasóleo.

Bajo nivel de ruido✓ Su funcionamiento es muy silencioso, tanto la unidad exterior como la unidad interior.
Zonificable✓ Es un sistema de climatización que se adapta fácilmente al tamaño de las viviendas, oficinas o locales.
Calefacción rápida

✓ La bomba de calor es capaz de calentar las habitaciones de forma más rápida que las tradicionales calderas. 

✓ Es un sistema idóneo para necesidades de calefacción rápida durante espacios cortos de tiempo.

Vida útil

✓ La bomba de calor puede darnos servicio un mínimo de 15 años.

 ✓ Con un adecuado mantenimiento puede llegar a los 20 o 25 años.

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Marcos Carbonell
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