La Geotermia es el contraste de temperaturas existente entre el interior y el exterior terrestre. De manera natural, el centro del planeta cede energía (calor) hacia la corteza, por lo que a medida que se profundiza, la temperatura aumenta (gradiente geotérmico). Los valores "normales" del planeta son un aumento de 30-33 ºC por kilómetro de profundidad. Sin embargo el grosor de la Corteza terrestre (la capa más superficial) no es homogénea en todo el planeta, lo que hace que en ciertas regiones el manto (roca líquida a muy alta temperatura) se sitúa muy próximo a la superficie terrestre generando lo que se conoce como "anomalía geotérmica". En estos lugares, el gradiente es mucho más elevado al "normal", pudiendo incluso el magma aflorar en superficie (volcán).

Los aprovechamientos son función de la energía disponible. En zonas volcánicas (Islandia, Italia, Centroamérica,...) es posible aprovechar vapor y/o agua a muy alta temperatura para generar energía eléctrica mediante turbinas de vapor (GEOTERMIA DE ALTA TEMPERATURA T > 120ºC).

Con temperaturas entre 30 y 80ºC, los aprovechamientos posibles son usos directos para calentar. Estos deben estar próximos geográficamente, para perder la menor cantidad de energía posible (GEOTERMIA DE MEDIA-BAJA TEMPERATURA).

Por debajo de 30ºC solo es posible aprovechar la energía geotérmica mediante la utilización de un equipo térmico (bomba de calor) que permita generar las temperaturas mínimas exigibles para un sistema de calefacción: 40 ºC. Esto se conoce como GEOTERMIA INDIRECTA.

Para un aprovechamiento de GEOTERMIA DIRECTA, es necesario que en ese lugar exista una anomalía geotérmica (gradiente geotérmico elevado) que hace que la roca, o las aguas que la atraviesan, alcancen temperaturas superiores a 40ºC. El signo más evidente en superficie es la presencia de afloramientos termales. Esto solo sucede en zonas concretas del planeta, con unas características geológicas "especiales".

Cuando en el subsuelo no se alcanzan estas temperaturas (gradiente normal), se realiza el aprovechamiento utilizando una máquina térmica que se alimenta de la temperatura del subsuelo y genera energía útil para calefacción y calentamiento de agua (55-65 ºC). Este proceso consume una cierta cantidad de energía eléctrica, si bien, su rendimiento es entre 3 y 4 veces superior a cualquier sistema de calefacción convencional. Esto es lo que se conoce como GEOTERMIA INDIRECTA, GEOTERMIA SOMERA, BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS, o, en inglés, GROUND SOURCE HEAT PUMPS y es aplicable en cualquier punto de la corteza terrestre.

Es el método más eficiente para generar calor o frío existente actualmente en el mercado. Y se nutre, en un 65-75% de energía renovable. Se compone de una bomba de calor agua-agua que intercambia energía con el subsuelo. En calefacción y/o calentamiento de agua, la maquina extrae energía del subsuelo, mientras que en modo refrigeración se invierte el ciclo, inyectando energía al subsuelo. Se trata de una alternativa eficiente, autónoma y renovable que permite cumplir con creces las exigencias de fuentes renovables establecidas en el Código Técnico de la Edificación (CTE).

1) EFICIENCIA

El coste de la energía necesaria para calentar o refrigerar se reduce en un 60-70%, de manera continua a lo largo de los años de funcionamiento del sistema.

2) AUTONOMÍA

El usuario depende de una única energía primaria: la electricidad que consume la bomba de calor. Los aportes de energía renovable del subsuelo superan los mínimos establecidos en el Código Técnico de la Edificación, evitando tener que instalar otra fuente de energía renovable (solar, biomasa...). El sistema cubre íntegramente las necesidades de la vivienda sin ayuda externa.

3) SEGURIDAD Y MEDIO AMBIENTE

Elimina depósitos de combustible, sin salida de humos, sin ruidos. Las maquinas incorporan un software de control que detiene el funcionamiento ante cualquier error programado y lo identifica. El fluido frigorígeno que circula por el interior de la máquina no contiene CFCs y, en el hipotético caso de fugas, no tendría efecto al medio ambiente ni a las personas. Generar la energía con mayor eficiencia implica un menor consumo de la misma al cabo del año, comparándolo con cualquier otro sistema convencional. Las emisiones de CO2 al ambiente se deben exclusivamente a como se genera la energía eléctrica que se consume.

El coste de instalación es superior al de otros sistemas convencionales. Para una vivienda unifamiliar que tenga pensado instalar suelo radiante, se sustituiría la caldera de gasóleo, deposito, chimenea de gases e instalación de paneles solares (CTE) por una bomba de calor y 1-2 pozos verticales en el exterior de la vivienda. El sobrecoste entre una y otra opción estaría entorno a los 8.000-10.000, en función de la solución elegida.

Las soluciones geotérmicas con bomba de calor solo permiten producir agua con una temperatura máxima de 55-65 ºC. Se deben combinar con sistemas de emisión que trabajen a estas temperaturas.

1) El SISTEMA DE EMISION (suelo radiante, radiadores, fan-coils) se debe ser diseñado y ejecutado específicamente para cada vivienda, reforzando aquellas estancias críticas que pierdan o ganen más energía. Aunque se genere la energía de manera muy eficiente (bomba de calor), si esta no se distribuye correctamente en la vivienda, provocará una bajada en la eficiencia del sistema, aumentando el tiempo de producción para cubrir las mismas necesidades energéticas (con su correspondiente aumento en el coste).

2) POTENCIA DE LA MAQUINA: La capacidad de la bomba de calor debe ser la suficiente para suplir las necesidades de la vivienda sin trabajar un número de horas muy elevado. Cuantas más horas trabaje la máquina, el consumo eléctrico será más elevado, y la vida útil de la maquina se reducirá. Las máquinas alimentadas con corriente trifásica suelen tener mayor rendimiento global que las monofásicas.

3) CAMPO GEOTÉRMICO: Es el elemento fundamental del sistema y prácticamente el 50% del coste total. Si se queda corto, la temperatura de entrada a la maquina será menor y, por lo tanto, el rendimiento de la misma también. La temperatura real de trabajo no se suele ver hasta el 4-5ºC año de funcionamiento del sistema. Si el campo no se dimensiona correctamente, los ahorros serán mínimos. El campo debe diseñarse por técnicos especializados para cada solución de manera individual. No existen estándares de diseño. Cada vivienda tiene unas demandas y está situada sobre una litología que no es idéntica de unas ubicaciones a otras, por lo que el campo geotérmico debe diseñarse teniendo en cuenta estos factores.

1) El proceso se inicia con un estudio a detalle de las demandas térmicas: calefacción y agua caliente o calefacción, refrigeración y agua caliente. En sistemas que ya están funcionando con otro tipo de energía se tomaran los valores de consumo de años anteriores como referencia. En sistemas nuevos es necesario calcular la demanda base anual (kWh) y la potencia pico (kW) necesaria para alcanzan las condiciones de confort interior en los modos elegidos. Son necesarios los planos de la/s viviendas, materiales de construcción, ubicación y orientación. Esta fase es común independientemente de si se instala geotermia o cualquier otro sistema de climatización.

2) Se selecciona una bomba de calor geotérmica de potencia adecuada que cubra las exigencias calculadas en el punto anterior, con un número de horas de funcionamiento anual no demasiado elevado. A menor potencia de máquina, menor coste de instalación pero mayor número de horas de funcionamiento anual lo que reduce su vida útil. Potencias excesivas implican diseñar un campo geotérmico mayor, es decir, mayor coste de instalación y un plazo de amortización del sistema superior (quizás ni interese instalarlo).

3) Con los datos de la bomba de calor, y las estimaciones de horas de funcionamiento (calefacción, refrigeración y acs), se evalúa la calidad del subsuelo (geología, conductividad térmica, temperatura, estado del material, presencia de agua...). El ingeniero ha de calcular una red de intercambio (generalmente pozos verticales en circuito cerrado) que suministre, como mínimo, una determinada temperatura a la bomba de calor. A mayor temperatura de pozos, mayor rendimiento de la bomba de calor.

4) Calculados todos los elementos de la instalación, se procede a realizar los planos descriptivos, esquema de principio, y planos de control y automatización.

Es una máquina térmica que permite transferir calor desde un foco frío a un foco caliente, consumiendo una cierta cantidad de energía eléctrica. Las bombas de calor de compresión-expansión se basan en el Ciclo de Carnot, y se clasifican en función del medio que utilizan como foco frío y caliente. Las más conocidas son las aire-aire (neveras, aires acondicionados...), mientras que las que se utilizan en geotermia son del tipo agua-agua: se capta calor de un fluido y se cede a otro fluido. El ciclo de la máquina se realiza en su interior herméticamente cerrado y solo precisa de una conexión eléctrica para accinar el compresor. Son equipos muy robustos, sin apenas mantenimiento, de alta tecnología y con una vida útil que depende del número de horas de funcionamiento anual.

Las bombas de calor son máquinas térmicas de comprensión-expansión de fluidos que se desarrollaron en los setenta a partir de la primera crisis del petróleo. Se trata de equipos con un amplio historial de uso, fundamentalmente en refrigeración domestica e industrial. La innovación de los sistemas geotérmicos es utilizar el subsuelo como foco térmico para la extracción (calor) o inyección (frío) de energía. La temperatura estable y la capacidad de absorber o ceder calor de la roca permite aumentar y estabilizar el rendimiento de la bombas de calor a lo largo del año con un coste de operación, si el diseño es el correcto, entre un 60-70% inferior en el caso de calefacción y entre 40-60 % en el modo refrigeración.