Cómo Funciona la Energía Geotérmica: Explicación Detallada

La energía geotérmica aprovecha el calor almacenado en el subsuelo terrestre, una fuente renovable que mantiene temperaturas estables entre 10-15°C en los primeros 20 metros bajo la superficie. Este artículo desglosa los principios físicos y técnicos que permiten transformar este recurso en calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria para viviendas. Si quieres saber más, puedes visitar Ecoforest.

Principios Físicos de la Transferencia de Calor en Geotermia

1. Conducción Térmica en el Subsuelo

El calor se transmite por conducción a través de las rocas y suelos, proceso gobernado por la ley de Fourier:

Donde q es el flujo de calor (W/m²), k la conductividad térmica del material (1.5-4 W/m·K para suelos arcillosos a graníticos), y ∇T el gradiente de temperatura. La conductividad aumenta con la humedad del suelo: un 100% de saturación eleva k hasta un 300% respecto a suelos secos.

2. Convección en Acuíferos y Fluidos

En sistemas de captación abierta, el agua subterránea actúa como medio convectivo, transportando calor según:

Con ρ (densidad del agua), cp​ (calor específico), ΔT (diferencia de temperatura), y v (velocidad del flujo). Este mecanismo domina en yacimientos geotérmicos de media y alta entalpía.

3. Gradiente Geotérmico: Motor Natural

La temperatura aumenta con la profundidad a un ritmo promedio de 3°C cada 100 m, aunque en zonas volcánicas puede superar los 10°C/100m. Este gradiente, combinado con la conductividad del terreno, determina el flujo calorífico:

Para una vivienda en Madrid, con k=2.5W/m\cdotpK y gradiente 0.03°C/m, el flujo natural es de 75 mW/m².

Componentes Clave de un Sistema Geotérmico Residencial

1. Captación Subterránea

• Sondas Verticales: Tubos de polietileno en U insertados en perforaciones de 50-150 m. Ideales para terrenos pequeños, con rendimientos COP 4.5-5.2.
• Colectores Horizontales: Red de tuberías a 1.5-2 m de profundidad. Requieren 2-3 veces la superficie útil de la vivienda, con COP 3.8-4.3.

2. Bomba de Calor Geotérmica

Dispositivo clave que amplifica el calor mediante un ciclo termodinámico:

1. Evaporador: Absorbe calor del fluido anticongelante (glicol-agua) a -3°C.
2. Compresor: Eleva presión y temperatura del refrigerante (R-32 o CO₂) hasta 70°C.
3. Condensador: Transfiere calor al circuito de calefacción/ACS.
4. Válvula de Expansión: Reduce presión para reiniciar el ciclo.

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3. Sistemas de Distribución

• Suelo radiante: Opera a 35°C en invierno y 18°C en verano, maximizando la eficiencia.
• Fancoils: Requieren mayores temperaturas (45-55°C), reduciendo el COP un 15-20%.

Proceso Paso a Paso: De la Tierra al Hogar

1. Extracción de Calor: Las sondas captan energía térmica del subsuelo, donde un fluido caloportador circula a 0.25-0.5 m/s. En invierno, absorbe 10-15°C; en verano, disipa calor residual.
2. Amplificación Térmica: La bomba eleva la temperatura mediante compresión, consumiendo 1 kWh eléctrico para generar 4-5 kWh térmicos.
3. Distribución Eficiente: El calor se transfiere a emisores de baja temperatura, manteniendo diferencias ≤2°C entre suelo y techo.
4. Reinyección Sostenible: El fluido enfriado retorna al subsuelo, recargando el yacimiento térmico.

Aplicaciones Prácticas y Eficiencia

Caso 1: Vivienda Unifamiliar en Barcelona

• Configuración: 2 sondas verticales de 100 m + suelo radiante.
• Rendimiento: COP 4.8, ahorro del 70% vs gas natural.
• Inversión: 18.000€, amortizada en 7 años con subvenciones.

Caso 2: Edificio Comunitario en Milán

• Sistema: Captación abierta en acuífero a 14°C constante.
• Eficiencia: 550 MWh/año, reducción de 120 tCO₂ anuales.

Mitos vs Realidades

• Mito: «La geotermia solo funciona en zonas volcánicas». Realidad: El 95% del territorio europeo tiene gradientes suficientes para sistemas de baja entalpía.
• Mito: «Las perforaciones dañan el subsuelo». Realidad: Estudios hidrogeológicos previos garantizan sostenibilidad.

Innovaciones 2025: Geotermia 4.0

• Sensores IoT: Monitorizan en tiempo real la conductividad térmica del suelo, ajustando el COP.
• Hibridación con Fotovoltaica: Almacenamiento térmico de excedentes solares en el subsuelo.

Con un potencial global significativo, la geotermia se consolida como columna vertebral de la climatización sostenible. Su integración con arquitectura bioclimática y redes inteligentes redefine el concepto de eficiencia energética residencial. Para más información, puedes visitar Ecoforest.

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