Energía Geotérmica. Fundamentos, Tecnologías y Aplicaciones

Contenido

Prólogo
Agradecimientos

CAPÍTULO 1

Introducción a la energía geotérmica
1.1. Introducción a la energía geotérmica
1.2. ¿Qué es la energía geotérmica?
1.2.1. Antecedentes y diferenciación conceptual
1.2.1.1. Origen del término geotermia
1.2.1.2. Diferencia entre energía geotérmica y otras fuentes de calor terrestre
1.2.1.3. Características distintivas de la energía geotérmica
1.2.2. Fundamentos físicos y termodinámicos
1.2.2.1. Gradiente geotérmico y flujo de calor terrestre
1.2.2.2. Mecanismos de transmisión del calor en la Tierra
1.2.2.3. Relación entre temperatura y profundidad
1.2.3. Fuentes y reservorios geotérmicos
1.2.3.1. Tipos de sistemas geotérmicos
1.2.3.2. Composición de los fluidos geotérmicos y su interacción con el entorno
1.2.3.3. Diferencias entre yacimientos de alta, media y baja temperatura
1.3. Historia y evolución del aprovechamiento geotérmico
1.4. El nacimiento de la energía geotérmica moderna
1.5. Importancia en la transición energética y la mitigación del cambio climático
1.6. Beneficios y desafíos del uso de la energía geotérmica
1.6.1. Beneficios ambientales
1.6.2. Beneficios económicos y sociales
1.6.3. Desafíos técnicos y operativos
1.6.4. Aceptación pública

CAPÍTULO 2

Geología y recurso geotérmico
2.1. Composición y capas internas de la Tierra
2.1.1. Composición química de la Tierra
2.1.2. Capas internas de la Tierra
2.1.2.1. Corteza terrestre: diferenciación y características
2.1.2.2. Manto terrestre: fuente primaria del calor geotérmico
2.1.2.3. Litosfera y astenosfera: estructuras clave en la dinámica terrestre
2.1.3. Núcleo terrestre: la fuente de energía interna
2.2. Generación y distribución del calor interno
2.2.1. Fuentes del calor interno
2.2.2. Orígenes principales del calor terrestre
2.2.2.1. Calor primigenio de la formación planetaria
2.2.2.2. Calor generado por la desintegración radiactiva
2.2.2.3. Calor por diferenciación y fricción interna
2.2.3. Distribución de la generación de calor en las capas terrestres
2.3. Gradiente geotérmico y flujo de calor terrestre
2.3.1. Medición y distribución global del gradiente geotérmico
2.3.1.1. Métodos de medición del gradiente geotérmico
2.3.1.2. Distribución global del gradiente geotérmico
2.3.2. Concepto de flujo de calor terrestre
2.3.2.1. Diferencia entre gradiente térmico y flujo de calor
2.3.2.2. Unidades y métodos de medición del flujo de calor
2.3.3. Mecanismos de transferencia de calor en la corteza terrestre
2.3.3.1. Conducción térmica en materiales sólidos
2.3.3.2. Convección térmica y circulación de fluidos
2.3.3.3. Advección: transporte de calor con el movimiento de masas
2.3.3.4. Influencia de la radiación térmica en la atmósfera
2.3.3.5. Interacción de los mecanismos de transferencia de calor
2.3.3.6. Factores que modulan la eficiencia de la transferencia de calor
2.4. Propiedades térmicas de las rocas y los fluidos geotérmicos
2.4.1. Conductividad térmica de las rocas
2.4.1.1. Factores que influyen en la conductividad térmica de las rocas
2.4.1.2. Impacto en la explotación geotérmica
2.4.2. Capacidad calorífica y difusividad térmica
2.4.3. Propiedades de los fluidos geotérmicos
2.4.3.1. Factores que afectan las propiedades de los fluidos geotérmicos
2.4.3.2. Impacto en la explotación geotérmica
2.5. Tipos de reservorios geotérmicos
2.5.1. Clasificación de los sistemas geotérmicos
2.5.1.1. Clasificación según la temperatura
2.5.1.2. Clasificación según la naturaleza del reservorio
2.5.1.3. Factores geológicos que afectan a la clasificación
2.5.2. Reservorios hidrotermales
2.5.2.1. Ejemplos de reservorios hidrotermales en el mundo
2.5.2.2. Factores que influyen en la explotación de reservorios hidrotermales
2.5.3. Sistemas geopresurizados y magmáticos
2.5.3.1. Sistemas geopresurizados
2.5.3.2. Aplicaciones de los sistemas geopresurizados
2.5.3.3. Sistemas magmáticos
2.5.3.4. Factores clave de los sistemas magmáticos
2.5.3.5. Consideraciones para la explotación de estos sistemas
2.6. Modelos conceptuales de sistemas geotérmicos
2.6.1. Modelos de convección en reservorios geotérmicos
2.6.1.1. Procesos de transferencia de calor por convección natural
2.6.1.2. Importancia de la permeabilidad en la eficiencia del sistema
2.6.2. Modelos de conducción térmica en reservorios de roca caliente
2.6.2.1. Dinámica del flujo térmico en sistemas de baja permeabilidad
2.6.2.2. Impacto en la producción de energía en yacimientos profundos

CAPÍTULO 3

Perforación y desarrollo de pozos geotérmicos
3.1. Recursos geotérmicos
3.2. Definición y clasificación de los recursos geotérmicos
3.3. Yacimientos geotérmicos según su temperatura
3.3.1. Yacimientos de muy baja temperatura (180 °C)
3.3.5. Comparación técnica de yacimientos según temperatura
3.3.6. Consideraciones tecnológicas y ambientales

CAPÍTULO 4

Tecnologías y generación de energía geotérmica
4.1. Principios de conversión de energía térmica
4.2. Ciclos termodinámicos aplicados a la geotermia
4.2.1. Ciclo de Rankine aplicado a la geotermia
4.2.2. Ciclo de Rankine orgánico (ORC)
4.2.3. Ciclo Kalina
4.3. Plantas geotérmicas de vapor seco
4.4. Plantas geotérmicas de destello *single-flash*
4.5. Plantas geotérmicas de destello *double-flash*
4.6. Plantas geotérmicas de ciclo binario

CAPÍTULO 5

Aplicaciones directas del calor geotérmico
5.1. Introducción a los usos directos de la energía geotérmica
5.1.1. Clasificación de las aplicaciones directas según la temperatura
5.2. Sistemas de calefacción y refrigeración geotérmica
5.2.1. Principios termodinámicos y coeficiente de desempeño
5.2.2. Tecnologías de sistemas geotérmicos para climatización
5.2.3. Aplicaciones urbanas, residenciales e industriales
5.2.4. Retos técnicos y perspectivas futuras
5.3. Aplicaciones industriales y agrícolas
5.3.1. Procesos industriales con integración geotérmica
5.3.2. Aplicaciones agrícolas en invernaderos y postcosecha
5.3.3. Acuicultura y piscicultura geotérmica
5.3.4. Ventajas comparativas frente a las fuentes térmicas convencionales
5.3.5. Limitaciones y consideraciones de implementación
5.4. Uso en balnearios y *spas*
5.4.1. Clasificación hidroquímica y aplicaciones terapéuticas
5.4.2. Diseño y operación de instalaciones balnearias geotérmicas
5.4.3. Valor agregado y turismo sostenible
5.4.4. Consideraciones hidroquímicas y de salud pública

CAPÍTULO 6

Consideraciones ambientales y sostenibilidad
6.1. Evaluación del impacto ambiental de los proyectos geotérmicos
6.1.1. Evaluación de la sensibilidad ecológica y sociocultural del entorno
6.2. Sostenibilidad a largo plazo
6.2.1. Gestión adaptativa del recurso geotérmico
6.2.2. Buenas prácticas operativas y tecnológicas
6.2.3. Indicadores de sostenibilidad y criterios de evaluación
6.2.4. Gobernanza ambiental y participación comunitaria
6.2.5. Perspectivas futuras: integración con economías circulares

Glosario

Referencias