Gradiente geotérmico.

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1 Gradiente geotérmico

2 introducción La tierra recibe energía del sol que calienta los primeros metros de corteza. Pero a partir de los 10 metros la temperatura es estable, sin estacionalidad ( estaciones del año) ni dependencias climáticas. El calor tiene su origen por distintos fenómenos, por un lado procede del calor residual generado durante la formación del planeta y que todavía esta llegando a la superficie desde el núcleo, otra parte se debe a la radiación solar, climática que es absorbida y acumulada por la tierra, finalmente otra parte tiene su origen en la desintegración radiactiva que se produce de forma constante en el interior de la Tierra.

3 Por otra parte, existen pozos abandonados de petróleo y gas en todo el mundo, que en algunos casos podrían ser convertidos para uso geotérmico. Existen prospectos en Bolivia, de siete  prospectos identificados en Bolivia , tres son posibles productores de energía geotérmica, entre los cuales , Sol de Mañana.

4 Marco teorico La termodinámica determina la cantidad de calor que debe transferirse en un proceso (sin considerar el mecanismo de flujo ni el tiempo necesario) a partir del primer principio, de conservación de energía y accesibilidad adiabática. La variación de la energía interna de un sistema aislado U es: ∆U = Q - W Siendo: Q =el calor aportado W =el trabajo efectuado

5 El segundo principio acota al primero, ya que indica la irreversibilidad completa de los procesos, dado el incremento del desorden molecular que conllevan, es decir, el incremento de entropía S (entropía: giro, confusión), así denominada por el físico alemán Clausius en 1865 a partir de los análisis del ingeniero francés Émile Clapeyron en 1834. De modo tal que: dS = δQ / T siendo: T la temperatura absoluta, en grados Kelvin

6 Sabemos que la: Temperatura: es la medida de la energía cinética de las moléculas, es decir, una cuantificación de la actividad molecular de la materia en un cierto sistema. El calor: en cambio, es el proceso de transferencia de energía interna desde un sistema que está a mayor temperatura hacia otro sistema que está a menor temperatura, lo cual sucede hasta que ambos sistemas (gaseosos, líquidos o sólidos) se encuentren en equilibrio térmico.

7 Sin embargo: La cantidad total de energía interna que puede transferirse como calor, depende también de la concentración molecular. Por ejemplo, en la alta atmósfera existen gases ionizados a 1500ºC, pero a baja presión y en consecuencia la cantidad de calor es muy pequeña.

8 A partir de datos de perforaciones es conocido el hecho de que la temperatura se incrementa en alrededor de 3ºC cada 100 metros a medida que se profundiza, lo cual fue medido en un pozo por primera vez por William Thomson. Es una tasa incremental de temperatura que a su vez se va reduciendo en función del aumento de la profundidad, estimándose una temperatura de: 1400º en la base de la litósfera 2700° en la base del manto 5500ºC en el centro de la Tierra

9 Gradiente geotermico Es la “variación de temperatura que aumenta con la profundidad” considerado que avanza desde la superficie hacia el centro de la esfera. En general la temperatura aumenta 3°C por cada 100 metros de profundidad. Este valor varía principalmente según las características físicas y el grosor de la placa litosférica.

10 Es decir El gradiente de temperatura terrestre es conocido como gradiente geotérmico “G” (termós: caliente en griego) Calculándose como la derivada de la temperatura T respecto de la profundidad z: G = dT / dz O bien, integrando entre los límites de temperatura de fondo Tf y de superficie Ts, resulta: G = (Tf - Ts) / z

11 TEMPERATURA ESTABLE TODO EL AÑO
Azul: En invierno, a medida que profundizamos, la temperatura va aumentando hasta alcanzar un valor próximo a 10 ºC. Roja: En verano ocurre lo contrario; a medida que profundizamos la temperatura desciende hasta los 10 ºC. Verde y amarilla: En primavera y otoño las variaciones son menores, llegándose a alcanzar, en profundidad, el mismo valor de 10 ºc ver grafica

12 Este quiere decir que a partir de una determinada profundidad, la temperatura del subsuelo es constante, e independiente de la estación anual en la que nos encontremos y por supuesto, independiente de la hora del día o de la noche. Disponemos por ello, a unos pocos metros de nosotros, de una fuente de energía constante a lo largo de todo el año y accesible en todos los lugares.

13 G puede variar “G” puede variar significativamente en la corteza según las condiciones geológicas presentes, sobre todo en los continentes por: Tipos de roca: como ejemplo las ígneas, las metamórficas y las sedimentarias. Fenómenos de oxidación. Yacimientos radiactivos: Bolivia tiene yacimientos de minerales radiactivos en la mina de Cotaje entre Oruro y Potosí donde existe uranio acuíferos en movimiento, strato o formación geológica permeable, compuesta de grava, arena o piedra porosa, que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Glaciaciones: es un periodo de larga duración en el cual baja la temperatura global y da como resultado una expansión del hielo continental de los casquetes polares y los glaciares cercanía de lagos tasa de sedimentación o erosión Yendo desde menos de 0,01 hasta más de 0,15ºC/m, este último valor en sectores de gran actividad volcánica

14 A partir de los estudios del francés Joseph Fourier (1822, “Théorie analytique de la chaleur”) y del escocés James Maxwell (1871) en relación con la segunda ley de la termodinámica DICEN QUE: Puede definirse el flujo total de calor que asciende hacia la superficie en cada sitio como una cantidad llamada flujo calórico o térmico: Q = k . dT / dz (Ley de Fourier)

15 Es decir, el producto del gradiente geotérmico por una constante k
“K” que recibe el nombre de conductividad térmica: capacidad de conducir calor, propiedad intrínseca de transferencia de la energía cinética de las moléculas a otras adyacentes, cuya magnitud varía según la constitución de las rocas y sus contenidos porales. Despejando, obtenemos: k = Q . dz / Dt Entonces, si se toma un gradiente de temperatura igual a 1, resulta k = Q. Lo que en unidades del SI significa que la conductividad térmica es la cantidad de calor que fluye en un segundo a través de un área de un metro cuadrado en un lugar en el que el gradiente es de 1ºC/m.

16 La energía solar recibida en nuestro mundo es de 6
La energía solar recibida en nuestro mundo es de Joules/año (LA DIFUSION devuelve al espacio el 38% de eso), eso hace circular el ciclo del agua y de la vida. La energía liberada por los terremotos es de 1018 J/a, la La de (mareas terrestres) es de J/a y el calor geotérmico irradiado es de 1,4.1021J/a. (Este último NUMERO es el doble del consumo energético anual global, aunque el: 60% de eso lo obtenemos de los hidrocarburos 25% del carbón –es decir, antiquísima energía solar guardada en las rocas–, 5% es de fuente nuclear 0,2% geotérmica, hidroeléctrica 6% y porcentajes mínimos de eólica, solar térmica, fotovoltaica, biomasa y biocombustibles.

17 La energía solar anual recibida es unas 4200 veces superior que la energía geotérmica anual
Existe una pobrísima conductividad térmica de las rocas, pésimas disipadoras del calor, que absorben escasamente la energía que entibia cada día las rocas y sedimentos superficiales. Las variaciones diurnas de temperatura afectan sólo hasta unos 20 cm (¡máximo de 1ºC a 1 m de profundidad!)

18 Y su propagación se efectúa por:
Las variaciones estacionales influyen hasta 2 ó 3 metros bajo tierra y por debajo llegan solamente las tendencias de cambio climático que se prolongan por muchos años. Y su propagación se efectúa por: conducción (19%), convección (75%) o advección (6%). Es por esto que el gradiente geotérmico obedece casi al flujo del calor interno de el planeta y no a la radiación solar

19 Temperatura del reservorio
La temperatura del reservorio es otra fuente para la producción. En una primera aproximación puede estimarse la temperatura del reservorio conociendo el gradiente geotérmico. Este presenta un valor promedio alrededor de 3ºC/100M. En la practica se han encontrado valores extremos muchos menores de 1ºC/100M Y MUCHO MAYORES DE 6ºc/100m.

20 Dada la diversidad de los gradientes geotérmicos el perfil de temperatura desde la superficie hasta el reservorio desde la superficie hasta el reservorio se mide con termometros adosados y las herramientas de perfilaje.

21 A medida que los fluidos se producen retiran calor del reservorio por convección. Ahora bien las rocas superyacentes y subyacentes por encima y por debajo del reservorio. Se pueden suponer como fuente de calor por de infinita extensión Por lo tanto son capaces de entregar calor por conducción suficientemente para compensar el petróleo por convección y mantener la temperaturas del reservorio aproximadamente constante.

22 Yacimiento geotermico
Cabe tomar en cuenta que para extraer el calor del subsuelo de un yacimiento tanto geotérmico es necesario la presencia de un fluido que lo transporte y además es necesario perforar a suficiente profundidad para alcanzar las temperaturas optimas para la explotación donde interviene costos y existe dificultades técnicas que se ven incrementadas con la profundidad

23 Clasificar los yacimientos
Se toma en cuenta la temperatura del fluido Pueden existir cuatro tipos de yacimientos geotérmicos: De alta temperatura: proporcionan calor para producir energía eléctrica a partir de vapor de agua, se  encuentran a más de 150 ºC. 

24 De media temperatura: yacimiento alcanza temperaturas entre 100 y 150 ºC.
De baja temperatura: son aquellos yacimientos cuya temperatura se encuentra entre los 100 y los 30 ºC.  De muy baja temperatura: son yacimientos la temperatura de los cuales es inferior a los 30 ºC.

25 Influencia de la temperatura
Temp ºc 0-60 60 a 100 100 a 175 175 a 225 225 a315 caracter Metano biogenico Petróleo pesado Petróleo liviano Gas húmedo Gas seco

26 ejemplos a 10 metros de profundidad se miden 221c y a 325 m se miden 31,5 ºc Es decir q en el intervalo de (325-10) metros la temperatura ha aumentado de 31,5-22ºc Por lo tanto el gradiente es: G=(31,5-22)ºc/(325-10)m= 9,5/315= 0,03ºc/m

27 ejemplo Se dice que la temperatura aumenta a 3ºc cada 100 m es decir 1,71ºF a 100 pies. ¿ cual seria la temperatura a 2000 y 3000 pies con una temperatura inicial de 92 ºf. DATOS: T0=92 ºf , para Z1=2000 PIES Z1=2000 PIES. ∆𝑇 ∆𝑧 = 3 100 𝑇1−𝑇0 𝑍1−𝑍0 = 1,71 100 T1-T0=1,71/100(Z1-Z2) T1-T0=1,71/100(Z1-0) T(2000)=T0+1,71/100(Z1) T(3000)=T0+1,71/100(Z1) COMPLEMENTAR…….