En medio de la crisis energética que enfrenta Costa Rica, surge la necesidad urgente de fortalecer la matriz energética nacional mediante la incorporación de fuentes renovables y sostenibles. En este contexto, el país cuenta con un valioso recurso en su abundante potencial geotérmico, especialmente en la región del Cinturón de Fuego del Pacífico, donde se encuentran acuíferos subterráneos con temperaturas comprendidas entre los 80 y 90 °C, condiciones ideales para los sistemas geotérmicos abiertos de baja entalpía.

Definición y Funcionamiento de los Sistemas Geotérmicos Abiertos:

Los sistemas geotérmicos abiertos aprovechan el calor de los acuíferos subterráneos mediante un intercambio térmico directo. Su funcionamiento se basa en la perforación de pozos de extracción e inyección que facilitan la circulación del agua subterránea. Esta actúa como fluido caloportador, transfiriendo su energía térmica a un circuito secundario que alimentará al hotel en todas aquellas aplicaciones que requieran altas temperaturas, como la climatización por absorción, procesos de agua caliente para generación de vapor y agua caliente sanitaria. Después del intercambio de calor, el agua se reinyecta en el acuífero a una temperatura más baja, completando un ciclo respetuoso con el medio ambiente.

Aplicación n°1: Climatización por Absorción:

La climatización mediante sistemas de absorción representa una de las aplicaciones más prometedoras de los sistemas geotérmicos abiertos de las características descritas.

Mientras que en el ciclo de compresión la circulación del fluido y el efecto de la presión se obtienen con un compresor mecánico, en el ciclo de absorción se logra aportando una fuente de calor, en el rango de 80 a 110 °C, al generador (también llamado regenerador) donde el refrigerante está mezclado con otro fluido llamado absorbente y cuya función es absorber el vapor en la zona de baja presión para poder devolverlo en forma líquida al generador

Los valores de referencia de este tipo de unidades son:

• Sistema de absorción: Simple efecto

• Capacidad: 10 - 1700 kW

• La relación entre el frio obtenido en el evaporador y el calor aportado, Rendimiento o COP: 0.6 - 0.7

• Temperatura de activación: > 85 °C

• Temperatura de salida del agua refrigerada, en función de la fuente de calor, con un rango optimo en condiciones nominales de 7 °C

La instalación se debe complementar finalmente con el subsistema de disipación de calor, debido a que el fluido que se encuentra en el interior de la maquina de absorción en condición de vacío se calienta por condensación del agua. Para ello se tiene la posibilidad de hacerlo bien climatizando piscinas exteriores e interiores, además del empleo de torres de refrigeración.

Como ejemplo de operación de una de las unidades mas pequeñas del mercado, tenemos:

Aplicación n°2: Agua caliente para proceso y ACS:

Otra aplicación directa de los sistemas geotérmicos abiertos es la producción de agua caliente para zonas de lavandería, cocina y de ACS (agua caliente sanitaria). El agua subterránea, a temperaturas entre 80 y 90 °C, se puede utilizar mediante un intercambiador de calor para calentar el agua destinada al consumo en este tipo de suministros.

Este proceso es altamente eficiente y sostenible, reduciendo la dependencia de combustibles fósiles y minimizando el impacto ambiental. Además, estas temperaturas permiten realizar tratamientos térmicos de choque antibacterianos, garantizando la calidad del agua caliente para consumo humano..

Dimensionamiento del sistema geotérmico abierto:

Una vez determinado la potencia térmica necesaria para el suministro de agua refrigerada mediante absorción y la correspondiente a las necesidades de agua caliente del edificio, podremos determinar el caudal de agua del pozo de captación aplicando la ecuación:

Pt = Qm x Ce x DT

Donde

Pt =Potencia térmica (W)

Qm = Cantidad o caudal de agua (kg/s)

Ce = Calor específico del agua = 4.180 j/(kg K)

Dt = Salto térmico (°C)

Factores a Considerar en la Implementación:

Para asegurar el éxito y la viabilidad de los sistemas geotérmicos abiertos, es crucial considerar los factores siguientes:

• Asegurar una distancia de seguridad entre los pozos, para asegurar que el caudal de los mismos es suficientemente bajo como para que el; agua de descarga llegue al pozo primario de producción a una temperatura similar a la del acuífero.

• Realización de estudios geológicos y evaluar la disponibilidad y calidad del acuífero.

• Implementación de tratamientos adecuados para el agua, como filtración, descalcificación, desgasificación y ajuste de pH, para evitar problemas de corrosión e incrustaciones.

• Cumplimiento de las regulaciones ambientales, así como la obtención de los permisos necesarios, considerando aspectos como el impacto en el acuífero y la fijación de un máximo salto térmico admisible para el agua de descarga.

Conclusiones:

En resumen, los sistemas geotérmicos abiertos de baja entalpía representan una oportunidad prometedora para Costa Rica, al ofrecer beneficios energéticos, económicos, ambientales y de eficiencia energética. Contribuyen a la transición hacia una matriz energética más sostenible y resiliente ante los desafíos climáticos y energéticos actuales