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De forma breve podemos decir que la energía geotérmica es el aprovechamiento del calor interno de la Tierra como fuente energética.

Para poder comprender mejor este concepto, es importante conocer la estructura del interior de la Tierra. Existen dos teorías que nos explican esta estructura desde diferentes puntos de vista: el modelo estático y el modelo dinámico.

Según el modelo estático (basado en la composición química de las capas), la estructura vertical de la Tierra desde el centro (a 6.370Km de profundidad) a la superficie es la siguiente:

• El núcleo, en el que se pueden diferenciar dos zonas: el núcleo interno sólido, compuesto por aleaciones de metales como hierro y níquel, y el núcleo externo líquido también de composición metálica. Tanto la densidad como la  temperatura en el núcleo son altísimas.La temperatura llega a los 3000-5000ºC y la densidad es de unos 9,7-13,6 g/cm³.
• El manto, formado principalmente por peridotitas y óxidos, abarca unos 2.900Km desde el núcleo a la corteza. Puede dividirse en el manto inferior, que alcanza los 5,7 g/cm³ y los 3000ºC en la zona más cercana el núcleo, y el manto superior, con unos 3,3 g/cm³ y una temperatura de 800ºC.
• La corteza, la capa más fina y externa y con una densidad baja que oscila entre 2,7 y 2,9 g/cm³. Se subdivide en la corteza superior granítica (áreas continentales), con unos 30Km de profundidad, y la corteza inferior basáltica (áreas continentales y oceánicas), con un grosor de unos 5-10Km.

Todo este calor del interior de la Tierra, lo que se conoce como energía geotérmica,  se transfiere hasta la superficie, donde, en algunos casos, puede ser aprovechado como fuente energética.

Según el modelo dinámico (basado en el comportamiento mecánico de los materiales), en el manto podemos diferenciar claramente dos zonas denominadas litosfera y astenosfera. La litosfera es una la capa superficial de la tierra sólida, y está formada por la corteza y la parte más externa del manto. Su característica principal es la rigidez y en ella la transmisión de calor se realiza de forma conductiva. La litosfera se apoya sobre la astenosfera, una parte “elástica” del manto superior capaz de soportar deformaciones plásticas en respuesta al calor de la Tierra. En la astenosfera, el calor se transmite de forma convectiva.

Los movimientos de la astenosfera han fragmentado la rígida litosfera en una serie de placas denominadas placas litosféricas. Las corrientes de convección que se producen en la “plástica” astenosfera, debidas a cambios en el régimen térmico interno, provocan el movimiento de las placas litosféricas que se encuentran sobre ella. La teoría tectónica de placas explica el movimiento de las placas litosféricas en función del tipo de borde existente entre una placa y la adyacente, así como la interacción entre las placas y los eventos geológicos que se producen como consecuencia de dicha interacción. El movimiento relativo entre placas puede ser de tres tipos:

• Movimiento divergente (separación de placas): Una placa se separa de la otra de manera que se abre una brecha que permite que el manto superior ascienda formando nueva corteza. Este movimiento da lugar a vulcanismo basáltico y a la formación de nuevas islas oceánicas, como ha sido el caso por ejemplo, de las Azores o de Islandia. Estas islas presentan manifestaciones geotérmicas superficiales y tienen un elevado flujo calorífico.
• Movimiento convergente (colisión de placas): una placa choca contra otra. Cuando choca una placa continental con una oceánica se forma una zona de subducción, ya que la placa continental, al ser menos densa, se hunde por debajo de la oceánica. Cuando son dos placas continentales las que colisionan, se forman extensas cordilleras. Así se formó la cordillera del Himalaya, por ejemplo. Por último, cuando chocan dos placas oceánicas se forma un arco de islas, como es el caso, por ejemplo, de Japón.
• Movimiento transformante (fricción lateral entre placas): dos placas se deslizan una con respecto a la otra a lo largo de una falla de transformación sin provocar formación ni destrucción de corteza terrestre. Sin embargo, la fricción acumula tensión entre las placas y ésta se puede liberar en forma de movimiento en la falla, es decir, mediante terremotos. Este es el caso de la falla de San Andrés, producto del roce entre la placa Norteamericana y la del Pacífico.

El rendimiento de una central hidroeléctrica no es siempre constante ya que depende del salto neto y del caudal turbinado en cada momento. Por ejemplo, un trazado que permita tener un salto neto elevado, será beneficioso para la producción de energía. También influirá la “forma” de ese trazado: la más adecuada será con pocas curvas, desviaciones,…  Es por estas razones que el caudal instalado o turbinado de una central (el caudal que absorberán todas las turbinas de la central en su funcionamiento normal) debe ser estudiado y seleccionado en función de diferentes factores como caudal medio del río a lo largo del año, la localización de la instalación, la demanda estimada de electricidad, la maquinaria,…

En las minicentrales de tipo fluyente el caudal turbinado es muy variable y depende de la aportación del río en cada momento, lo que hace que la potencia disponible en cada instante esté directamente relacionada con el caudal instantáneo del río. En las de regulación (con agua embalsada), el caudal turbinado es prácticamente constante.

Hemos dicho que el salto neto influye en el rendimiento de una central hidroeléctrica. Podemos decir que el salto neto es la altura a la que cae el agua que impulsa la turbina de la central. Además del salto neto, también se definen el salto útil y el salto bruto:

• Salto bruto: Altura existente entre el nivel del punto de toma de agua del azud y el nivel normal del río en el punto de descarga del caudal turbinado.
• Salto útil: Desnivel existente entre la superficie libre del agua en el punto de carga y el nivel de desagüe de la turbina.
• Salto neto: Diferencia entre el salto útil y las pérdidas de carga producidas a lo largo de las conducciones. Es la altura del salto que impulsa la turbina y representa la máxima energía que se podrá transformar en trabajo en el eje de la turbina.

Las centrales mareomotrices aprovechan las variaciones de nivel del agua del mar provocadas por las mareas para generar electricidad. Existen dos sistemas principales de aprovechamiento de la energía mareomotriz:  sistema de simple efecto y sistema de efecto doble.

SIMPLE EFECTO

El sistema de simple efecto utiliza un solo estanque creado por un dique que cierra el estuario. La energía del agua se aprovecha durante el vaciado del estanque. Se pueden distinguir tres fases de funcionamiento:

- Fase de llenado (turbinas paradas y compuertas abiertas): Cuando sube la marea, el agua pasa al estanque a través de las compuertas.

- Fase de espera (turbinas paradas y compuertas cerradas): Se espera a que baje la marea para que se establezca una diferencia entre los niveles de agua del estanque y del mar. Cuando esto ocurra, se inicia la fase de producción.

- Fase de producción (turbinas funcionando y compuertas cerradas): Las turbinas producen energía como consecuencia de la altura de caída de agua desde el estanque al mar (la altura de la caída será la diferencia entre los niveles de agua del estanque y del mar).

Esquema de funcionamiento del sistema de efecto simple

EFECTO DOBLE

En un sistema de efecto doble la generación de energía se efectúa tanto con la subida como con la bajada de las mareas, por lo que las turbinas trabajan durante el vaciado y el llenado del estanque. Para ello, este tipo de sistemas aprovechan la caída de agua tanto desde el mar al estanque (proceso de llenado – subida de la marea) como del estanque al mar (proceso de vaciado – bajada de la marea).

Normalmente, la diferencia entre los niveles de agua del mar y del embalse son menores en una central de efecto doble, por lo que la energía utilizable y el rendimiento también son menores. Sin embargo, el hecho de que se aproveche tanto el llenado como el vaciado del embalse hace que en total la energía proporcionada por una central mareomotriz con sistema de efecto doble sea aproximadamente un 18% mayor que la proporcionada por una con sistema de efecto simple.

Esquema de funcionamiento del sistema de efecto doble