Las maravillas de la geotermia

Deshidratación de alimentos, generación de electricidad y desalación del agua de mar son sólo algunos de los procesos basados en el aprovechamiento de los sistemas de energía geotérmica en México. Sus beneficios, por supuesto, también impactan de cerca al sector del aire acondicionado y la refrigeración

Sofía Ruiz

El grupo iiDEA (Instituto de Ingeniería Desalación y Energías Alternas) es un equipo multidisciplinario que forma parte del Instituto de Ingeniería de la Universidad Autónoma de México (UNAM) e investiga los usos y aplicaciones de la energía geotérmica de baja y media entalpía. Su estudio está centrado en las necesidades fundamentales del ser humano: conservación de alimentos, desalación del agua de mar y generación de potencia eléctrica.

Héctor Aviña, ingeniero mecánico egresado de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, es su coordinador. Doctor en Energía, Desalación y Geotermia, lleva trabajando en el Instituto de Ingeniería desde hace 10 años y forma parte de iiDEA desde 2014.

El grupo, relata Aviña, tiene como antecedente otra iniciativa de nombre Impulsa, un megaproyecto financiado por la UNAM entre 2006 y 2010, enfocado en estudiar y fomentar las técnicas e ideas alrededor de las energías limpias. Su trabajo giraba en torno a la geotermia, ya que ésta tiene la particularidad de funcionar las 24 horas del día, y goza de un factor de planta, resultando más rentable para ciertos proyectos.

El enfoque de este programa, prosigue el coordinador, “no era generar electricidad, sino utilizar la energía de manera directa, pues transformarla en electricidad produce un desperdicio de la misma, porque en lugar de aprovechar el cien por ciento, tan sólo utilizas el 5 o 10 por ciento”.

Más tarde, en 2013, se creó el grupo iiDEA, con el objetivo de concretar estas propuestas. “Lo que hemos hecho es tratar de hacer prototipos para verificar que estas ideas son reales. Ahora las estamos probando en campo, para hacerlas rentables y que estén en condiciones para realizar negocios, llevarlas a la vida real para fomentar el uso de energías renovables y, sobre todo, aprovechar los recursos naturales que hay en México”, comenta Aviña.

Así, entre los profesionales involucrados en este proyecto están desde ingenieros mecánicos, eléctricos y en telecomunicaciones, eléctricos, hasta geólogos, biólogos, físicos, sociólogos, economistas y químicos metalúrgicos y en alimentos, entre otros.

Aplicaciones
A nivel mundial, los usos de la geotermia de baja entalpía son muy variados: se conoce su práctica en spas de lodo y agua caliente, para el reciclado del pet, en el  ámbito de la cerveza artesanal de Italia y, claro está, en la industria HVACR.

En el caso de México, se aprovecha para la generación de energía eléctrica, balnearios a gran escala, reciclado de papel, invernaderos, secado de manera, estanques artificiales con temperaturas controladas, calefacción, etcétera. En Hidalgo, por ejemplo, hay lugares donde ponen la jara (arbusto típico del mediterráneo) debajo del lodo caliente para que se ablande la planta y se pueda utilizar para fabricar sillas u otros utensilios.

“La tendencia mundial es aprovechar los recursos en el momento. La idea es dar soluciones integrales a los clientes, decirles cómo se puede ocupar, ir con las empresas grandes y preguntarles si tienen nuevos proyectos para que instalen los recursos geotérmicos”, asegura Aviña.

Desarrollo e investigación
El Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (Cemiegeo) está a cargo de costear las propuestas de esta clase. Actualmente, impulsa el programa “Desarrollo tecnológico para el aprovechamiento de la geotermia de baja entalpía”, el número 11 de los 32 proyectos que respalda. Cabe señalar que cada uno de ellos cuenta con un patrocinio de cuatro años por parte de dicha institución, financiada por la Secretaría de Energía y el Conacyt.

“Para octubre de 2018 tiene que ser autosuficiente. Nosotros debemos tener un esquema para seguir obteniendo financiamiento de diferentes formas, ya sea público o privado, para seguir adelante con estos desarrollos tecnológicos”, comenta Aviña.

El ingeniero menciona que en el país sólo se está aprovechando la geotermia para generar electricidad y en balnearios, en los cuales se utilizan temperaturas muy altas para calentar el agua.

Así, con el apoyo del Cemiegeo, grupo iiDEA maneja varios proyectos, entre los que destacan: una Desaladora Modular Geotérmica (DMG) y una Deshidratadora Geotérmica de Alimentos (DGA), además de generar energía para diferentes usos.

La desaladora se enfoca en aprovechar las técnicas de desalación a través de energías renovables, como la geotermia. “Ahorita el proyecto que tenemos es encontrar un punto donde exista geotermia y agua de mar, además de la necesidad de agua potable. La península de Baja California es de los lugares privilegiados que tiene estos dos recursos naturales. En este momento nos encontramos a punto de firmar un convenio en Los Cabos con un grupo turístico y con ellos vamos a probar la desaladora de mayor escala para generar agua potable en esta región”, comentó el ingeniero.

Para la deshidratadora se basaron en el modelo de una planta de Oregón, en Estados Unidos. Este segundo proyecto responde a una clara problemática: México es uno de los principales productores de frutas y verduras; sin embargo, aproximadamente entre 45 y 50 por ciento de ellos son desperdiciados, ya sea debido a una prolongada etapa de maduración o porque no son consumidos a tiempo, según datos de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación.

Una manera de preservarlos es justamente la deshidratación. “Esto porque al quitarle lo máximo posible de agua, también los despojas de los agentes que crean las bacterias, Así, en lugar de durar una semana, se preservan durante dos años”, comenta Aviña.

El truco para una buena deshidratación “es que sea constante, con esto no se pierden nutrientes ni vitaminas. Para ello realizamos un convenio con la Facultad de Química y un laboratorio microbiológico y sensorial; ellos tomaron muestras y obtuvimos temperaturas estables con las cuales es posible deshidratar sin necesidad de perder nutrientes. Aparte hicieron análisis sensoriales, con los cuales prueban color, sabor y olor para que los productos sean agradables a los consumidores”, aclara el coordinador.

El proceso
En cuanto a la máquina desaladora, el ingeniero Aviña explica que el primer paso consiste en tomar agua geotérmica, la cual se extrae de un pozo playero, regularmente. Al agua de mar se le realiza un pretratamiento que consiste en depurarla de los granos e impurezas que contiene mediante filtros (llamados multimedia o arena). Después del filtrado, se pasa a la planta de desalación, para realizar un procedimiento de aspersión.

En este punto, “se disminuyen o minimizan las gotas lo más que se pueda, para crear un área de contacto mayor en los tubos por donde se transporta el agua caliente. Luego, éstas se evaporan y el vapor resultante es enviado a otra área donde se condensa,  y éste es el destilado”, indica el coordinador.

Al recurso que no se evaporó se le denomina salmuera y pasa por un proceso distinto, ya que regresa al mar a través de una dilución rápida para no afectar el medioambiente.

En el caso de la deshidratadora, el agua caliente es almacenada por un intercambiador de calor que, posteriormente, transfiere el calor al aire. Éste, a su vez, remueve la humedad de los productos en una cabina de secado y después el aire restante se desecha al medioambiente.

En lo que respecta a las frutas, comenta Aviña, primero se realiza un proceso de sanitización, tanto de la deshidratadora como de los alimentos. Éstos se deben lavar y rebanar, para que tengan una mayor área de contacto con el aire caliente. Luego, son puestos en las charolas que se introducen a la cámara de secado donde fluye el aire caliente hasta dejar deshidratados todo los productos. Por último, se recolectan los frutos y se empaquetan en bolsas.

Aproximadamente, se requieren unas ocho horas para deshidratar, si bien el tiempo para cada alimento depende de su porcentaje de agua. Cada proceso es manejado por día, tiempo de limpieza y el corte de alimentos. Éstos se preparan e introducen en el equipo; el secado dura un día completo. La deshidratadora trabaja los 365 días del año, 24 horas al día, detalla el ingeniero.

Para echar a andar la desaladora es necesaria agua geotérmica a 80 ºC, mientras que para la deshidratadora se requiere una temperatura de 60 ºC. Otro uso que busca implementarse con el recurso geotérmico es que, si éste ya fue ocupado anteriormente en procesos más altos, como para producir electricidad, es posible aprovecharlo en otras aplicaciones hasta quitarle la mayor parte de energía.

“El agua de estos procesos se puede reutilizar, este procedimiento se llama en cascada, porque vas disminuyendo la temperatura, pero ocupas totalmente los recursos geotérmicos”, comenta el especialista.

La geotermina en la industria HVAC
En el sector HVAC, las bombas de calor geotérmicas son una de las principales aplicaciones de esta disciplina, tanto para aire acondicionado en diversos países del mundo, como para calefacción en Europa.

Aviña indica que uno de los proyectos del Cemiegeo consiste en aprovechar los beneficios de la geotermia en chillers de absorción y cámaras de refrigeración. En éstas últimas se requieren temperaturas de 0 a 5 ºC, y ofrece un ahorro energético de 70 a 75 por ciento.

También puede utilizarse en edificaciones grandes y que cuenten con un buen diseño arquitectónico que potencie el uso de luz natural, con lo cual se disminuiría la carga térmica. En ciertas zonas, ejemplifica Aviña, se instalan las bombas e intercambiadores de calor en los cimientos, ya que éstos no tienen gran capacidad térmica, así que no ganan ni pierden calor rápidamente y, por lo tanto, se pueden usar como sumideros.

Como se sabe, la CDMX no posee fuentes de energía geotérmica y las únicas que pueden considerarse como tal son las que están en el Peñón de los Baños, donde hay depósitos de agua caliente. No obstante, remarca el especialista, para construcciones nuevas se tendría que pensar en instalar intercambiadores de calor en los primeros pisos para disponer de aire acondicionado o calefacción, porque muchas veces no les da la radiación en largo periodos de tiempo.

Mantenimiento
Los sistemas geotérmicos también requieren de cuidado y mantenimiento, debido a que las máquinas funcionan con intercambiadores de calor para pasar el agua, por lo que se llevan el impacto del calor del líquido. En muchos casos el recurso hídrico está tan caliente que es casi puro, pero existen otros en los que el agua tiene mucha salinidad y minerales, por lo que se dificulta el proceso.

Por ejemplo, en la planta geotérmica operada por la Comisión Federal de Electricidad (CFE), en Cerro Prieto, Mexicali, el agua es muy corrosiva, ya que contiene mucho sílice. Esta circunstancia genera que en todas las tuberías por donde pasa exista incrustación. Muchas veces ésta comienza de un día para otro. Por ello, la CFE decidió instalar intercambiadores de calor con placas de fácil mantenimiento, el cual se realiza cada seis meses. El proceso de mantenimiento para el agua geotérmica lleva de dos a tres días y puede llevarse a cabo por una sola persona. Cada que se utiliza el deshidratador se tiene que lavar y sanitizar.

Impacto en la Cadena de frío
La deshidratación tiene muchas ventajas. Una de ellas es que, al quitarle la humedad a los alimentos (y más cuando se le quita la semilla) el peso disminuye notablemente. Por esta razón, la transportación se reduce hasta en 10 por ciento. Otra es que una vez deshidratados, los alimentos no necesitan refrigeración, ya que se puede conservar hasta dos años en anaqueles sin ningún problema.

Adicionalmente, “si los productos deshidratados se mantienen guardados en lugares herméticos pueden durar hasta cinco años. Todo depende de que no entre humedad en ellos. En América Latina existe la costumbre de comer frutos frescos, porque los tenemos a la mano, pero en países como Estados Unidos, Canadá, Europa y algunos lugares de Asia no tienen estas ventajas, por lo tanto, consumen los productos deshidratados”, concluye el ingeniero.

Equipos HVAC Desaladora Modular Geotérmica Bombas para fluido caliente y agua de mar Intercambiadores de calor Sistemas de aspersión Condensadores Recubrimientos tipo teflón (poliméricos) Deshidratadora Geotérmica de Alimentos Intercambiadores de placas Extractores de aire (con filtros) Intercambiadores de calor Máquinas de secado Charolas