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Aguas termales

Agua termal en el subsuelo de Santa Coloma de Gramenet

Pascual Bolufer, AECC12/12/2016

Santa Coloma de Gramenet (Barcelona, 120.000 habitantes) se asienta sobre un terreno con agua termal, que satura la roca porosa. En la madrugada del viernes 25 de noviembre 2016, el profesor Enric Vázquez Suñé, de la Universitat de Barcelona, recorrió a pie, de madrugada, los túneles del barrio Fondo, de la Línea 9 del Metro, con una cámara térmica. Apuntaba a las paredes y la pantalla de la cámara térmica señaló 60º de temperatura. La profundidad es de unos 50 m.

Que Santa Coloma se asienta sobre una fuente de calor ya se sospechaba. E. Vázquez observó las paredes del túnel, selladas con hormigón, y la pantalla de su cámara térmica presentó un color anaranjado, en vez del usual color azul: había agua, que presionaba el túnel. En algunos puntos el agua ha logrado atravesar la estructura en la superficie, en la calle Verdi, justo al lado de la boca del Metro ‘Fondo’.

Un grupo de especialistas geólogos ha perforado un estrecho pozo de 120 m de profundidad, y ha inyectado aire para ver si brotaba agua. La sorpresa fue mayúscula: brotó agua (30.000 litros/hora), agua a 60º y vapor. El hallazgo fue mayor de lo previsto. Bajo Santa Coloma no hay una bolsa de agua termal. No son aguas sulfurosas, tal vez no sea agua potable, eso ya se verá, pero no será tóxica. Falta analizar el agua; ha estado allí dormida durante miles de años. Antes de las obras del Metro Línea 9 nada se sabía de esa agua. El subsuelo es una zona granítica, formada en el paleozoico, con una antigüedad de cómo mínimo 230 millones de años. Es un subsuelo permeable, por fracturas en la roca. Las corrientes del subsuelo tienen allí la oportunidad de ascender desde el manto terrestre.

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(Izquierda) El Prof. E.Vázquez Suñé apunta la cámara térmica a la pared del Metro Línea 9 en el año 2004. A su alrededor estudiantes de Geologia de la Universidad de Barcelona. (derecha, arriba) Vapor de agua del agua extraida del túnel Linea 9, 2004. (derecha, abajo) La Pantalla de la cámara térmica, refleja las temperaturas de las paredes del túnel Linea 9: color rojo 33,9ºC. Color azul 28º y 29ºC. El agua termal moja las paredes, pero no la base del túnel.

El próximo paso ya está decidido. Se han solicitado los permisos necesarios a la Direcció General de Energia i Mines de la Generalitat para perforar otros 3 pozos más, con la intención de alcanzar los 200 m de profundidad. Por lo visto el caudal es inagotable, pero hay que confirmarlo. Después vendrá la hora de los planes del Ayuntamiento.

Antecedentes del agua termal en Barcelona

Cuando se construyó el túnel de la Renfe para el AVE, en el subsuelo del edificio Sagrada Família ya apareció vapor de agua. Hubo discusiones, pero cesaron. En 2004 vuelve el tema agua termal durante las obras de la línea 9 del Metro de Barcelona, cuando brotó agua y vapor entre las estaciones de ‘Santa Rosa’, ‘Fondo’ y ‘Església Major’. Se consideró un contratiempo y nada más.

En 2012 en la construcción del aparcamiento del nuevo mercado del barrio ‘Fondo’ también apareció vapor de agua y el Consorci del Besós encargó el tema del agua en el subsuelo al profesor Enric Vázquez Suñé, que ya había intervenido cuando apareció vapor en el subsuelo de la Sagrada Família. Núria Parlon, la alcaldesa de Santa Coloma, aprovechará el agua termal del subsuelo, y tiene presente la calefacción de agua termal de 50 edificios del distrito 22 de Barcelona con el calor que genera la planta de tratamientos de residuos del Forum.

Profundidad del agua termal

El agua subterránea de Santa Coloma está a 60º porque hay una fuente de calor en el subsuelo. Si observamos la superficie terrestre encontramos fumarolas, géiseres, volcanes, aguas termales, un planeta Tierra con temperaturas superiores a los 5.000 °C, un enorme foco de calor en el núcleo terrestre a 6.375 km de profundidad. Ese calor de las rocas y estratos saturados de agua asciende hasta la superficie, mientras disminuye la temperatura, que en Santa Coloma el agua no excede los 60º.

El globo terrestre está formado por rocas y elementos químicos, metales, que conforman la geoesfera, dividida en 3 capas principales. En la superficie, la corteza terrestre, que envuelve el planeta, con un espesor medio de 70 km. Debajo, el manto, un estrato formado por rocas en estado semisólido y líquido, saturado de agua y vapor, de un espesor de 2.900 km. Debajo, el núcleo terrestre, el centro del planeta, en donde se registran las presiones y temperaturas extremas, hasta 5.000 °C.

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Domo salino:Altura en el subsuelo 9 km. Anchura 4 km.

Cuando se formó el planeta, la corteza terrestre se fue enfriando hasta solidificarse. Pero las capas inferiores manto y núcleo no lo hicieron tan rápidamente, ya que la corteza funciona como un aislante, y permite que el manto y el núcleo mantengan sus altas temperaturas. De esta manera la Tierra funciona como una máquina térmica, capaz de generar su propio calor, y conservarlo en el interior del globo.

La corteza terrestre

Gracias a la industria del petróleo, con centenares y aún miles de pozos, conocemos la corteza terrestre mejor que nunca y encontramos petróleo flotando sobre el agua, por tener él menor densidad. El calor procede del manto inferior, que se propaga hacia arriba por convección. La temperatura del manto en contacto con la corteza es de unos 600 °C. En la corteza el agua es líquida y a presión. Calienta el agua de Santa Coloma por convección.

En la corteza hay muchas rocas depósito, saturadas de agua, con suficiente porosidad para acumular agua y petróleo. Son permeables de modo que podemos extraer agua y petróleo. En un anticlinal, en forma de bóveda impermeable, hay la acumulación de gas en la parte superior en contacto con la bóveda, la capa central del anticlinal es de petróleo y la inferior es de agua. De los 400 campos petrolíferos del mundo el 80% ocupan anticlinales.

El domo salino

Para la extracción de petróleo el domo salino es la estructura más importante de la corteza terrestre en forma de cilindro vertical. Es una masa porosa en forma de montículo, formada por sedimentación de organismos marinos, como corales, algas, moluscos, encerrados en una roca normal multicapa. Hay centenares de domos salinos. La sal disuelta en agua marina desciende desde la superficie, el fondo oceánico, hasta el domo. Como la presión y la temperatura aumentan en general con la profundidad en la Corteza terrestre, parece que la sal disuelta en agua, para descender, tendría un límite inferior, un límite que existe.

En el domo la sal más profunda, al fondo del domo, se formó en el periodo Jurásico y Cretáceo, los más antiguos, a 9.000 m. En cambio la sal en el techo del domo se formó a 1.500 m de profundidad, en el periodo Neogeno, Pleistoceno. Para abrir pozos en la corteza terrestre el ingeniero usa lodos de perforación de alta densidad, para poder penetrar una zona de fluidos de altas presiones. Para perforar no puede usar el agua a presión. En la corteza terrestre no hay uniformidad: en unos lugares en las rocas saturadas de agua, ésta desciende muy lentamente, pese al incremento de presión y temperatura. En otros lugares de la corteza, el agua asciende desde la zona de altas presiones hasta la superficie, lo cual era de esperar.

Existe la ley de Darcy, que regula la circulación de fluidos a través de materiales porosos. Esa corriente de fluido, en nuestro caso el agua, toma una dirección que forma un ángulo con la horizontal. El darcy es la unidad de permeabilidad de un medio poroso, que deja pasar un caudal de agua a una presión, o gradiente hidráulico, de una atmósfera por cm1. Hay que consumir energía para extraer el agua del domo salino.

El manto terrestre

Es una capa compuesta de silicatos que envía energía a la corteza terrestre situada encima, desde unos niveles de presión y temperatura superiores. En la parte inferior del manto la presión es de 140 GPa (unas 1.400.000 atmósferas. Se divide en dos partes: manto interno sólido, elástico, y encima el manto externo, fluido viscoso.

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Túnel de la Línea 9 en 2004. El  Profesor E.Vázquez con la cámara térmica se descubre el agua termal. Al fondo se ve el túnel del Metro. Poca luz en el túnel,la suficiente para leer la pantalla del sensor térmico.

Se diferencia de la corteza por sus características químicas y por una discontinuidad, que llamamos Mohorovicic, o simplemente Moho, en homenaje al geofísico que la descubrió Andrija Mohorovicic. Es la frontera entre el manto y la corteza, con mucho hierro y magnesio, con temperaturas entre 600 °C y 3.500 °C. Produce calor por desintegración radiactiva, y crea el agua termal de Santa Coloma. Esta frontera es rígida y el manto viscoso, a una profundidad de 70 km bajo la superficie oceánica y a 150 km bajo el suelo continental. La velocidad de las ondas sísmicas aumenta al atravesar el Moho, debido al aumento de presión.

El núcleo terrestre

Ocupa el centro del planeta y envía energía al manto. Es la zona de mayor temperatura y presión, que mantiene la temperatura del agua termal de Santa Coloma. El núcleo se comporta como un dinamo, que se autoalimenta de energía, rota 360º en 24 horas. Convierte su energía mecánica de rotación en energía magnética. Su calor procede además de la desintegración radiactiva. La causa del agua térmica es el núcleo terrestre. Las fuerzas conductoras del sistema son la rotación de la Tierra, que impulsa el hierro fundido, interactúa con el campo magnético terrestre, y así crea la energía eléctrica. El hierro es un excelente conductor de la electricidad, que gira de oeste a este en el núcleo externo terrestre.

Cuando en el año 1600 se descubrió el campo magnético terrestre, se creía que tenía su origen en materiales de magnetismo permanente, pero la Tierra está demasiado caliente para que los materiales retengan su magnetismo, a excepción de la Corteza superior terrestre, a temperatura muy inferior a la del núcleo. El eje de rotación magnética está desalineado 10º respecto del eje de los polos terrestres Norte y Sur.

Potencial hidráulico del agua termal

Interesa abrir el pozo de agua termal en un subsuelo que esté a una altitud máxima respeto del nivel del mar. Si encontráramos agua en el monte del Tibidabo, esa agua tendría un potencial hidráulico superior a la del Metro de Santa Coloma, pues la elevación del agua sobre el nivel del mar en el Tibidabo es mayor. Para obtener agua termal, si instalamos una tubería vertical en la pared del Metro de Santa Coloma, el agua subirá, porque está a presión hasta una altura determinada que se encuentre en equilibrio con la presión atmosférica. Esa cota corresponde al potencial hidráulico del agua termal, y es proporcional a la energía de que dispone esa agua del subsuelo. A mayor elevación mejor potencial.

El movimiento del agua en el medio saturado, el subsuelo del Metro, está regulado por la ley de Darcy siempre que el régimen del flujo sea laminar, no turbulento. Es la conductividad hidráulica o permeabilidad. La superficie freática está formada por fuentes de igual potencial hidráulico.

Referencias

Suss, M.E. Water desalination via capacitive deionization. Energy environment Sci doi 10.1039.

Weinstein Lawrence. Capacitive deionization: Challenges and opportunities. Desalination and water reuse 2015.

Anderson, M.A. Electrochemical means of saving energies and delivering clean water. Electrochimica Acta 2010,3.

Ibach, H.Physics and surfaces and interfaces. Springer Verlag 2015.

Smit R. El Manto terrestre. Capacitive deionization.2014.

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