Título
Modelación, evaluación y estimación del potencial geotérmico para la generación de energía eléctrica en la Cuenca de Wagner
Modelation, evaluation and estimation of the geothermal potential for the generation of electric energy on the Wagner Basin
Autor
Óscar López Villagómez
Colaborador
Efraín Gómez Arias (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Cuenca Wagner, Sistema Geotérmico de ciclo cerrado, Flujo de calor, Transferencia de calor, Modelado numérico 2D - (AUTOR) Wagner Basing, Close-loop geothermal system, Heat flux, Heat exchange, 2D numerical model - (AUTOR) CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA - (CTI) CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO - (CTI) GEOLOGÍA - (CTI) GEOLOGÍA REGIONAL - (CTI) GEOLOGÍA REGIONAL - (CTI)
Resumen o descripción
Se desarrolló un modelo 2D de una tubería en forma de “U” (sistema geotérmico de ciclo cerrado), que utiliza agua como fluido de trabajo para estimar la cantidad de calor (energía) que se puede aprovechar en la Cuenca de Wagner. El código numérico fue escrito en lenguaje MATLAB. La ecuación de transferencia de calor conductivo-convectivo se discretizó por el Método de Volumen Finito (MVF) y, para resolver el sistema de ecuaciones no lineales se utilizó el algoritmo TDMA. Los parámetros utilizados para el estudio fueron la profundidad [Z] (300, 350 y 400m), longitud horizontal [L] (500, 600, 700, 800, 900 y 1000 m), flujo de calor [q ̇] (0.5, 1, 1.5y 2 W/m2), diámetro de tubería [𝜙] (0.075, 0.15 y 0.225 m) y velocidad [V] (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5 y 6 m/s). Lo que nos da un total de 2592 configuraciones. Se encontró que para obtener los valores de calor y temperatura más altos se tiene que hacer uso de la profundidad en 400 m, la longitud horizontal en 1000 m y un flujo de calor de 2 W/m2. El diámetro de la tubería y la velocidad del fluido se comportan de manera inversa para el calor y temperatura. Debido a la densidad del fluido un diámetro pequeño y una velocidad baja generan una temperatura alta pero un calor bajo, por el contrario, el calor será alto con un diámetro ancho y una velocidad alta. Ya que no se puede tener un calor y una temperatura alta se encontraron los valores óptimos, que es en donde los perfiles de calor y temperatura se intersectan. Así se encontró que el diámetro de tubería óptimo es de 0.15 m (6”) y la velocidad óptima es de 2 m/s. La temperatura y calor óptimos en la salida de modelo son 157 °C y 21.6 MW. Mientras que al final de la tubería horizontal son 183.3 °C y 25.1 MW.
In this work, we develop a 2D model of a “U” shape pipe (close loop geothermal system), water was used as a working fluid to estimate the amount of heat (energy) that can be harnessed from the Wagner Basin. The numerical model was written in MATLAB. The conductive-convective equation for heat transfer discretizaton was made by the Finite Volume Method (FVM), and the Tri-Diagonal Matrix Algorithm (TDMA) was used to solve the linear equation system. The parameters used in the model were depth [Z] (300, 350, and 400 m), horizontal length [L] (500, 600, 700, 800, 900, and 1000 m), heat flux [q ̇] (0.5, 1, 1.5, 2 W/m2), pipe diameter [𝜙] (0.075, 0.15 and 0.225 m) and velocity [V] (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, and 6 m/s). That makes 2592 configurations. To obtain the higher values of heat and temperature we must use a depth of 400 m, a horizontal length of 1000 m, and a heat flux of 2 W/m2. The pipe diameter and the fluid velocity have an inverse-like behavior for heat and temperature. Because of the density, a small diameter and a low velocity make a high temperature but the heat is low, instead with a wider diameter and a high velocity the heat is high and the temperature is low. We cannot have the higher temperature end the higher heat at the same time, thus we looked at the intersection of the heat and temperature profiles and got the optimal values. We found that the optimal pipe diameter is 0.15 m (6”) and the optimal velocity is 2 m/s. Thus the optimal temperature and heat for the outlet are 157°C and 21.6 MW, and for the end of the horizontal pipe are 183.3°C and 25.1 MW.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2023
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
López Villagómez, O. 2023. Modelación, evaluación y estimación del potencial geotérmico para la generación de energía eléctrica en la Cuenca de Wagner. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 89 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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