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Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016) 4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016 Memorias Exploración de nuevas zonas geotérmicas mediante técnicas innovadoras de geoquímica de fluidos Veda Lome Cabrera (Becaria) Unidad Académica de Ciencias de la Tierra Programa de verano AMC [email protected] Área en la que participa I: Físico-Matemáticas y Ciencias de la Tierra Dr. Edgar Rolando Santoyo Gutiérrez (Asesor) Profesor - Investigador de Instituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma de México [email protected] Resumen La energía geotérmica se presenta como la mejor opción en energía renovable y la más apropiada cuando se necesita cubrir una demanda energética elevada. Actualmente México está posicionado como el cuarto país del mundo con mayor producción de energía geotérmica aportando el 7% de toda la producción mundial. En México el aprovechamiento de la energía geotérmica ha sido el resultado de la exploración y explotación de sistemas hidrotermales, sin embargo no todos los recursos geotérmicos del país han sido explotados debido a la escasa exploración de sistemas geotérmicos mejorados. En este tema la Comisión Federal de Electricidad (CFE) perforó un pozo exploratorio en las zonas de Los Azufres y Alcaparroza en 1995 y 2008, respectivamente. Ambas zonas se encuentra ubicadas sobre la Caldera de Acoculco, Puebla las cuales presentan alteraciones hidrotermales de fluidos tipo ácido sulfatado, temperaturas de ~300 ºC a 2000 m de profundidad y una permeabilidad prácticamente nula considerándolos como sistemas mejorados de roca seca caliente promisorios. En este contexto la exploración de sistemas geotérmicos de roca seca caliente promisorios aplicando técnicas no convencionales (p. ej. Cámara de Acumulación) aún es necesaria. Por tal motivo el presente trabajo de investigación tiene como objetivo la medición del flujo de gas CO2 en sitios seleccionados de las zonas Los Azufres y Alcaparroza aplicando la técnica de cámara de acumulación (AC). Los resultados obtenidos del presente trabajo aportarán información necesaria para promover el uso de cámaras de acumulación en la exploración de sistemas geotérmicos de roca seca caliente en México. Palabras Clave: energía geotérmica, Alcaparroza, Los Azufres, Cámaras de Acumulación.
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Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016
Memorias
Exploración de nuevas zonas geotérmicas mediante técnicas innovadoras
de geoquímica de fluidos
Veda Lome Cabrera (Becaria)
Unidad Académica de Ciencias de la Tierra
Programa de verano AMC
Área en la que participa I: Físico-Matemáticas
y Ciencias de la Tierra
Dr. Edgar Rolando Santoyo Gutiérrez (Asesor)
Profesor - Investigador de Instituto de Energías
Renovables de la Universidad Nacional Autónoma de México
Resumen
La energía geotérmica se presenta como la mejor opción en energía renovable y la más apropiada
cuando se necesita cubrir una demanda energética elevada. Actualmente México está posicionado
como el cuarto país del mundo con mayor producción de energía geotérmica aportando el 7% de
toda la producción mundial. En México el aprovechamiento de la energía geotérmica ha sido el
resultado de la exploración y explotación de sistemas hidrotermales, sin embargo no todos los
recursos geotérmicos del país han sido explotados debido a la escasa exploración de sistemas
geotérmicos mejorados. En este tema la Comisión Federal de Electricidad (CFE) perforó un pozo
exploratorio en las zonas de Los Azufres y Alcaparroza en 1995 y 2008, respectivamente. Ambas
zonas se encuentra ubicadas sobre la Caldera de Acoculco, Puebla las cuales presentan alteraciones
hidrotermales de fluidos tipo ácido sulfatado, temperaturas de ~300 ºC a 2000 m de profundidad y
una permeabilidad prácticamente nula considerándolos como sistemas mejorados de roca seca
caliente promisorios. En este contexto la exploración de sistemas geotérmicos de roca seca caliente
promisorios aplicando técnicas no convencionales (p. ej. Cámara de Acumulación) aún es
necesaria. Por tal motivo el presente trabajo de investigación tiene como objetivo la medición del
flujo de gas CO2 en sitios seleccionados de las zonas Los Azufres y Alcaparroza aplicando la
técnica de cámara de acumulación (AC). Los resultados obtenidos del presente trabajo aportarán
información necesaria para promover el uso de cámaras de acumulación en la exploración de
sistemas geotérmicos de roca seca caliente en México.
Palabras Clave: energía geotérmica, Alcaparroza, Los Azufres, Cámaras de Acumulación.
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Introducción
Actualmente la demanda de energía eléctrica en México ha ido incrementando. Esto ha
provocado una inquietud sobre el suministro y costo a futuro de la energía. Ante esta situación los
países enfrentados a los altos precios, la escasez del petróleo y a una dependencia casi total de este
energético, han tenido que buscar otras alternativas para generar energía eléctrica a través de
fuentes renovables.
Se han optado por aprovechar las energías limpias es decir todas aquéllas que no provienen
de fuentes fósiles: biogás, solar, geotermia, eólica o del viento, hidráulica y nuclear.
Aunque la energía geotérmica se presenta como la mejor opción en energía renovable y la
más apropiada cuando se necesita cubrir una demanda energética elevada. La geotermia se refiere
a la energía térmica natural existente en el interior de la Tierra. En la práctica, es el estudio y
utilización de la energía térmica que, transportada a través de la roca y/o fluidos, se desplaza desde
el interior de la corteza terrestre hacia los niveles superficiales, dando origen a los sistemas
geotérmicos (Mercado, Arellano, & Barragán , 2016).
En caso de la energía geotérmica la producción energética es constante durante todo el año,
contando con las ventajas esenciales de; no depender de los agentes meteorológicos, a esto hay que
añadir un prácticamente nulo impacto visual y ambiental, y de no requerir de consumo de gas o
gasoil.
En México existen zonas en la corteza con grandes intrusiones magmáticas en las que el
flujo y el gradiente térmicos son significativamente mayores que los gradientes promedio. En estas
regiones, relativamente escasas, se encuentran sistemas hidrotermales de alta permeabilidad, que
son los recursos geotérmicos convencionales que se explotan en la actualidad (por ejemplo, en
México los campos geotérmicos de Cerro Prieto, Baja California; Los Azufres, Michoacán).
En algunas áreas a profundidades típicamente mayores a 3 km, existen formaciones rocosas
de baja permeabilidad, con temperaturas de interés para la generación eléctrica. A estos recursos
se los denomina sistemas de roca seca caliente (RSC), cuya distribución geográfica es
enormemente más amplia que la de los recursos geotérmicos hidrotermales. (Iglesias Rodríguez ,
2014)
La energía geotérmica que está a mayor alcance son las que utilizan técnicas
convencionales en roca seca e impermeable.
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La explotación de un Sistema geotérmico mejorado (SGM, Fig.1) implica la creación
artificial de un yacimiento fracturado mediante técnicas de fracturamiento hidraúlico y
acompañado por la inyección de agua a temperatura ambiente a través de un pozo inyector
perforado para estos fines.
Fig.1. Esquema de un sistema geotérmico mejorado. Tomada (CEMIGEO, 2016)
El flujo del CO2 es uno de los parámetros indicadores para afirmar la presencia de una
fuente de energía importante en este caso para un SGM. El elevado flujo del CO2 nos indica que
la respiración total del suelo viene influenciada positivamente por la temperatura del suelo, aunque
no de forma lineal sino de forma parabólica, ya que temperaturas elevadas provocan un descenso
de la respiración.
La Comisión Federal de Electricidad (CFE) perforó un pozo exploratorio en las zonas de
Los Azufres y Alcaparroza en 1995 y 2008, respectivamente. Ambas zonas se encuentra ubicadas
sobre la Caldera de Acoculco, posee un sistema hidrotermal activo. La actividad hidrotermal
produjo en superficie extensas zonas de alteración y angostas fisuras que permiten el escape de
gases fríos. Uno de los objetivos de este trabajo de investigación es determinar la el flujo de CO2.
Estos sitios presentan alteraciones hidrotermales de fluidos tipo ácido sulfatado,
temperaturas de ~300 ºC a 2000 m de profundidad y una permeabilidad prácticamente nula
considerándolos como sistemas mejorados de roca seca caliente promisorios
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Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Materiales y Métodos
EL material utilizado en este trabajo incluyó una cámara de acumulación para la
determinación del flujo del gas CO2 presente en los campos geotérmicos en estudio. La fig. 2 se
exponen los componentes de la cámara.
Fig. 2. Cámara de acumulación Tomado de (Systems, 2012)
El diffuse flux-meter portátil West Systems es un instrumento para la evaluación del
intercambio gaseoso entre el suelo y la atmósfera, o entre la atmósfera y las superficies líquidas
(lagos, pantanos, etc.).
Las principales aplicaciones son:
La respiración del suelo en agronomía
El monitoreo de zonas volcánicas y geotérmicas
La determinación en el marco del D.L. 36 de emisiones de biogás en vertederos de
RSU
Seepage de metano y dióxido de carbono en los humedales (arrozales, pantanos,
etc.) (Anónimo, 2016).
La fig. 3 muestra la metodología aplicada para el desarrollo del trabajo de investigación.
Una metodología fue realizada para el desarrollo del trabajo de investigación. En dicha
metodología se tuvieron que llevar a cabo las siguientes actividades:
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Fig. 3. Diagrama de actividades. Fuente: Propia
1. Ubicación del sitio de estudio.
2. Medición con las CA.
3. Cálculo del flujo de CO2
4. Procesamiento de datos
5. Obtención de resultados.
Ubicación del sitio.
Esta actividad incluyó la observación de sitios con manifestaciones de burbujeo. Dicho
burbujeo es indicativo de las emanaciones de gases.
Medición con las CA.
Se selecciona el sitio donde se encuentre una emanación o se desee medir. Posteriormente
se traslada el equipo al lugar. Esto incluye: Una cámara de acumulación; Una mochila que contiene
los sensores, la bomba, la batería y la interfaz electrónica; y una computadora palmar con GPS
integrado.
Los datos obtenidos son registrados en un software del equipo. Se pueden extraer muestras
de gases características con específicas de saturación, si son requeridos. Como se observa en la
fig.4.
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Fig. 4. Utilización del diffuse flux-meter portátil. Este collage ejemplifica como se obtuvieron
las muestras de gas en campo. Fuente: Propia
Cálculo del flujo de CO2
Una vez el equipo empieza a registrar el flujo de salida del CO2 se trazan dos líneas tratando
de abarcar la mayoría de los datos y cuyo valor de R2 sea mayor a .95. Lo anterior porque todo dato
con valor >.95 se encuentra en el rango de confiabilidad. (Fig.5)
Fig. 5. Generación de información del flujo. Así es como se presentara las poblaciones de datos
en el software. Tomado de (Systems, 2012).
Procesamiento de datos
La información obtenida de cada uno de los sitios muestreados se ingresa a una base de
datos de Excel. Y se interpretan de acuerdo a la medición y el registro del curso de la concentración
de gases específicos, es decir según tiempo que se extrapola la tasa de aumento proporcional al
flujo del CO2.
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Resultados
Los sitios muestreados son Los Azufres y Alcaparroza como se observa en la fig. 6.
Fig.6. Ubicación de los sitios conocidos con Los Azufres y Alcaparroza. Ambas son imágenes
satelitales de los lugares donde se colectaron las 13 muestras, de lado izquierdo se observa “Los
Azufres” y a la derecha “Alcaparroza”. Tomado de (Google, 2016).
Se realizaron 5 muestreos en Los Azufres y 8 en Alcaparroza. A continuación se presentan
la base de datos procesada desde Excel.
Gráfica I. Datos generados de las 13 muestras analizadas.
SITE POINT NOTE PRESSURE
(HPA)
AIR
TEMPERATURE
(°C)
CO2_FLUX
[MOL/MQ/DAY]
CO2_R^2
SITIO AZ 1 1 con flotador 729.9 27.7 7.53E+02 0.977
SITIO AZ 2 2 con flotador 729.5 33.2 5.72E+02 0.973
SITIO AZ 3 3 con flotador 729.8 32.4 6.57E+02 0.946
SITIO AZ 4 4 con flotador 729.4 32.5 2.83E+02 0.981
SITIO AZ 5 5 con flotador 729.4 28.2 9.60E+01 0.988
SITIO 4 AL 1 con flotador 728.9 25.5 4.32E+02 0.965
SITIO 3 AL 2 sin flotador 730.7 27.5 2.30E+02 0.985
SITIO 3 AL1 3 sin flotador 730.6 28.2 2.49E+02 0.992
SITIO 1 AL1 4 con flotador 729.6 30.5 2.32E+02 0.977
Los Azufres
Alcaparroza
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Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
SITIO 1 AL1
ISOTOPOS
5 con flotador 729.6 31.5 5.10E+02 0.994
SITIO 1 AL1
ISOTOPOS
MUESTREO
6 con flotador 729.6 31.5 5.10E+02 0.994
SITIO 2
ALCAP
7 con flotador 729.9 29.8 1.37E+02 0.981
SITIO 2
ALCAP
ISOTOPOS
8 con flotador 730 29.3 2.58E+02 0.991
Fuente: (Santoyo Gutiérrez E. R., 2016).
En la gráfica I, se exponen los datos de la siguiente manera: nombre del sitio ya sean Los
Azufres (AZ) o Alcaparroza (ALCAP), número del punto muestreado, si se realizó con ayuda del
flotado o sin él, presión, temperatura del aire, flujo del CO2, y margen de error.
El lugar con los mayores flujos de CO2 es el reconocido como “Los Azufres”, lo anterior
se deduce porque el “SITIOAZ 5” tiene una concentración de 9.60E+01., situando como el más
alto. Por otro lado el “SITIO 2 ALCAP” perteneciente al área de “Alcaparroza” tiene el valor más
bajo con una concentración de 1.37E+02, esto si lo comparamos con los todos los datos obtenidos
en la gráfica.
La mayoría de los sitios se encontraban con grandes acumulaciones de agua y se requirió
del flotador para lograr obtener una buena muestra.
Desde una perspectiva del campo hay grandes emisiones de ácido sulfhídrico, y en algunas
ocasiones es necesario utilizar mascara de gas para poder trabajar en la zona, debido a que es un
ácido dañino y se logra percibir sin necesidad de utilizar la cámara de acumulación de gas.
Hay un gran número de emanaciones de gases en ambos sitios, aunque solo se logran
apreciar cuando el agua se acumula y se observa un burbujeo. Se tiene la apariencia de que el agua
está caliente y como consecuencia de ello se produce el burbujeo pero al tocar el agua está es muy
fría.
Las aguas de los manantiales son de tipo sulfatado ácido y bicarbonatado sódico,
probablemente originados por la mezcla de ácido sulfhídrico de origen geotérmico con agua
superficial (Hiriart Le Bert, 2011).
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Discusión y conclusiones
Aún se requiere profundizar la exploración y estudio de ambos sitios (Los Azufres y
Alcaparroza) para poder indicar que se trata de un sistema de roca seca caliente promisorio. Aunque
el flujo de CO2 aporta información favorable a este proyecto.
Por otro lado con la cámara de acumulación se han generado concentraciones de otros gases
como CH4 y H2S, aunque aún requieren ser estudiadas.
La exploración de sistemas geotérmicos de roca seca caliente promisorios aplicando
técnicas no convencionales (p. ej. Cámara de Acumulación) parece ser conveniente. Ya que el
equipo es lo suficiente rudo para trasladarlo a áreas silvestres, aunque el peso en ocasiones resulta
ser incómodo cuando se transporta a sitios retirados.
Los resultados en este estudio tienden a centrarse en los puntos de mayor concentración de
flujos de CO2. Estos nos permitieron inferir qué área resultó más propicia para estudios posteriores
dentro de la zona de estudio (Alcaparroza) y detectar cambios significativos en los datos según la
estación en la que sean generados.
Agradecimientos
Gracias al Dr. Edgar R. Santoyo Gutiérrez por brindarme la oportunidad de realizar esta
estancia de investigación en el Instituto de Energía Renovables, fue una experiencia inolvidable.
Desde luego mis agradecimientos a Dr. Daniel, el Biólogo Héctor y Mtra. Erika, por
brindarme su apoyo y permitirme involucrarme en este proyecto. En la toma, procesado de las
muestras y el análisis de los datos de este trabajo.
Referencias
Anónimo. (2016). WEST SYSTEMS. Recuperado el 17 de Agosto de 2016, de
http://www.westsystems.eu/es/instrumentaci%C3%B3n/emisiones-fugitivas/diffuse-flux-meter-
port%C3%A1til.html
CEMIGEO. (2016). Acerca de la Geotermia. Sistemas geotérmicos. Recuperado el 16 de Agosto de 2016,:
http://www.cemiegeo.org/index.php/geotermia?id=4
Google. (2016). Google Earth. Recuperado el 17 de Agosto de 2016
Hiriart Le Bert, G. (2011). Sitio Oficial de la Comisión Reguladora de Energía. Recuperado el 17 de Agosto
de 2016, de http://www.cre.gob.mx/documento/2027.pdf
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
Iglesias Rodríguez , E. R. (2014). Estimación del potencial de generación eléctrica de los Sistemas
Geotérmicos Mejorados (SGM) en México. Boletín IIE, 78-79.
Mercado, S., Arellano, V. M., & Barragán , R. M. (2016). Ciencias y Desarrollo. Recuperado el 18 de
Agosto de 2016, de Geotérmia y toma de conciencia:
http://www.cyd.conacyt.gob.mx/223/Articulos/Mageotermia/Mageotermia3.html
Santoyo Gutiérrez, E. R. (2016).
Systems, W. (2012). Portable diffuse flux meter with LI-COR CO detector 2. Via Don Mazzolari: Handbook.
