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Simulación numérica de los procesos de flujo y transferencia de calor en una mina subterránea de carbón

12/03/2013

En los últimos años la política energética y medioambiental europea ha supeditado la eficiencia energética y el uso de energías renovables a la utilización de recursos fósiles como el carbón.

Este tipo de políticas van en detrimento de la minería del carbón y hacen que la actividad minera sea cada vez menos común en las tradicionales cuencas carboníferas europeas. Las minas son fuente de diferentes problemáticas, entre ellas muchas debido al agua que las inunda.

El uso de las labores mineras subterráneas abandonadas está cobrando fuerza como una oportunidad en el sector de las energías renovables, aprovechando los recursos hídricos que inundan las minas como fluido caloportador para captar la energía geotérmica que contienen en su interior las minas. Permitiendo utilizar estos embalses subterráneos de agua facilitados por los huecos de las labores mineras como foco caliente o foco frío para la climatización de edificios mediante la tecnología de la bomba de calor.

Desde el año 2012, la Unidad de Modelización ha colaborado con la empresa HUNOSA y la Catedra de HUNOSA en diferentes proyectos de investigación orientados a la modelización de las minas de carbón inundadas que posee la empresa minera en la Cuenca Carbonífera Central de Asturias, como yacimientos geotérmicos de muy baja entalpía.

El principal elemento de estudio ha sido la mina Pozo Barredo y las minas de su entorno más próximo. Todas ellas en la Zona Caudal de la Cuenca Carbonífera Central de Asturias.

La modelización del problema de flujo de agua subterránea y transporte de calor, se han llevado a cabo diferentes etapas, orientadas a favorecer la comprensión final del comportamiento del sistema y ofrecer a la empresa una herramienta para la gestión más adecuada de los recursos geotérmicos que explota actualmente en el Pozo Barredo.

Las primeras etapas de trabajo han sido la recopilación y procesado de datos geológicos, mineros, hidrogeológicos y geotérmicos para su análisis; la creación de bases de datos documentales y bases de datos espaciales con tecnologías SIG para la gestión de la información disponible.

Los análisis de información preceden a la etapa de formulación de hipótesis y modelos conceptuales de funcionamiento del sistema de flujo y transporte de calor en el interior de la mina.

Dentro del marco de estudio se han propuesto y realizado también diferentes experimentos para la evaluación de fenómenos de interés como son las variaciones térmicas del yacimiento en la zona de captación de las bombas en la caña del pozo Barredo o la optimización de la medición de variables para la caracterización del estado del sistema.

Los procedimientos de experimentación clásica llevadas a cabo en las minas Pozo Barredo y Pozo Figaredo mediante la medición directa de las variables de interés, se han respaldado con la aplicación de técnicas de modelización numérica haciendo uso de las capacidades de experimentación virtual que ofrecen las herramientas de simulación numérica FEFLOW y MODFLOW.

Tras el desarrollo de diferentes modelos conceptuales y los primeros modelos de flujo de agua subterránea en régimen estacionario se han llevado a cabo modelos de simulación de flujo y transporte de calor con FEFLOW.