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¿Cómo se calcula el gradiente geotérmico?

marzo 17, 2022
¿Cómo se calcula el gradiente geotérmico?

Gráfico de gradiente geotérmico

Los gradientes térmicos se crean cuando existe un diferencial de calor en alguna parte de un objeto o área. Examine las diferentes formas de interpretar las fórmulas de los gradientes térmicos y aprenda cómo la transferencia de calor no se limita al flujo de aire.

¿Qué es un gradiente térmico? Muchos de nosotros hemos experimentado la agradable sensación de frescor cuando abrimos la puerta de la nevera en un día caluroso y dejamos que el aire fresco pase a nuestro lado. El fenómeno de que el aire frío pase a nuestro lado se debe a una magnitud térmica llamada gradiente térmico. El gradiente térmico está definido por dos magnitudes físicas. La primera es la temperatura. Por ejemplo, cuando decimos «hoy hace mucho calor, hay 100 grados», estamos hablando de que la temperatura es de 100°F. La segunda cantidad que define el gradiente térmico es la longitud. El gradiente térmico se define como la relación entre la diferencia de temperatura y la distancia entre dos puntos. Mira esta figura que aparece aquí para ilustrar un poco:

La temperatura en el punto A es TA, la temperatura en el punto B es TB, y la distancia entre los dos puntos es DX. Si TB menos TA se llama DT, entonces el gradiente térmico se define como (TB – TA) / DX o DT / DX. Si volvemos al ejemplo del frigorífico, el aire de la nevera tiene una temperatura baja, digamos 40°F. El aire del exterior, suponiendo que no hay aire acondicionado, tiene 90°F. Supongamos que usted se encuentra a 30 cm de la nevera. El gradiente de temperatura entre usted y el interior de la nevera se calcula entonces como (90 – 40) / 1 o 50°F / pie Tenga en cuenta que el gradiente térmico tiene las unidades de temperatura divididas por la longitud. La diferencia de temperatura entre el aire frío del frigorífico y el aire exterior provoca una diferencia de densidad entre el aire frío (que es más pesado) y el aire caliente (que es más ligero). El aire frío, más pesado, se apresura a sustituir al aire caliente y provoca la agradable sensación de frescor que experimentamos.

Gradiente geotérmico medio

También conocido como gradiente geotérmico, es la tasa de aumento de la temperatura por unidad de profundidad en la Tierra. Aunque el gradiente geotérmico varía de un lugar a otro, tiene un promedio de 25 a 30 °C/km [15 °F/1000 pies].

Los gradientes de temperatura aumentan a veces de forma espectacular alrededor de las zonas volcánicas. Para los ingenieros de fluidos de perforación es especialmente importante conocer el gradiente geotérmico de una zona cuando diseñan un pozo profundo. La temperatura de fondo de pozo puede calcularse sumando la temperatura de la superficie al producto de la profundidad y el gradiente geotérmico.

Unidad de gradiente geotérmico

El gradiente geotérmico es la tasa de aumento de la temperatura con respecto al aumento de la profundidad en el interior de la Tierra. Lejos de los límites de las placas tectónicas, es de unos 25 °C por km de profundidad (1 °F por 70 pies de profundidad) en la mayor parte del mundo. En sentido estricto, la geotermia se refiere necesariamente a la Tierra, pero el concepto puede aplicarse a otros planetas.

El calor interno de la Tierra procede de una combinación de calor residual procedente de la acreción planetaria, del calor producido por la desintegración radiactiva y, posiblemente, del calor procedente de otras fuentes. Los principales isótopos productores de calor en la Tierra son el potasio-40, el uranio-238, el uranio-235 y el torio-232. En el centro del planeta, la temperatura puede ser de hasta 7.000 K y la presión podría alcanzar los 360 GPa (3,6 millones de atm).

Dado que gran parte del calor procede de la desintegración radiactiva, los científicos creen que en los primeros tiempos de la historia de la Tierra, antes de que se agotaran los isótopos con vidas medias cortas, la producción de calor de la Tierra habría sido mucho mayor. La producción de calor era el doble de la actual hace aproximadamente 3.000 millones de años, lo que dio lugar a mayores gradientes de temperatura dentro de la Tierra, mayores tasas de convección del manto y de tectónica de placas, permitiendo la producción de rocas ígneas como las komatitas, que ya no se forman en la actualidad.

Definición de gradiente geotérmico

Es difícil pensar que se pueda calcular la temperatura del interior de la Tierra. Nuestro planeta tiene una profundidad de 6.000 kilómetros hasta llegar al núcleo. A pesar de ello, el ser humano sólo ha llegado a una profundidad de 12 km. Sin embargo, disponemos de varias técnicas para poder calcular la temperatura en profundidad. La variabilidad de la temperatura en función de la profundidad de la corteza terrestre se conoce con el nombre de gradiente geotérmico.

El gradiente geotérmico no es más que la variación de la temperatura en función de la profundidad a la que nos encontremos. La temperatura se puede medir en los primeros kilómetros de la corteza terrestre y aumentan en profundidad siguiendo una presión media de 3 grados por cada 100 metros de profundidad. La relación entre la variación de la temperatura y la profundidad se denomina gradiente geotérmico. El calor natural del núcleo terrestre se debe a los diferentes procesos físicos y químicos que ocurren en su interior. También hay otros factores que entran en esta ecuación para poder calcular la temperatura.

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