Análisis de flujo de fluidos y la transferencia de calor en yacimientos geotérmicos considerando las propiedades térmicas de las rocas y la capacidad de flujo mediante un modelo 2D

Abstract

El aprovechamiento de la energía geotérmica requiere una comprensión detallada de los procesos acoplados de flujo de fluidos y transferencia de calor que gobiernan el comportamiento de los yacimientos. En particular, los reservorios carbonatados con porosidad secundaria avanzada, como los sistemas kársticos, presentan una complejidad geométrica y física que limita la aplicabilidad de los modelos continuos convencionales. En este contexto, la presente investigación desarrolla y valida un modelo numérico bidimensional para analizar el comportamiento termo–hidráulico de un yacimiento geotérmico, incorporando explícitamente los efectos de la porosidad, la capacidad de flujo y las propiedades térmicas de la roca.

El modelo se implementó en el entorno MATLAB utilizando la herramienta MRST, integrando de forma explícita la ecuación de conservación de la energía con un campo de flujo prescrito tipo Darcy. Se adoptó un enfoque conceptual inspirado en el modelo de red discreta de fracturas y cavidades (DFVN), permitiendo evaluar la influencia de heterogeneidades estructurales sobre la evolución térmica del sistema. El desarrollo del modelo siguió una estrategia incremental por sprints, garantizando la estabilidad numérica, la conservación de masa y energía, y la reproducibilidad de los resultados.

La validación se realizó mediante la comparación con estudios de referencia de la literatura internacional y, posteriormente, mediante la adaptación del modelo a condiciones representativas de la Formación Rosablanca en Colombia. Se analizaron métricas clave como la temperatura de producción, la eficiencia térmica instantánea y acumulada, y los tiempos de ruptura térmica (breakthrough). Los resultados evidencian que la conectividad hidráulica y la distribución espacial de las heterogeneidades controlan de manera decisiva la eficiencia térmica y la sostenibilidad del sistema. En conjunto, este trabajo demuestra la aplicabilidad del modelado numérico termo–hidráulico como herramienta de apoyo para la evaluación y el diseño preliminar de proyectos geotérmicos en contextos geológicos complejos, aportando un marco técnico relevante para el desarrollo de la geotermia en Colombia.