UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

SEDE LATACUNGA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

TEMA:

“Diseño de una PCH”

INTEGRANTES:

Franklin Sánchez

DOCENTE:

Ing. Mario Jiménez

LATACUNGA, FEBRERO 2015

1. TEMA:

Diseño de una PCH con la plataforma de Excel.

2. SISTEMA DE OBJETIVOS:

2.1. OBJETIVO GENERAL: Calcular la capacidad de generación y análisis de costes para la

PCH usando Excel.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Determinar los datos de mediciones de caudales mensuales

mínimo de 10 años Determinar los costos de la construcción si genera beneficios o

gastos excesivos.

3. MARCO TEÓRICOEnergía de pequeñas centrales hidráulicas

Esta energía proviene de la energía mecánica, principalmente potencial, que posee el agua. Por este motivo el emplazamiento de estas centrales sería en las zonas cordilleranas y pre cordilleranas de nuestro país, ya que en estos lugares es dónde podemos encontrar el mayor diferencial de energía potencial en los cauces de ríos.

Las pequeñas centrales hidroeléctricas según la definición de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo se pueden clasificar de la siguiente forma:

Nano o Pico centrales: Corresponden a centrales cuya potencia de generación es inferior a 1kW. Son fundamentalmente usadas para suministro familiar y aplicaciones mecánicas.

Micro centrales: Corresponden a las centrales cuya potencia de generación está entre 1kW y 100kW. Su uso principal en el mundo ha sido abastecer redes eléctricas comunales en sectores aislados.

Mini Centrales: Son las que poseen una capacidad de generación entre los 100kW y los 1.000kW. Estas se han usado en el mundo para abastecer varias comunidades cercanas como también para la conexión a la red de energía nacional.

Pequeñas Centrales: Son aquellas cuya potencia instalada se encuentra en el rango de 1MW a 5MW. Se han usado para alimentar pequeñas ciudades y sectores aledaños y también para conectarlas a la red eléctrica nacional.

La energía proveniente de pequeñas centrales hidroeléctricas es la que competitivamente presenta mayores ventajas con respecto a otras fuentes de energía renovable, ya que son las que presentan mayor desarrollo tecnológico. Esto debido a que este tipo de energía se ha venido usando hace ya muchos años, como también porque este tipo de centrales presenta factores de planta por lo general superiores a 50% y costos de inversión de alrededor de US$ 2 millones por MW instalado.

Para hacer el cálculo de la potencia generada a partir de estas centrales, con el caudal y la caída ya determinados, podemos obtener la potencia generable en un generador sin pérdidas de la siguiente forma:

Tablas de datos de las mediciones mensuales y anuales.

Ano J F M A M J J A S O N D

1994 14,259 13,553 22,745 26,8 14,425 17,417 25,049 28,346 21,516 15,039 6,395 7,252

1995 22,056 10,861 6,868 7,819 15,184 45,838 59,049 45,917 28,899 27,496 16,913 10,578

1996 17,518 9,055 15,947 19,649 11,661 23,617 57,692 31,241 24,428 21,67 12,983 6,616

1997 7,291 11,115 14,174 23,529 18,941 23,078 35,212 47,693 31,985 11,977 12,848 15,489

1998 25,814 32,149 24,357 30,583 40,226 71,093 35,767 48,168 33,364 15,434 14,849 12,866

1999 8,926 7,236 15,263 21,198 19,253 31,073 38,79 43,014 39,301 74,009 11,736 8,209

2000 16,474 12,297 9,855 15,558 21,062 31,553 52,461 25,27 25,82 17,913 12,454 12,88

2001 17,123 20,447 16,092 18,352 25,782 26,427 35,242 38,737 27,892 13,361 7,804 5,661

2002 4,552 7,43 7,792 9,523 29,99 26,583 45,042 29,592 28,731 28,408 19,203 19,462 QMLT

QMm 14,89 13,79 14,79 19,22 21,84 32,96 42,70 37,55 29,10 25,03 12,80 11,00 22,

97

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Cálculo de caudalesNº

ocorrência f (%) Permanência

Cálculo das Potências Energia

orden Qmáx Qmin Qméd Pmáx Pmin Pmed ΔEnergiaE

(MWh/h) FC

5 0 19,0900

1 74,01 69,7 71,84 2 0,019 0,019 58,082 54,675 56,379 0,0631 19,0900 0,3386

2 69,7 65,3 67,50 0 0,000 0,019 54,675 51,269 52,972 0,0631 19,0269 0,3592

3 65,3 61,0 63,16 0 0,000 0,019 51,269 47,862 49,565 0,0946 18,9638 0,3826

4 61,0 56,6 58,82 2 0,019 0,037 47,862 44,455 46,158 0,1420 18,8691 0,4088

5 56,6 52,3 54,47 1 0,009 0,046 44,455 41,048 42,751 0,1735 18,7272 0,438

6 52,3 48,0 50,13 1 0,009 0,056 41,048 37,641 39,345 0,2524 18,5537 0,4716

7 48,0 43,6 45,79 4 0,037 0,093 37,641 34,234 35,938 0,3628 18,3013 0,5093

8 43,6 39,3 41,45 3 0,028 0,120 34,234 30,827 32,531 0,4889 17,9386 0,5514

9 39,3 34,9 37,11 5 0,046 0,167 30,827 27,420 29,124 0,6624 17,4496 0,5992

10 34,9 30,6 32,77 6 0,056 0,222 27,420 24,014 25,717 0,9464 16,7872 0,6528

11 30,6 26,3 28,43 12 0,111 0,333 24,014 20,607 22,310 1,3249 15,8408 0,71

12 26,3 21,9 24,09 12 0,111 0,444 20,607 17,200 18,903 1,7034 14,5159 0,7679

13 21,9 17,6 19,75 12 0,111 0,556 17,200 13,793 15,496 2,1924 12,8125 0,8268

14 17,6 13,2 15,40 19 0,176 0,731 13,793 10,386 12,090 2,7444 10,6201 0,8785

15 13,2 8,9 11,06 16 0,148 0,880 10,386 6,979 8,683 3,0126 7,8757 0,9071

16 8,9 4,6 6,72 0 0,000 0,880 6,979 3,572 5,276 3,2018 4,8631 0,9218

17 4,6 0,2 2,38 1 0,009 0,889 3,572 0,166 1,869 1,5142 1,6613 0,8889

Mediante la matriz de Excel tenemos un caudal medio de 22,97 m^3/s

La potencia obtenida es:

Potência Hidráulica Disponível Qmlt 18,03 MW

Potência Hidráulica Disponível de Máximo Benefício19,09 MW

Teniendo un caudal de 24,3 m^3/s alcanzamos una potencia de 19,09 MW con la siguiente grafica permanencia apreciamos la permanencia vs caudal.

Al obtener una permanencia del 48% tomamos este valor para continuar con la gráfica de la potencia para encontrar la potencia que puede generar nuestra central.

Al tener la potencia que puede generar nuestra central nos ubicamos en la siguiente curva para encontrar la energía disponible.

Con la potencia encontrada en la curva anterior cuadramos en nuestra curva de energía y finalmente conocemos la energía que puede entregar nuestra central es de 15MW/h.

COSTOS

El análisis de costes los datos obtenidos de nuestra central muestra que los gastos por operación y mantenimiento serán 328.545 dólares.

Energia

ΔEnergia E (MWh/h)

15,00

Beneficio: $ 6.570.900

Gastos por operacion y manteniemiento $ 328.545

Beneficio real $ 6.242.355

Inversion $ 26.154.390

Tasa interes: 0,09

Inversión: $ (26.154.389,57)

ANIO BENEFICIO VPN TIR1 $ 6.242.355,00 ($ 18.740.787,50) -76%2 $ 6.242.355,00 ($ 13.920.544,09) -38%3 $ 6.242.355,00 ($ 9.498.302,43) -15%

4 $ 6.242.355,00 ($ 5.441.199,99) -2%5 $ 6.242.355,00 ($ 1.719.087,66) 6%6 $ 6.242.355,00 $ 1.695.694,29 11%

7 $ 6.242.355,00 $ 4.828.521,77 15%8 $ 6.242.355,00 $ 7.702.675,42 17%9 $ 6.242.355,00 $ 10.339.513,63 19%10 $ 6.242.355,00 $ 12.758.631,26 20%11 $ 6.242.355,00 $ 14.978.005,23 21%12 $ 6.242.355,00 $ 17.014.128,14 22%13 $ 6.242.355,00 $ 18.882.130,80 22%14 $ 6.242.355,00 $ 20.595.894,72 22%15 $ 6.242.355,00 $ 22.168.155,19 23%16 $ 6.242.355,00 $ 23.610.595,99 23%17 $ 6.242.355,00 $ 24.933.936,18 23%18 $ 6.242.355,00 $ 26.148.009,74 23%19 $ 6.242.355,00 $ 27.261.838,70 23%20 $ 6.242.355,00 $ 28.283.700,12 24%

En 5 años pagaremos la inversión y desde el sexto año la central generara beneficios económicos.

Para la implementación se debe usar una turbina tipo Francis o Kaplan cualquiera de las dos funcionarias correctamente con nuestros datos.

5. CONCLUSIONES

Las PHC generan bajos costos de operación: Ya que no se requiere de combustibles y las necesidades de mantenimiento son relativamente bajas.

El tiempo de recuperación depende mucho de los datos obtenidos del caudal entonces este sería el indicador principal para decidir si la central es rentable o no.

Las PHC son una fuente limpia y renovable de energía: No consume agua, solo utiliza su energía potencial. No emite gases invernaderos y los impactos al sector donde se instala la central no son significativos, por estas razones es considerado una energía renovable.

6. RECOMENDACIONES Debido al alto costo inicial la inversión requerida está muy concentrada

en el desarrollo inicial del proyecto la inversión se debe adquirir por préstamo según los expertos en el área financiera.

Como estas centrales por lo general no disponen de gran capacidad de almacenamiento de agua, la potencia máxima generada está determinada por el caudal el que puede variar considerablemente de una temporada a otra debido a esto se debe considerar el caudal promedio.

7. BIBLIOGRAFÍA

INAMI. (08 de 10 de 2012). Ecuador ama la vida. Obtenido de http://www.serviciometeorologico.gob.ec/caudales-datos-historicos/ISSUU. (02 de 10 de 205). Estudios hidrologico. Obtenido de

http://issuu.com/inamhi/docs/estudio_hidrologico_mira-05/3?e=3876143%2F2913682