Guia de Un Perfil de Tesis
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Universidad Autónoma Gabriel René Moreno Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología “GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ALTERNATIVA HIBRIDA, MEDIANTE SISTEMA AEROGENERADOR, CELDAS DE COMBUSTIBLE Y ELECTROLIZADOR, EN LA REGION DE ABAPÓ EN LA CIUDAD DE SANTA CRUZ DE LA SIERRA”. ALUMNO : JUAN CARLOS ORGAZ MONTERO CARRERA : INGENIERIA ELECTROMECÁNICA REGISTRO : 200671103
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Universidad Autónoma Gabriel René Moreno
Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología
“GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
ALTERNATIVA HIBRIDA, MEDIANTE SISTEMA
AEROGENERADOR, CELDAS DE COMBUSTIBLE Y
ELECTROLIZADOR, EN LA REGION DE ABAPÓ EN LA
CIUDAD DE SANTA CRUZ DE LA SIERRA”.
ALUMNO : JUAN CARLOS ORGAZ MONTERO
CARRERA : INGENIERIA ELECTROMECÁNICA
REGISTRO : 200671103
TUTOR : ING. MSC. JULIO F. GUMIEL GALARZA
PERFIL DEL PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE
LICENCIATURA EN INGENIERIA ELECTROMECÁNICA
Santa cruz, Agosto del 2012
1. ANTECEDENTES GENERALES
En Santa Cruz de la Sierra se cuenta con un gran apoyo de parte de
empresas y del propio estado para la generación de energía eléctrica no
convencional ó alternativa, generados por convenios entre cooperativas del
país y del exterior, la CRE es una de esas empresas que actualmente tiene
proyectos ejecutados de energías alternativaspara suministrar energía a
lugares sin tendido eléctrico, más por esta necesidad que por el hecho de
generar energía eléctrica limpia. Aparte de esta generación no se cuentan
con proyectos en ejecución que traten de mejorar y concientizar el uso de
energía eléctrica limpia, esto se debe a que Bolivia posee reservas ricas de
gas natural y Santa Cruz de la Sierra emplea este gas como combustible casi
en su totalidad para la generación termoeléctrica. Estas generadoras a pesar
de cumplir con las normas medio ambientales contaminan por los gases de
escape que despiden al medio ambiente.
En Bolivia no se tienen experiencias conocidas en sistemas de generación
híbrida. Otros países lo tienen a nivel experimental combinando dos o más
sistemas no convencionales aprovechando las ventajas de uno u otro
sistema, por ejemplo reducir costos empleando un sistema para alguna
operación del otro, logrando aumentar la capacidad de generación del
sistema híbrido.
En el presente trabajo se ve el desarrollo de un sistema híbrido con la
posibilidad de aprovechar la energía eléctrica producida por un
aerogenerador, esta energía es suministrada a un electrolizador, aparato que
permite la electrólisis del agua, la electrólisis es un proceso químico que
produce hidrógeno puro y oxígeno. El hidrógeno es utilizado para alimentar a
un sistema de celdas de combustible, en el interior de estas celdas
reaccionan el hidrógeno y oxígeno, produciendo un flujo de electrones y a
Página 2
causa de este se genera energía eléctrica dejando como único desecho agua
totalmente pura.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2.1 IDENTIFICACION Y DESCRIPCION DE LA SITUACION
PROBLEMÁTICA
Las alternativas de generación de energía eléctrica limpia en Bolivia son
poco aplicadas, en general están siendo utilizadas en sistemas fotovoltaicos
y eólicos, empleando celdas solares y aerogeneradores respectivamente. A
pesar de contar con estas alternativas no se desarrollan otras, capaces de
mejorar el entorno de generación ambiental.
Existen proyectos no ejecutados y poco desarrollados en la explotación de
recursos renovables, por la falta de conocimiento de nuevas tecnologías de
generación de energía eléctrica no convencional.
Esto se debe a que en el país no existe educación medio ambiental en el uso
de estas tecnologías, que desde el punto de vista económico no representan
para las empresas un campo importante de inversión por el elevado costo
que representan y además los sistemas convencionales no llegan a cubrir las
expectativas de la población de bajos recursos y especialmente en zonas
rurales donde esta se halla dispersa.
Tales afirmaciones confirman que la generación de energía eléctrica limpia
no mejorara si no se desarrollan investigaciones y ejecutan proyectos de
nuevas tecnologías capaces de competir en lo económico y técnico con
sistemas tradicionales de generación.
Aspecto que puede cambiar analizando alternativas conocidas de generación
de energía eléctrica no convencional ó presentando proyectos de generación
ambiental con recursos renovables y disponer inversiones para llevar a cabo
Página 3
la realización de una alternativa viable de generación de energía eléctrica
limpia.
2.2 FORMULACIÓN PROBLEMÁTICA
Es de mucha importancia analizar la instalación de un sistema de generación
de energía eléctrica no convencional empleando recursos renovables que
conduce a vías de solución con distintas alternativas.
La primera vía de sistemas de generación de energía eléctrica conduce a las
alternativas de generación hidroeléctrica, termoeléctrica y por grupos
electrógenos.
La generación termoeléctrica es económica para usuarios conectados al
sistema interconectado, este tipo de generación da un rendimiento entre el
20% y 40%. Las centrales térmicas son alimentadas por gas natural que es
un recurso no renovable y que en su combustión despide NOx contaminando
al medio ambiente.
La generación por grupos electrógenos es buena alternativa aplicada a
zonas remotas y para equipos auxiliares de generación. Pero este tipo de
generación ocasiona la contaminación del suelo y ambiente por derrames de
líquidos y expulsión de gases.
Una segunda vía es la de generación de energía eléctrica medio ambiental y
conduce a alternativas como: sistema fotovoltaico, sistema eólico y sistema
de celdas de combustible, siendo todas buenas alternativas medio
ambientalistas y aplicables a zonas remotas.
El sistema fotovoltaico lleva un amplio desarrollo y costo elevado ofrece una
eficiencia del 15% al 35%, y vida útil de 20 años. Para disponer de energía
las 24 horas del día se instalan baterías pesadas que llevan químicos y
tóxicos en su interior, lo que lleva a desechar esta alternativa de generación.
Página 4
El Sistema eólico está técnicamente desarrollado y es económico, alcanza
una eficiencia entre el 25 y 30%, el almacenamiento de energía se realiza
también por baterías para un suministro de energía durante todo el tiempo.
Es una buena alternativa de apoyo en la generación de energía eléctrica por
el bajo costo de inversión, operación y mantenimiento, en Santa Cruz de la
Sierra se tienen interesantes condiciones climáticas, las velocidades del
viento oscilan entre 10 a 60 Km/hr, el valor mínimo puede ser utilizado por un
aerogenerador pequeño para alimentar una carga de 200W.
El sistema de celdas de combustible se encuentra en desarrollo, el costo de
inversión inicial es elevado, pero el de operación y mantenimiento es mínimo,
es muy segura la instalación y entrega energía totalmente limpia con una
eficiencia del 50% durante todo el día, siendo una buena alternativa de
investigación en el presente trabajo que ayuda a solucionar la falta de
alternativas en la generación no convencional.
La tercera vía de recursos renovables conduce al uso de biomasa y agua,
para la generación de energía eléctrica limpia.
La biomasa tiene una aplicación práctica en centrales de vapor y
termoeléctricas, su uso es económicamente viable para industrias
azucareras y cerveceras por el aprovechamiento del bagazo. No es una
alternativa a considerar en la investigación, porque la biomasa es utilizada en
sistemas de generación convencionales y la investigación trata de dar una
alternativa de generación no convencional, además al quemarse la biomasa
despide CO2 que contamina el medio ambiente.
El agua es utilizada en centrales hidroeléctricas, en nuestro departamento no
es viable, pero a partir de este recurso primario se produce hidrógeno, por
medio de la electrólisis, siendo una alternativa buena por ir de acorde con la
generación por celdas de combustible, alternativa ya considerada como
novedad de solución.
Página 5
Uno de los principales proyectos en la región de abapo es el Hidroeléctrico
Rositas que esta construcción, con una potencia instalada de 400 MW con 4
TurbinasPelton de 100 MW c/u y una línea de transmisión eléctrica. Pero
como anteriormente vimos que las condiciones necesarias para su
elaboración tienen un costo elevado con un rendimiento mas bajo al
estudiado en este proyecto, el monto para la construcción de la central
hidroeléctrica aproximado: $us 746´000.000,00 y el tiempo estimado de la
construcción 6 años
2.3 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
La mejor alternativa de generación de energía eléctrica no convencional es
emplear un sistema de celdas de combustible por tratarse de una nueva
tecnología capaz de suministrar energía todo el tiempo con una eficiencia del
50%, su modularidad ayuda a ser fácilmente transportada a poblaciones
aisladas. Sus costos de operación y mantenimiento son mínimos, el costo de
inversión inicial es alto pero se compensa por la aplicación que se le da en
poblaciones remotas donde la transmisión de energía desde el sistema
interconectado resulta más cara.
Al analizar todo lo expuesto tenemos el problema de deficiencias en el uso
de tecnologías de bajo costo para la generación de energía eléctrica limpia
en viviendas remotas.
Considerando el problema de investigación se toman las alternativas viables
que nos permitan solucionarlo, estas son:
Implementar un sistema de celdas de combustible por ser eficiente,
por no dejar desechos, por ser compacto y de poco mantenimiento.
Utilizar como recurso renovable el agua para producir hidrógeno, por
ser fácil de almacenar, no deja residuos y se obtiene por electrólisis
del agua.
Página 6
Implementar un aerogenerador para suministrar energía al
electrolizador de agua por ser económico y de aplicación práctica a
zonas remotas.
3. DEFINICION DE LOS OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de generación no convencional híbrido de energía
eléctrica para viviendas remotas para la localidad de abapó.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el consumo de energía para la vivienda.
Determinar el suministro energético en base a celdas de combustible y
aerogenerador.
Diseñar la instalación de red domiciliaria.
Diseñar el tendido eléctrico entre el cuarto de maquinas y la vivienda.
Determinar un presupuesto de ejecución del proyecto.
4. JUSTIFICACION
4.1. JUSTIFICACION ECONOMICA
El sistema eléctrico de generación proyectado es una alternativa que
representa costos de operación y mantenimiento inferiores a los otros
sistemas no convencionales, además que garantizará un suministro de
energía eléctrica confiable y de forma permanente.
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4.2. JUSTIFICACION SOCIAL
Con el diseño del sistema eléctrico de generación no convencional híbrido se
mejora el suministro de energía eléctrica a viviendas remotas. Es un trabajo
que beneficiará a cualquier tipo de viviendas aisladas con la comodidad de
utilizar diferentes aparatos eléctricos en ellas.
4.3. JUSTIFICACION PERSONAL
Al conocer cuál es la situación real de los sistemas eléctricos de generación
actuales, nace la oportunidad para realizar el proyecto e interés particular
para adquirir mayores conocimientos sobre el tema, para aprender sobre
nuevas tecnología y normas actuales.
4.4. JUSTIFICACION TECNICA
Debido al poco desarrollado en la explotación de recursos renovables, por la
falta de conocimiento de nuevas tecnologías de generación de energía
eléctrica no convencional, que desde el punto de vista económico no
representan para las empresas un campo importante de inversión, la
generación de energía eléctrica limpia no mejorara si no se desarrollan
investigaciones y ejecutan proyectos de nuevas tecnologías capaces de
competir en lo económico y técnico con sistemas tradicionales de
generación.
4.5. JUSTIFICACION AMBIENTAL
Los generadores de energía convencionales a pesar de cumplir con las
normas medio ambientales contaminan el medio ambiente por los gases de
escape que despiden, con este proyecto se mejorará y concientizará mas el
uso de energía eléctrica limpia.
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5. LIMITES
5.1. LIMITE TEMPORAL
Es un problema actual, donde el poco interés por este tipo de generación de
energía, debido a las pocas inversiones en este campo, hace que un
mercado tan beneficioso para un país, no se esté aprovechando.
5.2. LIMITE GEOGRÁFICO
Este proyecto abarca a un área específica localizada en la región de abapo
en la ciudad de Santa Cruz de la Sierra, Bolivia.
5.3. LIMITE SUSTANTIVO
Se enfocará en emplear un sistema de celdas de combustible por tratarse de
una nueva tecnología capaz de suministrar energía todo el tiempo.
6. VIABILIDAD
Las probabilidades de poder llevar a cabo la elaboración de este proyecto se
vio desde una perspectiva técnica aceptable, ya que se puede reunir toda la
información acerca de las posibles alternativas para la generación de energía
eléctrica necesarios para el buen funcionamiento del proyecto.
7. MARCO REFERENCIAL
7.1. MARCO CONCEPTUAL
Electrólisis del agua1:
Proceso para generar hidrógeno y oxígeno por medio de electricidad y agua.
Dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno son eléctricamente
atraídos en una molécula de agua. Cuando la corriente eléctrica pasa a
Página 91 Disponible en:http://www.lenntech.com, 2011, 27 de agosto
través del agua se rompe el enlace químico con dos cargas positivas (iones
positivos) y una carga negativa (ión negativo). Las cargas negativas o iones
de oxígeno emigran al electrodo positivo (ánodo) Los iones de hidrógeno
cargados positivamente son atraídos por el electrodo negativo(cátodo). La
descomposición que se produce es la siguiente:
Energía eléctrica +2H 2 O ---------------------- 2H 2 + O 2
La resistencia del agua pura es de 100 ohm / cm. Y puede ser reducida
drásticamente en una de las siguientes formas:
Calentando de 700 a 1000 ºC
Diluyendo cloruro sódico
Con un ácido como el ácido sulfúrico o con una base como el hidróxido
potásico o hidróxido sódico.
La reacción en un electrolito alcalino es:
4 e¯ + 4H 2 O --------------- 4O 2¯ + 8H+
4O 2¯+ 8H+ -----------------4OH¯+ 4H+
4 e¯ + 4H+ ----------------- 2H 2
La reacción en el ánodo es la siguiente:
4OH¯-----------------------O 2 + 2H 2 O + 4 e¯
La reacción en el ánodo es una reacción de oxidación .Se producen
electrones libres
La reacción en el cátodo es una reacción de reducción .Son absorbidos
electrones libres
Si el electrolito es un ácido (por ejemplo SO4H2), la reacción en el catado es:
Página 10
4 e- + 4H+ ----------------- 2H2
En el ánodo la reacción es:
2H 2 O------------ O 2 + 4H+ + 4 e-
El voltaje necesario para descomponer el agua es de 1.24 V
Celda de combustible PEM(membrana de intercambio protónico)1:
Consta de electrodos (Ánodo y cátodo) y un electrolito. El corazón de la
celda se denomina MEA(MembraneElectrodoAssembly). El electrodo del
ensamble es una capa de 5 a 50 mm de espesor, que contiene un
catalizador de platino disperso en el. Esta capa catalizadora esta en contacto
con una membrana ionomérica, que sirve como electrolito y como separador
de los gases reactantes y de los electrodos de la celda. El electro catalizador
promueve la oxidación del hidrógeno en el ánodo y la reducción de oxígeno
en el cátodo de la celda. Así un MEA consiste de una membrana ión
homérica con capas delgadas de catalizador a cada lado de ella (superficies
mayores), con una estructura de una celda electroquímica electrodo
/electrolito /electrodo empacada en la forma de un emparedado de tres
capas.
El proceso químico es:
Ánodo 2H2 4 H+ + 4 e-
Cátodo 4 e- + 4 H+ + O2 2 H2 O
Reacción Completa 2H2 + O2 2 H2 O
Página 111 Huang, Francis F (1997). Ingeniería Termodinámica Fundamento y Aplicación. México. Editorial Continental. p.44
Aerogenerador1:
Está compuesto por las siguientes partes:
La góndola: Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo
el multiplicador y el generador eléctrico. A la izquierda de la góndola tenemos
el rotor del aerogenerador, es decir las palas y el buje.
Las palas del rotor: Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el
buje. En un aerogenerador moderno de 600 Kw cada pala mide alrededor de
20 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión.
El buje: El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del
aerogenerador.
El eje de baja velocidad: Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un
aerogenerador moderno de 600 KW el rotor gira muy lento, a unas 19 a 30
revoluciones por minuto (r.p.m.) El eje contiene conductos del sistema
hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.
El multiplicador: Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que
el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que
el eje de baja velocidad.
El eje de alta velocidad:Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que
permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un
Página 121 Disponible en: http://www.thales.cica.es, 2011, 27 de agosto
freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso
de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la
turbina.
El generador eléctrico: Suele ser un generador asíncrono o de inducción.
En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500
y 1.500 Kw.
El controlador electrónico: Es un ordenador que contínuamente monitoriza
las condiciones del aerogenerador y controla el mecanismo de orientación.
En caso de cualquier disfunción (un sobrecalentamiento en el multiplicador o
en el generador), automáticamente para el aerogenerador y señala la falla.
La unidad de refrigeración: Contiene un ventilador eléctrico que enfría el
generador eléctrico. Además contiene una unidad refrigerante por aceite
empleada para enfriar el aceite del multiplicador.
La torre: Soporta la góndola y el rotor. Es una ventaja disponer de una torre
alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del
nivel del suelo. Las torres pueden ser torres tubulares o torres de celosía.
El mecanismo de orientación: Está activado por el controlador electrónico,
que vigila la dirección del viento utilizando la veleta.
Circuito eléctrico1:
Un circuito eléctrico es un conductor o una serie de conductores a través de los cuales se intenta hacer fluir corriente eléctrica. Un circuito puede constar de uno o más componentes eléctricos, a los cuales se les llama elementos del circuito, o componentes del circuito. La corriente eléctrica fluirá sólo en un circuito cerrado o contínuo.
Página 131Edminister, Joseph A. Circuitos Eléctricos. Madrid, España. Editorial Mc. Graw Hill, 1997. p.18.
Caída de voltaje en línea*:
En un circuito los efectos de la resistencia de cables se ignoran
generalmente por tener un valor bajo para cualquier consecuencia seria. Sin
embargo, los conductores tienen un valor de resistencia específico que es
dado en /mm para el tamaño y material del conductor. La resistencia del
conductor es calculada multiplicando la longitud del conductor en metros por
la resistencia por unidad de longitud.
Interruptor de circuito*:
Se define como un dispositivo diseñado para abrir y cerrar el circuito por
medios no automáticos y para abrir un circuito automáticamente con una
sobre corriente predeterminada, sin daño a sí mismo cuando se aplique
dentro de su rango.
Tablero de control del generador*:
Es el equipo ensamblado que controla y protege la salida eléctrica del
sistema de generación. Puede incluir dispositivos de interrupción, medios
interruptores, circuitos lógicos de control, instrumentación, medición y
dispositivos protectores y reguladores, junto con su estructura de soporte,
cubierta, conductores, interconexiones eléctricas y accesorios.
7.2 MARCO TEÓRICO
En el sistema de generación híbrido el electrolizador es alimentado por la
energía producida por un aerogenerador que aprovecha la energía cinética
del viento (figura 1).
Página 14*Edminister, Joseph A (1997). Circuitos Eléctricos. Madrid, España. Editorial Mc. Graw Hill. p. 19-21.
figura 1 figura2
La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende de la
densidad del aire,"d", del área de barrido del rotor, "A", y de la velocidad del
viento, "v"(figura2).
La energía cinética de una masa de aire, "m", moviéndose a una velocidad,
"v", es:
E = 1/2 mv2
El volumen de aire que se mueve es "V" y tiene una densidad "d" su masa
será; m = V .d, con lo que su energía cinética será:
Ec = 1/2 dV v2
La cantidad de aire que llegará al rotor de un aerogenerador en un tiempo "t"
dependerá de: el área de barrido del rotor "A" y de la velocidad del viento
(figura 2).
El volumen del aire que llega al rotor será:
V = A v t
Página 15
Área barrida del rotor, A.
Volumen de aire que llega al rotor en un tempo, t.
La energía cinética que aporta el aire al rotor en un tiempo "t" será:
Ec = 1/2 dAvtv2
Ec = 1/2 dAtv3
Y la potencia aportada al rotor será:
P = 1/2 dA v3
“Sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59%) de la energía cinética en
energía mecánica usando un aerogenerador” (Ley de Benz).
Esta potencia mecánica ayuda a generar energía eléctrica mediante un
generador, al final se tiene una eficiencia del 30%, esta energía es
suministrada al electrolizador que produce 8,32 lts /hr de hidrógenoy tiene un
rendimiento del 65 %.
“La potencia mecánica se transforma en potencia eléctrica”
P = 1/2 dAv3 (potencia mecánica) a Pe = V * I (potencia eléctrica)
El hidrógeno producido pasa por las celdas de combustible donde reacciona
con él oxígeno produciendo flujo de electrones, con esto se consigue 0,6 V
por cada celda de combustible teniendo como resultado energía eléctrica
totalmente limpia todo el tiempo con una eficiencia entre 40% y 50%
(Departamento de energía de los EE.UU./Centro federal de tecnología
energética. Julio 1997).
8. METODOS
8.1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN
En la primera fase se realiza la obtención de información bibliográfica
relacionada con los sistemas de generación de energía- eléctrica limpia
mediante la técnica de entrevista y observación directa.
Página 16
En una segunda fase se realiza la determinación de parámetros eléctricos ( I,
V, V, P, etc.) del sistema eléctrico y celdas de combustible. También se
determinan parámetros mecánicos ( W, , , etc.) del sistema aerogenerador,
por métodos matemáticos y teóricos.
La tercera fase se refiere a la aplicación de un análisis económico de la
inversión, costos operativos y de mantenimiento de la instalación.
En una cuarta fase se realiza la localización del aerogenerador y celdas de
combustible, disponiéndose pruebas de funcionamiento experimentales.
En la quinta fase se realizan valoraciones finales basadas en anteriores
fases formulándose conclusiones del estudio y las posibles aplicaciones de
criterios de diseño que podrían aportar mejoras en futuros proyectos.
8.2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN
Las técnicas para recolectar información son:
Estudio de especificaciones de fabricantes de aerogeneradores,
celdas de combustible y electrolizadores.
Establecer la demanda de energía eléctrica
Establecer las capacidades de generación del sistema.
Cálculo de parámetros eléctricos (corriente, tensión, potencia, energía,
etc.) y mecánicos (trabajo, esfuerzo a la torsión, esfuerzo a la
tracción, etc.).
Cálculo de costos de inversión, costos de operación y de
mantenimiento.
9. RESULTADOS ESPERADOS
Página 17
Los resultados que se obtendrán en esta investigación serán:
Planos de instalación eléctrica de generación y de distribución.
Manual de operación y mantenimiento para el sistema de generación
híbrido.
Cálculos eléctricos de la vivienda modelo.
10. TAREAS Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
11. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Planteamiento del problema
1.2 Objetivos
1.3 Resultados
1.4 Significación práctica
2. MARCO TEÓRICO
Página 18
2.1. Instalaciones eléctricas en baja tensión
2.1.1. Sistemas de protección
2.1.2. Instalaciones eléctricas
2.2. Sistemas de generación
2.2.1. Características del aerogenerador
2.2.2. Características de las celdas de combustible
2.2.3. Características del electrolizador
2.2.4. Sistemas de regulación y control
3. DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO
3.1. Características de las instalaciones
3.2. Estimación de la demanda de potencia eléctrica
3.2.1 Vivienda
3.3. Elaboración de los planos eléctricos
3.3.1. Diseño del circuito unifilar
3.3.2. Plano de construcción
4. DISEÑO DEL SISTEMA DE GENERACIÓN HÍBRIDO
4.1. Consideraciones medioambientales
4.1.1. Impacto medio ambiental
4.1.2. Restricciones en el diseño
4.2. Elección de una marca y modelo del aerogenerador
4.2.1. Características requeridas
4.2.2. Cuadro comparativo de los modelos disponibles en el mercado
4.2.3. Ventajas del modelo elegido
4.3. Elección del sistema de celdas de combustible
4.3.1. Características requeridas
Página 19
4.3.2. Cuadro comparativo de los modelos disponibles en el mercado
4.3.3. Ventajas del sistema elegido
4.4. Elección del electrolizador
4.4.1. Características requeridas
4.4.2. Cuadro comparativo de los modelos disponibles en el mercado
4.4.3. Ventajas del sistema elegido
4.5. Diseño de alojamientos
4.6. Diseño y ubicación del cuarto de máquinas
4.7. Consideraciones futuras
5. COSTO DEL PROYECTO
5.1. Introducción
5.2. Estructura de costos
5.2.1. Inversión inicial
5.2.2. Costo de instalación del proyecto
5.2.3. Costo de operación
5.2.3.1. Costo de depreciación
5.2.4. Costo de mantenimiento
5.2.5. Costo total del proyecto
5.3. Conclusiones
6. RESULTADOS
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8. BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
TABLAS
Página 20
12. BIBLIOGRAFÍA
Velasco Salazar Carlos (1993). Técnicas de Estudio y Metodología de
la Investigación. Santa Cruz, Bolivia. Editorial El País.
Velasco Salazar Carlos (2000). Metodología. Santa Cruz, Bolivia.
Texto de la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno.
Huang Francis F. (1997). Ingeniería Termodinámica Fundamento y
Aplicación. México. Editorial Continental.
Chapman Stephen J. (1993). Maquinas Eléctricas. New York. Editorial
Mc. Graw Hill.
Cooperativa Rural de Electrificación (CRE) (1996). Reglamento de
instalaciones eléctricas en baja y media tensión. Santa Cruz, Bolivia.
Edminister, Joseph A.(1996). Circuitos Eléctricos. Madrid, España.
Editorial Mc. Graw Hill.
Instituto Boliviano de Norma y Calidad (IBNORCA) (1997). Normas
eléctricas en edificios públicos. La Paz, Bolivia.
Rau Hans (1984). Energía solar - Aplicaciones prácticas. Barcelona,
España. Editorial Marcombo.
Funes Orellana Juán (2001). Contabilidad de Costos. Cochabamba,
Bolivia. Editorial La Sabiduría.
Fitzgerald A. E. (1992).Máquinas eléctricas. New York. Editorial Mc.
Graw Gill.
Disponible en:http://www.lenntech.com , 2011, 27 de agosto
Disponible en:http://www.thales.cica.es , 2011, 27 de agosto
13. ANEXOS
Página 21
SITUACIÓN PROBLEMICA:
Falta de alternativas en la generación de energía eléctrica
FORMULACIÓN PROBLEMICA
Proyecto de instalación de un sistema de generación de energía eléctrica no
convencional empleando recursos renovables.
ANÁLISIS DE VÍAS Y ALTERNATIVAS
VÍA 1:
Sistemas de generación de energía eléctrica
VÍA 2:
Generación de energía eléctrica medio ambiental
VÍA 3:
Recursos renovables
a) Generación Térmica.
b)Generación Hidroeléctrica.
c) Generación por grupos electrógenos
a) Sistema de paneles solares.
b) Sistema eólico.
c) Sistema de celdas de combustible.
a) Generación de energía eléctrica mediante biomasa.
b) Generación de energía eléctrica mediante agua.
La novedad de solución es la alternativa del sistema de celdas de
combustible por ser la más viable para la situación problemática.
TEMA DE INVESTIGACIÓN:
“Generación de energía eléctrica alternativa híbrida, mediante sistema
aerogenerador, celdas de combustible y electrolizador”
VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE SISTEMAS DE GENERACIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIO AMBIENTAL
Página 22
Celdas de Combustible para Hidrógeno
Paneles Solares Grupos Eólicos
No muy comercial Existente en el mercado Existente en el mercado
Disponibilidad de EE*. las 24 horas .
Disponibilidad de EE*. cuando se dispone del Sol.
Disponibilidad de EE*. Según condiciones climáticas
El hidrógeno puede ser almacenado como gas, como liquido criogénico y en forma sólida como hidruros metálicos.
La EE*. se almacena en bancos de baterías de vida útil y capacidad limitada, pesadas e incorporan químicos tóxicos.
De igual forma que el caso anterior.
El hidrógeno es extraído del gas natural, de hidrocarburos, del carbón, del agua y otros.
La EE*. se obtiene gracias al sol que es un recurso inagotable y natural.
La EE*. se obtiene gracias al poder del viento.
El costo de mantenimiento de toda la instalación es muy bajo por no sufrir desgaste entre sus partes no móviles.
El costo de mantenimiento aumenta cuando se deba cambiar de baterías de acumulación, el resto de instalación no requiere mucho mantenimiento.
El costo de mantenimiento es afectado, a causa de las partes móviles que son propensas a solicitaciones de fatiga a causa del viento.
Instalación compacta y silenciosa
Instalación de regular tamaño.
Instalación relativamente grande
No desarrollado y caro Desarrollado no económico Desarrollado y económico
Eficiencia entre 40 – 50 %
Eficiencia entre 15 – 35 % Eficiencia entre 25 – 30 %
Vida útil mayor a 30 años
Vida útil 20 años aprox. Vida útil mayor a 20 años
*EE. : Energía eléctrica
Página 23
COMPARACIÓN ENTRE SISTEMAS DE GENERACIÓN CONVENCIONALES
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON RECURSOS RENOVABLES
Página 24
Generación Térmica Generación Hidroeléctrica
Generación por grupos electrógenos
Aplicable para grandes cargas
Aplicable para grandes cargas
Aplicable para cargas medianas
Eficiencia entre 30 - 40% Eficiencia entre 75 – 90 % Eficiencia máx. 20%
Emanación de gases perjudiciales
No expulsan gases pero el embalse inhabilita parte de terreno cultivable.
Emanación de gases y derrame de líquidos combustibles nocivos.
Viable económicamente en Santa Cruz de la Sierra
No viable por no contar con fuentes cercanas de agua.
Viable para industrias pequeñas y zonas remotas
Abundantes recursos para este tipo de generación (gas natural)
No existen caídas de agua para ser aprovechadas en la generación de energía y la topografía del terreno no ayuda a formar embalses.
Existen distintos recursos para alimentar estos grupos, como el diesel, gasolina, alcohol, etc.
Vida útil 15 años Vida útil 50 – 100 años Depende de la aplicación que se le dé, trabajo continuo unos 10 años, como equipo auxiliar 20 años o más.
Generación de energía eléctrica
mediante biomasa
Abundante en el departamento, se aplica a plantas
térmicas y de vapor, en la combustión despide CO2.
Generación de energía eléctrica
mediante agua.
A partir del agua se obtiene hidrógeno mediante su
electrólisis, proceso comercial, eficiente y caro.
