UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO – INGENIERIA MECANICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECANICA
PROYECTO DE TESIS: “ANALISIS PARA APROVECHAR PARA APROVECHAR LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DE LAS AGUAS TERMALES DE BAÑOS DEL INCA PARA P ARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA PARA SISTEMAS DE PEQUEÑA POTENCIA”
AUTOR: TERRONES HERNÁNDEZ LUIS ALBERTO
Ciudad y Fecha Guadalupe – Perú Perú 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO – INGENIERIA MECANICA
GENERALIDADES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO – INGENIERIA MECANICA
TÍTULO: “ANALISIS PARA APROVECHAR LA ENERGÍA GEOTÉRMICA DE LAS
AGUAS TERMALES DE BAÑOS DEL INCA PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA PARA SISTEMAS DE PEQUEÑA POTENCIA”
1. AUTOR:
TERRONES HERNANDEZ LUIS ALBERTO
2. TIPO DE INVESTIGACIÓN: 2.1.
De acuerdo a la orientación: Aplicada
2.2.
De acuerdo a la técnica de contrastación: Descriptiva - Explicativa
3. RÉGIMEN DE INVESTIGACIÓN: Orientada
4. LOCALIDAD E INSTITUCIÓN DONDE SE DESARROLLARÁ EL PROYECTO: Localidad: Trujillo, La Libertad, Perú. Institución: Universidad Nacional de Trujillo - Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica.
5. CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO:
C R O N O G R A M A D E A C T IV I DA D E S
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
TIEMPO EN SEMANAS 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 10ª semana semana semana semana semana semana semana semana semana semana
ASESORIA METODOLOGICA PROPUESTA OBSERVACIONES DISE O DEL PROYECTO OBSERVACIONES PROYECTO OBSERVACIONES CLASIFICACION DE MATERIAL TRATAMIENTO INFORMACIÓN AN LISIS E INTERPRETACIÓN REDACCI N
6. FECHA DE INICIO: 1 de diciembre de 2013 FECHA DE TÉRMINO: 15 de febrero de 2014
7. HORAS SEMANALES DEDICADAS AL PROYECTO: 08 horas semanales
8. RECURSOS: 8.1.
Personal: Asesor del Proyecto: Dr. Joe Alexis González Vásquez
8.2.
Materiales y equipos: Otros servicios de terceros:
Internet para la búsqueda de información. Tipeos e Impresiones. Encuadernación y empastado. Congresos, simposios conferencias, cursos o exposiciones.
Fotocopias.
8.3.
Locales:
Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la UNT. Centro de Cómputo e Internet de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la UNT.
9. PRESUPUESTO: CRONOGRA MA DE PRESUPUESTOS
PERIODO
asesoría
internet
pasajes
alimentación
TOTAL
1ª SEMANA
100.00
10.00
8.00
12.00
130.00
8.00
5.00
13.00
8.00
5.00
18.00
8.00
7.00
115.00
8.00
5.00
23.00
8.00
7.00
15.00
2ª SEMANA 3ª SEMANA 4ª SEMANA
5.00 100.00
5ª SEMANA
10.00
6ª SEMANA 7ª SEMANA
10.00
8.00
12.00
30.00
8ª SEMANA
10.00
8.00
6.00
24.00
9ª SEMANA
100.00
8.00
15.00
123.00
10ª SEMANA
100.00
8.00
10.00
118.00 609.00
PLAN DE INVESTIGACIÓN
1. REALIDAD PROBLEMÁTICA: La sociedad mantiene muchas dudas y fuertes discrepancias con el modelo energético actual en muchos y muy amplios sectores. En realidad la verdadera preocupación de todos los pueblos, y el objetivo final de la sostenibilidad energética, será conseguir una energía accesible, disponible y aceptable (World Energy Council, 2000). [1] Aunque las fuentes energéticas usadas por el hombre no han cambiado de forma esencial en los últimos 30 años, si han cambiado las tecnologías
utilizadas. La utilización de las diversas fuentes de energía en el futuro dependerá de muchos factores sociales y políticos, pero esencialmente de un mayor respeto al medio ambiente y de la competitividad de las tecnologías en un mercado liberalizado (CIEMAT, 2001). [2] Según CIEMAT (2001) las tecnologías que permiten aprovechar los recursos energéticos denominados renovables por ser fuente de energía inagotable, se han desarrollado de forma ininterrumpida en los últimos 20 años, sobre todo en Europa, debido a nuestra escasez de recursos energéticos de naturaleza fósil. [3] En el Perú las perspectivas para las energías renovables, dentro de las cuales se encuentra la geotérmica, se pueden inferir de la política y del Plan referencial al 2015 del sector energía (Alfredo Oliveros, 2002). [4] En la actualidad la depredación de las energías no renovables está llevando a la humanidad, en la búsqueda de nuevas energías no contaminantes, que a su vez implica la utilización de nuevas tecnologías, una de estas energías es la geotérmica, una energía muy poco aprovechada por el hombre hasta el siglo pasado. Dicha energía se presenta en forma de a floraciones de aguas termales. [5] Una de estas fuentes de energía geotérmica se presenta en la localidad de baños del inca – Cajamarca en donde la gran cantidad de energía geotérmica es aprovechada solo por el sector turístico y medicinal dejando de lado la posibilidad de poder darle un mayor aprovechamiento a dicho recurso natural, dicha energía se podría aprovechar en la generación de electricidad de pequeña potencia para aliviar en cierta parte al gran consumo de energía eléctrica que cada vez tiene mayor envergadura. [6]
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO – INGENIERIA MECANICA
2. ANTECEDENTES Y MARCO TEÓRICO: 2.1.
Antecedentes: La geotermia es una importante fuente de energía. Caracteriza las zonas activas de la corteza terrestre y está ligada a una fuente de calor magmática, que se encuentra a varios kilómetros de profundidad en tierras volcánicas. Los geólogos han encontrado cámaras magmáticas, con roca a varios cientos de grados centígrados. La producción de vapor a partir de los acuíferos, está a temperaturas que oscilan entre 100 y 4.000 º C. [7] Bajo la corteza terrestre, la capa superior del manto está compuesta por magma, roca líquida a muy altas temperaturas. En algunas zonas, los depósitos o corrientes de agua subterránea son calentados por el magma, hasta temperaturas a veces superiores a los 140 grados Celsius. Cuando el agua, o el vapor, emergen a la superficie a través de fisuras en la corteza, aparecen los géiseres, fumarolas y fuentes termales. [8] En algunos lugares se dan otras condiciones especiales como son capas rocosas porosas y capas rocosas impermeables que atrapan agua y vapor de agua a altas temperaturas y presión y que impiden que éstos salgan a la superficie. Si se combinan estas condiciones se produce un yacimiento geotérmico. La geotermia es una fuente de energía renovable ligada a volcanes, géiseres, aguas termales y zonas tectónicas geológicamente recientes, es decir, con actividad en los últimos diez o veinte mil años en la corteza terrestre. “La actividad volcánica sirve como mecanismo de transporte de masa y energía desde las pr ofundidades terrestres hasta la superficie”. Se relaciona con dos tipos de recursos explotables por el ser humano: la energía geotérmica y algunos tipos de yacimientos minerales, que son depósitos de origen magmático e hidroterma. La energía geotérmica es aquella energía que se obtiene mediante la extracción y aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Es por tanto esta energía calorífica, un recurso parcialmente renovable y de elevada disponibilidad, producido en las profundidades de nuestro planeta que se transmite por conducción térmica hacia la superficie. [7]
La energía geotérmica se desarrolló para su aprovechamiento como energía eléctrica en 1904, en Toscana (Italia), donde la producción continúa en la actualidad. En el 1913 se construyó la primera central en Larderello (Italia). [7] El Instituto Geotérmico de Nueva Zelanda, dependiente de la Universidad de Auckland, es pionero en la investigación geotérmica y en el desarrollo de tecnología para aprovechar esa energía. Fue creado en 1978, a petición de las Naciones Unidas en el marco de su Programa de Desarrollo, ante la necesidad de un centro que pudiese formar a nuevos expertos en energía geotérmica procedentes de otros países. En muchos casos, las aplicaciones prácticas preceden a la investigación científica y a los desarrollos tecnológicos, la energía geotérmica es un buen ejemplo de esto. A comienzos del siglo XIX los fluidos geotermales fueron explotados por su contenido energético. En ese período se instaló en Italia una industria química (en la zona actualmente conocida como Larderello), para extraer el ácido bórico de las aguas calientes boratadas que emergían naturalmente o bien, de pozos perforados con ese objeto. El ácido bórico se obtenía mediante evaporación de las aguas boratadas en bateas de fierro, usando como combustible la madera de los bosques de los alrededores. En 1827 Francisco Larderel, fundador de esta industria, desarrolló un sistema para utilizar el calor de los fluidos en el proceso de evaporación, en vez de quemar la madera de los bosques en rápido agotamiento. [9] Uno de los pioneros en la generación de electricidad por medio de la energía geotérmica fue el Príncipe Piero Ginori quien invento una máquina usada en Larderello en 1904 en la primera experiencia de generación de energía eléctrica mediante vapor geotérmico.
Objetivo de la Investigación: Tal investigación tiene la finalidad de demostrar mediante un análisis descriptivo si sería factible el aprovechamiento de la energía geotérmica de baños del inca - Cajamarca para generar electricidad de pequeña potencia aprovechando la energía geotérmica de baños del inca –Cajamarca y así aliviar en una parte el consumo de energía eléctrica en la localidad de
baños del inca Cajamarca.
2.2.
Conclusiones:
Lograremos generar energía eléctrica de baños del inca – Cajamarca.
Obtendremos energía eléctrica directamente de la energía geotérmica, que será beneficiada para la población cajamarquina.
Teorías que sustentan el trabajo:
2.2.1. Generalidades. Energía geotérmica de alta temperatura Cuando el agua sale a una temperatura entre 150 y 400ºC, lo que produce vapor en la superficie. Condiciones geológicas necesarias para la existencia de un yacimiento geotérmico de alta temperatura son:
A. Estar presente en una de las áreas o zonas inestables, con lo cual está asegurada la existencia de un foco de calor activo que proporcione un flujo calorífico anómalo. B. Existencia a profundidad adecuada (1,5-2 km), de capas de materiales permeables o almacén que permiten la circulación de los fluidos capaces de extraer el calor de la roca. C. Estos fluidos han de permanecer en profundidad, de manera que se evite la disipación continua de la energía de la roca. Para que ello ocurra es necesaria la presencia de materiales impermeables que actúen de sello de los almacenes. Energía geotérmica de temperaturas medias Los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un menor
rendimiento: pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos. [7]
Energía geotérmica de baja temperatura Temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC, que es la temperatura típica de los baños de aguas termales. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. En Filipinas, el sistema geotérmico tiene una capacidad de potencia de 2.000 megavatios. [10] Estos yacimientos se encuentran en zonas estables de la corteza terrestre, en las que el gradiente geotérmico no es anómalo. La única condición geológica requerida en estos casos es la existencia, a la profundidad adecuada (1,5-2,5 km), de materiales geológicos permeables capaces de contener y dejar circular fluidos que extraigan el calor a la roca. Existe, no obstante, una segunda condición muy importante no geológica, sino económica. Debido al bajo nivel térmico del fluido (60-90 ºC), este ha de ser utilizado en aplicaciones directas del calor.
Funcionamiento de una central geotérmica En muchos lugares de la Tierra se producen fenómenos geotérmicos que pueden ser aprovechados para generar energía útil para el consumo. Estas fuerzas se desarrollan en el interior de la corteza terrestre, normalmente a profundidades de 50 km, en una franja llamada sima o sial; algunas de sus manifestaciones sobre la superficie son los volcanes activos. Conforme descendemos hacia el interior de la corteza terrestre se produce un aumento gradual de temperatura, estimado en 1 grado cada 37 metros de profundidad. Sin embargo, en determinadas zonas de nuestro planeta, por ejemplo en algunas islas volcánicas de Canarias, las altas temperaturas se encuentran a nivel de la superficie. En estos casos, es cuando una instalación geotérmica resulta más rentable. Para aprovechar la energía geotérmica se recurre a sistemas similares a los empleados en energía solar con turbina, es decir, calentamiento de un líquido que puede tener distintas aplicaciones, pero que habitualmente se destina a producir vapor
con el que se da impulso a la turbina, que a su vez mueve un generador eléctrico. [11] Los sistemas geotérmicos producen un rendimiento mayor con respecto a otros sistemas, y además tienen un costo de mantenimiento menor. De hecho, la única pieza móvil de una central geotérmica es el sistema de turbina-generador, y por tanto todo el conjunto tiene una vida útil más larga. El funcionamiento de una central geotérmica es bastante simple: consta de una perforación practicada a gran profundidad sobre la corteza terrestre (unos 5 km), con objeto de obtener una temperatura mínima de 150º C, y en la cual se han introducido dos tubos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor. Desde la superficie se inyecta agua fría a través de uno de los extremos del tubo, la cual se calienta al llegar al fondo formando vapor de agua y regresando a chorro a la superficie a través del otro tubo. En el extremo de éste está acoplada una turbinagenerador que suministra la energía eléctrica para su distribución. El agua enfriada es devuelta de nuevo al interior por el primer tubo para repetir el ciclo. A pesar de su sencillez, el sistema está pensado fundamentalmente para aplicaciones que no requieran un suministro de energía a gran escala, debido a las características geotérmicas de las rocas. Al contrario de lo que sucede con los metales, las rocas o la arena no tienen capacidad conductora del calor, es decir, la conservan, por eso si se utilizase una central geotérmica con intención de producir energía a gran escala llegaría un momento en que el proceso se detendría. El motivo, es que la sima del interior de la corteza terrestre donde está el calor aprovechable se va enfriando progresivamente conforme se le inyecta agua fría, y si el régimen de inyección es alto llegará un momento en que la sima ha cedido más calor del que puede recuperar, precisamente por su baja capacidad de conducir la temperatura. Este inconveniente impide el funcionamiento continuo de la central, deteniéndose a determinados intervalos hasta que la roca recupera una temperatura suficiente para reanudar el funcionamiento normal.
En algunas regiones de la tierra este inconveniente no se produce, porque las altas temperaturas están casi a flor de tierra, lo que permite extender tuberías en horizontal, en vez de en vertical, garantizándose que la recuperación de la temperatura de la roca o de la arena se realice casi a la par que su enfriamiento.
Figura 1 Esquema de una central geotérmica
2.2.2. Formas de aprovechamiento. Centrales térmicas Aparte de la generación de energía eléctrica, el agua que se usa en las centrales geotérmicas podría usarse también en procesos industriales, en algunos tratamientos textiles o de la industria de alimentos. Los usos directos de las aguas geotérmicas van en un rango de 10 a 130ºC y son directamente de la tierra: Para uso sanitario. Balnearios. Para cultivos en invernaderos durante el periodo de nevadas.
Para reducir el tiempo de crecimiento de pescados, crustáceos, etc. Para varios usos industriales como la pasteurización de la leche Para la implantación de calefacción en distritos enteros y viviendas individuales.
2.2.3. Energía geotérmica a nivel internacional, nacional y local. 2.2.3.1 Nivel internacional Áreas geológicas y países productores. Las áreas geológicas de gran actividad tectónica son las zonas de subducción (donde la placa oceánica de la tierra y la de la corteza colisionan y se monta una sobre la otra). Estas regiones son las áreas que bordean el Océano Pacífico: la cordillera de Los Andes (América del Sur), los volcanes de América Central y México, la Cordillera Cascade de USA y Canadá, la cordillera Aleutian de Alaska, la Península de Kamchatka en Rusia, Japón, las Filipinas, Indonesia y Nueva Zelanda. [11] Otra zona energética activa es donde las placas tectónicas se están fragmentando (Islandia, los valles de África, la zona del Atlántico medio y las Provincia de Cordilleras y bases de USA); y los lugares llamados "puntos calientes", que son puntos fijos en la Tierra que producen magma continuamente y forman manantiales y volcanes, como la cadena de las Islas Hawái. Los países que actualmente están produciendo más electricidad de las reservas geotérmicas son Estados Unidos, Canadá, Nueva Zelanda, Italia, México, las Filipinas, Indonesia y Japón, pero la energía geotérmica debiera producirse y utilizarse también en los países que presentan alta actividad tectónica.
Producción de electricidad Los primeros intentos de producción de electricidad con energía geotérmica comienzan con los experimentos en Italia, del Príncipe Gionori Conti entre 1904 y 1905. La primera planta (250 kWe) se construye en 1913. En 1950 se alcanzan los 300 MWe en Italia, en el yacimiento de Larderello. En 1958 comienza la producción geotermoeléctrica en Nueva Zelanda, con el yacimiento de Wairakei, en 1959 en México, yacimiento de
Pathe y en 1960 en Estados Unidos con el yacimiento de The Geysers. A partir de 1973, año de la primera crisis del petróleo se produce la gran expansión en la generación de electricidad con energía geotérmica, incorporándose sucesivamente Japón, Islandia y El Salvador (1975), Indonesia, Kenia, Turquía y Filipinas (1980), Nicaragua (1985), Costa Rica (1995), Guatemala (2000), etc. Para algunos de estos países, la producción geotermoeléctrica representa una fracción importante de su producción eléctrica total. [12]
Tabla 1. Producción y utilización de la energía geotérmica
Evolución de potencia instalada en el mundo generación de electricidad
En 2002 la cifra ha alcanzado los 8.350 MWe
Figura 2 Evolución de potencia instalada en el mundo uso directo del calor
Hoy en día existen instalaciones para producir electricidad a partir de fluidos geotérmicos, con una potencia total instalada en
el mundo de más de 8.300 MWe. Las explotaciones de baja temperatura con aprovechamiento directo de calor alcanzan una potencia instalada superior a 15.000 MWt, ello sin contar con el aprovechamiento en baños termales que superan los 6.500 MWt.
2.2.3.2 Nivel nacional El potencial estimado de Perú para la generación de electricidad con energía geotérmica, proveniente de aguas termales, asciende a unos 3,000 megavatios (Mw). Aguas calientes aportaría 100 Mw y Borateros 50 Mw. [12] Por su parte, el jefe del proyecto de prefactibilidad, Enrique Lima, de la empresa West Japan Engineering Consultants, indicó que la inversión necesaria para construir las plantas de generación de electricidad con energía geotérmica en Calientes ascendería a 130 millones de dólares y para Borateros a 100 millones. Gracias a la “Ley Orgánica de Recursos Geotérmicos”, promulgada el 29.02.1997, el marco legal favorece la inversión privada, teniendo en cuenta que nuestro país posee alrededor de 300 manifestaciones de aguas termales entre 49°C y 89°C, situadas a lo largo de la Cordillera Occidental y en menos proporción en los valles interandinos y la zona oriental.
2.2.3.3 Nivel regional Cajamarca.
En la zona denominada baños del inca en las cuales las aguas llegan a una temperatura de 70ºC.
Tabla 2. Proyecto para la explotación de la energía geotérmica a nivel de estudio de factibilidad
2.2.4. Generación de electricidad. Dependiendo de las características del recurso geotérmico, la generación de electricidad se realiza principalmente mediante turbinas de vapor convencionales y plantas de ciclo binario, Las turbinas de vapor convencionales, requieren fluidos a temperaturas de a lo menos 150°C y están disponibles con descarga atmosférica (back-pressure) o bien con descarga de condensación. Las turbinas con escape atmosférico son más simples y de menor costo. El vapor, directamente de pozos de vapor seco o, después de la separación, desde pozos de vapor húmedo, es pasado a través de la turbina y descargado a la atmósfera. [7]
Figura 3 Esquema de una planta geotermoeléctrica de descarga atmosférica. El flujo del fluido geotermal está indicado en rojo.
Con este tipo de unidad, el consumo de vapor (de la misma presión de ingreso) por kilowatt-hora producido en casi el doble de las unidades de condensación. Sin embargo, las turbinas de descarga atmosférica son inmensamente útiles como plantas pilotos, plantas portátiles en el caso de pequeños abastecimientos desde pozos aislados, y para generar electricidad con pozos exploratorios durante el desarrollo del campo. Ellas son útiles también cuando el vapor tiene un alto contenido de gases no condensables (> 12% en pesos). Las unidades de descarga atmosférica pueden ser construidas e instaladas muy rápidas y puestas en operación en poco más de 13-14 meses desde la fecha que son ordenadas. Este tipo de máquinas está usualmente disponible en tamaños pequeños (2,5 – 5 MWe). Las unidades de condensación, como tienen más equipos auxiliares, son más complejas que las unidades de descarga atmosférica y como son de tamaños mayores requieren el doble del tiempo para su construcción e instalación. El consumo específico de vapor de las unidades de condensación es, sin embargo, cerca de la mitad de las unidades de descarga atmosférica. Las plantas de condensación de 55-60 MWe de capacidad son muy comunes, y recientemente se han construido e instalado plantas de 110 MWe.
Figura 4 Esquema de una planta geotermoeléctrica de condensación. El flujo del fluido de alta temperatura está indicado en rojo y el agua fría en azul.
La generación de electricidad a partir de fluidos de temperatura baja a media, o bien, a partir de aguas calientes provenientes de los separadores en campos geotérmicos de tipo agua dominante, ha tenido significativos progresos debido al mejoramiento logrado en la tecnología de fluidos binarios. Las plantas binarias utilizan
un fluido secundario, usualmente de carácter orgánico (principalmente n-pentano), que tiene un bajo punto de ebullición y una alta presión de vapor a bajas temperaturas, en comparación con el vapor de agua. El fluido secundario es manejado según el ciclo convencional Rankine (ORC): el fluido geotermal entrega calor al fluido secundario a través de intercambiadores de calor, en los cuales este fluido es calentado y vaporizado; el vapor producido acciona una turbina normal de flujo axial, posteriormente es enfriado y condensado, y el ciclo comienza nuevamente.
Figura 5 Esquema de una planta geotermal binaria. El flujo del fluido geotermal está en rojo, el fluido secundario en verde y el agua fría en azul.
Seleccionando un fluido secundario apropiado, el sistema binario puede diseñarse para utilizar fluidos geotermales con un rango de temperatura entre 85 y 170°C. El límite superior depende de la estabilidad térmica del fluido binario orgánico, y el límite inferior depende de factores técnicos-económicos: A menor temperatura el tamaño de los intercambiadores de calor requeridos haría el proyecto no económico. Además de los fluidos geotermales de baja a media temperatura y fluidos de desecho los sistemas binarios también son utilizados cuando resulte preferible evitar el “flashing” de fluidos geotermales (por ejemplo, para evitar incrustación del pozo). En este caso, bombas ubicadas dentro del pozo pueden utilizarse para captar los fluidos en estado líquido presurizado, y la energía calórica puede extraerse del fluido mediante unidades binarias. [7]
Las plantas binarias se construyen normalmente en pequeñas unidades modulares, de pocos cientos de KWe a pocos MWe de capacidad. Estas unidades pueden así ser interconectadas para constituir plantas eléctricas de decenas de megawatts. Sus costos dependen de numerosos factores pero principalmente de la temperatura del fluido geotermal utilizado, que define el tamaño de la turbina, los intercambiadores de calor y el sistema de enfriamiento. El tamaño total de la planta es poco significativo con respecto al costo específico, ya que es posible interconectar una serie de unidades modulares standard para lograr mayores capacidades de generación. [10] La tecnología de plantas binarias es un medio seguro y de costos apropiados para convertir en electricidad la energía disponible de campos geotérmicos del tipo agua dominante (bajo 170°C). Un nuevo sistema binario, el ciclo Kalina, que utiliza una mezcla de agua y amoniaco como fluido secundario, se desarrolló en la década de los años 19 90. El fluido secundario se expande, en condiciones de sobrecalentamiento, a través de turbinas de alta presión y posteriormente recalentado antes de accionar la turbina de baja presión. Después de la segunda expansión el vapor saturado es conducido hacia un e bullidor recuperativo, antes de ser condensado en un condensador enfriado por agua. El ciclo Kalina es más eficiente que las plantas geotermoeléctrica binarias del tipo ORC, pero es de un diseño más complejo. Las pequeñas plantas portátiles, ya sean convencionales o no, no solo reducen los riesgos relativos a la perforación de nuevos pozos, sino lo más importante, que pueden ayudar a proporcionar los requerimientos de energía de áreas aisladas. La calidad de vida de muchas comunidades podría ser considerablemente mejorada al tener la posibilidad de disponer de fuentes de energía local. La electricidad podría facilitar muchas actividades aparentemente banales, pero extremadamente importantes, tales como bombeo de agua para regadío, congelamiento de frutas y vegetales para conservación. [10] La conveniencia de pequeñas plantas portátiles es aún más evidente para aquellas áreas que no tienen acceso a combustibles convencionales y también para comunidades donde sería demasiado costosa la conexión al sistema eléctrico nacional o regional, a pesar de la existencia de líneas de transmisión de alto voltaje en las cercanías. El costo de abastecer estas
pequeñas comunidades aisladas es prohibitivo, ya que los transformadores necesarios para obtener electricidad desde líneas de alto voltaje cuestan más de US$ 675.000 instalados cada uno y, la forma más simple de distribución local de electricidad, a 11 kV usando postes de madera, tiene un costo mínimo de US$ 20.000 por kilómetro (US$ 1994). En comparación, el costo de capital (US$ 1998) de una unidad binaria instalada es del orden de 1.500 – 2.500 US$/kW, sin incluir los costos de sondajes. La demanda de capacidad eléctrica por persona, en lugares fuera de los sistemas de transmisión fluctúa entre 0,2 kW en áreas menos desarrollada a 1.0 kW o más en áreas desarrolladas. Una planta de 100 kWe puede abastecer de 100 a 500 personas. Una planta de 1.000 kWe puede abastecer de 1.000 a 5.000 personas (Entingh et al., 1994). [12]
3.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN: La creciente necesidad por conseguir fuentes de energías limpias, nos conlleva a plantear una investigación que podría reducir el consumo de energías no renovables, la posible obtención de energía eléctrica utilizando la energía geotérmica de baños del inca – Cajamarca.
4. OBJETIVOS: 4.1.
General: El proyecto tiene como objetivo general hacer una investigación descriptiva para ver si es factible el aprovechamiento de las aguas termales de baños del inca – Cajamarca para la generación de energía eléctrica de pequeña potencia.
4.2.
Específicos: Identificar la temperatura de las aguas termales de baños del incaCajamarca. Estimar el potencial geotérmico en la región de Cajamarca. Identificar la cantidad de energía eléctrica que se podría generar.
Evaluar las implicancias u obstáculos que pueda presentar dicho proyecto.
5. ENUNCIADO DEL PROBLEMA: El interés por el estudio de la generación de electricidad mediante la energía geotérmica parte principalmente por la escases de las energías no renovables tale como el carbón, el petróleo y sus derivados. La problemática por la escases de energía eléctrica nos conlleva a plantear dicho problema de investigación ya que en la actualidad la energía geotérmica de baños del inca – Cajamarca no es aprovechada para generar energía eléctrica, dicho problema se lograría solucionar mediante la elaboración de estudios que nos demuestren si es factible o no la construcción de una central geotérmica para generar electricidad de pequeña potencia, para lograr un alivio en el consumo desmedido de la energía eléctrica por los sectores industriales y domésticos
6. HIPÓTESIS:
6.1.
Hipótesis principal
La energía geotérmica de las aguas termales de baños del inca – Cajamarca se podrán utilizar para la generación de electricidad para utilizarla en sistemas de pequeña potencia.
6.2.
Hipótesis derivadas Si se logra generar energía eléctrica mediante el vapor, será suficiente para sistemas de pequeña potencia. Si el vapor generado en los baños del inca – Cajamarca no es el adecuado se podrá utilizar dicho vapor en otra forma de generar energía eléctrica.
7. VARIABLES.
Definición operacional de las variables (índices):
Definición Operacional Variable
Temperatura
Energía geotérmica
Concepto
Es una magnitud física descriptiva que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente.
La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la tierra.
Indicadores
Índices/ Ítems
Velocidad del trasferencia
m/s
Tipo de transferencia
Condensación/convección
Densidad del agua
Kg/m
Energía aprovechable
Kwh
Potencia instalada
Kw
% Uso y aprovechamiento
Tasa de crecimiento
%
3
Matriz de consistencia.
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
OBJETIVOS
HIPÓTESIS
VARIABLES
INDICADORES
¿Análisis para aprovechar la energía geotérmica de las aguas termales de baños del inca para la generación de energía eléctrica para sistemas de pequeña potencia?
OBJETIVO GENERAL
HIPOTESIS GENERAL
DE LA HIPOTESIS PRINCIPAL
INDICADORES DE LA V.I DE LA H.P´
hacer una investigación descriptiva para ver si es factible el aprovechamiento de las aguas termales de baños del inca – Cajamarca para la generación de energía eléctrica de pequeña potencia
La energía geotérmica de las aguas termales Energía eléctrica de baños del inca – Energía Cajamarca se podrán geotérmica utilizar para la generación de electricidad.
INDICADORES DE LA V.D DE LA H.P Temperatura
HIPOTESIS ESPECIFICAS
Si el vapor generado no es el adecuado se podrá utilizar dicho Identificar la vapor en otra forma temperatura de las de generar energía aguas termales de eléctrica. baños del incaCajamarca Identificar la cálida del vapor generado por las aguas termales de baños del inca – Cajamarca Estimar el potencial geotérmico de la región Evaluar las implicancias u obstáculos que pueda presentar dicho proyecto.
OBJETIVO ESPECIFICO
Aprovechamiento de la energía geotérmica.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO – INGENIERIA MECANICA
8. DISEÑO OPERACIONAL: 8.1.
8.2.
8.3.
Tipo y Nivel de Investigación: Dicha investigación está plenamente planteada de una forma descriptiva empírica.
Método de la Investigación: La metodología que se emplea en el proyecto de investigación es netamente descriptivo, así la recopilación de información se llevará acabo de estudios ya realizados sobre este tema. También para el desarrollo del proyecto se tomaran datos de páginas web confiables.
Diseño de Información: Instrumentos y recolección de datos: Técnicas: El instrumento que mide la temperatura del agua de manera directa es el termómetro. Cabe mencionar que la presente investigación es descriptiva por lo que la toma de datos y recopilación de los mismos se realizará de manera indirecta, siendo la instrumentación apropiada, una ficha virtual cuya información se guardará en una memoria USB y descargada en estas fichas mediante el programa SPSS, cuya técnica de recolección de datos será un análisis documentario.
9. CONTENIDO BÁSICO DEL ESTUDIO: ANEXO I: Glosario de términos
Modelo energético: modelos de consumo de energía basados en el aprovechamiento de la energía. Geotermia: rama de la ciencia geofísica que se dedica al estudio de las condiciones térmicas de la Tierra. Cámaras magmáticas: depósito subterráneo de roca fundida
llamada magma.
Hidroterma: fuente hidrotermal, también traducida a veces como respiradero hidrotermal o fumadera. Energía calorífica: manifestación de la energía cinética de las partículas, átomos y moléculas, de que está compuesto el cuerpo en cuestión. Factible: puede ser hecho, que es posible llevarlo a cabo o que es realizable en la realidad y se espera que su resultado sea exitoso o satisfaga las necesidades. Elevadores por presión: equipos que se utilizan para aumentar la presión de los fluidos. Bombas recíprocas: producen el bombeo de fluidos con base a un movimiento reciprocante de uno o varios pistones. Bombas centrífugas: es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética. Poleas: una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Actividad tectónica: teoría geológica que explica la forma de superficies de la Tierra y a los desplazamientos de los mantos terrestres. Vapor seco: vapor totalmente de libre de agua en estado líquido. Debe ser gas totalmente. Vapor húmedo: vapor producido a la temperatura de ebullición corresponde a su presión absoluta. Puede ser húmedo o seco. Condensación: proceso por el cual el agua cambia de fase, de vapor o gas a estado líquido. Ciclo Ranking: ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo.
ANEXO II:
FICHA DE OBSERVACIÓN
instrumento que se utilizó
valor de
Nº de a para medir la temperatura la temperatura floraciones de aguas termales de baños del inca Cajamarca
termómetros
otros
la temperatura se mantuvo constante
grados ºC
si
x
no
profundidad de la a floración
menor a 50cm
mayor a 50cm
a floración Nº 1
x
60
a floración Nº 2
x
56
x
a floración Nº 3
x
70
x
a floración Nº 4
x
73
a floración Nº 5
x
52
x
x
a floración Nº 6
x
76
x
x
a floración Nº 7
x
71
x
a floración Nº 8
x
68
x
a floración Nº 9
x
65
x
x
59
x
72
x
x
x
78
x
x
x
69
x
x
x
70
x
x
a floración Nº 10 a floración Nº 11 a floración Nº 12 a floración Nº 13 a floración Nº 14
x x x
x
x
x x x x
x
10. BIBLIOGRAFÍA: [1] ARMSTEAD, H.C.H., (1983). Geothermal Energy. E. & F. N. Spon, London. [2] AXELSSON, G. &GUNNLAUGSSON, E., (2000). Background: Geothermal utilization, management and monitoring. In: Long-term monitoring of high- and low enthalpy fields under exploitation, WGC 2000 Short Courses, Japan, 3-10. [3] BARBIER, E. & FANELLI, M., 1977. Non-electrical uses of geothermal energy. Prog. Energy Combustion Sci., 3, 73 -103. [4] BEALL, S. E, and SAMUELS, G., 1971. The use of warm water for heating and cooling plant and animal enclosures. Oak Ridge National Laboratory, ORNL-TM-3381, 56 pp. [5] http://www.eren.doe.gov/geothermal/ [6] http://www.geothermal.org/index.html [7] http://www.energíasrenovables.com [8] http://www.andina.com.pe [9] http://www.educasitios2008.educ.ar/aula81/ [10] http://www.eco2site.com [11] http://www.ecosofia.org/2006/06/energia_geotermica.html [12] http://www.minem.gob.pe
