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    ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

    FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y

    ELECTRNICA

    PROYECTO DE UNA CENTRAL DE GENERACIN GEOTRMICA

    EN EL ECUADOR

    PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERA

    ELCTRICA

    ANA LUCA PIEDRA LARA

    analu-55@hotmail.com

    DIRECTOR: Ing. MARCELO JARAMILLO

    mjaramc@yahoo.com

    Quito, Noviembre 2011

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    DECLARACIN

    Yo Ana Luca Piedra Lara, declaro bajo juramento que el trabajo aqu descrito es

    de mi autora; que no ha sido previamente presentada para ningn grado o

    calificacin profesional; y que he consultado las referencias bibliogrficas que se

    incluyen en este documento.

    A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectual

    correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional, segn lo

    establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la

    normativa institucional vigente.

    Ana Luca Piedra Lara

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    CERTIFICACIN

    Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Ana Luca Piedra Lara, bajo

    mi supervisin.

    Ing. Marcelo Jaramillo

    DIRECTOR DEL PROYECTO

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    AGRADECIMIENTOS

    A Dios quien ha sido ese ser espiritual y maravilloso que ha

    sabido conducir mi vida y me ha permitido siempre alcanzarmis objetivos.A mi madre por ser ese pilar fundamental en mi vida, por

    darme las fuerzas y las ganas de continuar cuando muchas veceslas circunstancias de la vida me han hecho perder la fe.

    A mis hermanos por el apoyo cosntante e incondicional, por

    ayudarme en todo y estar pendientes siempre de mi, porque eltenerles a ustedes es el mejor regalo de mi vida.Al Ing. Marcelo Jaramillo por la ayuda tiempo, dedicacin yla predisposin en todo el desarrollo, gracias por todo.

    A todas las personas que me han ayudado en este trayecto lesllevar en mi corazn.

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    DEDICATORIA

    A mi madre hermosa, Laurita, quien ms all de ser una madre

    excelente es la que me da las fuerzas para seguir adelante, ha

    sido y siempre ser el motivo de mis logros.

    A mis preciosos hermanos: Paty, Freddy, Garde y Yesee por elamor que me demuestran en cada detalle, por ensearme las

    mejores cosas de mi vida, por llenar tan solo con su presenciacada espacio de mi ser.

    Tras muchos aos comprend que los planes de Dios tienen unarazn y las circunstancias que se sucitan uno tiene que saber

    sobrellevarlas. Las personas que se adelantan siempre dejan unahuella imborrable en nuestro corazn y aunque me ha hecho

    demasiada falta se que ha estado conmigo a los largo de este

    tiempo, aunque no fisicamente. Para mi padre.. Con todo mi cario y amor para ustedes

    .Dos caminos se bifurcaban en un bosque yyo, Yo tom el menos transitado,

    Y eso hizo toda la diferencia Robert Frost

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    CONTENIDO

    CAPTULO I

    ANTECEDENTES

    1.1 INTRODUCCIN.............................................................................. 131.2 OBJETIVOS..................................................................................... 141.2.1 OBJETIVO GENERAL......................................................................141.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS............................................................ 141.3 ANTECEDENTES............................................................................ 151.3.1 ANLISIS DE MERCADO Y DESCRIPCIN DEL

    SECTOR ELCTRICO151.3.1.1 DEMANDA HISTRICA DE POTENCIA.......................................... 151.3.1.2 DEMANDA HISTRICA DE ENERGA............................................ 161.3.1.3 DISPONIBILIDAD DE ENERGA Y POTENCIA............................... 18

    1.3.1.4 PROYECCIN DE LA DEMANDA DE POTENCIA YENERGA ELCTRICA 20

    1.3.1.5 ENTRADA EN OPERACIN DE NUEVOS PROYECTOS251.3.2 COMPORTAMIENTO DEL SECTOR ELCTRICO......................... 28

    CAPTULO II

    CONCEPTOS BSICOS DE GENERACIN GEOTRMICA EINVENTARIO DE PROYECTOS EXISTENTES

    2.1 MARCO TERICO....................................................................... 31

    2.1.1 GEOTERMIA................................................................................ 312.1.1.1 FLUJO DE CALOR DE LA TIERRA Y GRADIENTEGEOTRMICO ................................................................................ 31

    2.1.2 DEFINICIN DE ENERGA GEOTRMICA.................................... 322.1.2.1 ESTRUCTURA DE UN RESERVORIO GEOTRMICO

    CONVENCIONAL332.1.2.2 CLASIFICACIN DE LOS YACIMIENTOS GEOTRMICOS.. 352.1.2.2.1 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE ALTA ENTALPA352.1.2.2.2 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE MEDIA ENTALPA 352.1.2.2.3 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE BAJA ENTALPA352.1.2.2.4 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE MUY BAJA ENTALPA 362.1.2.3 TIPOS DE SISTEMAS GEOTRMICOS 36

    2.1.2.3.1 SISTEMAS CONVECTIVOS HIDROTERMALES..362.1.2.3.2 SISTEMAS GEOTRMICOS MEJORADOS.. 372.1.2.3.3 SISTEMAS GEOTRMICOS GEOPRESURIZADOS382.1.2.3.4 SISTEMAS MARINOS 382.1.2.3.5 SISTEMAS MAGMTICOS 382.1.2.4 APLICACIONES DE LA ENERGA GEOTRMICA392.1.2.4.1 USOS DIRECTOS 392.1.2.4.2 GENERACIN ELCTRICA..412.1.2.4.2.1 TIPOS DE CENTRALES DE GENERACIN GEOTRMICA..412.1.2.4.2.1.1 CENTRAL FLASH O EVAPORACIN SBITA. 412.1.2.4.2.1.2 CENTRAL DE VAPOR SECO...422.1.2.4.2.1.3 CENTRAL DE CICLO BINARIO.. 432.2 ANTECEDENTES DE LA GEOTERMIA EN EL ECUADOR........ 442.3 SITUACIN ACTUAL DE LA GEOTERMIA EN ECUADOR........46

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    CAPTULO III

    GENERACIN Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACINGEOTRMICA

    3.1 GENERACIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACINGEOTRMICA. 503.1.1 REA GEOTRMICA DE TUFIO-CHILES503.1.1.1 GENERALIDADES 503.1.1.2 MODELO GEOTRMICO PRELIMINAR 513.1.1.3 POTENCIAL ELCTRICO E INFORMACIN ADICIONAL 543.1.2 REA GEOTRMICA DE CHACHIMBIRO 563.1.2.1 GENERALIDADES 563.1.2.2 MODELO GEOTRMICO PRELIMINAR 573.1.2.3 POTENCIAL ELCTRICO E INFORMACIN ADICIONAL 593.1.3 REA GEOTRMICA DE CHACANA 613.1.3.1 GENERALIDADES.. 61

    3.1.3.2 MODELO GEOTRMICO PRELIMINAR 623.1.3.3 POTENCIAL ELCTRICO E INFORMACIN ADICIONAL 643.2 SELECCIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACIN

    GEOTRMICA 643.2.1 POTENCIAL ENERGTICO 643.2.2 MTODOS DE SELECCIN 673.2.2.1 MTODO DEL FLUJO TRMICO SUPERCIAL 673.2.2.2 MTODO DE FRACTURAS PLANAS.. 693.2.2.3 MTODO DEL REA 693.2.2.4 MTODO DE APORTE DE CALOR MAGMTICO693.2.2.5 MTODOS VOLUMTRICOS.. 703.2.3 TEMPERATURA, PRESIN Y ENTALPA 733.2.4 DISTANCIA A LA RED743.2.5 DISPONIBILIDAD DE INFRAESTRUCTURA.763.2.6 ANLISIS DE LA SELECCIN DE ALTERNATIVA. 78

    CAPTULO IV

    DISEO Y DESCRIPCIN TCNICA DEL PROYECTO GEOTRMICO

    4.1 EXPLORACIN. 814.2 PERFORACIN. 864.3 DISEO.87

    4.3.1 PARMETROS DE DECISIN DEL TIPO DE CENTRAL.. 874.3.2 EQUIPOS COMPONENTES DE LA CENTRALGEOTERMICA FLASH..................................................................... 97

    4.3.2.1 SISTEMA PRINCIPAL DE VAPOR. 984.3.2.1.1 POZOS PRODUCTORES (PP) 984.3.2.1.2 SILENCIADOR (S). 994.3.2.1.3 COLECTOR DE VAPOR (C). 994.3.2.1.4 TUBERAS DE VAPOR Y LNEAS DE AGUA (VP).. 1004.3.2.1.5 SEPARADOR DE VAPOR (SP).. 1004.3.2.1.6 SECADOR (SC). 1024.3.2.2 SISTEMA DE VAPOR DE LA TURBINA 1024.3.2.2.1 TURBINA (T).. 102

    4.3.2.3 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO PRINCIPAL. 1044.3.2.3.1 CONDENSADOR (C). 104

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    4.3.2.3.2 TORRE DE ENFRIAMIENTO (TE).. 1064.3.2.3.3 POZOS RE-INYECCIN (PR).. 1074.3.2.4 SISTEMA DE VACO DE CONDENSADOR.. 1074.3.2.4.1 EYECTORES DE VAPOR (SISTEMA HBRIDO) (EY). 1074.3.3 CICLO TERMODINMICO... 1084.3.3.1 PROCESO TERMODINMICO EN CENTRALES TRMICAS. 1084.3.3.2 PROCESO TERMODINMICO EN CENTRALES GEOTRMICA 1094.3.4 METODOLOGA DE CLCULO. 1134.3.4.1 CLCULO DE LOS POZOS PRODUCTORES 1134.3.4.2 CLCULO DEL SEPARADOR 1144.3.4.3 CLCULO A LA SALIDA DEL SEPARADOR 1164.3.4.4 CLCULO DEL SECADOR.. 1164.3.4.5 CLCULO DE LA TURBINA 1174.3.4.6 CLCULO DEL CONDENSADOR.1194.3.4.7 CLCULO DE LOS EYECTORES.. 1204.3.4.8 CLCULO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO.121

    4.3.5 BALANCE DE ENERGA.1244.3.6 GENERADOR1394.3.7 SUBESTACIN ELCTRICA.1434.3.8 PARMETROS DE DISEO.. 1544.3.8.1. CARACTERSTICAS MNIMAS DEL EQUIPAMIENTO

    ELECTROMECNICO154

    CAPTULO V

    EVALUCIN ECONMICA

    5.1 COSTOS DE LA CENTRAL GEOTRMICA155

    5.1.1 COSTOS DE INVERSIN............ 1555.1.1.1 COSTOS DE EXPLORACIN Y PERFORACIN...... 1575.1.1.2 COSTOS DE EQUIPAMIENTO ELECTROMECNICO.. 1615.1.1.3 COSTOS DE GENERACIN 1645.1.1.3.1 COSTOS DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO 1645.2 BENEFICIOS DE LA CENTRAL GEOTRMICA.1685.2.1 CLCULO DE LA ENERGA ANUAL GENERADA.1685.2.2 VENTAS DE ENERGA ELCTRICA. 1685.3 EVALUACIN DEL PROYECTO. 1695.3.1 FLUJO DE CAJA 1715.4 COSTO NIVELADO 1755.5 CRONOGRAMA DE EJECUCIN..... 1785.6. COSTOS EVITADOS..180

    CAPTULO VI

    CONCLUISIONES Y RECOMENDACIONES

    6.1 CONCLUSIONES.. 1816.2 RECOMENDACIONES 183BIBLIOGRAFA. .. 184ANEXO 1..186ANEXO 2 .. 189

    ANEXO 3. . 195PLANOS.. 198

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    NDICE DE GRFICAS

    Grfica 1.1 Demanda en el Sistema Nacional Interconectado..15

    Grfica 1.2 Tasa de crecimiento anual de la energa elctrica. 16Grfica 1.3 Tasa de anual de variacin del P.I.B y la energa elctrica...17Grafica 1.4 Energa disponible en bornes de generacin............................... 17Grfica 1.5 Potencia efectiva instalada segn fuente de energa 19Grfica 1.6 Energa producida por tipo de central mas interconexin.. 20Grfica 1.7 Proyeccin de la energa disponible en bornes de generacin23Grfica 1.8 Proyeccin de la demanda de potencia en bornes de generacin.. 24Grfica 1.9 Entrada de proyectos a corto y mediano plazo27Grfica 1.10