Rentabilidade Econômica de Centrais Elétricas em Majaua, Moçambique, Teses (TCC) de Resistência dos materiais

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ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÓMICA DOS

PROJETOS DAS CENTRAIS MINI-HÍDRICA E

ELÉTRICA A DIESEL PARA LOCALIDADE DE

MAJAUA, PROVÍNCIA DA ZAMBÉZIA

(MOÇAMBIQU

MANUEL ANTONIO RAUL JOÃO

setembro de 2016

ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÓMICA

DOS PROJETOS DAS CENTRAIS MINI-

HÍDRICA E ELÉTRICA A DIESEL PARA

LOCALIDADE DE MAJAUA, PROVÍNCIA

DA ZAMBÉZIA (MOÇAMBIQUE)

Manuel António Raúl João Departamento de Engenharia Eletrotécnica Mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia 14 de agosto de 2016

Relatório elaborado para satisfação parcial dos requisitos da Unidade Curricular de DSEE -

Dissertação do Mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia

Candidato: Manuel António Raúl João, Nº 1141364 , 1141364 @isep.ipp.pt

Orientação científica: Prof.ª Doutora Teresa Alexandra Nogueira, tan@isep.ipp.pt

Empresa: Instituto Superior de Engenharia do Porto

Supervisão: Prof. Doutor Nuno Filipe da Fonseca Bastos Gomes, nbg@isep.ipp.pt

Departamento de Engenharia Eletrotécnica Mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia 14 de agosto de 2016

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Agradecimentos

A execução dos trabalhos conducentes à realização duma tese de Mestrado constitui uma

tarefa árdua que exige dedicação e algum sacrifício pessoal. A dificuldade desta tarefa

depende das adversidades, mas também dos apoios que vão surgindo ao longo do trabalho.

No meu caso, os apoios foram significativos e determinantes para superar as adversidades.

Neste sentido, gostaria de prestar os meus sinceros agradecimentos a algumas pessoas e

instituições que de alguma forma contribuíram para a realização desta tese.

Ao Diretor do Departamento de Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia,

Professor Doutor José António Beleza de Carvalho, um agradecimento especial, pela sua

disponibilidade.

À Diretora do Curso Mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia,

Professora Doutora Teresa Alexandra Nogueira, um agradecimento especial, pela sua

disponibilidade e colaboração.

Um agradecimento especial ao meu orientador científico, o Professor Doutor Nuno Filipe da

Fonseca Bastos Gomes, pela sua disponibilidade, apoio, colaboração e valiosos contributos

científicos.

Um agradecimento especial aos professores e colegas do Curso de Engenharia Eletrotécnica-

SEE, pela disponibilidade e colaboração.

Um agradecimento ao Ministério da Educação e do Desenvolvimento Humano da República

de Moçambique, pelo apoio e disponibilidade.

Um agradecimento ao Ministério dos Negócios Estrangeiros da República Portuguesa, pelo

apoio e disponibilidade.

Por fim, mas não menos importante, quero agradecer à minha família, amigos e colegas pelo

carinho e apoio demonstrados.

iii

Resumo

No âmbito do programa de eletrificação rural de Moçambique pretende-se construir uma

central elétrica para a localidade de Majaua, no distrito de Milange (província da Zambézia)

e para tal existem duas alternativas, a construção de uma central mini-hídrica (CMH) ou de

uma central elétrica diesel (CED).

O objetivo deste trabalho de dissertação é de estudar a viabilidade económica destes projetos

de modo a escolher-se o projeto que apresentar a maior rendibilidade.

A escolha do projeto de maior rendibilidade será com base no estudo de viabilidade

económica de projetos, nomeadamente, o Valor Atualizado Líquido (VAL), a Taxa Interna

de Rendibilidade (TIR), o Período de Retorno do Investimento (PRI) e o Retorno do

Investimento (ROI).

Os principais componentes dessas centrais elétricas foram mencionados, tais como, as

turbinas, motores de combustão interna, os alternadores trifásicos, sistemas de controlo,

entre outros e os respetivos fabricantes.

Palavras - Chave

Alternador, motor, turbina, potência, CED, CMH, Majaua, rendibilidade, VAL, TIR, PRI,

ROI, investimento, energia, Moçambique.

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vi

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Índice AGRADECIMENTOS ...............................................................................................................................................I RESUMO ............................................................................................................................................................ III ABSTRACT .......................................................................................................................................................... V ÍNDICE .............................................................................................................................................................. VII ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................................................... XI ÍNDICE DE TABELAS ......................................................................................................................................... XV CARACTERES GREGOS.................................................................................................................................... XVII ACRÓNIMOS .................................................................................................................................................... XIX

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................. 1
2. ESTADO DA ARTE ....................................................................................................................................... 5 CONSTITUIÇÃO DE UMA CMH ........................................................................................................ 8 EQUIPAMENTO MECANOELÉTRICO ................................................................................................. 15 2.1.2.1 TURBINAS DE IMPULSO OU AÇÃO .............................................................................................. 16 2.1.2.2 TURBINAS DE REAÇÃO............................................................................................................. 19 ESCOLHA DA TURBINA ................................................................................................................. 21 CÁLCULO ENERGÉTICO ................................................................................................................ 23 ESTIMATIVAS DE CUSTOS DO PROJETO ............................................................................................ 27

 - GRUPO ELETROGÉNEO 

• 2.2.1.1 O MOTOR TÉRMICO
• 2.2.1.2 O ALTERNADOR
• 2.2.1.3 O DISJUNTOR DO GRUPO
• 2.2.1.4 O PAINEL DE CONTROLO...........................................................................................................
• 2.2.1.5 A BATERIA DE ARRANQUE
• 2.2.1.6 O CHASSI
  • SISTEMA DE COMBUSTÍVEL
  • SISTEMA DE VENTILAÇÃO
  • SISTEMA DE ESCAPE
  • SISTEMA DE INSONORIZAÇÃO
• 3. PROJETOS DAS CENTRAIS MINI-HÍDRICA E ELÉTRICA A DIESEL PARA MAJAUA (CASO DE ESTUDO)
     • ESCOLHA DA TURBINA
     • ESCOLHA DO ALTERNADOR
     • ENERGIA ANUAL PRODUTÍVEL
     • ESCOLHA DO GRUPO GERADOR
     • TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA
     • REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE MT
     • POSTOS DE TRANSFORMAÇÃO
     • REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE BT........................................................................................................
     • INVESTIMENTOS DOS PROJETOS ix
     • CUSTO MÉDIO ANUAL DE ENERGIA ELÉTRICA
     • RECEITA ANUAL DE EXPLORAÇÃO
  • 3.4.3.1 RECEITA BRUTA ANUAL DE EXPLORAÇÃO
  • 3.4.3.2 RECEITA LÍQUIDA ANUAL DE EXPLORAÇÃO
    • VIABILIDADE ECONÓMICA DOS PROJETOS
    • ANÁLISE DE SENSIBILIDADE
  • 3.4.5.1 VARIAÇÃO DA TARIFA DA VENDA DE ENERGIA
  • 3.4.5.2 VARIAÇÃO DO CUSTO DO COMBUSTÍVEL......................................................................................
• 4. CONCLUSÕES
• REFERÊNCIAS DOCUMENTAIS
• ANEXO A. DADOS DE CÁLCULO DA CMH.
• ANEXO B. TARIFAS APLICADAS PELA EDM.
• ANEXO C. GRUPO ELETROGÉNEO TURBINA-ALTERNADOR DE NINTULO............................................................
• ANEXO D. GRUPO ELETROGÉNEO TURBINA FRANCIS-ALTERNADOR.
• ANEXO E. SISTEMA DE CONTROLO E AUTOMAÇÃO.
• ANEXO F. GRUPO ELETROGÉNEO EM CONTAINER..............................................................................................
• ANEXO G. CARATERÍSTICAS GERAIS DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• ANEXO H. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• ANEXO I. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• ANEXO J. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DO ALTERNADOR LSA 50.2...................................................................
• ANEXO K. PORMENORES DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA.
• ANEXO L. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA.
• ANEXO M. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DO MOTOR DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• ANEXO N. CARATERÍSTICAS FUNCIONAIS DO MOTOR DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3. x
• ANEXO O. INFORMAÇÕES TÉCNICAS DO MOTOR DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3........................................
• ANEXO P. CARATERÍSTICAS DIMENSIONAIS DO MOTOR DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• ANEXO Q. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DO MOTOR DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• ANEXO R. POSTES DE EUCALIPTUS PARA DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA EM MT E BT.
• ANEXO S. CARATERÍSTICAS TÉCNICAS DOS CABOS ACSR DA ABERDARE CABLES.
• ANEXO T. PROPOSTA DE COTAÇÃO DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• FIGURA 1 – IMAGEM DA CENTRAL TÉRMICA FLUTUANTE DE NACALA (FONTE: EDM) Índice de Figuras
• FIGURA 2 – POTENCIAIS CENTRAIS ELÉTRICAS (FONTE: EDM)
• FIGURA 3 – POTENCIAIS CMH DE MOÇAMBIQUE (FONTE: FUNAE).
• FIGURA 4 – IMAGEM DO POTENCIAL RECURSO HÍDRICO DE MAJAUA (FONTE: FUNAE).
• FIGURA 5 – PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UMA CMH [25].
• FIGURA 6 – IMAGEM DA ALBUFEIRA DA CMH DE NINTULO (FONTE: FUNAE)
• FIGURA 7 – IMAGEM DO CANAL DE ADUÇÃO DA CMH DE NINTULO (FONTE: FUNAE)
• FIGURA 8 – IMAGEM DA CAMARA DE CARGA DE UMA CMH [38]
• FIGURA 9 – IMAGEM DA CONDUTA FORÇADA DA CMH DE MAJAUA (FONTE: FUNAE)
• FIGURA 10 – ASPETO PANORAMICO DE UMA CMH [31].
• FIGURA 11 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DA TURBINA PELTON [26].
• FIGURA 12 – IMAGEM DA TURBINA PELTON [33]...............................................................................................
• FIGURA 13 – PORMENOR DO JATO DE ÁGUA A INCIDIR NAS PÁS DA TURBINA TURGO [26].
• FIGURA 14 – IMAGEM DA TURBINA TURGO [36].
• FIGURA 15 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UMA TURBINA BANKI-MITCHELL [26].
• FIGURA 16 – IMAGEM DA TURBINA BANKI-MITCHELL [35]...............................................................................
• FIGURA 17 – TURBINA KAPLAN EM CORTE [39].
• FIGURA 18 – IMAGEM DA TURBINA KAPLAN [30]...............................................................................................
• FIGURA 19 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DE CONSTITUIÇÃO DA TURBINA FRANCIS [26]........................................
• FIGURA 20 – IMAGENS DA TURBINA FRANCIS [31]
• FIGURA 21 – ÁBACO PARA SELEÇÃO PRELIMINAR DE TURBINAS [31]
• FIGURA 22 – IMAGEM DA CMH DE AIT MESSAOUD [27].
• FIGURA 23 – IMAGEM DE UMA CENTRAL ELÉTRICA A DIESEL (FONTE: CATEPILLAR)
• FIGURA 24 – IMAGEM DE UM GRUPO ELETROGÉNEO [FONTE: POWER GENERATION] xii
• FIGURA 25 – IMAGEM DO MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA (FONTE: MTU)
• FIGURA 26 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DO ALTERNADOR DE FARADAY [44]
• FIGURA 27 – VARIAÇÃO DA CARGA EM STAND BY POWER [FONTE: AUTOSUECO]
• FIGURA 28 – VARIAÇÃO DA CARGA EM PRIME POWER [FONTE: AUTOSUECO]
• FIGURA 29 – VARIAÇÃO DA CARGA EM CONTINUOUS OPERATING POWER [FONTE: AUTOSUECO]
• FIGURA 30 – RENDIMENTO DO ALTERNADOR (FONTE:WWW.JOSECLAUDIO.ENG.BR)
• FIGURA 31 – IMAGEM DO ALTERNADOR TRIFÁSICO (FONTE: STAMFORD)
• FIGURA 32 – IMAGENS DE DISJUNTORES MAGNETOTÉRMICOS (FONTE: SCHNEIDER)
• FIGURA 33 – IMAGENS DOS PAINÉIS DE CONTROLO DIGITAIS (FONTE: AUTOSUECO)
• FIGURA 34 – IMAGEM DA BATERIA DE ARRANQUE (FONTE: EXTRA-PREMIOS.PT)..............................................
• FIGURA 35 – IMAGEM DE UM CHASSI (FONTE: GRUPEL)
• FIGURA 36 – CISTERNA A MESMA COTA (FONTE: AUTOSUECO)
• FIGURA 37 – CISTERNA ENTERRADA (FONTE: AUTOSUECO)
• FIGURA 38 – CISTERNA ENTERRADA NA BASE DO GRUPO (FONTE: AUTOSUECO)
• FIGURA 39 – SISTEMA DE VENTILAÇÃO (FONTE: AUTOSUECO)
• FIGURA 40 – SISTEMA DE ESCAPE (FONTE: AUTOSUECO)
• FIGURA 41 – SISTEMA DE INSONORIZAÇÃO (FONTE: CATERPILLAR)
• FIGURA 42 – IMAGEM DO SISTEMA DE INSONORIZAÇÃO DE UMA SALA (FONTE: CATERPILLAR)
• FIGURA 43 – CURVA DE DURAÇÃO DE POTÊNCIAS DA TURBINA FRANCIS
• FIGURA 44 – IMAGEM DA TURBINA FRANCIS (FONTE: ANDRITZ HYDRO)
• FIGURA 45 – IMAGEM DO ALTERNADOR (FONTE: LEROY SOMER)
• FIGURA 46 – IMAGEM DO GRUPO TURBINA-GERADOR DE UMA CMH (FONTE:ANDRITZ HYDRO)
• FIGURA 47 – IMAGEM DO GRUPO ELETROGÉNEO P1500P3.
• FIGURA 48 – IMAGEM DE MOTOR PERKINS MODELO 4012 - 46TAG2A.
• FIGURA 49 – IMAGEM DO ALTERNADOR DA LEROY SOMER, MODELO LL8224N. xiii
• FIGURA 50 – IMAGEM DO PAINEL DE CONTROLO.
• FIGURA 51 – IMAGEM DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA (FONTE: EFACEC)
• FIGURA 52 – IMAGEM DA LINHA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA DE MT (FONTE: EDM).
• FIGURA 53 – IMAGEM DO POSTO DE TRANSFORMAÇÃO (FONTE: EDM)
• FIGURA 54 – IMAGEM DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE BT (FONTE:EDM)
• FIGURA 56 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,035 €.(KWH)-
• FIGURA 57 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,053 €.(KWH)-
• FIGURA 58 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,105 €.(KWH)-
• FIGURA 59 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,105 €.(KWH)-
• FIGURA 60 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,140 €.(KWH)-
• FIGURA 61 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,175 €.(KWH)-
• FIGURA 62 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,193 €.(KWH)-
• FIGURA 63 – VALORES MÉTRICOS À TARIFA DE 0,2205 €.(KWH)-
• FIGURA 64 – VALORES MÉTRICOS AO CUSTO DE COMBUSTIVEL DE 0,2408 €.(LITRO)-
• FIGURA 65 – VALORES MÉTRICOS AO CUSTO DO COMBUSTIVEL DE 0,430 €.(LITRO)-
• FIGURA 66 – VALORES MÉTRICOS AO CUSTO DE COMBUSTIVEL DE 0,774 €.(LITRO)-
• FIGURA 67 – VALORES MÉTRICOS AO CUSTO DO COMBUSTIVEL DE 0,946 €.(LITRO)-
• FIGURA 68 – VALORES MÉTRICOS AO CUSTO DO COMBUSTIVEL DE 1,290 €.(LITRO)-