ESTUDIO ECONOMICO DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA … · Por ejemplo mientras que la reacción de...
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1 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Ticoman ESTUDIO ECONOMICO DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA BASADA EN CELDAS DE COMBUSTIBLE A HIDRÓGENO TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS PRESENTA: Ing. Ilhuitkatzin Ram Reyes Mares Directores: Dr. Cayetano Miguel García Reyes Dr. Arturo Manzo Robledo. México D.F. 2013
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Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura
Unidad Ticoman
ESTUDIO ECONOMICO DE LA PRODUCCIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA BASADA EN CELDAS DE
COMBUSTIBLE A HIDRÓGENO
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRO EN CIENCIAS
PRESENTA:
Ing. Ilhuitkatzin Ram Reyes Mares
Directores:
Dr. Cayetano Miguel García Reyes
Dr. Arturo Manzo Robledo.
México D.F. 2013
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Dedicatoria A Dios.
Por amarme tanto y haberme permitido llegar hasta este punto dándome salud,
paciencia y la entereza necesaria para lograr mis objetivos, así como por su infinita
bondad y amor.
A mi mamá Ma. Josefina Mares Gil y
A mi papá Francisco J. Reyes García.
Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por su
perseverancia, por su constancia, por la motivación constante que me ha permitido
ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor.
A mis hermanitas y hermano
Surya, Quiauhitl y Alberto, por ser los mejores hermanos que cualquiera pudiera
tener.
A mi hijo
Nathan, porque siempre brillaras en mi.
A mis amigos.
Porque su apoyo siempre ha estado ahí. Humberto Noriega, Alexandro Bedolla, Pedro
Luna, pero en especial para Víctor M. Nava Gamiño y Gema J. de Dios Pérez, que
gracias a ellos este trabajo culminó con éxito.
A mis asesores.
Dr. Arturo Manzo Robledo y Dr. C. Miguel García Reyes Por creer y confiar en mí en
estos dos años y medio de trabajo. Así como a los Proyectos SIP 20130113 y
CONACYT 160333.
Un agradecimiento especial a Gricelda López por ser ese ángel de luz, esperanza y
sobre todo de amor.
Por ultimo un agradecimiento a todos aquellos que me dieron su apoyo directa o
indirectamente para la culminación de este objetivo.
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INDICE 5
Resumen 8
Abstract 9
Introducción 10
Capítulo 1 Estado del Arte 12
1.1 Fundamentos de las Celdas de Combustible 12
1.2 Cinética de las Celdas de Combustible 16
1.3 Termodinámica de las Celdas de Combustible 18
1.4 Catalizadores en las Celdas de Combustible 19
1.5 Tipos de Celdas de Combustible 20
1.6 Factibilidad del Mercado 26
Capítulo 2 Estudio de Mercado 26
2.1 Definición del Proyecto 26
2.1.1 Nombre de la Empresa y Logo 26
2.1.2 Misión y Visión 26
2.1.3 Análisis FODA 27
2.1.4 Objetivos estratégicos 28
2.2 Antecedentes 28
2.2.1 Oportunidades que dan origen al proyecto de innovación mediante la detección
de demandas específicas 28
2.2.2 Descripción del proyecto 33
2.3 Investigación de Mercado 37
2.3.1 Segmentación del Mercado 37
2.4 Estrategias de Comercialización 44
2.4.1 Producto y Servicio 44
6
2.4.2 Plaza y/o Canales de Distribución 44
2.4.3 Precio 44
2.4.4 Promoción 44
2.4.5 Competencia 46
2.4.6 Aspectos Jurídico-Administrativos 46
Capítulo 3 Estudio Técnico 48
3.1 Características de la Tecnología 48
3.1.1 Termodinámica y Cinética de una Celda de Combustible 50
3.1.2 Calor de Reacción 51
3.1.3 Trabajo Eléctrico 51
3.1.4 Balance de Masa 53
3.2 Proceso Productivo 55
3.3 Programa de Calidad 57
3.4 Maquinaria y Equipo 58
3.5 Localización de la Planta 60
3.6 Capacidad de la Planta 61
3.6.1 Distribución de la Planta 62
3.7 Aspectos Técnicos 63
3.7.1 Costo de Servicios 63
3.8 Organigrama 66
3.8.1 Perfiles Ejecutivos 67
3.8.2 Planillas Laborales 69
Capítulo 4 Estudio Financiero 71
4.1 Presupuestos 71
7
4.2 Inversión Total 73
4.3 Estado de Resultados 73
4.4 Financiamiento 74
4.5 Depreciación 75
4.6 Estado de Resultados Pro-forma 76
4.7 Balance General 77
4.8 Balance General Pro-forma 78
4.9 Métodos de Evaluación Complejos 79
4.10 Razones Financieras 82
4.11 Punto de Equilibrio 85
Conclusión 87
Bibliografía 88
Índice de Figuras y tablas 92
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Resumen
En la presente investigación se ha elaborado un plan de negocios para determinar la
rentabilidad de una empresa que produzca y comercialice energía eléctrica basada en
celdas de combustible a hidrógeno. Se realizó un estudio de mercado apoyándonos en
fuentes de información primaria y secundaria para establecer la necesidad y el
mercado objetivo así como la creación de estrategias de venta, así como un estudio
técnico para sustentar la confiabilidad de la tecnología, sistemas de producción y
sistemas de control de calidad. Finalmente se desarrolló el estudio financiero
apoyándonos en métodos de evaluación complejos para obtener el punto de equilibrio
entre los costos de inversión y una cierta cantidad de tiempo y ventas estimados para
determinar en cuanto tiempo va a existir un retorno de capital en forma de utilidades.
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Abstract
In this research we have developed a business plan to determine the profitability of a
company that produces and markets electricity from hydrogen fuel cells. A study relying
on market sources of primary and secondary information to establish the need and
target market and creating sales strategies, as well as a technical study to support the
reliability of the technology, production systems and systems quality control. Finally
financial study was developed relying on complex evaluation methods to get the
balance between investment costs and a certain amount of time and estimated sales to
determine how long it will be a return of capital in the form of profits.
10
Introducción
La contaminación es el más grave problema del siglo XXI, aunado a la gran explosión
demográfica que de alguna manera dependen una de otra, debido a la gran cantidad
de personas en el planeta y al crecimiento demográfico durante los últimos 50 años,
hace que se demande una mayor cantidad de energéticos.
A su vez la explotación irracional de los recursos naturales tales como los
combustibles fósiles y la madera, además de la falta de conciencia ecológica ha
producido que sean contaminadoslos hábitats. Todo esto impulsa a cambiar de hábitos
y costumbres, de esta manera es necesario utilizar fuentes de energía más limpias,
eficientes y renovables. Bajo este contexto, varias alternativas han sido consideradas:
la energía solar, eólica, mareomotriz, biomasa, nuclear, geotérmica. Sin embargo no
son las únicas, también existe la energía química o para ser más exactos la
electroquímica. Todas ellas necesitan ser estudiadas a fondo. Esto implica por lo tanto,
su investigación para el desarrollo tecnológico y aplicación a nivel cotidiano.
Por ejemploactualmente existen investigaciones en las cuales los fenómenos
electroquímicos son de interés primario:
a) Diseño de nuevas fuentes de energía (pilas de combustible o fuel cells).
b) Síntesis electroquímica (Electrosíntesis)
c) Electro-catálisis y foto-electro-catálisis
d) Estudios de corrosión
e) Galvanoplastia
El objetivo de esta investigación es demostrar mediante un plan de negocio que las
celdas de combustible son una alternativa económicamente viable para la creación de
una empresa que las produzca y que las venda en México, que son una fuente
sustentable de energíaque se puede aprovechar para disminuir la emisión de gases a
la atmosfera y asíapoyar a la disminución del calentamiento global y a la contribución
delahorro de recursos económicos para las empresas que las utilicen.
El plan de negocio o “bussiness plan” es una declaración formal de los objetivos de
negocio, recogidos por escrito en un documento, que desarrolla, sistematiza e integra
las actividades, estrategias de negocio, análisis de la situación del mercado y otros
estudios que son necesarias para que una idea se convierta en una empresa viable, y
en el cual se recoge la idea de rentabilidad del negocio. Este documento generalmente
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se apoya en documentos adicionales como el estudio del mercado, estudio técnico y
estudio financiero.
Generalmente es formulado por empresarios, directivos, o por un equipo de trabajo
que tiene la intención de iniciar un negocio. En ese caso, se emplea internamente para
la administración y planificación de la empresa. Además, lo utilizan para convencer a
terceros, tales como bancos o posibles inversionistas, para que aporten financiación al
negocio.
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ESTUDIO ECONOMICO DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA BASADA EN CELDAS DE COMBUSTIBLE A
HIDRÓGENO.
Capítulo 1 ESTADO DEL ARTE
1.1 FUNDAMENTOS DE LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE
Una Fuel cell trabaja básicamente como una batería, solo que ésta convierte
directamente la energía química en energía eléctrica. Su funcionamiento está basado
en las reacciones electroquímicas entre el combustible y un oxidante. En éste caso el
combustible es hidrógeno en la mayoría de los casos, o algún otro combustible como
metano, etanol o metanol.Mientras que el oxidante es el oxígeno del aire, como se
puede ver es algo muy similar a la combustión que se obtiene a partir de un
combustible fósil que reacciona con el oxígeno del aire solo que con algunas ventajas.
Por ejemplo mientras que la reacción de combustión desprende gases de emisión a la
atmosfera tales como CO Y CO2,la celda de combustible a hidrógeno desprende
agua.Cabe mencionar que también las fases para la obtención de energía eléctrica
disminuyen considerablemente (Figura 1.1).Después de la reacción de combustión
(energía química) ésta se transforma en energía térmica y en energía mecánica como
el movimiento de los pistones en un automóvil o el movimiento de turbinas.
Secuencias que implican pérdidas de energía calorífica en cada cambio o
secuencia.Por lo tanto existen cuatro cambios de energía desde energía química hasta
la obtención de electricidad.Por su parte en la celda de combustible sólo ocurre la
reacción electroquímica y a partir de ésta se obtiene energía eléctrica. Al no utilizar
medios mecánicoséstos dispositivos son silenciosos.Además, si se concentran en una
sola,las pérdidas de calor pueden controlarse en algún sistema de calentamiento y de
esta manera aumentar su eficiencia [2,3] (Figura 1.1).
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Figura 1.1. Etapas de cambio de la energía química a energía eléctrica.
Las fuel cells utilizan dos electrodos uno llamado cátodo y otro que se llama ánodo,
separados por un electrolito o una membrana, los electrodos forman un circuito
eléctrico. Los catalizadores en los electrodos se sintetizan generalmente de
nanopartículas de metales nobles soportadas en carbón [2,3,9]. Las investigaciones se
centran en la síntesis de nuevos catalizadores y soportes de las nanopartículas con el
fin de aumentar la eficiencia y disminuir costos. Los gases alimentados (Hidrógeno y
Oxígeno) reaccionan de manera que en el ánodo se generan protones (H+) y
electrones (e-). Los protones se transportan por el electrolito (membrana polimérica) y
los electrones viajan por el circuito externo, ambos hacia el cátodo, siendo éstos
electrones los que generan la corriente eléctrica. En el cátodo se lleva a cabo la
reacción de reducción de oxígeno con los electrones y los protones para formar agua
[1,2,3] (Figura 1.2).
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Figura 1.2. Diagrama de una pila de combustible o fuel cell.
Un papel muy importante es el que desempeña la membrana, debido a que es ahí
donde se lleva a cabo la transferencia de protones.Ésta membrana también conocida
como MEA (MembraneElectrodeAssembly, o montaje del electrodo de la membrana)
del PEM (membrana intercambiadora de protones) varían según el fabricante. La
membrana de Nafion® (Figura 1.3) es un polímero sintético con nombre
perfluorosulfonilfluoretilpropil vinil eter (PSEPVE) o Acido poliperfluorosulfonico, es la
más utilizada para este fin, fue creada por DuPont®. Sin embargo no es la única,
actualmente existe una membrana de Solupor®. Esta membrana nueva es un
hidrocarburo-polímero(un film de polietileno poroso) comercializada por Lydall®, la
cual tiene propiedades similares.
Figura 1.3. Estructura química del Nafion®.
15
1.2CINETICA DE LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE
La cinética describe el estado de evolución del flujo de masa a través de un sistema,
incluyendo el estado próximo al equilibrio, por lo tanto detalla, el estado dinámico en
dicho sistema.
Un sistema electroquímico puede ser analizado como si fuera un circuito eléctrico (R-
C) con una fuente de energía, Figura 1.4. En dicho sistema, la resistencia al flujo de la
corriente eléctrica (R, [ohms]) será debida al electrolito; mientras que la capacidad de
carga (o capacitancia, C, [F]) se atribuye a la interfaz electrodo-electrolito [2,12,13,14].
Figura 1.4. Circuito eléctrico correspondiente a una celda electroquímica
La corriente eléctrica (i, amperes) es la variación de la carga (Q, coulombs) con
respecto al tiempo (t, s), ecuación (1).
dt
dQi (1)
Por otro lado, el número de moles N puede expresarse según la ecuación (2). Donde F
es la constante de Faraday y n es el número de electrones que intervienen en la
reacción.
nF
QN (2)
Si derivamos (2) respecto al tiempo se obtiene la expresión matemática representada
en la ecuación (3).
dt
dQ
nFdt
dN 1 (3)
16
Como se puede observar, es fácil demostrar que la variación en el número de moles
(N) es una función de la corriente que pasa por el circuito eléctrico. Si sustituimos la
ecuación (1) en (3) se cumple que (ecuación 4):
)/( smolvelocidadnF
i
dt
dN (4)
Sin embargo, la gran mayoría de las reacciones electroquímicas son afectadas por el
transporte de materia. La difusión de las especies del seno de la solución a la
superficie del electrodo modifican la cinética de reacción global. En general, estos
efectos pueden ser representados matemáticamente de acuerdo a la ecuación
(5)[2,12,13,14].:
DkT iii
111 (5)
dónde:
ik es la magnitud de la corriente debida a efectos puramente cinéticos y que se da a
potenciales regularmente bajos. Esta corriente está dada por la ecuación (4).
iDes la corriente debida al transporte de materia y que se da a potenciales elevados.
iT es la corriente total obtenida en el procesos electroquímico redox: la suma de la
corriente cinética y la corriente de difusión.
El diagrama de Tafel(Figura 1.5) muestra las características de corriente (i) versus
potencial (E) para un proceso catódico (primer cuadrante) y anódico (segundo
cuadrante)[2,12,13,14].
Figura 1.5. Corriente anódica y catódica de la característica (i) versus (E).
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De la figura1.5 es posible verificar que a potenciales comprendidos entre 50 a 200mV
(parte anódica) y -50 a -200 mV (parte catódica), existe una región lineal cuya
corriente corresponde a efectos cinéticos (ik). A partir de 200mV (o -200mV) los
efectos de difusión están presentes. En consecuencia, la corriente estará dada por la
parte de transporte representada en la ecuación (5), es decir, iD. También, las
pendientes (conocidas como pendientes de Tafel)
RT
nF1 (o -
RT
nF) de las regiones
lineales en estos dos sistemas derivan datos científicos de interés primordial en
sistemas (electro)-catalíticos. Por ejemplo, el coeficiente de trasferencia de carga (α).
La extrapolación de estas dos rectas hacia el eje de las ordenadas proporciona la
corriente de intercambio (i0) [2,12,13,14].
1.3TERMODINÁMICA DE LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE
La termodinámica describe únicamente el equilibrio. Sin embargo, la termodinámica
puede predecir la factibilidad para que una reacción redoxse lleve a cabo, esta es una
reacción en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando
un cambio en sus estados de oxidación. Si suponemos que una sistema
electroquímico cumple con los siguientes requisitos [1,2,16,17].:
a) Presión y Temperatura constantes
b) Sistema reversible
c) Sistema cerrado
La primera ley de la termodinámica, también conocida como ley de la conservación de
la energía enuncia que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma. Más
específicamente, la primera ley de la termodinámica establece que al variar la energía
interna en un sistema cerrado, se produce calor y trabajo. Entonces, la energía interna
(ΔU)puede expresarse de acuerdo a la ecuación (6)[1,3,16,17].
WqU (6)
Donde W es el trabajo realizado. Para las mismas condiciones del sistema, el calor (q)
y la energía libre de Gibbs (ΔG) quedan expresados según las ecuaciones (7 - 8).
STq (7)
STHG (8)
18
Por lo tanto, puede demostrarse que el ΔG está dado por la ecuación (9), donde We es
el trabajo eléctrico.
eWG (9)
La ecuación (9) implica que “el trabajo eléctrico obtenido de un sistema cerrado, P y T
constantes y operando reversiblemente, es igual al cambio en la energía libre de
Gibbs”. Para 1 (un) mol de reactivo, el número total de cargas involucradas en la
reacción (n) multiplicado por la constante de Faraday (F) y la diferencia de potencial
máxima (potencial de celda, E) nos lleva a la ecuación (10).
nFEG (10)
Por lo tanto, la termodinámica predice que una reacción electroquímica será
espontanea cuando el ΔG<0 y no espontanea en caso contrario. Como puede
deducirse de la ecuación (10), el potencial de celda (E) es un parámetro importante.
[1,3,16,17].
1.4 CATALIZADORES EN PILAS DE COMBUSTIBLE
Como se ha explicado anteriormente un papel fundamental en reacciones
electroquímicas corresponde al catalizador:sustancia que hace más rápida o más lenta
la velocidad de una reacción química sin modificación de sus propiedades intrínsecas.
De esta manera elmayoresfuerzodeinvestigaciónenpilasdecombustible es
disminuirlacargacatalítica que principalmente es de metales nobles como el platino
paraobtener el mejor desempeño electroquímico al menor costo.
Los catalizadores se encuentran dentro de las pilas de combustible en cada uno de los
lados de la membrana, regularmente son una tintura de base carbón vulcan y platino o
bi-metálicos. Estos catalizadores se obtienen mediante diferentes rutasde
síntesis.Como se ha mencionado anteriormente los mayores esfuerzos en
investigación se encuentran en los catalizadores debido a que el carbón vulcan tiende
a degradarse por las reacciones de óxido-reducción que se llevan a cabo, eso hace
que se busque menor tamaño y mayor dispersión de las partículas de platino y del otro
metal sobre las partículas de carbón vulcan para que exista un mayor rendimiento y
durabilidad del catalizador. Existen muchos tipos de aleaciones como Platino-Cobre
(Pt-Cu), Platino-Estaño (Pt-Sn), Paladio-Plata (Pd-Ag), Paladio- Cobalto(Pd-Co), así
como diferentes métodos de síntesis para la obtención de estos catalizadores, pero
19
una de las más usadas es la de la síntesis de ruta complejo carbonilo(Figura
1.6)[2,15,18-25].
Brevemente, éste método de síntesis consiste en disolver sales de los metales
precursores (Pt, Sn, Ni, Cu) en soluciones de metanol y acetato de sodio bajo una
atmosfera de monóxido de carbono a una temperatura de ca. 50ºC durante 24 h.
Durante éste tiempo, carbón vulcan es agregado como soporte. Los polvos obtenidos
son sometidos a tratamiento térmico durante tres horas bajo una atmosfera de
hidrógeno.
Una vez que se tienen estos polvos se forma una suspensión con Nafion® líquido y se
depositan en la membrana de las pilas de combustible [3,15,18-25].
Este método tiene una eficiencia aproximada del 80%, por cada 75 mg de sal
precursora se pueden obtener 25 mg de Platino, esto hablando a micro escala sin
embargo se puede extrapolar.
Figura 1.6. Diagrama de Flujo para la preparación de los electrocatalizadores mono (Pt/C) y bi-metálicos (Pt-Cu/C, Pt-Sn/C).
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1.5 TIPOS DE CELDAS DE COMBUSTIBLE.
Existen diferentes tipos de celdas de combustible clasificadas de diferentes maneras
tales como la temperatura de operación, el electrolito o el combustible que utilizan.Sin
embargo en la actualidad se clasifican por el tipo de electrolito lo que determina su
temperatura de operación.
Ácido Fosfórico (PAFC): Temperatura de operación: 175- 220 °C. Este es el tipo de
celda de combustible más desarrollado a nivel comercial y se encuentra en uso en
aplicaciones tan diversas como sistemas de respaldoen hospitales, hoteles, edificios
de oficinas, escuelas, plantas eléctricas y aeropuertos.
Las celdas de combustible de ácido fosfóricousan líquidos de este ácido como medio
electrolítico y generan electricidad a más del 40% de eficiencia y cerca del 85% si el
vapor es empleado en cogeneración. Este tipo de celdas puede ser usado en
vehículos grandes como autobuses y locomotoras.
Existen en producción comercial (Figura 1.7) unidades de alrededor de 200KW y 100
MW. Los mayores progresos esperados están en las áreas de disminución de costos
de capital, aumento de la vida útil de la pila, y de costos de operación y mantenimiento
[3,4,8,9].
Figura 1.7. Celda de combustible de Ácido Fosfórico.
Polímero Sólido(PEM): Temperatura de operación: 50 - 100 °C. Tienen una densidad
de potencia alta, pueden variar su salida para satisfacer cambios en la demanda de
esta misma y son adecuadas para aplicaciones donde hay unrequerimiento inicial de
energía bastante importante, tal como en el caso de automóviles.De acuerdo con el
Departamento de Energía de los Estados Unidos, son los principales candidatos para
21
vehículos ligeros, edificios y potencialmente otras aplicaciones mucho más pequeñas
tales como baterías recargables para videocámaras y celulares.
Estas celdas usan un polímero conductor de protones como electrolito, el material de
una membrana típica es Nafion®. Entre el ánodo y el cátodo está la membrana.
Además requieren de un catalizador comúnmente formado por platino (u otros metales
nobles), el cual tiene la ventaja de ser resistente a la corrosión, pero su costo es muy
elevado. El uso de este elemento ha disminuido con el mejoramiento de los métodos
de síntesis utilizados y las técnicas de fabricación (Figura 1.8) [3,4,8,9].
Figura 1.8. Celda de Combustible de Polímero Sólido.
Carbonato Fundido (MCFC): Temperatura de operación: 600 - 1000 °C. Las celdas
de combustible de carbonato fundido prometen altas eficiencias combustible-
electricidad y la habilidad para consumir combustibles a base de carbón. Esta es un
tipo de celda de combustible directa, que elimina los procesadores de combustible
externos. Metano, el principal ingrediente del gas natural son convertidos en un gas
rico en hidrógeno en el ánodo de regeneración o en la cámara de regeneración, la cual
es parte de la celda de combustible.En este tipo de celda una pequeña cantidad de
agua es requerida. No emite prácticamente partículas y las emisiones de SOx y
NOx son extremadamente bajas (Figura 1.9) [3,4,8,9].
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Figura 1.9. Diagrama de Celda de combustible de Carbonato Fundido.
Oxido Sólido (SOFC): Temperatura de operación: 500 - 1000 °C. Es una celda de
combustible altamente prometedora, puede ser utilizada en aplicaciones grandes de
alta potencia incluyendo estaciones de generación de energía eléctrica a gran escala e
industrial. Algunas organizaciones que desarrollan este tipo de celdas de combustible
también prevén el uso de éstas en vehículos automotores. Las unidades que se
manejan van desde los 25 hasta 100KW de potencia.
Un sistema de óxido sólido normalmente utiliza un material cerámico en lugar de un
electrolito líquido, permitiendo que la temperatura de operación sea elevada. Las
eficiencias de generación de potencia pueden alcanzar un 60%. Un tipo de Celda de
Combustible de Óxido Sólido utiliza un arreglo de tubos de un metro de longitud
mientras que otras variaciones incluyen un disco.
Existen numerosos desarrollos de tecnologías de celdas tipo SOFC que las convierten
en atractivas alternativas para aplicaciones industriales. Una de ellas es su tolerancia
a las impurezas de los combustibles, gracias a su alta temperatura de trabajo. El
electrolito sólido es muy estable. Además evita problemas como la migración de
electrolito, fugas y otros.
Las celdas de Combustibles de Carbono Fundido (MCFC) y las Celdas de
Combustible de Óxido Sólido (SOFC), ofrecen altas eficiencias, gran compactibilidad y
más bajos costos de potencia que las celdas de combustible de Ácido Fosfórico
(Figura 1.10)[3,4,8,9].
23
Figura 1.10. Diagrama de celda de combustible de Óxido Sólido.
Alcalinas (AFC): Temperatura de operación: 50 - 250 °C. Utilizadas desde hace mucho
tiempo por la NASA en misiones espaciales, este tipo de celdas pueden alcanzar
eficiencias de generación eléctrica de hasta un 70%.
Laventajaprincipaldelaspilasdecombustiblealcalinasrespectoalasdeácidoode
membranapolímericaesquenosonnecesarioselectrocatalizadoresdemetalesnoblesysepue
denusarNi,Ag,óxidosmetálicosyhastaalgunoscomplejosdeCo.LasAFC
sonlasmáseficientesdesutipoyaquelavelocidaddelareaccióndereducciónde oxígeno en
medio básico es mucho más rápida que en medio ácido. Sin embargo el
principalproblemaeslapurezadelosgases,yaquerequierelacompletaeliminación de CO2,
debido a que aún cantidades tan pequeñas este óxido
puedereaccionarconelKOHparaformardepósitossólidosdecarbonatodepotasio sobre los
electrodos porosos, dejándolos inactivos. El uso principal de estas pilas de combustible
es en aplicaciones espaciales empleando hidrógeno y oxígeno puros.
Hasta hace poco tiempo eran demasiado costosas para aplicaciones comerciales
pero varias compañías están examinando la forma de disminuir los costos y mejorar la
flexibilidad en su operación (Figura 1.11)[3,4,8,9].
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Figura 1.11. Diagrama de Celda de combustible Alcalina.
Celdas de Combustible de Metanol Directo (DMFC): Como su nombre indica, se
usa metanol como combustible en este tipo de celdas. El metanol líquido se oxida
directamente en el ánodo. Esta celda no utiliza hidrógeno, trabaja a bajas
temperaturas, es relativamente nueva en comparación a las otras celdas.Recientes
adelantos en investigación y desarrollo en las celdas de combustible de metanol
directo han sido sustanciales [3,8,9]. Sin embargo, existen obstáculos críticos en
relación a la producción de corriente alta, la cantidad necesaria del catalizador de
platino es todavía muy costosa en comparación a las del tipo PEM. Las ventajas de
abastecer de metanol a la celda son significativas. Este tipo de celda no requiere de un
voluminoso y pesado sistema de almacenamiento de hidrógeno o de un subsistema
reformador. Esta es una ventaja, en términos de simplicidad, seguridad y costo
(Figura 1.12)[3,4,8,9].
Figura 1.12. Diagrama de Celda de combustible de Metanol Directo.
25
1.6 FACTIBILIDAD DEL MERCADO
Dependiendo el tipo de pila de combustible existen varias aplicaciones en las cuales
puedeoperar,deacuerdoalestadodedesarrolloenlaqueseencuentra,Figura1.13 [3]. El
mercado en el que se pueden utilizarlas pilas de combustible como se puede ver es muy
extenso gracias a su gran versatilidad, sin embargo las que se van a estudiar en esta
tesis son las PEM y el estudio de mercado que se hará se verá en el capítulo 2.
Figura1.13.Aplicacionesdelasdistintaspilasdecombustible.
26
Capítulo 2 ESTUDIO DE MERCADO
2.1 DEFINICIÓN DEL PROYECTO
2.1.1 Nombre de la empresa y logo.
El Logotipo y el nombre de la empresa se relacionan directamente con el tema de la
energía y con el hidrógeno el cual se muestra como un protón y un electrón mientras
su órbita dibuja un círculo. El nombre por sí mismo dice que se trata de algo
relacionado con la energía y se ha utilizado la palabra en inglés para que sea más
universal y Ram es el nombre del fundador de esta empresa (figura 2.1).
2.1. Logotipo de la empresa.
2.1.2 Misión y Visión
MISIÓN: Contribuir al desarrollo de México como empresa mexicana, dedicada a la
producción de celdas de combustible base hidrógeno para ayudar a la mejora de la
calidad del aire disminuyendo las emisiones a la atmosfera, maximizando el uso de
recursos energéticos de nuestros clientes.
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VISIÓN: Ser la primer compañía mexicana que produzca y comercialice de manera
eficiente celdas de combustible dentro de México para que nuestros clientes
disminuyan sus emisiones a la atmosfera y gastos de acuerdo a sus necesidades.
2.1.3 Análisis FODA
El FODA(Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas) es una herramienta de
análisis estratégico, que permite analizar elementos internos o externos de programas
y proyectos, se representa a través de una matriz de doble entrada, llamada matriz
FODA, en la que se analizan los factores positivos y los negativos, tanto internos y
externos.
La matriz determina que las fortalezas deben utilizarse, las oportunidades deben
aprovecharse, las debilidades deben eliminarse ylas amenazas deben sortearse.
El FODA de la empresa se puede observar en la figura 2.2.
Fortalezas Debilidades
Análisis
Interno
Somos una empresa joven,
emprendedora, con
entusiasmo y visión a
futuro.
Buscamos la mejora
continua para cada uno de
nuestros procesos.
Asesores experimentados
en el tema de celdas de
combustible y negocios.
• Falta de experiencia en el
ramo de negocios.
• Falta de experiencia en el
ramo de celdas de
combustible.
Oportunidades Amenazas
28
Análisis
Externos
Mejora de la calidad del
aire con nuestro producto.
La interrelación de la parte
científica con la de
negocios.
Las empresas buscan ser
socialmente responsables y
ecológicas.
La empresa rentable es
rentable.
Falta de datos del tipo de
negocios con respecto al
tema.
Falta de conocimiento sobre
que son las celdas de
combustible en el ámbito
industrial.
Figura 2.2. Matriz FODA
2.1.4 Objetivos Estratégicos
GENERAL: La creación de un plan de negocios para justificar, implementar y dar los
cimientos para una empresa de celdas de combustible.
PARTICULAR:Demostrar que las celdas de combustible son una fuente sustentable
de energía que se puede aprovechar en la Ciudad de México para disminuir la emisión
de gases a la atmosfera y obtener bonos de carbono mediante su uso.
2.2 ANTECEDENTES
2.2.1 Oportunidades que dan origen al proyecto de innovación, mediante
la detección de demandas específicas.
Para este proyecto se han encontrado diversos indicadores que nos dicen que
existen ciertas oportunidades de negocio en el ámbito energético. En la tabla 2.1 y
figura 2.3 se puedenobservar las tendencias en el aumento de la población nacional y
por lo tanto las necesidades energéticas también aumentan.
29
Tabla 2.1. Indicadores económicos y energéticos.
Fuente: Sistema de Información Energética, con información de SENER.
REALES ANUAL
Descripción Unidad 2008 2009 2010 2011
Consumo nacional de energía (petajoules) 8,291.084 8,246.957 N/D N/D
PIB nacional (miles de millones de pesos de 2003)1 8,929.455 8,345.648 8,860.703 N/D
Población nacional (millones de habitantes)2 106.683 107.551 112.337 109.220
Intensidad energética (KJ/$ producido) 928.509 988.174 N/D N/D
Consumo per cápita de energía (GJ/hab.) 77.717 76.680 N/D N/D
Producción (petajoules) 10,284.542 9,852.930 N/D N/D
Oferta interna bruta (petajoules) 8,291.084 8,246.957 N/D N/D
Relación producción entre oferta interna bruta 1.240 1.195 N/D N/D
1 INEGI. Sistema de Cuentas Nacionales de México.
2 Con información de CONAPO.
Sistema de Información Energética
Secretaria de Energía
Dirección General de Planeación Energética
Balance Nacional de Energía 2009: Indicadores económicos y energéticos N/D No disponible
Figura 2.3.Balance Nacional de Energía 2009: Indicadores económicos y energéticos.
Fuente: Sistema de Información Energética, con información de SENER.
La producción de energía en México proviene principalmente del petróleo debido a que
somos un país petrolero, mientras que la energía nuclear y las energías renovables
son mínimas pero poco a poco ganan terreno (tabla 2.2). A pesar de eso la economía
30
se encuentra basada en las importaciones y exportaciones del petróleo y sus
derivados, tanto por su capacidad energética como por su volumen (tabla 2.3y 2.4).
La oferta interna bruta de energía nos muestra claramente cómo la mayor parte de la
energía la obtenemos a partir del crudo, y eso nos convierte en un mercado cautivo
para este tipo de energéticos (tabla2.5 y figura 2.4).
Tabla 2.2. Producción de energía primaria.
Fuente: Sistema de Información Energética, SENER
REALES-ANUAL
Descripción PJ 2008 2009 2010 2011
Total 10,284.547 9,852.924 N/D N/D
Carbón 229.303 212.000 N/D N/D
Hidrocarburos 9,278.031 8,920.378 N/D N/D
Petróleo crudo 6,520.846 6,058.734 N/D N/D
Condensados 91.446 86.076 N/D N/D
Gas natural 2,665.739 2,775.567 N/D N/D
Nucleoenergía 106.635 112.745 N/D N/D
Renovables 670.573 607.808 N/D N/D
Hidroenergía 140.011 95.202 N/D N/D
Geoenergía 162.831 155.531 N/D N/D
Energía solar 5.617 6.753 N/D N/D
Energía eólica 0.935 0.915 N/D N/D
Biomasa 361.179 349.408 N/D N/D
Bagazo de caña 99.130 88.730 N/D N/D
Leña 262.049 260.678 N/D N/D
Sistema de Información Energética Secretaría de Energía Dirección General de Planeación Energética Balance Nacional de Energía 2009: Producción de energía primaria (petajoules) N/D No disponible
Tabla 2.3. Importación de energía.
Fuente: Sistema de Información Energética, SENER.
REALES-ANUAL
Descripción PJ 2008 2009 2010 2011
Total 1,812.136 1,660.351 N/D N/D
Energía primaria 123.069 154.136 N/D N/D
Carbón 123.069 154.136 N/D N/D
Petróleo crudo 0.000 0.000 N/D N/D
Energía secundaria 1,689.067 1,506.216 N/D N/D
31
Coque 117.760 75.729 N/D N/D
Coque de carbón 9.237 5.517 N/D N/D
Coque de petróleo 108.523 70.212 N/D N/D
Gas licuado 137.962 124.118 N/D N/D
Gasolinas 701.991 634.673 N/D N/D
Querosenos 9.697 2.168 N/D N/D
Diesel 148.213 99.080 N/D N/D
Combustóleo 92.868 118.802 N/D N/D
Productos no energéticos 0.000 0.000 N/D N/D
Gas natural 479.312 450.400 N/D N/D
Electricidad 1.264 1.246 N/D N/D
Las importaciones de gas seco incluyen importaciones de gas natural licuado.
La suma de los parciales puede no coincidir con los totales, debido al redondeo de las cifras.
Sistema de Información Energética
Secretaría de Energía
Dirección General de Planeación Energética
Balance Nacional de Energía 2009: Importación de energía
(petajoules)
N/D No disponible
Tabla 2.4. Exportación de energía.
Fuente: Sistema de Información Energética, SENER.
REALES-ANUAL
Descripción PJ 2008 2009 2010 2011
Total 3,757.301 3,447.095 N/D N/D
Energía primaria 3,286.460 2,868.661 N/D N/D
Carbón 0.171 0.111 N/D N/D
Petróleo crudo 3,286.289 2,868.550 N/D N/D
Condensados 0.000 0.000 N/D N/D
Energía secundaria 470.842 578.434 N/D N/D
Coque 1.662 3.059 N/D N/D
Coque de carbón 0.091 0.008 N/D N/D
Coque de petróleo 1.571 3.051 N/D N/D
Gas licuado 0.175 1.684 N/D N/D
Gasolinas 139.538 135.131 N/D N/D
Querosenos 11.406 8.444 N/D N/D
Diesel 14.042 9.949 N/D N/D
Combustóleo 257.649 387.559 N/D N/D
Productos no energéticos 3.404 4.790 N/D N/D
Gas natural 37.737 23.322 N/D N/D
Electricidad 5.227 4.496 N/D N/D
Sistema de Información Energética
Secretaría de Energía
Dirección General de Planeación Energética
Balance Nacional de Energía 2009: Exportación de energía
(petajoules)
N/D No disponible
32
Tabla 2.5. Oferta interna bruta total por energético.
Fuente: Sistema de Información Energética, SENER.
REALES-ANUAL
Descripción PJ 2008 2009 2010 2011
Total 8,291.080 8,246.964 N/D N/D
Carbón y coque de carbón 290.008 358.327 N/D N/D
Crudo y petrolíferos 3,945.018 3,685.633 N/D N/D
Gas natural y condensados 3,283.891 3,486.677 N/D N/D
Nuclear 106.635 112.745 N/D N/D
Renovables 665.527 603.581 N/D N/D
Hidro 136.048 91.951 N/D N/D
Geo, eólica, solar 169.383 163.198 N/D N/D
Biomasa 360.096 348.432 N/D N/D
La suma de los parciales puede no coincidir con los totales, debido al redondeo de las cifras.
Sistema de Información Energética
Secretaría de Energía
Dirección General de Planeación Energética
Balance Nacional de Energía 2009: Oferta interna bruta total por energético
(petajoules)
N/D No disponible
Figura 2.4. Oferta interna bruta total por energético.
Fuente: Sistema de Información Energética, SENER.
33
Los precios de la energía eléctrica en el centro del país (tabla 2.6), dicen que dentro
de ciertos horarios cuesta más el KWh, así que las empresas podrían generar su
propia energía durante ese espacio de tiempo, o bien abatir costos con los bonos de
carbono.
Tabla 2.6. Precios de energía eléctrica en el centro del país.
Fuente: Comisión Federal de Electricidad, 2011
Central
Demanda Facturable ($/kW)
163.28 163.23 164.19 165.88 167.34 168.38 168.99 168.43 168.94 169.31 171.24 174.01
Energía Punta ($/kWh)
1.7422 1.8119 1.8396 1.8760 1.8631 1.9479 1.9797 2.0003 1.9703 2.0028 2.0068 2.0451
Energía Intermedia ($/kWh)
0.9493 1.0322 1.0595 1.0923 1.0647 1.1622 1.1985 1.2301 1.1857 1.2251 1.2142 1.2416
Energía Base ($/kWh)
0.7935 0.8628 0.8856 0.9131 0.8900 0.9715 1.0018 1.0282 0.9911 1.0240 1.0149 1.0378
2.2.2 Descripción del proyecto.
El calentamiento global es causado por el bióxido de carbono y otros contaminantes
del aire se acumulan en la atmósfera formando una capa cada vez más gruesa,
atrapando el calor del sol y causando el calentamiento del planeta. La principal fuente
de contaminación por la emisión de bióxido de carbono son las plantas de generación
de energía a base de carbón, pues emiten 2,500 millones de toneladas al año. La
segunda causa principal, son los automóviles, emiten casi 1,500 millones de toneladas
de CO2 al año.
La calidad del aire, además de ser afectada por factores climáticos y geográficos, tiene
una relación directa con el volumen de los contaminantes emitidos a la atmósfera. Los
inventarios de emisiones existentes se desarrollaron en tres etapas: a mediados de los
años noventa para varias zonas, en 1999 para los estados de la frontera norte y en
2000 la actualización y recalculo (de años anteriores) de las emisiones de la Zona
Metropolitana del Valle de México (ZMVM). De acuerdo con los inventarios de
mediados de los años noventa, la zona que emitió la mayor cantidad de contaminantes
fue la ZMVM, seguida del Corredor Industrial el Bajío y la Zona Metropolitana de
Monterrey. En todas las zonas el monóxido de carbono (CO) fue el contaminante
emitido en mayor proporción. De los estados de la frontera norte, Chihuahua es el que
34
tiene la mayor cantidad de emisiones, principalmente compuestos orgánicos volátiles
(COV), seguido por Sonora. En la ZMVM las emisiones se redujeron de manera
importante de 1994 a 1998, mostrando cierta estabilidad desde entonces (Figura 2.5 y
2.6) [11].
Figura 2.5. Cantidad de emisiones de contaminantes.
Fuente: INEGI
Figura 2.6. Cantidad de emisiones de contaminantes en el Valle de México.
Fuente: INEGI
35
Los gases de efecto invernadero (GEI), responsables del calentamiento del planeta,
son emitidos tanto por procesos naturales como por actividades humanas. Estados
Unidos es el país que más contribuye con la emisión de bióxido de carbono (CO2)
(periodo 1900-1999: 30.3% y 2003: 23%), siendo incluso mayores que las de Europa
(periodo 1900-1999: 27.7% y 2003: 21%, sin considerar a la antigua Unión Soviética).
México contribuye con poco menos del 2% de las emisiones totales. El inventario
nacional de GEI, en México, indica que las emisiones de CO2 generadas por la quema
de combustibles fueron de alrededor de 350 millones de toneladas en 1998, de las
cuales el transporte y la industria emitieron al menos 30% cada uno. Solamente para
el año1996 se calculó la emisión de CO2asociada al cambio de uso del suelo y
silvicultura siendo de poco más de 157 millones de toneladas por año (31% del total
para ese año). Entre 1994 y 1998 se incrementaron las emisiones nacionales de casi
todos los GEI, resaltando por su importancia en volumen las de CO2, que aumentaron
12.3%. En contraste, se redujeron las emisiones de CO (28%) y compuestos orgánicos
volátiles no metano (COVNM) (24%). Aunque los hidrofluorocarbonos (HFC) muestran
un importante incremento (casi 44%), el volumen emitido es muy pequeño comparado
con los otros gases [11] (Figura 2.7).
Figura 2.7. Mapa proporcional de emisiones de CO2.Fuente: INEGI
36
La acumulación de bióxido de carbono (CO2) en la atmósfera se debe a que los
sumideros naturales (por ejemplo, la absorción por la vegetación y su disolución en el
agua) no son suficientes para capturar la cantidad extra de este gas que se está
emitiendo. La concentración atmosférica de CO2 aumentó 19% en el periodo 1959-
2004; si se compara con la condición en la época pre-industrial, la concentración
atmosférica actual es 35% superior. Uno de los cambios climáticos observados y que
se ha asociado al incremento de CO2 en la atmósfera es el incremento de la
temperatura (atmosférica y marina superficial). La variación promedio de la
temperatura global en los últimos diez años fue 0.42°C superior al promedio del
periodo 1951-1980, siendo 1998 el año en que se registró el mayor incremento
(0.56°C). De acuerdo con las proyecciones hechas por el Panel Intergubernamental
sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), la concentración de
CO2 en el año 2100 podría ser de entre 540 y 970 partes por millón y el aumento de la
temperatura media superficial del planeta de entre 1.4 y 5.8°C [11] (Figura 2.8).
Figura 2.8. Relación de Variaciones de Concentración de CO2 y Temperatura. Fuente: INEGI
37
En las últimas décadas, el automóvil ha aparecido de forma masiva en las ciudades,
contribuyendo a incrementar los problemas de contaminación atmosférica como
consecuencia de los gases contaminantes que se emiten por los tubos de escape. Los
principales contaminantes lanzados por los automóviles son: monóxido de carbono
(CO), óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos no quemados (HC), y compuestos de
plomo.
Los principales contaminantes emitidos por las industrias y vehículos que utilizan
motores de ciclo diésel son partículas sólidas en forma de hollín que da lugar a los
humos negros, hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno y anhídrido sulfuroso
procedente del azufre contenido en el combustible.
Debido a esto, se está proponiendo el proyecto de la venta y comercialización de
celdas de combustible para combatir el cambio climático, así como también para
ayudar a que la industria disminuya sus costos mediante los bonos de carbono y
sistemas de respaldo para producir energía propia durante horas pico.
2.3 INVESTIGACIÓN DE MERCADO
2.3.1 Segmentación del mercado.
El principal mercado objetivo es el empresarial del ámbito industrial en todas sus
variantes, debido a que el producto busca cubrir una necesidad básica para cualquier
empresa:la generación de energía.
El mercado objetivo lo ubicamos en el Distrito Federal y el Estado de México porque
son los estados con mayor densidad de población y de industriaFigura 2.9, 2.10, 2.11.
No se toman en cuenta Monterrey ni Guadalajara por el momento para hacer este
estudio.
38
Figura 2.9. Densidad poblacional en México.
Fuente. INEGI, 2011.
Figura 2.10. Niveles Socioeconómicos en el Distrito Federal.
Fuente. INEGI, 2011.
39
Figura 2.11. Niveles Socioeconómicos en el Estado de México.
Fuente. INEGI, 2011.
Con estos datos se realizaron encuestas en estas zonas, a 200 empresas de carácter
industrial.
40
Los resultados se muestran en las figuras 2.12 a 2.19.
41
Figura: 2.12.
Figura: 2.13.
Figura: 2.14.
Si 93%
No 7%
1.- Sabes que es el cambio climático y que lo está
provocando?
Si 92%
No 8%
2.- ¿Estaría dispuesto a reducir las emisiones a la atmosfera utilizando fuentes de energía
alternas?
Si 42%
No 58%
3.- ¿Sabes que son los Bonos de Carbono?
42
Figura: 2.15.
Figura: 2.16.
Figura: 2.17.
Si 72%
No 28%
4.- ¿Piensas que el hidrógeno es una opción para obtener energías
limpias?
Si 16%
No 84%
5.- ¿Sabes cuánto es la potencia eléctrica que necesita tu
empresa?
Si 92%
No 8%
6- ¿Si redujeras tu gasto de energía eléctrica manteniendo tu eficiencia y de una manera ecológica invertirías en nueva tecnología?
43
Figura: 2.18.
Figura: 2.19.
Fuente: Creación propia.
Al analizar los resultados de esta encuesta es posible verificar que la mayoría de las
empresas están conscientes del cambio climático y aceptan su aportación a él, y si se
les ofrece una alternativa viable contribuirían a la disminución de emisiones a la
atmosfera.También se puede observar que la mayoría de las empresas no saben que
son los bonos de carbono, los cuales son un mecanismo internacional
de descontaminación para reducir las emisiones contaminantes al medio
ambiente para la reducción de emisiones causantes del calentamiento global o efecto
invernadero estos también ayudan a la agricultura para una mejor producción.Los
bonos de carbono, representan el derecho a emitir una tonelada de dióxido de
carbono, por lo que, con su transacción se benefician la empresas que disminuyen su
emisión, o directamente no los emiten, haciendo pagar, a las que sí emiten más de lo
permitido.De esta manera estesería un punto a favor a explotar para poder
comercializar las celdas de combustible.
Si 49% No
51%
7- ¿Conoce las Celdas de Combustible o Fuel Cells?
Si 72%
No 28%
8- ¿Crees que si invirtieras en energías limpias para obtener bonos de carbono, tu
empresa seguiría siendo rentable?
44
2.4 ESTRATEGIAS DE COMERCIALIZACIÓN
2.4.1 Producto y Servicio
Las celdas de combustible tienen un alto grado de versatilidad, esto implica que
pueden suministrar energía a cualquier dispositivo y puede ser de diferentes formas y
tamaños según la potencia que se necesite y para eso existen distintos tipos de celdas
de combustible.
En este caso se hace el estudio para una celda de combustible base hidrogeno, que
es la que se oferta como producto que puede variar de tamaño según sean las
necesidades del cliente. Esto incluye el estudio de preventa así como servicio
postventa para el mantenimiento de la celda.
El estudio de preventa incluirá la ingeniería necesaria para analizar el tamaño de la
pila de combustible, y el espacio necesario para los tanques de hidrógeno, para lograr
la potencia eléctrica necesaria según el proceso para el que se requiera.
El servicio postventa se realizará como servicio técnico, refacciones y venta de
consumibles, así como la venta de una garantía extendida adicional.
2.4.2 Plaza y/o Canales de Distribución
El producto dependiendo del tamaño se entregara por partes y se ensamblara en el
lugar especificado, las partes principales se armaran en la planta y se llevaran a
destino en camiones o tren dependiendo de la distancia.
2.4.3 Precio
El precio se verá detallado en el Estudio Financiero debido a que depende de las
necesidades del cliente.
2.4.4 Promoción
Para la venta de nuestro producto se van a utilizar un portal de internet y publicidad
mediante redes sociales, así como en los medios impresos como son las revistas de
45
divulgación científica e industrial. También una fuerza de ventas para visitar a los
clientes potenciales y promocionar el producto.
2.4.5 Competencia
Se ha determinado que existe una cierta relación entre el crecimiento de la economía y
el aumento del consumo de energía. Por esto se puede entender que el crecimiento de
la industria es lento, lo que se justifica en los altos montos de inversión que se
requieren para entrar. Además hace que lasoportunidades para los involucrados y la
ganancia resultante pasan a ser una fuente limitada.
Esta industria de los energéticos presenta elevados costos fijos en sus estructura, esto
hace que la rentabilidad aumente unafracción significativa de su producción de plena
capacidad, así las empresas se ven obligadas aincentivar su demanda (economías de
escala), pero en este caso las generadoras de electricidad no están en capacidad de
trabajar sobre su demanda ya que están condicionados por las distribuidoras.
En el caso de la electricidad no existe diferenciación del producto por lo que la
competencia se basaúnicamente en los precios.
El principal competidor en el ámbito energético es CFE, así como también las otras
fuentes de energía renovable que están apareciendo como por ejemplo la energía
solar aunque todavía está entrando en el mercado.
2.4.6 Aspectos Jurídico-Administrativos.
El establecimiento de cualquier empresa requiere del cumplimiento de ciertos
requisitos y trámites legales ante autoridades gubernamentales, privadas y sociales.
Así como también se tiene que apegar a ciertas leyes y reglamentos que rigen la
normatividad de las empresas para los productos y servicios que se venden dentro del
país.
A continuación se enlistan las disposiciones jurídico-administrativas con las que tiene
que cumplir la empresa, pues se va a vender energía eléctrica comercializando celdas
de combustible.
LEYES
Ley Orgánica de la Administración Pública Federal
46
Ley de la Comisión Reguladora de Energía
Ley de la Comisión Nacional de Hidrocarburos [30].
REGLAMENTOS
Reglamento Interior de la Secretaría de Energía
Reglamento Interior de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía
Reglamento Interno de la Comisión Nacional de Hidrocarburos
Reglas de funcionamiento del Consejo Nacional de Energía [30].
DECRETOS
Decreto por el que se aprueba el Programa Sectorial de Energía 2007-2012
Decreto por el que se crea la Comisión Reguladora de Energía como un órgano
administrativo desconcentrado de la Secretaría de Energía, Minas e Industria
Paraestatal
Decreto por el que se crea la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, como
órgano desconcentrado de la Secretaría de Energía [30].
ACUERDOS
Acuerdo por el que se establecen los Lineamientos para la emisión del dictamen a
que hace referencia el artículo 193 A del Reglamento de la Ley Federal de
Presupuesto y Responsabilidad Hacendaria sobre los proyectos de infraestructura
productiva de largo plazo del Sector Energía.
Guía para la Presentación de Proyectos de Infraestructura Productiva de Largo
Plazo Exploración y Explotación de Hidrocarburos.
Guía para la Presentación de Proyectos de Infraestructura Productiva de Largo
Plazo Sector Eléctrico.
Guía para la Presentación de Proyectos de Infraestructura Productiva de Largo
Plazo Sector Hidrocarburos Transformación Industrial y Actividades Conexas. [30]
DISPOSICIONES ADMINISTRATIVAS
Aviso por el que se da a conocer la lista general de unidades de verificación
acreditadas por la Entidad Mexicana de Acreditación, A.C. en las áreas de turismo,
instalaciones eléctricas, eficiencia energética, gas natural, gas L.P., seguridad,
higiene y medio ambiente en el trabajo y normas mexicanas, vigentes al 31 de
diciembre de 2001.
47
Aviso por el que se comunica que todos los trámites y servicios que aplica la
Secretaría de Energía y sus órganos desconcentrados, han quedado inscritos en el
Registro Federal de Trámites y Servicios de la Comisión Federal de Mejora
Regulatoria.
Lineamientos para la integración y el funcionamiento de los Comités de Auditoría
Independientes en Petróleos Mexicanos y en la Comisión Federal de Electricidad.
Manual de Organización General de la Secretaría de Energía. [30]
48
Capítulo 3 ESTUDIO TÉCNICO
3.1 CARACTERISTICAS DE LA TECNOLOGIA
Como se revisó en el Capítulo 1, el funcionamiento de una Celda de Combustible
consiste básicamente en reacciones electroquímicas entre un combustible y un
oxidante. El combustible es hidrógeno, mientras que el oxidante es el oxígeno del
aire.
Las celdas de combustible utilizan dos electrodos (cátodo y ánodo), separados por un
electrolito o una membrana, los electrodos forman un circuito eléctrico; además de que
los electrodos llevan un catalizador con el fin de aumentar la eficiencia.
Los gases alimentados (Hidrógeno y Oxígeno) reaccionan de manera que en el ánodo
se generan protones (H+) y electrones (e-). Los protones se transportan por el
electrolito (membrana polimérica) y los electrones viajan por el circuito externo, ambos
hacia el cátodo, siendo éstos electrones los que generan la corriente eléctrica. En el
cátodo se lleva a cabo la reacción de reducción de oxígeno con los electrones y los
protones para formar agua [1-3], Figura 3.1 y 3.2.
Como ventaja de esta reacción se tiene que al llevarse a cabo, se deprende agua a
diferencia de una reacción de combustión que desprende gases de emisión a la
atmosfera tales como CO, CO2 y NOx.
Una celda de combustible se encuentra conformada en diferentes secciones internas
las cuáles se encuentran mencionadas en la Figura 3.1 y 3.2, en medio se tiene la
membrana polimérica y a sus lados, las máscaras de teflón que sirven como empaque
para evitar fugas y después las placas de grafito.
49
Figura 3.1. Partes de una celda de combustible.
Figura 3.2. Dimensiones de la celda de combustible sobre la que se van a hacer mediciones.
50
3.1.1 Termodinámica y cinética de una celda de combustible
Reacciones básicas
Combinando una mol de hidrógeno y media mol de oxígeno en su forma diatómica
normal se produce una mol de agua, según la reacción (3.1).
H2 + ½ O2 H2O (3.1)
El potencial estándar para esta reacción es de Eᵒ=1.23V/NHE (referido al normal
hydrogenelectrode o electrodo normal de hidrógeno). Como se ha discutido en
secciones anteriores, una celda de combustible proporciona un voltaje externo a partir
de una reacción química, como lo hace una batería, pero difiere de ésta en que el
combustible es continuamente suministrado al sistema en forma de hidrógeno y
oxígeno molecular. Estos dispositivos pueden generar energía eléctrica a altas
eficiencias, sobre todo si se compara con la combustión directa de hidrógeno para
generar calor y el movimiento de turbinas, debido principalmente a que no están
sujetos al fenómeno “cuello de botella térmico” dado por la segunda ley de la
termodinámica: ningún motor puede usar toda la energía producida por un combustible
para generar trabajo, una parte se convierte en calor [31].
Para obtener un balance de energía basado en los fenómenos termodinámicos
implicados en los procesos redox ya explicados en el capítulo 1 de las celdas de
combustible a hidrógeno PEM se muestra el siguiente esquema de la figura 3.3
Figura 3.3. Balance termodinámico de una celda de combustible.
51
3.1.2 Calor de Reacción
El calor de una reacción (dHf)es el valor tomado del entorno en la transformación de
reactivos (dHR) a productos (dHP)a las mismas condiciones de Temperatura (T) y
Presión (P), ecuación (3.2).
dHf= dHR - dHP(3.2)
La tabla 3.1 muestra los calores y entropías de formación para la reacción 3.1, a
T=25ᵒC y P=1atm
Tabla 3.1 Propiedades termodinámicas para la formación de agua.
Cantidad Hidrógeno(H2 ) Oxígeno (½ O2 ) Agua (H2O) Cambio
Entalpía 0 0 -285.83 KJ dH=-285.83KJ
Entropía 130.68 J/K (1/2)(205.14J/K) 69.91 J/K TdS=-48.7 KJ
3.1.3 Trabajo Eléctrico
En termodinámica, la energía libre de Gibbs (dG) mide el trabajo “aprovechable” (o
trabajo para iniciar un proceso) para un sistema en condiciones isotérmicas (T=cte) e
isobáricas (P=cte). El dG es la máxima cantidad de trabajo que puede ser extraída de
un sistema cerrado en un proceso completamente reversible. Cuando un proceso
cambia de un estado bien definido a otro igualmente bien definido, la energía libre de
Gibbs es igual al trabajo intercambiado por el sistema y sus alrededores, menos el
trabajo realizado por las fuerzas de presión, ecuación (3.3).
dG= dH - TdS (3.3)
Donde dH es la entalpía, definida de acuerdo a la ecuación (3.4).
dH= dU - PdV (3.4)
La entalpía es una función de estado importante para llevar a cabo reacciones
químicas. Por ejemplo, un incremento en la entalpía implica un aumento en la energía
interna del sistema que puede ser medida con calorimetría, o por el trabajo realizado
por el sistema, o una combinación de ambos. El signo de la entalpía en una reacción
química implica procesos exotérmicos (dH<0) o endotérmico (dH>0) [31].
52
En fenómenos químicos, bioquímicos y electroquímicos, el dG define si una reacción
es espontánea o no. Si el dG>0, entonces la reacción no es espontánea y es
necesario suministrar trabajo al sistema (ej. Electrólisis). Por el contrario, si dG<0 la
reacción es espontánea y genera trabajo hacia los alrededores (ej. Pilas primarias,
celdas de combustible). Supóngase que la reacción (3.1) se lleva a cabo a 25ᵒC y
1atm. Por lo tanto, el trabajo realizado por el sistema está dado por la ecuación (3.5).
W=PdV (3.5)
Donde P es la presión y dV es el cambio de volumen en el sistema. Con el fin de
obtener congruencia y unidades de energía en la ecuación anterior, es necesario
indicar que 1atm=101x103Pa; mientras que 1 m3Pa equivale a 1 joule (J). Sustituyendo
valores se tiene:
( )
(
) ( )( )
( )( )
Este resultado pone en evidencia que el trabajo realizado es gracias a un gradiente de
volumen dV (=-22.4x10-3 m3/mol) entre el estado V1 (=22.4x10-3 m3/mol) y el estado V2
(=0), debido a la disminución del volumen de los gases (considerando que la reacción
3.1 esta desplazada totalmente a la derecha) para formar agua [31].
Por otro lado, la entalpía de formación puede obtenerse a partir de los valores de la
tabla 3.1. Entonces el valor calculado esdH= -285.83 KJ. Mientras que el valor de dU
es-282.11 KJ.
La entropía de los gases disminuye en el proceso de combinación, esto debido a que
el número de moléculas de agua producidas es una y es menor que la suma de las
moléculas de hidrógeno y oxígeno alimentadas. La entropía se calcula con la ecuación
(3.6).
dS= dSR - dSP(3.6)
dS= -163.34 J/K = 0.1633 KJ/K
53
Como la entropía total no debe disminuir en la reacción, el exceso de este parámetro
en la cantidad TdS debe ser liberada a los alrededores en forma de calor (Q) a la
temperatura T, según la ecuación (3.7). Esta última ecuación determina la cantidad de
energía eléctrica obtenida a partir de un mol de hidrógeno, es decir, la energía libre de
Gibbs para sistemas a P y T constante [31].
dG = -285.83 KJ - (298.15K(-0.16334KJ/K)) = -237.13 KJ
Donde el calor está dado por la ecuación (3.7):
Q = T dS (3.7)
3.1.4 BALANCE DE MASA
Tomando en cuenta una batería de celdas de combustible ya existente en el mercado,
que es utilizada por los autos Honda FCX Clarity, sus datos son reales y por lo tanto
se pueden utilizar para obtener resultados confiables. Esta batería cuenta con una
potencia de salida de 100 KW, un voltaje de salida de 288 Volts, para 57 Litros, un
peso de 148 Libras y de ellos se obtienen 134 HP(Caballos de fuerza), un torque de
189 lb-ft o 0-3056 rpm [32].
A partir de la ecuación de Potencia se despeja y se calcula la corriente (i) según la
ecuación (3.8).
;
(3.8)
La corriente calculada se utiliza en la ecuación de Faraday (3.9) para un tiempo de 30
minutos (1800 seg) y con la constante de Faraday que es de F= 96485.3383 C/mol,
para calcular la cantidad de hidrógeno necesario para mantener la pila funcionando
por 30 minutos.
;
(3.9) ( ) ( ) (
)
( ) (
)
Y por estequiometria de la ecuación (3.1) obtenemos la masa de oxígeno
54
( ) ( ) (
)
( ) (
)
También se sabe que el potencial estándar de una pila de combustible es de Eᵒ=1.23
Volts pero considerando las perdidas se utilizará de 1 V.
Si se sabe que el Voltaje de salida requerido para un fin determinado como sería el
mover un automóvil, es de 288 V y que el potencial de cada celda es de 1 V es
posible obtener la cantidad de celdas que forman la batería conectadas en serie con la
ecuación (3.10).
(
) (3.10)
Debido a que el Área de contacto de los gases con la membrana afecta directamente a
la densidad de corriente, en este caso por celda se tomará un área de 5 cm2 de
membrana para calcular la densidad de corriente con la ecuación (3.11).
; (3.11)
= 69.444
Con la masa de los gases que se van utilizar para la conversión de energía podemos
calcular su volumen calculándola cantidad de moles con la ecuación (3.12) y con la
ecuación de los gases ideales (ecuación 3.13) obtenemos el volumen que será
necesario almacenar.
(3.12)
= 6.4776 mol de Hidrógeno
= 12.955 moles de Oxígeno
; (3.13)
( ) (
) ( )
= 158.383 L de Hidrógeno
55
( ) (
) ( )
= 316.761 L de Oxígeno
3.2 PROCESO PRODUCTIVO
Para el proceso productivo se van a llevar una serie de pasos los cuáles comienzan
recortando la membrana polimérica al tamaño adecuado para la pila que se quiere
ensamblar.( Figura 3.4)
Figura 3.4.Membrana polimérica antes de ser recortada. Fuente: Dupont ©
Después se rebanan y se recortan los bloques de grafito con una sierre continua
enfriada con agua para evitar trocearlo, ya cuando se tienen las placas de grafito estas
se ponen dentro de una fresadora CNC para hacer el diseño de perforación en ellas y
este diseño va a hacer el los gases se distribuyan mejor en toda la placa.(Figura 3.5)
En estas placas se pone la cobertura de catalizador, cuidando que sean recubiertas en
su totalidad con una película muy fina.
56
Figura 3.5. A): Placas de carbón perforadas con un diseño de barras. B): Pila de combustible antes de ser
ensamblada.
Se recortan y se perforan difusores de gases de acero y se recubren con las
máscaras de teflón que van a servir de empaque, así como de platos colectores de
electrones que es donde van a circular la corriente eléctrica.
Se recortan las placas de acero o acrílico con la fresadora haciendo los orificios
correspondientes para atornillarlos así como los orificios que serán las cámaras de
entrada de los gases. (Figura 3.5)
Se hace el armado y sellado de la celda de combustible cuidando que las placas de
grafito con el catalizador y la membrana queden en su lugar fijas para evitar fugas.
Se hacen pruebas de calidad para cada celda revisando que no haya fugas de gas.
(Figura 3.6)
Finalmente las celdas quedan listas para su transporte.
Figura 3.6. Pila de combustible funcionando.
57
3.3 PROGRAMA DE CALIDAD
Para revisar la calidad de las celdas de combustible se hará en dos pasos primero a la
celda de combustible individual y después a la batería de celdas se le pasara gas
inerte y mediante un manómetro se medirá la presión de entrada y la de salida para
saber si hay fugas.
También cada celda de combustible después de ensamblada se someterá a pruebas
potenciostaticas a diferentes condiciones de temperatura y presión de los gases de
alimentación.
El desempeño de las celdas de combustible se determina mediante respuestas I-E
como los que se muestran en la figura 3.7 de la cual se obtiene una potencia de 100
Watts en una celda con 20 MEAs (ensambles de membrana electrodo)con área de
75cm2y de 150 Watts con stack de 21 ensambles y área de 65 cm2. Las condiciones
de operación fueron con alimentación de hidrógeno húmedo (Grado UPC 99.9993%)
con recirculación y flujo de 4 L/min a temperatura ambiente y presión de 0.1 bar,
alimentado con aire de ventilación forzada, a una temperatura de 40ᵒ C [31].
Figura 3.7. Diagramas I-E-P de desempeño de las celdas de combustible.
Las curvas de desempeño también se modifican con las cargas catalíticas por cm2 de
ensamble y por la temperatura de operación. La figura 3.8 muestra el efecto de
diferentes cargas catalíticas catódicas de RuxCrySez[15,22-25,33]y el efecto de la
temperatura en ensambles con Pt-Ru como catalizador. Los estudios de estabilidad de
los ensambles son requeridos para predecir el buen desempeño de una celda de
combustible.
58
Figura 3.8. Efecto de cargas catalíticas y de temperatura en una celda PEM.
3.4 MAQUINARIA Y EQUIPO
-Fresadora CNC
Este tipo de fresadoras permiten la automatizaciónprogramable de la producción. Se
diseñaron para adaptar las variaciones en la configuración de productos. Su principal
aplicación se centra en volúmenes de producción medios de piezas sencillas y en
volúmenes de producción medios y bajos de piezas complejas, permitiendo realizar
mecanizados de precisión con la facilidad que representa cambiar de un modelo de
pieza a otra mediante la inserción del programa correspondiente y de las nuevas
herramientas que se tengan que utilizar así como el sistema de sujeción de las
pieza.(Figura 3.9)
59
Figura 3.9. Fresadora CNC
-Sierra continua enfriada con agua
Son máquinas herramientas destinadas al corte, con ellas se puede producir no
solamente el corte del material laminado de secciones diferentes, sino también el corte
de distintos contornos de forma en semiproductos con un grosor de hasta 300 mm, en
comparación con la sierra de disco, estas son más productivas y ofrecen un ancho de
aserrado menor, frecuentemente no mayor de 1 mm.(Figura 3.10)
Figura 3.10. Sierra continua.
60
-Guillotina
Funciona para cortar materiales blandos.
3.5 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA.
Parque Industrial Querétaro
La calidad de vida de la población, así como el apoyo que brindan las autoridades para
el establecimiento y crecimiento de la industria, ofrecen ventajas cualitativas para un
desarrollo empresarial sustentable y efectivo tales como los servicios de agua, luz y
gas. Querétaro es una ciudad confiable y con alta rentabilidad para las industrias que
buscan aprovechar el acceso a inversiones nacionales e internacionales.
UBICACIÓN
Carretera Queretaro-San Luis Potosi KM 28.5, Santa Rosa Jáuregui, 76220 Santiago
de Querétaro, Querétaro, Mexico. Latitud 20°49'27.83"N y Longitud 100°26'41.83"O.
(Figura 3.11)
61
Figura 3.11.A) Fotografía del parque industrial B) Ubicación en mapa respectivamente.
3.6 CAPACIDAD DE LA PLANTA.
Dependiendo de las necesidades del cliente, el tamaño de la batería de celdas de
combustible que se va a construir será diferente, de esta manera la capacidad de la
planta se va medir tomando en cuenta una batería de 288 celdas calculadas en la
sección 3.1.4, de las cuál se estimaría vender una diaria, para lo cual se necesitarían
como mínimo 3 Fresadoras CNC, 3 Sierras continuas enfriadas con agua, 3 guillotinas
y el material necesario para armar dichas celdas de combustible como unos rollos de
Nafion y barras de carbón, así como el catalizador sintetizado.
62
3.6.1 Distribución de la planta
Se necesitaría como mínimo él área de corte, el área de fresado, un área de armado,
un área de control de calidad, un área de almacenaje de producto terminado y de
materia prima, el área de distribución y de recepción de material, área de oficinas,
sanitarios y estacionamiento.(Figura 3.12).
Figura 3.12. Diagrama de distribución de planta
ALMACÉN DE PRODUCTO
TERMINADO ÁREA DE CORTE
ÁREA DE FRESADO
ÁREA DE ARMADO
ÁREA DE CONTROL DE CALIDAD
OFICINAS
ALMACEN DE MATERIA
PRIMA
ESTACIONAMIENTO
ÁREA DE RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA Y DE DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTO TERMINADO VIGILANCIA
63
3.7 ASPECTOS TÉCNICOS.
3.7.1 Costo de servicios.
Para el estado de Querétaro la comisión del Agua del estado de Querétaro
establece las siguientes tarifas (tabla 3.2)[34]:
Tabla 3.2. Tarifas mensuales de consumo de agua.
Consumo en litros Tarifa
Límite inferior Límite superior Cuota mínima ($) Cuota adicional por cada 1000 litros
excedentes al límite inferior ($)
0 10000 151.58 0.0
MAYOR A 10,000 20000 151.58 15.72
MAYOR A 20,000 30000 308.77 28.61
MAYOR A 30,000 50000 594.86 32.56
MAYOR A 50,000 70000 1246.09 37.00
MAYOR A 70,000 90000 1986.01 39.30
MAYOR A 90,000 120000 2771.97 44.92
Energía eléctrica
La tarifa de la energía eléctrica viene dada por la tensión que ocuparán los equipos de
la planta, de la cual, la media tensión es la más utilizada para fines industriales y va de
101 a 35000 voltios. De las subcategorías de la media tensión, la planta ocupará la
tarifa horaria para Servicio General en Media Tensión con Demanda de 101kW o más
[35]. En la tabla 3.3 se muestran los precios de consumo de energía eléctrica en las
diferentes partes del país y la empresa se encontraría ubicada en la región noroeste
por estar ubicada en Querétaro.
64
Tabla 3.3. Tarifa de consumo de energía eléctrica
Region Demanda Facturable ($/kW)
Energía punta ($/kWh)
Energía intermedia ($/kWh)
Energía base ($/kWh)
Baja California 257.37 2.1343 1.0839 0.8515
Baja California Sur
247.35 1.7124 1.5041 1.0644
Central 178.33 2.0457 1.2004 1.0034
Noreste 163.94 1.8894 1.1144 0.9129
Noroeste 167.46 1.9005 1.1058 0.9264
Norte 164.76 1.9031 1.1251 0.9149
Peninsular 184.27 2.0010 1.1276 0.9289
Sur 178.33 2.0033 1.1468 0.9542
Tarifas de gas
El costo será de 9.40 pesos por kilogramo [36].
Costo de Equipos
La tabla 3.4 muestra la cotización de los equipos principales que se ocuparán y que se
investigaron con algunos proveedores.
Tabla 3.4. Costo de equipos.
Equipo Proveedor Precio en dólares
Cantidad Costo en pesos Costo en pesos por cantidades totales
Fresadora CNC
Euromaquinas 11000 3 140250.00 420750.00
Sierra Cinta
Cosmos 392.55 2 5005.01 10010.02
Guillotina Office Depot 235.53 1 3003.00 3003.00
TOTAL $433763.02
Costo de Materiales
La tabla 3.5 muestra la cotización de los materiales principales que se ocuparán y que
se investigaron con algunos proveedores [39,40].
65
Tabla 3.5. Costo de materiales
Material Proveedor Precio en dólares
Cantidad Costo en pesos
Costo en pesos por cantidades totales
Placas de Acrílico
Acrilfrasa 52.95 20 675.00 13500.00
Mascaras de teflón
Fuell Cell Store 12 576 153.00 88128.00
Nafion Fuell Cell Store 18 1 por celda (288 para calculo)
229.5 66096.00
Catalizador Fuell Cell Store 1700 por onza 1 gramo por KW
21675 69694.50
Placas de grafito
Fuell Cell Store 6 576 76.5 44064.00
Placas de acero
Acerobsv 7017 576 153 88128.00
Tornillos ajustadores
Tornillos,Birlos y Accesorios
459 1152 5 5760.00
valvulas Fuell Cell Store 3485 576 76 43776.00
TOTAL $419147.00
Si se tiene un estimado de vender 2 pilas de este tipo al mes el total necesario es: $838293.00
Inversión fija
La Inversión Fija, es la asignación de recursos reales y financieros para obras físicas o
servicios básicos del Proyecto, cuyo monto por su naturaleza no tiene necesidad de
ser trazado en forma continua durante el horizonte de planeamiento, solo en el
momento de su adquisición o transferencia a terceros. Estos recursos una vez
adquiridos son reconocidos como patrimonio del Proyecto, siendo incorporados a la
nueva unidad de producción hasta su extinción por agotamiento, obsolescencia o
liquidación final.
Las Inversiones Fijas que tiene una vida útil mayor a un año se deprecian, tal es el
caso de las maquinarias y equipos, edificios, muebles, enseres, vehículos, obras
civiles, instalaciones y otros.
Los terrenos son los únicos activos que no se deprecian. Los recursos naturales no
renovables, como los yacimientos mineros, están sujetos a una forma particular de
depreciación denominada agotamiento, que es la gradual extinción de la riqueza por
efecto de la explotación. La Inversión en activos fijos se recupera mediante el
mecanismo de depreciación.
66
El método que se utiliza para calcular la inversión fija es el que la desglosa mediante el
uso de factores y se muestra en la tabla 3.6.
Tabla 3.6. Inversión fija
Concepto Factor (para solidos y liquidos)
Costos
Costo total de equipo de producción 1 $433763.02
Equipo extranjero 0.05 $21688.20
Gastos de instalación 0.3 $130129.00
Tuberías 0.3 $130129.00
Instrumentación 0.3 $130129.00
Aislamientos 0.15 $65064.50
Instalaciones eléctricas 0.05 $21688.20
Edificios y servicios 0.15 $65064.50
Servicios auxiliares e implementos para la planta
0.4 $173505.00
Ingeniería y supervisión construcción 0.3 $130129.00
Imprevistos 0.65 $281946.00
TOTALES(con equipo extranjero) $1583235.42
3.8 ORGANIGRAMA.
Un organigrama es la representación gráfica de la estructura de una empresa o
cualquier otra organización. Representan las estructuras departamentales y, en
algunos casos, las personas que las dirigen, hacen un esquema sobre las
relaciones jerárquicas y de competencias según las necesidades de la organización.
La figura 3.13 muestra el organigrama de la empresa y como está distribuida en cinco
departamentos principales pero bajo las ordenes de un director general. Cada uno de
los departamentos tienen a su cargo distintos sub departamentos y una
responsabilidad compartida.
67
Figura 3.13. Organigrama
3.8.1 Perfiles Ejecutivos.
A continuación se describen las tareas a realizar según el puesto determinado y de
eso dependerá el perfil ejecutivo de cada individuo dentro de la organización.
Dirección General
Toma de decisiones.
Relaciones Industriales.
Integración de áreas.
Revisión de metas cumplidas, así como planteamiento de nuevas metas.
Gerencia Administrativa
Control de la documentación, archivo, registro y contabilidad de operaciones,
declaración y pago de impuestos, elaboración de informes, propuestas de objetivos
y relaciones con organismos y entidades.
Dirección General
Administración
Recursos Humanos
Contabilidad
Ventas
Distribución
Almacén de Producto
Terminado
Compras
Almacén de Materia Prima
Producción
Mantenimiento y Servicios
Tecnología
Investigación y Desarrollo
Control de Calidad
68
RECURSOS HUMANOS
Selección, capacitación y adiestramiento de personal.
Elaboración de pago de nómina.
Calidad del personal.
Higiene y seguridad industrial
CONTABILIDAD
Balances generales.
Recursos financieros.
Gerencia de Producción
Planeación de la producción.
Stock de acuerdo a ventas.
Mantenimiento preventivo y correctivo.
Gerencia de Tecnología
CONTROL DE CALIDAD
Mantener estándares preestablecidos.
Evaluación constante de materia prima, producto en proceso y producto
terminado.
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
Detectar necesidades y desarrollar soluciones.
Gerencia de Compras.
Guarda y almacenaje: Es el proceso de recepción, clasificación, inventario y
control de las materias primas.
Desarrollo de proveedores.
Proveer a las demás áreas de la empresa de los insumos que éstas
requieran.
Gerencia de Ventas.
Verificar el grado de satisfacción del cliente. Es el puente de comunicación
entre la empresa y el cliente, ayuda a conocer las necesidades del cliente y
69
aporta sugerencias para seguir siendo del agrado y preferencia del
consumidor.
Estrategias de ventas.
Distribución y comercialización del producto.
Marketing.
Se encuentra en constante comunicación con investigación y desarrollo.
3.8.2 Planillas Laborales.
La tabla 3.7 muestra la plantilla de administración en la que se indica el puesto; el
número de personas requeridas para el puesto; el sueldo mensual asignado; un factor
que se deriva del método de costeo para el cálculo de los costos y en el caso de mano
de obra, se agrega al menos 35% de prestaciones sociales al costo total anual
absorbiendo todas las que éstas implican. Bajo este contexto no es necesario
desglosar el importe especifico de cada una (Infonavit, IMSS, vacaciones, aguinaldo,
días festivos, etc.); el costo total mensual y el costo total anual dividido en dos: costo
fijo “Cf” (costo que permanece invariable ante los cambios en los niveles de actividad
de una empresa) y costo variable “Cv” (es aquel que se modifica de acuerdo a
variaciones en los niveles de actividad de una empresa o volumen de producción)
[37,38].
Tabla 3.7. Planilla de administración
Planilla de administración
Puesto No. De personas
Sueldo Mensual
Factor Total mensual
Total anual
Cf Cv
Director General
1 $55000.00 1.45 $79750.00 $957000.00
Recursos Humanos
1 $30000.00 1.4 $42000.00 $504000.00
Secretaria-recepcionista
1 $6000.00 1.4 $8400.00 $100800.00
Vigilante 1 $6000.00 1.35 $8100.00 $97200.00
Personal de Limpieza
2 $5000.00 1.35 $13500.00 $218700.00
Contador 1 $25000.00 1.35 $33750.00 $405000.00
$2282700.00 $0.00
Total: $2282700.00
70
La tabla 3.8muestra laplanilla del área de ventas y sigue el mismo modelo que la tabla
anterior.
Tabla 3.8. Planilla de Ventas
Planilla de Ventas
Puesto No. De personas
Sueldo Mensual
Factor Total mensual
Total anual
Cf Cv
Gerente de Compras
1 $30000.00 1.45 $43500.00 $522000.00
Gerente de Ventas
1 $30000.00 1.45 $43500.00 $522000.00
Personal de Distribución
4 $10000.00 1.35 $54000.00 $648000.00
Personal de Ventas
5 $20000.00 1.35 $135000.00 $1620000.00
Personal de Compras
2 $10000.00 1.35 $27000.00 $324000.00
$2988000.00 $648000.00
Total: $3636000.00
La tabla 3.9 describe la planilla de producción y sigue el modelo de las dos tablas
anteriores[37,38].
Tabla 3.9. Planilla de Producción
Planilla de Producción
Puesto No. De personas
Sueldo Mensual
Factor Total mensual
Total anual
Cf Cv
Gerente de Producción
1 $40000.00 1.45 $58000.00 $696000.00
Gerente de Tecnología
1 $30000.00 1.45 $43500.00 $522000.00
Personal de Tecnología
2 $15000.00 1.35 $40500.00 $486000.00
Supervisor de producción
2 $15000.00 1.35 $40500.00 $486000.00
Personal de Mantenimiento
2 $10000.00 1.35 $27000.00 $324000.00
Personal de Almacén
2 $8000.00 1.35 $21600.00 $259200.00
Obreros 10 $8000.00 1.35 $108000.00 $1296000.00 $1296000.00
$4069200.00 $1296000.00
Total: $5365200.00
71
Capítulo 4 ESTUDIO FINANCIERO
En este capítulo, el estudio financiero se describe como la última etapa del análisis de
la viabilidad de un proyecto. El objetivo de esta etapa es ordenar la información
monetaria que proporcionó el estudio técnico y evaluar la rentabilidad. También se
define el monto que debe invertirse en el capital de trabajo, entre otros elementos
financieros propios del estudio.
El estudio financiero se divide en reportes de uso común conocidos como resultados
financieros básicos y son: presupuestos o estado de costos de producción, ventas y
administración, estado de resultados y balance general. De ellos se derivan el monto
de inversión total, el financiamiento, la depreciación y se pueden hacer proyecciones
que se reflejan en el estado de resultados y balance general pro-forma o estado de
pérdidas y ganancias. Posteriormente se analizan los elementos anteriores para
determinar la rentabilidad del proyecto y conocer mediante las razones financieras el
estado de vida financiera de la empresa [37,38].
4.1 Presupuestos
A continuación se desglosan los costos de operación, que incluyen los presupuestos
de administración, ventas y producción [37,38].
En la tabla 4.1 se describe el presupuesto de administración, el cual incluye los costos
fijos y variables de la mano de obra y de los costos indirectos o servicios. Estimando
aproximadamente sietepersonas tendrían puestos administrativos.
Tabla 4.1. Presupuesto anual de administración.
PRESUPUESTO ANUAL
Descripción del concepto Costo fijo Costo variable
Plantilla laboral $2282700.00
Agua $60000.00
Luz $100000.00
Papelería $25000.00
Extras $100000.00
Teléfono $20000.00
Internet $20000.00
$2482700.00 $125000.00
COSTO TOTAL $2607700.00
72
En la tabla 4.2 se describe el presupuesto de ventas, el cual considera la mano de
obra, los costos de ventas y los costos de servicios. Estimando aproximadamente
trece personas tendrían puestos de ventas.
Tabla 4.2. Presupuesto anual de ventas
PRESUPUESTO ANUAL
Descripción del concepto Costo fijo Costo variable
Plantilla laboral $3636000.00
Agua $60000.00
Luz $100000.00
Publicidad $6000.00 $25000.00
Papelería $25000.00
Gasolina $650000.00
Teléfono $20000.00
Internet $20000.00
$3796000.00 $715000.00
COSTO TOTAL $4511000.00
En la tabla 4.3 se describe el presupuesto de producción anual, el cual detalla la mano
de obra, la materia prima y los costos de servicios, lo que suma el costo de
producción. Estimando aproximadamente veinte personas tendrían puestos de
producción.
Tabla 4.3. Presupuesto anual de producción.
PRESUPUESTO ANUAL
Descripción del concepto Costo fijo Costo variable
Plantilla laboral $5365200.00
Agua $1000000.00
Luz $3000000.00
Papelería $25000.00
Gas $1000000.00
Teléfono $20000.00
Internet $20000.00
Materia prima $55000000.00
Equipo de seguridad $500000.00
Mantenimiento preventivo $5000000.00
Mantenimiento correctivo $2000000.00
Productos de limpieza $10000.00
Refacciones $500000.00
GASOLINA Y EXTRAS $5000000.00
$10905200.00 $67535000.00
$78440200.00
73
4.2 Inversión total
La tabla 4.4 muestra detalladamente el monto de la inversión total que se debe gastar
para la puesta en marcha del proyecto. La tabla incluye los costos de mano de obra
directa e indirecta, el costo de la materia prima, el costo del terreno, el costo de la
inversión fija, el costo del equipo a utilizar, los costos de servicios y otros costos
anuales, incluyendo los gastos pre-operativos para conformarse como empresa [37-
40].
Tabla 4.4. Inversión total
Inversión fija: $1388038.22
Otros: $1030250.00
Costo del equipo: $433763.02
Costo del terreno: $5227000.00
Capital de trabajo
Inventarios
Materia Prima $3494250.00
En Proceso $0.00
Producto Terminado $0.00
Cuentas por cobrar $0.00
Caja y Bancos
Sueldos $11283900.00
Servicios $180540.00
Otros $40000.00
Total $14998690.00
Gastos preoperativos para conformarse como empresa
$50000.00
Inversión Total
$22693978.22
4.3 Estado de resultados
El estado de resultados (o estado de pérdidas y ganancias), mide los beneficios o las
pérdidas de las operaciones normales en un periodo de tiempo. Es decir, mide los
ingresos totales por la venta de productos o servicios y deduce el total de los gastos
relacionados con la obtención de los ingresos.
74
La tabla 4.5 muestra la información del estado de resultados esperado para el primer
año y, en general, se reportan las ventas. Luego se hace una deducción de todos los
costos y gastos relacionados con las operaciones de la empresa. Las deducciones
incluyen costos de producción, gastos de operación, que también incluyen gastos en
venta y administrativos, gastos financieros e impuestos. Al restar todos los gastos y
costos a los ingresos, se obtiene la utilidad neta [37,38].
Tabla 4.5. Estado de Resultados
Estado de Resultados Volumen vendido 24.00 unidades
Precio de venta $1912500.00
Ingresos $45900000.00
Costos de Producción $30169850.00
Costos de ventas $4542000.00
Gastos Administrativos $2607700.00
Utilidad de Operación $8580450.00
Gastos financieros $1180086.87
Utilidad antes de impuestos $7400363.13
ISR $2220108.94 30.00%
PTU $592029.05 8.00%
FEN $4588225.14
Pago del capital financiado $1400804.35
Utilidad o perdida $3187420.79
4.4 Financiamiento
El financiamiento está dado por 40% seráun préstamo bancario. De acuerdo a la
investigación realizada en diversas fuentes y el riesgo, debido a la magnitud del
proyecto, un banco requiere como aval un financiamiento propio de mínimo 60% de la
inversión total. La tasa de interés efectiva aumenta debido al riesgo que implica
invertir, ya que en proyectos de menor inversión, la tasa de interés fluctúa
aproximadamente en 15%. El pago del mismo se muestraen la tabla 4.6 y en la tabla
75
4.7 se muestra de manera desglosada lo que se tendría que pagar a capital y a interés
anualmente. [37,38].
Tabla 4.6. Financiamiento
Financiamiento Porcentaje de financiamiento 40.00%
Cantidad a financiar $9077591.29
Tiempo del Financiamiento 5
Tasa de interés efectiva 13.00%
Factor (A/P, i, n) 0.2843
Tabla 4.7.Pagos anuales desglosando pago a capital y pago a interés.
AÑO Interés a pagar en el
año
Pago a Capital Anualidad Total
0 - - - $9077591.29
1 118008.,8674 1400804.3544 2580891.2218 7676786.9336
2 997982.3014 1582908.9204 2580891.2218 6093878.0132
3 792204.1417 1788687.0801 2580891.2218 4305190.9331
4 559674.8213 2021216.4005 2580891.2218 2283974.5326
5 296916.6892 2283974.5326 2580891.2218 0.0000
4.5 Depreciación
La depreciación corresponde al reconocimiento de gastos originados en la
obsolescencia y/o deterioro de los bienes de activo fijo. La amortización o valor de
salvamento corresponde a la eliminación, con efecto en resultados, de cualquier monto
a través de un periodo de tiempo. Los cargos de depreciación y amortización se
determinan cuando se pagan impuestos, pues es una forma legal de recuperar la
inversión y de pagar menos impuestos.
La tabla 4.8 resume la investigación respecto a la depreciación. Conforme a la Ley del
Impuesto Sobre la Renta, deducción de maquinaria y equipo, artículo 41, sección XII,
para equipos de tecnología como los que contiene el proyecto, la depreciación
76
correspondiente es de 35.0%. El valor de salvamento no aplica en este caso, por lo
que se convierte en cero [37,38].
Tabla 4.8. Depreciación
Depreciación
Costo del equipo a depreciar $ 433763.02
Tiempo de vida del proyecto 5
Valor de salvamento $ -
DEPRECIACION POR LINEA RECTA $ 86752.60
4.6 Estado de Resultados Pro-forma
La finalidad del análisis del estado de resultados o de pérdidas y ganancias es calcular
la utilidad neta y los flujos netos de efectivo del proyecto, que son en forma general, el
beneficio real de la operación de la planta, y que se obtiene restando a los ingresos
todos los costos en que incurra la planta y los impuestos que deba pagar. Se le llama
pro-forma porque esto significa proyectado, lo que en realidad hace el evaluador:
proyectar los resultados económicos que supone tendrá la empresa.
La importancia de calcular el estado de resultados radica en la posibilidad de
determinar los flujos netos de efectivo, que son las cantidades que se usan en la
evaluación económica. Mientras mayores sean los flujos netos de efectivo (FNE),
mejor será la rentabilidad económica del proyecto.
En éste caso, el tiempo de vida del proyecto es de 5 años. La tabla 4.9 muestra el
estado de las pérdidas y/o ganancias en el período de tiempo establecido [37,38].
77
Tabla 4.9. Estado de Resultados Pro- Forma
Estado de Resultados Pro-Forma
Inflación estimada al año: 5,00% La inflación que se utilizará se obtendrá por una estimación de la inflación actual y de las condiciones económicas del país y se considerará constante para el estudio.
AÑO1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5
Capacidad Instalada (unidades) 360,00 360,00 360,00 360,00 360,00
Capacidad Utilizada (en porcentaje) 6,67% 6,67% 10,00% 10,00% 10,00%
Precio $1.912.500,00 $2.008.125,00 $2.108.531,25 $2.213.957,81 $2.324.655,70
Ingresos $45.902.295,00 $48.197.409,75 $113.854.994,75 $79.702.481,25 $83.687.605,31
Costos de Producción $30.169.850,00 $31.678.342,50 $49.890.894,89 $52.385.439,64 $55.004.711,62
Costos de ventas $4.542.000,00 $4.769.100,00 $5.007.555,00 $5.257.932,75 $5.520.829,39
Gastos Administrativos $2.607.700,00 $2.738.085,00 $2.874.989,25 $3.018.738,71 $3.169.675,65
Utilidad de Operación $8.582.745,00 $9.011.882,25 $56.081.555,61 $19.040.370,15 $19.992.388,66
Gastos financieros $1.180.086,87 $997.982,30 $792.204,14 $559.674,82 $296.916,69
Depreciación (-) $86.752,60 $86.752,60 $86.752,60 $86.752,60 $86.752,60
Utilidad antes de impuestos $7.315.905,53 $7.927.147,34 $55.202.598,86 $18.393.942,72 $19.608.719,36
ISR $2.194.771,66 $2.378.144,20 $16.560.779,66 $5.518.182,82 $5.882.615,81
PTU $585.272,44 $634.171,79 $4.416.207,91 $1.471.515,42 $1.568.697,55
FEN $4.535.861,43 $4.914.831,35 $34.225.611,29 $11.404.244,49 $12.157.406,01
Pago del capital financiado (-) $1.400.804,35 $1.582.908,92 $1.788.687,08 $2.021.216,40 $2.283.974,53
Depreciación (+) $86.752,60 $86.752,60 $86.752,60 $86.752,60 $86.752,60
Utilidad o perdida $3.221.809,68 $3.418.675,04 $32.523.676,82 $9.469.780,69 $9.960.184,08
4.7 Balance General
El balance general, de una forma simplificada, es como una fotografía que refleja la
situación financiera en un momento determinado. Es una forma de organizar y resumir
lo que posee una empresa (activos), lo que debe a los acreedores (pasivos) y lo que
debe a los accionistas que tienen su dinero invertido en la empresa (capital contable).
Los activos se dividen en activos circulantes y fijos. Los activos fijos pueden ser
tangibles, como un automóvil, terrenos, edificios, maquinaria, depreciación; o
intangibles, como una patente. Un activo circulante tiene la característica de que se
convierte en efectivo en el corto plazo. Por ejemplo, los inventarios se compran para
transformarlos o venderlos lo más pronto posible; otros ejemplos son bancos, clientes,
documentos por cobrar, IVA por acreditar.
Los pasivos se listan del lado derecho del balance y pueden clasificarse de acuerdo
con el vencimiento de las obligaciones por pagar. Los de corto plazo son aquellos que
tienen una vida menor a un año. Por ejemplo, las cuentas de teléfono y energía
eléctrica. Una deuda que tenga un vencimiento mayor a un año se clasifica en los
pasivos de largo plazo.
78
La diferencia entre los activos y los pasivos da como resultado el valor del capital
contable. Representa el patrimonio que tienen los accionistas. Las cuentas que se
clasifican en este apartado son: capital social, utilidades de ejercicios anteriores y
utilidad del ejercicio [37,38].
La tabla 4.10 describe el balance general del proyecto planteado.
Tabla 4.10. Balance General
ACTIVOS PASIVOS
ACTIVO CIRCULANTE PASIVO CIRCULANTE
CAJA Y BANCOS $12508715.20 ISR - MATERIA PRIMA $3494250.00 PTU -
CUENTAS POR COBRAR - CUENTAS POR PAGAR -
ACTIVO FIJO PASIVO FIJO
TERRENO $5227000.00 FINACIAMIENTO $9077591.29 MAQUINARIA Y EQUIPO $433763.02
EQUIPO DE TRANSPORTE $1030250.00
DEPRECIACION - CAPITAL
ACTIVO DIFERIDO CAPITAL SOCIAL $13616386.93
UTILIDADES DEL EJERCICIO -
PAGOS DE SERVICIOS ANTICIPADOS -
UTILIDADES DEL EJERCICIO ANTERIOR -
TOTAL $22693978.22 TOTAL$22693978.22
4.8 Balance General Pro-forma
El balance general pro-forma, al igual que el estado de resultados pro-forma, es un
estado contable que muestra cantidades tentativas y una propuesta o una situación
financiera futura posible. La tabla 4.11 muestra la situación financiera proyectada a 5
años, que es la vida del proyecto para este estudio [37,38].
79
Tabla 4.11. Balance General Pro- Forma
Balance General Pro-Forma
AÑO1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5
ACTIVOS
ACTIVO CIRCULANTE
CAJA Y BANCOS $13.538.965,20 $13.538.965,20 $13.538.965,20 $13.538.965,20 $13.538.965,20
DEPRECIACIÓN $86.752,60 $173.505,21 $260.257,81 $347.010,42 $433.763,02
UT. OP. EJ. ANT. $0,00 $3.221.809,68 $3.418.675,04 $32.523.676,82 $9.469.780,69
UT. OP. EJ $8.582.745,00 $9.011.882,25 $56.081.555,61 $19.040.370,15 $19.992.388,66
INVENTARIO DE MATERIA PRIMA $3.494.250,00 $3.494.250,00 $3.494.250,00 $3.494.250,00 $3.494.250,00
CUENTAS POR COBRAR $0,00 $0,00 $0,00 $0,00 $0,00
ACTIVO FIJO
TERRENO $5.227.000,00 $5.227.000,00 $5.227.000,00 $5.227.000,00 $5.227.000,00
MAQUINARIA Y EQUIPO $433.763,02 $347.010,42 $260.257,81 $173.505,21 $86.752,60
EQUIPO DE TRANSPORTE $0,00 $0,00 $0,00 $0,00 $0,00
DEPRECIACION -$86.752,60 -$86.752,60 -$86.752,60 -$86.752,60 -$86.752,60
ACTIVO DIFERIDO
PAGO DE SERVICIOS ANTICIPADOS $0,00 $0,00 $0,00 $0,00 $0,00
TOTAL $31,276,723.22 $ 34.927.670,15 $ 82.194.208,86 $ 74.258.025,19 $52.156.147,57
PASIVOS
PASIVO CIRCULANTE
ISR $2.194.771,66 $2.378.144,20 $16.560.779,66 $5.518.182,82 $5.882.615,81
PTU $585.272,44 $634.171,79 $4.416.207,91 $1.471.515,42 $1.568.697,55
CUENTAS POR PAGAR $2.580.891,22 $2.580.891,22 $2.580.891,22 $2.580.891,22 $2.580.891,22
PASIVO FIJO
CUENTAS POR PAGAR $7.676.786,93 $6.093.878,01 $4.305.190,93 $2.283.974,53 $0,00
CAPITAL
CAPITAL SOCIAL $15.017.191,29 $16.600.100,21 $18.388.787,29 $20.410.003,69 $22.693.978,22
UTILIDADES DEL EJERCICIO $3.221.809,68 $3.418.675,04 $32.523.676,82 $9.469.780,69 $9.960.184,08
UTILIDADES DEL EJERCICIO ANTERIOR $0,00 $3.221.809,68 $3.418.675,04 $32.523.676,82 $9.469.780,69
TOTAL $31,276,723.22 $ 34.927.670,15 $ 82.194.208,86 $ 74.258.025,19 $52.156.147,57
4.9 Métodos de Evaluación Complejos
La evaluación de proyectos mediante modelos matemáticos financieros es una
herramienta de gran utilidad para la toma de decisiones, ya que un análisis que se
anticipe al futuro puede evitar posibles desviaciones y problemas en el largo plazo.
El método que usado en éste estudio para el proyecto planteado, es el que toma en
cuenta el valor del dinero a través del tiempo. Se describen dos métodos, el valor
80
presente neto (VPN) y la tasa interna de retorno (TIR) y aunque son dos métodos
diferentes y que se expresan de manera distinta, uno depende del otro. El tercer
método descrito (periodo de recuperación de la inversión) es un indicador importante
para saber cuándo los inversionistas recuperarán su inversión.
El método del valor presente neto (VPN) permite determinar si una inversión cumple
con el objetivo básico financiero: maximizar la inversión. El valor presente neto
dependerá de la inversión inicial, las inversiones durante la operación, los flujos netos
de efectivo, la tasa mínima atractiva de rendimiento y el tiempo de duración del
proyecto. Un valor presente neto(VPN) positivo significa que la empresa incrementará
su riqueza en el valor que arroje el VPN. Si el VPN es negativo, la riqueza de la
empresa disminuye en el monto arrojado.
La tasa mínima atractiva de rendimiento (TMAR) o tasa de descuento, se aplica para
llevar a valor presente los flujos de efectivo netos y el valor de salvamento. Al
aumentar la tasa mínima atractiva de rendimiento del proyecto, el valor presente neto
disminuye, por lo que se tiene que encontrar un equilibrio. El valor de la tasa mínima
atractiva de rendimiento está basado en el riesgo que corre la empresa en forma
cotidiana en sus actividades, es decir, es el valor que se le da al inversionista para que
haga crecer su inversión por encima de la inflación y por encima de los CETES ( en el
caso de México). Se propone una tasa mínima atractiva de rendimiento del 15.00%.
La tabla 4.12 muestra la tasa mínima atractiva de rendimiento, mostrando un valor
presente neto positivo, lo que significa que existirá una ganancia importante en el
proyecto. Se siguió el modelo matemático representado en la ecuación (4.1) [37,38].
∑
( )
( ) (4.1)
Tabla 4.12. Tasa mínima atractiva de rendimiento (TMAR)
TMAR del proyecto 15.00%
Periodo de vida del proyecto 5
Inversión para VPN $13.616.386,93
VPN $ 23.521.391,28
81
Por otro lado la tasa interna de retorno (TIR) es la tasa que iguala el valor presente
neto a cero. También es conocida como la tasa de rentabilidad de un proyecto,
producto de la reinversión de los flujos netos de efectivo dentro de la operación propia
del negocio y se expresa en porcentaje.
La evaluación de un proyecto de inversión se hace con base a la tasa interna de
retorno tomando como referencia la tasa mínima atractiva de rendimiento. Si la tasa
interna de retorno es mayor que la tasa mínima atractiva de rendimiento, el proyecto
se debe aceptar pues estima un rendimiento mayor al mínimo requerido, siempre y
cuando se reinviertan los flujos netos de efectivo.
Para el cálculo de la tasa interna de retorno se utiliza el método de prueba y error, el
cual consiste en elegir una tasa porcentual que proporcione un valor negativo y otra
tasa porcentual con un valor positivo de los flujos netos de efectivo. La tabla 31
muestra una TIR=19.05 % que es significativamente mayor que la TMAR=15.00% , por
lo que el proyecto tiene posibilidad de aceptación. La ecuación 4.2 siguió como modelo
matemático en el cálculo y los resultados se muestran en la tabla 4.13 [37,38].
∑
( )
( ) (4.2)
Tabla 4.13. Tasa interna de retorno (TIR)
Tasa que proporciona signo negativo (ver tabla #)
61.00%
TIR -$172910.48
Tasa que proporciona signo positivo (ver tabla #)
60.00%
TIR $67865.87
TIR = 60.28%
El periodo de recuperación de la inversión es un indicador que mide la liquidez del
proyecto y el riesgo relativo, pues permite anticipar eventos en el corto plazo. Al igual
82
que el valor presente neto y la tasa interna de retorno, optimiza el proceso en la toma
de decisiones.
Consiste en medir el plazo de tiempo que se requiere para que los flujos netos de
efectivo de una inversión recuperen su costo o inversión inicial. En la tabla 4.14 y 4.15
se muestran el periodo de recuperación de la inversión, el cual es de cinco
años.[37,38].
Tabla 4.14. Periodo de recuperación de inversión (PRIV)
Año Flujo Factor Flujo FEN descontado
Neto (P/F,i,n) Descontado acumulado
0 -$ 13616386.93 - - -$ 13616386.93
1 $ 3221809.68 0.8696 $ 2801573.63 -$ 10814813.30
2 $ 3418675.04 0.7561 $ 2585009.48 -$ 8229803.82
3 $ 32523676.82 0.6575 $ 21384845.45 $ 13155041.63
4 $ 9469780.69 0.5718 $ 5414377.85 $ 18569419.47
5 $ 9960184.08 0.4972 $ 4951971.80 $ 23521391.28
Tabla 4.15. Recuperación de inversión (PRIV)
Año del cambio de signo: 3
Flujo de efectivo acumulado descontado del año previo al cambio de signo (FAD)
$7939182.34
Flujo de efectivo descontado después del cambio de signo (FD)
$23781032.18
PRIV = 2.33 años
4.10 Razones Financieras
Las razones financieras son métodos que no toman en cuenta el valor del dinero a
través del tiempo. Éstas resultan en establecer una relación numérica entre dos
cantidades diferentes relacionadas a los estados financieros de la empresa. El análisis
por razones permite observar puntos débiles o fuertes de una empresa, indicando
probabilidades y tendencias, pudiendo determinar qué cuentas de los estados
financieros requieren de mayor atención en el análisis. Por sí mismas, las razones
financieras no tienen mucho significado, por lo que deben compararse con algo para
poder determinar si indican situaciones favorables o desfavorables.
83
Al ser un proyecto sólo podrán mostrarse las razones financieras para el pronóstico del
primer año y no servirán de mucho en la toma de decisiones, sólo mostrará la
situación esperada de la puesta en marcha del proyecto [37,38].
Razones de liquidez
La liquidez de una organización se juzga por la capacidad para saldar las obligaciones
a corto plazo que se han adquirido a medida que éstas se vencen. Se refieren no
solamente a las finanzas totales de la empresa, sino a su habilidad para convertir en
efectivo determinados activos y pasivos corrientes.
Razón circulante. Representa las veces que el activo circulante podría cubrir al pasivo
circulante. Para el proyecto, la empresa dispondrá de $11.02 en activos circulantes por
cada peso de pasivo circulante.
Prueba del ácido. Es similar a la razón circulante, excepto porque excluye el
inventario, el cual es generalmente el menos líquido de los activos circulantes, debido
a que muchos tipos de inventarios no se venden con facilidad y el inventario se vende
normalmente a crédito, lo que significa que se vuelve una cuenta por cobrar antes de
convertirse en dinero. Representa las veces que el activo circulante más líquido cubre
al pasivo a corto plazo. Para el proyecto, la empresa cuenta con $10.56 en activos
disponibles rápidamente por cada peso de pasivo circulante [37,38].
Razones de rentabilidad
Relaciona los rendimientos de la empresa con sus ventas, activos o capital contable.
Miden el éxito de la empresa en un período determinado desde el punto de vista
financiero.
Margen de utilidad neta. Mide el porcentaje de cada peso que queda después de que
la empresa pagó sus productos. Representa la eficacia de la empresa para generar
utilidades de las ventas que realiza. Para el caso del proyecto, la empresa gana 32.0%
sobre sus ventas.
84
Razones de deuda
Razón de endeudamiento. Mide la proporción de los activos totales financiados por los
acreedores de la empresa; cuanta más alta sea ésta razón, mayor será la cantidad de
dinero prestado por terceras personas que se utiliza para tratar de generar utilidades.
Representa el porcentaje de la inversión total en activos que ha sido financiada por los
acreedores. Para el proyecto, el activo total está financiado un 42.0% con recursos
externos [37,38].
Razón de apalancamiento o estabilidad. Mide la relación entre el pasivo total y el
capital contable. Si es mayor a 1 indica que la empresa se encuentra apalancada en
más del 50%. Para el caso del proyecto, por cada peso que el inversionista ha
invertido en el proyecto, los acreedores han invertido $0.71.
La tabla 4.16 resume lo que se ha explicado con anterioridad
Tabla 4.16. Razones financieras
RAZONES FINANCIERAS AÑO
1 AÑO
2 AÑO
3 AÑO
4 AÑO
5
CIRCULANTE ACTIVO CIRCULANTE . PASIVO CIRCULANTE .
4.79 5.26 3.26 7.20 4.68
ACIDO ACTIVO CIRCULANTE- INVENTARIOS . PASIVO
CIRCULANTE . 4.14 4.64 3.11 6.84 4.33
ENDEUDAMIENTO PASIVO TOTAL . ACTIVO TOTAL .
0.42 0.33 0.34 0.16 0.19
MARGEN NETO DE VENTAS UTILIDAD NETA . VENTAS .
0.07 0.07 0.29 0.12 0.12
APALANCAMIENTO PASIVO TOTAL . CAPITAL CONTABLE .
0.71 0.50 0.51 0.19 0.24
85
4.11 Punto de Equilibrio
El punto de equilibrio es una herramienta financiera que permite determinar el
momento en el cual las ventas cubrirán exactamente los costos, expresándose en
valores, porcentajes y/o unidades. Además muestra la magnitud de las utilidades o
perdidas de la empresa cuando las ventas exceden o caen por debajo de este punto,
de tal forma que éste viene a ser un punto de referencia a partir del cual un incremento
en los volúmenes de venta generarán utilidades, pero también un decremento
ocasiona pérdidas [37,38].
Para la determinación del punto de equilibrio se debe conocer en primer lugar los
costos fijos y variables de la empresa, entendiendo por costos variables aquellos que
cambian en proporción directa con los volúmenes de producción y ventas. Por
ejemplo, materia prima, mano de obra a destajo, comisiones. Por costos fijos, aquellos
que no cambian en proporción directa con las ventas y cuyo importe y recurrencia es
prácticamente constante, como el terreno, los salarios, las depreciaciones. Además se
debe conocer el precio de venta del producto, así como el número de unidades
producidas.
Al obtener el punto de equilibrio en valor, se considera la ecuación 4.3:
(4.3)
La tabla 4.17 muestra los datos para los cinco primeros años de vida del proyecto pero
la gráfica del punto de equilibrio se construirá solo con los datos del primer año en la
figura 4.1 se observa la intersección de los costos variables y los ingresos, dando
como resultado el punto de equilibrio proyectado [37,38].
86
Tabla 4.17. Punto de equilibrio
AÑO1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5
VENTAS TOTALES = VOLUMEN PRODUCIDO 24,0012 24,0012 36 36 36
PRECIO DE VENTA $1.912.500,00 $2.008.125,00 $2.108.531,25 $2.213.957,81 $2.324.655,70
COSTOS FIJOS $14.545.900,00 $15.273.195,00 $16.036.854,75 $16.838.697,49 $17.680.632,36
COSTOS VARIABLES $22.773.650,00 $23.912.332,50 $25.107.949,13 $26.363.346,58 $27.681.513,91
(VOLUMEN DE EQUILIBRIO) Qeq 15,09 15,09 11,36 11,36 11,36
(INGRESO EN EL EQUILIBRIO) Ieq $28,868,539.11 $30,311,966.07 $23,963,214.31 $25,161,375.02 $26,419,443.77
Figura4.1. Punto de equilibrio
0
10000000
20000000
30000000
40000000
50000000
60000000
70000000
80000000
90000000
0 10 20 30 40 50
Ingr
eso
s e
n $
Volumen en unidades
Punto de equilibrio para año1
Costos Fijos
Costos Variables
Ingresos
Punto de Equilibrio
87
CONCLUSIÓN
Mediante el estudio de factibilidad para la producción y comercialización de celdas de
combustible base hidrógeno, que se realiza en la presente tesis se puede estimar que
la empresa que produzca y comercialice este producto tendrá muy buenas
posibilidades de penetrar en el mercado objetivo y satisfacer las necesidades de los
consumidores.
La celda de combustible al ser un producto innovador y ecológico tiene grandes
posibilidades de entrar en el mercado, el único inconveniente al que se enfrenta es a la
falta de divulgación de sus características, al principio puede parecer un producto caro
sin embargo sus ventajas técnicas así como el hecho de poder obtener bonos de
carbono para la empresa que la utilicen, la convierten en un producto muy atractivo. A
pesar de que la tecnología de celdas de combustible continúa en desarrollo, la que se
tiene en la actualidad así como su adaptabilidad para los diferentes usos da resultados
sumamente eficientes.
Para tener una mejor idea de la magnitud y rentabilidad del proyecto podemos ver
como resultado de los estudios realizados se obtuvo que la inversión inicial necesaria
para el proyecto es de $22,693,978.22 M.N., lo que incluye: Compra e instalación de
maquinaria y equipo, compra del terreno además del capital de trabajo. El proyecto
evaluado a 5 años con una tasa de interés del 13%, presenta una tasa interna de
retorno del 60.28%, un periodo de recuperación de la inversión de 2.33 años y un
valor presente neto de $ 23.521.391,28M.N.
Además se calculó un volumen de equilibrio de 15.09 unidades para el primer año, con
lo cual se cubren los costos fijos y variables del proyecto, así que se logra llegar al
punto de equilibrio, lo que significa que una producción mayor a la indicada son
ganancias, ya que se tiene estimado un volumen de ventas de 24 unidades, por lo que
se puede decir que habrá utilidades a un corto plazo.
88
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2897.
92
INDICE DE FIGURASY TABLAS
CAPITULO 1
Figura 1.1. Etapas de cambio de la energía química a energía eléctrica.
10
Figura 1.2. Diagrama de una pila de combustible o fuel cell.
11
Figura 1.3. Estructura química del Nafion®.
11
Figura 1.4. Circuito eléctrico correspondiente a una celda electroquímica.
12
Figura 1.5. Corriente anódica y catódica de la característica (i) versus (E).
13
Figura 1.6. Diagrama de Flujo para la preparación de los electrocatalizadores mono (Pt/C) y bi-metálicos (Pt-Cu/C, Pt-Sn/C).
16
Figura 1.7. Celda de combustible de Ácido Fosfórico.
17
Figura 1.8. Celda de Combustible de Polímero Sólido.
18
Figura 1.9. Diagrama de Celda de combustible de Carbonato Fundido.
19
Figura 1.10. Diagrama de celda de combustible de Óxido Sólido.
20
Figura 1.11. Diagrama de Celda de combustible Alcalina.
21
Figura 1.12. Diagrama de Celda de combustible de Metanol Directo.
21
Figura 1.13.Aplicacionesdelasdistintaspilasdecombustible
22
93
CAPITULO 2
Tabla 2.1 Indicadores económicos y energéticos.
26
Tabla 2.2. Producción de energía primaria.
27
Tabla 2.3. Importación de energía.
27
Tabla 2.4. Exportación de energía.
28
Tabla 2.5. Oferta interna bruta total por energético.
29
Tabla 2.6. Precios de energía eléctrica en el centro del país.
30
CAPITULO 2
Figura 2.1. Logotipo de la empresa.
23
Figura 2.2. Matriz FODA
25
Figura 2.3 Balance Nacional de energía 2009: Indicadores económicos y energéticos.
26
Figura 2.4 Oferta interna bruta total por energético.
29
Figura 2.5 Cantidad de emisiones de contaminantes.
31
Figura 2.6 Cantidad de emisiones de contaminantes en el Valle de México.
31
Figura 2.7 Mapa proporcional de emisiones de CO2.
32
Figura 2.8 Relación de variaciones de concentración de CO2 y Temperatura.
33
Figura 2.9 Densidad poblacional de México. .
35
Figura 2.10 Niveles socioeconómicos 35
94
del el Distrito Federal
Figura 2.11 Niveles socioeconómicos del el Estado de México.
36
Figura 2.12 a 2.19 Encuesta
38
CAPITULO 3
Tabla 3.1. Propiedades termodinámicas para la formación de agua.
48
Tabla 3.2. Tarifa de consumo de agua.
60
Tabla 3.3. Tarifa de consumo de energía eléctrica.
61
Tabla 3.4. Costo de equipos
61
Tabla 3.5. Costo de materiales.
62
Tabla 3.6. Inversión fija.
63
Tabla 3.7. Planilla de Administración
66
Tabla 3.8. Planilla de Ventas
67
Tabla 3.9. Planilla de Producción.
67
CAPITULO 3
Figura 3.1. Partes de una celda de combustible.
46
Figura 3.2. Dimensiones de la celda de combustible sobre la que se van a hacer mediciones.
46
Figura 3.3. Balance termodinámico de una celda de combustible.
47
95
Figura 3.4 .Membrana polimérica antes de ser recortada.
52
Figura 3.5. A): Placas de carbón perforadas con un diseño de barras. B): Pila de combustible antes de ser ensamblada
53
Figura 3.6. Pila de combustible funcionando
53
Figura 3.7. Diagramas I-E-P de desempeño de las celdas de combustible.
54
Figura 3.8. Efecto de cargas catalíticas y de temperatura en una celda PEM.
55
Figura 3.9. Fresadora CNC
56
Figura 3.10. Sierra continua.
56
Figura 3.11 A) Fotografía del parque industrial y B) ubicación en mapa respectivamente.
58
Figura 3.12. Diagrama de distribución de planta
59
Figura 3.13. Organigrama
64
CAPITULO 4
Tabla 4.1. Presupuesto anual de administración.
68
Tabla 4.2. Presupuesto anual de ventas
69
Tabla 4.3. Presupuesto anual de producción.
69
Tabla 4.4. Inversión total 70
96
Tabla 4.5. Estado de Resultados
71
Tabla 4.6. Financiamiento
72
Tabla 4.7. Pagosanualesdesglosandopago a capital y pagoainteres.
72
Tabla 4.8. Depreciación
73
Tabla 4.9. Estado de Resultados Pro- Forma
74
Tabla 4.10. Balance General
75
Tabla 4.11. Balance General Pro- Forma
76
Tabla 4.12. Tasa mínima atractiva de rendimiento (TMAR)
77
Tabla 4.13. Tasa interna de retorno (TIR)
78
Tabla 4.14. Periodo de recuperación de inversión (PRIV)
79
Tabla 4.15. Recuperación de inversión (PRIV)
79
Tabla 4.16. Razones financieras
81
Tabla 4.17. Punto de equilibrio
83
Figura 4.1 Punto de equilibrio. 83
