PFC Diseño Invernadero Fotovoltaico
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UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
ESCUELA DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y CIVILES
PROYECTO FIN DE CARRERA
DISEÑO DE INVERNADERO PARA PRODUCCIÓN HORTOFRUTÍCOLA DE 1HA
CON INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
Autor:Ignacio Gil de Sagredo Bolaños
Tutor:Javier Cruz Norro
EIIC – JULIO 2010
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1.- Sector primario en Canarias
2.- Situación energética
3.- Objeto del proyecto
4.- Invernadero
5.- Instalación fotovoltaica
6.- Presupuesto
7.- Estudio económico
INDICE DE CONTENIDOS
EIIC – JULIO 2010
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• Primera región española que inicia la exportación de tomate al mercado europeo
• 125 años de historia
• Desde el 2000 disminución en nº de productores, producción y superficie cultivada
• Disminución en otros cultivos exportadores
• Aumento en producción para la venta local
SECTOR PRIMARIO EN CANARIAS
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 20060
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
GC TNF FV Stotalha
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 20070
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0
50
100
150
200
250
300
350
400Superficie Producciónha t
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• Menos superficie cultivada
• Plagas y nuevas enfermedades
• Fenómenos atmosféricos adversos
• Movimiento de la mano de obra a sectores más productivos
SECTOR PRIMARIO EN CANARIAS
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 20070
20
40
60
80
100
120
t/ ha
RENDIMIENTO POR HECTÁREA
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1998/99 El tomate canario suponía
casi el 50% de las exportaciones nacionales
Marruecos exportaba la mitad que Canarias
2004/2005Marruecos supera a
Canarias
2006/2007 Las expediciones desde
Canarias significaron sólo un 30% del total
SECTOR PRIMARIO EN CANARIAS
1998/99 1999/00 2000/01 2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 2005/06 2006/070
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
CanariasMarruecosEspaña peninsular
1992/93
1993/94
1994/95
1995/96
1996/97
1997/98
1998/99
1999/00
2000/01
2001/02
2002/03
2003/04
2004/05
2005/06
2006/07
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
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SECTOR PRIMARIO EN CANARIAS
• Insularidad
• Lejanía de los centros de producción y consumo
• Fenómenos climatológicos adversos
• Reducido tamaño y fragmentación territorial
• Escasez de recursos
• Elevada densidad de población
• Envejecimiento de la población rural
• Baja modernización de los métodos de cultivo
• Competencia por el territorio
• Éxodo de poblaciones rurales
• Incremento de costes de transporte
• Pérdida de competitividad
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SECTOR PRIMARIO EN CANARIAS
-15.200,29 € 7.778,87 €
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SITUACIÓN ENERGÉTICA
Nuestro modo de vida implica un incremento
constante en el consumo energético. Las fuentes
principales siguen siendo los combustibles fósiles,
y sus consecuencias son sufridas y aceptadas a
nivel mundial.
Plan Europa 20-20-20PECAN 2015Mancomunidad del sureste
EIIC – JULIO 2010
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SITUACIÓN ENERGÉTICA
La energía solar es la más abundante.
Responsable de la eólica y de la biomasa.
Sistemas fáciles de instalar y manejar.
Generación en el punto de consumo.
Difícilmente predecible.
Algunas horas al día.
Canarias, sistemas aislados.
EIIC – JULIO 2010
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SITUACIÓN ENERGÉTICA
2007
Europa 3754 GWh
Alemania 3075 GWh
España 501 GWh
La superficie de España es un 30% superior a la de
Alemania y la irradiación global anual casi del doble.
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SITUACIÓN ENERGÉTICA
España, y en especial Canarias, presentan unas condiciones excepcionales para la energía solar fotovoltaica.
El sector creció exponencialmente hace 3 años,
cambios normativos y la saturación de las
líneas en el archipiélago amenazan con
bloquear nuevamente una tecnología en
avance.
Canarias , 90 MW
El PECAN planea 160 MW en 2015
EIIC – JULIO 2010
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OBJETO DEL PROYECTO
El presento documento se marca como objetivo el diseño de una tipología de invernadero capaz de disponer en su cubierta de una instalación generadora fotovoltaica. Se busca la solución evitando que la instalación de paneles en la cubierta suponga un grave descenso del rendimiento de una supuesta explotación agrícola en su interior.
GENERACIÓN DE ENERGÍA
NUEVOS INGRESOS A LOS PRODUCTORES
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INVERNADERO
Gran Canaria Santa Lucía de Tirajana Casa Santa
Polígono 2 Parcela 101 Subparcela p
La superficie ocupada es de 10174 m2
27° 49’ N 15°26’ O
Cota 60 m
Orientación Sur -5° O
Parcela muy llana
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INVERNADERO
Sistema estructural
Instalación de Baja Tensión y Alumbrado
Sistema de cultivo hidropónico NGS®
Instalación generadora fotovoltaica
Superficie 10140 m2
13 naves de 78 m
α= 30°
luz = 10 m
h = 6,9 m
UNE 13031 Invernaderos comerciales
Eurocódigos
Código Técnico de la Edificación
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INVERNADERO
• Cimentación aislada
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INVERNADERO
• Cimentación aislada
• Perfiles cuadrados huecos de acero
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INVERNADERO
• Cimentación aislada
• Perfiles cuadrados huecos de acero
• Cercha tipo “belga” 30°
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INVERNADERO
• Cimentación aislada
• Perfiles cuadrados huecos de acero
• Cercha tipo “belga” 30°
• Cerramiento de Policarbonato celular
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INVERNADERO
1-2, 13-14, 10-15 y 8-9 150x150x5,0 mm
2-6, 6-8, 2-8, 3-13 y 7-10 120x120x3,2 mm
13-6 y 10-6 70x70x3,2 mm
4-12 y 5-11 80x80x3,2 mm
4-5 30x30x3,2 mm
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INVERNADERO
New Growing System, ofrece un sistema
de cultivo hidropónico con recirculación
completo.
•Elementos del soporte del cultivo.
•Sistema de riego.
•Sistema de drenaje.
•Tanque de drenaje o recirculación.
Reducción en el uso de pesticidas
Ahorro en agua de riego y fertilizantes
Reutilización de la multi-banda
No requiere desinfección
Sin sustrato
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INVERNADERO
Multibanda para la recirculación Soporte de cultivo
EIIC – JULIO 2010
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INVERNADERO
Luminaria PANTALLA ESTANCA TL 2x58W
Se dota al recinto de un alumbrado básico.
En los consumos se tienen en cuenta los motores para la
ventilación y las bombas del sistema de cultivo
Motor1 (365W, rend.0,85, rel.arr.1,00, f.p.0,90)
Motor 2 (17318W, rend.0,85, rel.arr.1,00, f.p.0,90)
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
Instalación de 100 kW de potencia en cubierta.
Módulos semitransparentes.
Toda la producción inyectada en la red en BT trifásica.
Mínimo sombreo a la producción.
Datos de irradiación global horizontal por el ITC.
Sombreo máximo del 20 %.
Necesidades lumínicas y energéticas del cultivo.
EIIC – JULIO 2010
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
Estimación de paneles en función de la transparencia necesaria
VIDURSOLAR VS41 C60
P200ZYTECH ZT
60 DS monoSILIKEN
GT40P6LSUNTECH
160WEnsta Solar
ES156-T
S cubierta SUR 7610,63125 7610,63125 7610,63125 7610,63125 7610,631248
Transp. PC 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
Transp. Global. Cub. SUR 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
Transp. PV 0,41 0,60 0,40 0,50 0,13
S panel 2,65512 0,978 1,607856 1,940352 2,221824P panel 200 60 150 130 255
Peso 75 20,5 17 27 60
% S PC 0,79591837 0,66666667 0,8 0,75 0,87012987
% S PV 0,20408163 0,33333333 0,2 0,25 0,12987013
S PV 1553,19005 2536,87708 1522,12625 1902,65781 988,3936686nº paneles 584 2593 946 980 444
P total 116800 155580 141900 127400 113220Peso paneles 43800 53156,5 16082 26460 26640
Transparencia global en la cubierta Sur al 80%
Los módulos Siliken GT40P6L, con el menor
peso, nos ofrecen la segunda mayor potencia.
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
SILIKEN GT40P6L
S cubierta SUR (m2) 7.610,63
nº paneles 702,00
S panel (m2) 1,61
S celulas/panel 0,97
P panel (W) 155,00
Peso (kg) 17,00
Transp. PV 1,00
Transp. PC 0,90
P total 108.810,00
Peso paneles 11.934,00
S PV (m2) 683,35
S PC (m2) 6.927,28
%S PV 8,98% S PC 91,02
Transp. Global. Cub. SUR 0,82
Limitamos la instalación a 100 kW
Distribución en 26 strings de 27 módulos cada una
Disposición de módulos con separación de 0,43 m
EIIC – JULIO 2010
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
SILIKEN GT40P6LDatos mecánicos Dimensiones (LxAxF) 1634 x 984 x 4,5 mmEspesor (incluida caja de conexiones) 32,5 mmPeso 17 kg
Cables de salidaLongitudes de cable simétricas de 1m, Ø4 mm2, doble capa aislante, libre de halogenuros, resistene a la radiación UV
caja de conexiones IP-65 don diodos bypass de protección
Anclaje o instalaciónSe instalará en perfilería adecuada, fijación por los 4 cantos o los 2 cantos largos
Vidrio delanteroVidrio templado de 3.2 mm con bajo contenido de hierro con elevada capacidad de transmisión
Folio trasero Folio trasero transparenteCélulas solares 40 células policristalinas 156 x 156 mm
EIIC – JULIO 2010
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
SILIKEN GT40P6LDatos eléctricos Potencia máxima a STC (+3/0 %) Pmp (Wp) 155Eficiencia a STC η (%) 10,32Factor de llenado FF 0,749
Voltaje a potencia máxima Vmp (V) 19,6
Corriente a potencia máxima Imp (A) 7,9Voltaje de circuito abierto Voc (V) 24,6
Corriente de cortocircuito Isc (A) 8,4
Voltaje máxima UL / IEC Vmax (V) 600/1000Coeficiente temperatura de Pmp TkPmp (%/°C) -0,43Coeficiente temperatura de Voc TkVoc (%/°C) -0,356Coeficiente temperatura de Isc TkIsc (%/°C) 0,062Temperatura de célula normal de operación NOCT (°C) 49±2
EIIC – JULIO 2010
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
DatosPotencia DC max 130 kWRango de tensiones MPP 430…800 VccTensión de entrada máxima 900 VccGenerador solar, rango de tensiones STC 540…635 VccCorriente de entrada 0…225 AccSeparación de corrientes < 4 % peak-peakPotencia nominal de salida 100 kWPotencia máxima de salida 100 kWTensión máxima de salida 3*400 + 10 %/-15% VcaCorriente de salida 0…153 AcaFactor de potencia >0,98Frecuencia nominal de red 7 gama de ajustes 50 Hz / 45..52 HzFactor de vibración <3%Consumo nocturno 2…7 WRendimiento máximo 96%Rendimiento europeo 94,80%Temperatura ambiente -20..40 °CTipo de protección IP20Forma de conexión PWM /IGBT) con transformadorHumedad del aire 0..98 % no hay condensaciónSegún la CEE EN 61000-6-2, EN 61000-6-4. EN 50178Símbolo de verificación Tyo Bauart geprüft TÜV RheinlandIndicación Display LC de 2 lineas con iluminación de fondoComunicación de datos Interfaz RS232 / RS485 integradaDimensiones 120 x 80 x 130 x cmPeso 935 kg
SOLARMAX 100C
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
MAX CONNECT 16 PLUS Caja de conexiones SolarMax 16 Plus
• 16 ramales como máximo
• Imax ramal = 10 A
• Imax coletiva = 160 A
• Incluye protecciones en CC
• Funciones de supervisión
EIIC – JULIO 2010
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
Módulo - Caja de conexiones [Cond. Unipolares en CC]L (m) P (W) V (V) I (A) I·1,25 (A)S (mm2) Icc (A) Icc·1,25 (A) Imax (A) ε (%) Imax cc (A)
150,00 4185,00 529,20 7,91 9,89 10,00 8,40 10,50 48,00 0,81 820,00
Caja de conexiones - Inversor [Cond. Unipolares CC]L (m) P (W) V (V) I (A) I·1,25 (A)S (mm2) Icc (A) Icc·1,25 (A) Imax (A) ε (%) Imax cc (A)70,00 54405,00 529,20 102,81 128,51 95,00 109,20 136,50 325,00 0,52 7790,00
Inversor - Pto enganche [Cond. Tripolar CA]L (m) P (W) V (V) I (A) I·1,25 (A)S (mm2) Icc (A) Icc·1,25 (A) Imax (A) ε (%) Imax cc (A)10,00 100000,00 400,00 153,00 191,25 95,00 19245,01 24056,26 310,00 0,12 23370,00
CONDUCTORES
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INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA
E = 178,13 MWh/año
Pozo IzquierdoIG mensual (kWh/m2) a
30°
Enero 136,4204Febrero 143,681Marzo 196,0347Abril 184,6908Mayo 203,2372Junio 209,1144Julio 221,8304
Agosto 220,2057Septiembre 199,9932
Octubre 176,736Noviembre 139,3698Diciembre 127,8382
Anual (kWh/m2) 2159,1518
Pérdidas energéticas (%)
Temperatura 6Suciedad, dispersión 5
Cableado 1,5Inversor 5TOTALES 17,5
HSP 2159,1518Pp 100000k 0,825
E = HSP·Pp·k
k = 1 - pérdidas
HSP = IG anual / 1000
EIIC – JULIO 2010
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PRESUPUESTO
Acondicionamiento del terreno
Nivelación del terreno
Cimentación
Estructura metálica
Cerramiento
Seguridad y Salud
Instalación de BT e Iluminación
Instalación FV
Sistema de cultivo
Caseta inversor
Gastos generales
Beneficio industrial
IGIC
Resumen del presupuesto
Código Nat Ud Resumen Parcial CanPres PrPres ImpPres
1 Capítulo Acondicionamiento del terreno 1 34.966,96 34.966,96
2 Capítulo Nivelación del terreno 1 58.697,64 58.697,64
3 Capítulo Cimentación 1 170.045,02 170.045,02
4 Capítulo Estructura metálica 1 193.120,65 193.120,65
5. Capítulo Cerramiento 1 88.400,00 88.400,00
6 Capítulo Seguridad y Salud 1 1.460,20 1.460,20
7 Capítulo Instalación de BT e Iluminación 1 31.862,68 31.862,68
8 Capítulo Instalación FV 1 294.244,12 294.244,12
9 Capítulo Sistema de cultivo 1 49.500,00 49.500,00
10 Capítulo Caseta inversor 1 2.475,83 2.475,83
Presupuesto de ejecución material 924.773,10 924.773,10
Gastos generales 10% 92.477,31 1.017.250,41
Beneficio industrial 6% 55.486,39 1.072.736,80
IGIC 5% 46.238,66 1.118.975,45
Presupuesto de ejecución por contrata 1.118.975,45
EIIC – JULIO 2010
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ESTUDIO ECONÓMICO
Inversión total 1.118.975,45
Energía anual de la planta (kWh/año) ≤ 10 AÑOS 178.130,00Energía anual de la planta (kWh/año) > 10 AÑOS 160.317,00
Precio de venta de energía (€/kWh) 0,2952Producción de tomates anual (t) 450,00
Precio de venta tomates (€/t) 534,60Inflación Anual sobre costes(%) 2,50
Financiación externa 0,70Años de prestamo 15,00
Interés de préstamo 0,06
Periodo de estudio 25 años
Ingresos por venta de energía
Ingresos por venta de producción vegetal
EIIC – JULIO 2010
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ESTUDIO ECONÓMICO
Inversión inicial (30% PEC) = 335.692,64 €
Costes FV
fuente: Sevillana-Endesa €/kWp instalado €Mantenimiento técnico de planta 40 4000
Seguros y coberturas riesgos planta 11 1100
Admon. Gestión y conservación planta 15 1500TOTAL 6600
Costes Cultivo
Costes de producción € € Semillas/plantones 7087,5
Fertilizantes 5050,5 Productos fitosanitarios 5500
Agua e irrigación 8190 Combustible y energía 1336,13
Otros (especificar: colmenas para polinización) 887,25
Seguro de cosecha (neto descontada subvención) 2524,25
SUBTOTAL 30.575,63Costes fijos
Mantenimiento de edificios y maquinaria 1000
Otros seguros (edificios, equipos, de accidentes laborales, etc) 1470
Otros (especificar) 1008 SUBTOTAL 3.478,00
Factores externos Salarios y pagos a la seguridad
social 51364
Otros costes (por ejemplo, estimación del coste del trabajo de
los familiares) 14269,5 SUBTOTAL 70.433,50
Totales Gastos €/ha 104.487,13
Costes adicionales
Cambio PC (10 años) 88.400
Ingresos de explotación agrícola 240.570,00
Ingresos de explotacion fotovoltaica 52.583,98
Ingresos 272.430,00
Ingresos
EIIC – JULIO 2010
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ESTUDIO ECONÓMICO
Año Ingresos Ingresos acum Inversión propia Cuota anual Amortización Intereses Cap. Pdte. Cotes Cotes acum Cash flow Total acumulado0 0,00 0,00 335.692,64 0,00 0,00 0,00 783.282,82 1.118.975,45 1.118.975,45 -1.118.975,45 -1.118.975,451 293.153,98 293.153,98 0,00 94.647,12 50.000,00 44.647,12 733.282,82 250.381,37 1.369.356,82 42.772,61 -1.076.202,852 299.168,23 592.322,20 0,00 91.797,12 50.000,00 41.797,12 683.282,82 247.458,55 1.616.815,37 51.709,68 -1.024.493,173 305.332,83 897.655,03 0,00 88.947,12 50.000,00 38.947,12 633.282,82 244.605,16 1.861.420,53 60.727,68 -963.765,494 311.651,55 1.209.306,59 0,00 86.097,12 50.000,00 36.097,12 583.282,82 241.822,93 2.103.243,46 69.828,62 -893.936,875 318.128,24 1.527.434,83 0,00 83.247,12 50.000,00 33.247,12 533.282,82 239.113,65 2.342.357,11 79.014,60 -814.922,276 324.766,85 1.852.201,68 0,00 80.397,12 50.000,00 30.397,12 483.282,82 236.479,13 2.578.836,24 88.287,72 -726.634,567 331.571,42 2.183.773,10 0,00 77.547,12 50.000,00 27.547,12 433.282,82 233.921,25 2.812.757,49 97.650,17 -628.984,398 338.546,11 2.522.319,21 0,00 74.697,12 50.000,00 24.697,12 383.282,82 231.441,93 3.044.199,42 107.104,18 -521.880,219 345.695,16 2.868.014,37 0,00 71.847,12 50.000,00 21.847,12 333.282,82 229.043,12 3.273.242,54 116.652,04 -405.228,17
10 353.022,94 3.221.037,31 88.400,00 68.997,12 50.000,00 18.997,12 283.282,82 315.126,84 3.588.369,39 37.896,10 -367.332,0811 355.275,52 3.576.312,83 0,00 66.147,12 50.000,00 16.147,12 233.282,82 224.495,16 3.812.864,55 130.780,36 -236.551,7212 362.974,27 3.939.287,09 0,00 63.297,12 50.000,00 13.297,12 183.282,82 222.350,18 4.035.214,73 140.624,08 -95.927,6313 370.865,48 4.310.152,58 0,00 60.447,12 50.000,00 10.447,12 133.282,82 220.294,08 4.255.508,81 150.571,40 54.643,7714 378.953,98 4.689.106,56 0,00 57.597,12 50.000,00 7.597,12 83.282,82 218.329,08 4.473.837,89 160.624,90 215.268,6715 387.244,69 5.076.351,25 0,00 54.747,12 50.000,00 4.747,12 33.282,82 216.457,45 4.690.295,33 170.787,24 386.055,9116 395.742,67 5.472.093,92 0,00 35.179,94 33.282,82 1.897,12 0,00 197.964,34 4.888.259,68 197.778,32 583.834,2417 404.453,10 5.876.547,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 164.909,47 5.053.169,15 239.543,63 823.377,8718 413.381,28 6.289.928,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 169.032,21 5.222.201,35 244.349,08 1.067.726,9419 422.532,68 6.712.460,97 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 173.258,01 5.395.459,36 249.274,67 1.317.001,6120 431.912,85 7.144.373,83 88.400,00 0,00 0,00 0,00 0,00 265.989,46 5.661.448,82 165.923,39 1.482.925,0021 436.794,98 7.581.168,80 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 182.029,20 5.843.478,02 254.765,78 1.737.690,7822 446.650,03 8.027.818,83 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 186.579,93 6.030.057,95 260.070,10 1.997.760,8823 456.751,45 8.484.570,28 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 191.244,43 6.221.302,37 265.507,03 2.263.267,9124 467.105,41 8.951.675,69 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 196.025,54 6.417.327,91 271.079,88 2.534.347,7825 477.718,22 9.429.393,92 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 200.926,17 6.618.254,09 276.792,05 2.811.139,83
TIR 9%VAN 1.532.617 €
Cash Flow Acumulado 2.811.140 €Pay Back 12
EIIC – JULIO 2010
36EIIC -- JULIO 2010
FIN
UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
ESCUELA DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y CIVILES
PROYECTO FIN DE CARRERA