diagnÓstico y viabilidad del parque en...
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DIAGNÓSTICO Y VIABILIDAD DEL PARQUE EN PEQUEÑAS CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS
ANDRÉS FELIPE GUIO GONZÁLEZ
JUAN CAMILO ALARCÓN PINILLA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICAS
TECNOLOGÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C
2016
NOTA DE ACEPTACIÓN
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Firma del director
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Firma del jurado
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Firma del jurado
Bogotá, 2016
DEDICATORIA
La universidad es una etapa donde para lograr los objetivos se necesita gran
responsabilidad y dedicación, así como tener claro el propósito que se quiere cumplir
con todo lo el tiempo que se está dispuesto. Por esto queremos dedicar este trabajo
a los estudiantes que quieran sacar una carrera adelante y tomen como motivación
que no es imposible cumplir los objetivos que uno se propone, que hace basta un
poco de trabajo duro para lograr sus metas en la vida.
En segundo lugar, se lo queremos dedicar a nuestros padres, quienes nos
acompañaron durante todo el proceso de construcción del proyecto, y lo que es más
importante, en nuestro desarrollo como tecnólogos y como personas íntegras,
fortaleciendo valores y desde siempre siendo un apoyo incondicional, en quien se
puede confiar y que siempre están ahí cuando más los necesitamos.
También le queremos dedicar este proyecto a nuestros amigos de la universidad,
quienes nos hacen reír y hacer pasar los ratos difíciles más llevaderos, ellos también
estuvieron presentes en la elección del proyecto de grado y nos dieron sus mejores
consejos para lograrlo.
AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer en primer lugar nuestros padres ya que a lo largo de la carrera
universitaria nos ha apoyado ya sea emocional como económicamente durante el
proyecto y haciendo que nunca tengamos que realizar tareas que afectan nuestro
desarrollo académico.
Gracias a la familia Enríquez González en la ciudad de Armenia por facilitar la estadía
y alimentación en dos oportunidades que se tuvo que viajar siendo de gran ayuda en
el desarrollo del proyecto.
La Universidad Distrital Francisco José de Caldas nos cumplió con el proceso de
educación de alta calidad dando todas las herramientas necesarias para aprender,
así como los docentes que dominan cada materia que dictan para un enseñanza
adecuada y satisfactoria que se evidencie en desempeño de nuestro trabajo.
Agradezco a la Ingeniera Yisselle Acuña Hereira por haber sido nuestro asesor de
proyecto de grado. Su proyecto "Estudio de factibilidad de la renovación de plantas
hidroeléctricas con más de 25 años" fue de gran trascendencia para el desarrollo de
este proyecto, así como su dedicación, esfuerzo y conocimientos que nos motivaron
para culminar el mismo.
Agradecemos a La empresa Multipropósito de Calarcá y a La Empresa de Energía de
Pereira por permitir la visita a sus Pequeñas Centrales Hidroeléctricas ya que es una
parte fundamental del proyecto, nos dieron apoyo de tal modo que nos permitieron
entrar a sus instalaciones y facilitaron guías que suplieron todas las dudas e incluso
llegase a ofrecer un automóvil con su respectivo conductor que facilita la movilidad
por los lugares que se necesitaba visitar.
TABLA DE CONTENIDO
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 10
2. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................... 14
2.1. Pequeñas centrales Hidroeléctricas ..................................................................... 14
2.2. Reseña histórica de PCH’s en Colombia .............................................................. 14
2.3. DIAGNÓSTICO Y VIABILIDAD DE RECUPERACIÓN DEL PARQUE DE
PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DEL DEPARTAMENTO DE
SANTANDER. ................................................................................................................. 15
2.4. Management of a Multi-Agent Society used for Monitoring and Diagnosis in a
Hydroelectric Power Plant Chain ................................................................................. 15
2.5. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de
25 años ........................................................................................................................... 16
3. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 17
4. OBJETIVOS ................................................................................................................ 19
4.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................. 19
4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 19
5. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 20
5.1. Salto geodésico ...................................................................................................... 20
5.2. Ubicación de geología de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas ......................... 20
5.3. Bocatoma ................................................................................................................ 20
5.4. Desarenador ........................................................................................................... 21
5.5. Almenara ................................................................................................................. 21
5.6. Generador ............................................................................................................... 21
5.7. Turbinas .................................................................................................................. 21
5.8. Potencia de una central hidroeléctrica ................................................................. 22
5.9. Potencia Útil ............................................................................................................ 23
6. CARACTERIZACIÓN DE LAS PCH’S ........................................................................ 24
6.1. LA UNIÓN ................................................................................................................ 24
6.2. BAYONA .................................................................................................................. 27
6.3. CAMPESTRE ........................................................................................................... 28
6.4. BELMONTE ............................................................................................................. 29
6.5. NUEVA LIBARE ....................................................................................................... 32
7. METODOLOGIA .......................................................................................................... 35
7.1. CÁLCULO DE ÍNDICES ........................................................................................... 38
7.1.1. Evaluación general de la planta ......................................................................................... 38
7.1.2. Condiciones de los componentes ...................................................................................... 40
7.1.3. Cuantificación de los indicadores ...................................................................................... 41
7.1.4. Metodología de evaluación por puntos ............................................................................ 42
7.2. Determinación de los valores límites para la evaluación del estado de la central
........................................................................................................................................ 43
7.3. Aplicación de metodología propuesta para las PCH`s de los departamentos de
Quindío y Risaralda. ...................................................................................................... 44
8. EVALUACIÓN CUANTITATIVA .................................................................................. 46
9. RESULTADO DE LA EVALUACIÓN DE LAS PEQUEÑAS CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS .......................................................................................................... 67
9.1. DEPARTAMENTO DE QUINDÍO ............................................................................. 67
9.1.1. Pequeña Central Hidroeléctrica Campestre ...................................................................... 68
9.1.2. Pequeña Central Hidroeléctrica Bayona............................................................................ 69
9.1.3. Pequeña Central Hidroeléctrica La unión .......................................................................... 70
9.2. DEPARTAMENTO DE RISARALDA ........................................................................ 71
9.2.1. Pequeña Central Hidroeléctrica Belmonte ........................................................................ 72
9.2.2. Pequeña Central Hidroeléctrica Nueva Libare .................................................................. 72
10. CONCLUSIONES .................................................................................................... 74
11. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 75
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Compuerta de la bocatoma La Unión. .................................................................. 25
Figura 2: Rejillas de la bocatoma La Unión ......................................................................... 26
Figura 3: Tubería de carga planta La Unión ........................................................................ 26
Figura 4: Canal de conducción planta Bayona .................................................................... 27
Figura 5: Turbinas tipo Pelton planta Belmonte ................................................................... 29
Figura 6: Mecanismos de izamiento y apertura del desarenador planta Belmonte .............. 30
Figura 7: Sensores alimentados por paneles solares planta Belmonte ............................... 31
Figura 8: Rodetes nuevos para un futuro fallo en la turbina planta Belmonte ...................... 32
Figura 9: Almenara planta Nueva Libare ............................................................................. 33
Figura 10: Tubería de carga acueducto planta Nueva Libare .............................................. 34
Figura 11: Tubería de carga planta Nueva Libare ............................................................... 34
Figura 12: Diagrama de flujo de metodología de diagnóstico y viabilidad. ........................... 37
Figura 13: Representación gráfica de la distribución de las Pch´s Campestre, Bayona y La
Unión respecto al rio Quindío .............................................................................................. 68
Figura 14: Compuertas del desarenador planta Campestre ................................................ 69
Figura 15: Mecanismos de izamiento y apertura deteriorados en la bocatoma planta Bayona
........................................................................................................................................... 70
Figura 16: Representación gráfica de la distribución de las Pch´s Belmonte y Nueva Libare
respecto al rio Tún Fuente: Elaboración propia ................................................................... 71
Figura 17: casa de máquinas planta Nueva Libare, se puede observar que casi todos sus
componentes se encuentran bajo tierra y sin espacio de ventilación. ................................. 73
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Muestran las comparaciones en cuanto a costos de energías renovables y recursos
fósiles (fuente: CEPAL RECURSOS NATURALES E INFRAESTRUCTURA). .................... 11
Tabla 2: Fuente de datos: Sistema de información de XM ................................................. 24
Tabla 3: Guía para la inspección de una turbina ................................................................ 39
Tabla 4: Desagregación funcional simplificada y factor de ponderación .............................. 43
Tabla 5: Formato de información básica requerida planta La Unión .................................... 47
Tabla 6: formato de información de los componente de cada sistema funcional planta La
Unión .................................................................................................................................. 48
Tabla 7: Cálculo del factor de condición de los componentes y de tiempo de operación
planta La Unión ................................................................................................................... 49
Tabla 8: Formato de Cálculo de índices y factores para evaluar la pre-factibilidad de la
renovación de la central hidroeléctrica planta La Unión ...................................................... 50
Tabla 9: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica planta
La Unión ............................................................................................................................. 50
Tabla 10: Formato de información básica requerida planta Belmonte ................................. 51
Tabla 11: Formato de información de los componentes de cada sistema funcional planta
Belmonte ............................................................................................................................. 52
Tabla 12: Cálculo del factor de condición de los componentes y de tiempo de operación
planta Belmonte .................................................................................................................. 53
Tabla 13: Formato de cálculo de índices y factores para la evaluar la pre-factibilidad de la
renovación de la central hidroeléctrica planta Belmonte ...................................................... 54
Tabla 14: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica
planta Belmonte .................................................................................................................. 54
Tabla 15: Formato de información básica requerida planta Nueva Libare ........................... 55
Tabla 16: Formato de información de los componente de cada sistema funcional planta
Nueva Libare ...................................................................................................................... 56
Tabla 17: Cálculo del factor de condición de los componentes y de tiempo de operación
planta Nueva Libare ............................................................................................................ 57
Tabla 18: Formato de Cálculo de índices y factores para evaluar la pre-factibilidad de la
renovación de la central hidroeléctrica planta Nueva Libare................................................ 58
Tabla 19: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central eléctrica planta
Nueva Libare ...................................................................................................................... 58
Tabla 20: Formato de información básica requerida planta Bayona .................................... 59
Tabla 21: Formato de información de los componentes de cada sistema funcional planta
Bayona ............................................................................................................................... 60
Tabla 22: Cálculo del factor de condición de los componente y de tiempo de operación
planta Bayona ..................................................................................................................... 61
Tabla 23: Formato de cálculo de índices y factores para evaluar la pre-factibilidad de la
renovación de la central hidroeléctrica planta Bayona......................................................... 62
Tabla 24: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica
planta Bayona ..................................................................................................................... 62
Tabla 25: Formato de información básica requerida plante Campestre ............................... 63
Tabla 26: Formato de información de los componente de cada sistema funcional planta
Campestre .......................................................................................................................... 64
Tabla 27: Cálculo del factor de condición de los componente y de tiempo de operación
planta Campestre ................................................................................................................ 65
Tabla 28: formato de cálculo de índices y factores para la evaluar la pre-factibilidad de la
renovación de la central hidroeléctrica planta Campestre ................................................... 66
Tabla 29: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica
planta Campestre ................................................................................................................ 66
Tabla 30: Convenciones de figura 13 y figura 16 ................................................................ 67
Tabla 31: Variación mensual de los caudales disponibles plantas Nueva Libare y Belmonte
........................................................................................................................................... 72
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El problema del calentamiento global es algo que está afectando a toda la
humanidad como lo muestran los estudios científicos de los últimos años. El
hombre, quien es culpable de la velocidad con la que ocurre la mayor parte del
cambio climático, con su mal uso de los recursos naturales y los desechos tóxicos
que deja en el medio ambiente, así mismo, debe ser el causante de buscar prontas
respuestas para mitigar los daños ambientales.
Uno de los problemas que requieren mayor atención es la generación de energía.
Hasta ahora, la mayor parte de energía en el mundo es obtenida por medio de
combustibles fósiles, sin embargo, estos combustibles no son renovables y resultan
altamente contaminantes. Ahora, tanto países industrializados como países
tercermundistas buscan afanosamente múltiples formas de disminuir el daño
ambiental, desde concientizar y culturizar a las personas para que desperdicien
menos hasta promover nuevas formas de generar energía.
Actualmente se están estudiando diferentes tipos de recolección de energía debido
al agotamiento de las fuentes fósiles, lo que ha llevado a las grandes potencias y
a continentes completos a pensar en posibles soluciones, como por ejemplo: las
energías alternativas; américa latina no se excluye de estas soluciones, desde los
años noventa, se crearon diversas formas de combatir el cambio climático, como
secretarías, comisiones interministeriales, ministerios, licenciamientos, entre otros,
cuyo objetivo es facilitar el florecimiento de la conciencia y acción ciudadana, un
aumento en su interés por el medio ambiente, y finalmente a que se disperse la
información por medio de publicaciones, etiquetado y reportes1.
Se puede producir energía utilizando variados recursos como el agua, el carbón,
energía nuclear, entre otros. En esta sección del documento se confrontan dos
formas de recolección de energía, las fuentes fósiles y renovables, sin embargo,
los combustibles fósiles son los más utilizados a pesar de ser muy dañinos para el
medio ambiente, esto ocurre básicamente porque así se ha desarrollado la
humanidad, ese ha sido el método que se ha elegido para el progreso, y ahora, con
el desarrollo de las comunicaciones y nuevas tecnologías, la humanidad se percató
que de continuar desarrollándose de la misma manera, pronto se acabará con la
vida como se la conoce, así que, por esta razón se investigan nuevas formas de
recolección de energía, las cuales son las conocidas fuentes renovables cuyo uso
alargará la vida del hombre en la tierra.
1 Rayén Quiroga Martínez, agosto de 2015, Estadísticas del medio ambiente en América Latina y el caribe: avances y
perspectivas, Santiago de Chile.
Luego, vienen las ventajas y desventajas de las fuentes renovables, es claro que
no son igual de competitivas económicamente como las fósiles, como se muestra
en la siguiente Tabla.
Tabla 1: Muestran las comparaciones en cuanto a costos de energías renovables y recursos fósiles (fuente: CEPAL
RECURSOS NATURALES E INFRAESTRUCTURA)2.
Esta tabla de costos promedio de generación eléctrica muestra la gran diferencia
entre los variados recursos a la hora de conseguir energía “limpia”, muestra, por
ejemplo, que el costo de pequeñas hidroeléctricas es poco más del doble de
producir energía de ciclo combinado a gas y su inversión es un poco menor del
doble, algo similar ocurre con la geotermia. En la actualidad tratan de hacer que
las energías renovables puedan ser competitivas en el mercado de la energía.
Respecto a la posición de Colombia frente a este cambio climático, dice
ELCOLOMBIANO, que su canasta energética es la segunda más confiable a nivel
mundial puesto a que combina energía hidroeléctrica y termoeléctrica en caso de
veranos muy largos para abastecerse; según sus fuentes:
La confiabilidad de las fuentes de electricidad en Colombia se apoya en gran medida
en la generación hidroeléctrica, que representa el 63,7% de la capacidad instalada, y
se incrementa a 68% si se suman las pequeñas micro centrales. La segunda fuente de
generación es la termoelectricidad, que también tiene un peso importante en la canasta
total, con un 31% --a gas (18,64%), a carbón (7,41%) y a combustibles líquidos (5,31%)-
2 Manlio F. Coviello, Entorno internacional y oportunidades para el desarrollo de las fuente renovables de energía en los
países de América Latina, Santiago de chile, octubre de 2003 [en linea]<http://200.9.3.98/bitstream/handle/11362/6428/S039641_es.pdf?sequence=1>[citado el 04 de mayo de 2016]
. El resto de la composición nacional del mercado se apoya en otras fuentes como la
cogeneración, con una participación de 0,46%; y la eólica, que apenas suma 0,14%3.
Entonces, como la generación eléctrica en Colombia se encuentra específicamente
concentrada en la conseguida por medio hidráulico, este proyecto será
direccionado en ese mismo sentido, ya que, este representa un 68% de la energía
del país, además de ser una solución a los problemas medioambientales que se
tienen actualmente, Colombia es líder en este tipo de recolección de energía.
El impacto ambiental es pequeño en comparación con otros métodos de
generación, el daño más grande es el que se causa mientras se la está
construyendo, ya que, al despejar el terreno para la obra civil y la posible desviación
de los ríos para la circulación del agua, se afecta de cierta forma al ecosistema, sin
embargo, confrontado a combustibles fósiles estas consecuencias son mínimas.
Aunque el motivo por el cual las hidroeléctricas tienen una influencia tan grande en
Colombia no es solo por sus ventajas económicas, es estratégica, puesto a que el
país es rico en fuentes hídricas además de su geografía montañosa.
En Colombia se está presentando un problema con las hidroeléctricas,
específicamente con la hidroeléctrica de Guatapé, el problema es que en pleno
fenómeno del niño esta hidroeléctrica sufrió un fallo, se incendió y dejó de producir
energía; Siendo esta central la más importante del país, dejó a Colombia en una
gran crisis energética donde incluso se tuvo que comprar energía a un país vecino
(Ecuador)4,En ese orden de ideas, es evidente que las hidroeléctricas no están
exentas de daños o accidentes, y que estos pueden ocurrir en cualquier momento,
incluso en el peor momento.
Los daños de las hidroeléctricas pueden ocurrir por diversos factores, los que se
analizarán van a ser: su obra civil (cuyas fallas se muestran en el deterioro o grietas
en la estructura); Su estado de potenciación (Estas fallas se presentan en equipos,
datos de campo e instalaciones) y finalmente la parte ambiental, (es decir, los
caudales de los ríos se ven afectados por desechos humanos como basuras y
materiales sólidos, a medida que estos se contaminan sus fluidos pueden verse
más interrumpidos, lo que terminaría convirtiéndose en una disminución de
velocidad, y a su vez, esto generaría menor movimiento en las turbinas que resultan
entregando menos electricidad).
Finalmente, y por el tamaño de la investigación que se necesitaría para estudiar
3 ELCOLOMBIANO, Energía en Colombia es una de las más competitivas del mundo [en línea]<http://www.elcolombiano.com/historico/energia_de_colombia_es_una_de_las_mas_competitivas_del_mundo-DEEC_233437> [citado el 06 de mayo de 2016]. 4 EL TIEMPO,Omar G. Ahumada Rojas, Incendio en hidroeléctrica de Guatapé puso al país a
importar energía[en linea]<http://www.eltiempo.com/economia/sectores/lo-que-causo-en-el-sector-electrico-de-colombia-la-falla-en-guatape/16520696>[citado el 06 de mayo de 2016]
los parques de las grandes centrales hidroeléctricas, el objetivo de este proyecto
es diagnosticar, evaluar y/o postular una posible rehabilitación o potenciación de
pequeños parques de PCH´s (Pequeñas centrales hidroeléctricas).
.
2. ESTADO DEL ARTE
Para empezar con el proyecto se inició con una investigación donde se propone
entender el funcionamiento de las pequeñas centrales hidroeléctricas, así como sus
ventajas, desventajas y el cómo se realiza el diagnóstico de estas. Se tuvieron en
cuenta datos presentados en fuentes académicas y del estado.
2.1. Pequeñas centrales Hidroeléctricas
Una Pequeña Central Hidroeléctrica (PCH) es una instalación que permite aprovechar
pequeñas cantidades de agua en movimiento que circulan por un canal determinado,
este flujo de agua al pasar por unas turbinas provoca un movimiento de rotación que
posteriormente se transforma en energía eléctrica por medio de generadores. Para
determinar si una central es PCH se utilizan ciertos criterios, teniendo en cuenta tanto
la aplicación como sus parámetros técnicos. Se comparan las magnitudes de límite
de potencia y salto o caída para su clasificación. Una central eléctrica es considerara
PCH según su potencia si su límite va desde los 500 Kw a los 10000 Kw y según si
salto está entre los 25 y 130 metros.
2.2. Reseña histórica de PCH’s en Colombia
En Colombia las PCH’s comenzaron a implantarse a finales de 1889 con la puesta en
marcha de plantas hidroeléctricas en las principales ciudades del país, en un inicio se
construyeron principalmente para el abastecimiento de energía de fincas. En 1930 ya
existían plantas hidroeléctricas que funcionan a filo de agua suministrando 45 MW.
Durante los años 40-60 se instalaron gran cantidad de PCH’s para electrificar las
pequeñas y medianas poblaciones, su construcción fue hasta los 1960 y no fue sino
hasta después de 1980 que se continuó con la construcción de más centrales y
durante este periodo por el contrario quedaron muchas centrales fuera de servicio
debido a la falta de mantenimiento.
En la crisis energética de la década del 70 se fortaleció la idea de incrementar la
participación de fuentes de energía no convencionales incluyendo así las PCH’s,
creando numerosos grupos de investigación en el área hidroeléctrica pero la falta de
apoyo impidió la consolidación de estos. El gobierno emprendió también proyectos
para incentivar la participación de pequeñas centrales hidroeléctricas a través del
Instituto Colombiano de Energía Eléctrica con resultados desalentadores.
Actualmente el gobierno colombiano ha empezado a fortalecer los programas de
PCH’s y otras fuentes de energía renovable a través de la Ley eléctrica donde se
asignan funciones específicas en energización e investigación a ciertas entidades y
se regule bien su funcionamiento. Igualmente se fortalece por la financiación de
proyectos mediante la ley 141 del 28 de junio de 1994 donde dice que se asignará el
15% de recursos que provienen de regalías por la explotación de energías no-
renovables para los proyectos regionales de inversión en energización.
2.3. DIAGNÓSTICO Y VIABILIDAD DE RECUPERACIÓN DEL PARQUE DE
PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS DEL DEPARTAMENTO DE
SANTANDER.
Este trabajo se realizó el diagnóstico y la evaluación de la posible rehabilitación y/o
potenciación del parque de las PCH’s del departamento de Santander, utilizando la
metodología que comienza con la identificación y ubicación de las PCH’s, continuando
con una serie de trámites para lograr así las visitas y recolectar la información técnica
(documentos, manuales, historiales de mantenimiento, entre otros), pasando por la
valoración cualitativa y cuantitativa, con ayuda de la desagregación funcional y
terminando con un diagnóstico para cada central.5
Este proyecto puede ser de gran utilidad debido a que se realiza un trabajo parecido
al que realizaremos, sin embargo, se diferencia a este proyecto en el enfoque se va
a tener en la investigación y en el diagnóstico en sí, sin enfocarse en la recuperación
en el caso que la central presenta problemas en su funcionamiento. Si no en la
evaluación de la central.
2.4. Management of a Multi-Agent Society used for Monitoring and Diagnosis
in a Hydroelectric Power Plant Chain
Este proyecto presentado por Sz. Enyedi a, L. Miclea a, H. Vălean a, I. Stoian b y G.
Toderean de la Universidad Técnica de Cluj-Napoca del departamento de
automatización, se hizo el diseño de un centro electrónico para el diagnóstico y
monitoreo de una cadena de centrales eléctricas, es decir se plantea que se pueda
controlar varias hidroeléctricas desde un mismo punto con la mínima de personal,
además de ser capaz de decir el estado de cada planta. A Partir de este proyecto se
puede tomar las zonas y factores que miden los sensores para realizar el diagnóstico
de las centrales hidroeléctricas.
Entre los factores que mencionan que miden los sensores para lograr el diagnóstico
están:
5 Diego E. Suarez Parra, Eduardo Fabián Zambrano Parra, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Tecnología Mecánica
•Planta: generador, servicios auxiliares (agua, aceite, aire, presión); trabajo sobre el
agua (contenedores, tuberías de presión, presas);
• Vigilancia de los edificios: movimiento de la presa, hormigón;
• Clima;
• Gestión del potencial hidroenergético: llenado del lago, distribución del agua;
• Canal de comunicación.
Estas características podrán ser utilizadas al momento de realizar el formato que se
piensa utilizar para diagnosticar las centrales sin embargo existe un margen de error
grande ya que estos datos se completarán con estimados e información que nos
proporcionen los empleados de las plantas y no de un proceso adecuado como el que
se lleva en este proyecto en el que gracias a que sensores que revisan los datos
varias veces por segundo es capaz de crear un diagnostico muy acertado sin
necesidad de requerir otros datos que utilizaremos en este proyecto para generar el
diagnóstico de la PCH como es los años en funcionamiento de la central.
2.5. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con
más de 25 años
Universidad de los Andes. Diciembre de 1999, Bogotá D.C. - Yisselle Acuña Hereira.
En este documento se presenta la metodología general desarrollada por el autor para
determinar la pre-factibilidad de renovar las centrales hidroeléctricas y un método
cuantitativo para evaluar la conveniencia de rehabilitación o repotenciación para
centrales con obra civil en buen estado. Finalmente, se aplicó la metodología a las
centrales colombianas no reguladas con más de 25 años. Este trabajo se desarrolló
como proyecto de tesis del Magíster en Ingeniería Mecánica de la Universidad de los
Andes.
3. JUSTIFICACIÓN
En la era que se vive ahora, el medio ambiente resulta ser una de las preocupaciones
más importantes de la humanidad, por lo tanto, este proyecto es justamente el tipo de
cosas que se necesitan, es decir, con este programa se está ayudando al medio
ambiente en términos de auto sostenimiento porque con la realización del mismo ya
se estaría documentando o proponiendo una posible solución a los daños que pueden
presentar los parques de las PCH’s de por lo menos dos departamentos, eso implica
que alguien más, con poder o dinero, pueda tomar este documento y usarlo como
base para invertir en el desarrollo de las mejoras aquí propuestas.
Al entrar a indagar en los archivos que posee el semillero SEA, se observaron distintos
proyectos, los cuales pudieran desarrollarse de acuerdo a nuestras habilidades. Se
encontró el proyecto en la línea de investigación de Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas del grupo de investigación en energías alternativas (GIEAUD) y se
observó que el mismo era viable, pero se tendría que escoger unos departamentos
en los cuales la línea de investigación no haya estudiado. Risaralda y Quindío fueron
los departamentos elegidos debido a su cercanía, por consiguiente, se es la mejor
decisión en la reducción de costos.
En cuanto a las centrales, con las sugerencias aquí dispuestas podrán reducir costos
de mantenimiento, este documento va a estar dispuesto en la universidad, y se
encontrará como un archivo cuyo objetivo es el diagnóstico de determinadas PCH’s,
y sus dueños pueden tomar estos estudios para planear mejor sus procesos de
mantenimiento, técnicas de mantenimiento y otros tantos beneficios de los cuales se
puedan beneficiar.
Sin embargo, estos no son los únicos motivos por los cuales se realiza este
documento, según el estudio realizado en el estado del arte, en las investigaciones
anteriores de este tipo, no hay estudios hechos a los departamentos de Quindío y
Risaralda el único documento encontrado fue el estudio realizado a las pequeñas
centrales hidroeléctricas de los departamentos de Santander, también de la
universidad distrital, y con respecto a ese documento, en lo que se parecen es en el
tipo de desarrollo que se va a realizar, y difieren en los departamentos, entonces, este
proyecto es como si fuese la continuación del proyecto anteriormente mencionado,
además, queda abierto para futuras investigaciones puedan tomar esta información y
usarla para estudiar quizá más departamentos.
Finalmente, este proyecto también cumple el fin de culminar nuestra etapa de
tecnología mecánica, esto será una experiencia enriquecedora en cuanto a
conocimientos que no solo le va a servir a las personas que lean el texto al final sino
a nosotros quienes lo vamos a desarrollar, quienes vamos a desempeñar un trabajo
de campo, nos benefician en medida que nos enfoquemos a profundidad en el tema
y muy probablemente en nuestro ciclo como tecnólogos.
4. OBJETIVOS
4.1. OBJETIVO GENERAL
Realizar un diagnóstico y determinar la viabilidad de recuperación de las Pequeñas
Centrales Hidroeléctricas de los departamentos de Risaralda y Quindío.
4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
* Hacer el levantamiento de los datos técnicos, historiales de fallas y mantenimientos
de las PCHs seleccionadas.
* Elaborar un diagnóstico del estado de los sistemas, equipos e infraestructura que
componen las PCHs en los departamentos de Risaralda y Quindío
* Evaluar la viabilidad de recuperación de las PCHs que se encuentren fuera de
servicio o en mal estado.
* Aplicar una metodología para el diagnóstico y el estudio de viabilidad de
recuperación de PCHs.
5. MARCO TEÓRICO
5.1. Salto geodésico
Es un fenómeno de la ciencia en el área de la hidráulica que es frecuentemente
observado en canales abiertos como ríos y rápidos. Cuando un fluido a altas
velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensión
abrupta en la superficie del fluido. Este fluido es frenado bruscamente e incrementa
la altura de su nivel, convirtiendo parte de la energía cinética inicial del flujo en energía
potencial, sufriendo una inevitable pérdida de energía en forma de calor. En un canal
abierto, este fenómeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades
rápidamente frenando y elevándose sobre él mismo, de manera similar a como se
forma una onda-choque.
5.2. Ubicación de geología de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
Previa a la construcción de las PCH’s se especifican ciertas condiciones que se deben
cumplir en lo posible, en el terreno no debe haber áreas con fractura miento intenso,
vegetación escasa o ausente ni procesos de erosión avanzados que pueden aportar
gran caridad de sedimentos en un embalse. El sitio para la construcción de estas se
debe siempre escoger un suelo firme y donde no existan bancos de arena o
conglomerado debido a que pueden ocasionar grandes fugas de agua.
Si una central está sobre rocas también puede presentar fracturamientos en el sentido
perpendicular del río y por consiguiente también problemas de fuga de agua con esto
se debe tener estudio de las fracturas posibles además de merecer cuidados
especiales. El terreno debe estar cerca a la fuente hídrica ya sea un río o una represa,
pero para saber la distancia correcta se debe hacer estudios del caudal del río para
fijar un mayor aprovechamiento en esta.
5.3. Bocatoma
También llamada captación, es una estructura hidráulica que está destinada a emanar
desde unos cursos de agua, ya sean ríos, arroyos, o canales, así también como desde
un lago o inclusive desde el mar, una cantidad considerable del agua que esta tiene
disponible, para que la misma sea utilizada para una finalidad específica6.
5.4. Desarenador
Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las
partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar.
Se utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas),
plantas de tratamiento y en sistemas industriales.
5.5. Almenara
Es un conducto o tanque de oscilación que permite disipar las ondas elásticas
generadas por el flujo cuando hay un cierre rápido, puesta en marcha de turbinas o
presencia de aire. Tienen como función, además de disminuir el golpe de ariete,
almacenar o distribuir caudal hasta que llegue la desaceleración y acortar el período
variable de las ondas7.
5.6. Generador
Es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos
de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía
mecánica en eléctrica.
5.7. Turbinas
Las máquinas roto dinámicas o turbo máquinas aprovechan las variaciones de
energía cinética que el fluido experimenta a su paso por la maquinas, es decir una
turbina hidráulica es una máquina en la cual el trabajo mecánico proviene de la
variación de la cantidad de movimiento del agua al fluir a través de un sistema de
álabes rotativos, en este sistema denominado rodete puede ocurrir una simple
desviación del flujo de agua o en otros casos una desviación y una aceleración de
este flujo.
6 ARQHYS. 2012, 12. Bocatoma – Estructura hidráulica. Revista ARQHYS.com [En línea]<http://www.arqhys.com/construccion/bocatoma-estructura-hidraulica.html> [Citado el 16 de abril de 2017] 7 Artículos, Escuela de ingeniería de Antioquia Desarenadores [En Línea]< http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/articulopagppal.html> [Citado el 16 de abril de 2017]
Las turbinas se pueden clasificar según su cambio de presión en el rodete, es decir
una turbina será de Acción si el fluido que pasa a través de ella no sufre un cambio
importante en su presión, mientras que si una turbina es por reacción se presenta
este cambio significativo en la presión del fluido. También pueden clasificarse según
el diseño del rodete en donde las diferencias entre turbinas son por factores como su
tamaño, ángulo de álabes o cangilones, o de otras partes de la turbo máquina. Entre
los tipos más importantes están:
● Turbina Kaplan:
Son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ángulo de sus
palas durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua
pequeños y con grandes caudales. Es una turbina de reacción.
● Turbina Hélice:
Son exactamente iguales a las turbinas Kaplan, pero a diferencia de estas, no son
capaces de variar el ángulo de sus palas.
● Turbina Pelton:
Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la evolución
de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que
tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero
con caudales pequeños. Es una turbina de acción.
● Turbina Francis:
Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños complejos que son
capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están
diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.
● Turbina Ossberger / Banki / Michell:
La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviación, de admisión radial y
parcial. Debido a su número específico de revoluciones cuenta entre las turbinas de
régimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una sección rectangular, y
éste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde
fuera hacia dentro y, a continuación, después de haber pasado por el interior del
rodete, desde dentro hacia fuera.
5.8. Potencia de una central hidroeléctrica
Se mide generalmente en megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula:
8
● Pe = potencia en vatios (MW)
● ρ = densidad del fluido en kg/m³
● ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0.75 y 0.94)
● ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0.92 y 0.97)
● ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0.95/0.99)
● Q = caudal en m³/s
● H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros
5.9. Potencia Útil
Las energías entregadas por las plantas hidroeléctricas se diseñan en función de la
potencia para abastecer, tanto para generación como para transporte y distribución
de electricidad.
Al final, lo que importa es la energía recibida por el receptor, quienes somos los
usuarios, pero la energía entregada no es la misma que llega porque se pierde en las
cadenas de distribución así que según lo que se necesite se le debe aumentar
dependiendo la cantidad de pérdidas encontradas en el sistema y dependiendo la
complejidad de las cadenas puede representar mayor o menor potencia útil.
La potencia útil se define por su grado de eficiencia, el cual está dado por la siguiente
ecuación:
𝑛 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛=Grado de eficiencia
8 MATAIX 1982. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. Segunda edición [En línea]< https://es.slideshare.net/CarlosMagarinMartinez/ingenieria-claudiomataixmecanicadefluidosymaquinashidraulicas1> [Citado el 16 de abril de 2017]
6. CARACTERIZACIÓN DE LAS PCH’S
Se realizó la visita a la UPME(Ministerio de Minas y Energías) en la cual dieron a
conocer una lista detallada sobre estos pequeños parques, de esta manera, y
teniendo en cuenta que ya se estudiaron los departamentos de Cundinamarca y
Santander, se hizo la elección de otros dos departamentos cuyos estudios no hayan
sido desarrollados y fuera factible la visita a sus centrales; por lo tanto se eligieron los
departamentos de Risaralda y Quindío, donde se encuentran las PCH’s de la
siguiente tabla.
Nombre Capacidad/Efectiva (MW)
Departamento municipio Fecha de entrada
BELMONTE 3.4 Risaralda Pereira 01/01/1939
NUEVA LIBARE
5.1 Risaralda Dos Quebradas
01/01/1994
BAYONA 0.6 Quindío Bohemia 01/01/1943
CAMPESTRE(CALARCA)
0.7 Quindío Bohemia 01/01/1956
UNIÓN 0.7 Quindío Bohemia 01/01/1935
EL BOSQUE 2.28 Quindío Armenia 01/01/1935
Tabla 2: Fuente de datos: Sistema de información de XM9
En la anterior tabla quedan expuestas cuales son las plantas a las que se les va a
hacer la visita y el estudio de funcionamiento
6.1. LA UNIÓN
La Unión es la planta más antigua de las que posee la empresa Multipropósito de
Calarcá, empezó su funcionamiento en 1935 y no ha sido restaurada o reestructurada
9 Tomado de la UPME (Ministerio de Minas y Energías)
desde entonces. Por consiguiente, al tener más de 80 años de funcionamiento se
aprecia lo que hace el tiempo sobre los equipos y partes de la planta.
Al momento de la visita la planta estaba fuera de funcionamiento debido a que durante
una tormenta hubo una sobrecarga eléctrica que quemó las bobinas del generador, a
pesar de que cuando hay rayos se tiene planteado parar la producción de energía
siguen ocurriendo estos incidentes debido al transformador está en una ubicación
susceptible a que ocurran estos incidentes, generando sobrecostos para empresa y
paros en la planta que afectan la rentabilidad de la central. Además, se aprovechó
que la planta se detuvo para hacer un cambio de rodete, por consiguiente, la turbina
se considera en un estado bueno al igual que el generador por los cambios de piezas
y correcciones que se hicieron.
Al ser una planta tan antigua no cuenta con una bocatoma ni un desarenador, el agua
que se utiliza para hacer energía 10 llega desde el río por una compuerta (figura:1) y
va directamente al tanque de distribución donde hay una rejilla para la basura que
pueda llegar a pasar (figura:2), y un sistema para retirar las partículas grandes
mediante la precipitación de estas, de modo que las partículas van al fondo del tanque
y se utiliza el agua en la parte superior para generación.
Figura 1: Compuerta de la bocatoma La Unión. Fuente: Autores
10 MATAIX 1982. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. Segunda edición [En línea]< https://es.slideshare.net/CarlosMagarinMartinez/ingenieria-claudiomataixmecanicadefluidosymaquinashidraulicas1> [Citado el 16 de abril de 2017]
Figura 2: Rejillas de la bocatoma La Unión Fuente: Autores
El canal de transporte de agua desde el río hasta el tanque es destapado y excavado,
no cuenta con ningún recubrimiento para evitar impurezas o desechos que pueda
llegar a obstruir el paso del líquido. El tubo de carga este hecho de asbesto cemento
(figura:3) que, a pesar de que funciona bien, puede presentar alguna falla debido a su
antigüedad. Cuenta con una turbina tipo Francis capaz de generar 0.6 MW
Figura 3: Tubería de carga planta La Unión Fuente: Autores
6.2. BAYONA
Bayona es la pequeña central hidroeléctrica ubicada en el barrio maría del
departamento de Quindío y funciona para la Empresa Multipropósitos de Calarcá,
toma agua del río Quindío y cuenta con dos turbinas tipo Francis, queda entre
Campestre y la Unión, entró en funcionamiento el año 1946, y sus componentes no
han sido reemplazados a lo largo de su funcionamiento, sin embargo, si se les ha
hecho su respectivo mantenimiento, esto se evidencia en el estado de algunos
equipos.
Cuando se visitó esta planta estaba fuera de funcionamiento desde hace tres meses,
ya que el canal que transporta el agua desde la bocatoma hasta los tanques de
almacenamiento se rompió, provocando que se pierda todo el caudal proveniente del
río y por consiguiente no se puede generar energía hasta que se repare, además,
como se observa en la figura:4, el canal de conducción es excavado a mano, es decir,
no cuenta con un cubrimiento para el arrastre de sedimentos haciendo que el agua
que llega a los tanques de almacenamiento esté en un estado alto de arrastre de
sedimentos.
Figura 4: Canal de conducción planta Bayona Fuente: Autores
Al igual que La Unión no posee una bocatoma en sí, el agua ingresa a través de una
compuerta y se colocan piedras en el camino del río para desviar una parte de su
caudal hacia el camino de transporte, pero se observó que los desperdicios que
provenientes del río no son retirados si no que van con el agua hasta el tanque de
distribución. Las compuertas no se encuentran en un buen estado debido a la falta de
rejillas de desarenador, además de que al haber ya cumplido un largo tiempo de
funcionamiento ya están debilitadas y oxidadas.
El tubo de carga presenta descuidos, los pernos se encontraban flojos o existía
ausencia de los mismos generando riesgo que se tuvo en cuenta como punto débil.
El mantenimiento que se realiza en las tres plantas es igual incluyendo la supervisión
del canal en caso de obstrucción, limpieza de rejillas y mantenimiento preventivo
general a la casa de máquinas cada seis meses. La planta cuenta con dos turbinas
tipo Francis, una es más pequeña que la otra con el propósito de que siempre está
funcionando la grande y cuando el caudal aumenta se alimentan las dos al tiempo de
modo que se pueda aprovechar los caudales. Son capaces de generar 0.8 MW de
potencia con un caudal máximo permitido que se puede retirar del rio de 2,7 m3/s.
6.3. CAMPESTRE
Campestre es la tercera y última pequeña central hidroeléctrica de la Empresa
Multipropósitos de Calarcá, está ubicada en la ciudad de Calarcá del departamento
de Quindío, su agua es tomada del río Quindío y cuenta con una turbina tipo Francis,
de las tres plantas, esta es la única que actualmente está en funcionamiento, inició su
labor en el año 1952 con todos los componentes que tiene actualmente, es decir,
tampoco ha tenido cambios de rehabilitación ni de repotenciación.
Como ya se dijo antes, es la única planta que está en actual funcionamiento y se le
hace mantenimiento cada seis meses, aparte de esto se detiene la turbina una vez al
mes para medir el rodete, engrasar las bielas de los álabes y su respectiva alineación;
su canal de conducción está cubierto por cemento, lo cual evita el transporte de
sedimentos a lo largo del mismo, posee un desarenador, el cual tiene sus compuertas
desgastadas por el paso de los años, puesto que no se ha cambiado desde la apertura
de la planta.
Es la planta que está en mejores condiciones, ya que no lleva tanto tiempo en
funcionamiento en comparación a las demás, ni los equipos han sufrido tanto
desgaste a lo largo del tiempo porque sí cuenta con una bocatoma. Posee el canal
cubierto por cemento, la bocatoma tiene rejillas y posee desarenador; Es la primera
en altura, es decir, las tres plantas toman su agua del mismo río, donde acaba una
termina la otra y esta es la primera que recibe agua.
Tiene una turbina tipo Francis capaz de producir 1,2 MW de potencia cuando se
maneja el caudal de diseño,
6.4. BELMONTE
Belmonte es una pequeña central hidroeléctrica de la empresa Energía de Pereira,
está ubicada en el barrio José Hilario López de la ciudad de Pereira, Risaralda, su
agua es tomada del río Tún y cuenta dos turbinas tipo Pelton (figura 5), inició su labor
en el año 1941, es una planta bastante antigua pero en comparación a Bayona,
Campestre y La Unión, esta tiene sus componentes de buen estado, sus
componentes están desde la entrada de operación de la planta, pero el continuo
mantenimiento hace que se mantenga el buen estado de los equipos.
Figura 5: Turbinas tipo Pelton planta Belmonte Fuente: Autores
El mantenimiento de esta planta se realiza cada 3 meses en la bocatoma, (limpiando
la rejilla), en el caso del desarenador, por motivos de vandalismo se quitan los
mecanismos de izamiento para desarenar (figura 6), pero una vez al mes, se hace el
montaje en las compuertas y se desarena, el canal de conducción está cubierto de
cemento e incluso solo se puede observar al iniciar el recorrido, ya que en su mayor
parte está completamente bajo tierra, aislándolo lo máximo posible de contaminantes
exteriores, la tubería de carga se encuentra oxidada debido al tiempo que lleva
funcionando esta planta.
Figura 6: Mecanismos de izamiento y apertura del desarenador planta Belmonte Fuente: Autores
La disponibilidad de la planta es 100% es decir que trabaja todo el año, sin embargo,
cuando eventualidades comunes como la disminución del caudal del agua se afecta
el proceso de producción. Esta planta es muy amigable con el medio ambiente, ya
que no solo está generando energía eléctrica con fuentes hídricas, sino que también
usan paneles solares que le dan energía a los componentes eléctricos de la planta,
como el medidor de caudal, o la energía o el mecanismo de izamiento de las
compuertas en la bocatoma (figura 7).
Figura 7: Sensores alimentados por paneles solares planta Belmonte Fuente: Autores
Tiene dos turbinas tipo Pelton cada una con cuatro chorros, capaces de producir 3,3
MW de potencia, se realiza el mantenimiento preventivo cada seis meses
aproximadamente. En uno de estos se realizó una prueba sobre los rodetes y se
detectaron micro fisuras, que predicen una falla y afectan la eficiencia. Los ingenieros
analizaron la situación y concluyeron que haciendo una inversión más alta es mejor
comprar nuevo rodete (figura 8) con cucharas removibles que mandar reparar el
dañado ya que este nuevo permitiría hacer mantenimientos parciales sin necesidad
de cambiar toda la turbina en algún punto creando así un ahorro a largo plazo. Este
nuevo rodete será puesto próximamente.
Figura 8: Rodetes nuevos para un futuro fallo en la turbina planta Belmonte Fuente: Autores
6.5. NUEVA LIBARE
Empezó su funcionamiento en 1994 es una planta relativamente nueva y cumple con
un funcionamiento anual del 80%, esto se debe a que su diseño de construcción fue
hecho conjuntamente con el del acueducto, y comparte bocatoma con la planta de
tratamiento de agua de Pereira, y se debe cumplir con un caudal para el acueducto el
cual es de 2,5 m3/s. Tiene una turbina tipo Francis, el agua que es enviada a la planta,
destinada para la producción de energía es el excedente de este caudal necesario,
siempre es primordial el agua para tratar entonces cuando rio baja su caudal durante
cierta época del año no se cumplen las condiciones para pasar agua a la pequeña
central eléctrica y por consiguiente no funciona todo el año.
No se pudo tener acceso a la bocatoma debido a que se necesitaba permiso del
acueducto, pero según la descripción de los guías siempre se está controlando los
equipos debido a las medidas estrictas que se tienen con la calidad del agua potable
por consiguiente se consideró en estado bueno esta parte de la central.
Las compuertas están en buen estado, con un sistema de piñones con un sinfín con
un mantenimiento continuo y su respectiva lubricación. El canal posee una almenara
(figura 9) relativamente grande de cuatro metros de diámetro aproximadamente, ya
que ésta fue diseñada desde un principio así con esas dimensiones con el fin de
mitigar cambios de presión en la tubería, ya que esta tiene función de conducir el agua
para la generación de energía y también el acueducto municipal.
Figura 9: Almenara planta Nueva Libare
Fuente: Autores
El agua es común entre la planta y el acueducto hasta el tanque de distribución donde
se dividen los caudales que van para cada parte, en la figura 10 se muestra la tubería
de agua que va hacia el acueducto y en la figura 11 se muestra la que va para la PCH
y si es necesario se cortar el suministro del fluido. El canal de transporte es cubierto
y a lo largo del recorrido hay diferentes puntos de des arenación por precipitación
donde se le va quitando las partículas grandes al agua. La turbina tipo Francis es
capaz de producir 6,5 MW, y cuenta con varios sistemas de soporte que permiten
automatizar el cierre el de válvulas y monitorear los procesos.
Figura 10: Tubería de carga acueducto planta Nueva Libare
Fuente: Autores
Figura 11: Tubería de carga planta Nueva Libare
Fuente: Autores
7. METODOLOGIA
En la figura 12 se puede observar la metodología que se aplicó para la realización del
diagnóstico, rehabilitación y repotenciación de las pequeñas centrales hidroeléctricas
de los departamentos de Quindío y Risaralda; lo primero que se hace es elegir dos
departamentos a conveniencia y que cumplan con el requisito de que entre los dos,
sumaran más de 5 pequeñas centrales hidroeléctricas, el siguiente paso fue la
comunicación con los administradores de las centrales vía teléfono y correo
electrónico, en caso de que esto no funcione el paso a seguir es ir directamente a la
empresa administradora a conseguir las visitas, programar las mismas y realizar el
respectivo diligenciamiento de los datos, luego de llenar los formatos de consulta se
procede al respectivo análisis cuantitativo y análisis de resultados, los cuales indican
el estado de la central y respecto a estos resultados se toma una decisión sobre cada
PCH, en el caso de la repotenciación solo se llevará a cabo si los datos de caudales
son confiables.
Figura 12: Diagrama de flujo de metodología de diagnóstico y viabilidad.
Fuente: Inspirado en” Metodología para el estudio de PRE-factibilidad de la rehabilitación de una central hidroeléctrica no regulada con estructuras civiles en buen estado” 11
11 ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999.
7.1. CÁLCULO DE ÍNDICES
7.1.1. Evaluación general de la planta
Indicadores significativos para la evaluación general de la planta
Se tomarán los mismos indicadores usados en “ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE LA
RENOVACIÓN DE PLANTAS HIDROELÉCTRICAS CON MÁS DE 25 AÑOS.” cuyo
análisis fue hecho tomando como guía los estudios del “Institute for Waterpower and
Pumps”, los cuales tienen experiencia en este tipo de análisis debido a su gran
experiencia en el área.
indicadores por rehabilitación
-Tiempo de operación: es, en muchas ocasiones la edad de la planta, sin embargo,
en la tabla: 3 aparece el tiempo estimado para cada componente, en años, ya que
estos componentes deben cambiarse después de cada tantos años, según su
funcionamiento. la siguiente tabla es la guía de los tiempos de vida útil esperada para
cada equipo de las centrales hidroeléctricas.
Tabla 3: Guía para la inspección de una turbina 12
Condiciones de operación: también llamadas condiciones especiales, son las
condiciones que no fueron tenidas en cuenta para el diseño y construcción de la PCH
y son condiciones que afectan los equipos, estas también pueden aparecer al pasar
de los años y por el deterioro de la central. Para este caso serán tenidas en cuenta
nueve condiciones especiales:
-Alta fluctuación de la demanda
-Altos valores de picos de carga
-Altas frecuencias de arranque
-Flujo irregular a la entrada
-Alto nivel de contaminación de la fuente de agua
12 SANTOS POTES, E. Centrales Eléctricas. Barcelona: Gustavo Gili. p. 22.
-Alto grado de transporte de sedimentos
-Actividad sísmica
-Otra condición no definida
7.1.2. Condiciones de los componentes
Las condiciones de los componentes representan el estado de desgaste, deterioro y
uso de los mismos, es decir, según el papel que signifiquen en la planta se presentan
menor o mayor erosión y se calificarán según la siguiente escala:
-Muy bueno (2): El componente está en muy buena condición. Ha sido reemplazado
o reparado dentro de los 2 años inmediatamente anteriores, 5 así que está como
nuevo. Trabaja a máxima capacidad de operación, no hay problemas operativos ni
daños evidentes.
-Bueno (4): El componente presenta un desgaste acorde con su edad. Se presentan
pequeñas grietas y desgaste poco significativo. Trabaja a plena capacidad de
operación.
-Aceptable (6): Desgaste anormal. Se observan leves daños, algunas señales de
erosión por cavitación o de ataque corrosivo y pequeños defectos de superficie. La
condición es aún aceptable, la operación está parcialmente restringida (máximo 20%),
sin embargo, todavía se tiene una confiabilidad operacional aceptable.
-Malo (8): Se presentan leves grietas, fatiga del material y daños no uniformes y se
observan a simple vista. Su capacidad operacional solo llega hasta el 40% y la
confiabilidad operacional se garantiza solo hasta un 70%. El tiempo de vida útil
restante está fuertemente limitado.
-Crítico (9): Se presentan daños medios hasta graves, grietas o rompimiento. Seguir
operando el componente implica grandes riesgos, por lo tanto, hay un gran peligro de
parada. Están diagnosticados daños secundarios o se espera descubrirlos
prontamente. La operación sólo es posible con funcionamiento restringido13.
13 ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999.
7.1.3. Cuantificación de los indicadores
Índice del tiempo de operación (IT): Este ítem se evaluará de la siguiente manera:
IT = Tiempo de operación * 10 / Vida útil esperada
para este índice por tiempo de operación la vida útil esperada se tomará de la tabla
(tabla de duración útil esperada).
Factor por ser punto débil (FD): Todos los componentes de las plantas, según el
estado de deterioro en el que estén, representan un riesgo, el cual puede en
determinadas circunstancias provocar una parada en la producción eléctrica, este
estado de desgaste se evaluará con tres valores: 1: No es en absoluto punto débil 1,5:
Es un elemento problemático 2: Es definitivamente un punto débil.
Factor por las condiciones de operación (FO): Estas son las condiciones
especiales, pueden ser un total de nueve condiciones especiales y como ya se dijo
antes, son las que pueden afectar los equipos y el funcionamiento de los mismos, se
sumarán de la siguiente forma.
FO= 1 + (No. de condiciones especiales de operación presentes/ 8)
Índice por condición de los componentes (IC): Este índice será calificado según
su condición de la siguiente forma 2 (muy bueno), 4 (bueno), 6 (aceptable), 8 (malo),
10 (crítico).
Índice por disponibilidad anual de la planta (ID): este índice representa el tiempo
que la planta dura en funcionamiento, teniendo en cuenta el tiempo que la misma
dure parada, se mide de la siguiente forma.
ID = 10 - (disponibilidad anual en porcentaje / 10)14
Índice por periodos con caudales disponibles mayores a los de diseño: Este
índice se calcula según la cantidad de meses al año que el caudal disponible es
mayor al caudal de diseño. (IQ)
IQ = (No. meses del año con Q disponible > Q diseño) * 10 / 12
Índice por eficiencia(IE): (tener en cuenta)
14 ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999.
7.1.4. Metodología de evaluación por puntos
Lo que se debe hacer ahora con esos índices que se sacaron atrás es operarlos de la
siguiente forma para desarrollar una puntuación final. Para sacar los puntos de cada
componente (PC) se deben operar de la siguiente forma: se multiplican los factores
por punto débil l(FD), por condición de operación(FO) e índice por condición de
componente(IC), el resultado de este se lo suma al índice de operación por tiempo(IT)
y el resultado de esa operación dividirlo finalmente sobre dos, de la siguiente forma.
como se puede ver, cada el índice sirve como multiplicador de los puntos por
componente, una vez que se tiene el PC se procede a encontrar el índice por la
condición de todos los componentes de cada sistema funcional(ICT), este se calcula
de la siguiente forma:
Donde (FP) es el factor de ponderación y este representa la importancia de cada
componente en la central, fue desarrollado por personas especializadas en las
centrales hidroeléctricas y literatura sobre el tema. A continuación, se presenta una
lista del factor de ponderación para cada componente de la planta (Tabla: 4)15.
Componentes Factor de ponderación (FP)
Sistema de captación de aguas
Compuertas de bocatoma 0.25
Rejillas de bocatoma 0.20
Compuertas del desarenador 0.25
Rejillas del desarenador 0.20
Mecanismos de izamiento o apertura de compuertas 0.10
Sistema de conducción de aguas
15 ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999.
Transporte 0.20
Almenara 0.20
Cámara de válvulas 0.10
Tubería de carga 0.25
Distribuidores 0.25
Sistema de extracción de agua
Conducto de fuga 0.40
Compuertas 0.30
Sistema de evacuación de gases 0.30
Sistemas y equipos auxiliares de casa de máquinas 1.0
Sistema de conversión de energía
Turbina 0.30
Gobernador 0.20
Válvulas de admisión 0.20
Generador 0.30 Tabla 4: Desagregación funcional simplificada y factor de ponderación16
Por último, se hace la sumatoria de los puntos por condición para de los componentes
de los sistemas funcionales (ICT) más el índice de disponibilidad de la planta (ID) para
obtener el valor de los índices de rehabilitación. Y, por otro lado, se suman el índice
de excedencia por caudal de diseño (IQ) y el índice de eficiencia del turbo grupo (IE)
para obtener el 11 valor de los índices de repotenciación. Ambos valores se comparan
con los límites establecidos y se obtiene la evaluación de la planta.
7.2. Determinación de los valores límites para la evaluación del estado de la
central
Para llegar a una conclusión definitiva sobre si es conveniente hacer una
repotenciación o una rehabilitación es necesario hacer un valor medio para comparar
con los valores obtenidos, los valores medios se van a explicar a continuación.
Índice del tiempo de operación (IT): Para este ítem se consideró como tiempo de
operación un valor del 75% de la vida útil esperada de acuerdo con la Tabla 3.
16 ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999.
Factor por ser punto débil (FD): Este factor evaluó con el valor medio de 1,5, es
decir, considerando el componente como un elemento problemático.
Factor por las condiciones de operación (FO): Para cuantificar este factor se
supuso que el componente estuviera afectado por cuatro de las ocho condiciones
especiales de operación posibles.
Índice por condición de los componentes (IC): Se calificó este ítem con la categoría
de aceptable para todos los componentes, esto significa un 12 valor de 6.
Índice por disponibilidad anual de la planta (ID): Se supuso una disponibilidad
anual del 75 %, la cual se considera comienza a ser señal de deterioro.
Índice por períodos con caudales disponibles mayores a los de diseño: Para
cuantificar este ítem se tomó el porcentaje de excedencia del caudal de diseño en el
año como del 75 %, esto equivale a 9 meses con caudal disponible mayor al caudal
de diseño.
Índice por eficiencia: Aquí se consideró la eficiencia del turbo grupo de un orden del
85% como la eficiencia mínima razonable de una planta antigua.
Al realizar una evaluación considerando los valores críticos de todos los índices se
obtuvo que el valor límite de la sumatoria de los índices de rehabilitación es 55 y de
los índices de repotenciación es 16,94. Esto significa que cuando la sumatoria de los
índices de rehabilitación calculada para una central dada sea mayor o igual a 55 se
recomienda su rehabilitación y si la sumatoria de los índices de repotenciación es
mayor o igual a 16,94 entonces se recomienda repotenciar17.
7.3. Aplicación de metodología propuesta para las PCH`s de los
departamentos de Quindío y Risaralda.
Se visitó la oficina de la UPME para solicitar el inventario de las Pequeñas Centrales
Hidroeléctricas en Colombia, el cual fue suministrado por el asesor encargado de la
atención del ciudadano Yamel Camelo García. En la lista de las centrales se
observaban las PCH’s con su correspondiente producción energética, año de inicio
de funcionamiento y ubicación.
Para la elección de los departamentos a los que se realizaría la visita a sus centrales,
primero se consultó a cuáles departamentos ya se les había realizado un diagnóstico
y posteriormente se analizó cuales ofrecían facilidades económicas en cuanto a
17 ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999.
hospedaje y transporte teniendo en cuenta la lista del inventario de PCH’s
suministrada por la UPME. Se concluyó realizar la visita a Quindío y Risaralda porque
existían conocidos que podían facilitar el alojamiento y cumplían la condición de poder
visitar al menos dos centrales en cada departamento, además que lo sus
localizaciones son Calarcá y Pereira, a 10 y 40 kilómetros respectivamente del lugar
de hospedaje.
Posteriormente se visitó las páginas web de las empresas propietarias de las PCH’s
para obtener correos y números de contacto. Se realizaron envíos de correos y
llamadas, pero al no recibir respuesta se concluye realizar una visita personalmente
con carta proporcionada por la universidad para saber la respuesta positiva o negativa
y así poder agilizar el proceso.
Se viajó a la ciudad de Calarcá donde se visitó la empresa Multipropósito y
suministraron los datos de contacto del coordinador de generación Jhon Rodríguez
para comentarle el formato de trabajo que se iba realizar, así como detalles de para
qué utilizaremos lo visto en la central. El ingeniero facilitó la visita ya que al estar
paradas dos de sus PCH’s los encargados de mantenimiento estaban si realizar
actividades en la espera la aprobación de presupuestos para mantenimientos
correctivos, por consiguiente, se pudo conocer la central con el acompañamiento de
personas que conocían las instalaciones al día siguiente, sin ningún tipo de problema.
Se llegó a la empresa de Energía de Pereira donde nos contactaron con el ingeniero
Fernando Valencia el cual con ayuda del Ingeniero Wilson Marín coordinador general
de mantenimiento nos asesoraron y explicaron que necesitaban ciertos documentos
como la póliza de seguro de la universidad y el médico, así como también tiempo para
organizar la visita y poder asignar un personal guía que conociera las plantas y la
zona. Una vez enviados los documentos que requerían lo Ingenieros se concretó y
posteriormente realizó la visita contando con dos guías y un auto para poder
movilizarse por los puntos críticos, así como que nos mostrarán las instalaciones y
resolvieron preguntas.
8. EVALUACIÓN CUANTITATIVA
Para realizar los cálculos se utilizaron hojas de Excel de modo que la exactitud de
cada uno de estos fuera la mayor posible. El formato a llenar en cada central fue
basado en la metodología y datos necesario que se utilizaron el proyecto Estudio de
factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años.
Universidad de los Andes. Diciembre de 1999, Bogotá D.C. - Yisselle Acuña Hereira
también aplicado en el proyecto de DIAGNÓSTICO Y VIABILIDAD DE
RECUPERACIÓN DEL PARQUE DE PEQUEÑAS CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS DEL DEPARTAMENTO DE SANTANDER.
Se concluye un diagnóstico de cada central dependiendo de cada valor asignado de
modo que se puede realizar de una manera sistemática. Con cada central se llenan
cinco tablas en las cuales respectivamente se hace un conteo de información general,
estado de los equipos teniendo la numeración de la metodología, cálculo de factor por
condiciones de operación, calculo específicos de componentes y resultado de la
evaluación con conclusión a partir de resultado.
Tabla 5: Formato de información básica requerida planta La Unión
Tabla 6: formato de información de los componente de cada sistema funcional planta La Unión
Tabla 7: Cálculo del factor de condición de los componentes y de tiempo de operación planta La Unión
Tabla 8: Formato de Cálculo de índices y factores para evaluar la pre-factibilidad de la renovación de la central
hidroeléctrica planta La Unión
Tabla 9: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica planta La Unión
Tabla 10: Formato de información básica requerida planta Belmonte
Tabla 11: Formato de información de los componentes de cada sistema funcional planta Belmonte
Tabla 12: Cálculo del factor de condición de los componentes y de tiempo de operación planta Belmonte
Tabla 13: Formato de cálculo de índices y factores para la evaluar la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica planta Belmonte
Tabla 14: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica planta Belmonte
Tabla 15: Formato de información básica requerida planta Nueva Libare
Tabla 16: Formato de información de los componente de cada sistema funcional planta Nueva Libare
Tabla 17: Cálculo del factor de condición de los componentes y de tiempo de operación planta Nueva Libare
Tabla 18: Formato de Cálculo de índices y factores para evaluar la pre-factibilidad de la renovación de la central
hidroeléctrica planta Nueva Libare
Tabla 19: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central eléctrica planta Nueva Libare
Tabla 20: Formato de información básica requerida planta Bayona
Tabla 21: Formato de información de los componentes de cada sistema funcional planta Bayona
Tabla 22: Cálculo del factor de condición de los componente y de tiempo de operación planta Bayona
Tabla 23: Formato de cálculo de índices y factores para evaluar la pre-factibilidad de la renovación de la central
hidroeléctrica planta Bayona
Tabla 24: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica planta Bayona
Tabla 25: Formato de información básica requerida plante Campestre
Tabla 26: Formato de información de los componente de cada sistema funcional planta Campestre
Tabla 27: Cálculo del factor de condición de los componente y de tiempo de operación planta Campestre
Tabla 28: formato de cálculo de índices y factores para la evaluar la pre-factibilidad de la renovación de la central
hidroeléctrica planta Campestre
Tabla 29: Evaluación de la pre-factibilidad de la renovación de la central hidroeléctrica planta Campestre
9. RESULTADO DE LA EVALUACIÓN DE LAS PEQUEÑAS
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
9.1. DEPARTAMENTO DE QUINDÍO
Las pequeñas centrales hidroeléctricas de la empresa Multipropósito de Calarcá
producen un porcentaje inferior al 1% de lo que consume el departamento, pero si
abastecen a la ciudad de armenia. El agua para la generación proviene del río Quindío
y las tres plantas están en serie, como se muestra en la figura 13, es decir, a poca
distancia del canal de evacuación de agua de una central se encuentra la bocatoma
de la siguiente esto con el objetivo de aprovechar más la misma fuente hídrica que a
diferencia de que si fuera una presa solo podría poner una para la salida del agua.
Tabla 30: Convenciones de figura 13 y figura 16 Fuente: Elaboración propia
Figura 13: Representación gráfica de la distribución de las Pch´s Campestre, Bayona y La Unión respecto al rio Quindío
Fuente: Elaboración propia
Quindío es el departamento más pequeño de Colombia por consiguiente la demanda
energética es de las más bajas del país y no todo lo que se consume es producido
dentro del territorio, por falta fuentes hídricas. Las centrales que se visitaron eran muy
antiguas y no contaban con una rehabilitación repotenciación desde un punto de vista
de desarrollo el departamento no invierte para las fuentes de energía renovables.
9.1.1. Pequeña Central Hidroeléctrica Campestre
Es la central más moderna de la empresa multipropósitos de carnaval ya que al ser
su central con menos tiempo de funcionamiento los avances tecnológicos son
aplicados a esta, donde por ejemplo se colocaron nuevos reguladores de amperaje y
voltaje en las subestaciones, así como la automatización de válvulas alrededor de la
turbina. El diagnóstico arrojó que se debe rehabilitar, pero no repotenciar, debido a
como se puede observar en la figura 14 existe degradación por culpa del tiempo en
compuertas, canal de transporte y desarenador, además el caudal de diseño es
superado durante solo cuatros meses haciendo que sea insuficiente para que
considerarse una repotenciación.
Figura 14: Compuertas del desarenador planta Campestre
Fuente: Autores
9.1.2. Pequeña Central Hidroeléctrica Bayona
De las PCH’s que fueron evaluadas, es la que se encuentra en peores condiciones
debido a que no posee rejillas de bocatoma, permitiendo la entrada de todo tipo de
contaminantes externos, no posee desarenador, dejando que arrastre alto grado de
sedimentos a la turbina, generando un desgaste mayor al natural; El canal de
conducción de esta planta se rompió, dejando salir el agua que finalmente iba a entrar
a la turbina, este fue el motivo por el cual se detuvo la producción, desde entonces se
han estado realizando estudios sobre el costo de reconstruir el conducto
Además de los elementos básicos que le hacen falta, algunas cosas que sí posee se
encuentran en deterioro, como es el caso del sistema de izamiento y apertura en la
bocatoma mostrado en la figura 15, debido a estos defectos y falencias de la central
su resultado cuantitativo arrojó que no es conveniente repotenciar ni rehabilitar, por lo
tanto, debe sacarse del mercado.
Figura 15: Mecanismos de izamiento y apertura deteriorados en la bocatoma planta Bayona
Fuente: Autores
9.1.3. Pequeña Central Hidroeléctrica La unión
El diagnóstico sugiere que se debe rehabilitar, pero no repotenciar, el índice de
rehabilitación es de 54,0 puntos dejando como evidencia el estado de la PCH’s donde
si el índice es mayor a 55 no se debe rehabilitar si no se hay que utilizarse hasta que
quede inhabilitada la central. Se observa que la central está en un punto crítico de no
poder ser rehabilitada es decir se debe realizar muchas reparaciones para poderse
dejar en un estado óptimo con un gran gasto de dinero, este factor debe ser
determinado por la empresa y se deben realizar sus correspondientes estudios para
profundizar en la inversión y ventajas obtenidas al realizarse debe pensarse y decidir
con cuidado la decisión a tomar.
El estado de estas centrales es crítico ya se presentan muchos fallos que se
observaron en la visita y se evidenciaron en el análisis cuantitativo donde no es
conveniente potenciar ninguna de la centrales e incluso existe una que no es
conveniente rehabilitar, estas centrales son muy antiguas y en las dos que no tienen
bocatoma se afecta directamente la eficiencia de la plata, además de que también
había problemas internos de la empresa donde trabajadores no cumplían con el
mantenimiento respectivo de rejillas y desarenador.
Se recomienda a la empresa contando con el presupuesto que el punto más crítico es
la construcción de bocatomas o desarenadores en las centrales que carecen de estos
elementos para suplir la debilidad de que los canales son excavados y transportan
sedimentos que llegan a la turbina. Además, se debe empezar un estudio de caudales
del río y estadísticas energéticas que ayuden a entender el comportamiento de la
producción de energía que se maneja, así como sí ocurre bajas en los números aplicar
las medidas necesarias para solucionarse.
9.2. DEPARTAMENTO DE RISARALDA
La Empresa de Energía de Pereira tenía tres Pequeñas Centrales Hidroeléctricas,
pero a causa de daños en la turbina y pérdida de subestaciones se perdió una, La
Bananera era una central que se pensó rehabilitar, pero estudios que se realizaron
concluyeron que no era rentable. Las dos plantas que tienen actualmente en
funcionamiento generan cerca del 3% de la demanda energética en el departamento
y se alimentan del Río Tun, en serie, tal y como se muestra en la figura 16 al igual que
en las centrales de la empresa multipropósito.
Figura 16: Representación gráfica de la distribución de las Pch´s Belmonte y Nueva Libare respecto al rio Tún
Fuente: Elaboración propia
9.2.1. Pequeña Central Hidroeléctrica Belmonte
Es una central relativamente antigua pero los equipos cumplen con un funcionamiento
bueno debido a que el mantenimiento que se hace es estricto, como cuando se predijo
la falla del alabe y se compró uno nuevo antes de que esto ocurriera. La central está
todo el año en funcionamiento porque el caudal del río es inferior 3 de los 12 meses
al año al caudal de diseño por consiguiente cumple con las condiciones necesarias
para una generación de energía que cumpla con las expectativas sin parar a no ser
que se presenten fallas. Debido a que funciona correctamente y a su antigüedad el
resultado cuantitativo sugiere realizar una rehabilitación en ciertos puntos que pueden
presentar deterioro por la edad y también aconseja una repotenciación, basado en la
tabla 31, donde muestra el caudal disponible en los últimos años.
Tabla 31: Variación mensual de los caudales disponibles plantas Nueva Libare y Belmonte18
9.2.2. Pequeña Central Hidroeléctrica Nueva Libare
Que la bocatoma del acueducto municipal se comparta con Nueva Libare garantiza
que toda esta parte cuente con un transporte de agua óptimo y es un punto fuerte en
esta central. el agua que suministra el acueducto es confiable, por tanto, hay poco
arrastre de sedimentos, por otra parte, a partir de la entrada de agua hacia la central,
todos los instrumentos se encuentran en perfectas condiciones, es decir, no están
oxidados y su canal de transporte está debidamente cubierto. De acuerdo a estas
características favorables, el diagnóstico fue que es recomendable rehabilitar, pero no
repotenciar. Mejorar fugas de agua y tener precauciones debido a que la casa de
máquinas, menos los generadores se encuentran bajo tierra (Figura 17) favoreciendo
la humedad del sitio y pudiendo esto generar desgastes por oxidación en la turbina y
tuberías del sitio.
18 Fernando Valencia, Disponibilidad Hídrica, Energía de Pereira
Figura 17: casa de máquinas planta Nueva Libare, se puede observar que casi todos sus componentes se
encuentran bajo tierra y sin espacio de ventilación. Fuente: Autores
10. CONCLUSIONES
El diagnóstico arrojó que es conveniente rehabilitar La unión, Campestre, Belmonte y
nueva Libare principalmente porque estas llevan más de 25 años en uso sin haber
tenido un cambio de equipos o algún tipo de rehabilitación. Sin embargo, Bayona
también se dice que no es recomendable rehabilitar debido a que posee muchos
puntos débiles y el hecho de que el canal esté dañado y no tenga bocatoma hace
plantear más bien una reconstrucción, aunque como no se cuenta con el presupuesto
para realizar esto la empresa propietaria lo que hace es realizar mantenimientos
correctivos, pero debería hacerse un estudio de costos para ver si es rentable hacerse
esto y la central si está generando ganancias.
Es viable rehabilitar Belmonte, Campestre y Nueva Libare ya que no son tantos los
equipos a reemplazar o factores a mejorar, sin embargo, en el caso de y la unión se
debe hacer una gran inversión de tiempo y dinero para reestablecer la eficiencia por
lo factores que hay que reparar entre ellos el canal de conducción y
construcción/reparación de la bocatoma.
Se recomienda repotenciar Belmonte ya que el caudal diseño muchas veces en el
año es superado por en la fuente hídrica evidenciando que es rentable invertir para
hacer este cambio en la central, ya que al recibir más agua se podrá generar más
energía que la que se tiene del diseño.
En los dos departamentos existe una notable diferencia en cuanto a la inversión del
sector energético que se ve reflejada en el estado de las pequeñas centrales
hidroeléctricas. En donde en Risaralda se ven estudios y monitoreo incluso con
sensores alimentados con luz solar que garanticen un funcionamiento adecuado, en
Quindío, las condiciones son más simples y el dinero se gasta en mantenimientos
correctivos que generan paros en la producción de energía, hace falta mejorar los
planes de mantenimiento, así como una rehabilitación urgente en dos plantas que
debido a las fallas han sufrido paradas de hasta seis meses.
A pesar de que se cumpla con ciertos planes de mantenimiento preventivo, la edad
de los equipos de la centrales hidroeléctricas es un factor importante a tener en cuenta
ya que afectan la eficiencia de la máquina al no funcionar de una manera adecuada
por ejemplo si un compuerta fallara ya por fatiga generaría paros forzados en la central
al no poderse controlar el caudal y se perdería tiempo en la reparación de esta, por
no tener claro el tiempo de vida de cada instrumento y cuando necesita una cambio.
Se observó en las centrales que no tenían bocatoma (La Unión y Campestre) una
gran caída de potencia respecto a la proyectada en el diseño de más del 15%. Cada
uno de los componentes evaluados por el diagnóstico son trascendentes para el
correcto funcionamiento de las centrales hidroeléctricas ya que se diseñan para
garantizar que los equipos no se dañen y cumplan con las expectativas de producción
energética.
11. BIBLIOGRAFÍA
- [1] Rayén Quiroga Martínez, agosto de 2015, Estadísticas del medio ambiente en América Latina y el caribe: avances y
perspectivas, Santiago de Chile.
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de mayo de 2016]
-[3]ELCOLOMBIANO, Energía en Colombia es una de las más competitivas del mundo [en
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-[4] EL TIEMPO,Omar G. Ahumada Rojas, Incendio en hidroeléctrica de Guatapé puso al país a
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- [5]Diego E. Suarez Parra, Eduardo Fabián Zambrano Parra, Universidad Distrital Francisco José de
Caldas, Tecnología Mecánica
- [6] ARQHYS. 2012, 12. Bocatoma – Estructura hidráulica. Revista ARQHYS.com [En línea]<http://www.arqhys.com/construccion/bocatoma-estructura-hidraulica.html> [Citado el 16 de abril de 2017] -[7] Artículos, Escuela de ingeniería de Antioquia Desarenadores [En Línea]< http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/articulopagppal.html> [Citado el 16 de abril de 2017]
- [8] Tomado de la UPME (Ministerio de Minas y Energías)
- [9] ACUÑA, Yisselle. Estudio de factibilidad de la renovación de plantas hidroeléctricas con más de 25 años, Tesis de maestría, Universidad de los andes, Bogotá, Colombia, 1999. - [10] SANTOS POTES, E. Centrales Eléctricas. Barcelona: Gustavo Gili. p. 22. - [11] Fernando Valencia, Disponibilidad Hídrica, Energía de Pereira
Otras referencias:
-COLOMBIA, Ministerio de minas y energía. Instituto de Ciencias Nucleares y Energías
Alternativas: Guía de Diseño de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas. Bogotá: Instituto de
Ciencias Nucleares y de Energías Alternativas, 1997. 11p [En línea]
<http://www.si3ea.gov.co/si3ea/documentos/documentacion/energias_alternativas/poten
cialidades/GUIA%20DE%20DISENO%20PARA%20PEQUENAS%20CENTRALES.pdf> [Citado 9
de Mayo de 2016]
-TECUN, ¿Que es una central Hidroeléctrica? [En línea]
<http://www.tecun.com/emdt/090122/turismo.pdf> [Citado 9 de Mayo de 2016
-FÍSICA EN LÍNEA: Energía potencial y cinética [En línea]
<http://www.fisicaenlinea.com/11energia/energia04-potencial.html>
<http://www.fisicaenlinea.com/11energia/energia03-cinetica.html> [Citado 9 de Mayo de
2016]