estudio diseño construcción pequeña central hidroeléctrica

8/20/2019 Estudio Diseño Construcción Pequeña Central Hidroeléctrica

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ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEUNA PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA (P.C.H.) EN LA EMPRESA DE

ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ

HIPÓLITO TORRES MILLÁNLILIANA XIMENA RIVERA GAMBA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVILESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS

BOGOTÁ D.C.2014


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ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEUNA PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA (P.C.H.) EN LA EMPRESA DE

ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ

HIPÓLITO TORRES MILLÁNLILIANA XIMENA RIVERA GAMBA

Trabajo de grado para optar al título deEspecialista en Recursos Hídricos

Director de ProyectoJORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO

Ingeniero Civil, Msc

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVILESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS

BOGOTÁ D.C.2014


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Nota de aceptación

______________________________________

______________________________________

______________________________________

______________________________________Presidente del Jurado

______________________________________Jurado

______________________________________Jurado

Bogotá D.C., septiembre de 2014


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Ofrecemos este trabajo a Diospor brindarnos la oportunidad

de cumplir una meta más ennuestras vidas. A nuestras

familias por su apoyoincondicional. A los

profesores y directivos por supaciencia y dedicación al

transmitirnos el conocimiento.

Los autores.


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AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Ingeniero Jorge Valero, director de la Especialización en recursos Hídricos, porsus aportes durante el desarrollo de la especialización.

Ingeniero Eduardo Zamudio, Ingeniero Civil, Msc Recursos hidráulicos por suamistad y aportes durante el desarrollo de este trabajo.

Ingeniera Sandra Rodríguez, por su amistad y aportes durante el desarrollo deeste de trabajo.

A cada uno de los ingenieros - docentes de la Especialización en Recursos Hídricode la Universidad Católica de Colombia, especialmente a nuestros docentes, puesaportaron para esté, las respectivas correcciones y observaciones necesarias paraun desarrollo exitoso.

A todos aquellos amigos y compañeros que de alguna forma contribuyeron con larealización y desarrollo de nuestro trabajo.


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CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN 161. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN 17

2. OBJETIVOS 182.1 OBJETIVO GENERAL 182.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 18

3. MARCO DE REFERENCIA 193.1 MARCO LEGAL 193.2 MARCO TEORICO 203.2.1 Estado del arte 203.2.2 Tipos de centrales hidroeléctricas 223.2.3 Elementos que componen una PCH 233.2.4 Parámetros de diseño de una PCH 253.2.5 Potencial Hidroelectrico Teórico Bruto (P.H.T.B.) 273.2.6 Cálculo de la potencia teórica de una PCH 283.2.7 Criterios para la selección de la turbina 283.2.8 Turbinas hidráulicas 283.3 SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL (SCADA) 293.4 SOFTWARE DE SUPERVISIÓN WINCC O.A. 303.5 SOFTWARE RETSCREEN 313.6 CÁLCULO FACTOR DE EMISIÓN DIÓXIDO DE CARBONO 323.7 METODOLOGÍA DE ANÁLISIS COSTO BENEFICIO 33

4. APROVECHAMIENTOS HIDRÁULICOS 364.1 DESCRIPCIÓN DE LOS APROVECHAMIENTOS HIDRÁULICOS 374.1.1 Estructura de control Vitelma 384.1.2 Estructura de control Cazucá 394.1.3 Estructura de control San Diego 404.1.4 Estructura de control Silencio 424.1.5 Estructura de control Chicó 444.1.6 Estructura de control Casablanca 464.1.7 Estructura de control Piedra Herrada 474.2 ANÁLISIS DE LOS CAUDALES Y PRESIONES 484.2.1 Estructura de control Vitelma 494.2.2 Estructura de control Cazucá 504.2.3 Estructura de control San Diego 524.2.4 Estructura de control Silencio 534.2.5 Estructura de control Chicó 54


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4.2.6 Estructura de control Piedra Herrada 55

5. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA 585.1 PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA PARADETERMINAR EL CAUDAL MÁXIMO DE DISEÑO DE LATURBINA A INSTALAR EN LA ESTRUCTURA DE CONTROLSILENCIO 59

5.2 SELECCIÓN TIPO DE TURBINA 625.3 CONEXIÓN ELÉCTRICA 65

6. EVALUACIÓN ECONÓMICA 666.1 METODOLOGÍA INVERSIÓN 666.2 COMPONENTES DE LA INVERSIÓN 666.3 ANÁLISIS DE LOS INGRESOS 676.3.1 ingreso por venta de la energía generada 686.3.2 Ingresos por generación de energía limpia 706.4 ANÁLISIS DE COSTOS 716.4.1 Costo de operación 716.4.2 Costo de mantenimiento 716.4.3 Costos por consumo de energía 716.5 ANÁLISIS COSTO BENEFICIO FINANCIERO 716.6 COSTO BENEFICIO CON EL SOFTWARE RETSCREEN 74

7. CONCLUSIONES 79

8. RECOMENDACIONES 81

BIBLIOGRAFÍA 82

ANEXOS 84


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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Sitios de aprovechamiento hidráulico 17Tabla 2. Clasificación de PHC según potencia instalada 22Tabla 3. Clasificación de PHC según caída 22Tabla 4. Clasificación de PHC según potencia instalada ISA 22Tabla 5. Potencia de los aprovechamientos hidráulicos 58Tabla 6. Variación de la demanda de agua en los últimos cinco años 61Tabla 7. Datos selección de turbina alternativa 7 62Tabla 8. Distancias de las subestaciones eléctricas 65Tabla 9. Componentes de inversión 67Tabla 10. Análisis ingresos por reducción de CO2 70Tabla 11. Calculo costo - beneficio proyecto PHC El Silencio 73Tabla 12. Estimación de costos proyecto el silencio con el software

RETScreen 76Tabla 13. Calculo de análisis de emisiones software RETScreen 76Tabla 14. Análisis financiero proyecto el silencio con software

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Estructura reguladora de presión 37Figura 2. Diagrama esquemático de la estructura de control Vitelma 38Figura 3. Diagrama esquemático de la estructura de control Cazucá 39Figura 4. Diagrama esquemático de la estructura de control San Diego 40Figura 5. Diagrama esquemático de la estructura de control El Silencio 42Figura 6. Diagrama esquemático de la estructura de control Chicó 44Figura 7. Diagrama esquemático de la estructura de control Casa

Blanca 46Figura 8. Diagrama esquemático de la estructura de control Piedra

Herrada 47Figura 9. Caudal estructura de control Vitelma año 2014 49Figura 10. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la

estructura de control Vitelma 50Figura 11. Caudal estructura de control Cazucá año 2014 51Figura 12. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la

estructura de Control Cazucá 51Figura 13. Caudal estructura de control San Diego año 2014 52Figura 14. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la

estructura de Control San Diego 52Figura 15. Caudal estructura de control Silencio año 2014 53Figura 16. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la

estructura de Control Silencio 53Figura 17. Caudal estructura de control Chicó año 2014 54Figura 18. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la

estructura de Control Chicó 55Figura 19. Caudal estructura de control Casa Blanca año 2014 55Figura 20. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la

estructura de control Casa Blanca 56Figura 21. Caudal Estructura de Control Piedra Herrada año 2014 56Figura 22. Curva presión aguas arriba y presión aguas debajo de la

estructura de control Piedra Herrada 57Figura 23. Comportamiento de la oferta hídrica y de la demanda de agua 59Figura 24. Muestra la tendencia del caudal medio suministrado a la

ciudad de Bogotá 60Figura 25. Selección de turbinas hidráulicas 63Figura 26. Curva de rendimiento de las turbinas 64Figura 27. Modelo de proyección de tarifa de energía 69Figura 28. Valor presente neto alternativa 7 74Figura 29. Información básica del proyecto 75Figura 30. Flujo de caja del proyecto el Silencio con el software

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LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Caudal de demanda de la ciudad de Bogotá año 2011 Anexo B. Caudal Piedra Herrada Anexo C. Caudal San Diego Anexo D. Caudal Control Vitelma Anexo E. Caudal Control Silencio Anexo F. Caudal Control Casablanca Anexo G. Caudal Control Cazucá Anexo H. Caudal Control Chicó Anexo I. Análisis costo beneficio autores Anexo J. Análisis costo beneficio con el software Retscreen


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GLOSARIO

A continuación se listan algunos conceptos referentes al contenido del documento,relacionados al presente documento, entre otros que merecen ser aclarados para

el desarrollo y para un mejor entendimiento del trabajo por parte de los lectores.Todos ellos han sido tomados de RAS 2000.1

ACOMETIDA: derivación de la red de distribución que llega hasta el registro decorte del inmueble.

ACUEDUCTO: sistema para abastecimiento de agua.

ADUCCIÓN: conducción inicial para transportar un fluido ya sea libre o a presión.

AGUA PARA CONSUMO HUMANO: la que se utiliza en bebida directa ypreparación de alimentos para consumo.

AGUA POTABLE: agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos,químicos y microbiológicos es apta y aceptable para el consumo humano y cumplecon las normas de calidad de agua.

ALMACENAMIENTO: Acción destinada a almacenar un determinado volumen deagua para cubrir los picos horarios y la demanda contra incendios.

CABEZA DE PRESIÓN: presión manométrica en un punto, expresada en metrosde columna de agua, obtenida como la razón entre la magnitud de la presión y elpeso específico del agua.

CAUDAL DE DISEÑO: caudal estimado con el cual se diseñan los equipos,dispositivos y estructuras de un sistema determinado.

CAUDAL ESPECÍFICO DE DISTRIBUCIÓN: caudal de distribución medio que sepresenta o se estima en un área específica y definido en términos de caudal porunidad de área o caudal por unidad de longitud de tubería de distribución instaladao proyectada en el área de diseño.

CAUDAL MÁXIMO DIARIO: consumo máximo durante veinticuatro horas,observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contraincendio que se hayan presentado.

1 COLOMBIA. Ministerio de Desarrollo Económico. Resolución no. 1096 de 17 de noviembre de2000, por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y SaneamientoBásico -RAS-.


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CAUDAL MÁXIMO HORARIO: consumo máximo durante una hora, observado enun período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que sehayan presentado.

CAUDAL MEDIO DIARIO: consumo medio durante veinticuatro horas, obtenidocomo el promedio de los consumos diarios en un período de un año.

CERTIFICADOS DE EMISIONES REDUCIDAS (CER): Son documentos con valorcomercial que certifican la verificación de las emisiones reducidas provenientes dela implementación de un proyecto MDL en un país en desarrollo.

COSTOS DIRECTOS: son los cargos directos aplicables al concepto de trabajo yque se derivan de las erogaciones por materiales, mano de obra, maquinaria,herramienta e instalaciones de equipo en general, para realizar dicho concepto detrabajo.

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD: medida de la rugosidad de una superficie, quedepende del material y del estado de la superficie interna de una tubería.

DENSIDAD DE POBLACIÓN: Cantidad de personas que habitan en un área.

DIÁMETRO NOMINAL: Es el número con el cual se conoce comúnmente eldiámetro de una tubería, aunque su valor no coincida con el diámetro real interno.

DIÁMETRO REAL: Diámetro interno de una tubería determinado con elementosapropiados.

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2): es un gas inodoro, incoloro y no venenoso, quese produce de forma natural, y también como subproducto de la combustión decombustibles fósiles).

ENERGÍA CINÉTICA: energía que ocurre por el movimiento del líquido.

ENERGÍA HIDRÁULICA: es la energía que tiene una masa de líquido por suelevación, velocidad y por la presión a la que está sometido.

ENERGÍA POTENCIAL: debido a la elevación de la masa de líquido sobre unnivel de referencia.

ENERGÍA DE PRESIÓN: La energía interna del fluido que puede producir undezplazamiento.

HIDROGRAMA: Figura que representa la variación del caudal con el tiempo en unsitio determinado, que describe usualmente la respuesta hidrológica de un área dedrenaje a un evento de precipitación.


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GASES DE EFECTO INVERNADERO (GEI): gases presentes en la atmósferaque retienen el calor del sol en la tierra, proporcionando la temperatura adecuadapara la vida en el planeta.

PÉRDIDAS MENORES: Pérdida de energía causada por accesorios o válvulas enuna conducción de agua.

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN: Pérdida de energía causada por los esfuerzoscortantes del flujo en las paredes de un conducto.

PERÍODO DE DISEÑO: Tiempo para el cual se diseña un sistema o loscomponentes de éste, en el cual su(s) capacidad(es) permite(n) atender lademanda proyectada para este tiempo.

PRECIOS UNITARIOS: es la remuneración o pago en moneda que el contratantetendrá que cubrir al contratista, por unidad de obra y por concepto de trabajo queejecute, de acuerdo a las especificaciones.

PRESIÓN NOMINAL: Presión interna máxima a la cual puede estar sometida unatubería, considerando un factor de seguridad, y que es dada por el fabricantesegún las normas técnicas correspondientes.

PRESUPUESTO: calculo anticipado de los ingresos y gastos de una actividadeconómica durante un periodo.

RED DE DISTRIBUCIÓN: conjunto de tuberías, accesorios y estructuras queconducen el agua desde el tanque de almacenamiento o planta de tratamientohasta los puntos de consumo.

RED MATRIZ: parte de la red de distribución que conforma la malla principal deservicio de una población y que distribuye el agua procedente de la conducción,planta de tratamiento o tanques de compensación a las redes secundarias.

RED MENOR DE DISTRIBUCIÓN: red de distribución que se deriva de la redsecundaria y llega a los puntos de consumo.

RED SECUNDARIA: parte de la red de distribución que se deriva de la redprimaria y que distribuye el agua a los barrios y urbanizaciones de la ciudad y quepuede repartir agua en ruta.

SISTEMA DE ACUEDUCTO: Grupo de elementos, componentes y métodosoperacionales cuya función es la captación, conducción, tratamiento y distribuciónde agua potable.


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SISTEMA DE CONTROL: Permite mantener variables de un proceso dentro de unrango de operación, tomando acciones a partir de comparar el valor deseado conel valor requerido. Está compuesto usualmente por los siguientes elementos:instrumentación de medición-transductor, transmisor, controlador, actuador y

sistema de registro.TUBERÍA: ducto de sección circular para el transporte de agua.

TURBINA: una turbina es una máquina de fluido que permite transformar laenergía del fluido que la atraviesa en movimiento rotativo de un eje.

UNIDAD DE OBRA: unidad de medición señalada en las especificaciones paracuantificar el concepto de trabajo para fines de medición y pago.


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INTRODUCCIÓN

La conducción de agua potable a una ciudad se efectúa con una tubería a presiónque conduce el agua desde el embalse a la planta de tratamiento y luego a una

red de distribución, en cuya entrada, un sistema de válvulas se encargan dedisipar la energía hidrostática, dichos accesorios se pueden sustituir por unaturbina que convierta esa energía disipada, en energía eléctrica utilizable y limpia,la cual es pieza clave en el desarrollo socioeconómico de muchas regiones en loque respecta al mejoramiento de la calidad de vida, servicios públicos,mejoramiento tecnológico e industrial, además de preservar el medio ambiente ydisminuir los gases efecto invernadero (GEI).

El presente proyecto de grado muestra siete alternativas de aprovechamientohidráulico del sistema de Acueducto de Bogotá, de las cuales se selecciona la queofrece mejores características hidráulicas para la generación de energía eléctrica,por ello se realiza una descripción detalla de su ubicación geográfica, zonas deabastecimiento de agua, gráficas de caudales y presiones obtenidas de loshistóricos almacenados en la base de datos del software de información WINCCde la empresa de Acueducto de Bogotá.

De la alternativa seleccionada se realizó el cálculo de la potencia máxima agenerar de acuerdo al caudal máximo proyectado para determinar la turbinaadecuada a utilizar en dicho sistema y con la curva de rendimiento de la turbinahallar la energía neta a producir.

Finalmente se realiza el estudio económico donde se incluye los ingresos por laventa de energía eléctrica y la venta de certificados de emisiones reducidas(CER), adicionalmente se calculan los costos por inversión, operación ymantenimiento, utilizando los siguientes métodos: análisis económico manual ysoftware de análisis económico de generación de energía RETScreen.


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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar el estudio de prefactibilidad para la construcción de una pequeña centralhidroeléctrica (P.C.H) en la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Evaluar los diferentes lugares de aprovechamiento hidráulico de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá y seleccionar cual es el más óptimo aestudiar de acuerdo con la potencia hidráulica obtenida.

Utilizar la infraestructura existente como embalses, túneles, tuberías deconducción, tanques de almacenamiento, válvulas reguladoras, para minimizar loscostos del proyecto y que sea viable su ejecución.

Calcular la cantidad de Dióxido de carbono a reducir por cada KW generado,con el fin de disminuir GEI y con ello la obtención de bonos de CO2 que ayudan ala financiación del proyecto.

Realizar el estudio económico para obtener el valor presente neto (V.P.N)utilizando los métodos: análisis económico manual y el software RETScreen, paradeterminar la viabilidad técnica y financiera del proyecto.


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3. MARCO DE REFERENCIA

3.1 MARCO LEGAL

El presente estudio se elaboró teniendo en cuenta lo establecido en laConstitución Política Colombiana que incluye artículos que de manera directa oindirecta tienen que ver con la conservación y preservación del medio ambiente yla Ley 99 de 1.993 por la cual se creó el Ministerio del Medio Ambiente.

Decreto Ley 2811 / 1974, código de los recursos naturales renovables yprotección al medio ambiente.

Ley 373 del 6 de junio de 1997, “por la cual se establece el programa para eluso eficiente y ahorro del agua”

Ley 142 de 1994, “por la cual se establece el régimen de los servicios públicosdomiciliarios y se dictan otras disposiciones”.

Resolución 312 de 2005, “por la cual se fija la tasa de descuento 13.34%aplicable a los servicios públicos domiciliarios de acueducto y alcantarillado”.

Resolución 287 de 2004, “por la cual se establece la metodología tarifariapara regular el cálculo de los costos de prestación de los servicios de acueducto yalcantarillado”.

Resolución CREG no. 025 de 1995, “por la cual se establece el código deredes, como parte del reglamento de operación del sistema interconectadonacional¨, anexo denominado código de redes define, entre otros, los criterios deplaneamiento del STN y los requisitos técnicos mínimos para el diseño,construcción, montaje, puesta en servicio, operación y mantenimiento que todousuario debe cumplir por o para su conexión…”

Resolución CREG 030 de 1996, “por la cual se complementan losprocedimientos generales para la asignación de puntos de conexión a los sistemade transmisión nacional, sistemas de transmisión regional o sistemas dedistribución local.”

Resolución 086 de 1996, “por la cual se reglamenta la actividad de generacióncon plantas menores de 20 mw que se encuentra conectado al sistemainterconectado nacional (SIN)”.

Resolución CREG 070 de 1998, establece el reglamento de distribución deenergía eléctrica, el cual en el numeral 4.5 señala: “en el caso de generadores,plantas menores, autogeneradores o cogeneradores que proyecten conectarse alsistema de energía, el procedimiento para la conexión se rige en lo que aplique a


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lo dispuesto en las resoluciones CREG 025 de 1995 y CREG 030 de 1996 ydemás normas que las modifiquen o sustituyan.

Resolución no.082 del 2002, “por la cual se aprueban los principios generales

y la metodología para el establecimiento de los cargos por uso de los sistemas detransmisión regional y distribución local”.

Resolución no. 18 1462 de noviembre 10 de 2004 por medio de la cual semodifica el artículo 1° de la resolución 18 1401 del 29 de octubre de 2004. quemediante la resolución 1811401 del 29 de octubre de 2004 se adoptó el factor deemisión de gases de efecto invernadero para los proyectos de generación deenergía con fuentes renovables conectados al sistema nacional cuya capacidadinstalada sea igual o menor a 15mw.

3.2 MARCO TEÓRICO

3.2.1 Estado del arte. En décadas pasadas, la mayoría de municipios de nuestropaís disponían de su Pequeña Central Hidroeléctrica (PCH), las cuales en sumayoría fueron construidas con recursos económicos propios y parte de laingeniería de diseño y construcción era nacional. En la década de los setentaestas PCH’s fueron absorbidas por grandes proyectos hidroeléctricos, queconformaron la base de la generación a través del sistema interconectadonacional, actualmente el potencial de generación de energía en pequeña escala seaproxima a 2.5 veces la potencia instalada en el País; este factor abre un espacioimportante para explotar estos recursos, se suman a este la crisis del sectoreléctrico durante el fenómeno del niño, la ley de servicios públicos 142 del 94, laley eléctrica 143 del 94, la ley ambiental 99 del 93.2

La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, GranBretaña. El principal impulso de la energía hidráulica se produjo por el desarrollodel generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica ydebido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de laproducción total de electricidad. A principios de la década de los noventa, lasprimeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y EstadosUnidos.3

Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante sonNoruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná,está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayorcapacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, enEstados Unidos, genera unos 6500 MW y es una de las más grandes; Pero

2 ORTIZ FLÓREZ, Ramiro. Pequeñas centrales hidroeléctricas, Bogotá: McGraw- Hill, 2001. p. 26.3 Ibíd., p. 27.


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Colombia no podía quedarse atrás, nuestro país cuenta con numerosasinstalaciones hidroeléctricas que generan el 69,70% de la producción eléctrica. En1997 la producción anual fue de 44.345 millones de KWh. Los principales sistemashidroeléctricos están localizados en Antioquia, Cundinamarca, Huila y Tolima. En

el departamento de Boyacá destaca la central hidroeléctrica de Chivor y en Antioquia la de Guatapé, la más grande del país.

Colombia tiene grandes posibilidades para una amplia difusión de pequeñascentrales hidroeléctricas en todo el país, además las empresas eléctricas einstituciones financieras muestran gran interés en un programa nacional para larehabilitación de pequeñas centrales hidroeléctricas ya que es una alternativaeconómica para el abastecimiento de energía. Existen más de 60 en todo elterritorio nacional. 4

Pequeñas centrales hidroeléctricas. Las pequeñas centrales hidroeléctricasson centrales de generación hidroeléctrica, con una potencia de generación baja.Se pueden definir como el conjunto de obras civiles y estructuras hidráulicasgenerales y específicas que, complementadas con su correspondiente equipoelectromecánico, aprovechan las energías potencial y cinética del agua paraproducir energía eléctrica. Esta energía es conducida por diferentes líneas detransmisión a los centros de consumo, en donde se utiliza en alumbrado público yresidencial, operación de aparatos electrodomésticos y demás necesidadeseléctricas de la zona en donde se llevar a cabo el proyecto.5

El aprovechamiento hidro-energético tendrá que cubrir una demanda de energíaeléctrica, la cual puede estar conectada al sistema nacional de interconexión, a unsistema híbrido o estar totalmente aislada. La demanda requerida por la PCH debeser cubierta durante la totalidad de la vida útil del proyecto. En caso de estarinterconectada, la demanda de la PCH puede ser cubierta temporalmente, y esta asu vez puede transmitir sus excedentes de potencia y energía al sistema.6

La Organización Latinoamericana de energía OLADE clasifica las PCH de acuerdoa la potencia instalada como de muestra en la tabla 2.

4 Ibíd., p. 27.5 ZOPPETTI JÚDEZ, Gaudencio. Centrales hidroeléctricas: su estudio montaje, regulación yensayo. 2 ed. Barcelona: Gustavo Gili, 1969. p. 206.6 ORTIZ FLÓREZ. Op. cit., p. 29.


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Tabla 2: Clasificación de PHC según Potencia Instalada

Fuente: ORTIZ FLÓREZ, Ramiro. Pequeñas centrales hidroeléctricas, Bogotá:McGraw- Hill, 2001. p. 28.

Según la caída las clasifica como se muestra en la tabla 3.

Tabla 3. Clasificación de PHC según caída


El ISA clasifica las centrales hidroeléctricas de acuerdo a su potencia instalada

como se muestra en la tabla 4.

Tabla 4. Clasificación de PHC según potencia instalada ISA.


3.2.2 Tipos de centrales hidroeléctricas. El aprovechamiento hidro-energético sepuede realizar construyendo una presa para crear un embalse, esta formarequiere de gran profundidad en su diseño y gran tecnología. Este tipo de obra noes recomendable para las pequeñas centrales, por cuanto son obras costosas queen la mayoría de los casos encarecen el costo de kw instalado. La otra forma es


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por medio de la derivación del caudal; este caso tiene un fácil diseño y es posibleusar tecnología regional; en Colombia, dentro del rango de potencia instalada de100 a 1000 kW, este es el tipo de PCH usadas.7

Pequeña central hidroeléctrica con derivación. Este tipo de planta es de filode agua, en la que no se usa un embalse para almacenar agua, sino que el caudalse toma del recurso hídrico directamente por medio de una bocatoma que dirige elcaudal a un canal en el que se alcanza la caída necesaria para obtener la potenciarequerida; después se encuentra un tanque de presión y un desarenador queconducen el caudal a una tubería a presión por la cual se lleva a la turbina degeneración. Su impacto ambiental es mínimo comparado con el causado por unproyecto de autorregulación o que usa una presa.8

Centrales de alta presión: Aquí se incluyen aquellas centrales en las que elsalto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojadosson relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina. Situadas en zonas de altamontaña, aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de granlongitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis.9

Centrales de media presión: Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre200-20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200m3/s por turbina.10

En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis yKaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.11

Centrales de baja presión: Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros.Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300m3/s. Lasturbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.12

Centrales en sistemas de alimentación de agua potable. Si La conducciónde agua potable a una ciudad se efectúa con una tubería a presión que conduce elagua desde un embalse a la estación de tratamiento, cuya entrada, un sistema deválvulas especialmente concebidas para ello se encargan de disipar la energíahidrostática. Existe la posibilidad de sustituir estas válvulas de disipación por unaturbina que convierta esa energía disipada, en energía eléctrica utilizable.13

3.2.3 Elementos que componen una PCH. A continuación se hará una brevedescripción de Los elementos que componen una PCH:

7 ZOPPETTI JÚDEZ. Op. cit., p. 207.8 Ibíd., p. 208.9 Ibíd., p. 209.10 Ibíd., p. 210.11 Ibíd., p. 212.12 Ibíd., p. 214.13 Ibíd., p. 215.


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Tanque de presión: Es un tanque en el que la velocidad del agua es cercanaa cero, empalma con la tubería a presión, y debe evitar el ingreso de sólidos y deburbujas de aire a la tubería de presión, y amortiguar el golpe de ariete; además,debe garantizar el fácil arranque del grupo turbina-generador y tiene un volumen

de reserva en caso de que las turbinas lo soliciten.

14

Tubería de presión: Es la tubería que transporta el caudal de diseño a laturbina; se apoya en anclajes que soportan la presión de agua y la dilatación porlos cambios de temperatura.15

Casa de máquinas: Es el sitio donde se encuentra la turbina, los generadores,los equipos auxiliares, las válvulas de admisión y los aparatos de maniobra,regulación y protección; allí se transforma la energía hidráulica en mecánica, yésta en eléctrica; en la casa de máquinas está la conexión al sistema detransmisión.16

Turbinas hidráulicas: Son máquinas que transforman la energía potencial,cinética y de presión del agua, en energía mecánica de rotación. Se clasificansegún su funcionamiento, en turbinas de acción, las cuales utilizan solo lavelocidad del agua para poder girar; y en turbinas de reacción que emplean, tantola velocidad como la presión, para desempeñar el trabajo de rotación.17

Ataguías: Se emplean para cerrar el acceso de agua a la toma cuando esnecesario realizar una limpieza de la instalación o reparaciones en lasconducciones.18

Válvulas: Pueden ser de compuerta, de mariposa o esférica. Las válvulasofrecen una mayor fiabilidad que las compuertas, pero producen mayores pérdidasde carga y se utilizan principalmente en centrales donde el salto es considerable.19

Reguladores de velocidad: Son servomecanismos que sirven para mantenerconstante la velocidad de giro de la turbina y la frecuencia de la energía eléctricagenerada, manteniendo constante la velocidad sincrónica del generador.20

Generador: Es una maquina acoplada a la turbina, que convierte la energíamecánica de rotación en energía eléctrica, en su circuito de salida. 21

14 Ibíd., p. 218.15 Ibíd., p. 219.16 Ibíd., p. 223.17 Ibíd., p. 229.18 Ibíd., p. 232.19 Ibíd., p. 236.20 Ibíd., p. 239.21 Ibíd., p. 240.


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3.2.4 Parámetros de diseño de una PCH. En el diseño de la pequeñas centraleshidroeléctricas, uno de los aspectos de análisis son las condiciones físicas dellugar en donde se quiere implementar, ya que de estas dependerán la potencia yla confiabilidad del servicio que se pueda generar uno de los inconvenientes que

se ha encontrado en la implementación la PHC de generación es el aspectoeconómico ya que como sabemos el costo de inversión inicial en los proyectoshidroeléctricos es bastante alto pero a largo plazo son los más rentables ademásdel financiamiento el tiempo de construcción y puesta en marcha es una de lasdificultades que este tipo de proyectos ha encontrado en el camino.22

Caudal de agua. Se necesita un caudal de agua constante para garantizar lacontinuidad de funcionamiento de la mini central, este caudal nos va a proveer deenergía primaria para el movimiento de la turbina de la planta de generaciónhidroeléctrica.23

Cálculo del caudal. La dinámica de fluidos define al caudal como la cantidadde fluido que avanza en una unidad de tiempo. También es conocido como caudalvolumétrico o índice de flujo fluido.24

El cálculo de caudal de agua viene expresado por la ecuación de continuidad.

Q=V*S

Ecuación cálculo del caudalDonde:

Q : caudal (m3/s)V : velocidad (m/s)S : sección de la tubería (m2)

El cálculo de caudal se basa en la ecuación de Bernoulli

Ecuación de Bernoulli.Donde:

22 ORTIZ FLÓREZ. Op. cit., p. 46.23 Ibíd., p. 50.24 Ibíd., p. 53.


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• : Es la presión estática a la que está sometido el fluído, debida a lasmoléculas que lo rodean

• : Densidad del fluído.• : Velocidad de flujo del fluído.

• : Valor de la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2 en la superficie de laTierra).• : Altura sobre un nivel de referencia.

Cálculo de caudal de diseño cuando existe información. La existencia deuna muestra aceptable de mediciones de caudal de una cuenca en base a unacurva de caudales así como una curva de frecuencia, con la información de lacurva podemos determinar los caudales máximos y mínimos para eldimensionamiento de los elementos de la mini central.25

Curva de caudales. La curva de caudales es la que se desarrolla colocandoen el plano cartesiano los datos de caudales vs el tiempo en perdidos diarios,mensuales, anuales dependiendo de las mediciones que se tengan a la mano.26

Caudal pico. Es el caudal máximo medido, en un periodo de tiempodenominado como periodo de retorno, del caudal pico depende eldimensionamiento de las obras de desvió y el vertedero de exceso.27

Los periodos de retorno recomendados por organización latinoamericana deenergía:

• Micro-central ( 20-25 años)• Mini-central (50-100 años)• Pequeñas centrales (100-150 años).

Caudal mínimo. El caudal mínimo es el caudal más bajo que se registra en unperiodo de tiempo.28

Caudal medio. Es el promedio de los caudales medios en un periodo detiempo.29

Curva de duración de caudales. Se obtiene al ordenar los valores de caudal

registrados contra el número de veces que este se ha obtenido en un periodo de

25 Ibíd., p. 55.26 Ibíd., p. 56.27 Ibíd., p. 57.28 Ibíd., p. 59.29 Ibíd., p. 62.


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tiempo, esta curva ayudara a encontrar la probabilidad que se repite en undeterminado valor de caudal.30

Curva de frecuencia. Esta curva es la representación del porcentaje de

tiempo que se repitió un determinado caudal ordenando la frecuencia desde elmayor al menor.31

Caudal de diseño. Este caudal lo obtenemos de las curvas de frecuencia yduración de caudales.32

Cálculo Hidráulico. Una vez conocidos los datos de caudal y alturaprocedemos al cálculo de los componentes hidráulicos de la PHC, la tuberíaforzada y los componentes hidráulicos.33

Cálculo de la altura aprovechable. Determinar la altura vertical entre lacámara de carga y la casa de máquinas es indispensable para empezar con loscálculos de los componentes de la mini central debido a que esto nos proporcionala potencia a obtener para nuestro estudio.34

Caída neta. La caída neta o altura neta es la altura del salto aprovechable porla turbina, es igual al salto útil menos las pérdidas de carga que tiene lugar a lolargo de la conducción forzada, reducciones, válvulas, etc.35

3.2.5 Potencial Hidroelectrico Teórico Bruto (P.H.T.B.). El potencial hidroeléctricobruto o potencia teórica es la potencia estimada que se puede obtener de lascondiciones físicas de un emplazamiento, para la PHC el potencial se obtiene apartir de la formula.36

Presión. P=d*g*HDonde:

• d : densidad del agua (1000Kg/m3)• g : aceleración de la gravedad en 9.8 m/s2• H : caída en metros

Potencia: P=F*V

30 Ibíd., p. 64.31 Ibíd., p. 66.32 Ibíd., p. 67.33 Ibíd., p. 68.34 Ibíd., p. 70.35 Ibíd., p. 76.36 WARNICK, C.C. Hidropower engineering. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall ,1984. p. 106.


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Donde:

• F : fuerza• v : velocidad

Fuerza. P=d*g*H*S*VComo el caudal es. Q=V*SEntonces tenemos. P=d*g*H*Q

Reemplazando los valores:Simplificando:Multiplicando los valores por un factor de rendimiento

3.2.6 Cálculo de la potencia teórica de una PCH.

P= 9.81*Q*H*

Donde:

• P : potencia en KW de la mini central• 9,8: peso específico del agua.• Q: caudal de agua que tenemos m3/seg.• H : altura del salto geodésico en m• : rendimiento estimado de los equipos (turbina generador).37

3.2.7 Criterios para la selección de la turbina. Las turbinas hidráulicas deben ser

seleccionadas en base a los siguientes parámetros:

• La caída de agua (salto geodésico).• El caudal.• Velocidad de rotación.• Problemas de cavitación.• Velocidad de embalamiento.• Costo.38

3.2.8 Turbinas hidráulicas. La turbina hidráulica es el elemento clave, aprovechala energía cinética y potencial que contiene el agua, transformándola en un

movimiento de rotación, que transferido mediante un eje al generador produceenergía eléctrica.

37 Ibíd., p. 107.38 Ibíd., p. 108.


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Existen diferentes tipos de turbinas. El tipo más apropiado para un proyectodepende de las condiciones topográficas e hidrológicas del sitio, siendo el caudal ycaída las más importantes.39

Las clases de turbinas más utilizadas en proyectos hidroeléctricos son: Turbinas Pelton. Esta turbina está dentro de las turbinas de acción, de flujotangencial, con un rodete formado por varias cucharetas y un sistema de toberasque son las encargadas de inyectar la presión a la tobera. El rango deaplicación de las turbinas Pelton es para velocidades de funcionamientobajas, además está diseñada para trabajar con saltos grandes y bajoscaudales su eficiencia es del 85%.40

Turbinas Kaplan. También están dentro de las turbinas de acción, deflujo transversal, la entrada radial y flujo transversal, en este caso el rodete estáformado por alabes curvos la inyección de caudal se lo hace con un inyector,tienen una eficiencia en el orden del 80% y generan hasta 1000kW, debido a suforma son fáciles de construir reduciendo así su costo en relación a otro tipo deturbinas.41

Turbinas Francis. Esta turbina fue desarrollada para trabajas con velocidadesespecificas medianas trabajando con saltos medianos y caudales de lasmismas características su eficiencia oscila entre 83% y 90% su fabricación escompleja subiendo su costo de fabricación.42

3.3 SISTEMAS DE SUPERVISIÓN Y CONTROL (SCADA)

El término SCADA usualmente se refiere a un sistema central que monitorea ycontrola un sitio completo o una parte de un sitio que nos interesa controlar (elcontrol puede ser sobre máquinas en general, depósitos, bombas, etc.) ofinalmente un sistema que se extiende sobre una gran distancia (kilómetros /millas).43

La mayor parte del control del sitio es en realidad realizada automáticamente poruna Unidad Terminal Remota (UTR), por un Controlador Lógico Programable(PLC) y más actualmente por un Controlador de Automatización Programable

39

MORA NAVARRO, Diego Camilo y HURTADO LIÉVANO, Jorge Mauricio. Guía para estudios deprefactibilidad de pequeñas centrales hidroeléctricas como parte de sistemas híbridos. [En línea].Disponible en Internet: .[Citado: 20 de febrero, 2014]. p. 19.40 Ibíd., p. 20.41 Ibíd., p. 21.42 Ibíd., p. 32.43 WIKIPEDIA. SCADA. [En línea]. Disponible en Internet: . [Citado: 20 de febrero, 2014].


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(PAC). Las funciones de control del servidor están casi siempre restringidas areajustes básicos del sitio o capacidades de nivel de supervisión. Por ejemplo unPLC puede controlar el flujo de agua fría a través de un proceso, pero un sistemaSCADA puede permitirle a un operador cambiar el punto de consigna (set point)

de control para el flujo, y permitirá grabar y mostrar cualquier condición de alarmacomo la pérdida de un flujo o una alta temperatura. La realimentación del lazo decontrol es cerrada a través del RTU o el PLC; el sistema SCADA monitoriza eldesempeño general de dicho lazo. El sistema SCADA también puede mostrargráficas con históricos, tablas con alarmas y eventos, permisos y accesos de losusuarios.44

3.4 SOFTWARE DE SUPERVISION WINCC O.A.

La mayoría de los modernos conceptos de diseño se utilizan en Simatic WinCCOpen Architecture. La tecnología orientada a objetos continua establece nuevosestándares en los sistemas SCADA. El concepto abierto permite la integración dela mayoría de los componentes diferentes. Se proporcionan soluciones específicasdel nivel de automatización hasta el control operativo y nivel de gestión.45

El sistema SCADA en el acueducto permite la supervisión y control de fuentes deagua cruda, plantas de tratamiento, estaciones de bombeo de agua tratada,tanques de distribución de agua tratada, estructuras de control, la calidad delagua, válvulas de control, válvulas reductoras, puntos de caudal, presiones.

Además ayuda a mejorar la eficiencia de las operaciones normales y deemergencia, disponer de información adecuada para toma de decisiones, facilitarla elaboración del programa de producción y manejo de agua y obtener índices degestión, entre otras aplicaciones.46

Wincc O.A permite la fácil operación de las labores de control y monitoreo, eleficiente manejo y recuperación de datos, la seguridad de los procesos einformación y la integración de las herramientas de ingeniería y estrategias decontrol, diagnóstico y elaboración de reportes.47

En el Centro de Control Operativo EAAB –edificio inteligente ubicado al occidentede la ciudad de Bogotá opera todo el sistema matriz de agua potable y lasestaciones elevadoras de alcantarillado- se registra toda la información sobre lavariación en los niveles de los tanques de almacenamiento, presión y flujo de lastuberías de los puntos de operación, calidad del agua y uso y generación deenergía eléctrica, entre otros procesos. 48

44 Ibíd.45 Ibíd.46 Ibíd.47 Ibíd.48 Ibíd.


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Además, desde la sala de control, dotada con equipos informáticos de últimageneración, se pueden controlar los cambios de presión del sistema matriz quepodrían causar daños y fugas en las redes, alertar sobre posibles fallas delservicio y registrar la calidad del agua suministrada, interconectada a través de un

sofisticado sistema de comunicación con los embalses, plantas de tratamiento,tanques, estructuras de control y estaciones de bombeo.49

Adicionalmente el software Wicc permite recopilar información sobre el estado delos equipos electromecánicos en los puntos de operación y con softwareespecializado gestionar su mantenimiento. Desde el punto de vista de operación,se puede realizar análisis y simulaciones hidráulicas para situaciones normales yde emergencia.50

3.5 SOFTWARE RETSCREEN

El Software de Análisis de Proyectos de Energía Limpia RETScreen es lídermundial de las herramientas informáticas utilizadas para la toma de decisiones enenergías limpias El Gobierno de Canadá ofrece la herramienta de maneratotalmente gratuita, como parte de la estrategia del país para trabajar en un marcointegral en la lucha contra el cambio climático y la reducción de la contaminación.51

RETScreen reduce considerablemente los costos (tanto financieros como detiempo) asociados a la identificación y evaluación de proyectos energéticospotenciales. Los costos, que surgen en las fases de estudios de pre-factibilidad,factibilidad, desarrollo e ingeniería, pueden suponer barreras considerables para eldesarrollo de Tecnologías de energías Renovables y de Eficiencia energética.Mediante su contribución a la eliminación de dichas barreras, RETScreen reducelos costos de implementación de los proyectos y de los negocios en el sector delas energías limpias.52

RETScreen permite que los profesionales y los que toman decisiones puedandeterminar si un proyecto de energías renovables, eficiencia energética ocogeneración es económicamente factible. Tanto si el proyecto es rentable comosi no lo es.53

RETScreen determinará la viabilidad para los que toman decisiones de una formarápida, inequívoca, práctica y a un coste relativamente mínimo.54

49 Ibíd.50 Ibíd.51 NATURAL RESOURCES CANADA. RETScreen®International: permitiendo decisiones deenergía más limpia. [En línea]. Disponible en Internet: . [Citado:20 de febrero, 2014].52 Ibíd.53 Ibíd.54 Ibíd.


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Los modelos de proyecto de RETScreen abarcan todas las tecnologías e incluyentanto las fuentes de energía limpia tradicionales como las no tradicionales,además de las fuentes y tecnologías de energía convencionales. Los modelos deproyectos incluyen: eficiencia energética (desde grandes instalaciones industriales

hasta viviendas individuales), calefacción y enfriamiento (ej. biomasa, bombas decalor y calefacción solar de aire/agua), energía (incluyendo energías renovablescomo solar, eólica, mareomotriz, hidráulica, geotérmica, etc. y las tecnologíasconvencionales como las turbinas de vapor/gas y los motores reciprocantes) ycalor y energía combinados (o cogeneración).55

RETScreen 4: es una herramienta de software de análisis de proyectos deenergía limpia basada en Excel que ayuda a los tomadores de decisiones adeterminar la viabilidad técnica y financiera del potencial (producción combinadade calor y electricidad) Proyectos de energía renovable, la eficiencia energética yla cogeneración. Proyectos de energía convencionales también pueden sermodelados y se comparan con las alternativas más limpias. Los usuarios llevan acabo un análisis de cinco pasos, incluyendo el análisis de energía, análisis decostos, análisis de emisiones, análisis financiero, análisis de sensibilidad y /riesgo.56

RETScreen Plus: es una herramienta de software de administración de energíabasada en Windows que permite a los propietarios de los proyectos para verificarel rendimiento de la energía continua de sus instalaciones.

3.6 CÁLCULO DEL FACTOR DE EMISIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO

En cuanto al tema ambiental, los AHs del acueducto de energía renovable, laproducción de energía eléctrica y la innovación tecnológica. Además, sonconsistentes con los objetivos establecidos por el gobierno nacional para laparticipación en MDL del protocolo de Kyoto aprobado mediante la Ley 164 de1994, la Resolución 181462 de 2004 del Ministerio de Minas y Energía, establecióel factor de emisión de 0.471 Kg CO2/kWh para el cálculo de las reducciones deemisiones de GEI para los proyectos de generación de energía con fuentes noconvencionales de energía o renovables tales como fotovoltaica, hidroeléctrica,mareomotriz, eólica, geotérmica y biomasa, interconectados a la red, cuyacapacidad instalada sea igual o menor a 15 MW de acuerdo con la metodologíadel MDL. La actualización del factor de emisión se realizará con una periodicidadanual.

55 Ibíd.56 Ibíd.


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3.7 METODOLOGÍA DE ANÁLISIS COSTO BENEFICIO

Análisis costo beneficio financiero. El modelo adoptado para el análisiscosto beneficio financiero es a precios constantes antes de impuestos, el cual

presenta la ventaja de establecer la rentabilidad en términos reales del proyecto,sin considerar distorsiones como la variación de los precios a lo largo del tiempo yel cambio futuro de las tasas impositivas.57

Depreciación. La reserva de depreciación depende de la vida útil del proyecto.Se ha estimado que la tasa es inversamente proporcional a la vida útil que paranuestros casos se asume de 25 años. Por lo tanto la tasa de depreciacióncorresponde al 4% anual.58

Porcentaje de depreciación método lineal. Se calcula tomando el costo de lainversión menos su valor de desecho, si existe; entre el número de años de vidaútil. Supone que el activo se desgasta de manera uniforme durante el transcursode su vida útil.59

Valor actual neto. También conocido como valor actualizado neto o valorpresente neto (en inglés net present value), cuyo acrónimo es VAN (en inglés,NPV), es un procedimiento que permite calcular el valor presente de undeterminado número de flujos de caja futuros, originados por una inversión. 60

La fórmula que nos permite calcular el valor actual neto es:

representa los flujos de caja en cada periodo t.

es el valor del desembolso inicial de la inversión.

es el número de períodos considerado.

, d o TIR es el tipo de interés.

Puede considerarse también la interpretación del VAN, en función de la creación

de valor para la empresa:

57 ORTIZ ANAYA, Héctor. Análisis financiero aplicado: con ajustes de inflación. 10 ed. Bogotá:Universidad Externado de Colombia, 1998, p. 403.58 Ibíd., p. 403.59 Ibíd., p. 406.60 Ibíd., p. 407.


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• Si el VAN de un proyecto es positivo, el proyecto crea valor.• Si el VAN de un proyecto es negativo, el proyecto destruye valor.• Si el VAN de un proyecto es cero, el proyecto no crea ni destruye valor.61

La rentabilidad económica. Mide la tasa de devolución producida por unbeneficio económico (anterior a los intereses y los impuestos) respecto al capitaltotal, incluyendo todas las cantidades prestadas y el patrimonio neto (quesumados forman el activo total), se puede calcular con:

Esta cifra expresa la capacidad que una empresa tiene para realizar con el activoque controla, sea propio o ajeno. Esto es, cuántos dólares gana por cada dólarque se tiene.62

Inflación. Es el aumento generalizado y sostenido de los precios de los bienesy servicios existentes en el mercado durante un período de tiempo, generalmenteun año.63

Capital. El capital suele definirse de distintas formas. No obstante bajo elenfoque ortodoxo, es un componente de producción constituido por inmuebles,maquinaria o instalaciones propias de cualquier género, que, en colaboración conotros factores, principalmente el trabajo y bienes intermedios, se destina a laproducción de bienes de consumo.64

Activo. Es un bien tangible o intangible que posee una empresa o personanatural. Por extensión, se denomina también activo a lo que una empresa posee.El activo forma parte de las cuentas reales o de balance.65

Pasivo. Es una deuda o un compromiso que ha adquirido una empresa,institución o individuo. Por extensión, se denomina también pasivo al conjunto dedeudas de una empresa. Mientras el activo comprende los bienes y derechosfinancieros de la empresa, que tiene la persona o empresa.66

61 Ibíd., p. 408.62 Ibíd., p. 409.63 Ibíd., p. 410.64 Ibíd., p. 412.65 Ibíd., p. 417.66 Ibíd., p. 420.


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Tasa Representativa del Mercado. La tasa de cambio representativa delmercado (TRM) es la cantidad de pesos colombianos por un dólar de los EstadosUnidos.67

Tasa de descuento. La tasa de descuento o tipo de descuento o coste decapital es una medida financiera que se aplica para determinar el valor actual deun pago futuro. 68

Tasa de interés (o tipo de interés). Es el precio del dinero o pago estipulado,por encima del valor depositado, que un inversionista debe recibir, por unidad detiempo determinando, del deudor, a raíz de haber usado su dinero durante esetiempo. 69

Costo. Es el valor monetario de los consumos de factores que supone elejercicio de una actividad económica destinada a la producción de un bien oservicio. Todo proceso de producción de un bien supone el consumo o desgastede una serie de factores productivos, el concepto de coste está íntimamente ligadoal sacrificio incurrido para producir ese bien.70

La tasa interna de retorno o tasa interna de rentabilidad (TIR). Es elpromedio geométrico de los rendimientos futuros esperados de dicha inversión, yque implica por cierto el supuesto de una oportunidad para "reinvertir". Entérminos simples, diversos autores la conceptualizan como la tasa de descuentocon la que el valor actual neto o valor presente neto (VAN o VPN) es igual acero.71

67 Ibíd., p. 421.68 Ibíd., p. 423.69 Ibíd., p. 424.70 Ibíd., p. 432.71 Ibíd., p. 433.


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4. APROVECHAMIENTOS HIDRÁULICOS

El sistema de Acueducto de Bogotá, está compuesto principalmente por lossubsistemas de: Abastecimiento, Plantas de Tratamiento y Distribución. El

subsistema de abastecimiento permite al acueducto de Bogotá tomar el aguacruda para atender la demanda de agua de sus usuarios, a través de una serie deembalses de capacidades limitadas, que sirven de fuente al sistema de plantas detratamiento. El subsistema plantas de tratamiento, trata el agua proveniente de lafuente para poder entregarla a los usuarios. Las principales plantas de tratamientoson Wiesner, Tibitoc y Dorado, las cuales tratan el 65%, 26% y el 7% del consumode agua atendido. El subsistema de distribución es el responsable de laconducción del agua tratada a los usuarios. Este subsistema está constituido poruna serie de tanques y líneas de conducción, principales (matrices) y secundarias,que alimentan la red de distribución de agua de Bogotá y abastece otrosmunicipios vecinos como son Cajicá, Cota, Chía, Facatativá, Funza, Gachancipá,La Calera, Madrid, Mosquera, Sopó y Tocancipá.72

El sistema de distribución controla la energía hidráulica del agua (potencial ycinética), mediante las estructuras reductoras de presión ERP.

Las ERP reciben una tubería de conducción que derivan en dos ramales, sobre loscuales se hace la reducción de presión, y que luego unen al final de la estructura.

Aguas abajo de las ERP se encuentran los tanques de almacenamiento quealimentan la red de distribución del sistema de Acueducto. En cada ramal dederivación, existen dos válvulas de guarda de operación manual y una válvulareductora de presión con accionamiento eléctrico y manual. La figura 1, muestra elesquema general de una ERP, en la que se observan sus principalescomponentes.73

En las ERPs es posible aprovechar la energía hidráulica para la generación deenergía eléctrica, instalando una turbina en paralelo a las válvulas reductoras depresión, otros sitios donde se podría pensar en aprovechar la energía hidráulicadel sistema de acueducto para la generación de energía eléctrica, serían a lasalida de los tanques de almacenamiento y distribución, pero sus cabezas(menores a 10m) y sus caudales (menores a 0.5m3/s) no son atractivos paraviabilizar, dados los costos de instalación y mantenimiento que requieren.74

72 VELASTEGUI, Maurcio. Manual de operación de la red matriz de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. Tesis de grado, Especialista en Ingeniería de Sistemas Hídricos. BogotáD.C: Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Especialización en Ingeniería de SistemasHídricos, 2007. p. 23.73 Ibíd., p. 24.74 Ibíd., p. 25.


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Figura 1. Estructura reductora de presión.

Fuente: Autores.

4.1 DESCRIPCIÓN DE LOS APROVECHAMIENTOS HIDRÁULICOSANALIZADOS

A continuación se describen cada uno de los aprovechamientos hidráulicosanalizados los cuales se tuvieron en cuenta por el potencial hidráulico que ofrecenpara la generación de energía eléctrica, se describe su ubicación geográfica, laszonas de suministro de agua potable y se hace un análisis de los datos de presióny caudal obtenidos de los registros horarios, diarios, mensuales, anualesobtenidos del software de análisis Wincc OA de la plataforma de supervisión ycontrol instalada en el centro de control del acueducto de Bogotá.

Los sitios analizados se localizan a la entrada de los tanques de almacenamientoy que forman parte del sistema de líneas expresas que abastecen de agua tratadadesde la planta Wiesner y la planta El Dorado y sobre los cuales se encuentra

instalado un sistema de reducción de presión.

Los sitios para posibles aprovechamientos hidroeléctricos son:

Control Vitelma Control Cazucá Control Chicó Control San Diego Control El Silencio Control Casablanca Control Piedra Herrada.


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4.1.1 Estructura de control Vitelma.

Figura 2. Diagrama esquemático de la estructura de control Vitelma.

Fuente: Software Wincc O.A Centro de Control Acueducto de Bogotá.

La Estructura reductora de presión está ubicada en la avenida circunvalar concalle 9 sur perteneciente a la zona 4 del servicio de acueducto de la localidad desan Cristóbal, la cual controla el caudal de suministro aproximadamente 1600 l.p.sde caudal medio y regula la presión de entrada al tanque de Vitelma de 36 m.c.a,

a 9 m.c.a generando una presión diferencial de 27 m.c.a que puede seraprovechada para la generación de energía eléctrica, el tanque cuenta con unacapacidad de 38000 m³, altura de 7.20 m y gradiente hidráulico máximo de2787.50 metros sobre el nivel del mar; que recibe agua de la Planta Wiesner, através del túnel alterno y luego en derivación pasando por el túnel de LosRosales.75

Respecto a las zonas de servicio, del tanque de Vitelma se derivan tres líneas:una de 42”, una de 24” y una de 12”, esta última no considerada red matriz, sinored de distribución de un servicio menor denominado Santa Inés. La zona deservicio macro alimentado por estas líneas se denomina Gravedad Vitelma. La

línea de 24” es una de la más antiguas de la ciudad, de Concreto Reforzado tienesu corredor en los cerros centro orientales, en la franja aledaña a la carrera 5 Estey Avenida Circunvalar en su parte más norte.76

75 Ibíd., p. 26.76 Ibíd., p. 27.


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Zona de Gravedad Vitelma Zona San Dionisio – Consuelo Zona de Ciudad Bolívar Zona Sur Oriental.

4.1.2 Estructura de control Cazucá.

Figura 3. Diagrama esquemático de la estructura de control Cazucá.

Fuente: Software Wincc O.A centro de control Acueducto de Bogotá.

La Estructura reductora de presión está ubicada en la CLL 59 A SUR Nº 77 C –75 perteneciente a la zona 5 del servicio de acueducto de la localidad de Soacha,la cual controla el caudal de suministro aproximadamente 650 lps de caudalmedio y regula la presión de entrada al tanque de Cazucá de 91 m.c.a, a 13 m.c.agenerando una presión diferencial de 78 m.c.a que puede ser aprovechada para lageneración de energía eléctrica, el tanque cuenta con una capacidad de 10.000m³, altura de 6.92 m y gradiente hidráulico máximo de 2655.50 metros sobre elnivel del mar; que recibe agua de la Planta Wiesner, a través del túnel alterno y

luego en derivación pasando por el túnel de Los Rosales para llegar al tanque elsilencio y allí por línea expresa de 42” Silencio Casablanca y derivación Cazucá allegar al tanque.77

77 Ibíd., p. 28.


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La alimentación general de la zona se hace exclusivamente del tanque de Cazucá,a través de una línea de 42”, que termina en la Autopista Sur cuando se conectacon las tuberías de 24” y 30” que llevan finalmente el agua a todas las redes dedistribución del municipio de Soacha, el cual demanda un caudal medio de 650

l/s.

78

4.1.3 Estructura de control San Diego.

Figura 4. Diagrama esquemático de la estructura de control San Diego.

Fuente: Software Wincc O.A centro de control acueducto de Bogotá.

La Estructura reductora de presión está ubicada en la CALLE 26 2-44perteneciente a la zona 2 y 3 del servicio de acueducto de la localidad dechapinero, la cual controla el caudal de suministro aproximadamente 1200 lps decaudal medio y regula la presión de entrada al tanque de Cazucá de 56 m.c.a, a15 m.c.a generando una presión diferencial de 41 m.c.a que puede seraprovechada para la generación de energía eléctrica, el tanque cuenta con unacapacidad de 28000 m³, altura de 6.10 m y gradiente hidráulico máximo de 2700

metros sobre el nivel del mar; que recibe agua de la Planta Wiesner, a través deltúnel alterno y luego en derivación pasando por el túnel de Los Rosales para llegaral tanque el silencio y allí por red de distribución de 42” a llegar al tanque. 79

78 EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Manual de operación de lared matriz del acueducto de Bogotá. Bogotá: EAAB, 2006. p. 3.79 VELASTEGUI. Op. cit., p. 29.


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El área de la zona macro de servicio de San Diego se encuentra delimitada por elnorte con la calle 68, entre carrera 7 y 4, siguiendo una línea como límite orientalbastante sinuosa, que toma las carrera 4, 3, 3ª, avenida circunvalar entre la calle68 y la calle 34, está delimitada por el occidente por la Avenida7. La zona servicio

comprende también el área definida por el siguiente límite: por el oriente una líneaescalonada que toma las carreras 3C, 3D, 4, 4ª, 1, 1B, 2 entre calle 34 y 1 y al surla línea oriental continua por las carreras 2, 2ª, 1B, Tl 2ª, carreras 6, 7ª hastaterminar en la calle 34 sur que define su límite sur, entre carreras 7ª y 13; por eloccidente limita con la línea oriental de las zonas de servicio de Zona Intermedia yControl Santa Fe antes descritos.80

El brazo sur cuenta con una divisoria de presión en la cota 2625, por lo cual lalínea de 42” se divide en un brazo oriental de 24” y un brazo occidental de 42”,este último con una gran estación reductora de presión frente la teatro México enla calle 22, por carrera 6. Tanto la línea de 42” como la de 24” empatan con lalínea de 16” proveniente del tanque de Egipto, pero en condición normal tienenválvulas de cierre permanente que evitan la mezcla del servicio de San diego conlas de la zona de Gravedad Vitelma, pero que tiene considerada como alternativade servicio para la parte gubernamental más importante de la ciudad, como son laPresidencia, Alcaldía, Senado, Cámara, Palacio de Justicia, Banco de LaRepublica, entre otros.81

Del tanque de San Diego salen las líneas de 24” brazo norte y 42” derivación surde la zona macro de servicio denominada San Diego. La primera de ellas tienecomo corredor la calle 26 desde la avenida circunvalar hasta la carrera quinta, lacual toma hacia al norte hasta el Parque Nacional, por cuyos predios alcanza la

Avenida 7, sitio donde reduce a 16” para terminar en su punto de entrega final enla calle 47. Es de anotar que esta línea es en Hierro fundido y fue optimizada yrehabilitada durante el 2011 y 2012.82

La línea de 42” inicialmente también toma como corredor la calle 26 pero en lacarrera 5, gira hacia el sur para abastecer la zona centro de la ciudad. En la calle22 con carrera 5, se bifurca en dos ramales, uno oriental en 24” y otro occidentalen 42”. El ramal oriental hace su recorrido hacia el sur por la carrera 3, hasta llegara la calle 11 sur; en su recorrido se interconecta con la línea de 16” de la calle 12procedente del tanque de Egipto, Actualmente el tanque Egipto tiene su propiaárea de servicio por lo tanto en condiciones normales de operación no se mezclan.El ramal occidental de 42”, cuenta con una estación controladora de presión en lacalle 22 por carrera 6 y su corredor principal son la carrera 10 y la carrera 9, hastala calle 1, en donde reduce a 24” para terminar en la calle 27 sur. En su recorridoalimenta las líneas de 16” de la Avenida 7 y de la calle 1 hacia el occidente.

80 Ibíd., p. 30.81 Ibíd., p. 31.82 Ibíd., p. 32.


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También se interconecta con la línea de 16” procedente del tanque de Egipto,pero de igual manera en operación normal no se mezclan estos servicios. La líneade 42” de San Diego es considerada una de las líneas de mayor importancia delsistema, dado que de ella se abastecen las principales edificaciones de las

instituciones gubernamentales del país y de la ciudad, así como el mayor complejohospitalario del Distrito.83

4.1.4 Estructura de control Silencio.

Figura 5. Diagrama esquemático de la estructura de control El Silencio.


La Estructura reductora de presión está ubicada en la CALLE 34 por CRA 5 ESTEperteneciente a la zona 2 y 3 del servicio de acueducto de la localidad dechapinero, la cual controla el caudal de suministro aproximadamente 2300 lps decaudal medio y regula la presión de entrada al tanque del Silencio de 82 m.c.a, a17 m.c.a generando una presión diferencial de 65 m.c.a que puede seraprovechada para la generación de energía eléctrica, el tanque cuenta con una

capacidad de 30000 m³, altura de 5.80 m y gradiente hidráulico máximo de 2753metros sobre el nivel del mar; que recibe agua de la Planta Wiesner, a través deltúnel alterno y luego en derivación pasando por el túnel de Los Rosales para llegaral tanque el silencio.84

83 Ibíd., p. 33.84 Ibíd., p. 34.


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La conducción comúnmente llamada Silencio – Vitelma, inicia en el portal desalida del túnel de Los Rosales y termina en el Tanque de Vitelma, previo paso poruna estructura de control de conformación similar a la estructura del Chicó, peroen 42” en cada ramal, mientras el diámetro de la conducción es en 60” de acero, la

longitud es de 6785 metros.

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Su corredor de instalación es el oriente de la ciudad, inicialmente por lo cerroshasta la estación del funicular de Monserrate, donde luego toma diferentesalineamientos por la zona urbana centro – oriental, hasta llegar al tanque de laPlanta de Vitelma bordeando el barrio Altos de Cartagena.86

El consumo medio de la zona es de 0.560 m³/s, que se entregan en su totalidadpor la estación reductora de presión de Santa Fé, a través de dos líneas matrices,una para la parte norte del servicio de 30” y otra para la sur en 42”. Este serviciose encuentra dividido y se manejan condiciones de presión diferentes para losservicios Norte y Sur, mediante control activo de presión. La línea de conducciónprincipal es la antigua línea de la zona intermedia a la cual empatan los dosbrazos mencionados, el brazo norte en 36” y el brazo sur ya cuando la línea hareducido a 30”. Esta línea de conducción cuenta con una válvula de cierrepermanente que aísla la zona contra la Zona Intermedia en la calle 59 con carrera15, sitio hasta donde alimenta el brazo norte con una demanda de 0.280m³/s, quelimita por el sur con la Avenida calle 18 o del Ferrocarril, donde inicia el serviciosur de control Santa Fe alimentada la línea de conducción ya en 30” por el brazode 42” proveniente de la estación reductora y que sirve hasta el extremo sur juntoal tanque de Santa Lucia donde termina en tapón, con una demanda de0.280m³/s.87

Mediante la optimización de la estación reductora, se separaron los servicios nortey sur desde la misma estación y se cambiaron las válvulas mismas; se cobijó laalternativa de servicio planteada para la ZBS, comunicando la línea de conduccióndesde su tapón final hasta el tanque de Santa Lucia, regulando el caudal a travésde una estructura controladora de flujo.88

A partir del tanque el Silencio la línea de salida se bifurca así: Un ramal transportael agua hacia el tanque de San Diego y otro conduce el agua hacia el tanque deCasablanca y Cazucá. El primero en 42” conecta con la antigua línea de impulsiónTanque Parque Nacional – Tanque Nuevo de San Diego, sobre la cual fueinstalada la estructura de control de flujo San Diego, el segundo en 48” conduce elagua hasta el tanque de Casablanca localizado en la parte baja del Barrio

85 Ibíd., p. 35.86 Ibíd., p. 36.87 Ibíd., p. 37.88 Ibíd., p. 38.


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Jerusalén en el Sur occidente de la ciudad; antes del tanque también existe unaestructura de control de flujo en 42” por ramal. 89

Este punto de entrega es vital para la zona de servicio denominado Zona Baja

Norte, la mayor de las existentes en el sistema, por ser su alimentación desde elextremo sur y garantiza la conservación del nivel del tanque de Casablanca,básico en el sostenimiento del nivel piezométrico de la parte occidental y suroccidental de la ciudad y además garantiza el nivel de succión para la cadena debombeo de Sierra Morena en Ciudad Bolívar, sector Jerusalén. 90

Aguas arriba del tanque de Casablanca esta conducción tiene una derivación en42” que lleva el agua hasta el tanque de Cazucá, que cuenta igualmente con suestructura de control en 36” por ramal. La zona atendida por el tanquecorresponde al servicio requerido por el municipio de Soacha.91

4.1.5 Estructura de control Chicó.

Figura 6. Diagrama esquemático de la estructura de control Chicó.


La Estructura reductora de presión está ubicada en el kilómetro 1 vía la calera(carrera 3 no 92-02), perteneciente a la zona 1 del servicio de acueducto de la

89 Ibíd., p. 39.90 Ibíd., p. 40.91 EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Op. cit., p. 5.


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localidad de Usaquén, la cual controla el caudal de suministro aproximadamente120 lps de caudal medio y regula la presión de entrada al tanque El Chicó de 62m.c.a, a 12 m.c.a generando una presión diferencial de 50 m.c.a que puede seraprovechada para la generación de energía eléctrica, el tanque cuenta con una

capacidad de 7000 m³, altura de 7.00 m y gradiente hidráulico máximo de 2765metros sobre el nivel del mar; que recibe agua de la Planta Wiesner, a través deltúnel alterno y luego en derivación pasando por el túnel de Los Rosales con unasalida de 12” para llegar al tanque El Chicó.92

Este servicio en operación normal cubre una zona de servicio cuya importanciaradica en ser una de las de mayor estrato al oriente de la ciudad y por ende debuen ingreso para la Empresa. Esta limitada por el norte por calle 93 entrecarreras 7 y la Vía a la Calera, por el oriente la delimita el perímetro de servicio enlos cerros orientales, entre calle 93 y calle 43; por el occidente con la avenida 7entre calles 93 y calle 68, de la calle 68 hacia el sur comparte límite con el serviciode San Diego hasta la calle 43 sur.93

La altimetría definida para la zona son las cotas cota 2620 a 2700, entre la calle93 y al calle 68 y 2650 y 2700 entre la calle 68 y la calle 43, de acuerdo con elúltimo programa de optimización del servicio, que creo una divisoria de presión enla cota 2650. A pesar de lo anterior se resalta el hecho de que el tanque el chicocuenta con un gradiente hidráulica de 2765 m.s.n.m., 75 metros arriba de la cotamáxima de servicio, lo que necesariamente generó la instalación de estacionescontroladoras de presión en las dos salidas de la conducción de 20”, la más norteubicada en la vía la Calera por calle 92 y la sur que es la que tiene el mayor áreade servicio en la calle 76 con Avenida Circunvalar, en la cola de la línea deconducción.94

Del tanque El Chicó se desprende una línea de 20” de concreto reforzado tipoCCP relativamente recién instalada, la cual tiene como corredor la vía a la Calera,desde la entrada a los predios del tanque El Chicó, unos 200 metros al occidentedel restaurante Tramonti, para tomar luego la Avenida Circunvalar hacia el surhasta la calle 76, sitio final de entrega a través de una estación controladora depresión a su zona de servicio denominado zona de servicio macro de ControlChico. Se resalta que en la calle 92 vía la Calera existe otra estación reductora depresión (Dakota) que alimenta la parte norte de la zona de servicio yamencionada.95

92 VELASTEGUI. Op. cit., p. 41.93 Ibíd., p. 42.94 Ibíd., p. 43.95 EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Op. cit., p. 7.


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4.1.6 Estructura de control Casablanca.

Figura 7. Diagrama esquemático de la estructura de control Casa Blanca.


La Estructura reductora de presión está ubicada en la av. Gaitán Cortés x calle 74sur, perteneciente a la zona 4 del servicio de acueducto de la localidad de Ciudad

Bolívar, la cual controla el caudal de suministro aproximadamente 200 lps decaudal medio y regula la presión de entrada al tanque Casablanca de 139 m.c.a, a40 m.c.a generando una presión diferencial de 99 m.c.a que puede seraprovechada para la generación de energía eléctrica, el tanque cuenta con unacapacidad de 143000 m³, altura de 12.00 m y gradiente hidráulico máximo de 2606metros sobre el nivel del mar; que recibe agua de la Planta Wiesner, a través deltúnel alterno y luego en derivación pasando por el túnel de Los Rosales hasta eltanque el Silencio y por línea expresa llamada Silencio-Casablanca en 42” hastala estructura de Control Casablanca para finalmente llegar al tanque de dichaestructura de control.96

Opera como tanque de compensación junto con el tanque de suba y el tanquebajo y alto de la planta de Tibitoc para atender la Zona Baja Norte, la mayor de lasexistentes en el sistema, por ser su alimentación desde el extremo sur y garantizala conservación del nivel del tanque de Casablanca, básico en el sostenimiento delnivel piezométrico de la parte occidental y sur occidental de la ciudad y además

96 VELASTEGUI. Op. cit., p. 45.


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garantiza el nivel de succión para la cadena de bombeo de Sierra Morena enCiudad Bolívar, sector Jerusalén.97

Aguas arriba del tanque de Casablanca esta conducción tiene una derivación en

42” que lleva el agua hasta el tanque de Cazucá, que cuenta igualmente con suestructura de control en 36” por ramal. La zona atendida por el tanquecorresponde al servicio requerido por el municipio de Soacha, con excepción delos altos de Cazucá, que se alimentan desde los tanques de Sierra Morena III yrecientemente de Sierra Morena II.98

4.1.7 Estructura de control Piedra Herrada.

Figura 8. Diagrama esquemático de la estructura de control Piedra Herrada.

Fuente: Software Wincc O.A centro de control Acueducto de Bogotá.

La Estructura reductora de presión está ubicada en la carretera Villavicencio km11, perteneciente a la zona 4 del servicio de acueducto de la localidad de Usme, lacual controla el caudal de suministro aproximadamente 360 lps de caudal medio y

regula la presión de entrada al tanque Casablanca de 75 m.c.a, a 5 m.c.agenerando una presión diferencial de 70 m.c.a que puede ser aprovechada para lageneración de energía eléctrica, el tanque cuenta con una capacidad de 9000 m³,altura de 5.10 m y gradiente hidráulico máximo de 2840 metros sobre el nivel del

97 Ibíd., p. 46.98 Ibíd., p. 47.


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mar; Para efectos de efectuar la distribución de agua producida en la Planta elDorado, a las diferentes zonas de servicio que debe abastecer, se construyeronlas conducciones de El Dorado - Piedra Herrada y Piedra Herrada - La Fiscala –Monte blanco.99

La línea El Dorado – Piedra Herrada cuenta con una longitud de 2405 meros, condiámetros de 700 mm (28”) en una longitud de 1472 metros y de 600 mm (24”) enuna longitud de 933 metros, juntas en Hierro Dúctil. El Tanque El Dorado en dondearranca la línea tiene un gradiente hidráulico máximo de 2916 metros, con unvolumen de almacenamiento total en los dos tanques de 6000 m³.100

La Línea Piedra Herrada – La Fiscala – Monte Blanco, arranca en el tanque dePiedra Herrada con un gradiente hidráulico máximo de 2840 metros, con unalongitud total hasta la Fiscala de 7329 metros, distribuidos así: En diámetro de 600mm (24”) 1036 metros, en 500 mm (20”) 6293 m; de esta misma línea se tiene unaderivación al tanque de Monte blanco en 350 mm (14”) con un longitud de 493metros.101

4.2 ANÁLISIS DE LOS CAUDALES Y PRESIONES DE LOSAPROVECHAMIENTOS HIDRÁULICOS

Para cada posible aprovechamiento se seleccionaron caudales y saltosdisponibles. El proceso de selección se llevó acabo estudiando la variación de loscaudales y los saltos del año 2014; de tal manera que los caudales y saltosseleccionados de manera discreta fueran representativos de todo el período.

Para valorar el recurso hidráulico hay que determinar cómo evoluciona el caudal yel salto neto a lo largo del tiempo. Un solo valor instantáneo no es significativo.Esto se hace mediante técnicas de simulación del comportamiento del sistemahidráulico junto con la aplicación de modelos de despacho óptimo de agua,teniendo como base la demanda del servicio de acueducto. Los datos obtenidosse ordenan por orden de magnitud, para dar lugar a la llamada Curva de CaudalesClasificados (CCC). Esta curva muestra, el porcentaje de tiempo en el que sealcanza o se supera un cierto valor del caudal.

Existen diferentes métodos para estimar los caudales y presiones netas a utilizaren el cálculo de la potencia a generar en los diferentes aprovechamientoshidráulicos, para nuestro caso se contó con la información almacenada en elsoftware de control y supervisión Wincc O.A el cual permite almacenar y graficarlos caudales y presiones de las diferentes redes matrices en tiempo histórico y realde diferentes años así como la información almacenada en planillas de operación

99 Ibíd., p. 51.100 Ibíd., p. 52.101 Ibíd., p. 56.


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de la red matriz del acueducto de Bogotá y seguidamente se procesangráficamente en Excel para realizar una comparación y poder determinar que enlos dos métodos los valores sean cercanos.

Los datos almacenados en el software Wincc O.A son obtenidos a través de unared de comunicaciones del sistema SCADA de los diferentes transmisores decaudal y de presión instalados en las estructuras de control del Acueducto deBogotá los cuales ofrecen una precisión del 99% según el fabricante de losmismos, lo cual garantiza que los datos sean significativos para el análisis.

4.2.1 Estructura de control Vitelma.

Figura 9. Caudal estructura de control Vitelma año 2014.

Fuente: Autores

La figura 9 muestra los valores del caudal de demanda de La estructura decontrol Vitelma durante el año 2014, los cuales son importantes y representativospara el cálculo de la potencia hidráulica total de dicho aprovechamiento hidráulico.


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Se pudo determinar un caudal máximo de 1.9 m3/s y un Caudal promedio de 1.6m3/s.

Figura 10. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la estructura de

control Vitelma.

Fuente: software Wincc O.A centro de control acueducto de Bogotá.

La figura 10 muestra los valores de presión aguas arriba y aguas abajo de laestructura de control Vitelma durante el año 2014, los cuales son de granimportancia para calcular la presión diferencial o salto neto disponible yaprovechable para la generación de energía eléctrica.

Se logró determinar una presión aguas arriba de 36 m.c.a, una presión aguasabajo de 9 m.c.a y una presión diferencial o salto neto de 27 m.c.a.

4.2.2 Estructura de control Cazucá.

Figura 11. Caudal estructura de control Cazucá año 2014.

Fuente: Autores.


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La figura 11 muestra los valores del caudal de demanda de La estructura decontrol Cazucá durante el año 2014, los cuales son importantes y representativospara el cálculo de la potencia hidráulica total de dicho aprovechamiento hidráulico.

Se pudo determinar un caudal máximo de 0.8 m3/s y un Caudal promedio de 0.65m3/s.

Figura 12. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la estructura decontrol Cazucá.


La figura 12 muestra los valores de presión aguas arriba y aguas abajo de laestructura de control Cazucá durante el año 2014, los cuales son de gran

importancia para calcular la presión diferencial o salto neto disponible yaprovechable para la generación de energía eléctrica.

Se logró determinar una presión aguas arriba de 91 m.c.a, una presion aguasabajo de 13 m.c.a y una presión diferencial o salto neto de 78 m.c.a.


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4.2.3 Estructura de control San Diego

Figura 13. Caudal estructura de control San Diego año 2014.

Fuente: Autores.

La figura 13 muestra los valores del caudal de demanda de La estructura decontrol San Diego durante el año 2014, los cuales son importantes yrepresentativos para el cálculo de la potencia hidráulica total de dichoaprovechamiento hidráulico.

Se determinó un caudal máximo de 1.25 m3/s y un Caudal promedio de 1.2 m3/s.

Figura 14. Curva presión aguas arriba y presión aguas debajo de la estructura de

Control San Diego.


La figura 14 muestra los valores de presión aguas arriba y aguas abajo de laestructura de control San Diego durante el año 2014, los cuales son de gran


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importancia para calcular la presión diferencial o salto neto disponible yaprovechable para la generación de energía eléctrica.

Se logró determinar una presión aguas arriba de 56 m.c.a, una presion aguas

abajo de 15 m.c.a y una presión diferencial o salto neto de 41 m.c.a.4.2.4 ESTRUCTURA DE CONTROL SILENCIO

Figura 15. Caudal estructura de control Silencio año 2014.

Fuente: Autores.

La figura 15 muestra los valores del caudal de demanda de la estructura decontrol Silencio durante el año 2014, los cuales son importantes y representativospara el cálculo de la potencia hidráulica total de dicho aprovechamiento hidráulico.

Se determinó un caudal máximo de 2.6 m3/s y un Caudal promedio de 2.3 m3/s.

Figura 16. Curva presión aguas arriba y presión aguas abajo de la estructura decontrol Silencio.



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La figura 16 muestra los valores de presión aguas arriba y aguas abajo de laestructura de control Silencio durante el año 2014, los cuales son de granimportancia para calcular la presión diferencial o salto neto disponible yaprovechable para la generación de

estudio diseño construcción pequeña central hidroeléctrica

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