ITABLA DE CONTENIDOS

CAPTULO I

1.1 Antecedentes ...........................................................................................................................................................1

1.2 Justificacin ............................................................................................................................................................ 2

1.2.1 Justificacin Tcnica .................................................................................................................................2

1.2.2 Justificacin Econmica ........................................................................................................................... 3

1.2.3 Justificacin Social.....................................................................................................................................4

1.2.4 Justificacin Ecolgica.............................................................................................................................. 5

1.3 Objetivos..................................................................................................................................................................6

1.3.1 Objetivo General ........................................................................................................................................ 6

1.3.2 Objetivos Especficos ................................................................................................................................ 6

CAPTULO II

INFORMACION BASICA SOBRE EL AREA DEL PROYECTO

2.1 Datos Generales: .................................................................................................................................................... 7

2.1.1 Localizacin geogrfica y poltica de la zona del proyecto............................................................... 7

2.1.2 reas de la ciudad y de la Provincia ....................................................................................................... 7

2.13 Poblacin de la Provincia ......................................................................................................................... 7

2.1.4 Caractersticas fsicas, geogrficas y ambientales del rea del proyecto .......................................9

2.2Servicios Pblicos: ............................................................................................................................................... 10

2.2.1 Educacin .................................................................................................................................................. 10

2.2.2 Salud ........................................................................................................................................................... 10

2.2.3 Comercio..................................................................................................................................................... 11

2.2.4 Industria...................................................................................................................................................... 11

II

2.2.5 Medios de Comunicacin y transporte............................................................................................... 12

2.2.6 Servicios en general ................................................................................................................................. 12

CAPTULO III

DESCRIPCIN DEL PROYECTO

3.1 Captacin ...............................................................................................................................................................13

3.1.1 Clasificacin.............................................................................................................................................. 15

3.1.2 Elementos de una bocatoma. ................................................................................................................. 15

3.1.2.1 Barraje......................................................................................................................................................... 16

3.1.2.2 Rejilla. ......................................................................................................................................................... 16

3.1.2.3. Galera y Colector. ....................................................................................................................................17

3.1.2.4. Colchn de agua. .......................................................................................................................................17

3.1.3 Criterios de diseo....................................................................................................................................17

3.2Conduccin. .......................................................................................................................................................... 18

3.3 Tanque de Carga o Presin ................................................................................................................................ 19

3.3.1 Desarenador. .............................................................................................................................................20

3.4Chimenea de Equilibrio......................................................................................................................................22

3.4.1 Funciones de la Chimenea de Equilibrio ............................................................................................22

3.5 Tubera de presin .......................................................................................................................................22

3.5.1 Materiales ..................................................................................................................................................23

3.5.1.1 Acero Comercial.......................................................................................................................................24

3.5.1.2 Policloruro de Vinilo (PVC) ..................................................................................................................24

3.5.1.3 Hierro dctil centrifugado .....................................................................................................................24

3.5.1.4 Asbesto-cemento......................................................................................................................................25

3.5.1.5 Resina de Polister y Fibra de Vidrio. .................................................................................................25

III

3.5.1.6 Polietileno de Alta Densidad. ................................................................................................................25

3.5.2 Tipos de uniones ......................................................................................................................................25

3.5.4 Juntas de Expansin................................................................................................................................ 27

3.5.3 Apoyos y anclajes en la tubera de presin. ........................................................................................ 27

3.5.3.1 Apoyos. .......................................................................................................................................................28

3.5.3.2 Anclajes. .....................................................................................................................................................28

3.5.4 Vlvulas en la tubera de presin..........................................................................................................28

3.5.4.1 Vlvulas de compuerta............................................................................................................................28

3.5.4.2 Vlvulas de mariposa...............................................................................................................................29

3.6Casa de mquinas ................................................................................................................................................30

3.7 Patio de transformadores ................................................................................................................................... 33

3.8 Lnea de transmisin de alta tensin ....................................................................................................... 35

3.8.1 Configuracin del sistema elctrico.....................................................................................................36

3.8.2 Forma de la lnea ......................................................................................................................................36

3.8.3 Trazado de la lnea...................................................................................................................................36

3.9 Turbinas......................................................................................................................................................... 38

3.9.1 Partes de una turbina hidrulica ..........................................................................................................39

3.9.2 Turbina Pelton ........................................................................................................................................ 40

3.10 Generadores .................................................................................................................................................. 41

3.10.1 Generadores Sincrnicos...............................................................................................................................42

3.11 Reguladores...................................................................................................................................................43

3.11.1 Sistema de Control de Flujo ..................................................................................................................43

3.11.1.1 Control Manual ........................................................................................................................................43

IV

3.11.1.2 Controles automatizados...................................................................................................................... 44

3.11.2 Sistema de Control por Absorcin de Carga .................................................................................... 44

CAPTULO IV

ESTUDIO DE INGENIERA BSICA

4.1 Topografa .............................................................................................................................................................45

4.1.1 Puntos de enlace GPS..............................................................................................................................45

4.1.2 Levantamiento topogrfico ...................................................................................................................47

4.1.3 Determinacin de altura bruta..............................................................................................................47

4.2Hidrologa.............................................................................................................................................................. 53

4.2.1 Objetivos.................................................................................................................................................... 53

4.2.2 Caractersticas de escurrimiento y red hidrolgica.......................................................................... 53

4.2.3 Climatologa.............................................................................................................................................. 53

4.2.4 Caudales de diseo ..................................................................................................................................54

4.2.5 Caudales mximos. Mnimos y promedio ..........................................................................................58

4.2.6 Conclusiones.............................................................................................................................................59

4.3Geologa y Geotecnia ..........................................................................................................................................59

4.3.1 Objetivos....................................................................................................................................................59

4.3.2 Geologa local............................................................................................................................................60

4.3.3 Geotecnia ...................................................................................................................................................60

4.3.4 Conclusiones.............................................................................................................................................60

4.4Estudio Ambiental............................................................................................................................................... 61

4.4.1 Objetivo y alcance del Estudio de Impacto Ambiental.................................................................... 61

4.4.2 Marco legal e institucional.....................................................................................................................62

4.4.3 Identificacin y evaluacin de impactos.............................................................................................62

V4.4.4 Metodologa de evaluacin de impactos.............................................................................................62

4.5.4.1 Actividades de Gestin Ambiental e Instrumentacin en la Etapa Previa..................................63

4.5.4 2 Actividades de Gestin Ambiental e Instrumentacin en la Etapa de Construccin ..............63

4.4.5 Plan de manejo ambiental ...................................................................................................................... 63

4.4.6 Plan de prevencin de impactos ...........................................................................................................64

4.4.7 Plan de mitigacin de impactos ...........................................................................................................64

4.4.8 Plan de contingencia ambiental............................................................................................................65

4.4.8.1 Riesgos y Peligros Contingentes .........................................................................................................65

4.4.8.2 Clasificacin de las Emergencias ..............................................................................................................65

4.4.8.3 Implantacin del Plan de Contingencias ............................................................................................66

CAPTULO V

PREDISEO DE OBRAS CIVILES

5.1 Obras de Captacin............................................................................................................................................. 67

5.1.1 Captacin no convencional: bocatoma ............................................................................................... 67

5.1.1.1 Presa o Azud.............................................................................................................................................. 67

5.1.1.2 Reja de admisin ...................................................................................................................................... 81

5.1.1.3 Galera ........................................................................................................................................................86

5.2Conduccin...........................................................................................................................................................90

5.2.1 Tubera de conduccin ...........................................................................................................................90

5.3Desarenador ......................................................................................................................................................... 94

5.4Tanque de Carga o Presin ................................................................................................................................98

5.4Tubera de Presin............................................................................................................................................. 105

5.4.1 Diseo de alternativas........................................................................................................................... 105

5.4.1.1 Tubera de presin ................................................................................................................................. 105

VI

5.4.1.2 Apoyos....................................................................................................................................................... 112

5.4.1.3 Anclajes .................................................................................................................................................... 122

5.5Seleccin de Equipos Electromecnicos- Electrnicos ............................................................................. 140

5.5.1 Parmetros fundamentales de diseo ................................................................................................ 140

5.5.2 Potencia y eficiencia de turbinas .........................................................................................................141

5.5.3 Seleccin de las mquinas hidrulicas (turbinas) ...........................................................................141

5.5.4 Potencia del generador seleccin .................................................................................................... 145

5.5.5 Especificaciones del equipo electromecnico.................................................................................. 147

CAPTULO VI

MANUAL DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE LA MICROCENTRAL

6.1 Introduccin ....................................................................................................................................................... 154

6.2Mantenimiento en la Bocatoma...................................................................................................................... 154

6.3Mantenimiento en la Conduccin ................................................................................................................. 155

6.4Mantenimiento en el desarenador. ................................................................................................................ 155

6.5Mantenimiento en el tanque de presin. ...................................................................................................... 155

6.6Mantenimiento en la tubera de presin ...................................................................................................... 156

6.7Mantenimiento en vlvulas ............................................................................................................................. 156

6.8Mantenimiento de obras civiles...................................................................................................................... 157

6.9Mantenimiento en la turbina .......................................................................................................................... 157

6.10 Mantenimiento en acoplamientos, rodamientos y fajas .................................................................... 157

6.11 Mantenimiento en el generador, equipamiento elctrico y lneas de transmisin ...................... 158

6.12 Repuestos y herramientas para mantenimiento ................................................................................. 159

6.13 Operacin de la MCH............................................................................................................................... 160

6.13.1 Libro de registro ......................................................................................................................................161

VII

6.13.2 Manuales y documentos del fabricante.............................................................................................. 161

6.13.3 Capacitacin de operadores ................................................................................................................. 161

6.14 Diagnstico de fallas.................................................................................................................................. 162

CAPTULO VII

PRESUPUESTO DE ALTERNATIVA FINAL

7.1 Introduccin ....................................................................................................................................................... 164

7.2 Costo de obras Civiles. ............................................................................................................................. 164

7.3 Costo de tubera de presin............................................................................................................................. 168

7.4 Costo de equipos electromecnicos....................................................................................................... 168

7.5Costo de sistema elctrico ............................................................................................................................... 169

CAPTULO VIII

EVALUACIN ECONMICA

8.1 Alternativa final ................................................................................................................................................. 170

8.2Valoracin de componentes del proyecto .................................................................................................... 170

8.2.1 Periodo de anlisis ................................................................................................................................. 170

8.2.2 Costos....................................................................................................................................................... 170

8.2.3 Beneficios .................................................................................................................................................. 171

8.3Evaluacin financiero-econmica del proyecto ........................................................................................... 171

8.3.1 Evaluacin Econmica ........................................................................................................................... 171

8.3.1.1 Flujo neto del proyecto ......................................................................................................................... 172

8.3.1.2 Parmetros de evaluacin..................................................................................................................... 176

8.3.1.2.1 Relacin Beneficio-Costo ....................................................................................................................... 176

8.3.1.2.2 Valor Actual Neto.....................................................................................................................................177

8.3.1.3 Clculo del costo del kWh .................................................................................................................. 178

VIII

8.3.1.4 Anlisis de sensibilidad.............................................................................................................................. 180

8.3.1.4.1 Anlisis con un aumento del 10% de costos de obras civiles........................................................... 180

8.3.1.4.1 Anlisis con una disminucin del 10% de ingresos anuales ............................................................ 183

8.3.1.5 Resultados de la evaluacin....................................................................................................................... 188

8.3.2 Evaluacin Financiera........................................................................................................................... 188

8.3.2.1 Flujo neto financiero del proyecto ..................................................................................................... 188

8.3.2.2 Parmetros de evaluacin..................................................................................................................... 190

8.3.2.2.1 Relacin Beneficio-Costo ...................................................................................................................... 190

8.3.2.2.2 Valor Actual Neto....................................................................................................................................191

8.3.2.2.3 Tasa Interna de Retorno (TIR)............................................................................................................. 192

8.3.2.3 Clculo del costo del kWh .................................................................................................................. 192

8.3.2.4 Resultados de la evaluacin Financiera ................................................................................................. 194

8.4Conclusiones....................................................................................................................................................... 194

CAPTULO IX

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

9.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................. 195

9.2RECOMENDACIONES................................................................................................................................... 196

LISTA DE REFERENCIAS.................................................................................................................................... 198

BIBLIOGRAFA ....................................................................................................................................................... 199

APNDICES ............................................................................................................................................................ 200

ANEXOS................................................................................................................................................................... 206

IX

LISTA DE TABLAS

POBLACIN ECONMICAMENTE ACTIVA EN LA PROVINCIA DE IMBABURA. ........................... 8

POBLACIN URBANA Y RURAL DE LA PROVINCIA DE IMABURA Y LAS PERSPECTIVAS

HACIA EL AO 2015. ................................................................................................................................................ 9

PORCENTAJE DE OCUPACIN INFANTIL EN LA PROVINCIA DE IMBABURA. ............................ 10

VELOCIDAD LMITE DE DIFERENTES MATERIALES ...............................................................................22

CLASIFICACIN DE LAS TURBINAS HIDRAULICAS................................................................................39

UBICACIN DE LA BOCATOMA.......................................................................................................................45

UBICACIN DEL TANQUE DE PRESIN .......................................................................................................45

PUNTOS GPS DE LA UBICACIN DE LA TUBERA DE CONDUCCIN. ............................................46

COORDENADAS GPS DE LOS LUGARES DE RELEVANCIA PARA LA MCH CHACHIMBIRO....47

DATOS DEL AFORO REALIZADO. ....................................................................................................................54

DATOS DE TIEMPO DEL PRIMER AFORO CON EL MTODO DEL FLOTADOR..............................55

DATOS DEL ANCHO Y PROFUNDIDAD DE TRAMO DEL RO EN EL SEGUNDO AFORO

(SECTOR YANARUMI) ......................................................................................................................................... 57

DATOS DEL TIEMPO RECORRIDO POR LA PAJILLA EN EL TRAMO ESCOGIDO (SECTOR

YANARUMI) ............................................................................................................................................................. 57

DATOS DEL ANCHO Y PROFUNDIDAD DE TRAMO DEL RO EN EL SEGUNDO AFORO.

AGUAS ARRIBA DEL RO ..................................................................................................................................... 57

DATOS DEL TIEMPO TOMADOS EN EL SEGUNDO AFORO AGUAS ARRIBA SECTOR DE

PIAN..........................................................................................................................................................................58

COORDENADAS DEL PERFIL CREAGER PARA 0,1609 m .........................................................................69

VALOR DEL COEFICIENTE X DE ACUERDO AL NGULO DE INCLINACIN DE LA REJILLA 83

RESUMEN DE ACCESORIOS Y COEFICIENTES DE PRDIDAS POR FRICCIN EN LOS

MISMOS...................................................................................................................................................................... 91

RESULTADOS DE LAS ITERACIONES PARA CONSEGUIR EL DIMETRO ADECUADO DE LA

TUBERA DE CONDUCCIN.............................................................................................................................. 93

XDIMETROS ESTNDAR DE TUBERA COMERCIAL USADOS PARA LA TUBERA DE

CONDUCCIN.........................................................................................................................................................93

DIMETRO LMITE DE GRANO PARA DIFERENTES ALTURAS DE CADA.................................... 94

DIMENSIONES FINALES PARA EL DESARENADOR Y TANQUE DE PRESIN. ............................. 105

PRDIDAS POR TURBULENCIA EN LOS ACCESORIOS DE TUBERA USADOS EN LA TUBERA

DE PRESIN. ........................................................................................................................................................... 107

DIMENSIONES DE LA TUBERA DE PRESIN PROPORCIONADAS POR LA EMPRESA

IMPORTADORA.......................................................................................................................................................111

DIMENSIONES ESTNDAR DE TUBERA DE ACUERDO AL MATERIAL A UTILIZARSE............111

ESPACIAMIENTO ENTRE APOYOS PARA TUBERAS DE ACERO COMERCIAL............................ 112

TENSIONES DE COMPRESIN PARA DIFERENTES SUELOS DE APOYO........................................ 140

RECOMENDACIONES PARA EL TRABAJO DE RESANE......................................................................... 158

RELACIN DE REPUESTOS Y HERRAMIENTAS INDISPENSABLES PARA LA M.C.H. ................ 160

PARALIZACIN DE LA M.C.H. POR MANTENIMIENTO....................................................................... 160

COSTOS DE LAS OBRAS CIVILES MCH CHACHIMBIRO....................................................................... 165

COSTOS DE LA BOCATOMA............................................................................................................................. 166

COSTOS DE TUBERA DE CONDUCCION................................................................................................... 166

COSTOS DESARENADOR................................................................................................................................... 167

COSTOS UNION DESARENADOR TANQUE DE PRESIN ................................................................. 167

COSTOS DE DESARENADOR Y TANQUE DE PRESIN .......................................................................... 167

PRECIOS DE APOYOS Y ANCLAJES................................................................................................................ 168

COSTOS DE TUBERA DE PRESIN ............................................................................................................... 168

COSTO DE EQUIPO ELECTROMECANICO................................................................................................. 169

COSTOS DEL SISTEMA ELECTRICO.............................................................................................................. 169

COSTOS DE ALTERNATIVA FINAL DE LA MCH CHACHIMBIRO...................................................... 170

DEMANDA DE ENERGA MENSUAL. ............................................................................................................ 172

VENTA DE ENERGA ANUAL PROYECTADA..............................................................................................173

INGRESOS ANUALES PROYECTADOS MCH CHACHIMBIRO .............................................................173

XI

FLUJO DE CAJA INTERNA PROYECTADA PARA CADA AO DE FUNCIONAMIENTO DE LA

MCH CHACHIMBIRO. ........................................................................................................................................ 175

RELACION BENEFICIO-COSTO ...................................................................................................................... 176

FLUJO DE CAJA ACTUALIZADO......................................................................................................................177

TABLA DETALLADA DE LOS COSTOS DEL kWh...................................................................................... 179

COSTOS DE LAS OBRAS CIVILES AUMENTANDO UN 10% SU VALOR............................................ 180

FLUJO DE CAJA CON UN AUMENTO DEL 10% DEL VALOR DE LAS OBRAS CIVILES.......................... 181

TIR Y VAN CON UN 10% DE AUMENTO DE COSTOS CIVILES............................................................ 182

COSTO DEL KWh. PARA UN 10% DE AUMENTO EN LOS COSTOS DE OBRAS CIVILES............ 183

INGRESOS ANUALES CON UNA DISMINUCIN DEL 10% ................................................................... 184

FLUJO DE CAJA CON UNA DISMINUCIN DEL 10% DE INGREOS ANUALES.............................. 184

TIR Y VAN PARA UN 10% DE DISMINUCIN DE LOS INGRESOS ANUALES. ............................... 185

COSTO DEL KWH CON UN 10% DE DISMINUCIN DE INGRESOS ANUALES. ........................... 187

FLUJO DE CAJA FINANCIERO DEL PROYECTO. ...................................................................................... 189

RELACION BENEFICIO-COSTO ...................................................................................................................... 190

FLUJO DE CAJA ACTUALIZADO...................................................................................................................... 191

TABLA DETALLADA DE LOS COSTOS DEL kWh...................................................................................... 193

XII

LISTA DE FIGURAS

Fraccin desarrollada del potencial hidroelctrico identificado y participacin de la electricidad en la

actual capacidad de generacin elctrica en la comunidad andina .................................................................. 3

Emisiones de Dixido de Carbono en el sector del la generacin de energa

elctrica.5

Mapa Poltico de la Provincia de Imbabura ........................................................................................................... 8

Poblacin econmicamente activa en la provincia de Imbabura versus el resto de la poblacin. ............. 9

Ubicacin de una bocatoma. ................................................................................................................................... 14

Bocatoma ..................................................................................................................................................................... 16

Tanque de Presin. ....................................................................................................................................................20

Tanque desarenador.................................................................................................................................................. 21

Uniones con bridas....................................................................................................................................................26

Unin espiga campana..............................................................................................................................................26

Uniones mecnicas. ...................................................................................................................................................26

Uniones soldadas....................................................................................................................................................... 27

Esquema de una junta de expansin ..................................................................................................................... 27

Vlvula de compuerta ...............................................................................................................................................29

Vlvulas de mariposa ................................................................................................................................................29

Esquema de instalacin de la tubera de presin. ............................................................................................... 30

Esquema de la casa de mquinas ............................................................................................................................30

Diseo de los equipos de distribucin de energa en una pequea central elctrica. .................................34

Esquema elctrico de lneas de transmisin y redes de distribucin. ............................................................ 35

Forma de la lnea de transmisin............................................................................................................................ 37

Turbina Pelton............................................................................................................................................................ 41

Plano cartogrfico del rea donde se ubica la MCH Chachimbiro.................................................................48

Ubicacin de las obras de la MCH Chachimbiro ...............................................................................................48

XIII

Vista superior del lugar de la obra, en rojo la tubera de conduccin y en celeste la tubera de presin,

ya corregida la ruta de la misma. ........................................................................................................................... 49

Vista frontal ................................................................................................................................................................50

Vista lateral .................................................................................................................................................................50

Vista posterior. ........................................................................................................................................................... 51

Las condiciones topogrficas del terreno y los lugares por donde pasa la tubera de presin y de

conduccin se presentan en los siguientes planos y figuras obtenidas en el software Arc View. ...........52

Coordenadas del perfil Creager para la carga energtica calculada. .............................................................. 70

Dimensiones del azud............................................................................................................................................... 72

Profundidad de proteccin al final del zampeado .............................................................................................. 75

Secciones equivalentes en las que se divide el azud para su estudio.............................................................. 76

Diagrama de fuerzas en el azud .............................................................................................................................. 77

Elementos de la bocatoma. ......................................................................................................................................82

Medidas a tomar en cuenta en los barrotes de la rejilla .................................................................................... 83

Dimensiones de la rejilla...........................................................................................................................................86

Dimensiones de la cmara colectora...................................................................................................................... 87

Dimensiones de la cmara colectora, vista lateral .............................................................................................. 87

Dimensiones de la galera, vista frontal ................................................................................................................88

Esquema de diferencia de alturas entre la bocatoma y el tanque de presin................................................90

Dimensiones del desarenador y la cmara de carga .......................................................................................... 101

Prdidas en accesorios en la tubera de presin. ............................................................................................... 107

Diagrama de las fuerzas actuantes sobre el apoyo............................................................................................. 115

dimensiones especificadas en los apoyos ............................................................................................................ 117

Dimensiones de los anclajes. .................................................................................................................................. 118

Dimensiones del apoyo........................................................................................................................................... 120

Puntos de aplicacin de las fuerzas en los apoyos............................................................................................. 121

Diagrama de fuerzas actuantes sobre el anclaje. ............................................................................................... 127

Dimensiones y geometra del anclaje................................................................................................................... 127

XIV

Dimensiones y divisin por reas del bloque de anclaje para su estudio por el mtodo de las reas .... 128

Punto de aplicacin de las fuerzas sobre el anclaje .......................................................................................... 128

Diagrama de fuerzas sobre el anclaje cuando la tubera se contrae. ............................................................. 129

Dimensiones del anclaje .......................................................................................................................................... 131

Dimensiones del anclaje ..........................................................................................................................................137

Diagrama de seleccin de turbinas Hidrulicas................................................................................................ 142

Dimensiones de la cuchara de la turbina Pelton............................................................................................... 145

Esquema de la caja de transmisin ...................................................................................................................... 146

Esquema del sistema elctrico .............................................................................................................................. 149

Malla de proteccin a tierra .................................................................................................................................. 150

Sistema de transmisin elctrica con hilo neutro.............................................................................................. 151

Sistema elctrico de distribucin......................................................................................................................... 153

TIR para el anlisis normal.................................................................................................................................... 178

TIR vs. VAN con un 10% de aumento de costos de obras civiles. ................................................................. 186

TIR Y VAN con una disminucin del 10% de ingresos anuales..................................................................... 186

TIRF para el anlisis normal ................................................................................................................................. 192

XV

LISTA DE ABREVIACIONES

MCH: Micro Central Hidroelctrica

OLADE: Organizacin Latinoamericana de Energa

SE: Subestacin Elevadora

Q: Caudal

A: rea

k: Coeficiente de prdidas por friccin

Re: Nmero de Reynolds

: Viscosidad Cinemtica

: Coeficiente de Friccin

: Peso especfico del agua

: Peso especfico del material de la tubera

: Peso especfico del

: Coeficiente de friccin

Sbase: Esfuerzos en la base del apoyo o anclaje.

: ngulo de pendiente del terreno aguas arriba del anclaje

: ngulo de pendiente del terreno aguas abajo del anclaje

: Punto de aplicacin del peso del bloque de cemento.

e: Espesor de la tuberaH : Altura bruta : Tensin de compresin del anclaje hacia la roca : Tensin de traccin del anclaje hacia la roca

1CAPTULO I

1.1 Antecedentes

El Ecuador es un pas muy rico en potencial hdrico el cual no es aprovechado completamente

y tan solo una pequea parte est explotada para la generacin de energa. Esta falta de recursos

energticos es una limitacin para el desarrollo de la sociedad. Claramente se puede apreciar que las

zonas que carecen de recursos energticos ven limitada su capacidad de desarrollarse y adquirir los

servicios bsicos y dependen en gran parte de localidades que cuentan con estos servicios y obliga a

puntualizar los centros de desarrollo.

Es por esto que el estudio de factibilidad de proyectos enmarcados en el campo de la

microgeneracin elctrica son esenciales para contribuir en la integracin de las zonas aisladas,

transformndolas en importante aporte para el desarrollo socio-econmico de nuestro pas. La falta de

estos recursos, o la dependencia de los mismos hacen imprescindible la necesidad de instalar este tipo

de centrales y hacer ms rentables proyectos de desarrollo en reas alejadas y de difcil acceso del pas.

Este es el caso de la Fundacin Cordillera a travs de sus termas hostera Chachimbiro quienes

promueven proyectos de desarrollo de sus comunidades filiales a travs de proyectos de desarrollo

sustentable cuya principal fuente de ingresos es el turismo ecolgico en las Termas-Hostera

Chachimbiro que brinda posibilidades de adelanto y utilidad a la fundacin y a la gente del sector.

Este proyecto es un aporte en el campo de la Ingeniera que hace la Escuela Superior Politcnica de

Chimborazo por medio de la Facultad de Mecnica y su Escuela de Ingeniera Mecnica quienes a

travs del convenio realizado con la Fundacin Cordillera buscan dotar de energa elctrica propia a los

moradores de estos sectores.

El desarrollo de las MCH, juega un papel importante en el abaratamiento de los costos,

rentabilidad de estos proyectos, y accesibilidad a las fuentes de energa, as como en la sustitucin de

los combustibles fsiles debido a sus altos costos. Aunque en una MCH se requiere inversiones

iniciales relativamente elevadas, si se compara con las plantas trmicas de igual capacidad, se ha

demostrado que este tipo de generacin es ms econmico respecto al consumo a largo plazo, con

mayor vida til y no depende de los incrementos en los precios de combustibles y mantenimiento

2durante su operacin. La funcin de una MCH es utilizar la energa potencial del agua para convertirla

en energa mecnica y luego en elctrica. En resumen, se pueden determinar algunas ventajas de este

tipo de centrales frente a otros tipos de centrales generadoras de energa como las trmicas:

No requieren combustibles, sino que usan una forma renovable de energa como es la energa

potencial del agua, constantemente repuesta por la naturaleza de manera gratuita. Es limpia, pues no

contamina ni el aire ni el agua. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego,

proteccin contra las inundaciones, suministro de agua, caminos, navegacin y an ornamentacin del

terreno y turismo como en el caso de la MCH Chachimbiro.

Las obras de ingeniera necesarias para aprovechar la energa hidrulica tienen una vida til

considerable, en este caso proyectadas para una vida til de treinta aos.

La turbina hidrulica es una mquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en

marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia siendo sus costos de mantenimiento, por lo

general, reducidos.

Adems, los beneficios socioeconmicos que supone este tipo de centrales de energa en

sectores alejados, que ven reducidas sus posibilidades de mejorar sus condiciones por falta de energa

en su localidad y que pueden ayudarse gracias a estos proyectos.

1.2 Justificacin

1.2.1 Justificacin Tcnica

Debido al potencial hdrico que existe en el pas, la existencia de caudales favorables permite

explotar, ya sea en pequea o gran escala, la energa potencial del agua que se transforma en energa

cintica debido a la conveniente topografa de la zona que le ofrece una altura suficiente para la

generacin elctrica. Esta energa constituye una de las mejores alternativas para el desarrollo social y

productivo en el sector rural.

Ecuador tiene una capacidad elctrica instalada de 3.6 GW y un dficit del 10% que es

importada. A pesar del increble potencial hidroelctrico de 11.8GW (proyectos identificados) que

reduce el impacto ambiental global muchas ONGs se oponen utilizando argumentos

medioambientalitas. Como consecuencia, el desarrollo se sigue deteniendo y el medioambiente

3contina sufriendo. El 42% de la energa viene de centrales trmicas que expiden 11 millones de

kilogramos de CO2 diarios, contribuyendo a la causa principal del calentamiento global. Entonces, si

se logra aprovechar al mximo este potencial hidroelctrico, se podra abastecer sin problema alguno

las necesidades energticas del pas sin necesidad de recurrir a la termo generacin [1].

En base a estudios previos, realizados en la zona, se lleg a la conclusin que se puede generar

alrededor de 160 KW, los cuales son suficientes para satisfacer las necesidades de las comunidades

aledaas y que competen a la Fundacin y de los proyectos de turismo ecolgico existentes.

Figura 1. Fraccin desarrollada del potencial hidroelctrico identificado y participacin de laelectricidad en la actual capacidad de generacin elctrica en la comunidad andina

1.2.2 Justificacin Econmica

Generalmente las instalaciones hdricas a pequea escala en reas rurales de pases en

desarrollo como el nuestro pueden ofrecer beneficios financieros considerables a las comunidades

servidas.

Debido a la economa de la zona, y a que este tipo de proyectos servirn para traer mayor

utilidad y mejores condiciones de vida a la gente del sector es necesario aprovechar ciertas

innovaciones que estos proyectos traen consigo y que los hacen ms rentables que usar energa

generada por las grandes centrales hidroelctricas y/o trmicas como son: el agua que se usa proviene

de un ro, lo que evita el uso de diques caros; las obras de infraestructura se construirn con mano de

obra de los moradores del sector lo que trae consigo ahorros considerables en el precio final del

4proyecto, as mismo, la operacin no necesariamente se tiene que realizar con gente especializada, ms

bien se usar personas del sector, debido a que este tipo de centrales son relativamente sencillas de

operar. El agua utilizada en el proyecto no tendr cambios en su conformacin por lo que puede ser

utilizada en obras de irrigacin y agua potable sin ningn problema, luego de ser utilizada por la

MCH.

Es por esto que con la creacin de este tipo de centrales, la Fundacin Cordillera y las

comunidades pertenecientes a dicha fundacin buscan mejorar su situacin econmica y social a

travs de los proyectos de turismo ecolgico para beneficio propio y de sus pobladores. La zona donde

se va a hacer el estudio es muy turstica y es por eso que el implemento de esta central hara ms

rentable el proyecto.

El precio de la energa elctrica en el Ecuador tiene un promedio de 13.03 US cent/KWh para

el sector residencial, 11.11 US cent/KWh en el sector comercial y 9.65 US cent/KWh para la industria

(Referencia [2], pg. 11,12); ver TABLA III y Apndice A. En comparacin con los dems pases del rea

estamos en el ltimo lugar pagando los precios ms altos por energa que fcilmente pude ser obtenida

mediante la microgeneracin. Este tipo de costos se puede evitar en este tipo de instalaciones eco-

tursticas para contar con energa propia, generada por el mismo proyecto y que sin embargo tiene una

inversin inicial algo costosa pero que se justifica con los beneficios que ofrece.

1.2.3 Justificacin Social

La cobertura de energa en el Ecuador es de 89.7% en donde los sectores ms beneficiados son

aquellos donde es fcil acceder a una red elctrica. Los beneficios que prestan a futuro estos estudios

realizados conllevan a una rpida y eficiente construccin de proyectos energticos, los cuales son

necesarios para el desarrollo econmico y social del sector, que tendr mejores oportunidades de

elevar su calidad de vida y produccin para su adelanto econmico. Es necesario recalcar que el

potencial hdrico existente supera con mucho las necesidades del proyecto.

Con ste tipo de proyectos no solo se ven beneficiadas las instalaciones de las Termas Hostera

Chachimbiro, sino que tambin podrn mejorar su calidad de vida las comunidades aledaas que

pertenecen a la Fundacin que son alrededor de ocho. El presente estudio ser un pilar fundamental

5en la integracin de la comunidad la cual mediante el trabajo comunitario aportar de una manera

importante para la culminacin de los estudios previos de la MCH y su posterior instalacin y puesta

en marcha.

1.2.4 Justificacin Ecolgica

Nuestro pas tiene recursos naturales maravillosos e importantes, los cuales pueden ser

aprovechados acertadamente por este tipo de instalaciones de turismo ecolgico, las cuales buscan

aprovechar estos recursos procurando el menor impacto ambiental. El mismo objetivo se tiene con las

MCH, puesto que la flora y fauna es la fuente de vida para estas comunidades indgenas y es mejor

conservar su hbitat.

Figura 2. Emisiones de Dixido de Carbono en el sector del la generacin de energa elctrica.

6La generacin de energa por medio de centrales termoelctricas en el pas genera

aproximadamente 7.225 x 103 Ton de CO21 (Figura 2) las que se podran aminorar aprovechando el

potencial hdrico existente en ciertos sectores y que muchas veces se desperdicia. De esta manera se

aporta con l al sector energtico del pas que debe generar el faltante de energa con centrales

trmicas que producen emisiones de CO2 que trae consecuencias como el grave problema del

calentamiento global que gran dao est haciendo al mundo.

Adems como el recurso utilizado ser el agua, debe procurarse que no existan cambios en su

constitucin y sus propiedades, ya que esta posteriormente puede ser aprovechada en tareas agrcolas

y de otra ndole como es comn en la zona.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Realizar un estudio capaz de determinar la factibilidad del proyecto MCH Chachimbiro y

las diferentes alternativas que se puede tener en la misma.

1.3.2 Objetivos Especficos

Recopilar informacin bibliogrfica. Determinar las caractersticas del sector mediante estudio hdrico, topogrfico, ecolgico,ambiental, etc.

Ubicar el lugar de instalacin. Seleccionar los equipos (Tubera, Turbinas, Generadores, etc.) Realizar el estudio econmico para la implementacin de este proyecto.

1Este tipo de informacin la proporciona la OLADE en su tratado: Final energy review 2004-EN.zip.indicadores 10-13

7CAPTULO II

INFORMACION BASICA SOBRE EL AREA DEL PROYECTO

2.1 Datos Generales:

2.1.1 Localizacin geogrfica y poltica de la zona del proyecto

La Fundacin Cordillera, gestora de este proyecto, tiene su campo de accin en la provincia de

Imbabura llamada la provincia de los lagos. La cual est conformada por los siguientes cantones:

Ibarra. Antonio Ante, Otavalo, Pimampiro, Cotacachi y Urcuqu, en este ltimo cantn es el lugar

donde se trabaja la Hostera Chachimbiro y donde se ubicar el proyecto, en el sector de la comunidad

de Cochapata a la altura de 2950 msnm aproximadamente. La cabecera Cantonal de este cantn tiene

una altitud de 2270 msnm.

La provincia limita al Norte con Carchi y Esmeraldas, al Sur con Pichincha, al Este con la

provincia de Sucumbos y al Oeste con Esmeraldas (Figura 3), ubicada entre las coordenadas 00 07 y

00 52 latitud norte; 77 48 y 79 12 longitud oeste. Su capital es Ibarra, fundada el 28 de septiembre

de 1606. Esta provincia tiene variedad de climas que varan entre el semihmedo, hmedo, seco, hasta

el pramo. La temperatura promedio oscila entre los 8C y 28C.

2.1.2 reas de la ciudad y de la Provincia

La Provincia de Imbabura tiene una superficie de 4611 Km2 siendo el Cantn San Miguel

Urcuqu el sector donde se realiza el proyecto (Figura 3). Este cantn es uno de los que mayor tasa de

desocupacin tiene en la provincia debido a que la mayora del territorio es rido cuyas tierras no son

aptas para la agricultura.

2.13 Poblacin de la Provincia

Segn los datos del INEC, la provincia de Imbabura tiene una poblacin de 345781 habitantes

con una estructura multitnica, conformada por una poblacin en su mayora mestiza, con

nacionalidades Kichuas, Caranquis, Otavalos, Cayambis, con su propio idioma el Kichwa. La

poblacin afro ecuatoriana se asienta en los valles del Chota y de la cuenca del ro Mira, parte de esta

8poblacin sera beneficiada con este proyecto. Adems el 43.8% le corresponde a la poblacin indgena

y el 11.70% es negra.

Figura 3.Mapa Poltico de la Provincia de Imbabura

En lo referente a la ocupacin el 51.8% corresponde a la poblacin en edad de trabajar (12 aos

y ms). El cantn con mayor porcentaje de ocupacin es Otavalo y el de menor es Urcuqu. Debido a lo

cual la fundacin Cordillera busca aminorar estos ndices de desocupacin dando trabajo a las

personas del sector. En total, en la provincia un 49% corresponde a la poblacin econmicamente

activa. TABLA I, Figura 4.

TABLA I. POBLACIN ECONMICAMENTE ACTIVA EN LA PROVINCIA DE IMBABURA.

P.E.A. 115.085Resto de Poblacin 230.696TOTAL: 345.781

La poblacin Rural tiende a disminuir debido a la migracin hacia las ciudades y la falta de

oportunidades en su terruo TABLA II, lo que trata de evitar la Fundacin Cordillera con proyectos

como este de una MCH y de desarrollo sustentable donde intervienen activamente los pobladores del

sector.

9Figura 4. Poblacin econmicamente activa en la provincia de Imbabura versus el resto de la

poblacin.

TABLA II: POBLACIN URBANA Y RURAL DE LA PROVINCIA DE IMABURA Y LAS

PERSPECTIVAS HACIA EL AO 2015.

Poblacin Ao 2001 Proyeccin al 2015 Tasa de crecimientoPoblacin Rural 171.830 208.792 1,51 %Poblacin Urbana 172.214 241.343 2,63%Poblacin Total 344.044 450.135

2.1.4 Caractersticas fsicas, geogrficas y ambientales del rea del proyecto

Esta provincia est localizada en la parte norte del pas cubriendo territorios de las Cordilleras

Oriental y Occidental de los Andes; posee importantes ramales, entre los que se destacan: el de Intag y

Toisn; sus principales elevaciones son: Imbabura 4560 m.s.n.m., Cotacachi 4944 m.s.n.m., y Yanaurcu

de Pin con una altitud de 4535 m.s.n.m., en las inmediaciones de esta montaa se realizar el

proyecto.

Existe una red hidrogrfica que se estructura con la presencia de los ros: Chota, Mira, Ambi,

Intag y Cotacachi, entre los principales. Este conjunto lacustre a ms de favorecer la agricultura y

ganadera, constituye un valioso recurso turstico para la regin y la provincia la cual es conocida

como la provincia de los lagos. Adems, la provincia cuenta con un nmero considerable de aguas9

Figura 4. Poblacin econmicamente activa en la provincia de Imbabura versus el resto de la

poblacin.

TABLA II: POBLACIN URBANA Y RURAL DE LA PROVINCIA DE IMABURA Y LAS

PERSPECTIVAS HACIA EL AO 2015.

Poblacin Ao 2001 Proyeccin al 2015 Tasa de crecimientoPoblacin Rural 171.830 208.792 1,51 %Poblacin Urbana 172.214 241.343 2,63%Poblacin Total 344.044 450.135

2.1.4 Caractersticas fsicas, geogrficas y ambientales del rea del proyecto

Esta provincia est localizada en la parte norte del pas cubriendo territorios de las Cordilleras

Oriental y Occidental de los Andes; posee importantes ramales, entre los que se destacan: el de Intag y

Toisn; sus principales elevaciones son: Imbabura 4560 m.s.n.m., Cotacachi 4944 m.s.n.m., y Yanaurcu

de Pin con una altitud de 4535 m.s.n.m., en las inmediaciones de esta montaa se realizar el

proyecto.

Existe una red hidrogrfica que se estructura con la presencia de los ros: Chota, Mira, Ambi,

Intag y Cotacachi, entre los principales. Este conjunto lacustre a ms de favorecer la agricultura y

ganadera, constituye un valioso recurso turstico para la regin y la provincia la cual es conocida

como la provincia de los lagos. Adems, la provincia cuenta con un nmero considerable de aguas

P.E.A. Resto dePoblacin

9

Figura 4. Poblacin econmicamente activa en la provincia de Imbabura versus el resto de la

poblacin.

TABLA II: POBLACIN URBANA Y RURAL DE LA PROVINCIA DE IMABURA Y LAS

PERSPECTIVAS HACIA EL AO 2015.

Poblacin Ao 2001 Proyeccin al 2015 Tasa de crecimientoPoblacin Rural 171.830 208.792 1,51 %Poblacin Urbana 172.214 241.343 2,63%Poblacin Total 344.044 450.135

2.1.4 Caractersticas fsicas, geogrficas y ambientales del rea del proyecto

Esta provincia est localizada en la parte norte del pas cubriendo territorios de las Cordilleras

Oriental y Occidental de los Andes; posee importantes ramales, entre los que se destacan: el de Intag y

Toisn; sus principales elevaciones son: Imbabura 4560 m.s.n.m., Cotacachi 4944 m.s.n.m., y Yanaurcu

de Pin con una altitud de 4535 m.s.n.m., en las inmediaciones de esta montaa se realizar el

proyecto.

Existe una red hidrogrfica que se estructura con la presencia de los ros: Chota, Mira, Ambi,

Intag y Cotacachi, entre los principales. Este conjunto lacustre a ms de favorecer la agricultura y

ganadera, constituye un valioso recurso turstico para la regin y la provincia la cual es conocida

como la provincia de los lagos. Adems, la provincia cuenta con un nmero considerable de aguas

10

minerales ferruginosas y termales, como las de Chachimbiro, el balneario de Nangulv, Yana Yacu, Las

Lagartijas y Tangal, entre otras. Las Termas Hostera Chachimbiro son la principal fuente de ingresos

de la Fundacin las cuales buscan atraer turistas mediante el Turismo Ecolgico aprovechando las

inagotables fuentes del mismo que la naturaleza y el sector provee.

2.2 Servicios Pblicos:

2.2.1 Educacin

El promedio del nmero de aos lectivos aprobados en instituciones de educacin formal en

los niveles primarios, secundarios y superior es de 6,2 aos. El cantn con mayor grado de escolaridad

es Ibarra y el de menor es Cotacachi. El 56% de los nios mayores de 12 aos cumplen la primaria

mientras que un alto porcentaje de nios trabajan incluso dejando de lado sus estudios, TABLA III.

TABLA III: PORCENTAJE DE OCUPACIN INFANTIL EN LA PROVINCIA DE IMBABURA.

La inversin que el estado hace en este sentido en la provincia, se enfoca en mayor grado en el

Cantn Ibarra mientras que el cantn menos favorecido es Urcuqu, esta es otra de las razones del

pacto firmado por la Fundacin Cordillera y la Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, el cual

comprende adems proyectos de ayuda en el campo educativo.

2.2.2 Salud

La oferta de servicios de salud es el 49.7%. El cantn con el mayor ndice es Ibarra y el de

menor Pimampiro. En la provincia, el 41.6% de nios menores de cinco aos muestran indicios de

desnutricin global o bajo peso para su edad. El 58.3% de nios menores de cinco aos muestran

indicios de desnutricin crnica o bajo talla para su edad. El cantn con mayor porcentaje de

desnutricin es Cotacachi y el de menor porcentaje Ibarra. Los servicios de salud con que cuenta el

Nios 8 - 11aos8 17aos

12 14aos

15 17aos

Trabajan y estudian 1.1% 2.2% 2.4% 3.7%Trabajan y no estudian 0.9% 12.8% 14.3% 29.7%

11

sector se encuentran en la cabecera cantonal es decir San Miguel de Urcuqu, donde deben recurrir los

habitantes de la zona donde trabaja la Fundacin Cordillera. El sector mismo del proyecto no cuenta

con un centro de salud.

2.2.3 Comercio

El comercio en la provincia est ligado con la produccin del campo, artesanas siendo las ms

apreciados los trabajos en cuero, madera, tejidos, la agricultura es la base de la economa de la

provincia de Imbabura, ofrece productos variados como maz, trigo, cebada, frjol, ans, legumbres,

hortalizas, tomate rin, cabuya, alfalfa; frutas como: papaya, pia, caa de azcar, ciruela, guabo,

aguacate, pltano, naranja, cacao y caf. La actividad ganadera es rentable gracias a los buenos

pastizales existentes, que han ayudado a la crianza de ganado vacuno ovino y porcino.

El sector que corresponde al proyecto vive esencialmente de la agricultura satisfaciendo

bsicamente sus propios requerimientos, sin poder sacar sus productos a otras zonas de la provincia.

Una fuente adicional de ingresos es el cultivo de pinares para la produccin de papel habiendo bastas

extensiones de terreno dedicados a esta actividad. Otra fuente de ingresos en el sector es la del sector

turstico el cual est muy bien explotado debido a que la provincia cuenta con un conjunto lacustre

muy beneficioso para este fin, adems de fuentes termales como ya se ha dicho. En efecto, la

Fundacin Cordillera es una de las que se benefician de esta fuente de ingresos aprovechando las

termas que existen en el sector de Chachimbiro.

2.2.4 Industria

En la provincia se han formado algunas empresas industriales como: Cemento Selva Alegra e

ingenio azucarero. Dentro de la actividad minera se han localizado canteras de caliza en El Quinde,

Selva Alegre; se ha descubierto cobre en la Cordillera de Toisn y vetas de plata en el suroeste del

Nudo de Mojanda. El sector en especial no cuenta con industrias pues, como se ha dicho antes la

principal fuente de ingresos en el sector es el turismo en especial el ecoturismo que es el que compete

a este proyecto.

12

2.2.5 Medios de Comunicacin y transporte

Su principal va de comunicacin es la carretera Panamericana, que pasa por el Juncal, Chota,

Ibarra, Atuntaqui y Otavalo, complementada con una significativa red de caminos asfaltados o

afirmados, que impulsan y fomentan las actividades en toda la provincia.

El ferrocarril va desde Ibarra a San Lorenzo en la provincia de Esmeraldas y presta un

importante servicio a las poblaciones localizadas en su trayecto.

Para el ingreso a la zona de Chachimbiro se dispone de una carretera en su primer tramo lastrada y

luego afirmada que permite el ingreso al lugar no sin algo de incomodidad debido al mal estado de las

vas. Sin embargo se tiene previsto el asfaltado del camino para dar mayores comodidades al turista

que ingresa al sector. El camino de ingreso al sector de Cochapata est en iguales o peores condiciones

sin embargo la accesibilidad a la zona misma del proyecto si puede llevarse a cabo tanto para las

personas como a los materiales de construccin con algo de inconvenientes superables.

2.2.6 Servicios en general

En la provincia el 50.8% total de las viviendas en Imbabura cuentan con un servicio de

recoleccin de basura privado o municipal, siendo Cotacachi el cantn con mayor porcentaje y el de

menor Ibarra. El 26.6% de nmero de hogares en Imbabura vive en condiciones de hacinamiento

siendo el cantn con el mayor porcentaje Cotacachi y el de menor Ibarra.

Los servicios de agua potable, alcantarillado, luz elctrica, etc., son distribuidos por las

respectivas empresas de agua potable y EMELNORTE. Sin embargo con la ejecucin de este proyecto,

unos 273 abonados resultaran beneficiados con la energa elctrica dando un total de unas 1000

personas que tendran luz elctrica para su desarrollo a un precio bastante cmodo y generado por

ellos mismos como miembros de la fundacin Cordillera.

13

CAPTULO III

DESCRIPCIN DEL PROYECTO

3.1 Captacin

Las obras de captacin son estructuras hidrulicas construidas sobre un ro o canal con el

objeto de captar una parte o la totalidad del caudal del mismo. La forma de captar este caudal puede

ser con un embalse que acumula el agua en tiempos de lluvia para utilizarla en estaciones secas o

mediante sistemas en derivacin.

Las pequeas centrales hidroelctricas en derivacin se caracterizan por no tener un embalse

que permita almacenar el agua para usarla en pocas de estiaje, por lo cual pueden ser a filo de agua y

el caudal es recogido mediante una bocatoma que se comunica con el canal que conduce el agua hasta

la tubera de presin.

En estas obras, a diferencia de las obras de captacin con embalse, captan un cierto caudal de

agua sin almacenarla, aprovechando el caudal que haya en un momento dado, con el menor grado de

sedimentacin posible, minimizar los costos de mantenimiento en la operacin y proveer algunas

medidas de proteccin ante daos o bloqueos por la entrada de sedimentos. En la ubicacin de las

obras de toma se debe realizar un anlisis en el cual se va a tener en cuenta la topografa del lugar y las

condiciones del curso de agua, es mejor ubicarlas en un lugar seguro y en lo posible con presencia de

roca. Hay que evitar que la bocatoma se encuentre a lo largo de la curva de un ro debido a que en el

margen interno de la curva entran en la bocatoma piedras y arena durante las crecidas que

posteriormente formarn bancos de arena que impide el ingreso del agua. Sobre la margen externa de

la curva es donde impactan los materiales flotantes. Es por eso que se debe escoger un tramo recto del

ro donde se pueda construir la bocatoma. Figura 5.

La finalidad de las obras de toma son acoger una cantidad constante de caudal a pesar del

calado que exista en el ro, impedir al mximo la entrada de cualquier material o slido en suspensin

e impedir que los mismos no ingresen a la conduccin y tubera de presin al tiempo que deben dar

condiciones mnimas de seguridad. Adems, la bocatoma debe disponer de una estructura de

retencin que garantice un mismo nivel con cualquier caudal del ro, una obra de toma para la

14

captacin del caudal de diseo con una rejilla que evite el paso del material slido flotante y una obra

de lavado del material slido en la estructura de retencin.

Figura 5.Ubicacin de una bocatoma.

Las bocatomas aprovechan la fuerza de gravedad para conducir el lquido desde el afluente

hacia el lugar donde se encuentra la tubera de presin. Adems se encargan de garantizar que exista

una cantidad de agua constante a pesar de existir pocas de esto, que el agua sea lo ms libre de

materiales slidos y proteger las obras hidrulicas especialmente en pocas lluviosas.

En el desarrollo de un proyecto de este tipo es necesario tener presente que la estructura de

captacin o bocatoma es una obra muy importante para el xito del mismo. Si por una razn u otra se

produce una falla en la bocatoma, esto significara la posibilidad del fracaso de todo el proyecto. Es

decir, el diseo, la construccin, la operacin y el mantenimiento de una bocatoma deben ofrecer el

mximo de seguridad.

Para el estudio de una bocatoma es necesario tener en cuenta que un ro transporta agua

proveniente de la precipitacin que ocurre en la cuenca, slidos o sedimentos provenientes de la

erosin de la cuenca, hielo, en los lugares que existe, y cuerpos extraos como rboles, plantas, basura

y desperdicios. Los tres primeros aspectos mencionados constituyen las funciones naturales de un ro.

El transporte de cuerpos extraos constituye una funcin no natural pero muy frecuente. En general,

el diseo y operacin de una bocatoma en muchos de los ros presenta problemas, debido

15

principalmente a la inestabilidad fluvial e irregularidad de las descargas, insuficiente informacin

hidrolgica gran transporte de cuerpos extraos y la aparicin eventual de fenmenos climatolgicos

como el Fenmeno del Nio.

3.1.1 Clasificacin.Se puede realizar una clasificacin de acuerdo a diferentes parmetros que son:

- El material del que estn hechas (Concreto, piedra, tierra, madera, Chapas, ramas, etc.)

- Su vida til (permanente, temporal).

- Su forma y diseo (barraje total, barraje parcial, espigones barraje mvil, barraje sumergido o

de tipo Tirol).

- El mtodo de construccin (concreto armado, mampostera, gaviones).

3.1.2 Elementos de una bocatoma.

Los elementos que componen una bocatoma deben garantizar su buen funcionamiento, razn

por la cual deben cumplir con los siguientes requerimientos:

- El agua captada debe estar, en lo posible, libre de slidos, para que no cargue de material de

acarreo la conduccin y/o el desarenador.

- El material slido depositado aguas arriba detrs del barraje deber ser evacuado por el flujo

de un chorro de lavado intermitente.

- El tipo de construccin debe ser sencillo y econmico, de forma que facilite una operacin con

poco mantenimiento y trabajos rpidos de reparacin.

- Las descargas de crecidas deben ser evacuadas en forma segura de la obra de captacin.

El agua necesaria que ser utilizada en la generacin de energa se capta mediante una rejilla

formada por barrotes de un perfil apropiado de modo que las piedras y materiales flotantes no se

atranquen entre ellos. Bajo la rejilla se dispone una galera con una pendiente adecuada para que el

agua fluya hacia la tubera de conduccin o el canal si as lo requiere la obra. Este tipo de captacin es

bastante simple y ha dado buenos resultados en torrentes con material grueso.

16

En este tipo de bocatomas, la delimitacin de la cantidad mxima de agua motriz es ms

exacta que mediante un vertedero lateral con barrajes firmes, pero hay que tomar los dispositivos

apropiados para la separacin de cantidades mayores de slidos que ingresan al canal colector. Los

diferentes elementos de los cuales est compuesto este tipo de bocatomas se detalla a continuacin:

Figura 6. Bocatoma

3.1.2.1 BarrajeEl barraje, dique, presa o azud, es la componente inicial de la toma en el lecho, en el cual se

capta el caudal necesario para el funcionamiento de todo el sistema. El azud tiene la funcin de cerrar

el cauce del ro para que el agua que se encuentra por debajo del nivel de su cresta ingrese a la

conduccin. El dique, en pocas de creciente funciona como vertedero. Debe disearse para las

condiciones de mxima crecida probable del curso de agua que se est aprovechando.

3.1.2.2 Rejilla.

Se llama as a la compuerta metlica que sirve para eliminar los materiales de acarreo que se

acumulan en el azud. En el caso de las bocatomas tipo tirolesa, la rejilla es parte del barraje. Esta rejilla

esta formada por un nmero de barras cuya direccin es en sentido de la corriente e impide el ingreso

de material flotante y lo evacua aguas abajo. El material que se cuela es expulsado posteriormente a

travs de una compuerta por un canal de limpieza o a su vez por un operario que se encargar del

17

mantenimiento de la bocatoma. La rejilla debe ser compacta y estar fijada firmemente al azud, sus

barrotes no deben ser redondos porque dificultan su limpieza y sufren mayor deterioro, es mejor usar

pletinas o perfil Te que brindan mayor comodidad para la limpieza y resisten las cargas aplicadas por

las piedras y material acarreado por la vertiente.

3.1.2.3. Galera y Colector.

Inmediatamente despus de la rejilla se dispone de una galera donde se capta el agua que se

conducir hacia el colector y donde los slidos en suspensin podrn ser evacuados. Es necesario que

este canal de aduccin tenga un talud adecuado para poder evacuar estos sedimentos, el cual se

recomienda tenga una pendiente suficiente que garantice que los sedimentos bajen hacia el colector y

posteriormente hacia la tubera de conduccin. El ancho de la galera tiene proporcin con las

dimensiones de la rejilla y la profundidad del canal es aproximadamente el ancho del mismo. El canal

colector se localiza generalmente bajo el nivel de la galera desde donde el agua bajar para permitir la

sedimentacin de los slidos en suspensin si el caso lo requiere o para poder conectar la tubera de

conduccin con el azud.

3.1.2.4. Colchn de agua.

Al elevar las aguas del ro para hacer posible su captacin, el barraje crea alturas de carga que

podran provocar erosin en el lecho del ro al momento de su cada, afectando con ello la estabilidad

de toda la estructura de la toma. Este colchn se instala a fin de prevenir esta actividad erosiva, su

propsito fundamental es amortiguar la cada de las aguas sobre el lecho del ro, protegiendo de este

modo los cimientos de la toma. La finalidad de la contrasolera es permitir, junto el barraje, la

formacin de un pozo artificial que amortige la cada de las aguas.

3.1.3 Criterios de diseo.

El diseo de una bocatoma depende de los siguientes parmetros:

- Curso del ro (Tramo curvo o tramo recto).

- Configuracin del terreno (pendiente del cauce, ancho del valle).

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- Caudal del ro, caudal a derivarse, ngulo de desvo.

- Rgimen del ro, nivel de aguas mnimas y mximas ordinarias, nivel de aguas mximas

extraordinarias (coeficiente de retorno).

- Acarreo de materiales (frecuencia de acarreo, tamao de materiales acarreados, materiales de

fondo.)

- Geologa del lugar. Presencia de fallas, arcilla y calizas en las zonas de fundacin de la

bocatoma.

- Ejecucin de las obras en funcin de las caractersticas de los materiales de la corteza

terrestre.

- Importancia de la obra, disponibilidad presupuestal.

Adems, para la construccin se debe tener en cuenta la erosin que produce el agua sobre los

elementos de la bocatoma para lo cual se pone una estructura para refuerzo del concreto de malla

electro-soldada.

3.2 Conduccin.

El caudal que es recogido en la bocatoma debe ser conducido hacia la tubera de presin a

travs de un canal que puede estar a cielo abierto o cerrado mantenindose el caudal a presin

atmosfrica o por medio de una tubera de baja presin, mediante la cual el agua fluye debido a la

diferencia de alturas entre la bocatoma y el tanque de presin.

El criterio tcnico con el que se deben disear stas obras toma en cuenta las caractersticas

topogrficas de los lugares donde se va a instalar la toma y del caudal que generalmente disminuye

aguas arriba. Adems de ste criterio se debe tener en cuenta la parte econmica que depende de la

longitud de la obra pues aumentan los costos.

A lo largo del trayecto por el cual cruza la conduccin se puede hacer uso de ciertos elementos

que ayuden a disminuir los costos por longitud y sortear ciertos obstculos que se presenten en el

camino, siempre y cuando as lo requiera la obra. Estos elementos pueden ser tneles, acueductos,

rellenos, etc. Debido a que la topografa del terreno no es muy accidentada y no es conveniente instalar

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ninguna de estas obras, el presente trabajo se limitar a enumerarlas nada ms ya que su exposicin

sera un poco larga y no viene al caso si al fin no se va a construir.

El material con el que se instalar la tubera de conduccin es Policloruro de Vinilo (PVC), el

cual presta facilidades de adquisicin, precio, instalacin y accesorios diversos los cuales permiten una

instalacin ms sencilla, eficiente y econmica frente a otros materiales, es liviana y fcil de

transportar, un factor de prdidas por friccin bajo y es resistente a la corrosin.

Sin embargo tiene la desventaja de deteriorarse frente a la exposicin de los rayos ultra violeta

los cuales rajan la superficie de la tubera, afectando su resistencia, por lo que debe estar protegida de

la luz del sol recubrindola con tierra o elementos de lugar, o pintando la superficie de la tubera.

Adems, a bajas temperaturas, se torna frgil por lo que se puede romper por el impacto de rocas.

3.3 Tanque de Carga o Presin

El tanque de carga o presin tiene la funcin de unir las tuberas o canales de baja presin con

la tubera forzada o de presin. Los objetivos fundamentales por los cuales se lleva a cabo esta obra son

garantizar el consumo durante las arrancadas y variaciones instantneas de carga y almacenar el agua

rechazada cuando se reduce la carga o en paradas bruscas. Otras funciones que cumple el tanque de

presin son impedir la entrada de material slido de arrastre y flotante hacia la tubera de presin, es

decir, puede actuar como desarenador, desalojar el exceso de agua en las horas de menor demanda de

energa y mantener una altura de agua suficiente como para evitar la entrada de aire en la tubera de

presin. La geometra del tanque de presin para una pequea central hidroelctrica debe tener la

forma ms simple posible teniendo en cuenta que debe funcionar hidrulicamente de manera ptima.

En el diseo de esta obra se debe tener en cuenta ciertos parmetros como son: caudal,

volumen del tanque, altura de agua sobre la entrada de la tubera de presin, la velocidad del agua en

los elementos del tanque de presin, la topografa del terreno y la geologa de la zona.

El tanque de presin est conectado a la tubera de conduccin por una transicin mediante la

cual el agua pasa a la tubera de presin por una rejilla que evita la entrada de elementos slidos

flotantes. Entre la rejilla y la tubera existe una compuerta de cierre de paso del agua. Entre la

compuerta y la rejilla se dejan unas ranuras en las paredes para la instalacin de las compuertas de

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apoyos en caso de reparaciones como elemento de seguridad. En una de las paredes existe un

aliviadero para evacuar los excesos de agua existentes en la cmara. Para que la cmara de carga pueda

garantizar que no entre aire en la tubera de presin es necesario que el volumen de agua til

almacenado en la cmara de carga sea compatible con la variacin de caudal entre cero y su valor

mximo.

Figura 7. Tanque de Presin.

3.3.1 Desarenador.

Debido a que el agua que es transportada desde las obras de toma hacia la casa de mquinas y

la turbina tiene elementos en suspensin como arena y sedimentos, es necesario asentar los mismos

pues se corre el riesgo de daar gravemente los labes de la turbina por la abrasin que stos

producen.

El objeto de los desarenadores es aminorar al mximo la velocidad del agua para que las

partculas que se suspendan en l se asienten en el fondo para luego ser removidas. En el caso de la

pequea central hidroelctrica Chachimbiro, se ha de utilizar dos desarenadores, el primero para unir

los dos caudales utilizados para la generacin y sedimentar en cierta medida los slidos en suspensin

ms gruesos, el otro para sedimentar las partculas ms finas que puedan quedar y al mismo tiempo

sirve como unin con el tanque de presin. Por este motivo estos dos desarenadores se han diseado

con diferente forma cada uno. Para que las partculas se decanten, se debe disminuir la velocidad del

agua por medio de la disminucin de la pendiente anterior del canal o tubera. La velocidad de la

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corriente en el desarenador no debe ser superior a 0,5 m/s debido a que a velocidades mayores las

partculas no se decantan.

Un desarenador debe tener ciertos requisitos bsicos como una longitud y ancho adecuados

con un diseo hidrulico simple para que se depositen los sedimentos siendo ms econmica su

construccin. Adems deben permitir la fcil eliminacin de los depsitos, y, cuando stos se eliminen

a travs de la compuerta hay que evitar velocidades que puedan erosionar el suelo que rodea el

desarenador, alrededor del desarenador es mejor construir una superficie empedrada. Se debe impedir

la turbulencia del agua causada por los cambios de rea que produce que los sedimentos transiten

hacia la tubera de presin. Adems es necesario que el desarenador tenga la suficiente capacidad para

acumular los sedimentos.

La longitud total del desarenador se divide en tres tramos que son: entrada, decantacin y

salida. Para el funcionamiento correcto del desarenador es importante distinguir estas longitudes

adems de las profundidades de decantacin y de recolocacin que sirven para poder retener una

cierta cantidad de sedimentos recolectados por el mismo.

Figura 8. Tanque desarenador

En una MCH es suficiente eliminar partculas con 0,03 mm de dimetro o ms para su buen

funcionamiento, parmetro