HIDRAULICAS. PAÍS: Ecuador – América del Sur.

PROYECTO: ESTUDIO, CONSTRUCCIÓN E INSTALACION DE MICROCENTRALES
HIDRAULICAS.
LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO:
PAÍS:
PROVINCIA:
Ecuador – América del Sur.
Morona Santiago – Región Amazónica.
1.- INTRODUCCIÓN.
El uso de sistemas capaces de generar energía de forma limpia y sostenible está teniendo en los
últimos años un gran crecimiento debido, en buena medida, al empuje recibido por la confirmación
de los problemas de cambio climático y agotamiento de los recursos a los que se enfrenta nuestro
planeta. Es previsible que estos sistemas cobren cada vez una mayor importancia tras la decisión de
la Comunidad Europea, junto con otros países, de aceptar las obligaciones de reducción de
emisiones que producen el cambio climático, según lo expuesto en el Protocolo de Kyoto.
La Conferencia de Kyoto obliga a todos los Países a desarrollar el uso de fuentes energéticas
renovables, para reducir el consumo de combustibles fósiles y reducir las emisiones contaminantes
en la atmósfera, que provocan el peligroso efecto invernadero.
La utilización de la energía potencial del agua disponible entre una cota superior y una inferior,
encontró aplicación hace siglos: con los molinos de agua, ha sido posible la utilización de una
fuerza proporcionada por la naturaleza para realizar tareas diversas.
Actualmente la fuerza hidráulica se utiliza sobre todo para la producción de energía eléctrica. Desde
hace casi un siglo y medio las presas y las centrales hidroeléctricas son parte del paisaje de nuestras
montañas, contribuyendo a consolidar en nuestra mente la idea de que el hidroeléctrico es un
recurso energético limpio, disponible y renovable.
El objetivo principal de este proyecto es ofrecer a las personas y comunidades la posibilidad de
tener acceso a la energía eléctrica en lugares en dónde principalmente no están siendo atendidos a
través de la red pública.
Las consideraciones medio ambientales sobre las grandes instalaciones hidroeléctricas cambian
radicalmente para las instalaciones hidroeléctricas del tamaño (pico-micro-mini-hidro), por debajo
de los 1.000 Kw. de potencia. En el caso del presente proyecto, estaremos en el rango de pico-micro
y minicentrales. En definitiva nuestro proyecto se enmarca dentro del rango 1 kW < P < 1.000 kW.
Los beneficios medioambientales derivados de las instalaciones pico-micro-mini: hidráulicas son
considerables: proporcionan energía eléctrica a zonas que de otra manera estarían aisladas o
alcanzables solo con obras de mayor impacto medioambiental; utilizan el recurso agua de manera
equilibrada y controlada por las comunidades interesadas; ayudan a reducir la dependencia
energética de los combustibles fósiles y además no producen emisiones de gas con efecto
invernadero, ni otras sustancias contaminantes.
Las instalaciones hidroeléctricas de pequeño tamaño representan por lo tanto una importante fuente
energética renovable y pueden contribuir activamente al desarrollo sostenible del territorio en el que
se implantan.
Por otra parte, los profesionales tienen la tarea de investigar sobre la potencialidad que ofrece el
territorio, estudiar cómo integrar estos sistemas en el medio local, diseñar proyectos-piloto que
ayuden a definir y difundir unos estándares aplicables localmente.
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2.- OBJETIVOS.
Objetivo general.
Mejorar las condiciones de vida de familias y/o comunidades que se encuentran marginadas del
servicio de energía eléctrica de la red pública a través del estudio, construcción e instalación de
microcentrales hidráulicas.
Objetivos específicos.
Realizar los estudios, instalación y puesta en funcionamiento de pico y/o micro y/o minicentrales
hidráulicas en comunidades y/o sectores que se encuentren fuera de la red eléctrica pública.
Capacitar a los miembros de las comunidades beneficiarias, a fin de que se de el uso y cuidado más
adecuado tanto a las instalaciones eléctricas como a las obras civiles de las microcentrales
instaladas.
Entrenar a personal con la finalidad de que se produzcan en el país los equipos electromecánicos y
así mismo se tenga la posibilidad de contar con personas encargadas de dar el mantenimiento a los
equipos como a las instalaciones eléctricas y obras civiles.
Ventajas de las microcentrales.
Son un equipo de bajo costo, confiable y apto para generar energía eléctrica a pequeña escala.
Utilizan las corrientes de agua de los arroyos sin alterar la condición natural de la fuente de agua.
Producen energía limpia y renovable pues no causan contaminación ambiental y no requieren
combustible fósil para su operación.
Cuando se construyen correctamente funcionan sin problemas durante muchos años. Aprovechan al
máximo todos los recursos hídricos disponibles, ya que los lugares de instalación son muy variados
y su central es muy sencilla. Necesitan un limitado recurso hídrico para producir energía eléctrica.
Producen energía eléctrica cerca del usuario. Ocupan poco sitio y, gracias a su estructura compacta,
son relativamente fáciles de transportar incluso en lugares inaccesibles.
3.- ACTIVIDADES:
Para la implementación de la central hidráulica en la comunidad es necesario realizar las siguientes
actividades:
1).2).3).4).5).6).7).8).9).10).11).12).13).-
Visita y selección de la fuente de agua en el lugar donde se instalará la central hidráulica.
Estudio, recolección de datos y realización de los cálculos correspondientes.
Elaborar el presupuesto y plan de trabajo a ejecutar.
Construcción de la represa, desarenador.
Instalación de la tubería de fuerza.
Construcción de la casa de máquina para instalar el equipo electromecánico.
Instalación de la red de distribución (postes y alambrado eléctrico).
Instalación de la red domiciliaria (sistema eléctrico en las casas).
Verificación del funcionamiento del equipo electromecánico antes de la instalación.
Instalación del equipo electromecánico en la casa de máquinas en el lugar de operación.
Capacitación a miembros de la comunidad para el manejo y operación del sistema.
Inauguración del sistema eléctrico y uso por los beneficiarios.
Seguimiento y monitoreo del funcionamiento del sistema por parte de los encargados del
mismo.
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4.- COMPONENTES DEL PROYECTO.
Para desarrollar un proyecto de central hidráulica en un lugar preseleccionado se necesitan los
siguientes elementos y componentes.
4.1. OBRAS CIVILES.
• Pequeña represa y bocatoma para desviar parte de la corriente de agua hacia la tubería.
En la mayoría de los proyectos a desarrollar, se considerará la mejor ubicación para construir la
pequeña represa y la bocatoma respectiva. Cuando de acuerdo a las circunstancias, se tenga que
conducir la cantidad de agua derivada una distancia prudencial se tendrá que estudiar el terreno a fin
de saber si se tiene que conducir el agua únicamente por un canal de tierra o se tenga que hacer un
revestimiento con cemento. Por otra parte cuando el caudal del agua no es abundante, se tiene que
hacer una represa un tanto grande para tener una reserva importante. En los dos casos la obra civil
encarece económicamente, más aún si en un mismo proyecto se tiene que tomar en consideración lo
anotado anteriormente.
Canal de conducción.
Cámara de carga y aliviadero.
• Tubería de presión de diámetro y longitud apropiados para conducir el agua hasta la casa de
máquinas.
En relación a la tubería de fuerza, se utilizará tubería (manguera negra) de presión que viene en
rollos de 25 metros de longitud con un diámetro de hasta (4”) cuatro pulgadas que es reforzada y
adecuada. Cuando se requiera tubería de presión de mayor diámetro de acuerdo al proyecto que se
vaya a instalar se utilizará PVC cuya longitud por cada tubo es de seis (6) metros y obviamente del
diámetro y espesor de acuerdo a los estudios realizados. En ciudades de fácil acceso se tiene una
gran variedad de fábricas de tubería con las que se puede establecer relaciones contractuales.
El policloruro de vinilo (P.V.C.). Es la tubería más empleada en las microcentrales hidráulicas.
Resulta una tubería muy competitiva, su instalación es sencilla y no requiere ninguna protección
contra la corrosión. Las tuberías de PVC son sensibles a las radiaciones ultravioletas, por lo que
deben ser enterradas, pintadas o recubiertas con cinta.
Válvulas. Las válvulas son utilizadas para iniciar, detener o regular la circulación del agua
mediante una pieza móvil que abre, cierra u obstruye en forma parcial la circulación del agua del
sistema. Existen múltiples variedades de válvulas aunque, sólo haremos referencia a las más
comunes en una central hidráulica.
Válvula de compuerta: Son las más utilizadas y de menor costo, y consisten básicamente en un
disco vertical que se desplaza de arriba a bajo. Normalmente no se utilizan para regular el caudal, si
no, que son utilizadas para una obertura total o de lo contrario, para un cierre total. Son válvulas en
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las cuales se precisa una gran fuerza para accionarlas, ya que no sólo hay que vencer la fricción que
se produce con el desplazamiento de la misma, si no que también hay que vencer la presión del
agua. Para facilitar el accionamiento se puede colocar en la válvula un by-pass para disminuir la
presión del agua ejercida sobre la válvula.
Válvula de mariposa: Se componen de un disco circular con el eje de su orificio en ángulos rectos
con el sentido de la circulación. Con esto se consigue que a la hora de abrir o cerrar el paso del agua
sea mucho más sencillo y por lo tanto que requiera de mucha menos fuerza, ya que la presión que
ejerce el agua en cada mitad del disco está prácticamente igualada. Se tiene que prestar atención a la
hora de cerrar completamente la válvula de mariposa rápidamente, ya que puede ocasionar un gran
golpe de ariete.
• Casa de máquinas para alojar el equipo electromecánico y canal de desagüe para devolver el
agua utilizada al cauce natural del riachuelo.
La casa de máquinas será construida con materiales del medio, es decir con madera del lugar, se
utilizará hierro y cemento únicamente para el lugar en el que se debe fijar el equipo
electromecánico, y para el canal de desagüe.
4.2. EQUIPO ELECTROMECÁNICO.
Está compuesto por turbina, generador y sistemas de regulación de la electricidad generada. El
equipo electromecánico será construido por ingenieros y profesionales mecánicos industriales de la
zona, previo a un entrenamiento.
4.2.1 Turbinas hidráulicas. La misión de las turbinas hidráulicas es transformar aquella energía
potencial y cinética del agua en energía mecánica de rotación, de este modo, con la aplicación de un
generador, se consigue transformar la energía mecánica producida por la turbina, en energía
eléctrica.
4.2.2 Clases de turbinas hidráulicas.
De la gran variedad de turbinas conocidas, la que se utilizará en cada uno de los proyectos será la
que recomiende el estudio respectivo.
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Turbina Pelton. Son las turbinas de acción más utilizadas en
aplicaciones donde se disponen de unos grandes saltos (de 20
metros a 1000 metros aprox.) y caudales relativamente
pequeños (de 0.01 m3/s a 20 m3/s). Este tipo de turbinas
permiten una gran flexibilidad de funcionamiento, al ser
capaz de turbinar hasta el 10% de su caudal nominal y sus
rendimientos llegan a ser superiores al 90%, además, su
instalación puede ser tanto con eje horizontal, incluyendo 1 ó
2 inyectores, como con eje vertical, permitiendo de 3 a 6
inyectores.
Turbina Kaplan y de hélice. Son turbinas de acción y de
admisión total. Se utilizan para aprovechar pequeños saltos (de
1 metro a 30 metros aprox.) con caudales altos (de 0.3 m3/s a
1000 m3/s). La gama de funcionamiento es muy amplia siendo
capaz de turbinar hasta el 25% del caudal nominal de la turbina
y al igual que las turbinas Pelton disponen de un rendimiento
superior al 90%.
Turbina Francis. Son turbinas de reacción y de admisión total. Son
utilizadas para aprovechar saltos de altura media (de 4 metros a 300
metros aprox.) y una gran gama de caudales (de 1 m3/s a 500 m3/s). Las
turbinas Francis, gracias a su gran rango de alturas y caudales, y siendo
capaz de operar con rendimientos superiores al 90%, se han convertido
en las turbinas de mayor aplicación en el mundo.
Turbina Michell-Banki. Se adaptan muy bien para la
generación en mini y micro centrales hidroeléctricas, son
sencillas, tienen bajos costos de fabricación, de instalación y de
mantenimiento, pueden ser utilizadas en amplios intervalos de
caudal y altura sin disminuir de manera apreciable su eficiencia.
Conclusión. Los caudales y saltos en las turbinas son
proporcionales.
4.3.- LÍNEA DE CONDUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE ELECTRICIDAD.
Todo lo referente a transformadores (cuando sea necesario), cables primarios, postes y accesorios;
acometidas, protección contra rayos, paneles de control e instalaciones domiciliarias. Todo este tipo
de materiales se consiguen a precios competitivos en centros urbanos próximos a los lugares donde
se realizarán los proyectos. El asesoramiento estará a cargo de profesionales en ingeniería eléctrica
que existen en nuestra zona.
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5.- CRONOGRAMA.
De manera general se pretende que un proyecto, se realizará en tiempo promedio de tres (3) meses,
distribuidas las actividades como se puede apreciar en el siguiente cronograma.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
ACTIVIDADES
Meses
II
I
Visita al lugar donde se instalará la hidráulica.
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Recolección de datos y cálculos respectivos para
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elaborar el proyecto.
Construcción de los accesos al lugar del proyecto. ▓▓ ▓▓
Construcción del equipo electrógeno.
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Construcción de la toma de agua.
Construcción de la casa de máquinas.
Instalación de la tubería de fuerza.
Instalación del equipo electrógeno.
Instalación de la red de distribución.
Instalaciones domiciliarias.
Pruebas preliminares.
Prueba definitiva.
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III
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6.- PRESUPUESTO:
La instalación de un sistema de generación de energía con una central hidráulica, varía de una
comunidad a otra. En unos pocos casos en los que se tenga que utilizar transformadores de energía,
que es básicamente por la distancia de la casa de máquinas al lugar de distribución (centro poblado),
el costo de la instalación subirá, dependerá también de la distancia de la toma de agua, altura,
caudal, diámetro de la tubería a utilizar, cantidad, etc.
El costo promedio por cada kilovatio de potencia instalado toma el valor de US $ 2,800 (DOS MIL
OCHOCIENTOS DÓLARES AMERICANOS POR CADA KILOWATIO INSTALADO). Este
costo incluye todos los componentes del sistema: bocatoma, casa de máquinas, equipo
electromecánico, tubería de presión, alambrado y demás accesorios eléctricos a utilizar en la red de
distribución, no así en las instalaciones domiciliarias como también no incluye el costo de mano de
obra local para las obras civiles.
Para la realización de las obras civiles se utilizará mano de obra existente en las comunidades, la
misma que se puede considerar para efectos de presupuesto en un veinte por ciento (20 %).
En el siguiente cuadro se puede apreciar la demanda de financiamiento para cubrir las necesidades
urgentes de unas 12 comunidades que suman un total de 100 Kilowatios.
Descripción
Mano de obra no calificada para: excavaciones, construcción de
obras civiles y montaje de redes eléctricas, además de acopio de
agregados locales para obras civiles (arena, grava, piedra).
Equipamiento electromecánico, tubería de presión, materiales no
locales para obras civiles, materiales para red eléctrica, estudio de
diseño final.
TOTAL
Aporte
local
($US)
40 000
40 000
Aporte
externo
($US)
Total
($US)
40 000
200 000
200 000
200 000
240 000
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El requerimiento económico para el presente proyecto es de DOSCIENTOS MIL DÓLARES
AMERICANOS, teniendo como contrapartida la mano de obra de las comunidades que suman un
total de CUARENTA MIL DÓLARES AMERICANOS.
Macas, junio de 2010.
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