Hecho el depsito de Ley. Reservados todos los derechos.

Copyright 2002, BUN-CA, Setiembre del 2002

1a edicinSan Jos, Costa Rica

Este Manual puede ser utilizado para propsitos no-comerciales con el debido reconocimiento al autor.

Esta publicacin ha sido posible gracias a la asistencia financiera del Fondo para el Medio AmbienteMundial (GEF) e implementado por el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) enel marco del Programa Operacional #6 del rea Temtica de Cambio Climtico del GEF. Las opinionesexpresadas en este documento son del autor y no necesariamente reflejan el parecer del Fondo parael Medio Ambiente Mundial o del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo.

621.47M2946m Manuales sobre energa renovable: Hidrulica a

pequea escala / Biomass Users Network (BUN-CA). 1 ed. - San Jos, C.R. : Biomass Users Network(BUN-CA), 2002.42 p. il. ; 28x22 cm.

ISBN: 9968-9708-8-3

1. Energa Renovable. 2. Energa Hidrulica. - 3. RecursosEnergticos- Amrica Central. 4. Conservacin de la Energa.5. Desarrollo Sostenible. I. Ttulo.

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Tabla de Simbologa

A AmperioCA Corriente alternaAh Amperio-horaB/N Blanco y negroBtu Unidad trmica Britnica

( 1 Btu = 1055.06 J)BUN-CA Biomass Users Network

CentroamricaCO Monxido de carbonoCO2 Dixido de carbonoCD Corriente directaEPDM Ethylene Propoylene Diene

MonomerG Giga (109)GEF/FMAM Fondo para el Medio

Ambiente MundialGls GalonesGTZ Cooperacin alemana para

el desarrolloGw Giga vatio (109 vatios)GWh Giga vatios horaHCs HidrocarburosHR Humedad relativaHz HertzJ Joule (0,239 calora 9,48

x 10-4, unidades trmicasbritnicas, Btu)

J/s Joules por segundoK Kilo (103)Km/s Kilmetros por segundokW (1000 vatios) -unidad de

potencia-kW/m2 Kilovatios por metro

cuadrado

kWh Kilovatio horakWh/m2 Kilovatio hora por metro

cuadradoLPG Gas de petrleo lquidolts LitrosM Mega (106)m2 Metro cuadradom3 Metros cbicosmm Milmetrosm/s Metros por segundoMW Mega vatiosC Grados CentgradosONG Organizacin No

GubernamentalPsig Libras de presin por

pulgada cuadradaPNUD Programa de las Naciones

Unidas para el DesarrolloPV Fotovoltaico (por sus siglas

en ingls)PVC Cloruro de poliviniloT Tera (1012)TCe Toneladas de carbn

equivalenteTM Tonelada mtricaUS$ Dlares USAUV UltravioletaV Voltios (el monto de

presinde electricidad)W Vatios (la medida de energa

elctrica, Voltios x amperios= vatios)

Wp Vatios picoW/m2 Vatios por metro cuadrado.

Para la regin de Amrica Central, las tecnologas de energa renovable a pequea escala presentan unaalternativa econmica y ambiental factible para la provisin de energa a comunidades rurales remotasy para la expansin de la capacidad elctrica instalada, ya sea por medio de sistemas aislados o porproyectos conectados a la red elctrica. La regin cuenta con suficientes recursos para desarrollar sistemashidrulicos, solares, elicos y de biomasa, principalmente.

Adicionalmente, estas tecnologas pueden disminuir la contaminacin del medio ambiente causadapor las emisiones de gases de los sistemas convencionales, que utilizan combustibles fsiles como el carbny productos derivados del petrleo. Estos gases contribuyen al efecto invernadero y al calentamiento globalde nuestro planeta.

Sin embargo, existen barreras que dificultan un mayor desarrollo de este tipo de energa: la falta deconocimiento de las tecnologas y las capacidades institucional y tcnica an incipientes.

Con el fin de remover la barrera de informacin existente, se ha elaborado una serie de manualestcnicos con los aspectos bsicos de cada una de las tecnologas, como:

Energa de biomasa. Energa elica. Energa solar fotovoltaica. Energa solar trmica. Energa hidrulica a pequea escala.

Estas publicaciones han sido elaboradas por la oficina, para Centroamrica, de Biomass UsersNetwork (BUN-CA), en el contexto del proyecto "Fortalecimiento de la capacidad en energa renovable paraAmrica Central" (FOCER) y con el apoyo de consultores especficos en cada tema. FOCER es un proyectoejecutado por BUN-CA, conjuntamente con el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), conel patrocinio del Fondo para el Medio Ambiente Mundial (FMAM o GEF), dentro del rea focal de CambioClimtico (Programa Operacional #6).

FOCER tiene como objetivo remover barreras que enfrenta la energa renovable y fortalecer lacapacidad para el desarrollo de proyectos de este tipo a pequea escala, en Amrica Central, con el fin dereducir las emisiones de gases que contribuyen al efecto invernadero. Este proyecto se ejecuta por mediodel apoyo tcnico y financiero a desarrolladores de proyectos, de la organizacin de seminarios y talleresde capacitacin y de la asistencia a gobiernos en la implementacin de polticas y regulaciones apropiadaspara la energa renovable.

El presente manual, en torno a la energa hidrulica a pequea escala, tiene el objetivo de informaral lector sobre esta tecnologa en el mbito centroamericano, as como para darle fuentes adicionales deinformacin.

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1. Introduccin

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La generacin de energa a partir de una corriente de agua es la fuente de energa renovable ms usada enel mundo para generar electricidad. La mayora es producida con centrales de gran escala que utilizanpresas y embalses grandes los cuales pueden almacenar una gran cantidad de agua para regular lageneracin. Estas centrales tienen la capacidad de generar cantidades considerables de electricidad enforma constante durante ciertos perodos pero tambin causan impactos ambientales y sociales como: laobstruccin de la corriente de ros, la inundacin de reas considerables y la reubicacin de comunidades.

Los sistemas a pequea escala, que pueden variar de unos cuantos vatios hasta 5 MW, no causanestos problemas y pueden contribuir a brindar el servicio de electricidad a zonas no-electrificadas yfortalecer la red interconectada. Estos proyectos generalmente son a filo de agua, o sea, que desvantemporalmente una parte del caudal de una corriente para la produccin de energa hidroelctrica.

2.1 Energa hidrulica e hidroelctrica

La energa hidrulica se refiere al aprovechamiento de la energa potencial1 que tiene el agua (pordiferencia de altura) que se obtiene buscando una cada de agua desde cierta altura a un nivel inferior, laque luego se transforma en energa mecnica (rotacin de un eje), con el uso de una rueda hidrulica oturbina. Esta energa se puede utilizar directamente para mover un pequeo aserradero, un molino omaquinaria de un beneficio de caf. Tambin es posible conectar la turbina a un generador elctrico y deesta manera transformar la energa mecnica en energa elctrica, con la ventaja de trasladar con mayorfacilidad la energa a los puntos de consumo y aplicarla a una gran variedad de equipos y usos productivos.

Por lo tanto, la cantidad de potencia y energa disponible en el agua de un ro o una quebrada, esten relacin directa a la altura o cada disponible, as como de la cantidad de agua que se trasiega (caudal).Como estrategia inicial para escoger un posible aprovechamiento hidrulico se debe buscar la mayor cadao altura disponible y de esta manera usar la cantidad mnima de agua que se requiera para satisfacer lasnecesidades de energa y potencia.

Origen

La utilizacin de la energa hidrulica data de la poca de los griegos, quienes empleaban la ruedahidrulica para bombear agua. Tanto la rueda hidrulica vertical como la horizontal se usaron en la EdadMedia y el Renacimiento en la agricultura, minas, industria textil, industria forestal y en el transporte. Alinicio del siglo XIX se instal la primera turbina hidrulica. La energa hidrulica tuvo mucha importanciadurante la Revolucin Industrial; impuls las industrias textiles y del cuero y los talleres de construccin demquinas a principios del siglo XIX. Aunque las mquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbn eraescaso y la madera poco satisfactoria como combustible, por lo que la energa hidrulica ayud alcrecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y Amrica.

Desarrollo de la energa hidroelctrica

El aprovechamiento de la energa potencial del agua para producir electricidad constituye, enesencia, la energa hidroelctrica y es por tanto, un recurso renovable y autctono. El conjunto deinstalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central hidroelctrica. En el aode 1881 se construy en Inglaterra, la primera planta hidroelctrica. La produccin de energa hidroelctricaa gran escala empez en 1895, cuando se construy una represa de 3,75 MW (megawatts o megavatios) enlas cataratas del Nigara, Estados Unidos.

2. Qu es la energa hidrulica?

1 En el Anexo 3 se incluye una explicacin de los conceptos bsicos de energa.

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Qu es energa hidrulica?

En la actualidad, la generacin de electricidad por medio de los aprovechamientos hidrulicos siguesiendo una excelente va para el desarrollo de los pases de Amrica Central. En particular, brinda unasolucin muy viable tcnica y econmicamente para resolver las necesidades de las comunidades aisladasde la red nacional, donde generalmente disponen de ros y pequeas quebradas con las caractersticasapropiadas para la instalacin de pequeos o medianos equipos. Esto permite disponer de energa mecnicao elctrica para atender las necesidades bsicas de una agroindustria o una pequea comunidad rural. Unade las grandes ventajas que presentan los aprovechamientos hidrulicos es que se pueden implementarsoluciones de pequea escala (micro plantas) con tecnologa ya probada y de muy fcil acceso en los pasesde Amrica Central.

2.2 Tipos de centrales hidroelctricas

Se pueden distinguir principalmente dos tipos de centrales hidroelctricas: las que utilizan el aguasegn discurre normalmente por el cauce de un ro y aquellas a las que sta llega, convenientementeregulada, desde un lago o embalse.

Centrales de agua embalsada o centrales de pie de presa: son losaprovechamientos hidroelctricos que tienen la opcin dealmacenar las aportaciones de un ro mediante un embalse. Enestas centrales, se regulan los caudales de salida para utilizarloscuando sea necesario. La utilizacin de presas tiene variosinconvenientes. Muchas veces se inundan terrenos frtiles y enocasiones poblaciones que es preciso evacuar. La fauna acuticapuede ser alterada si no se toman medidas que la protejan. Estadisposicin es ms caracterstica de centrales medianas ograndes en donde el caudal aprovechado por las turbinas esproporcionalmente muy grande al caudal promedio anualdisponible en el ro.

Todos los pases de Amrica Central dependen en gran parte deeste tipo de centrales para la provisin de electricidad a suspoblaciones. La Tabla 1 muestra su contribucin en la generacinde electricidad a nivel nacional.

Tabla 1. Contribucin de la energa hidroelctrica en Amrica Central en 1999.

Fuente: CEPAL, 2000

Figura 1. Ejemplo de centralhidroelctrica con embalse.

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Qu es energa hidrulica?

Centrales a filo de agua: son aquellas instalacionesque mediante una obra de toma, captan una partedel caudal del ro y lo conducen hacia la centralpara su aprovechamiento y despus lo devuelvenal cauce del ro. Esta disposicin es caractersticade las centrales medianas y pequeas, en las quese utiliza una parte del caudal disponible en el ro.Este tipo de centrales tiene un impacto mnimo almedio ambiente, porque al no bloquear el caucedel ro, no inunda terrenos adyacentes.

Esta publicacin presenta informacin sobre los sistemas a filo de agua a pequea escala. Un criterioutilizado para agrupar pequeos proyectos hidroelctricos es el de la potencia de generacin:

En todos los pases de Amrica Central, se han instalado centrales pequeas con capacidad paragenerar entre un kilovatio y un megavatio, siendo la principal fuente de electricidad en zonas ruralesretiradas. Es una tecnologa establecida y probada y muchos componentes se fabrican localmente. Adems,permite el uso de energa para usos productivos ya sea electricidad o energa mecnica para propulsarmquinas.

Figura 2. Toma de una central a filo de agua.

Cauce de agua para pequea central hidroelctrica, Costa Rica.

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3. Funcionamiento de la Tecnologa

3.1 Ciclo hidrolgico

La energa hidrulica tiene su origen en el ciclo hidrolgico, a saber: los rayos solares calientan los ocanosy provocan que el agua se evapore y suba a la atmsfera para condensarse en las nubes y precipitar enforma de lluvia o nieve. Una parte cae en el mar y el resto en tierra firme. Esta ltima es la que se aprovecha.El agua que cae en la tierra forma corrientes de agua que, debido a las condiciones topogrficas de losterrenos se van escurriendo en forma subterrnea o por la superficie. Lo empinado de los montes y lo lejosque estn del mar condicionan las caractersticas de los cauces de los ros y quebradas que por diferenciasde alturas, se trasladan hacia el mar. Luego las aguas son nuevamente evaporadas inicindose otra vez elciclo hidrolgico.

Para aprovechar la energa hidrulica se requiere que los ros transporten los volmenes de aguanecesarios y, que las condiciones topogrficas sean adecuadas, es decir, que haya cadas o saltos de agua -diferencias en altura - en su trayecto hacia el mar.

Figura 3. Ciclo del agua.

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Funcionamiento de la Tecnologa

3.2 Componentes de un sistema hidroelctrico

En una central hidroelctrica, se transforma la energa potencial del agua en energa mecnica conuna turbina hidrulica y luego, en energa elctrica a travs de un generador.

En la Figura 4 se muestra el esquema de una minicentral tpica con todos sus elementos, los cualesse describen a continuacin:

a) Obras de derivacin

Este es un tipo de represa pequea que se coloca en forma transversal al cauce del ro con el fin deproducir un remanso que facilite la derivacin del agua hacia la bocatoma. Tambin se utiliza para asegurarque la corriente est siempre al alcance de la bocatoma en sitios donde el caudal se reduce mucho durantela poca seca.

Figura 4. Esquema transversal de un sistema hidroelctrico a filo de agua.

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Funcionamiento de la Tecnologa

b) Obras de bocatoma

Este elemento se encarga de introducir y controlar el ingreso de agua al canal, el cual incluye unacompuerta de toma del recurso hdrico y una compuerta de lavado, previo al ingreso del agua aldesarenador. La bocatoma sirve como una zona de transicin entre una corriente y un flujo de agua quedebe ser controlado, tanto en calidad como en cantidad; por lo tanto la bocatoma exige un diseo cuidadoso,as como una ubicacin adecuada.

c) Obras de conduccin

Desarenador: se utiliza para eliminar la arena y sedimentos de la corriente en el canal.

Canal: es una estructura utilizada con el fin de conducir el agua a una distancia relativamentegrande desde la bocatoma hasta la entrada a la tubera de presin, con un mnimo de prdida de cabeza(mnimo de prdida del nivel) y mnimo costo. Puede ser un canal abierto o tubera enterrada.

Cmara de carga: es un punto de acumulacin del agua antes de entrar a la tubera de presin.Como acumulador, puede servir para entregar agua extra al sistema durante las horas pico o para suplirtemporalmente de agua en caso de una obstruccin en el canal. Adems sirve para sedimentar las impurezasdel agua, retirar los elementos flotantes, controlar la entrada de agua a la planta y desviar el exceso.

Tubera de presin: es la tubera que conduce el agua a presin (tubo lleno) hasta la turbina.

d) Sala de mquinas

Turbina: es el elemento encargado de transformar en energa mecnica la energa contenida en elagua. Existen diferentes tipos de turbina segn la relacin de cada y agua. Entre ellas se encuentranturbinas tipo Francis, Pelton y Kaplan (ver el Anexo 4 para ms detalles sobre los tipos de turbinashidrulicas).

Generador o Alternador: se encarga de convertir la energa mecnica recibida de la turbina a travsde un eje, en energa elctrica. La potencia de los generadores tiene que estar acorde con el de la turbina. Paraproyectos de nano- y micro-hidro generalmente se usan alternadores, que generan electricidad a corriente directa(CD), a 12 24 voltios. En proyectos ms grandes, los generadores producen electricidad a corriente alterna(CA) a voltajes mayores.

Transformador o Inversor: se utiliza para elevar el voltaje de la corriente generada. En muchoscasos se puede prescindir del transformador, pero si se debe transportar la corriente a grandes distanciasy el generador trabaja a bajo voltaje, es necesario utilizar un banco de transformadores. En proyectos denano- y micro- hidro, se puede aplicar un inversor el cual tiene la funcin de convertir la electricidad decorriente directa a bajos voltajes, generada por el alternador, a corriente alterna de voltajes mayores (porejemplo, de 12 V a 110 V).

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Funcionamiento de la Tecnologa

e) Lneas de transmisin: se encargan de conducir la corriente elctrica a los sitios donde se necesita la energaelctrica (puntos de consumo). Para proyectos no conectados a la red incluye las lneas de distribucin.

f) Lneas de distribucin: se encargan de repartir la electricidad hasta los puntos finales de utilizacin, puedenser lneas areas o subterrneas.

g) Aliviaderos: puede ser necesario usar aliviaderos en la bocatoma, canal, cmara de carga y desfogue de laturbina para que los excesos de agua sean retirados del sistema y debidamente conducidos hacia un cauceestable. Aunque su diseo es muy simple, debe tenerse mucho cuidado con su ubicacin y correctofuncionamiento, pues su objetivo es evitar que las corrientes desviadas erosionen el terreno, destruyndoloy poniendo en peligro las mismas obras civiles del proyecto.

En ciertos casos, se puede prescindir de alguno de estos elementos, todo depende de las condicionestopogrficas especiales de cada proyecto, la capacidad requerida y la aplicacin. Por ejemplo, los proyectosde nano- y micro hidro no requieren un transformador y en ocasiones se les instala un inversor. Lossistemas que solamente generan energa mecnica no requieren de los elementos elctricos.

A la hora de realizar un proyecto de una minicentral hidroelctrica se determinar la potencia porinstalar, as como, el tipo de la turbina dependiendo del tipo de emplazamiento, la determinacin del caudaly la altura del salto.

Varios factores contribuyen a la potencia total disponible de un sistema hidroelctrico: El caudal: la cantidad de agua que pasa en un tiempo dado, La cada: la distancia vertical entre el punto de toma de agua y la turbina, Las prdidas de friccin entre la toma y la turbina, Las eficiencias de la turbina y el generador.

Otros factores por considerar que afectan la potencia total disponible son por ejemplo: el porcentajedel agua que se desva y las caractersticas bio-climticas como sequas e inundaciones.

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4. Aplicaciones

4.1 Sistemas domsticos individuales

Para este tipo de sistemas se aplican las nano-turbinas, que son pequeos sistemas de energa hidrulicaque aprovechan la fuerza de pequeos ros y quebradas, principalmente para generar energa mecnica.Adems se pueden acoplar estas turbinas con alternadores o generadores de capacidad en el rango de 300W a 12 voltios, hasta 1 kW a 110 voltios, dependiendo del caudal del agua, la demanda de electricidad y elfinanciamiento disponible.

Posibles aplicaciones de las nano-turbinas son los usos mecnicos en actividades agrcolas comodespulpe de caf, cargar bateras que luego pueden ser utilizadas en hogares para la provisin deiluminacin o la provisin de electricidad a unas viviendas cercanas. Actualmente, se han instalado sistemasde este tipo en diferentes fincas de zonas cafetaleras en Honduras y Nicaragua.

Estos sistemas, adems de tener una vida til relativamente larga, tienen grandes beneficios puesno consumen agua (slo la utilizan) y es una tecnologa sencilla y limpia de usar, en sustitucin de otrossistemas como los motores de diesel. Adems, tienen las ventajas de ahorrar combustibles y gastos portransporte, evitar la contaminacin por la emisin de gases y la reduccin de los niveles de ruido.

Fuerza para fincas en Honduras y Nicaragua

En las zonas cafetaleras de Honduras y Nicaragua, ya existen buenas experiencias conel uso de sistemas nano-hidro para aplicaciones productivas y la electrificacin deviviendas. En los Departamentos de Comayagua y La Paz, en Honduras, opera laempresa Servicios para el Desarrollo Sostenido, S.A. (SEDES) con la produccin einstalacin de nano-turbinas, que son aplicadas por pequeos productores,principalmente para despulpe de caf. Estos sistemas son una alternativa para el usodel motor de diesel o sistemas manuales de despulpe. La nano-turbina es unatecnologa costo-eficiente a largo plazo, que permite a los productores obtener unmejor precio para su producto. El sistema es multi-uso, tanto para aplicacionesmecnicas como elctricas. A travs del uso de fajas mecnicas se pueden propulsardiferentes herramientas, como un molino de maz o un pulidor y cargar bateras. Si el usuario lo desea, tambin sepuede generar a corriente alterna.

La Asociacin de Trabajadores de Desarrollo Rural - Benjamn Linder (ATDER-BL) en Nicaragua, desarrolla, instala ypromueve sistemas de hidro-energa para usos productivos y electrificacin rural en los departamentos de Matagalpay Jinotega en el norte de dicho pas. Durante los ltimos aos, la Asociacin ha instalado varios sistemas nano-hidroen fincas de la zona, principalmente para la provisin de electricidad (1-5 kW). En los ltimos 2 aos, con el fin deatender la demanda se ha mejorado el diseo del sistema al proporcionarle mayor capacidad elctrica. Adems de lasnano-turbinas, ATDER-BL desarrolla proyectos comunales de electrificacin rural, mediante sistemas aislados quevaran de 50 kW a 500 kW. Estos proyectos brindan, en la actualidad, el servicio elctrico a ms de 6.000 personasubicadas en zonas que no tienen acceso al Sistema Interconectado Nacional.

Con el apoyo de BUN-CA (FOCER), estos dos grupos han sido fortalecidos en su capacidad tcnica e institucional, loque les ha permitido continuar con la mejora de sus productos y la expansin del mercado. En el Anexo 2, seencuentran los detalles de forma de contacto para SEDES y ATDER-BL.

4.2 Micro y mini-hidro para usos productivos y mini-redes comunales

Estos sistemas son aplicados, por lo general, para aquellas poblaciones o pequeas ciudades que enel presente no estn interconectadas a las lneas de un sistema de transmisin y que de acuerdo con losplanes o programas nacionales o regionales no van a ser incorporadas en un mediano plazo. El confortenergtico, logrado con estos sistemas, permite un nivel de electrificacin similar a cualquier vivienda cuyosuministro elctrico sea la red convencional.

Las potencias alcanzadas por estos sistemas, que pueden ser automatizados o manuales, oscilanentre 1 kW hasta 1.000 kW segn las caractersticas del salto. La energa obtenida puede acumularse enbateras o consumirse directamente, dependiendo de la capacidad del sistema.

El desarrollo de pequeos proyectos comunales genera una serie de beneficios que vienen a mejorarsignificativamente las condiciones y la calidad de vida de las familias que hacen uso de los serviciosfacilitados por la energa hidrulica. Adems, el disponer de ella permite que sus usuarios proyecten oinicien pequeas o medianas actividades agroindustriales, entre ellas, refrigeracin de leche, elaboracin deproductos lcteos, movimiento de sierras para aserrar madera, despulpado de caf y otros.

Sin embargo, uno de los aspectos importantes que aportan el desarrollo de un proyecto de estanaturaleza, es la agrupacin comunal en la cual se organizan las familias en torno al proyecto al participary aportar recursos de mano de obra, equipo y materiales. En la regin de Amrica Central, se handesarrollado varios proyectos para generacin de electricidad tipo mini-redes, que son ejemplo de laintegracin comunal en busca de mejores oportunidades para el desarrollo.

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Aplicaciones

La Olla Elctrica

En el sur de Costa Rica una pequea comunidad goza de los beneficios de un sistemamicro-hidroelctrico con un sistema de mini-red. COOPEUNIORO R.L. es unacooperativa comunitaria ubicada en el centro de la Pennsula de Osa, al sur de CostaRica, en el borde del Parque Nacional Corcovado, que se dedica al agro-ecoturismo yconservacin, a travs de investigaciones de plantas medicinales y especies de florade la zona, y al servicio turstico de visitantes y grupos de estudiantes deuniversidades, tanto nacionales como internacionales. Anteriormente, losrequerimientos de energa elctrica fueron suplidos por medio de un generador diesel.Ello signific siempre un enorme problema de transporte del combustible por lalocalizacin aislada de la zona y, de alguna manera, una contradiccin con losesfuerzos de la Cooperativa por la proteccin del medio ambiente, especialmente porla contaminacin causada por los residuos del diesel y el ruido del generador.

En 1999, se hizo realidad el sueo de disponer de electricidad continua y limpia, gracias al aporte tcnico y econmicode un turista-amigo norteamericano y al apoyo tcnico de un vecino mecnico-electricista. Desde esa fecha, salvo pequeasinterrupciones para mantenimiento, se dispone de la energa requerida las 24 horas para todas las necesidades de lacomunidad.

El sistema cuenta con una pequea turbina Pelton, suspendida en forma horizontal dentro de una olla de aluminio, yacoplada directamente a un alternador de vehculo. La electricidad generada es acumulada en un banco de 4 bateras de110 amperios-hora cada una. Luego se transforma en corriente de 110 voltios por medio de un inversor de 1.5 kW. A travsde una mini-red elctrica se conectan unas 15 viviendas al sistema, brindando los servicios de iluminacin, refrigeracin ycomunicacin. Con el apoyo tcnico y financiero de BUN-CA (FOCER), se realiz en el ao 2001 la rehabilitacin del sistema,que result en una mayor eficiencia y generacin de electricidad durante todo el ao. El proyecto es un buen ejemplo decmo un sistema micro-hidro puede satisfacer las necesidades energticas a pequeas comunidades y se promueve sureaplicacin en otros lugares aislados.

4.3 Conexin a la red elctrica interconectada

Los sistemas mini-hidro y las pequeas centrales hidroelctricas pueden trabajar en forma aisladaen sitios remotos, pero tambin pueden conectarse a la red nacional, aunque su contribucin energticatiene una incidencia mucho menor que la de las grandes centrales.

La interconexin a la red nacional de una pequea o mediana central de generacin, no presentaningn tipo de limitacin tcnica, que no pueda ser resuelta por la ingeniera convencional. Se debe contarcon una serie de equipos adicionales que permitan adecuar la energa generada a las condiciones de voltaje,frecuencia y fase del sistema interconectado. Para esto, se necesitan equipos electromecnicos quedemandan una mayor inversin de capital.

Generalmente, para el desarrollo de una planta hidroelctrica conectada a la red nacional, senecesita evaluar los siguientes aspectos:

Estudio geotcnico para evaluar las condiciones geolgicas del sitio.

Estudio hidrolgico para estimar el tamao y el rendimiento del proyecto basado en el caudaly la cada.

Experiencia en ingeniera de proyectos hidroelctricos para planear el proyecto y estimar suimpacto desde una perspectiva de rendimiento, impacto ambiental, construccin,interconexin, operacin y costos.

Experiencia legal para cumplir con todos los permisos y aprobaciones requeridas y prepararla documentacin necesaria para hacer el proyecto bancable.

Habilidades de negociacin para lograr acuerdos con los proveedores, contratistas,compradores y entidades regulatorias.

Relaciones con contratistas de ingeniera, adquisiciones y construccin.

Relaciones con proveedores de operacin y mantenimiento, ya sean contratistas oempleados.

Relaciones con instituciones financieras e inversionistas.

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Aplicaciones

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Aplicaciones

Generacin Hidroelctrica Privada en Honduras

Con el fin de satisfacer el crecimiento fuerte de la demanda de electricidad en Honduras, en 1994 seabri a la empresa privada la participacin en la generacin elctrica, en el territorio nacional. A partirde ese momento, han surgido iniciativas privadas para aprovechar el potencial de los recursosnaturales, principalmente el hidroelctrico. Sin embargo, hasta la fecha, pocos proyectos han llegado ala fase de operacin y el nfasis, en los ltimos aos, ha sido en torno a los proyectos de generacintrmica.

El proyecto hidroelctrico Yojoa es el primer proyecto privado en su tipo que ha logrado cumplir contodos los procesos y requisitos. Este se ubica en el Municipio de Santa Cruz de Yojoa del Departamentode Corts. Se trata de un proyecto a filo de agua con una capacidad de 630 kW para conectarse a la red,ms la electrificacin de una comunidad vecina con unas 50 viviendas y 3 centros educativos. Lascondiciones topogrficas y geolgicas son favorables, asmismo la cercana del sitio a la red deinterconexin nacional las cuales permiten obtener un costo relativamente bajo por kilovatio instalado.Anualmente, el proyecto generar 3 GWh y evitar 1.200 toneladas de CO2 por ao, considerando lasfuentes actuales de generacin en el pas. El proyecto ha suscrito un contrato con la Empresa Nacionalde la Energa Elctrica (ENEE) para la venta de la energa generada. Adems, obtuvo el financiamientorequerido y empez su construccin en junio del 2002.

Con el apoyo de BUN-CA (FOCER), se concluy el estudio de factibilidad y se realiz el estudio deimpacto ambiental. Adems, BUN-CA facilit la obtencin del financiamiento del proyecto a travs delBanco Centroamericano de Integracin Econmica (BCIE), con la intermediacin de un banco localhondureo.

A pesar de las ventajas tcnicas, econmicas y ambientales de este tipo de proyectos, el desarrollo delos mismos est frenado por varias barreras, por ejemplo: los procedimientos y requisitos para lospequeos proyectos de energa renovable son iguales a los mega-proyectos. Por eso, la empresadesarrolladora del proyecto Hidro Yojoa ha planteado como objetivos, adems de la generacin y ventade energa, la demostracin de la viabilidad de este tipo de sistemas, y la promocin de la participacinprivada de los pequeos proyectos en la generacin elctrica en el pas.

Hidroyojoa - Honduras

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5. Costos

5.1 Estimacin de costos

Al calcular el costo de un proyecto hidroelctrico se deben considerar los siguientes rubros: Costo de inversin (directos e indirectos) Costos de reposiciones intermedias Costos de operacin y mantenimiento

Los costos de inversin son los costos totales que se deben pagar para un proyecto totalmenteconstruido. Los costos directos incluyen los rubros directos de construccin, terrenos y servidumbre. Loscostos indirectos se refieren a los gastos legales y de administracin, costos de ingeniera por diseos,supervisin de construccin, documentos de licitacin, supervisin y fiscalizacin de la construccin de laobra y supervisin de la puesta en marcha con asesoramiento al personal encargado e imprevistos.Generalmente, su valor se estima como un porcentaje del costo directo. En efecto, para cubrir los costosindirectos, se considera necesario entre el 10 y el 15% de los costos directos de construccin. Un 5% dedichos costos se asignan como gastos administrativos.

Tabla 2. Distribucin de costos de inversin.

En la Tabla 3 se muestran rangos de costos de inversin para los diferentes tamaos de proyectos.

Tabla 3. Costos de inversin de proyectos a diferentes escalas.

Las reposiciones intermediarias se refieren a las obras y equipos que tienen una vida til menor a la vidatil del proyecto global y que deben ser repuestos para conseguir un adecuado funcionamiento de lasinstalaciones. Estos valores se incluyen en el clculo de la tasa interna como un porcentaje del costo total ycon una determinada vida til.

Los costos de operacin y mantenimiento pueden expresarse en costo unitario por ao (por ejemploUScents$/kW/ao) en funcin del tamao de la central o como un monto anual dado en un porcentaje dela inversin total del proyecto. Generalmente, estos costos fluctan entre $ 0,01 y $ 0,02 por kWh.

Rubro Porcentaje del costo(en %)

Obras civilesEquipo electromecnicoInfraestructuraCostos indirectos

15 - 4030 - 6010 - 1510 - 15

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Costos

5.2 Aspectos por considerar para centrales conectadas a la red

En las pequeas centrales hidroelctricas, la reduccin de la potencia incrementa los costos por kWinstalado es decir que por cada kW instalado son ms costosas que las grandes centrales.

Para justificar econmicamente una central pequea se debe tratar de reducir sus costos alsimplificar los diseos y a veces se realiza a expensas de la eficiencia. De todos modos, el costo de losequipos en las pequeas centrales puede incrementar hasta alcanzar el 50% del costo total, razn por lacual, para mantenerlas competitivas, hay que buscar la forma de reducir el costo de las obras civiles. Enespecial, se debe tratar de reducir los costos fijos que no son funcin de la potencia o no lo son en formalineal. Entre estos se tienen los costos de los estudios, los de caminos de acceso, los de la casa de mquinasy de la lnea de conduccin.

En concordancia con el criterio para evitar las grandes inversiones, en las pequeas centrales no secontempla la construccin de las presas de embalse sino los diseos del tipo a filo de agua. En ciertoscasos favorables desde el punto de vista morfolgico y sedimentolgico, se considera la incorporacin en eldiseo de un embalse de regulacin diaria que puede estar ubicado en el mismo ro o preferentemente alfinal de la conduccin. Este permite regular la generacin en horas cuando la demanda es mayor, y porconsecuencia, la tarifa que se paga es ms alta.

Por lo anterior, se acostumbra reducir al mximo todas las inversiones tratando de utilizar hastadonde sea posible materiales locales de poco costo, tecnologa sencilla y mano de obra no especializada,siempre y cuando se garantice la operacin confiable del proyecto.

Asmismo, la distribucin espacial de la planta est relacionada con los costos de produccin de laenerga y de la transmisin de ella hacia los puntos de consumo. Los costos de produccin son funcin dedos factores ambientales: la topografa y la hidrologa. As, un sitio con caractersticas naturales superiorespuede tener muy poco valor econmico si se encuentra muy alejado del mercado. El equilibrio entre elcosto de la produccin y el costo del transporte se aplica aqu, como en otras formas de la actividadeconmica.

En conclusin, desde el punto de vista econmico, lainversin en pequeos proyectos hidroelctricos es muy atractiva.Por lo general, estos tienen una vida til de 40 aos, teniendo uncosto inicial elevado pero recuperable la inversin en unos 10 aosdado que sus gastos de explotacin y mantenimiento sonrelativamente bajos.

Aspectos como los bajos costos de las pequeas centraleshidroelctricas y sus menores tiempos de construccin, respecto delos mega proyectos pueden facilitar el financiamiento de este tipode sistemas si se logra una participacin activa de la comunidadaportando mano de obra, terrenos, materiales y otros con los que sealcanzara una adecuada rentabilidad financiera para el proyecto.

Riachuelo para aprovechamiento mini-hidroelctrica, Nicaragua.

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6. Aspectos Ambientales

Desde el punto de vista ambiental, la energa hidroelctrica tiene la gran ventaja de ser un recurso limpioy renovable. Su utilizacin no genera emisiones de gases de efecto invernadero, por lo que contribuyea la reduccin del calentamiento global. Adicionalmente, los proyectos a pequea escala no producenimpactos significativos al ambiente local cuando estn instalados y operados en forma apropiada. Sinembargo, muchas veces dichos proyectos estn ubicados en sitios de elevada sensibilidad ambiental por loque pueden inducir impactos de carcter local. En el desarrollo de un proyecto, es necesario tomar en cuentaestos posibles impactos y proponer medidas de mitigacin. Deben realizarse estudios para verificar que losproyectos hagan el mejor aprovechamiento de los ecosistemas y recomendar medidas para disminuir elriesgo de alterar el equilibrio natural existente, durante la construccin y operacin de estos proyectos. Alconsiderar la construccin de uno de estos tambin se debe tomar en cuenta las regulaciones deconservacin dadas por las leyes y reglamentos vigentes en cada pas.

Los impactos varan con la ubicacin y la configuracin del proyecto. Desde el punto de vista de laubicacin, un aprovechamiento en una zona montaosa genera diferentes impactos que uno de llanura.Desde el punto de vista tecnolgico, los proyectos con pequeo embalse regulador generan impactos,cuantitativa y cualitativamente diferentes a los proyectos sin este componente.

La influencia de los proyectos en tierras aledaas puede dividirse en dos categoras bsicas: efectosfsicos y efectos ecolgicos. Los primeros comprenden sobre todo actividades relacionadas con los cambiostopogrficos, tales como construccin de carreteras, zanjas y colocacin de desperdicios y el posibleaumento de erosin. La segunda categora comprende la movilizacin de tierras y otras alteraciones delhbitat, que afecta directamente a los seres vivos, principalmente a la poblacin animal. En especial, seseala la tala de bosques estimulada por la apertura de una zona de nuevos caminos de acceso a las obras.Otra distincin de los impactos son los dados durante la construccin, operacin y mantenimiento.

A continuacin se mencionan los posibles impactos ambientales de pequeos proyectos de hidro-energa y las medidas para mitigarlos:

Construccin de la obra civil: esta fase impacta al ambiente. Entre otros, por los ruidos que alteranla vida de los animales y los humanos, peligro de erosin por los movimientos de la tierra y la turbidez delas aguas y precipitacin de sedimentos, lo que puede impactar el hbitat de la vida acutica. Para mitigarestos impactos, se recomienda que las obras se realicen en la poca seca y que inmediatamente despus dela construccin se lleven a cabo trabajos de revegetacin del terreno. En todo caso, estos impactos tienenun carcter temporal.

Impacto snico: ste procede, durante la operacin, principalmente de la turbina, el generador yen el caso que el sistema lo contemple, de las fajas para incrementar la velocidad. Esto se puede disminuircon la construccin de una casa de mquinas apropiada, posiblemente con material aislante. Adems,se puede minimizar la libertad de movimientos de los conductos hidrulicos y soportes ante la vibracin dela turbina y el generador.

Embalse: en el caso de que el proyecto tenga un pequeo embalse para regular las horas degeneracin, hay impactos por la construccin de caminos, los movimientos de la tierra, y la prdida delterreno. La gravedad de estos impactos depende principalmente del tamao del embalse. Estos impactos ylas medidas de mitigacin son comunes para cualquier obra de infraestructura.

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Aspectos Ambientales

Conservacin de la cuenca: para sostener la generacin de energa en un largo plazo, la protecciny conservacin de la cuenca que alimenta el ro es sumamente importante porque sin bosques no habrsuficiente agua para el sistema. La proteccin de la cuenca adems contribuye a la prevencin de la erosinde los suelos y el de la desertificacin. La experiencia de pequeos proyectos muestra que stos incentivana la poblacin a preservar y mantener los bosques aledaos.

Flujo de agua: para contrarrestar los efectos producidos por la disminucin de los flujos naturalesde agua, es necesario dejar un caudal mnimo en los ros, recomendando que ste equivalga al 10% delcaudal medio (conocido como caudal ecolgico). Para satisfacer este requisito, se supone que las obras decaptacin previstas permitirn el paso de estos caudales mnimos en cualquier condicin defuncionamiento.

Migracin de peces: dependiendo del tamao del proyecto, dentro del diseo de las obras se debeconsiderar las especies de peces existentes y otra vida acutica en los ros que podran migrar corrienteabajo hacia estuarios o rea martimas, ya sea para procrear o con el fin de procurarse alimentos. Se debedecidir si es o no necesaria la instalacin de escaleras de peces que permitan su retorno en la poca dedesoves o la conveniencia o no, de la instalacin de una estacin de incubacin de aguas debajo de laspresas. Es necesario realizar una investigacin al respecto, principalmente para proyectos de tamaomediano o de menor escala que aprovechan un alto porcentaje del caudal promedio anual del ro.

Impacto al paisaje: dado que los proyectos hidroelctricos suelen localizarse en zonas montaosasy forestales, tienden a tener un impacto visual significante. Este se puede mitigar con el uso de coloressemejantes al ambiente y la colocacin bajo la superficie de algunos componentes como el canal deconducto y la tubera de presin. Hay que destacar que algunos impactos al paisaje pueden ser positivos,como la presencia de un embalse, que puede ser utilizado para actividades recreativas.

Agua potable: dado que sta se obtiene generalmente de la misma fuente de un proyectohidroelctrico, se debe considerar el impacto a la calidad y cantidad del agua disponible para este fin.

Impacto social: como impacto positivo se puede destacar que la construccin y operacin de unapequea central crea empleo a nivel local. Este puede ser directo, en la forma del personal contratado parala construccin y operacin del sistema, e indirecto, por las oportunidades de actividades productivas quebrinda un proyecto en el caso de la electrificacin de una zona aislada.

Avenida de proyecto: es el caudal que puede esperarse de la ms extrema combinacin decondiciones hidrolgicas y meteorolgicas, que se consideren razonablemente caractersticas de la regingeogrfica de que se trate, excluyendo las combinaciones extremadamente improbables.

Avenida mxima posible: mximo caudal que cabe esperarse suponiendo una coincidencia total detodos los factores que produciran las mayores precipitaciones y la mxima escorrenta.

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7. Ventajas y Desventajas

7.1 Ventajas

Entre las ventajas que tiene la hidro-energa a pequea escala se citan:

Fuente limpia y renovable de energa: no consume agua, slo la utiliza. No emite gases deefecto invernadero y los impactos locales no son significativos. Adems es un recursoinagotable, en tanto y cuando el ciclo del agua perdure y se conserve la cuenca. Disponibilidad del recurso: por las caractersticas climatolgicas y topogrficas, este recursoest disponible en muchos sitios de Amrica Central. Bajos costos de operacin: no se requiere de combustibles y las necesidades demantenimiento son relativamente bajas por lo que los gastos de operacin son bajos. Disponibilidad de energa: la generacin de energa generalmente es continua y sudisponibilidad es predecible. Funciona a la temperatura ambiente: no hay que emplear sistemas de refrigeracin ocalderas que consumen energa y, en muchos casos, contaminan. Eficiencia: la tecnologa tiene una alta eficiencia en la conversin de la energa potencial enel agua a energa mecnica y elctrica (entre 75% y 90%), mayor que la eficiencia de otrastecnologas. Solidez: la tecnologa es robusta y tiene una vida til larga. Los sistemas pueden funcionar50 aos o ms sin requerir mayores inversiones que para reemplazar componentes. Combinacin con otras actividades: se puede combinar con otro tipo de actividadeseconmicas, como la irrigacin de suelos para siembra. Usos productivos: la disponibilidad continua y firme de energa permite el desarrollo deactividades productivas y econmicas, tales como aserraderos, lecheras, procesamiento deproductos agrcolas. Estas actividades ayudan a aumentar la rentabilidad del proyecto y lacalidad de vida de las comunidades aledaas.

7.2 Desventajas

A continuacin se describen las principales desventajas asociadas a esta tecnologa:

Alto costo inicial: la inversin requerida est muy concentrada en el desarrollo inicial delproyecto, como por ejemplo en la ejecucin de estudios, construccin de la obra civil, y lacompra del equipo electromecnico. Disponibilidad local: la tecnologa depende de las condiciones topogrficas e hidrolgicas,entonces no est disponible en cualquier sitio. Las posibilidades de transmisin de la energaa largas distancias son limitadas por los costos de ste. Potencia mxima: sta es limitada y definida por el recurso natural en un sitio. Limita lasposibilidades de expansin a largo plazo para atender al crecimiento de la demanda. Variabilidad del caudal: los caudales de agua pueden variar considerablemente durante lasdiferentes temporadas, lo que tiene impacto en la generacin de energa. Necesidad de estudios: Los pequeos proyectos hidroelctricos, en particular las pequeascentrales, requieren de estudios tcnicos elaborados para conocer el potencial disponible y lafactibilidad tcnica. Esto implica un costo y un plazo significativo en la puesta en marcha delproyecto.

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8. Experiencias en Amrica Central

La energa hidroelctrica es una de las primeras fuentes de energa que se ha aprovechado para laproduccin de electricidad en Amrica Central. Al inicio del siglo pasado, las pequeas centraleshidroelctricas constituyeron la base de la generacin elctrica en zonas rurales. Con la ampliacin de la redinterconectada nacional, estos proyectos perdieron importancia y muchos quedaron abandonados.

En los ltimos aos, se han estado desarrollando varias iniciativas pequeas, tanto en proyectosantiguos como en nuevos sitios. Sin embargo, la falta de acceso a financiamiento y el estado de transicinde las leyes y regulaciones del sector elctrico en muchos pases de Amrica Central dificultan una mayorparticipacin en la contabilidad energtica nacional.

Aunque la potencia de estas instalaciones es muy pequea, el conjunto de todas ellas puede ofreceruna produccin considerable. Debido al alto costo de la importacin de combustibles fsiles y la limitacinde inversin para proyectos grandes en muchos pases, los proyectos hidroelctricos de pequea escalabrindan una solucin excelente para electrificar las zonas no-electrificadas y aumentar la capacidadelctrica instalada en el pas. Adems de abastecer electricidad para consumo residencial e industrial, estetipo de recurso puede utilizarse en aplicaciones mecnicas para labores agroindustriales, riego de terrenos,entre otros.

8.1 Potencial

Los pases de Amrica Central cuentan con condiciones muy favorables para el desarrollo depequeos proyectos hidroelctricos por la alta disponibilidad de ros y quebradas en las zonas montaosas.En la regin, la superficie de las cuencas hidrogrficas representa aproximadamente el 37% del territorio,sumando alrededor de 191,449 kilmetros cuadrados. La tabla siguiente muestra el potencial comercial porpas, basado en proyectos menores de 20 MW que se estn desarrollando en la regin.

Tabla 4. Potencial de pequeos proyectos hidroelctricos identificados (menor de 20 MW).

Fuente: ERAC (2000)

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Experiencias en Amrica Central

8.2 Barreras

A pesar de las ventajas y el potencial de la energa hidroelctrica, existe un conjunto de barreras queobstruyen su desarrollo en la regin de Amrica Central, entre las cuales se destacan:

Falta de acceso a financiamiento: debido al alto costo inicial de un proyecto, serequiere financiamiento de tipo comercial a largo plazo para que ste sea financieramentefactible. En general, el financiamiento disponible es de corto plazo y con altas tasas de inters.

Requisitos y costos para permisos: los requisitos para obtener los permisos suelen ser igualpara pequeos y grandes proyectos, sin considerar el tamao o tipo de proyecto, como porejemplo la capacidad por instalar o la previsin de un embalse de mayor tamao. Enconsecuencia, los costos incurridos por MW para cumplir con los requisitos son muy superiorespara los pequeos desarrolladores. Adicionalmente, el trmite de todos los permisos resultamuy lento y puede durar varios aos.

Restriccin en la capacidad mnima: en algunos pases se limita la entrada al mercadomayorista de electricidad a generadores con una capacidad mnima de 5 10 MW. Esto imposibilita la venta directa al mercado mayorista por los pequeos productores y por lo tantoreduce sus opciones de venta y participacin en ese mercado.

Impuestos de importacin: mientras que actualmente, en la mayora de los pases, las plantastrmicas cuentan con una exoneracin de impuestos sobre la importacin de combustibles, losproyectos privados que explotan fuentes renovables tienen que pagar impuestos de importacinsobre los equipos. Esto desfavorece la competitividad de las fuentes renovables, entre ellas lashidroelctricas.

Plazo de contrato de compra-venta: los plazos de los contratos para la venta de la energagenerada a los distribuidores, con frecuencia, son reducidos de plazo. Esto hace que el proyectoresulte menos factible en trminos financieros y le dificulta la obtencin de esquemas definanciamiento a largo plazo.

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Anexo 1. Publicaciones y Sitios Web Recomendados

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CEPAL (2000), Istmo Centroamericano: Estadsticas del Subsector Elctrico, Comisin Econmica paraAmrica Latina y el Caribe. Disponible en http://www.cepal.org.mx

ERAC (2000), Desarrollo de Energas Renovables en el Proceso de Liberalizacin del Mercado Energtico enAmrica Central, Segundo Informe: Diagnstico del Potencial Existente, Poltica y Planeamiento para elDesarrollo de las Energas Renovables, Proyecto Energas Renovables en Amrica Central (ERAC).

ESHA (1998), Manual de Pequea Hidrulica, como llevar a buen fin un proyecto de minicentralhidroelctrico, European Small Hydropower Association, publicado por la Direccin General de Energa dela Comisin Europea. Disponible en formato electrnico en http://www.microhydropower.net/download/books.html

FENERCA (2001a), Modelos Empresariales para Servicios Energticos Aislados, publicacin del programaFinanciamiento de Empresas de Energa Renovable en Centroamrica (FENERCA), E+CO, BUN-CA, PAGovernment Services, San Jos, Costa Rica.

FENERCA (2001b), Promocin de Energa Renovable en Centroamrica: Oportunidades para el Planteamientode Polticas, publicacin del programa Financiamiento de Empresas de Energa Renovable en Centroamrica(FENERCA), E+CO, BUN-CA, PA Government Services, San Jos, Costa Rica

Fraenkel et al. (1991), Micro-hydro Power, a Guide for Development Workers, Intermediate TechnologyPublications, London, UK.

Progrensa (2001), Energa Hidrulica, Monografas Tcnicas de Energa Renovables No. 2, Promotora Generalde Estudios S.A., Sevilla (Espaa).

Sitios Web Recomendados

Informacin Educativahttp://solstice.crest.org/renewables/re-kiosk/hydro/index.shtmlInformacin bsica sobre aplicaciones, tecnologas y aspectos econmicos de la energa hidroelctrica.

http://www1.ceit.es/asignaturas/ecologia/trabajos/ehidraul/p1.htmAsignatura en lnea sobre la energa hidrulica del Campus Tecnolgico de la Universidad de Navarra,Espaa.

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/119/htm/orosolar.htmEl Oro Solar y Otras Fuentes De Energa, informacin sobre diferentes fuentes de energa, incluyendo laenerga hidrulica, Biblioteca digital del Instituto Latinoamericano de la Comunicacin Educativa.

http://ww.unam.edu.ar/microt/barney0.htm Gua Metodolgica para la implementacin de Pequeos Emprendimientos Hidrulicos.

http://www.microhydropower.net/Sitio dedicado a sistemas micro-hidro, con un enfoque en aplicaciones en pases en vas de desarrollo.

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Publicaciones y Sitios Web Recomendados

Generalhttp://energy.sourceguides.com/businesses/byP/hydro/hRP.shtmlContiene directorio de negocios hidroelctricos en el mundo.

http://www.dianet.com.ar/dianet/users/Solis/Informe2.htm#Energa Hidrulica Informacin sobre el funcionamiento de la energa hidrulica, adems con informacin de otras fuentes deenerga.

http://www.bun-ca.orgBiomass Users Network Oficina Regional para Centro Amrica (BUN-CA), ONG regional con la misin decontribuir al desarrollo y fortalecimiento de la capacidad productiva de Amrica Central, en energarenovable, eficiencia energtica y agricultura sostenible.

http://www.energyhouse.comE+Co, Corporacin de inversiones en energa renovable y eficiencia energtica, sin fines de lucro.

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Anexo 2. Consultores y Suplidores de Equipos.

BELICE:Kelosha CorporationDangriga, BeliceTel.: (501) 512050

Luis AkTelefax: (501) 225-3279E-mail: lrake@btl.net

GUATEMALA:FUNDACION SOLAR.15 Av. 18-78 Zona 13,01013 Ciudad de Guatemala.Tel.: (502) 360- 1172Fax: (502) 332-2548E-mail: funsolar@guate.net

DINTERSA5 Avenida 1-71, Zona 9, Local 4,CP 01009 Ciudad de Guatemala.Tel.: (502) 332-3807, 332-3918Fax: (502) 332-3918E-mail: dintersa@microq.com.gt

EL SALVADOR: Jos Hermes Landaverde.Telefax: (503) 273 6243E-mail: hlandaverde@navegante.com.sv, hlandaverde@ingendehsa.com

Ismael SnchezTel: (503) 273 7888 /210-6662/6600Fax: (503) 273 8140 / 210-6664E-Mail: isanchez@ing.uca.edu.sv

HONDURAS:Asociacin Hondurea de Pequeos Productores de Energa Renovable (AHPPER).Telf: (504) 235-7395Fax: (504) 235-7395Sitio web: www.ahpper.hn

(Espacio para anotar nuevas referencias)

Servicios para el Desarrollo Sostenido S.A. (SEDES)Comayagua.Tel. (504) 772-1749Fax. (504) 772-0500E-mail: sedes_hn@yahoo.com

Ing. Manuel Ma-Tay CuellarTel: (504) 224 0703Fax: (504) 224-3624E-mail: mmatay@edured.net

La Cascada, S.A.Telefax: (504) 996-2903E-mail: cascada41@hotmail.com

NICARAGUA:Asociacin de Trabajadores de Desarrollo Rural - Benjamn Linder (ATDER-BL).Del Hotel Bermdez, 75 v. Sur, Matagalpa.Tel.: (505) 612-2030Fax : (505) 612-5423E-mail : atder@ibw.com.ni

TECNOSOLRotonda Bello Horizonte 150 mts. Arriba, Casa L I 20, Managua.Telefax: (505) 244-2205E-mail: tecnosol@munditel.com.ni

COSTA RICA:GjimnezS, Consultores en Energa,Apartado 220 2010, San Jos.Tel.: (506) 385 2365Fax: (506) 232 8546E-mail: jimenezs@sol.racsa.co.cr

CIRE - Consultores en Ingeniera y Recursos Energticos, S.A.Tel.: (506) 268 6135Fax: (506) 268 6128E-mail: lfchanto@racsa.co.cr

ENERCOSTel.: (506) 386-6559Fax: (506) 260-3641E-mail: solelect@racsa.co.cr

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Consultores y Suplidores de Equipos.

Rogelio SotelaTelefax: (506) 232-4432E-mail: rosomu@racsa.co.cr

INTERDINAMICABarrio Aranjuez, San Jos.Tel.: (506) 221-8333Fax: (506) 222-5241E-mail: interdin@interdinamic.comWeb: http://www.interdinamic.com

CINK Pequeas Centrales Hidroelctricas.Representante para Centroamrica PRAHA Comercial S.A., San Jos, Costa Rica.Telefax: (506) 256-8274E-mail: praha@sol.racsa.co.cr

Geoingeniera S.A. Carret La Uruca, San Jos.Tel: (506) 290-4656Fax: (506) 290-4657 E-mail: geoing@sol.racsa.co.cr

Durman EsquivelTel.: (506) 212 5800Fax: (506) 233 9962E-mail:lalvarez@grundfos.com

SOL 2000Telfono: (506) 286-3203 / 227-2932Fax: (506) 227-7300

PANAM:Electric Power Panama, S.A. (EPPSA)Telefax: (507) 225-8188e-mail: zeolites@ewpanama.net

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Consultores y Suplidores de Equipos.

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Anexo 3. Conceptos bsicos de energa

1. Energa y Potencia

La energa es parte de todos los ciclos de la vida y es un elemento esencial para prcticamente todaslas actividades. Ella es un concepto que se relaciona con varios procesos (como quemar combustibles opropulsar mquinas), as como con las observaciones de dichos procesos. La energa se definecientficamente como la capacidad de hacer trabajo.

Fuentes de energa

Existen diferentes fuentes de energa las cuales se pueden clasificar en dos grupos:

Fuentes renovables: no se agotan por su uso, como la energa del viento y del sol. El agua yla biomasa tambin se incluyen en esta categora, aunque son renovables bajo la condicin deque la fuente se maneje en forma apropiada, por ejemplo, las cuencas hidrolgicas yplantaciones de rboles. Fuentes no-renovables: estn disponibles en cantidades limitadas y se agotan por su usocomo los combustibles fsiles (carbn mineral, petrleo, gas natural). Estas tienen lacaracterstica de que, una vez utilizadas para la generacin de energa, no se pueden volver a usar.

Formas de energa

La energa tiene diferentes formas, entre las cuales se pueden citar las de mayor importancia:

Energa cintica: la de un objeto en movimiento como por ejemplo, el agua de un ro. Lavelocidad y masa del objeto determinan, en gran parte, la cantidad de su energa cintica.Cuanto ms rpido fluye el agua, ms energa estar disponible. Energa potencial: la de la posicin de un objeto con respecto relativo de la tierra. Esta formaest almacenada y se convierte en energa cintica cuando el objeto desciende. Por ejemplo, elagua en un embalse tiene el potencial de disminuir y, cuanto ms alta la presa, ms energapotencial contiene el agua. Energa trmica (calor): una forma de energa cintica causada por el movimiento de lostomos o las molculas en un material, sea slido, gaseoso o lquido. Su cantidad esdeterminada por la temperatura del material, cuanta ms alta la temperatura, ms energa estdisponible. Por ejemplo, en la combustin de madera u otros materiales se genera calor. Energa qumica: la almacenada en tomos y molculas; por ejemplo, en materialescombustibles y bateras (acumuladores). Energa elctrica: ms conocida como electricidad; es el flujo de los electrones en un materialconductivo, como un cable elctrico. Energa electromagntica (radiacin): la que todos los objetos emiten en diferentescantidades. La luz es una forma visible de radiacin. Energa mecnica (o energa rotacional): la de rotacin de un eje girando. Esta se produce,por ejemplo, en una turbina hidrulica propulsada por el agua.

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Transformacin de energa

Utilizar la energa significa transformar una forma de ella en otra. Por ejemplo, aprovechando lafuerza del viento se convierte la energa cintica en mecnica, la cual, luego se puede convertir en elctrica.Para obtener iluminacin, se convierte la elctrica en electromagntica o radiacin.

Igualmente, generar energa significa convertir una forma de ella en otra; por ejemplo, la cinticade agua en movimiento, a mecnica; en un sistema hidrulico.

Los trminos utilizar y generar energa cientficamente no son correctos porque ella no se puedecrear ni destruir. Se puede transformar de una forma a otra, pero no se gasta y su cantidad total semantiene igual en cualquier proceso. Lo anterior es la base de la Primera ley de la termodinmica. Sinembargo, en trminos prcticos s se gasta la energa, debido a que se convierte en una forma que ya no sepuede aprovechar. Por ejemplo, cuando se quema una rama seca, la energa qumica contenida en la maderase convierte en trmica, o sea, en calor, la cual se puede aprovechar; pero luego se dispersa en el ambientey no se puede utilizar nuevamente.

Oferta, demanda y consumo

En el anlisis de la utilizacin de energa en el nivel nacional o sectorial se pueden distinguir tresconceptos:

Oferta de energa: se requiere de ella para aplicaciones como iluminacin, coccin, procesosindustriales y transporte. La oferta energtica puede ser diferente de un lugar a otro, dependiendo decondiciones locales como el clima y las costumbres, y segn los diferentes tipos de usuarios (viviendas,industrias, transporte, etc). Se puede satisfacer una necesidad especfica de energa con diferentes fuentese, igualmente, no todas las necesidades se pueden satisfacer por falta de fuentes o presupuesto.

Demanda por energa: necesidad de fuentes que puedan satisfacer las necesidades de energa.Depende de factores como poblacin, nivel de desarrollo econmico, disponibilidad de tecnologa, etc. Iguala stas, no siempre se puede satisfacer la demanda por energa.

Consumo de energa: utilizacin real de fuentes; tambin llamada demanda expresada.

Eficiencia

En todas las transformaciones de energa, se pierde una parte de ella debido a su conversin parcialen una forma que no se puede aprovechar, generalmente en calor. La fraccin de la energa utilizable, comoresultado de un proceso de conversin y su insumo, se llama la eficiencia del proceso, la cual, generalmente,se representa como un porcentaje. En frmula se expresa de la siguiente manera:

Cuanto ms alta sea la eficiencia, menos energa se pierde. La siguiente tabla muestra eficienciastpicas para algunos procesos de conversin:

Conceptos bsicos de energa

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Conceptos bsicos de energa

Eficiencias tpicas de procesos de conversin energtica

Potencia

Este es un concepto muy relacionado con el de energa. Se define como la capacidad de suplir unacierta cantidad de energa durante un perodo de tiempo definido. Esto se ilustra as: cuando aplicamos unproceso de conversin de energa, estamos interesados en dos cosas:

la cantidad de energa convertida, y la velocidad a la cual se convierte. Esta velocidad se llama potencia (P), expresada comoenerga por segundo o, en frmula, de la siguiente manera:

Por ejemplo, un tanque de gasolina de un vehculo contiene una cantidad dada de energa. Este sepuede usar en un cierto perodo de tiempo, o sea, el proceso de combustin puede ser corto o largo. Cuantoms corto el perodo, ms alta es la potencia. Este principio aplica para cualquier proceso de conversin deenerga.

Si bien, en lenguaje comn estos trminos se intercambian frecuentemente cuando se hablatcnicamente sobre un sistema de generacin o utilizacin de energa, es importante distinguirlos bien.

Unidades de medicin

Existen diferentes unidades aplicadas para la expresin cuantitativa de energa y potencia. La unidadcientfica y ms usada para energa es el Joule (o julio, abreviado como J). Otras unidades usadas son, porejemplo caloras, toneladas de carbn equivalente (TCe) y el British Thermal Unit (BTU). Existen factoresespecficos para convertir las diferentes unidades en otras.

La unidad para potencia es el Watt (o vatio, abreviado como W). Este es definido como e1 Joule porsegundo (J/s). Otra unidad que se usa frecuentemente es el caballo de fuerza (HP).

Un Joule y un Watt son medidas muy pequeas comparadas con las cantidades transformadas en lamayora de las aplicaciones energticas. Por eso, se usan mltiplos de 1.000; por ejemplo, 1.000 watt esequivalente a 1 kilowatt o 1 kW. La siguiente tabla resume los prefijos y smbolos usados:

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Conceptos bsicos de energa

Adicionalmente, se pueden agregar ndices a una unidad para indicar la forma de energa o potencia.Por ejemplo, para la potencia de un equipo de convertir energa trmica se usa kWth. Igualmente, la potenciaelctrica se indica como kWel y, la potencia mecnica como kWm.

2. Electricidad

Corriente elctrica

El flujo de la energa elctrica o de la electricidad se llama corriente, cuya unidad de medida son losamperios (A). Para generar una corriente elctrica a travs de un cable es necesario tener una diferencia detensin entre sus dos extremos (diferencia de potencial). Igualmente, si se quiere hacer que el agua semueva a travs de un tubo, necesita tener una diferencia de presin entre los dos extremos del mismo. Sise dispone de una gran diferencia de tensin, pueden transportarse grandes cantidades de energa porsegundo a travs del cable; es decir, grandes cantidades de potencia. La tensin elctrica es equivalente avoltaje, medido en voltios (V). La potencia elctrica en watts es igual al voltaje multiplicado por el amperaje(P = V x A).

Los generadores elctricos pueden producir dos tipos de corriente:

Corriente directa (DC): donde la energa circula siempre en una nica direccin, del puntopositivo al negativo. Corriente alterna (AC): donde esta alterna continuamente su direccin en un patrn cclico,en forma sinusoidal. Es causado por el ciclo sinusoidal del voltaje, con un pico positivo y unonegativo (vase la figura). Al nmero de ciclos por segundo se le llama frecuencia, expresadoen hertz (Hz). En la red elctrica, generalmente, es de 50 60 Hz.

La corriente directa se utiliza slo en sistemas de baja capacidad como por ejemplo: bateras secas(pilas), bateras de vehculos y sistemas fotovoltaicos (de baja tensin). Sistemas grandes de alta tensin,como las centrales elctricas, generan corriente alterna, la cual es suministrada a travs de la red elctricaa las viviendas y centros productivos. Una de las razones para el uso de la corriente alterna es que es msbarato aumentar o disminuir su voltaje y, cuando se desea transportar a largas distancias, se tendr unamenor prdida de energa si se utiliza la alta tensin. Con un inversor se puede transformar la corrientedirecta en alterna.

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Conceptos bsicos de energa

Para expresar la cantidad de energa elctrica o electricidad, generalmente, se usa la unidadwatt/hora (o vatio/hora, Wh). Un watt/hora es equivalente a la cantidad de energa convertida, durante unahora por un equipo con una potencia de 1 watt. Para sistemas de baja tensin, como los fotovoltaicos,tambin se puede expresar la energa elctrica en amperios/hora (Ah), equivalentes a la generacin outilizacin de una corriente de 1 amperio durante una hora. Para bateras, generalmente se indica lacapacidad de acumulacin en amperios/hora. La relacin entre las dos unidades de energa elctrica es lasiguiente:

Wh = V* Ah donde V es la tensin o el voltaje del sistema.

Factor de capacidad (factor de planta)

El factor de capacidad o de planta, es un indicador para medir la productividad de una planta degeneracin elctrica como por ejemplo, una turbina elica o un sistema hidroelctrico. Este indicadorcompara su produccin real, durante un perodo dado, con la cantidad que se habra producido si hubiesefuncionado a plena capacidad en el mismo tiempo. En frmula:

Por ejemplo, un sistema de 1 kW, tericamente, podra generar 8.760 kWh en un ao . Sin embargo,la planta no puede funcionar el 100% del tiempo, por razones de mantenimiento peridico, fallas tcnicaso falta de combustible o recurso renovable. Si la produccin real de esta planta en un ao dado fue de 6.000kWh; entonces, el factor de capacidad para ese perodo sera de 68,5%.

Demanda mxima

La demanda mxima representa para un instante dado, la mxima coincidencia de cargas elctricas(motores, compresores, iluminacin, equipo de refrigeracin, etc.) operando al mismo tiempo, es decir, lademanda mxima corresponde a un valor instantneo en el tiempo, medido en unidades de potencia. No esigual encender una lnea de motores al mismo tiempo que hacerlo en arranque escalonado. Los picos pordemanda mxima se pueden controlar evitando el arranque y la operacin simultnea de cargas elctricas.

Factor de demanda

Es la razn entre la demanda mxima de la instalacin o sistema y la carga total conectada en uninstante de tiempo determinado.El factor de demanda mximo es igual a la razn de la demanda mxima en un instante dado, entre lapotencia del sistema.

Sistema interconectado de generacin elctrica

Se usan diferentes fuentes para la generacin de electricidad, en Amrica Central. Las principalesson: la hidroelctrica y la geotermia y los combustibles fsiles, como el diesel y el bnker.Dentro del sistema interconectado nacional, la demanda vara dependiendo de la hora del da, el da de lasemana y, la temporada. Para atender la demanda, se debe planificar la generacin elctrica por parte de lasdiferentes plantas del sistema, segn las variaciones esperadas. Las plantas de generacin de base operan

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Conceptos bsicos de energa

en forma continua para satisfacer una demanda mnima y generalmente, son las que tienen los costos deoperacin ms bajos.

Para las horas de alto consumo u horas-pico, se aplican generadores adicionales para aumentar laproduccin de electricidad. En el mercado de ocasin elctrico, se pagan tarifas mayores en estas horas.

Para la compra-venta de energa elctrica, frecuentemente se aplica el trmino potencia firme deuna planta de generacin dada. Esta se define como la potencia que el generador puede garantizar duranteun periodo dado; por ejemplo, en las horas-pico o todo el ao. Los contratos de compra y venta deelectricidad, generalmente, se establecen con base en la capacidad firme. Dado que las fuentes renovablesdependen de los recursos naturales, la potencia firme puede ser considerablemente ms baja que lacapacidad instalada, lo cual desfavorece su competitividad en el mercado elctrico, a diferencia de lageneracin con base en combustibles fsiles que pueden operar ofreciendo potencia firme en cualquiermomento, excepto en los tiempos de parada por mantenimiento.

Magnitudes de energa y potencia

1Energa = potencia x tiempo, entonces la energa generada sera 1 kW x 24 horas/da x 365 das = 8,760 kWh

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Anexo 4. Algunos aspectos tcnicos de la energa hidroelctrica

I. Turbinas hidrulicas

La turbina hidrulica es el componente principal de una centralhidroelctrica, donde se transforma la energa contenida en el agua, en energamecnica. Comparada con una rueda de agua, una turbina hidrulica logramayores velocidades rotacionales y eficiencias de conversin que la hace msapropiada para la generacin de electricidad. Existen diferentes tipos deturbinas. El tipo ms apropiado para un proyecto depende de las condicionestopogrficas e hidrolgicas del sitio, siendo el caudal y cada las msimportantes. Se distinguen turbinas de reaccin y accin.

Turbinas de reaccin

En este tipo de turbina, el elemento de rotacin o estator esttotalmente sumergido en el agua y encerrado en una caja de presin. El flujodel agua sobre las aspas causa diferencias de presin del agua que hacen giraral estator.

La velocidad de rotacin de las turbinas de reaccin en comparacincon turbinas de accin y bajo las mismas condiciones de caudal y cada, es alta.Esto hace que una turbina de reaccin muchas veces se pueda acoplardirectamente al generador sin necesidad de un sistema que incremente lavelocidad. Algunos fabricantes producen combinaciones de turbina ygenerador, lo cual ayuda a disminuir el costo y simplifica el mantenimiento.

La fabricacin de turbinas de reaccin es ms sofisticada que lasturbinas de accin porque tiene aspas ms grandes y perfiladas. El costoadicional de produccin se compensa con una mayor eficiencia y un simplemantenimiento. La fabricacin ms complicada hace que estas turbinas seanmenos atractivas para sistemas nano- y micro-hidro.

Francis: Es la turbina ms aplicada en centrales grandes. Se caracteriza por querecibe el flujo de agua en direccin radial, orientndolo hacia la salida endireccin axial. Es ms conveniente usar esta turbina cuando los saltos de aguaestn entre 15 y 150 mts. Estas tienen una eficiencia de conversin entre el 90y 94%.

Kaplan: Es una turbina de tipo hlice. Se compone bsicamente de una cmarade entrada que puede ser abierta o cerrada, un distribuidor fijo, un rodetecon cuatro o cinco palas fijas en forma de hlice de barco y un tubo deaspiracin. Se puede usar esta turbina para caudales grandes y saltos de aguamenores de 50 mts. Las turbinas tipo Kaplan se consideran con eficiencia del93-95%.

Figura 1. turbina dereaccin.

(fuente: Fraenkel,1991)

Figura 2. TurbinaFrancis

(fuente: Fraenkel,1991)

Figura 3. TurbinaKaplan

(fuente: ESHA, 1998)

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Algunos aspectos tcnicos de la energa hidroelctrica

Turbinas de accin

El estator de una turbina de accin opera en aire y se propulsa porla energa cintica del agua que lo impacta a alta velocidad, provocada poruno o ms chorros de agua. El agua est a presin atmosfrica antes ydespus del contacto con el estator, por lo tanto slo se necesita unacubierta para controlar el chapoteo del agua y prevenir accidentes. Estetipo de turbina es muy apropiada para sitios con pequeos caudales ygrandes cadas, un escenario comn para proyectos micro-hidro.

En comparacin con la turbina de reaccin, la de accin es mseconmica, de simple fabricacin y mantenimiento, asmismo es menossusceptible a daos por la arena u otros materiales en el agua. Sinembargo, tiene menor eficiencia, gira a velocidades menores y no es muyapropiada para sitios con cadas bajas.

Pelton: Este es el tipo de turbina de accin ms comn. Constade un disco circular que tiene montados en su periferia unaspaletas en forma de doble cuchara y de un inyector que dirigey regula el chorro de agua que incide sobre las cucharas, y queprovoca as el movimiento de giro de la turbina. Se usa cuandola cada de agua es grande (alrededor de 80 mts). La eficienciaest entre el 84 y 92%.

De flujo cruzado: tambin conocida como de doble impulsin oMichael-Banki. Constituida principalmente por un inyector deseccin rectangular provisto de un labe longitudinal queregula y orienta el caudal que entra en la turbina, y un rodetede forma cilndrica, con mltiples palas soldadas por losextremos a discos terminales. Se usa para cadas bajas ymedianas (10 80 mts). La eficiencia se considera que alcanzadel 70 al 80%.

Bomba en reversa como turbina

Como alternativa de bajo costo y conveniente, se puede usar una bomba de agua industrial,instalada en reversa, como turbina, en particular cuando el caudal es relativamente constante. Las bombasse pueden conseguir fcilmente en muchos lugares y son ms econmicas porque se producen a una escalamayor que las turbinas. Sin embargo, tienen eficiencias ms bajas.

La aplicacin de una bomba como turbina es ms apropiada en sitios con cadas medianas. Parasistemas menores de 10 kW y cadas de menos de 30 metros, el uso de una bomba puede sersignificantemente menos costosa que una turbina Pelton o Banki.

Figura 4. Turbina de accin(fuente: Fraenkel, 1991)

Figura 4. Turbina Pelton(fuente: ESHA, 1998)

Figura 6. Turbina de flujo cruzado oBanki

(fuente: ESHA, 1998)

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Algunos aspectos tcnicos de la energa hidroelctrica

II. Identificacin del potencial para generacin hidroelctrica

La potencia de una instalacin hidroelctrica est en funcin de las siguientes variables ocondiciones:

el caudal del ro o la cuenca o sea la cantidad de agua pasando en un periodo fijo,generalmente medido en metros cbicos por segundo (m3/s);

la cada, o la diferencia en altura entre la toma de agua y la turbina; las prdidas por friccin entre la toma de agua y la turbina; la eficiencia de la turbina y el generador.

El caudal puede variar considerablemente a lo largo del ao, por lo que es necesario conocer lamagnitud del caudal durante ese periodo para poder as fijar la potencia. Para proyectos grandes se debeconocer los datos de varios aos anteriores, en el caso de proyectos pequeos, primero se debe determinarla necesidad de energa y potencia elctrica para definir la necesidad de caudal y luego verificar si el ropuede abastecer el flujo requerido.

A continuacin, se mencionan los elementos de anlisis por considerar en la identificacin delpotencial hidroenergtico en pequea escala aprovechable para el desarrollo de una pequea centralhidroelctrica.

Disponibilidad de recursos hidroenergticos:

1. Apreciacin cualitativa de: Precipitaciones e hidrologa (caudal). Terreno (saltos). Caractersticas geolgicas y geomorfolgicas cualitativas del territorio (estudios geotcnicos que incluya

un anlisis de estudios de suelos y estudio de la forma de la corteza terrestre o geomorfologa). Accidentes geogrficos (fallas, zonas de deslizamiento, otros).2. Estimacin (si fuera posible) del orden de magnitud del potencial total de la cuenca3. Anlisis por zonas o regiones.

Como parte del anlisis se debe hacer una evaluacin del medio fsico, es decir el conocimiento delas condiciones naturales del medio; se deben analizar los indicadores meteorolgicos y las caractersticasfsicas de toda la cuenca. Lo ideal sera contar con registros histricos de caudales provenientes de unaestacin hidromtrica, aunque existen metodologas especiales para los casos en que se desarrollenproyectos en una zona en que no se dispone de ningn tipo de registro hidrometeorolgico.

Para nano- y micro-centrales usualmente se analizan caudales menores a 2 m3/seg y los estudios nodeben ser muy exhaustivos. En el caso de mini y pequeas centrales, los caudales deben tener mayoresrangos.

Ubicacin de los recursos hdricos con respecto de la demanda:

Considerar que el aprovechamiento hdrico para pequeas centrales aisladas debe serprximo al punto de demanda.

Evaluar potencial en zonas prximas a la demanda.

Los costos de distribucin de la energa producida deben equilibrarse con los costos de produccin,por lo que se debe seleccionar para el emplazamiento de las obras un sitio que se ubique cerca de zonascon demanda de electricidad.

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Algunos aspectos tcnicos de la energa hidroelctrica

Accesibilidad de los recursos disponibles:

Vas de comunicacin. Condiciones del clima. Salubridad de la zona y del agua del ro.

Como parte del estudio de un proyecto a pequea escala, se deben realizar visitas a los lugares deemplazamiento de las obras para identificar el mejor sitio para el desarrollo del aprovechamiento delrecurso hidrulico y determinar la ubicacin de los componentes de las obras: tubera de presin, sala demquina, obras de bocatoma, etc.

Adems, se deben determinar los accesos de que dispone la zona para planificar los recursosdisponibles y evitar destinar fondos en planes de infraestructura vial. Es por ello conveniente que sedeterminen distancias y estado de los caminos.

Perspectivas de uso mltiple:

Riego, aprovechamiento de canales existentes. Aprovechamiento de presas existentes. Proyectos mltiples (riego y energa).

En el diseo de cualquier proyecto pequeo de generacin elctrica se debe considerar la posibilidadde desarrollar actividades paralelas, ya sea econmicas como el riego de terrenos frtiles o de recreacin,as como el aprovechamiento de infraestructuras existentes (canales, presas, etc.) con actividadesproductivas.

Clculo de la potencia por instalar

Definido el caudal por utilizar en la unidad generadora y con la cada neta disponible, se puedecalcular la potencia hidrulica estimada en kilovatios, de la siguiente forma:

PH = y * H * Q [kW]

Donde: PH: potencia hidrulicay : peso especfico del agua (9,8).H : cada o salto vertical entre la toma de agua y la turbina (en metros).Q : flujo o caudal de agua (metros cbicos por segundo).

Sin embargo, para determinar la potencia del equipo de generacin se debe ponderar la potenciahidrulica por las eficiencias de los procesos de transformacin de energa, a saber:

Energa de presin disponible a la entrada de la turbina: al salto o cada total se le deben restarlas prdidas por las tuberas a presin y as se obtiene la cada neta (HN) o la cada aprovechable por laturbina.

Transformacin de la energa hidrulica a mecnica: se debe considerar la eficiencia de la turbinahidrulica ( ht ).

Transformacin de energa mecnica a energa elctrica, se debe considerar la eficiencia delgenerador elctrico ( hge ).

Se tiene una pequea prdida adicional si el acople entre la turbina y el generador elctrico no esdirecto y requiere usar poleas o cajas reductoras.

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Algunos aspectos tcnicos de la energa hidroelctrica

Por lo tanto, la potencia de salida de un generador en kilovatios se puede resumir en la siguienteecuacin:

Pge = 9.8 * HN * Q * nt * nge [kW]

Donde: Pge: potencia de generacin.HN : cada aprovechable por la turbina (metros de distancia vertical).Q : flujo o caudal de agua (metros cbicos por segundo).nt : eficiencia de la turbina hidrulica.nge : eficiencia del generador elctrico.

III. Determinacin de la demanda

El anlisis de la demanda constituye la pieza fundamental para dimensionar el proyecto que sesometer a la evaluacin econmica y social. En el caso de los pequeos proyectos hidroelctricos, esta partedel proceso es crucial por la incertidumbre que se presenta en cuanto a la magnitud de los mismos. Dehecho, por su naturaleza, estn destinados a ubicarse, generalmente, en zonas donde es difcil obtenerinformacin bsica para el clculo de la demanda de energa.

Clasificacin y caractersticas de la demanda

En forma general, la demanda puede ser clasificada en residencial, comercial, industrial y pblica.La demanda residencial es el uso de energa en los domicilios para cubrir las necesidades de la vidacotidiana y depende de los siguientes valores: nmero de abonados, nmero de personas que comparten eluso de la energa con el abonado, tiempo transcurrido desde la instalacin del servicio, consumo de energaper capita y tamao de la poblacin.

La demanda comercial se refiere al consumo de energa de almacenes, tiendas, mercados,restaurantes y otros locales destinados a brindar servicios particulares a los habitantes de la zona. Lademanda industrial sirve para cubrir las necesidades de la fabricacin y procesamiento de diferentesartculos. La demanda pblica se destina principalmente a la iluminacin de calles, centros educativos,edificios u oficinas pblicas, pero puede incluir tambin ciertas necesidades comunales especiales comoplantas de agua potable, talleres de enseanza y otros.

Evaluacin y pronstico de la demanda

El planeamiento de la expansin o implementacin de un sistema elctrico debe comenzar con laevaluacin de la demanda presente y un pronstico de la futura, tanto en lo que se refiere a potencia comoa energa. Con base en esta evaluacin, debe determinarse la capacidad de los sistemas de generacin,transmisin, distribucin y el tipo de instalaciones requeridas.

Para la evaluacin de la demanda se consideran los siguientes casos:

Cuando se ha tenido servicio elctrico por algn tiempo y se cuenta con los registros de consumocorrespondientes, se debe establecer el porcentaje de poblacin que la usa y el consumo en kWh y kW porhabitante actual.

Las necesidades futuras globales se calculan estimando el nmero de pobladores, expresado comoporcentaje del total, que irn incorporndose a la utilizacin de energa durante la vida til del proyecto quepuede establecerse entre 15 20 aos o al perodo de tiempo en que se pueda esperar la interconexin conun sistema regional o nacional.

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Algunos aspectos tcnicos de la energa hidroelctrica

El nmero de habitantes debe multiplicarse por el consumo por habitante, asumiendo unincremento anual probable en el mismo perodo debido a la elevacin del nivel de vida.

En numerosos casos, la poblacin carece del servicio elctrico y por lo tanto se dispone solamentede informacin demogrfica. En estas situaciones se deben establecer valores para clasificar los tipos deconsumo (categoras) y proyectar a futuro las necesidades y crecimiento de cada uno de ellos.

La Figura 7 muestra un esquema del proceso de la estimacin de la demanda elctrica en unacomunidad aislada.

Figura 7. Secuencia de clculos recomendada para la evaluacin de la demanda.Fuente: Gua para la realizacin de inventarios de pequeas cuencas, pg 45.

Haydatos desensos?

S No

Obtencin de lapoblacin actual

Clculo delcrecimiento demogrfico

Estimacin de lapoblacin actual

Estimacin del crecimiento demogrfico

Pronstico de la poblacin futura(P)

S No

Haysuficiente informacin

socioeconmica?

Clasificacin de lapoblacin para seleccionar elconsumo por

abonado(U)

Estimacin delnmero de

usuarios porabonado

(N)

Clculo delporcentaje de la

poblacin servidarespecto al total

(S)

Clculo de la demanda , en kW/hab(S+U)=N

Suma de posiblesusos industriales

Adaptacin de lademanda d, en

kW/hab

ProductoDu+P

Potencia instaladaDr kW

ProductoPSUW

Factor deconeccin por

tamao depoblacin

(F)