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    • Micro CentralesHidroeléctricas Ing. Daniel Muguerza
    • ÍndiceCapítulo 1: Introducción 4Capítulo 2: Evaluación de los Requerimientos Energéticos2.1. Introducción. 72.2. Destinos (usos) y Destinatarios (Sectores y Usuarios) 82.3. Un estudio de caso 82.3.1. En relación con los requerimientos de electricidad 92.3.2. En relación con la capacidad de pago 112.4. Generalizando el Análisis sobre requerimientos y capacidad de pago 132.5. La demanda de capacidad en la MCH 14Capítulo 3: Evaluación del Recurso Hídrico3.1. Las herramientas del Planificador 163.2. Análisis Regional. Indicadores de Calidad de Cuenca 163.3. Potencial Hidroeléctrico Teórico Bruto (P.H.T.B.). 173.4. Densidad del P.H.T.B. 193.5. Potencial Hidroeléctrico Técnico Aprovechable (P.H.T.A.) 193.6. Potencial Hidroeléctrico Técnico Aprovechable a escala de microgeneración (P.H.T.A.m.) 203.7. Métodos Para Evaluar el Potencial de un Emplazamiento 213.7.1. Selección de las Cuencas de Interés 213.7.2. Preselección de Emplazamientos en Gabinete 213.7.3. Verificación y ajuste con estudios de campo. 223.8. Ajuste de la Oferta - Demanda. Caudal y Altura de Diseño. 25Capítulo 4: Tecnología de conversión mediante MCH4.1. Compromiso costo / calidad / sustentabilidad 274.2. Descripción de los componentes tecnológicos de una MCH 284.3. Características particulares de la tecnología de MCH 294.4. Obras de captación 294.4.1 Consideraciones generales 294.4.2. Toma de Agua sin Obra de Cierre 314.4.3. Tomas de Agua con Obra de Cierre 314.5. Obras de Conducción 344.5.1. Canales 354.5.2. Cámara de carga 364.5.3. Tuberías de presión 374.6. La Microcentral 394.6.1. Conversión Hidromecánica 404.6.2. Acoplamiento y Multiplicación de la Velocidad 534.6.3. Generación de Electricidad 544.6.4. La regulación de Tensión y Frecuencia 594.7. Obras de Distribución Eléctrica 64Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 2 de 81
    • Capítulo 5: Evaluación Económica de las MCH5.1. Criterio para la Evaluación de Proyectos con MCH’s 665.2. Los Costos de Capacidad (Potencia) y de Energía 675.3. RETAIN Un caso de Evaluación Económica 685.4. Costo de Inversión de las MCH´s (Misiones – Argentina) 71Capítulo 6: Consideraciones Generales sobre Difusión de MCH6.1. Aspectos Institucionales. 736.2. Aspectos Ambientales. 786.2.1. Efectos Ambientales que deben controlarse en el diseño y construcción de las MCH. 786.2.2. Efectos Ambientales que deben controlarse en la Operación y Mantenimiento de las MCH. 80Bibliografía 81Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 3 de 81
    • Capítulo 1: IntroducciónEl aprovechamiento del recurso hídrico para la generación de energía comenzóen tiempos antiguos con el uso de ruedas hidráulicas muy rudimentarias peroque permitían la producción de fuerza motriz para aliviar el trabajo manual delhombre.Ruedas hidráulicas mas evolucionadas acompañaron el nacimiento de la eraindustrial, aun antes de la llegada del motor a vapor. La revolución industrialcon su fuerte demanda energética movilizó el desarrollo tecnológico de losprocesos de conversión de energía y la rueda hidráulica fue superada por laturbina a partir del inicio del siglo XIX.Fuerza motriz primero y energía eléctrica después fueron los productosenergéticos, con que el recurso hídrico contribuyó, y lo continúa haciendo en laactualidad, con el progreso económico y la mejora de la calidad de vida de lapoblación.El proceso de conversión del recurso hídrico más difundido en la actualidad esla producción de energía eléctrica.El desarrollo de la tecnología ha permitido alcanzar altísimos niveles deeficiencia en la conversión de la energía hidráulica en energía eléctrica asícomo la instalación de grandes módulos de producción eléctrica. Basta comoejemplo mencionar el caso de la central hidroeléctrica Itaipú cuya potenciainstalada de 12.600 MW es mayor que la demanda máxima del SistemaArgentino de Interconexión en 1999.Ahora bien, los sistemas eléctricos han evolucionado permanentemente hacianiveles crecientes de interconexión, primero regionales, luego nacionales yahora internacionales.Los módulos de potencia de los productores eléctricos que se vinculan a estossistemas interconectados son crecientes y las centrales térmicas hanincrementado fuertemente su participación en el parque de la generación,desplazando a las centrales hidráulicas de la oferta eléctrica (excepción hechade aquellos países como Brasil, que tienen un muy alto potencial hídrico y muyescasos recursos de origen fósil).Con excepción de Europa Occidental y EE.UU. con sus recursos hídricosaprovechables fuertemente explotados, el resto del mundo mantiene aungrandes reservas hidráulicas aprovechables.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 4 de 81
    • Potencial Hídrico Mundial Potencial Total Aprovechable 2212000 Asia 610000 América del Sur 430000 Regiones Africa 358000 América del Norte 356000 URSS 250000 Europa 163000 Oceanía 45000 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 MWNo obstante, si la oferta hidráulica debe integrarse en sistemas eléctricos queoperan grandes módulos de potencia, debemos preguntarnos ¿que papel cabea la generación hidráulica de pequeña escala?.Para responder a esta pregunta debemos considerar la relación entre eldesarrollo de los sistemas eléctricos y la distribución de la población.Los sistemas eléctricos interconectados han resuelto el abastecimiento de loscentro urbanos y han penetrado parcialmente en las área rurales. Quedan aúngrandes áreas geográficas sin servicio eléctrico y la población rural que lashabita se encuentra mayoritariamente en situación precaria, con niveles deactividad económica de subsistencia y altos índices de necesidades socialesbásicas insatisfechas.Es decir que existe una relación directa entre los condiciones socioeconómicasde esta población y la ausencia de una demanda que se exprese en términosde mercado para promover su abastecimiento.América Latina, Asia y Africa concentran esta población sin servicio eléctrico.De los 6.000 millones de habitantes que poblaban el planeta al finalizar el sigloXX, había 2.000 millones, que no contaban con servicio eléctrico. Hoy en díalas proporciones son semejantes, con una leve tendencia a agravarse.Si ésta es la cruda realidad de fin de siglo, es mas grave aún la perspectivafutura. Para el año 2020 cuando la población mundial se acerque a los 9.000millones, si los gobiernos no toman acciones para corregir lo que el mercado noresolverá, se estima que la población sin servicio eléctrico crecerá a 4.000millones.Estas áreas rurales con pobladores alejados de las redes de distribución, conrequerimientos energéticos insatisfechos, constituyen el ámbito principal dondeDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 5 de 81
    • la pequeña hidrogeneración eléctrica encuentra su aplicación potencial, entanto se cuente con recursos hídricos locales suficientes.Si bien éste es el ámbito principal donde las MCH’s tienen un rol asegurado, noes el único y excluyente. Factores técnicos y ambientales le asignan a estatecnología otros campos de aplicación complementarios, a los que nosreferiremos en la última parte de este texto.Focalizado de esta manera el principal ámbito de aplicación de esta tecnología,el desarrollo del tema estará estrechamente vinculado con el mismo.En el segundo capítulo discutiremos la forma en que se determinan losrequerimientos energéticos de la población rural y la capacidad y disposición alpago asociados a dichos requerimientos.En el tercer capítulo trataremos de como evaluar el potencial hidráulico de unaregión y los indicadores de calidad hídrica que nos permitirán seleccionarzonas de interés para satisfacer el abastecimiento con esta fuente energética.En el mismo capítulo analizamos como evaluar el potencial hidráulicoaprovechable en un emplazamiento determinado.En el cuarto capítulo haremos una descripción de los componentestecnológicos de una Micro Central Hidroeléctrica, con particular énfasis enaquellos en que la tecnología es menos conocida.En el quinto capítulo abordaremos el análisis económico, tipificando costos deinversión y de operación y mantenimiento, analizando el precio de la energíaresultante y su sensibilidad frente a la variación de los factores que lo afectan.Se prestara especial atención a la evaluación social de proyectos y a criteriosde eficiencia económica por tratarse de un marco de decisiones de inversionespublicas.En el sexto y ultimo capítulo describiremos los impactos ambientales de latecnología y las medidas de mitigación asociadas y algunas consideraciones deorden legal e institucional vinculadas a la difusión de la misma.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 6 de 81
    • Capítulo 2: Evaluación de los Requerimientos Energéticos2.1. Introducción.El tratamiento de los aspectos sociales y económicos de la difusión de nuevasfuentes y de tecnologías energéticas alternativas como las MCH debe apoyarseen un tratamiento metodológico, que asegure la confiabilidad en los resultadosde los estudios que fundamentarán las inversionesEl método debe contemplar aspectos tales como: Considerar la escala del requerimiento y el contexto socioeconómico donde se incorpora el esquema de abastecimiento del estudio. Esto implica considerar al planeamiento energético como parte integral de la estrategia de desarrollo de una región determinada. Analizar, en dicho contexto, los requerimientos de energía del poblador rural por medios analíticos para determinar los niveles de consumo por usos, así como las fuentes utilizadas para abastecerlo. Permitir el análisis y la comparación desde el punto de vista económico de todas las soluciones técnicas de abastecimiento disponible, tanto en escala micro como macroeconómica. De tal manera ya sea que se trate de proyectos de decisión privada o de interés público, el decisor tendrá suficientes elementos de juicio para adoptar la solución que mejor convenga a sus objetivos. En este marco el recurso hídrico y la tecnología de las MCH’s será una alternativa más, que deberá demostrar su competitividad frente a las fuentes / tecnologías que, en la región plan, estén disponibles para abastecer los requerimientos de electricidad de la población.2.2. Destinos (usos) y Destinatarios (Sectores y Usuarios)Algunos criterios útiles para determinar los requerimientos de energía eléctrica,que deberán ser satisfechos por una MCH, se describen a continuación: La elección del método de relevamiento de información debe tener en cuenta los resultados del análisis socioeconómico de la región y la inserción del sector energético en el desarrollo regional, a los efectos de determinar: a) el universo objeto de investigación, b) el tipo de información que se necesita relevar. Dado que la demanda de energía eléctrica en las áreas rurales se caracteriza por su baja densidad y su dispersión, resulta necesario evitar un tratamiento individual de cada usuario potencial. Para ello será útil definir rangos de requerimientos de energía e incorporar a los mismos las unidades de demanda identificadas. Esto implica el tratamiento de las unidades agrupadas en módulos homogéneos (Ej. Por niveles de ingreso o calidad de vivienda).Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 7 de 81
    • Los métodos de proyección de demanda basados en información histórica de consumo no son aplicables a este tipo de regiones, por lo general no se registran datos para la identificación de los consumos (fuentes no comerciales, usos, tipo de equipamiento, energía útil). La proyección se basa, entonces, en la simulación de los comportamientos de cada modulo homogéneo en el que se ha desagregado al sector rural, principalmente en cuanto a la posibilidad de satisfacer determinados usos. La determinación de los requerimientos de energía por fuentes y usos de los módulos homogéneos, se realizará mediante encuesta. La información relevada debe determinar la estructura actual por fuentes y usos de las necesidades de energía final y útil, las posibilidades de sustitución de otras fuentes por la electricidad y la incorporación de equipamiento doméstico y productivo dentro del período de estudio, así como la capacidad de pago de los potenciales usuarios y su actitud hacia la electricidad (disposición al pago). Como resultado de esta evaluación deben identificarse para cada modulo homogéneo: La evolución esperada del consumo de energía eléctrica para el periodo de estudio. La curva de demanda de potencia eléctrica para los usuarios individuales o agrupados en un pequeños sistemas en el año horizonte del estudio. La parte de sus excedentes económicos que los potenciales usuarios están dispuestos a aplicar al pago del servicio eléctrico.2.3 Un estudio de casoA fines de los 80’, en el marco de una red internacional de centros deinvestigación sobre fuentes renovables de energía, se desarrollo el proyectoRETAIN (Rural Energy Technology Assessment and Innovation Network). EnArgentina, el trabajo se centró, en general, en la formulación de un método deevaluación para la toma de decisiones de inversión para el abastecimientoeléctrico en áreas rurales dispersas y en particular, en el estudio de la difusiónde Micro Centrales Hidroeléctricas. (ver referencias bibliográficas)Para ambos estudios se tomó como caso de análisis a la provincia de Misiones,ya que presentaba un alto grado de ruralidad en su población y un bajo gradode electrificación, a la vez que dispone de un alto potencial del recurso hídrico.Las encuestas realizadas sobre la población rural (electrificada y noelectrificada) en la provincia de Misiones (Argentina), permite mostrar que losniveles de requerimientos son diferenciados según la situaciónsocioeconómicos del productor. Por ello el estudio consideró tres móduloshomogéneos denominados A, B y C con requerimientos decrecientes.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 8 de 81
    • Los módulos A, B y C fueron definidos de acuerdo con características de lavivienda rural. Por un lado calidad y tamaño de vivienda se asocia directamentecon niveles de requerimientos de electricidad para usos domésticos que semantienen dentro de rangos de baja dispersión si el módulo homogéneo(tipificación de los indicadores de la vivienda) está correctamente definido. Porotro lado la información sobre viviendas disponible en el censo nacional depoblación y vivienda permitía expandir los resultados del estudio sobremuestras encuestadas de los módulos A, B y C, a toda la población del áreabajo análisis.Los principales resultados derivados de las encuestas se resumen acontinuación:2.3.1. En relación con los requerimientos de electricidad Los datos obtenidos en Misiones brindan la imagen de una estructura socialmente diferenciada con una fuerte base en la agricultura familiar. Es notable el contraste entre la población no electrificada y los usuarios del sistema rural abastecido por redes. En todos los indicadores, los pobladores sin servicio eléctrico aparecen, consistentemente en una situación desfavorable. En cuanto a los usuarios de Micro Centrales Hidroeléctricas, tienden a aparecer en una situación intermedia, con lo que es posible interpretar que esos emprendimientos han permitido el acceso a la energía eléctrica, a sectores sociales que difícilmente pudieran haberlo hecho bajo la modalidad centralizada. Los usos de la energía eléctrica son básicamente domésticos y salvo que se provoque un impulso exógeno, no cabe esperar que los usuarios vayan a utilizar la electricidad para fines directamente productivos en escala significativa. En el caso en estudio, el análisis del contexto socioeconómico, permitía inferir la ausencia de usos productivos de la electricidad en las unidades familiares rurales (viviendas). El tipo de producción agrícola (forestación, yerba mate, té, tabaco) no requiere procesamiento en la unidad de producción agrícola, sino que lo hace en establecimientos (secaderos, aserraderos, etc.) que concentran producción de áreas geográficas importantes y que usualmente están abastecidos por redes. A nivel de las unidades domésticas rurales alimentadas por redes, los usos productivos detectados, fueron para el bombeo de agua (riego de almácigos y viveros) y para mantenimiento de equipos y maquinaria agrícola (soldaduras, sierras eléctricas, esmeril, etc.). No obstante, la presencia de ambos usos no superaba el 15% de los casos encuestados. El análisis de los usos domésticos de la electricidad para las viviendas de tipo A y B (alta y media calidad relativa) se realizó mediante encuestas a los pobladores rurales electrificados por redes. La casi totalidad de los mismos quedan incluidos en estos tipos de viviendas. En tanto los no electrificadosDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 9 de 81
    • se concentran en viviendas tipo B y C (media y baja calidad relativa). De esta forma se pudo conformar una base de análisis para el estudio de sustitución de otras fuentes energéticas por la electricidad de las unidades tipo A y B, cuantificar las necesidades de potencia y energía, definir los usos finales de la electricidad detectados en el estudio y su penetración para unidades domesticas que, en promedio, habían sido conectadas a la red entre 4 y 5 años antes de la encuesta. Usos de la Tipo de Vivienda Valor índice de B Electricidad para A=1 A BCalentamiento del 20.0 8.1 0.40 AguaCalefacción 13.3 0.0 00.0 Conservación de 93.3 70.3 0.75 alimentosAcondicionamiento 48.3 21.6 0.45de Aire (ventilador)Bombeo de Agua 66.7 10.8 0.16Iluminación 100.0 100.0 1.00 T. V. 93.3 91.9 0.98 Plancha 98.3 73.0 0.78 Lavarropa 60.0 43.2 0.72 Las modalidades de consumo de la electricidad en las unidades domesticas encuestadas, permitió analizar la forma de la curva de carga, (horarios de uso de plancha, lavarropa, agua caliente, etc.). Mediante el resultado de las encuestas a los usuarios electrificados, en el caso de viviendas A y B, y del análisis de las relaciones entre fuentes energéticas y usos finales de la energía en el caso de las viviendas tipo C, fue posible proyectar para un horizonte de consolidación de 10 años, los requerimientos de energía y de potencia de los tres niveles de vivienda, los que se muestran en el cuadro siguiente.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 10 de 81
    • Requerimientos de Energía y de Potencias Proyectados Requerimientos Indice de condiciones habitacionales Viviendas A Viviendas B Viviendas CEnergía (kWh-año) 1278 764 450Potencia (Watts) 1760 1320 881Fuente: RETAIN La conclusión en relación con los requerimientos de energía eléctrica de los pobladores rurales del área en estudio fue que: lo reciente de la electrificación rural, unido al bajo nivel económico de gran parte de las unidades domésticas y al escaso desarrollo de los usos productivos, hacen que las necesidades de electricidad de los pobladores del área de resuelvan en bajos niveles de consumo y usos predominantemente domestico con un muy bajo factor de carga de las instalaciones dedicadas a abastecerlos.2.3.2 En relación con la capacidad de pago En el estudio la capacidad de pago se definió, como la parte de los excedentes monetarios que el productor esta dispuesto a invertir para disponer de Energía Eléctrica, en el marco del conjunto de prioridades productivas y de confort en que vive. Mediante encuestas al poblador rural no electrificado se midió, en forma cuantitativa, su capacidad de ahorro (excedente monetario total) y en forma cualitativa, su disposición a la electrificación (expresada en el nivel de interés). Los resultados alcanzados se demuestran en el cuadro siguiente.Grados de Interés Excedentes monetarios Total Menos de Más de 30 U$S/mes 30 U$S/mesEscaso 22 % 25 % 47 %Cierto 9% 44 % 53 %Total de casos 31 % 69 % 100 %Fuente: RETAIN Estos datos permitieron, en el caso de Misiones, extraer las siguientes conclusiones:Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 11 de 81
    • No más del 80% de la población no electrificada, reúne condiciones básicas que combinen interés y/o excedentes económicos para incorporarse al plan de electrificación. De la población que reúne estas condiciones aproximadamente un 30% dispone de excedentes pero requiere una motivación o en su defecto puede esperarse que se conecte al sistema luego de conocer, a través de sus vecinos, sobre los beneficios de la energía eléctrica. El 70% restante tiene interés en la electrificación y en su gran mayoría están dispuestos a contribuir con dinero o bien con trabajo personal o productos agrícolas. Para la ejecución de las obras. Las prioridades de asignación del excedente monetario del poblador rural, así como los compromiso que tiene asumido en el momento de la electrificación restringen los importes que pueden destinar a financiar su suministro eléctrico. En el caso de Misiones el resultado de las encuestas mostró como razonable fijar cuotas del orden del 25% del valor de la mediana de los valores de los excedentes monetarios correspondientes a cada categoría habitacional, resultando valores de cuota de 10 U$S por mes para las viviendas C y 20 U$S por mes para vivienda B y A. No obstante los datos relevados en la encuesta muestran un elevado grado de dispersión. Existe, sin embargo, un piso mínimo de contribución del poblador rural para su electrificación, que corresponde a las economías de sustitución de las unidades domésticas. Estas economías de sustitución corresponden a usos actuales, abastecidos por otras fuentes o tecnologías que serán luego reemplazados a partir de la conexión eléctrica. Estas economías corresponden al consumo de kerosene y/o gas licuado para la iluminación y conservación de los alimentos y a pilas o baterías para comunicación (radios y TV). De acuerdo a los datos relevados y procesados, la contribución de las unidades domésticas al pago del servicio eléctrico se estimó según los siguientes valores: CAPACIDAD DE PAGO CATEGORÍA NADA CUOTA 1 CUOTA2 HABITACIONAL U$S 10/mes U$S 20/mes AyB 10% 26% 64% C 14% 54% 32%Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 12 de 81
    • 2.4 Generalizando el Análisis sobre requerimientos y capacidad de pago Los patrones de requerimientos y de capacidad de pago de la población rural de Misiones no electrificada (relacionadas con las viviendas tipo C en el estudio del caso), podemos considerarlos representativos de la población rural alejada de las redes del Norte Argentino. Los resultados obtenidos para Misiones no son distintos de los que se relevaron en el II° plan de electrificación rural que las Cooperativas Eléctricas llevaron adelante entre los años 1978 y 1981, con la asistencia financiera del BID. Tampoco se apartan de los valores que se presentan periódicamente en los trabajos publicados por la CLER (Conferencia Latinoamericana de Electrificación Rural). Podemos entonces afirmar que la electrificación de la población rural dispersa atiende en primer lugar a un concepto de calidad de vida y no de cambio en las tecnología de producción. Algunos usos productivos pueden ser incorporados directamente por los usuarios, como por ejemplo el caso del bombeo de agua para riego o para consumo animal, y otros usos productivos de mayor envergadura que impliquen el uso de fuerza motriz o conservación en frío para procesamiento de la producción del agricultor, podrían ser incorporados con impulsos exógenos a través de planes de desarrollo integrado para el sector rural. No obstante, en áreas con economías de subsistencia, con un alto índice de necesidades básicas insatisfechas, el uso de la electricidad estará prioritariamente orientado a satisfacer requerimientos domésticos y no productivos. No podemos dejar de señalar que en una familia rural es difícil separar entre los ámbitos de lo “económico” y lo “domestico” ya que ambos aspectos están fuertemente imbricados al coincidir esencialmente equipo de trabajo y grupo familiar, cualquier innovación que se produzca en uno de los ámbitos afectara necesariamente al otro. Así una reducción del tiempo necesario para realizar tareas domesticas permitirá mayor disponibilidad para realizar actividades productivas o bien un desplazamiento de actividades domésticas hacia la noche (con iluminación de mejor calidad) permitirá una mejor organización de las tareas productivas del grupo familiar. También la comunicación (TV) con los canales especializados en actividades rurales introduce información y conocimientos útiles para el mejoramiento de la producción. Los requerimientos domésticos se ubican en general en una franja entre 40 y 100 kWh/mes. Estos requerimientos atienden a la iluminación con tubos fluorescentes convencionales, la incorporación de la TV color, y distintos grados de penetración de la conservación de alimentos y del uso de electrodomésticos y de artefactos para calentamiento de agua.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 13 de 81
    • La característica del equipamiento electrodoméstico asociado a estos consumos puede exigir altos niveles de capacidad en la red y en la unidad de suministro. El factor de carga de las redes rurales que conectan unidades domésticas sin otro límite de capacidad que el transformador de bajada en la chacra (5kVA) se encuentra generalmente por debajo del 10% y disminuye aún más cuando los usos de la electricidad se concentran en iluminación y comunicaciones y en el uso de artefactos eléctricos de bajo costo y de uso estacional como calefones en línea (2000W) o estufas eléctricas de velas (1200W). Por consiguiente no pueden fijarse, en forma racional y económica, requerimientos de capacidad asociados a requerimientos de energía para la población rural si no se incorporan conceptos de gestión de demanda que permitan abastecer los mismos usos con el mínimo de capacidad requerida. Esto implica que un programa de abastecimiento rural de electricidad debe asignar esa cuota de potencia basada en equipamientos y formas de uso racional de la electricidad. Los limitadores de potencia en la acometida a las viviendas y la capacitación del usuario son los instrumentos más aptos para ajustar la demanda de capacidad sin restringir la satisfacción de los requerimientos de energía eléctrica. Bajo estos parámetros los requerimientos de capacidad asociados a los de energía antes indicados, se ubican en una franja entre los 800W y 1600W. En materia de capacidad de pago, existe un marcada dispersión, tanto intra muestra en el estudio de caso en Misiones como en la información relevada en otros estudios en la Argentina y en América Latina. Sin embargo esta dispersión se ubica en una banda que siempre mantiene como piso las economías de sustitución (en general por encima de los U$S 5 por mes) y como techo valores del orden de los 30 U$S por mes. 2.5 La demanda de capacidad en la MCH Los sistemas eléctricos se diseñan en función de la capacidad (potencia) máxima que deben abastecer, tanto para la unidad de generación como para el sistema de transporte y distribución de la electricidad. Los usuarios, como hemos analizado en los puntos anteriores expresan requerimientos de energía y de potencia útil, es decir asociada a los usos finales de la electricidad ya sean estos domésticos o productivos. Sin embargo en la cadena de producción distribución o uso de la electricidad existen pérdidas que deben ser suministradas por el generador en forma adicional a los requerimientos de energía útil del usuario. En cadenas complejas, estas perdidas pueden alcanzar un porcentaje muy significativo de la capacidad de la utilidad de producción de energía y debe ser adecuadamente consideradas para determinar la demanda de potencia de una MCH.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 14 de 81
    • A modo de ejemplo se muestran dos cadenas comparadas, una con suministro directo y otra con el mismo uso final pero con una cadena larga de conversiones eléctricas. Otro aspecto sustantivo que debe considerarse cuando la MCH atiende a un pequeño sistema aislado por redes, es el factor de simultaneidad. Este factor refleja el comportamiento aleatorio del uso del equipamiento eléctrico donde la demanda máxima simultanea de todos los usuarios siempre es menor que la suma algebraica de la demanda de cada usuario individual. De tal forma el cálculo de la capacidad en bornes del generador debe partir de la sumatoria de la potencia máxima que requiere cada usuario individual, afectada por el factor de simultaneidad (demanda máxima del sistema) y con el agregado de todas las pérdidas que ocurren en los procesos de transformación, transporte y distribución de la electricidad.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 15 de 81
    • Capítulo 3: Evaluación del Recurso Hídrico3.1. Las herramientas del PlanificadorUn programa de abastecimiento de electricidad en áreas rurales, que incorporefuentes de energía diversificadas, debe contar con un análisis territorial quecalifique la aptitud de las fuentes en las áreas involucradas en el programa.Para la fuente hídrica, tal aptitud se valora mediante indicadores de calidad delas cuencas que atraviesan la región, estos indicadores permitirán alplanificador, determinar las zonas en que el recurso hídrico tiene un potencialadecuado para satisfacer los requerimientos eléctricos de la población local, yde este modo, incluir esta fuente como alternativa de suministro de talesrequerimientos.Una vez seleccionadas las áreas con aptitud hídrica, es necesario identificar lossitios aptos para el emplazamiento de la MCH y en cada uno de ellosdeterminar la potencia y energía que puede obtenerse del mismo.Es decir que la evaluación del recurso hídrico, debe reconocer dos etapas, laprimera de carácter macro regional, para identificar la aptitud del recurso yseleccionar las áreas de interés para su aprovechamiento con fineshidroeléctricos y la segunda con carácter localizado para seleccionar y evaluarel potencial de distintos emplazamientos para MCH´s en los cursos de aguadentro de las áreas de interés identificadas.3.2. Análisis Regional. Indicadores de Calidad de CuencaLas cuencas hídricas están alimentadas por las lluvias. El comportamientohidrológico de una cuenca estará entonces influenciado por la distribución,intensidad y duración de las precipitaciones y también por la forma en que elmedio ambiente influye en la “administración” del recurso. La acumulación enforma de nieve, la evaporación directa y la infiltración, la capacidad del suelopara retener el agua, las cubiertas vegetales, los procesos de transpiración yabsorción de humedad son, entre otros, factores que afectan la forma en que elagua de lluvia discurre por la cuenca que la recibe.Las precipitaciones, y la forma en que el medio ambiente las “administra”,determinan el comportamiento de los caudales de agua superficial que seconcentran en arroyos y ríos y que se acumulan desde las altas cuencas(nacientes) hasta que se cierra el ciclo hidrológico regresando al mar.El camino ideal para conocer el comportamiento de los caudales de unacuenca es contar con mediciones que registren la historia de la misma sobre unlargo período de tiempo (30 a 50 años). Aún así, modificaciones ambientalesde carácter planetario como el calentamiento global o los cambios en lascorrientes marinas y aún aquellas modificaciones localizadas como ladeforestación de áreas boscosas, introducen importantes cambios en elDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 16 de 81
    • comportamiento hidrológico de las cuencas, reduciendo la confiabilidad de lasproyecciones basadas en los datos de las crónicas históricas.Sin embargo es probable que en muchas regiones no se cuente con registro dedatos de aforo de todas las cuencas. Cuando la información de caudales esparcial, siempre contamos con registros de lluvias.La correlación entre cuencas aforadas y cuencas sin registros, cuando suscaracterísticas son similares, permite utilizar información de lluvias, junto conmediciones de campo limitadas en el tiempo, para extrapolar probablescomportamientos de los caudales de las cuencas sin registro, a partir de lainformación de las cuencas aforadas.El caudal especifico de la cuenca (litros/seg/km2) medido como el aporte decaudal que hace cada unidad de superficie de cuenca es el vector que permiteextrapolar datos desde cuencas aforadas a cuencas sin registro. Un segundoinput de información que se requiere para analizar los indicadores de calidadde la cuenca es la información topográfica de la cuenca. En general estainformación esta disponible en cartas topográficas o puede gestionarse enforma muy expeditiva con las técnicas de relevamiento actuales.Hechas estas consideraciones de carácter general, pasamos ahora a describirlos indicadores que nos permitirán evaluar el potencial hídrico de una región.3.3. Potencial Hidroeléctrico Teórico Bruto (P.H.T.B.).Se define como la potencia total entregada por el caudal de agua al discurrirpor un cauce natural, desde una cota superior a una inferior y admitiendo queno hay perdida de ninguna naturaleza.Representa un potencial teóricamente disponible, pero prácticamenteinalcanzable, no solamente por las pérdidas referidas, sino por la imposibilidadtécnica de aprovecharlo, por la incidencia de diferentes causas (geológicas,económicas, sociales, ecológicas, etc.). Así definido constituye el índice queevalúa la magnitud hipotética de la potencia hidráulica de la cuenca en análisis.Dado que la magnitud del P.H.T.B. de una subcuenca depende de losdesniveles naturales existentes y de los caudales circulantes en el tramoanalizado, en su cálculo intervendrán las superficies de aportes de las cuencas,las escorrentías específicas y los mencionados desniveles.La potencia continua desarrollada en una cuenca aguas arriba de una dadasección de control, seria el resultado de integrar los productos de caudal ydesnivel que aportan las subáreas en que se divida la subcuenca y luegoagregar todas las subcuencas que aportan sobre dicha sección de control.En el gráfico siguiente se muestra el proceso de integración de la potenciahidráulica bruta y de la energía media anual bruta desarrollada durante las8.760 horas del año.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 17 de 81
    • El valor de “Qij” se obtiene como producto del caudal especifico que se hayapreviamente calculado o estimado, multiplicado por las fracciones de superficiede aporte hasta el punto de control de la subcuenca o tramo analizado.El dato de caudal que se utiliza para este indicador es el que corresponde alvalor medio anual de la serie, es decir aquel cuya probabilidad de permanenciaes del 50% del tiempo.A los efectos de ordenar el cálculo del P.H.T.B. de una cuenca, puedeentonces seguirse la siguiente secuencia: Fraccionar la cuenca en subcuencas, de acuerdo con la configuración de cursos tributarios, secundarios, terciarios, etc. Numerar subcuencas con nomenclatura relativa a la cuenca en estudio. Calcular las áreas de las subcuencas determinadas. Mediante cálculos o estimaciones, adoptar el caudal específico para cada subcuenca. Para cada subcuenca, sumar todos los caudales que pasaran por la sección de control de la misma. Calcular la diferencia de niveles entre la parte más alta y más baja del tramo del curso principal de cada subcuenca en estudio. Por ampliación de la formula (I), calcular la potencia continua para cada tramo o subcuenca.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 18 de 81
    • Proceder a efectuar el cálculo acumulativo de cada subcuenca avanzado desde nacientes hasta el final de la misma, determinando de esta forma el P.H.T.B. del total de la cuenca. Mediante la fórmula (II), calcular la Energía Teórica Anual a Potencia Continua para cada tramo, y por acumulación total de la cuenca partiendo de nacientes hasta el final de la misma.3.4. Densidad del P.H.T.B.El P.H.T.B. nos da un valor muy agregado que no permite una claravisualización de la calidad de la cuenca a los fines de su explotaciónenergética.Por el contrario cuando referimos este potencial a la superficie de cuenca o a lalongitud del cauce asociadas al mismo, tenemos una idea de la forma en quese concentra en un área o en un tramo del arroyo.De tal forma los indicadores específicos como la densidad superficial delP.H.T.B. (kW/km2 de cuenca) y la densidad lineal del P.H.T.B. (kw/km de río)nos permiten una mejor apreciación de la oportunidad o probabilidad deencontrar emplazamientos aptos para hidrogeneración.Es decir que para dos cuencas con igual P.H.T.B. (ejemplo: con 500 MW depotencial bruto) aquella que tiene menos superficie tendrá mayor densidad depotencial (ejemplo: con 1000 km2 tiene 500 kW/km2) y la de mayor superficietendrá menor densidad de potencial (ejemplo: con 10000 km2 tiene 50kW/km2). Siguiendo el ejemplo, será entonces más probable encontraremplazamientos técnica y económicamente viables donde dispongamos de 500kW/km2 que donde solo contemos con 50 kW/km2.3.5. Potencial Hidroeléctrico Técnico Aprovechable (P.H.T.A.)Como el P.H.T.B. representa una cifra independiente de la tecnología a utilizar,de los rendimientos a obtener, de la presencia de las obras o proyectospreexistentes, de las complicaciones geológicas o topográficas de losdiferentes tramos, de las posibilidades de regulación mediante embalses, etc.,y además supone implícitamente que todo el caudal disponible se destina a laproducción de energía hidroeléctrica, resulta mucho más interesante, con vistasa planificar el equipamiento eléctrico de una determinada región, analizar eldenominado Potencial Hidroeléctrico Técnico Aprovechable (P.H.T.A.).El P.H.T.A. que, por definición, resulta el que realmente pudiera ponerse enservicio con factibilidad técnica, aunque una cierta porción de él pueda no sereconómicamente interesante o conveniente, al momento de su evaluaciónparticular.Usualmente no se dispone de la información o de la experiencia propianecesaria como para definir el P.H.T.A. por lo que suele recurrirse comoprimera aproximación a metodologías desarrolladas para cuencas que hanagotado prácticamente su capacidad hidrogeneradora, y que permiten obtenerDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 19 de 81
    • índices que relacionan la densidad del P.H.T.B. con un rango de porcentajesdel P.H.T.A.El P.H.T.A. como porcentaje del P.H.T.B. puede obtenerse por ejemplo de latabla adjunta dada por la Comisión Económica para Europa de las NacionesUnidas, con información de potenciales técnicos mínimos y máximos respectode la densidad específica del Potencial Bruto para las cuencas europeas. Densidad del P.H.T.B. P.H.T.A. (KW/km2) como porcentaje del P.H.T.B. 10 00-25 50 00-30 100 05-35 150 10-40 200 15-45 250 20-50 300 25-55 350 30-603.6. Potencial Hidroeléctrico Técnico Aprovechable a escala de microgeneración (P.H.T.A.m.)El P.H.T.A. se calcula tomando en consideración las tecnologíasconvencionales aplicadas a grandes, medianos y pequeños aprovechamientosenergéticos y prescinde de cualquier clasificación de los mismos en función desu magnitud.De acuerdo con el objeto del tema que estamos tratando, definimos alPotencial Técnico Aprovechable a Escala de Microgeneración como la fraccióndel P.H.T.B. susceptible de ser aprovechada mediante la implementación demicrocentrales, es decir, de aquellos emprendimientos de potencia inferior a300 kW.Al igual que con el P.H.T.A., el cálculo del P.H.T.A.m. permite cuantificar elpotencial técnicamente factible de ser utilizado, aunque prescindiendo deconsideraciones económicas o de cualquier otra índole que determinen laconveniencia o viabilidad de construir microcentrales hidroeléctricas en lascuencas en estudio.El P.H.T.A.m. se ha concebido como aquel susceptible de ser aprovechadomediante la instalación de microturbinas.Los lineamientos del cálculo del P.H.T.B., se aplican al calculo del P.H.T.A.m.,a cuyos efectos se determinan porcentajes del mismo, en función deparámetros característicos que califiquen la aptitud energética del tramo osubcuenca con vistas a su aprovechamiento energético mediantemicroturbinas.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 20 de 81
    • Cuando la experiencia lo aconseje o relevamientos de campo lo fundamenten,los valores del P.H.T.A.m., podrán afectarse mediante coeficientes decorrección o aproximación. Dichos coeficientes dependerán de parámetros oíndices hidrogeomorfométricos de las cuencas o subcuencas en estudio(densidad de drenajes, área específica de máximas pendientes, etc.).Con lo expuesto el P.H.T.A.m. podrá calcularse mediante una expresión de laforma:P.H.T.A.m. = “P” x (P.H.T.B.) (III)En la que “P” es un porcentaje obtenido mediante estudios básicos de campo yde gabinete, en función de la densidad del potencial bruto (en kW/km2).Para obtener la tabulación de los porcentajes “P” en función de la Densidad dePotencial Bruto, la propuesta consiste en analizar subcuencas que se juzguenrepresentativa de la región en estudio y efectuar un programa de relevamientode campaña lo más exhaustivo posible, con visitas de campo a los sitios deemplazamiento potencial, previamente seleccionados mediante apoyocartográfico y aerofotogramétrico en el caso de disponerse.Del análisis puntual de cada emplazamiento relevado, podrá obtenerse porcómputo el Potencial real a ser aprovechado en la subcuenca, el que podráluego relacionarse con el P.H.T.B. correspondiente de dicha subcuenca.Cuando se juzgue que los valores obtenidos son transferibles o extrapolablespodrá iniciarse la evaluación del P.H.T.A.m. para otras cuencas o subcuencaspor simple asignación de los valores tabulados, en función de la Densidad dePotencial Bruto.3.7. Métodos Para Evaluar el Potencial de un Emplazamiento3.7.1. Selección de las Cuencas de InterésEn primer lugar debemos considerar que el recurso hídrico es aprovechable enun entorno del sitio de su emplazamiento. Es decir que la distribución espacialde la demanda eléctrica, es un dato relevante para predeterminar las áreas queresulten de interés hidráulico.De tal forma, las áreas que, por sus indicadores de calidad de cuenca, resultanaptas para su aprovechamiento hidroenergético deben coincidir con las áreasdonde se localiza la demanda que debe ser abastecida.3.7.2. Preselección de Emplazamientos en GabineteUna vez predeterminadas las áreas de interés, con bases en la informacióncartográfica disponible, deben localizarse emplazamientos en cada río o arroyo,donde se observen puntos de interés, a partir del apilamiento de líneas denivel que indiquen rápidos o saltos de agua en el curso.Fijando secciones de control en esos puntos, pueden calcularse caudalesmedios midiendo en cartografía las áreas de cuenca de aporte aguas arriba deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 21 de 81
    • la sección de control. Con los datos de caudal y desnivel localizado en cadaemplazamiento seleccionado, puede hacerse una primera estimación de lapotencia continua disponible en los mismos.Sobre la base de este análisis se realiza una preselección de losemplazamientos que resultan de mayor interés para resolver el abastecimientode la demanda localizada en el área.3.7.3. Verificación y ajuste con estudios de campos.Los emplazamientos preseleccionados en gabinete deben ser luegoidentificados y evaluados en campo. Si no se encuentran restricciones deimportancia que imposibiliten la utilización de dicho emplazamiento (situacionesgeológicas, ambientales, afectación de actividades socio económicas, etc.) seprocede a realizar mediciones detalladas de caudal y desnivel, conforme a lossiguientes procedimientos.3.7.3.1. Para evaluar el desnivel aprovechablePara medir el desnivel aprovechable deben evaluarse, en campo, la ubicaciónde la cámara de carga y de la sala de máquinas.Como veremos en el capítulo 4, la cámara de carga puede estar junto a la tomade agua, sobre el arroyo o bien en un punto alejado conectado a la toma deagua mediante un ducto cerrado o un canal abierto a nivel (en ambos casos sinpresión).La medición de desnivel se realizará desde el punto seleccionado para instalarla cámara de carga hasta el punto seleccionado para instalar la sala demáquinas, donde el agua será turbinada y devuelta a su curso natural.Para medir el desnivel que puede lograrse dentro de longitudes aceptables delas obras de conducción (canales y tuberías), se utilizará una manguera tiponivel de albañil (25-35 metros de longitud), llena de agua, con un manómetrode rango apropiado para un máximo de 30 metros de columna de agua,conectado a su extremo.Desde el nivel de cámara de carga hasta el nivel de sala de máquina, sefraccionará la medición, colocando puntos intermedios de control en la formaque mejor se adapte a la topografía del terreno y a la longitud de la manguerautilizada.Las medidas de desnivel deben realizarse apoyando el manómetro en el sueloy con el nivel de agua en el extremo superior controlado con una reglacolocada en la vertical del punto.3.7.3.2. Determinación del caudalMétodo de la botella:Consiste en calcular el tiempo que tarda una porción de arroyo de 10 metros delargo en pasar por una sección de control.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 22 de 81
    • Ubicar la sección de control aguas arriba del punto de toma seleccionado, enun lugar preferentemente poco sinuoso, medir su ancho (L) en metros, de orillaa orilla, tendiendo un hilo sujetado con una estaca en cada margen.Dividir L en diez partes iguales a lo largo del hilo y en cada una medir con unavara la profundidad (xi), en metros, del arroyo. La profundidad media del arroyoen la sección de control será:Xm = (X1+ X2+ X3+ X4+ X5+ X6+ X7+ X8+ X9+ X10) / 10A diez metros aguas arriba de la sección de control, coloque otro hilo paraleloal primero, luego prepare una botella vacía bien tapada y déjela flotar en elcentro del arroyo desde varios metros aguas arriba del segundo hilo. Controleel tiempo T en segundos que tarda la botella en recorrer los 10 metros queseparan ambos hilos. Repita las medidas y utilice el promedio de lasmediciones.El área A en metros cuadrados de la sección de control será:A = Xm (profundidad en metros) x L (ancho en metros).En el tiempo (T) habrá pasado por la sección de control un volumen de aguaigual a:V(m3) = 10xA.El caudal que circula en la sección de control, al momento de la medición será:Q (litros/seg) = V (m3) x 1000 (litros/m3) / T(seg)Método del Tambor:Es un método apropiado para emplazamientos que cuentan con saltoscompactos.Consiste en transportar hasta el salto un tambor vacío de combustible de 200litros y sostenerlo bajo la caída de agua, midiendo el tiempo T en segundos quetarda en llenarse. La medición debe repetirse varias veces y adoptar elpromedio.Luego debe estimarse a vista la cantidad de tambores (N) que podríancolocarse juntos bajo el salto para llenarse simultáneamente. (No sea optimistacon esta apreciación, trate de estimar en menos antes que en mas el valor deN).El caudal medio resultará de realizar el siguiente cálculo:Q (litros/seg) = (200xN)/TUna vez realizadas las mediciones por cualquiera de los métodos disponible,sobre la base de consultas con los pobladores vecinos al arroyo, se deberádeterminar la frecuencia de ocurrencia del caudal medido en el total del año,Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 23 de 81
    • así como su valor relativo respecto de los momentos en que el arroyo trae loscaudales máximos y mínimos.3.7.3.3. La curva de duración de caudalLa curva de duración de caudales nos indica el comportamiento de loscaudales a lo largo de un período anual y una serie de curvas anuales, nospermite visualizar el comportamiento de los caudales en años particularescomo ricos, secos o extrasecos.En la figura se muestra un curva típica que nos indica la probabilidad de quedurante un % de tiempo del año los caudales excedan los indicados en lacurva.Estas curvas pueden construirse cuando existen registros (aforos) durantelargos períodos de tiempo. También puede construirse para cuencas noDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 24 de 81
    • aforadas, cuando existen registros en otras cuencas dentro de un área generalde características ambientales homogéneas mediante correlación de caudales.Este método de determinación de la curva de duración de caudales porcorrelación, requiere realizar mediciones (10 días como mínimo) distribuidasdurante un ciclo anual, con mayor densidad de medidas en la estación seca, ycompararlos con los registros, de los mismos días en la cuenca aforada.Con una curva ajustada de correlación entre los caudales circulantes en lacuenca aforada y los que circulan en la cuenca sin aforo, se puede construir lacurva de duración de caudales de la cuenca en estudio a partir de los datos dela cuenca aforada.Cuando no se dispone de información estadística de cuencas aforadas, lomejor es recurrir a la memoria del poblador local. En este caso debe buscarseinformación sobre el comportamiento del arroyo en las estaciones secas y enlas más ricas.Ambos datos son necesarios, ya que el proyecto de una MCH requiere un buenconocimiento del caudal mínimo que dispondrá (para evaluar la potenciamínima firme) y del caudal máximo que deberá evacuarse (seguridad de lasobras sobre el arroyo).Para ello debe consultarse a los pobladores locales sobre los niveles quealcanza el arroyo en el lugar donde se mide el caudal, tanto en las máximascrecidas como las mayores sequías que recuerden.La medición realizada en el emplazamiento elegido, complementada con lainformación suministrada por los pobladores locales y los registros de lluvias dela zona permitirán estimar valores para los caudales mínimo, máximo y medioen el sitio del emplazamiento.3.8. Ajuste de la Oferta-Demanda. Caudal y Altura de Diseño.Durante la fase de planificación se asignará a los emplazamientosseleccionados, la demanda que debe ser satisfecha por cada uno de ellos.La oferta de potencia y energía a suministrar por la MCH debe ajustarse adicha demanda.El caudal de diseño (o de instalación) que se requiera, se determinaráconsiderando los rendimientos de transporte del agua y de su conversión deenergía hidráulica a energía eléctrica.Un valor conservativo del rendimiento para establecer el caudal de instalaciónes 50%. Por lo tanto resulta queQi (m3/seg) = P (kw) (potencia máxima demandada) 5 x Hu (m) (altura útil de diseño)Si el valor de Qi así calculado se ubica por debajo de los caudales mínimos(estación seca) del arroyo, se acepta como valor del proyecto.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 25 de 81
    • Si Qi se ubica en la franja de excedencia del 80% al 100% del tiempo, deberáanalizarse si puede mejorarse la altura de diseño reduciendo de ese modo el Qinecesario o si se aceptará brindar un servicio con restricciones en la estaciónseca o bien complementar el servicio con otras fuentes / tecnología.En el caso que el Qi requerido sea mayor del que se dispone en el arroyodurante el 80% del tiempo, el servicio será con restricción o con respaldo deotras fuentes.Se entiende que las restricciones pueden resolverse limitando los usos de laelectricidad o sin limitar los usos pero con horarios del servicio reducidos a ladisponibilidad del agua (incluyendo la que permita el almacenamiento medianteuna pequeña obra de cierre para regulación diaria).Los caudales mínimos disponibles para el proyecto pueden ser aun menoresque los de la estación seca, si razones o normas ambientales aconsejanmantener valores asegurados de escurrimiento por el cauce natural e impidenla derivación del total del agua para la producción de energía.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 26 de 81
    • Capítulo 4: Tecnología de conversión mediante MCH4.1. Compromiso costo / calidad / sustentabilidadAntes de ingresar en el estudio y selección de las tecnologías y criterios dediseño que proponemos utilizar en los proyectos, es necesario: a) definir elcompromiso entre costo y calidad del suministro eléctrico que los usuarios y lacomunidad están dispuestos a aceptar y b) considerar la relación entre laconfiabilidad y el grado de automatismo que, conforme a la organizacióninstitucional que se adopte para operar y mantener el sistema, asegure lasustentabilidad de los proyectos en el largo plazo.En relación con los costos, la solución técnica debe reducirlos al mínimocompatible con un abastecimiento continuo, dentro de los criterios desuministro adoptado por el proyecto. Estos criterios suelen referirse al tipo deservicios desde el continuo de 24 horas, a servicios interrumpibles con solo 6horas por día (servicio nocturno) y a los tiempos máximos de interrupcionesque pueden admitirse, originados por escasez del recurso hídrico, o bien porcontingencias electromecánicas o electromagnéticas.Tanto los tiempos de interrupción aceptables como las variaciones de tensión yfrecuencia permitidas en estos pequeños sistemas, son menos rigurosos quepara los sistemas eléctricos de alta concentración de demanda.Pretender estándares de calidad altos implicaría proyectos con tecnologíasofisticada, con fuerte impacto en los costos tanto de inversión como deoperación y mantenimiento.Por otra parte los requerimientos eléctricos de la comunidad receptora de estetipo de proyecto corresponden al uso de artefactos y equipos y al desarrollo deactividades que no necesitan altos estándares de calidad de servicio.El principal salto cualitativo que percibe esta comunidad, es la diferencia entrecontar y no contar con electricidad. Si su evolución socioeconómica le permiteacceder a equipamientos electrodomésticos o productivos sofisticados,seguramente contará también con ingresos suficientes para invertir en lamejora de calidad que requieran.En relación con la sustentabilidad, la localización de los proyectos en las áreasalejadas de los centros más desarrollados requiere de tecnologías sencillasque puedan atenderse localmente tanto en lo referido a operación, como areparación o reposición de componentes y partes de equipos e instalaciones.No obstante le decisión final sobre criterios de diseño técnico de los proyectosdependerá de la figura institucional que se adopte para operar y mantener lossistemas.Este punto que discutiremos más ampliamente en el último capítulo, implicaque los criterios de diseño podrán definirse según que la explotación seaaltamente descentralizada en la comunidad local (requiere tecnologías másDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 27 de 81
    • sencillas) o que se realice con formas más centralizadas en estructuras degestión técnica (admite mayor complejidad tecnológica)4.2. Descripción de los componentes tecnológicos de una MCHEn una Micro Central Hidroeléctrica se pueden distinguir cuatro partescomponentes principales.La Obra de Cierre y CaptaciónConsistente en la construcción destinada a producir el cierre paraalmacenamiento de agua, o la simple elevación del tirante para su derivaciónhasta la microcentral, o simplemente una toma para captar una parte del caudalque circula por el río o arroyo.La Obra de Conducción o de DerivaciónSon las instalaciones que deben transportar los caudales desde las Obras deCaptación hasta la turbina para su aprovechamiento energético. Pueden estarconstituidas por tuberías cerradas solas o combinadas con canales a cieloabierto.La Micro Central o Sala de MaquinasEstá constituida por el espacio y las estructuras en que se aloja elequipamiento hidroelectromecánico, y que consiste habitualmente en unapequeña habitación, que por su ubicación próxima a los arroyos requiere serplaneada para afrontar los cambios en el nivel de restitución, provocados porlas crecidas extraordinarias.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 28 de 81
    • Incluye la totalidad del equipamiento consistente en la microturbina, suregulador de velocidad, el generador, y el tablero de comandos y control.Las Obras de Distribución (Redes Eléctricas)Que permiten el transporte de la energía eléctrica hasta los usuarios y queincluyen las estaciones de transformación y las líneas de media y baja tensiónmono y trifásicas.4.3. Características particulares de la tecnología de MCHComo dijimos anteriormente la utilización de MCH como tecnología deabastecimiento dentro de un programa rural de electrificación, incorporaalgunos rasgos característicos que la diferencian de otros planes deconstrucción de obras públicas. Tales rasgos distintivos son los siguientes: Las MCH tienen dos componentes particulares, turbinas y reguladores, que no cuentan con una oferta de mercado de alta difusión y para los que es conveniente desarrollar proveedores locales que pueden en el futuro atender reparaciones y nuevos suministros. La ingeniería utilizada en estos componentes, debe ser lo suficientemente sencilla como para permitir su construcción con las máquinas, equipos e instrumentos y con los niveles de calificación de mano de obra, con que habitualmente se cuenta en regiones rurales alejadas de los centros urbanos desarrollados. Se requiere garantizar condiciones preestablecidas de calidad en las prestaciones de tales componentes y utilizar criterios de estandarización que faciliten la rápida y sencilla reposición total o parcial de los mismos. Las Obras de Captación y Conducción del agua hasta la sala de máquinas, si bien siguen lineamientos más convencionales, deben ser concebidas con criterios técnicos que, sin perder seguridad, reduzcan los costos de inversión y permitan tanto la integración de materiales locales como la participación de los futuros beneficiarios en su ejecución. Debe siempre recordarse que las Micro Centrales Hidroeléctricas no son centrales grandes y en consecuencia no deben aplicarse a ellas técnicas ni modalidades constructivas y contractuales de las grandes obras. Las Obras de Distribución, deben adecuarse a los criterios de reducción de costos con que se desarrolla el conjunto de los micro aprovechamientos, estableciendo estándares de calidad adecuados a los mismos. Para ello es necesario revisar aquellas normas técnicas que privilegian la calidad antes que el costo y que suelen utilizarse en redes rurales de regiones mas desarrolladas.4.4. Obras de captación4.4.1. Consideraciones generalesDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 29 de 81
    • La captación de agua en un río o arroyo debe considerar principios básicosasociados a la calidad del agua que se deriva a la micro central y a laseguridad de las obras que se ejecutan en el cauce natural.La calidad del agua debe asegurarse mediante la separación de piedras, ramasu otros objetos que, de ingresar a las obras de conducción, obstruirán el flujode agua y en caso de llegar hasta la turbina provocarán daños severos einterrupción del servicio.Debe también asegurarse la separación de arenas u otras partículas sólidasque por su tamaño provoquen erosión en los ductos y en la tubería, reduciendosu vida útil.La selección del lugar para ejecutar las obras de toma de agua requiereconsiderar el comportamiento de la carga de sólidos en suspensión en el flujode agua. En tramos rectos de los arroyos el flujo es uniforme y en su parte altacontiene menor cantidad de sólidos en suspensión en el flujo de agua.En los tramos curvos, en cambio, se produce un flujo en forma de espiral, queerosiona de arriba hacia abajo la margen externa de la curva y se mueve deabajo hacia arriba a la salida del codo depositando el material en suspensiónen la margen interna de la curva (ver figura). DESARROLLO DE FLUJO ESPIRAL EN EL LECHO DEL RIO Curso del río Toma de aguaSobre la base de este comportamiento del flujo de agua y de los sólidos ensuspensión, las recomendaciones para ejecutar la toma de agua son lassiguientes: Si el emplazamiento elegido se encuentra en un tramo curvo del arroyo, la toma debe ejecutarse en la salida aguas abajo del codo o curva y del lado cóncavo de la misma (margen exterior). De este modo la porción de sólidos en el agua que se deriva será menor a la media del arroyo.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 30 de 81
    • Si el emplazamiento se encuentra en un tramo recto del arroyo convine ejecutar una toma frontal y, en este caso, la proporción de sólidos en el agua que ingresa a la toma será la misma que la media del arroyo.La seguridad debe garantizarse cuando se realizan obras de cierre en el cursodel arroyo. Además de observar especificaciones de materiales y técnicasconstructivas que atiendan a la seguridad de las presas, debe prestarseespecial atención a la evacuación de crecidas y a la protección de la erosión delas márgenes del entorno de la presa.En las nacientes del arroyo o en las zonas con suelos de poca retención o congrandes pendientes, cuando hay estaciones de fuertes precipitaciones, elcaudal máximo puede ser varios centenares de veces mayor que el caudalmedio. En tales situaciones, las obras de cierre deben estar previstas parasoportarlo y evacuarlo.4.4.2. Toma de Agua sin Obra de CierreSe realizan cuando el caudal de instalación es inferior al mínimo caudal delarroyo.Son obras muy sencillas realizadas en el curso del arroyo o sobre una de susmárgenes que permiten inundar una cámara de carga a través de una reja.En la figura se muestra una toma del tipo tirolés para instalar en el lecho del río.1. Lecho del río2. Cámara de captación (de hormigón o de mampostería de piedra). El piso es inclinado hacia el tubo de salida.3. Marco metálico anclado al borde de la cámara4. Reja de planchuelas con cierre perimetral. La separación entre planchuelas es de 6 a 12 mm. La pendiente de la reja en la dirección del flujo es de 15° como mínimo.5. Tubo de descarga a la cámara de carga y desarenado4.4.3 Tomas de Agua con Obras de CierreDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 31 de 81
    • Cuando el caudal de instalación es menor que los mínimos caudales de laestación seca, es necesario realizar un cierre del arroyo. La ejecución de lascentrales con cierre del arroyo distribuye al igual que las centrales de mayorpotencia dos grandes grupos:4.4.3.1. Centrales “de pasada”Que aprovecha los caudales disponibles en las corrientes, desviándolos desdelos causes hasta la unidad generadora mediante sencillas instalaciones desobreelevación de agua para su adecuada captación.Los caudales aprovechables corresponden a los de alta permanencia anual enel cauce (75 a 95% de permanencia en la Curva de Duración de Caudales), ypor lo tanto son habitualmente inferiores al Caudal modulo o Medio en esepunto.Los coeficientes de "enpuntamiento” (relación del caudal de instalación/caudalde modulo) son inferiores a la unidad. Por esta razón, las obras de cierre, depequeña significación, deben permitir el paso de importantes caudalesexcedentes.4.4.3.2. Centrales de “Regulación”Adaptadas al concepto de regulación diaria y cuyas instalaciones sedimensionan para resolver situaciones donde la potencia a proveer requieremayores caudales que los habitualmente disponibles en el arroyo. Para estepropósito requieren la conformación de un reservorio de acumulación devolúmenes líquidos para su utilización plena en los horarios de mayorconsumo.Ello se logra a expensas de una obra de cierre de mayor importancia relativaimportancia, que debe igualmente prever las estructuras de alivio necesariaspara descargar los caudales de crecidas ordinarias y extraordinarias quesuperan la capacidad del reservorio o vaso.Para la regulación del tipo diaria se necesita calcular el volumen de masaliquida en reserva, el que a su vez determina la altura de las obras de cierre, deacuerdo con la topografía del vaso del embalse.4.4.3.3. Materialización de las Obras de Cierre (Tipos y Cuidados Constructivos)Obras de Cierre de Pantalla con Contrafuertes:Se compone de una pantalla inclinada, que oficia de cierre, ejecutada enmadera dura o con placas premoldeadas de hormigón armado,convenientemente impermeabilizadas en toda la superficie y con particularcuidado en crear estanqueidad en la juntas.La pantalla se asienta sobre contrafuertes constituidos por placas triangularesde pared delgada ejecutadas en hormigón armado, mampostería o bien porestructuras triangulares reticuladas de madera dura.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 32 de 81
    • La concepción estructural del conjunto pantalla - contrafuerte constitutivos estal que posibilita la auto estabilidad de la estructura tanto al vuelco como aldesplazamiento. De tal forma se evita utilizar el peso de la presa comoelemento estabilizante, ya que se aprovecha el peso de la cuña de agua que sedescarga sobre la plantilla.El dimensionado de la fundación debe adecuarse a la característica de lossuelos y se ejecuta en forma corrida en toda la extensión del cierre.En los extremos la inserción de las obras de cierre en las márgenes del vaso seejecuta mediante estribos macizos de hormigón.El vertedero es central y se conforma por un conjunto de vasos cuyoscontrafuertes y pantallas tiene una altura menos que en los laterales.La descarga del fondo para eliminación de sedimentos y vaciado parareparación puede hacerse realizando completamente las placas o maderas deuno de los vasos.La obra de toma se realiza como compacto independiente en el sitio que sejuzgue necesario y consta de bloque de anclaje con la salida a tubería o acanal, la compuerta de control y la reja de protección.Obras de Cierre de TerraplénEl cuerpo principal de la presa es un terraplén construido por compactación encapas de suelos locales. La compactación debe considerar las característicasde las tierras disponibles y en función de las mismas se adoptaran los mediosmecánicos y los procedimientos constructivos y de control necesarios para quela tierra compactada alcance los niveles de estanqueidad y de resistenciamecánica que requiere el proyecto.Estos cierres se ejecutan preferentemente combinados con vertederosindependientes de la presa, materializados con forma cilíndrica, aguas arribadel cierre. Estos vertederos operan como un embudo cuya cota superior estapor debajo del nivel de coronamiento de la presa. Cuando la presa de terraplénse combina con vertederos independientes, su ejecución es continua y nopresenta interfases del terraplén con otros materiales. De esta forma seincrementa la seguridad y adicionalmente puede utilizarse el coronamiento dela presa como camino vecinal (puente entre las márgenes).Si se estiman que crecidas extraordinarias pueden superar la capacidad deevacuación, una parte del coronamiento de la presa puede ejecutarse a unnivel inferior de manera que opere como vertedero fusible. Estos vertederosfusible se ejecutan sobre una de las márgenes y en caso de que elcoronamiento se use como puente, se le da forma de badén para no impedir lacirculación. Si ocurriera una crecida extraordinaria, mayor que la del diseño, losdaños de erosión se concentrarían en la zona del fusible y el proceso dereparación sería mas rápido y económico. También puede ejecutarse elvertedero de tipo frontal macizo en uno de los laterales de la presa. Estosvertederos se ejecutan en hormigón ciclópeo de fragmentos de roca o bien conDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 33 de 81
    • mampostería de piedra. La vinculación entre presa y vertedero esta constituidapor un muro de ala de gravedad que a su vez protege al terraplén de la acciónde la corriente que circula por el vertedero. Este vertedero puedecomplementarse también con un vertedero fusible sobre el terraplén constituidosobre la margen opuesta.La obra de toma como en el caso anterior, se ejecuta en forma independientede la toma. Del mismo modo se ejecutan las obras para facilitar el vaciado delembalse (descargador de fondo).Los ductos de evacuación de vertedero independiente, de la toma y deldescargador de fondo se ejecuta con tubos de hormigón que atraviesan elcuerpo del terraplén. Debe prestarse especial atención al control de lacaptación de la tierra alrededor de los tubos, ya que cualquier filtración, con eltranscurso del tiempo se convierte en un grave daño a la presa.Obras de Cierre de EnrocadoSe materializa en forma similar a la de terraplén pero utilizando fragmentos depiedra colocados por medios mecánicos. El enrocado se coloca en capas, demanera de obtener una estructura resistente. Una solución equivalente seobtiene con el uso de gaviones, que son cestas de alambre tejido rellenas conpiedras que facilitan su transporte y colocación en obra. La obra de enrocadoresuelve bien los aspectos estructurales, pero es completamente permeable.Para lograr la estanqueidad, se ejecuta una pantalla impermeable sobre eltalud aguas arriba del terraplén. Esta pantalla se realiza en hormigón y puedecompletarse con membranas que mantengan la estanqueidad aún cuandoocurran pequeños asentamientos en el cuerpo de la presa.Si el vertedero se resuelve en forma frontal, se ejecuta sobre una de lasmárgenes, en hormigón o mampostería, con un muro de ala en el mismomaterial para la transmisión con el pedraplén.Toma y descargador se resuelven en forma similar a los dos anteriores.Obras de cierre de gravedadConsiste en un muro de gravedad continuo de hormigón o mampostería, elvertedero central se forma elevando los laterales del coronamiento de gravedaddel muro, mediante sendas pantallas verticales que pueden ejecutarse enmadera, hormigón premoldeado o mampostería.La toma y el descargador de fondo están en este caso integrados en la obracivil del muro de gravedad con sus respectivas compuertas.4.5. Obras de ConducciónLas obras de conducción comienzan en la toma de agua construida sobre elarroyo o el embalse y terminan en el ingreso del agua a la sala de máquinas.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 34 de 81
    • En el caso mas general están integradas por tres componentes que son: i)canales a cielo abierto o ductos cerrados a nivel, ii) una cámara de carga y iii)la tubería de presión.La necesidad de reducir el importante efecto que este componente de lasobras, sobre los costos totales, nos sugiere considerar las siguientescuestiones: Estudiar cuidadosamente la localización del cierre y de la sala de maquinas, de modo de alcanzar la máxima altura neta con el menor costo. Tal solución puede lograrse trazando canales a cielo abierto por líneas de nivel, que son de bajo costo para ubicar una cámara de carga y la tubería de presión y los lugares de fuerte pendiente, reduciendo su longitud y en consecuencia su fuente de incidencia en los costos. Realizar el estudio técnico económico previo de los distintos tipos de tuberías disponible en el mercado local (acero, Fibrocemento, PVC, Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio, etc.) con el objeto de preseleccionar el de mayor conveniencia para la región.4.5.1. CanalesLos canales a cielo abierto constituyen una solución muy ventajosa para reducircostos de tubería. No obstante deben estar adecuadamente diseñados paraevitar mayores costos de mantenimiento.El diseño del canal debe resolver un correcto escurrimiento del agua sin perderinnecesariamente altura útil en el proyecto. Para ello se recomienda ejecutar elcanal con una pendiente de 1/1000. Los canales se construyen con seccióntrapezoidal. La solución que optimiza costos, es decir que implica mínimoperímetro para igual caudal (o sección de flujo de agua) es aquella en que labase y las paredes laterales a 45° son tangentes a una circunferencia cuyodiámetro se ubica en la cota superior del agua del canal.Desde el punto de vista constructivo si los suelos son permeables es necesariodarles estanqueidad.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 35 de 81
    • Ejecutada la excavación del canal, el método convencional deimpermeabilizado es el recubrimiento de concreto. Si este recubrimiento seejecuta con encofrado tradicional, el espesor necesario para el escurrimiento ycompactación del hormigón alcanza a 4”.Sin embargo la experiencia reciente en obras ejecutadas en Perú indican laconveniencia de utilizar el método de los bastidores. Estos bastidores secolocan primero cada 10 m. en tramos rectos (guías) y cada 5 m. en los curvos,cuidando ajustar su nivel, escuadra, alineación y aplomado. Una vez fijados losbastidores guía se colocan bastidores intermedios manteniendo la alineación,el nivel ajustado a la pendiente del canal, la escuadra con el eje del canal y elplomo. Una vez presentados los bastidores se coloca en los costados una capade cemento de 2” de espesor (igual al marco del bastidor) que se alisamediante reglas apoyadas entre los bastidores (2,5 m de separación).Terminados los lados se ejecuta el piso del canal, los bastidores se retirandespués de 24 horas y en su lugar se ejecutan las juntas de expansión.El curado se realiza manteniendo el canal inundado durante por lo menos 10días.Esta solución reduce en un 50% el costo de materiales y 30% en el costo demano de obra.En zonas con derrumbes o gran intrusión de ramas y hojas deben ejecutarseprotecciones especiales con maderas o losas premoldeadas que tapen elcanal. Del mismo modo deben preverse pasos para animales por sobre elcanal. También pueden ejecutarse pantallas deflectoras hacia el vertedero dela cámara de carga, para desviar el materia en flotación que pueda llegar a lamisma por el canal.4.5.2. Cámara de cargaEs necesario para aquietar el agua y permitir la decantación de arenas ypartículas sólidas.La cámara de carga debe tener dimensiones adecuadas, para cumplir estafunción y estará constituida en hormigón o mampostería de piedra.Tiene básicamente cuatro vías de movimiento de fluido. La primera es laacometida por donde ingresa el canal o ducto que trae el agua desde la toma.La segunda es un vertedero o tubo para eliminar los excedentes de caudal queno serán turbinados. La tercera es un descargador de fondo que permitirá elvaciado y limpieza de partículas sedimentadas. La cuarta es la alimentaciónmediante malla de filtrado o rejas a la tubería de presión que conduce el agua ala turbina.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 36 de 81
    • 4.5.3. Tuberías de presiónDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 37 de 81
    • La selección de la tubería más conveniente requiere como primer pasodeterminar el diámetro de la misma y la presión de trabajo que deberá soportar.Estos parámetros y las condiciones de suministro local de materiales y tubosprefabricados y sus costos determinarán la solución más conveniente. Parauna misma potencia instalada, las combinaciones caudal / altura delaprovechamiento indican si se requiere mayor diámetro (Q) y menor presión detrabajo (H) o viceversa.Conocido el caudal de instalación la sección de tubería dependerá de lavelocidad máxima admisible para el agua que circula en su interior.Esta velocidad máxima a su vez depende de la pérdida de altura que puedaadmitir el proyecto.Es deseable seleccionar velocidades que no introduzcan pérdidas mayores al2% o 3%. No obstante si el recurso hídrico es abundante se debe encontrar lasolución que minimice costos, atendiendo a los diámetros comerciales deplaza, aunque las perdidas sean mayores (5%-10%).Para un caudal de instalación determinado la velocidad que corresponde a unnivel de pérdidas prefijado depende a su vez del material (rugosidad) y deldiámetro de la tubería.Para un análisis mas detallado del proceso de selección se recomienda verHydraulics Engeneering Manual.A modo de ejemplo se muestra una tabla de relación entre velocidad y diámetropara un tubo de polietileno de alta densidad. Tubos de Polietileno (presión nominal 10at.) Diámetro exterior Diámetro interior Velocidad del agua Caudal Q Potencia para altura Neta 100m [mm] [mm] [m/s] [lt/s] [kW] 32 26.2 0.6 0.3 0.2 40 32.6 0.7 0.6 0.4 50 40.8 0.8 1.0 0.7 63 51.4 0.9 1.8 1.3 75 61.4 1.0 3.0 2.1 90 73.6 1.2 5.1 3.6 110 90.0 1.4 8.9 6.2 125 102.2 1.5 12.3 8.6 140 114.6 1.6 16.5 12 160 130.8 1.8 24 17 180 147.2 2.0 34 24 200 163.6 2.1 44 31 225 184.0 2.3 61 43 250 204.6 2.4 79 55Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 38 de 81
    • El uso de tuberías plásticas se recomienda cuando los diámetros son inferioresa 300 mm. Requieren protección a la acción de la radiación ultravioleta.Las tuberías de plástico se adaptaran muy bien a las variaciones del terreno, secolocan enterradas o apoyadas directamente sobre la superficie y cubiertas contierra.La tuberías de acero permiten manejar un rango muy amplio de solucionesestructurales. En general se construyen localmente utilizando chapas, unidascon soldadura helicoidal. En el trazado de este tipo de tubería deben evitarsecurvas y codos que obliguen a incrementar los bloques de apoyo y la juntas dedilatación. Los bloques de apoyo y anclaje deben ejecutarse con separacionesacorde a la topografía del terreno y el análisis estructural del tubo.El diseño de la tuberías de presión debe considerar eventuales sobrepresionespor golpe de ariete.Estas sobrepresiones se originan por el cambio brusco de energía cinética apotencial que se produce cuando se cierra bruscamente la circulación de aguade la tubería (cierre intempestivo del regulador de caudal de la tubería). Estasituación genera una onda de presión que viaja aguas arriba a la velocidad delsonido y que puede, en situaciones extremas, ser varias veces superior a lapresión de diseño.En el caso de las microturbinas, los dispositivos de control que evitan loscierres instantáneos mantienen la sobrepresión en valores que no superan el50% o 100% de la presión del diseño. La onda de sobrepresión es disipadamediante chimeneas de equilibrio o en la misma cámara de carga.4.6. La MicrocentralEsta constituida por un sala de dimensiones reducidas, construida enmampostería, en donde se aloja el equipamiento que realiza las conversionesde energía hidráulica a mecánica y de mecánica a eléctrica.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 39 de 81
    • El producto “energía eléctrica” resultante del proceso de conversión, tienerequisitos de calidad técnica que deben ser satisfechos. Tales requisitos seexpresan en valores de tensión y de frecuencia que deben ser mantenidosdentro de un rango de tolerancia admitido.Es además conocido que este producto (energía eléctrica) debe entregarse enforma instantánea al usuario o consumidor y que este varía su demanda casien forma permanente a lo largo del tiempo.Por su parte la energía hidráulica que ingresa por la tubería de presión a la salade maquina, lo hace en forma de energía cinética del agua y las cantidades deenergía puestas en juego (oferta hidráulica) dependen del caudal y de la alturade la carga.Esta energía cinética del agua se convierte en energía mecánica en el eje deuna turbina. La energía mecánica es transferida a un generador eléctrico que,para mantener las condiciones de calidad exigidos al producto eléctrico, deberotar a velocidad constante.Para producir esta transferencia de energía es necesario entonces, además dela turbina y el generador, agregar dispositivos de conversión de velocidad derotación entre el eje de la turbina y el del generador, y un sistema de regulaciónpara adaptar la potencia hidráulica que se entrega con la potencia eléctrica quese demanda.El equipamiento electromecánico constituido por turbina, generador, conversorde velocidad y sistema de regulación, se complementa con la instalacióneléctrica de salida de la sala de máquina y un tablero de control con registrosde tensión, frecuencia y energía suministrada a la red.La disposición del equipamiento puede hacerse en una sola planta o en dosplantas.En este segundo caso, se trata de instalaciones donde la sala de máquinas (yel tipo de turbina utilizada) admite quedar expuesta a inundaciones durante lasmáximas crecidas, en este caso el equipamiento eléctrico se instala en laplanta alta y la turbina (para aprovechar el máximo desnivel) queda en la plantabaja.Si bien la obra civil de cierre de la sala de máquinas es muy sencilla, debeprestarse adecuada atención al pozo de descarga del agua turbinada y aldimensionamiento y ejecución de las fundaciones que aseguran la estabilidadde la sala durante las máximas crecidas.4.6.1. Conversión HidromecánicaLa masa de agua que es conducida desde la altura de carga de la central,transfiere su energía cinética a energía mecánica de rotación en la turbina.Desde la rueda hidráulica, utilizada por los romanos y los griegos para molertrigo en la antigüedad, hasta hoy, diversas máquinas han sido desarrolladaspara aprovechar la energía del agua.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 40 de 81
    • Sin embargo, el gran impulso de la innovación tecnológica en este campo seproduce con el desarrollo de las turbinas asociado al crecimiento de lademanda de electricidad del siglo XX.Existe una variedad de diseños de turbinas cuya distinción principal es la formaen que se adaptan a la condición del caudal y altura disponibles en elaprovechamiento y al rendimiento o eficiencia con que realizan la conversiónenergética.El concepto de adaptación de las diferentes máquinas a las condiciones decaudal - altura esta asociado a la velocidad de rotación que consiguen alcanzarpara su mejor rendimiento bajo una dada combinación caudal – altura y altamaño y costo de máquinas con que resuelven la transferencia de potenciapuesta en juego en forma eficiente.En el campo de potencias de máquinas utilizadas desde las pequeñas hastalas grandes centrales (0,3 MW a 300 MW por máquina) las tecnologías másutilizadas son las Pelton, Francis y Kaplan.Las turbinas Pelton operan en la franja de bajos caudales y grandes caídas. Enel otro extremo con grandes caudales y pequeñas caídas operan las turbinastipo Kaplan. En tanto que en una amplia gama de combinaciones intermediasen caudal - altura de caída, operan las turbinas Francis.A medida que aumenta el módulo de potencia de las máquinas, la sofisticacióntecnológica tanto en diseño como en fabricación es creciente. Esta inversióntecnológica está orientada a conseguir los máximos rendimientos de lasmáquinas tanto a plena carga como a cargas parciales, así como a garantizarla máxima disponibilidad de las mismas durante su vida útil. Un sencilloejemplo explica las razones de esta tendencia: La central de Yacyretá estaequipada con turbinas Kaplan de 150 MW de potencia, cada 1% de rendimientode esta turbina implica 1,5 MW x 8760 hrs. = 13.140 MWh/año por máquinaque vendidos a 25 $/MWh y por las 20 turbinas, resulta en un total de6.570.000 $/año.Pero la lógica de decisión tecnológica aplicada a las centrales de mayor porte,no debe trasladarse al ámbito de las MCH.Las turbinas para MCH, deben mantenerse dentro de rendimientos adecuados,pero mientras las turbinas de grandes centrales operan con rendimientos delorden del 95%, las que equipan MCH’s lo hacen con rendimientos entre 75 al80%. Esto obedece a dos causas principales: i) el diseño y los métodos defabricación para las turbinas de MCH debe adaptarse a la tecnoestructura de laregión donde los proyectos se implantan, y ii) los costos incrementales demejoras crecientes de la tecnología, no pueden ser absorbidos por losbeneficios incrementales, en proyecto de pequeña escala y bajo nivel dedifusión (no cuentan ni con economías de escala ni con economías de serie).En el campo de las potencias de las máquinas de las micro y mini centrales (1a 300 kW), las tecnologías mas difundidas son las turbinas Pelton, Michell -Banki y Hélice.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 41 de 81
    • Al igual que para grandes centrales, pero construidas con tecnologías massencillas, las turbinas Pelton cubren el rango de grandes alturas de caída (50 a500 metros).En el otro extremo las turbinas tipo hélice, resuelven bien el aprovechamientode pequeños desniveles (menos de 10 metros de caída).Cubriendo una amplia combinación de valores de caudal – altura de losaprovechamiento se ubica la turbina Michell – Banki que reúne además otrasventajas comparativas, tales como rendimiento más alto tanto a cargasparciales como a plena carga, mayor sencillez constructiva y menor costo porunidad de potencia instalada. Estas turbinas permiten aprovechar saltos entre 3y 80 metros de desnivel en forma muy competitiva frente a las otrastecnologías.4.6.1.1. La Turbina PeltonEsta turbina constituye la expresión actual de la rueda hidráulica, donde laspalas han sido reemplazadas por cucharas que reciben el impacto de un chorrode agua de alta velocidad que se proyecta desde un inyector.En estas turbinas, de chorro libre, la conversión de la energía cinética amecánica, se realiza a presión atmosférica y solo se modifica el vector develocidad del agua. Es una turbina de “impulso” donde la variación de cantidadde movimiento del agua en las cucharas provoca el impulso de rotación (parmotor o torque) de la rueda. Todo el proceso de conversión se realiza a presiónatmosférica.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 42 de 81
    • Los componentes tecnológicos de las turbinas son básicamente cinco: i)Inyector, ii) Deflector, iii) Cucharas, iv) Rotor y v) Carcaza.El inyector y la forma en que proyecta el chorro sobre las cucharas puede verseen la siguiente figura. Boquilla Vástago CucharaEl inyector es un tubo de pequeño diámetro que recibe el agua de la tubería depresión. Dentro del tubo se dispone un vástago móvil que, operadoexternamente, regula el caudal que se inyecta mediante una aguja en suextremo y una boquilla en el extremo del tubo que lo contiene. La operación delinyector es generalmente, automática, comandada por el sistema de regulaciónde la MCH.El diseño del conjunto aguja – boquilla se ejecuta atendiendo a minimizar lasperdidas, lo que implica acelerar el chorro en el menor recorrido posible. Estetramo donde se produce el estrangulamiento entre aguja y boquilla debe estarlibre de imperfecciones superficiales para no introducir perturbaciones en elflujo del agua.El deflector es un dispositivo sencillo manejado por el sistema de regulación dela máquina que deriva el chorro en forma parcial o total para reducir o suprimirel impacto sobre las cucharas ya sea con fines de regulación ante variacionesimportantes de la carga o de parada de la máquina ante salida intempestiva dela carga.En ambos casos los deflectores actúan en forma rápida, permitiendo que luegoel caudal se ajuste por el sistema de boquilla – aguja evitando producir efectosde golpe de ariete en la tubería de presión.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 43 de 81
    • La cuchara tiene una geometría doble y simétrica de manera que el chorroincide en el eje de simetría y se separa en dos partes iguales descargando elagua por los laterales, entre el rotor y la carcaza hacia la boca de descarga.Las dimensiones de la cucharas se adoptan en proporción al diámetro y deldiámetro de chorro. El número de cucharas es función de dicho diámetro derotor adoptado. La secuencia de cálculos para elegir la geometría masconveniente puede verse en Micro Pelton Turbines Capítulo 2.La fabricación de cucharas requiere del conocimiento y medios para ejecutarpiezas fundidas. Las cucharas pueden realizarse en fundición de hierro o debronce. Los moldes de fundición pueden prepararse en base a cucharasexistentes. La calidad del diseño y la terminación superficial de las cucharasson de significativa importancia para el rendimiento de la turbina. Esta es lamayor restricción de las turbinas Pelton para su incorporación en programasque requieren del soporte técnico local para su implantación y sostenimiento.Las cucharas se fijan en la periferia del disco o rotor cuyo radio se establece enfunción de le velocidad periférica que corresponde al mejor rendimiento parauna dada velocidad de chorro (generalmente la velocidad tangencial es 50% dela velocidad del chorro).La forma de fijación de las cucharas al disco del rotor es mediante bulones.El rotor tiene el diámetro mínimo que permita colocar el suficiente número decucharas para que el chorro de agua enfrente siempre una cuchara paraconvertir su energía sin perdidas que disminuyan el rendimiento. A su vezcuanto mayor es el tamaño de la cuchara (que como dijimos, es función deldiámetro del chorro) se requiere mayor perímetro del rotor para instalarlas.Cuando el caudal es grande es entonces conveniente dividirlo a través de 2 omás inyectores para reducir el diámetro del chorro y manejar ese caudal conrotores de menor tamaño del que resultaría con un único inyector.El rotor tiene un árbol central pasante que transmite la potencia fuera de lamáquina al acoplamiento con el generador en forma directa o a través delvariador de velocidad. El árbol de transmisión apoya en rodamientos instaladosen el exterior de la carcaza. En general se utilizan rodamientos de autoalineación con doble hilera de bolas. Las cajas de rodamientos debencolocarse algo separada de la carcaza y deben instalarse sellos hidráulicosadecuados entre el árbol y la carcaza.La forma y el tamaño de la carcaza debe ser tal que permita la evacuación delagua turbinada sin interferir con el rotor ni con el chorro de agua de losinyectores. Para la turbina de eje horizontal, el ancho de la carcaza debe sercomo mínimo 4 veces en ancho de las cucharas.4.6.1.2 La Turbina Banki4.6.1.2.1. Principios generalesLas Turbinas Banki son turbo máquinas hidráulicas motoras de flujo radial-transversal, admisión parcial y doble efecto. El agua que llega por la tubería deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 44 de 81
    • presión, es conducida hacia el rodete por una tobera convergente de seccióntransversal rectangular denominada inyector, la que esta provista de un órganoregulador de flujos, que permite regular el caudal según las exigencias de lademanda.En el rotor (o rodete) ocurre la conversión de la energía hidráulica en mecánica.El mismo está conformado por un conjunto de alabes axialmente rectos,soportado solidariamente al eje por medio de dos discos laterales.En turbinas en las que los caudales de operación son relativamente elevados,por lo cual la relación ancho / diámetro del rotor (sección de paso de agua) esgrande, se recurre al uso de discos intermedios a fin de asegurar la resistenciaestructural sin necesidad de utilizar espesores de álabe que perjudiquen laperformance del rodete.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 45 de 81
    • ROTOR DE TURBINA BANKI CON DISCOS INTERMEDIOS PARA RIGIDEZ A LA FLEXIÓNEl aspecto del rodete es similar al de las jaulas de ardillas y su desarrollogeométrico bidimensional con álabes axiales de radio de curvatura constante,hace posible la construcción sin necesidad de contar con tecnología altamenteespecializada.Las palas o alabes son diseñadas para transformar la energía de dos etapas.En efecto, el agua proveniente del inyector ingresa al rodete siendo desviadapor la corona de álabes, de tal manera que la variación en la cantidad demovimiento en el fluido, origina la rotación de la máquina. Atraviesa luego elespacio interno de la jaula, para salir de ella sufriendo una nueva desviación.En su diseño original la turbina Banki trabajaba como una máquina de impusopura ya que las dimensiones relativas entre el inyector y el rodete, laseparación entre alabe y el arco de admisión del mismo permitían atravesar losalabes a presión atmosférica. Los diseños actuales, en la búsqueda demáquinas mas compactas, utilizan espacios más reducidos entre inyector yrotor y ángulos de admisión mayores.Con esta configuración la máquina no es estrictamente una turbina de impulsoya que a plena apertura del inyector, en los diseños actuales, con ángulos deadmisión elevados, (arcos de admisión del rodete que corresponden casi a 1/3de la superficie del cilindro) el espacio entre alabes del rodete se llenacompletamente de agua. En esta situación el flujo no trabaja a presiónatmosférica sino con una pequeña presión positiva. De tal forma la turbinatrabaja a plena carga como una máquina de reacción positiva y a cargasparciales bajas como una turbina de impulsoDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 46 de 81
    • 4.6.1.2.2. Características OperativasLas máquinas en cuestión se adaptan perfectamente a un amplio rango desaltos y caudales, cubriendo una gran región del plano H/Q, sin variar sugeometría genérica.En las figuras adjuntas se muestran la configuración geométrica y lascaracterísticas eficiencia - gasto (relativo-porcentual) de dos diseños deturbinas Banki desarrolladas en Misiones y ensayados en laboratorio. Endichas curvas puede apreciarse el buen comportamiento energético en cargasparciales de dichas turbinas. Turbina de Alabe Regulador Turbina de Compuerta ReguladoraLa Turbina de Alabe Regulador tiene un rendimiento máximo del 70% y, paracualquier gasto superior al 25% del máximo, mantiene su eficiencia por encimadel 50%.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 47 de 81
    • La Turbina Compuerta Reguladora (curva de trazos) tiene un pico derendimiento máximo del 75% y se da para un caudal del 50% del máximo,manteniendo su rendimiento superior al 70% en carga parciales entre el 25% y80% del caudal máximo.Los diseños actuales de álabe regulador mejorados por SKAT para el programade MCH’s de Nepal (Turbina T12), alcanzan rendimientos mayores al 70% enaperturas parciales desde el 50% hasta plena carga.4.6.1.2.3. Parámetros del DiseñoLos parámetros de diseño que se utilizan para seleccionar las característicasgeométricas básicas del rodete de una turbina Banki son: el rendimiento y losnúmeros de velocidad y caudal. Para una configuración geométricadeterminada, estos parámetros deben definirse mediante ensayos en ellaboratorio de hidráulica.De tal manera, siendo Q: caudal de diseño H: altura neta del diseño De: diámetro de rotor B: ancho de rotorLa velocidad óptima de rotación del rodete viene dada por:n = n11 x H1/2 DeDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 48 de 81
    • Donde n11 = parámetro de velocidadEl caudal de diseño de la maquina queda vinculado a las principalesmagnitudes geométricas de la misma a través del parámetro de caudal, comosigue.Q = QB11 x B x De x H 1/2 Donde QB11= parámetro caudalLa potencia del eje de la máquina será función del rendimiento que se obtengacon el diseño utilizado y estará expresada por:Pe (kW) = 9.807 x η x Q (m3/s) x H (m) Donde η = rendimientoEn la bibliografía se encuentran numerosas referencias de valores que debenasignarse a los parámetros del diseño, así como al numero específico segúncaudal para turbinas Banki. Tales referencias corresponden a los diseñosestudiados por cada investigador y en consecuencia no son de aplicacióngeneral.Como referencia indicamos a continuación los valores que corresponden a losparámetros de diseño de la turbina de álabe regulador desarrollada enMisiones.n11 = 39,7QB11 = 0,917η = 0,74.6.1.2.4. Características ConstructivasComo se desprende de la descripción general de la máquina, el diseño de surodete es muy sencillo y solo la geometría del regulador de caudal adquierealgo de complejidad en el modelo de álabe. Por tal motivo, y para suconstrucción, no se requiere ni personal altamente calificado ni equipamientosofisticado pudiendo construirse y repararse en pequeños talleres metalmecánicos, del tipo de los que brindan asistencia a las colonias agrícolas.Naturalmente una construcción defectuosa ha de implicar una reducción en elrendimiento y en la confiabilidad de las máquinas. Por lo tanto se requiere quela difusión del uso de las microturbinas sea acompañada de un programa dedesarrollo de proveedores, de un sistema de garantía de calidad y de laadopción de una serie estandarizada de máquinas.La adopción de la serie estandarizada es de sencilla concreción, ya que lasmáquinas Banki operan con un flujo de características bidimensionales es decirque para un diámetro determinado (De) puede adoptarse un número limitadode anchos (B) que cubran todo el espectro de prestaciones requeridos en laregión. La adopción de esta serie es un primer paso para simplificar losproyectos, reducir los costos de fabricación y lograr un esquema operativo quefacilite el reemplazo de piezas durante la operación. En la siguiente figura semuestra la serie estandarizada adoptada en Misiones (RETAIN).Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 49 de 81
    • El sistema de garantía de calidad permite establecer reglas claras a las quedeben sujetarse los proveedores y los responsables del seguimiento de losequipos tanto durante su fabricación como durante su puesta en marcha yoperación. Tales reglas incluyen las normas de calidad para la fabricación,montaje y recepción de las máquinas, con los documentos que precisen laoportunidad de los exámenes, las técnicas utilizadas para su ejecución y losestándares de aceptación o rechazo, los que deberán ser conocidos por losproveedores.El desarrollo de proveedores considera el tipo y la calidad del equipamiento y lacalificación de los recursos humanos con que debe contar una empresa paraproducir los equipos a contratar. Implica relevar y precalificar a las empresasque por su interés y potencial de sus recursos estén en condiciones de serproveedores, tanto en la etapa de clasificación como en la de fabricación ymontaje y de las normas de control a las que deberán someterse.La turbina tipo Banki es en la actualidad la que reúne las mejorescaracterísticas de adaptación para su aplicación en MCH. No obstante lasturbinas de tipo Pelton resuelven mejor el aprovechamiento de grandesdesniveles aunque su tecnología es de mayor complejidad.4.6.1.3. La Turbina AxialSi bien la turbina Axial mas difundida es la de tipo Kaplan, nos referiremos acáa diseños menos sofisticados de maquina hidráulica cuyo flujo sigue ladirección axial del eje del rotor, pero cuya tecnología constructiva es mássencilla. Como es conocido las maquinas de tipo Kaplan, tienen diseños dealabes tridimensionales con mecanismos que permiten regular su paso enforma variable. También cuentan con un difusor que permite regular el ingresoDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 50 de 81
    • del caudal al motor. Estas condiciones de diseño permiten obtener altosrendimientos para las máquinas funcionando tanto a su potencia de diseñocomo a cargas parciales.En el caso de las MCH nos referimos a turbinas axiales de diseño mucho mássimplificado donde, como ya hemos indicado, primará el criterio de sencillez yeconomía constrictiva, antes de que el de eficiencia operativa.Por tratarse de maquinas que resuelven aprovechamiento de bajo desnivel oaltura útil, su instalación se encuentra muy próxima a la toma de agua.La máquina se instala en el interior del ducto que conduce el agua desde latoma a la descarga. Este tubo tiene una primera parte con presión positivadesde la altura de carga hasta el rotor y una segunda parte con presiónnegativa (succión) desde el rotor hasta la descarga.Las configuraciones del diseño más difundidas corresponden a tres tipos:a) la turbina axial tubular en la que el eje del rotor se continúa pasando a través del ducto de agua para accionarse en el generador que se encuentra fuera del mismo. En este modelo el ducto debe añadirse en forma acodada para permitir la salida del eje. Turbina axial tipo Tubular (Micro-Hydro Design Manual)b) La turbina axial de tipo bulbo, que incluye el generador en un bulbo selladohidráulicamente dentro del flujo de agua, evitando de este modo tanto laperforación de las paredes del ducto como su acodamiento y los espacios y lossoportes para instalar el generador en el exterior.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 51 de 81
    • Turbina axial tipo Bulbo Micro-Hydro Design Manualc) La turbina tubular que constituye una variante del tipo a) en la que elgenerador, que se instala fuera del ducto recibe fuerza motriz mediante un ejeque se encuentra en ángulo recto con el eje del rotor de la turbina. De tal formadentro del fijo de agua queda un bulto sellado con el sistema mecánico depiñón y corona y la disposición del generador alineada verticalmente con elmismo, resultando un diseño general más compacto y de menoresdimensiones. Turbina axial tipo Angulo Recto (Micro-Hydro Design Manual)En todos los casos la turbina realiza la conversión hidromecánica en un rotorque tiene entre tres a seis álabes. El agua es conducida hacia los álabes através de álabes guía inclinados que dan al flujo de agua orientación helicoidal,de modo que a la velocidad de rotación nominal del rotor el agua ingrese a losálabes en forma tangencial .El agua entrega su energía a los álabes por reducción de presión entre elingreso y la salida de los mismos. La velocidad de rotación de estas máquinas,aún con pequeñas alturas, es alta y su nivel depende del diámetro del rotor ( esdecir del caudal de diseño (diámetro del ducto). A medida que aumenta eldiámetro del rotor disminuye la velocidad de rotación, para la misma altura deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 52 de 81
    • diseño. Sin embargo para el rango de caudales asociados a pequeñaspotencias (0,5-5 kW) se obtienen velocidades que permiten el acople directo algenerador o a través de cajas multiplicadoras de baja relación de velocidades.La regulación de la máquina conviene realizarla mediante cargas balastro en elsistema eléctrico, operando con caudal constante y mantener potenciaconstante en el eje de la máquina. Si se requiere realizar regulación porvariación de caudal, esta se implementa ejecutando los álabes guías enconfiguración móvil gobernados por un dispositivo de regulación accionadodesde el exterior de la máquina. No obstante debe destacarse que estasolución presenta una importante caída de rendimiento de la máquina a cargasparciales. También, a expensas de fuertes perdidas de rendimiento a cargasparciales, el caudal debe regularse mediante válvulas en el ducto dealimentación a la turbina.Por ser máquinas de alta velocidad de rotación son muy sensibles a los efectosdel embalamiento provocado por la pérdida de carga. Para evitar esta situaciónse operan válvulas de cierre del ingreso del agua a la turbina que actúan enforma automática.Las altas velocidades de rotación sumadas a la presencia de presionesnegativas a la salida del rodete (succión) pueden originar cavitación, si no seatiende a una correcta selección de los parámetros de diseño y a la reducciónde la altura de succión al mínimo compatible con el emplazamiento de lamáquina.En el aspecto constructivo, para facilitar la fabricación local y la reducción decostos se efectúan los álabes en chapa de acero.No obstante la mayor complejidad de diseño y los bajos rendimientos a cargasparciales, son un fuerte contrapeso de la principal ventaja de estas máquinasque es su buen comportamiento de la velocidad para bajas alturas de carga.Por tal razón las turbinas Banki, aunque más lentas son preferidas para MCH’sde baja caída.4.6.2. Acoplamiento y Multiplicación de la VelocidadLas unidades turbogeneradoras se componen de dos equipos (turbinas ygenerador) cuyas velocidades de rotación son en general diferentes.La velocidad de rotación del generador esta determinada por la frecuenciaeléctrica de la corriente altura (50Hz) y depende de la cantidad de polos delgenerador. Generadores de cuatro polos (dos pares) rotan a NG = 1500 r.p.m. ylos de seis polos (tres pares) rotan a NG = 1000 r.p.m.Por su parte la turbina tiene una velocidad de rotación NT que corresponde a lasituación de rendimiento optimo de la máquina operando en las condiciones decaudal y altura de carga de diseño.En consecuencia solo en los casos en que NT = NG se realiza un acople directoentre ambas máquinas, en general será necesario utilizar un multiplicador deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 53 de 81
    • velocidad que permita transferir la potencia en el eje de la turbina que rota a NT,al eje del generador que rota a NG. Esa relación de multiplicación será r = NG NTPara materializarla esa adaptación de velocidad entre los ejes de la turbina ydel generador se utilizan dispositivos todos conocidos y de amplia difusión en elmercado.Los multiplicadores más utilizados en MCH son los de tipo de polea concorreas planas o en V. Las correas planas tienen mejor rendimiento (98%) perorequieren mayor tensado para evitar su deslizamiento y en consecuencia haymayor esfuerzo sobre los ejes y rodamientos. Las correas en V requierenrequiere menores tensiones de montaje pero tienen un rendimiento (95 a 97%).Otras alternativas como el uso de cadenas de transmisión o cajas de engranajeson menos utilizadas ya que las primeras requieren atender su ubicación y lassegundas son más costosas. Los rendimientos de estos dispositivos son delorden del 98% y superiores. También se han realizado experiencias exitosascon el uso de bombas y motores óleo hidráulicos que resultan de mayor costopero resuelven bien situaciones donde se requiere versatilidad para ladisposición relativa del generador respecto de la turbina.Las transmisiones con las correas o cadenas deben ser adecuadamenteprotegidas para la seguridad de las personas.4.6.3. Generación de ElectricidadEl equipamiento de generación y su dimensionamiento está fuertementeasociado a las características de la demanda que debe satisfacer la MCH. Unaprimera opción deberá definir si los usuarios serán abastecidos mediante lacarga y distribución de baterías o mediante una pequeña red de distribuciónlocal. En el primer caso será más conveniente instalar una unidad degeneración de corriente continua y en el segundo caso una unidad degeneración de corriente alternativa.Solo en el improbable caso en que pueda desarrollarse un sistema dedistribución en el entorno de no más de 1 km desde la microcentral, podríautilizarse una alimentación directa en c.c. a los usuarios.El principio fundamental de la actuación de un campo magnético variableatravesando espira de material conductor, que da origen a la corriente alterna,es el que permite tanto el diseño de las máquinas generadoras como el dedispositivos de transformación de la tensión (transformadores de potencia) a laque se transmite la carga. Esta es la razón básica del desarrollo de lossistemas de corriente alternativa para el transporte y distribución deelectricidad.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 54 de 81
    • CC para el campo de excitación CC para el Salida campo de de CA excitación Generador Sincrónico Monofásico (Principio de Funcionamiento) Generador Trifásico Salida Alterna Principio de Trifásica Funcionamiento RSTNLa generación de corriente alterna puede ser monofásica o trifásica.El uso de corriente alterna trifásica comienza a ser conveniente cuando laescala de la demanda es alta y existen usos productivos que solo pueden serresueltos con motores trifásicos (potencias mayores a 5 kW). Es condiciónbásica de conveniencia que se mantenga el sistema con las cargasequilibradas en tres fases.La disposición de c.c., sea monofásica o sea trifásica dependerá entonces de laescala del requerimiento y del tipo de usos de la electricidad que seránsatisfechos. En el siguiente cuadro se muestran estas relaciones para casosbásicos generales. SISTEMA DE ESCALA DEL USOS GENERACION RENDIMIENTO Corriente Continua Menos de 5kW Iluminación y Carga de Baterías Comunicaciones Corriente Continua Menos de 5kW Iluminación Carga de Baterías ComunicacionesInversores en la Demanda Computación Conservación de alimentosDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 55 de 81
    • Corriente Alterna Menos de 5kW Iluminación Monofásica ComunicacionesRectificador para Carga de Computación Baterías Conservación de alimentosInversores en la Demanda Corriente Alterna Menos de 10kW Ídem anterior mas Monofásica pequeños motores monofásicos (domésticos o productivos)Corriente Alterna Trifásica Mas de 10kW Ídem anterior mas motores trifásicos (usos productivos)Habrá sin duda situaciones particulares que amplíen los rangos derequerimiento o los usos preferentes que se asocian con cada sistema degeneración, pero los valores indicados son los que otorgan la mejorcompetitividad y condiciones operativas a los sistemas de generacióndescriptos.4.6.3.1. Carga de BateríasLa carga de baterías puede ser la única y excluyente función de la MCH opuede integrarse como un suministro más dentro del conjunto de cargas queserán abastecidos por la MCH. En este ultimo caso el cargador de bateríapuede estar instalado en la misma MCH o en cualquier punto de la red dedistribución que esta alimenta.Si a la turbina de le acopla un generador de c.c. del tipo de los utilizados en losvehículos de transporte pueden cargarse directamente las baterías ya queestos generadores tienen un regulador de voltaje incorporado. Comodesventajas estos equipos son de baja eficiencia y requieren multiplicador develocidad ya que operan con un número de vueltas elevado (2.000 rpm).Es en general más conveniente trabajar con generación de corriente alterna en220V y los dispositivos de transformación y rectificación a c.c. con que cuentanlos equipos de carga de batería.La tensión de trabajo de cargado de baterías es algo superior a la tensión de labatería. Así para una batería de 12V el cargador opera con tensiones de 15 y16V.Los cargadores deben contar con dispositivos antidescarga (diodos) en líneacon cada batería para evitar la transferencia de energía entre baterías.A los efectos del cálculo de perdidas, puede considerarse un rendimientopromedio de del proceso de carga de batería del 75%.Aunque de mayor costo inicial que las baterías de automóviles, se recomiendael uso de las baterías que admiten descarga profunda ya que reducen lafrecuencia de recarga y tienen mayor vida útil.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 56 de 81
    • 4.6.3.2. Generación AlternaLa generación alterna y transmisión de la energía eléctrica mediante sistemasde corriente alternativa involucra la presencia conjunta de energía y potenciaactiva (que produce trabajo) y energía y potencia reactiva que circula dentro delsistema eléctrico pero que no sirve en términos de energía útil en la carga delsistema.La energía y potencia reactiva está asociada a la presencia de camposeléctricos expresados en términos del parámetro de capacidad (C) y a lapresencia de campos magnéticos expresados en términos del parámetroinductancia (L).A su vez la energía activa se aplica tanto al consumo de energía útil de losusos finales como para atender a pérdidas de joule del sistema y su presenciase expresa en términos del parámetro resistencia (R).Como ya lo mencionamos, la generación alterna se origina al obtener tensión(V) en los bornes de una bobina con rotación relativa respecto de un campomagnético. De acuerdo a la velocidad de rotación y al número de los polosmagnéticos del generador, resultara una determinada frecuencia de tensióngenerada en los bornes del generador. Esta frecuencia esta estandarizada en50 ciclos por segundo (Hz) en Argentina. De tal forma un generador deberárotar, según la cantidad de polos con que esté construido, a una velocidad fija ydeterminada, para producir energía eléctrica en la frecuencia de 50 ciclos porsegundo.Los generadores de pequeñas potencias más difundidos en MCH’s son los de4 polos que rotan a 1500 r.p.m. y los de 6 polos que rotan a 1000 r.p.m. Si lavelocidad de rotación de la turbina a rendimiento optimo no coincide con algunade las velocidades estándar de los generadores, ambas se adaptan medianteel multiplicador de velocidad (apartado 4.6.2).En cada ciclo la tensión entre fase y neutro varia con una forma de ondasinusoidal. Las tensiones se identifican por su valor eficaz, por ejemplo en bajatensión 220 V.En el caso de generadores trifásicos, donde las bobinas están físicamenteseparadas en ángulos de 120° y las ondas desplazadas unas de otras en laDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 57 de 81
    • misma magnitud. La diferencia de tensión entre fases (vector que une losextremos de dos vectores de 220V separados 120°) es en este caso de 380 V.Cuando entre el bornes del generador se conecta una carga, circulará unacorriente (I).Las características de la carga pueden ser resistiva pura, capacitiva pura,inductiva pura o una combinación de las mismas. Cuando la carga es unacombinación de resistencia y reactancia, la denominamos impedancia (Z).En la practica tanto las cargas (lámparas fluorescentes, motores, compresores,etc.) como los propios sistemas de transformación, transporte y distribución,introducen impedancias reactivas. Es decir que en el sistema se genera ytransporta una energía asociada a los campos electromagnéticos que noproduce trabajo pero que ocupa capacidad.El efecto físico de las cargas reactivas se expresa en un desfasaje entre elvector intensidad de corriente (I) y el vector de tensión (V). Para las cargasreactivas inductivas, la corriente se atrasa respecto de la tensión y para lascapacitivas se adelanta.La potencia activa (la que resulta en energía útil en los artefactos y equipos), secorresponde con el producto de la tensión por la parte de la corriente que seencuentra en fase con la misma. Es decir que:Pact .= V. I. Coseno (Φ) siendo Φ al ángulo entre los vectores V e ISin embargo en el sistema circula una corriente I y su capacidad debe estarajustada a la misma. Por ello el dimensionamiento del generador debe tomaren cuenta la potencia aparente dada por Pap. = V.I.Los generadores de serie expresan su capacidad (potencia de chapa) tanto entérminos de potencia activa (kW) como de potencia aparente (kVA) o bienindican la potencia activa considerando un cos. (Φ) que suele ser de valor 0,8.Un factor de potencia 0,8 corresponde a una mezcla de cargas resistivas purasy reactivas inductivas típicas de los sistemas que combinan usos domésticos yproductivos.Casos típicos de cargas de los sistemas rurales son las resistivas puras(lámparas incandescentes, calentadores y estufas de resistencia y sistema defrío por absorción) y las reactivas inductivas (fluorescentes, motores ycompresores con factores de potencia entre 0,5 y 0,7 y transformadores ylíneas con factores de potencia entre 0,8 y 0,9).En el caso que el sistema de cargas resulte mas reactivo inductivo que elcontemplado en el diseño del generador (0,8), será necesario instalarcompensación capacitiva de las mismas.En los sistemas trifásicos las ventajas de su mayor capacidad especifica paratransportar energía, se aprovechan siempre que se mantenga un sistema decargas equilibradas, tanto en el valor de las impedancias como en su factor deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 58 de 81
    • potencia, de modo que cada fase transporte aproximadamente la mismacorriente.En general la solución más económica es utilizar generadores de serie que losfabricantes ofrecen usualmente para los moto generadores térmicos cuando lasexigencias mecánicas (sobre velocidad o capacidad de los rodamientos) o de laregulación de la tensión lo aconsejen pueden solicitarse a los fabricantesdiseños especiales pero el costo unitario de potencia suele ser el doble delcorrespondiente a los equipos de serie.El uso de motores de inducción como los generadores (asincrónicos) presentala ventaja de los menores costos específicos de capacidad pero incorporaproblemas de regulación de la frecuencia.Cuando la MCH funciona conectada en paralelo con una red rural que tieneotros modos de alimentación de mayor potencia, las red fija la referencia defrecuencia y el generador asincrónico no necesita regularla.Esta es la aplicación mas difundida. No obstante existen reguladores yadesarrollados similares a los que se utilizan para los generadores sincrónicos ya los que nos referimos en el siguiente apartado.Tanto para los generadores sincrónicos como para los asincrónicos, cuando laregulación se realiza utilizando cargas balasto, es decir regulando por cargaconstante , deben tenerse en cuenta las exigencias adicionales de potenciareactiva, a los efectos de dimensionar adecuadamente la potencia aparente(kVA) del generador.4.6.4. La regulación de Tensión y FrecuenciaLa tensión y la frecuencia con la que se suministra energía para los usosdomésticos y productivos de la electricidad en corriente alterna, son losparámetros de la calidad del servicio.El excesivo apartamiento de los valores nominales para los que estándiseñados los artefactos y equipos que utilizan corriente alterna, producenalteraciones en la función que prestan, daños permanente y alteración oreducción de la vida útil de los mismos.Tensiones elevadas pueden dañar la aislación de los bobinados de los motoreseléctricos y sacarlos de servicio. Tensiones muy bajas provocansobrecalentamiento de los motores con la consiguiente reducción de su vidaútil.El mismo efecto de sobrecalentamiento de los motores se produce cuando hayun descenso marcado de la frecuencia, no ya por incrementos en la corrienteactiva, sino por aumento del reactivo.La lámpara fluorescente no enciende cuando las tensiones caen por debajo del15% de su valor nominal. En las lámparas incandescentes la sobretensiónreduce la vida útil y la subtensión reduce el nivel de iluminación.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 59 de 81
    • En general el equipamiento eléctrico es diseñado para funcionaradecuadamente dentro de rangos de variación de tensión y frecuenciaasociados con los efectos antes descriptos de tales variaciones.Los estándar de calidad aceptadas para pequeños sistemas eléctricos son lossiguientes: Tensión: +/- 8 a 10 % del valor nominal. Frecuencia: 50 – 53 Hz (se aceptan incrementos del 5% paro se evitan frecuencias debajo de la nominal).La causa de las variaciones de tensión y de frecuencia del sistema es lavariación de la carga que debe alimentar el generador.En los grandes sistemas de potencia de variaciones incrementales de cargason pequeñas y la corrección de los parámetros de tensión y frecuencia serealizan con un gran números de unidades de generación y con un conjuntoadicional de recursos operativos.En los pequeños sistemas con MCH’s las variaciones incrementales de cargapueden ser muy grandes. Una plancha (1.000 W) que se conecta a una red queopera en ese momento con una carga de 10 kW, provoca un incremento decarga del 10 %.Es decir que conexiones de cargas significativas tenderán a “frenar” el sistemareduciendo tensión y frecuencia y desconexiones de carga significativastenderán a “embalar” el sistema aumentando tensión y frecuencia.4.6.4.1 Sistemas y dispositivos de regulaciónExisten dos sistemas básicos para mantener los parámetros eléctricos delsistema dentro del rango admisible de calidad.El primer sistema consiste en mantener carga constante, ya sea durante todo eltiempo de operación o en escalones de carga constante durante períodoshoroestacionales. De este modo, si el generador ve una carga constante, no seproducirá variación de tensión y frecuencia. Este sistema se denomina deregulación por carga.El segundo sistema, cuando la carga que ve el generador es variable, es laturbina la que debe suministrar una potencia variable durante la operación. Lavariación de la potencia de la turbina se obtiene variando el caudal de agua queingresa al rotor, ya que la altura de carga es fija. Este sistema se denomina deregulación por caudal.La adopción de uno u otro método de regulación depende de la abundancia oescasez del recurso hídrico y la curva de carga del sistema.Si el recurso hídrico es escaso es conveniente regular por caudal, para haceroptimo el aprovechamiento del mismo.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 60 de 81
    • Si el recurso hídrico es abundante pero la curva de carga tiene comportamientovolátil y factor de carga muy bajo también resultará conveniente adoptar laregulación por caudal.Si, en cambio, con recurso hídrico abundante, puede incrementarse el factor decarga mediante usos alternativos de la electricidad o bien ordenar los usoseléctricos en escalones de la curva de carga, la regulación por carga resultarámás conveniente.Dado que los generadores de serie incluyen dispositivos que ajustan sucorriente de excitación de manera de mantener la tensión constante en formaautomática con las variaciones de carga, los medio de regulación usados en lasMCH se orienta a sensar y ajustar la frecuencia del sistema eléctrico.4.6.4.2 La Regulación por CargaComo dijimos, en este caso el generador verá una carga constante o bienescalones de carga que permitan un ajuste manual de la turbina.Para mantener la carga constante pueden incorporarse al sistema usosalternativos de la electricidad o bien dispersar los excedentes de potencia noutilizados en cargas balasto resistivas.Los usos alternativos pueden colocarse tanto en la red de alimentación deusuarios como en la misma sala de máquinas.Estos usos permiten un aprovechamiento más eficiente de la energía que lasolución de despejar calor para mantener la carga constante.Un sistema típico de carga constante, es el de alimentar solo iluminación, unservicio de 4 o 6 horas durante la noche, en este caso las viviendas no tienenllaves para comandar sus luminarias.Sistemas más sofisticados se han usado con circuito alternativo en lasviviendas uno destinado al calentamiento de agua o a cocinas eléctricas deacumulación que funcionan durante el día y otro circuito cuya potencia es de lamisma magnitud y que corresponde a la carga de iluminación que se usadurante la noche.En general, en estos casos, que también se utilizan en establecimientosproductivos, se trata de disponer de circuitos alternativos de la mismacapacidad que atiendan a distintos usos, de manera que la demanda delusuario del sistema siempre será una carga constante.Cuando se corrige la carga en la sala de máquinas, se pueden utilizar distintasopciones útiles.Se puede conectar un sistema de bombeo de agua mas que de válvula alreservorio (embalse) los excedentes de caudal que no se destinan a atender lademanda del sistema.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 61 de 81
    • Se puede también instalar un banco de baterías adecuadamente dimensionadopara que absorba los excedentes de energía, complementando un serviciomixto de redes y de carga de baterías. También puede diseñarse el banco delas baterías para cargarse durante las horas de baja demanda y mediante uninversor inyectar energía a la red durante las horas de mayor demanda.Por ultimo se dispone del recurso de disipar el calor en resistenciasrefrigeradas cuyo diseño debe contemplar un conjunto escalonado de valorescrecientes de capacidad de manera de obtener, por combinación, el ajuste decarga deseado.4.6.4.3. Regulación por CaudalLas características a las que deben adecuarse un regulador de tensión yfrecuencia, actuando en un pequeño sistema aislado de generación, basado ensu MCH, son las siguientes: 1. Momento de inercia del conjunto Turbina - Generador apreciable respecto de la apertura del dispositivo de regulación de caudal de la turbina y pequeño respecto de las variaciones de carga del sistema eléctrico. 2. Generadores de baja potencia 3. Represas de poca reserva y arroyos de bajos caudales. 4. Emplazamiento de los aprovechamientos en las zonas rurales, en general alejadas de las líneas de energía del sistema centralizado. 5. Operación por personal no calificado.El punto 1 determina que la velocidad del conjunto pueda variar muyrápidamente, ante alteraciones de la carga, lo que implica disponer de unregulador de frecuencia de elevada capacidad de respuestas, pero esto secontrapone con una respuesta lenta de la velocidad a la apertura o cierre deldispositivo de regulación de caudal, condición que provoca inestabilidad delsistema.El punto 2 determina que la inclusión de una carga pequeña en el sistema (500W) significa un gran porcentaje de variación de la carga total, ya que losgeneradores poseen una potencia nominal que va desde 3 a 40 KW, lo queproduce grandes porcentajes de variación de frecuencia. Además losgeneradores de menor potencia tiene el inconveniente de la carga querepresenta el sistema regulador es una parte considerable de su potencia.El punto 3 obliga a disponer de un sistema de censado de nivel de agua quehabilite o no a la central a generar.El punto 4 caracteriza al sistema por tener que regularse sin contar con latensión y la frecuencia del sistema eléctrico regional como referencia.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 62 de 81
    • El punto 5 obliga a disponer de controles lo más sencillos posibles, dado que eloperador en general es un colono rural.Para enfrentar los requerimientos básicos descriptos en el punto anterior, se hautilizado el diagrama de boques del sistema que se observa en la figura 1.El funcionamiento general, partiendo del sistema en reposo, es el siguiente:1. Si hay suficiente agua en el embalse, el detector de fin de carrera de cierre se encuentra accionado. Cuando el usuario de la orden de marcha, la unidad de control ordena a un pequeño motor de c. c. la apertura del dispositivo de regulación de caudal, a través del regulador de frecuencia.2. El álabe se abre hasta que la tensión generada entra en el rango propio de regulación, momento en el que el motor de c. c. pasa a ser regulador de frecuencia en forma lineal.3. El sistema permanece en ese estado, autorregulándose hasta que alguna de las señales de entrada a la unidad cambie de estado. Este cambio de estado puede ocurrir por los siguientes motivos: a. Orden del usuario de parada b. Falta de agua en el embalse. c. Falta de tensión generada. d. Sobrevelocidad del grupo.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 63 de 81
    • e. Indicación de fin de carreraCualquiera de las primeras tres situaciones hacen que la unidad central ordeneal motor cerrar el dispositivo de regulación de caudal y el sistema queda a laespera de una orden de puesta en marcha de parte del usuario, siempre quelas condiciones del arranque sean las adecuadas.La cuarta situación puede ser programada para que suceda lo de las tresprimeras o que ordene cerrar hasta que se llegue al margen de regulación.La quinta situación puede producir dos acciones: La primera, que el fin de la carrera sea el cierre, por lo cual el sistema queda en espera. La segunda, que el fin de la carrera sea el de máxima apertura, lo que desencadena el proceso de parada.Adicionalmente se instala un bloque de cargas de compensación, que constade un banco de resistencia que, ante un cambio brusco en la carga del sistema,compensan este cambio en forma aproximada, y luego lentamente vuelve alestado inicial, permitiendo al regulador de frecuencia ir acomodándose sin quehaya desplazamientos grandes de la velocidad del grupo turbina –generador.Esta forma de compensación, puede ser reemplazada por otro sistema queincorpora cargas en función del desplazamiento de frecuencia que sufre elgenerador.4.7. Obras de Distribución EléctricaPara estas obras los criterios de diseño son los que se aplican normalmenteen redes rurales.Si la MCH se encuentra en una ubicación tal que la totalidad de la carga estadistribuida en un radio de 1.5 – 2 km. desde la sala máquina, resultaraconveniente diseñar el sistema totalmente en baja tensión.Si, como frecuentemente ocurre la carga se encuentra distribuida en un radiode varios kilómetros, será necesario transferirla en media tensión, ya sea conlíneas monofásicas de 7,6 kV o trifásicas de 13,2 kV.Como todo sistema de distribución rural el mismo deberá equiparse con loscorrespondientes elementos de maniobra, de puesta a tierra y de protección.El diseño eléctrico permite definir tipo y dimensiones del conductor, el quepodrá ser de cobre, de aleación de aluminio o de alambre de acero. Las cargasa transferir, las caídas de tensión admisibles y el cálculo económico depérdidas determinará cual es la solución mas conveniente.El diseño mecánico atenderá a las distancias eléctricas que deberá respetar laseparación entre conductores y con la tierra, definirá el vano más económicoDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 64 de 81
    • (distancia entre postes) y realizará el cálculo mecánico de conductores ypostes.Siguiendo el concepto de utilizar técnicas y modalidades constructivas quereduzcan los costos, en los sistemas de electrificación rural se ha difundido ladistribución monofásica con retorno por tierra (MRT).Esta solución Tecnológica puede acompañarse de un proceso de selección dematerias y modalidades constructivas, orientado a reducir los costos en todo loposible. En tal sentido se sugiera considerar.1. Uso de conductores de acero (cable y alambre) y mayores vanos.2. Uso de postes de madera local, sin tratamiento.3. Recuperación de materiales usados (principalmente herrajes y aisladores).4. Desarrollo de conversores monofásicos / trifásicos estáticos o rotativos, para uso de fuerza motriz de equipos de más de 7.5 HP.5. Adoptar menores exigencias para la puesta a tierra de los transformadores.6. Promover la participación de los municipios y de los futuros usuarios en las fases del proyecto y construcción de las obras.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 65 de 81
    • Capítulo 5: Evaluación Económica de las MCH5.1 Criterio para la Evaluación de Proyectos con MCH’sLos pasos a considerar en la evaluación económica son los tradicionales en laevaluación de proyectos eléctricos. Estos pasos incluyen: Un cuidadoso análisis de la evolución y características de la demanda a satisfacer, como hemos discutido en el capítulo 2 de este apunte. Una evaluación de las fuentes y tecnologías que permitirán abastecer a la demanda, incluyendo MCH’s y otras tecnologías con fuentes renovables, así como la extensión de las redes eléctricas desde sistemas centralizados, o la instalación de motogeneradores térmicos solos o en sistemas híbridos con fuentes renovables. La formulación de anteproyectos de inversión alternativos con las fuentes / tecnologías disponibles y la definición de la solución institucional con que se gestionará la financiación y el mantenimiento del sistema (empresas privadas, cooperativas, consorcios de usuarios, organismos estatales). El análisis de los costos y la solución de mínimo costo entre las alternativas propuestas. Si se trata de un conjunto importante de proyectos con restricciones financieras, deben adoptarse criterios para, mediante el análisis beneficio / costo, ordenar los proyectos por prioridad para su ejecución. El análisis financiero para desarrollar el programa sobre la base de la capacidad de pago de los usuarios y el apoyo de subsidios específicos para este fin.Por tratarse, como dijimos, de soluciones de abastecimiento que no resuelve elmercado, sino que deben ser asistidas desde el estado mediante transferenciade recursos de la sociedad, la evaluación debe realizarse bajo los principios dela denominada evaluación social de proyectos.La evaluación social de proyectos no se realiza en base a los precios demercado de las inversiones y gastos asociados al mismo, sino a losdenominados precios de eficiencia (o precios sombra o precios de cuenta).Estos precios reflejan el uso optimo o eficiente de los recursos de la sociedadde tal forma que, por ejemplo, si en el país existe fuerte desocupación de manode obra no calificada, el precio de cuenta o precio de eficiencia de la mismaserá menor que el precio de mercado. De tal forma proyectos con altaincidencia de la mano de obra no calificada en sus costos tendrán un valor máscompetitivo a precios de cuenta que a precios de mercado cuando se loscompare con los otros proyectos con menor incidencia de este rubro.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 66 de 81
    • El resultado de este análisis se reflejará en la selección preferente de proyectosque utilicen más los recursos abundantes del país (por ejemplo mano de obrano calificada) y menos aquellos que son escasos (por ejemplo divisas).5.2 Los Costos de Capacidad (Potencia) y de EnergíaEl costo de capacidad de una MCH está asociado con el costo total deinversión asignado por unidad de potencia neta en los bornes del generador.El costo de capacidad permite comparar las bondades relativas de proyectoshidroeléctricos entre si. Tanto en la experiencia en Argentina como en lainformación internacional publicada sobre MCH’s, los costos de capacidad aprecios de mercado son fuertemente variables y se colocan en un rango entre1.000 U$S/kW a 4.000 U$S/kW.Los factores de mayor influencia en el costo de una MCH son los siguientes: La relación de la calidad y potencial de recurso hídrico con el nivel de demanda que debe atender el proyecto. Si la calidad del recurso es alta significa que tendremos mayor probabilidad de encontrar un aprovechamiento de bajo costo que cubra adecuadamente las demanda y en las proximidades de la misma. A igual potencia el costo es menor si la obra de capacitación se resuelve sin necesidad de acumular agua en un embalse. A igual potencia menores costos se corresponden a soluciones con mayores alturas y menores caudales y viceversa mayores costos corresponden a soluciones con menores alturas y mayores caudales. A configuraciones similares de las obras, a medida que aumenta el módulo de potencia de la MCH, se reduce su costo unitario. Tecnologías y modalidades constructivas adaptadas a este tipo y escala de proyectos, tales como los indicados en el capítulo 4, permiten reducir los costos unitarios en un adecuado equilibrio con la eficiencia, confiabilidad y seguridad de obras e instalacionesCon base en la atención de los factores antes descriptos los costos decapacidad de MCH’s pueden ubicarse en el rango de 1.000 U$S/kW a 2.500U$S/kW.El costo de la energía por su parte, permite comparar la competitividad de lasMCH’s frente a otras fuentes / tecnologías alternativas para abastecer la mismademanda.La comparación entre proyectos alternativos puede realizarse también por lacomparación de los flujos de fondos de inversión, de operación y demantenimiento, descontados para un período de 15 o 20 años. En este casoDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 67 de 81
    • deben considerarse, dentro del período, tanto la reposición de los componentesque agotan su vida útil como el valor residual de los componentes que no lahan agotado al final del período.El análisis se facilita considerando el Costo Anual Equivalente, que integra unaanualidad de los costos de inversión de obras e instalación de acuerdo a suvida útil y los costos anuales de operación y mantenimiento. CAE total = CAE inversión + COM CAE inv. = CI x FRC FRC = Factor de Recuperación de Capital FRC = r x (1+ r)n (1+r)n-1 Donde n = vida útil r = tasa de descuentoEl Costo Anual Equivalente del Proyecto dividido por la demanda anual deenergía que absorbe será el costo de la energía.C.E. ($/kWh) = CAE total ($/año) Demanda Energía (kWh/año)Los factores que tienen mayor incidencia sobre el costo de la energíaproducida en las MCH’s son los siguientes:Por tratarse de proyectos de tipo capital intensivo, tienen alta sensibilidad alcosto de la capacidad y a la tasa de descuento utilizada. A mayor tasa dedescuento mayor resulta el CAE y en consecuencia al valor de la energía.Por tratarse de proyectos con costos fijos, el precio de la energía estaráasociado al factor de carga de la central. Cuanto mas tiempo se despache lacentral a plena capacidad, menor será el costo de la energía ya que el CAE semantendrá constante.Dependiendo de la incidencia de los costos de inversión por unidad decapacidad, del aprovechamiento de esta capacidad instalada y de la tasa dedescuento utilizada en la evaluación, los costos de la energía producida en lasMCH puede variar en un amplio rango de valores entre 0,04 $/kWh hasta 0,40$/kWh.5.3 RETAIN Un caso de Evaluación EconómicaLa evaluación económica se realiza al nivel de programa para una regiónenfrentando dos modelos de abastecimiento: 1) el modelo centralizado cuyaorganización institucional responde a los criterio básicos de las empresas deservicios eléctricos con centrales de generación que abastecen grandes redesincluyendo áreas rurales y con tecnología de tipo convencional y 2) el modeloDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 68 de 81
    • descentralizado constituido por un conjunto de consorcios de usuarios congeneración basada en microcentrales térmicas, hidráulicas, eólicas, etc.En el tratamiento por modelo de abastecimiento, el área en estudio es divididaen subregiones, en las que se realiza la comparación económica del modelodescentralizado, con el modelo centralizado. De esta comparación, resultará lasolución de mínimo costo como combinación de la expansión del sistemacentralizado, en las subregiones donde este sea más competitivo, con unconjunto de pequeños sistemas aislados en el resto del área.El criterio de comparación utilizado es el de mínimo costo económico resultanteal comparar el costo anual equivalente a precios de cuenta de las distintassoluciones alternativas. Se considera que todas las alternativas deabastecimiento producen un beneficio similar.El planteo metodológico no concluyó con una solución de mínimo costoeconómico. Suponíamos que los decisores de política requieren un mayorgrado de información y fundamentación para incorporar a las nuevas fuentes ytecnologías en programas de inversión a gran escala.Por tal motivo completamos el estudio económico con:1) Análisis de sensibilidad de la influencia de los factores, tales como la tasa de descuento utilizada, que pueden modificar significativamente los resultados del estudio.2) Análisis de los efectos macroeconómicos de los modelos estudiados comparando sus impactos sobre variables tales como: valor agregado local, distribución del ingreso, ocupación de la mano de Obra, sustitución de energía extra-regional, uso de divisas, etc.A partir del análisis de efectos, el decisor de política puede, si así lo desea,adoptar una decisión distinta a la de mínimo costo económico, tratando demaximizar determinados impactos (por ej: la ocupación de mano de obra nocalificada o la sustitución de derivados del petróleo).En tal caso el estudio debe retroalimentarse con estas nuevas consignas, delas que resultara una nueva configuración del programa de abastecimiento queresponde a los objetivos del decisor de políticas. Adicionalmente se podrávalorizar el costo adicional de tales objetivos sobre la solución del mínimocosto, para enriquecer la toma de decisiones.La primera etapa de los proyectos RETAIN en la Argentina se orientó aldesarrollo de un sofisticado, pero rápido, método para identificar el potencialhidroeléctrico en escala de microgeneración en áreas alejadas de los centrosdesarrollados, correlacionarlo con los requerimientos insatisfechos deelectricidad del poblador rural y formular modelos de abastecimientosalternativos basados en los principio antes descriptos.La metodología se aplico en un estudio de caso donde los pobladores ruralesde los departamentos de Oberá y Cainguas, en la provincia de Misiones, fueronhipotéticamente satisfechos mediante una combinación de alternativasDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 69 de 81
    • centralizadas (redes) y descentralizadas de abastecimiento, seleccionadasmediante técnicas de evaluación económica.Los principales resultados de este estudio pueden resumirse como sigue: Las MCH resultaron la mejor alternativa de abastecimiento para el abastecimiento 36% de los 5.800 usuarios potenciales identificados en el área de estudio. Tal nivel de abastecimiento se obtuvo a partir de la evaluación económica mas de 400 MCH, de las que resultaron competitivas 90 proyectos que en conjunto representan 1.748 kW de potencia instalada, un costo medio de capital del orden de 3.200 U$S/kW Las microcentrales resultaron la alternativa de mayor uso intensivo de capital. Para un horizonte de 10 años y una tasa de descuento del 8% los costos de capital representaron un 90% de los costos totales de abastecimiento. El costo de electricidad producida por las MCH es altamente sensible a las variaciones tanto en el factor de carga de pequeños sistemas, como en la tasa de descuento utilizada en la evaluación. Cuando el factor de carga aumenta de 0,01 a 0,45 el costo medio de la energía (incluida la distribución hasta al usuario) se reduce de 0,289 U$S/kWh a 0,088 U$S/kWh. El costo anual equivalente que las MCH dejan de ser competitivas para un modulo medio de potencia de 20 kW resultó el menor de todas las alternativas evaluadas para tasas de descuento del 15% o menores. Para tasas de descuento superiores las MCH dejan de ser competitivas (para las condiciones de contexto de estudio). La investigación demostró que las MCH tienen una gran impacto positivo sobre variables macroeconómicas tales como la ocupación de mano de obra y el valor agregado local.Los resultados del estudio de evaluación, sumados a la información aportadapor la constricción y operación exitosa de una conjunto significativo deunidades demostrativas en Misiones, permiten completar un cuadro desituación sobre los aspectos económicos de las MCH.Las referencias e indicadores de las obras ejecutadas en la provincia deMisiones, se muestran en el cuadro siguiente:Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 70 de 81
    • Costo Obras Tipo de n° De Potencia Costo de la Obra anual por Costo Actual por kw Proyecto Preexistentes MCH Usuarios Instalada (U$S) Usuario instalado (U$S/kw) N P T A I In Po Ac Fu c/lin. s/lin. U$S / Us c/lineas s/LineasDorado x x 11 11 8 10 50228 48978 4567 6278 6122Persiguero x x 10 10 7,5 10 54610 44203 5460 7282 5894Pereyra x x 26 30 28 28 90940 75571 3498 3247 2699Carlitos x x 20 20 15 15 78474 49196 3877 5231 3280Taruma x x 40 90 40 80 134220 98195 3355 3355 2425Central x x 15 25 25 25 99154 75174 6610 3966 3007Pesado x x 15 20 20 20 45903 31252 3060 3531 2404Total Proyectos 137 206 144 188 562529 422596 4106 3920 2945Total NuevosProyectos 116 185 128 168 457691 329388 3946 3576 2573Referencias:Obras preexistentes: N: nada P: parcial T: totalTipo de MCH: A: aislado I: interconectadoCantidad de Usuarios: In: inicial Po: potencialPotencia Instalada: Ac: actual Fu: futuraLos proyectos Dorado y Persiguero, fueron los primeros proyectosmultifamiliares construidos en Misiones y en ellos se utilizaron criteriosconvencionales de construcción que elevaron sus costos. Los denominadosproyectos nuevos (los cinco restantes) incorporan técnicas y modalidadesconstructivas tendientes a reducir los costos de las obras de cierre yconducción.Si a los valores del cuadro anterior se agregaran los costos adicionales paraexpandir la potencia de las MCH hasta su valor nominal (potencia futura) y seconsidera la incorporación de nuevos usuarios hasta el máximo permitido (N°de usuarios potencial), se obtienen nuevos costos unitarios medios para unautilización optima de las unidades demostrativas en el funcionamiento. Talescostos junto a los costos estándar calculados en la fase 1 del proyecto RETAINse vuelcan en el cuadro siguiente.5.4. Costo de Inversión de la MCH en Misiones Proyectos Nuevos Todos los Proyectos Retain Fase1 Modulo de Potencia 33,6kw 26,8 kw 19,4kw Costo po Usuario 2600 U$S/Us 2860 U$S/Us. 2681U$S/Us. Costo por kw Instalado sin lineas 2060U$S/kw 2860 U$S/kw 2035U$S/kw Costo por kw Instalado con lineas 2724U$S/kw 3142U$S/kw 3215U$S/kwA la luz de los resultados podemos afirmar que el programa de desarrollo demicrocentrales hidroeléctricas en Misiones había alcanzado un grado demaduración técnica suficiente y demostrado la conveniencia económica deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 71 de 81
    • utilizar esta alternativa de abastecimiento para satisfacer los requerimientos deelectricidad de los pobladores rurales.Sin embargo ni la confiabilidad técnica, ni la competitividad económica hanresultado condiciones suficientes para masificar el uso de las MCH enMisiones. Otras cuestiones institucionales, organizativas y financieras son sinduda las mayores restricciones que deben removerse mediante la formulaciónde estrategias para la etapa de difusión masiva de esta tecnología.En el capítulo siguiente nos referimos a dichas cuestiones.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 72 de 81
    • Capítulo 6: Consideraciones Generales sobre Difusión de MCH6.1. Aspectos Institucionales.En los estudios de la red RETAIN en Argentina se analizo la historia yperspectivas de Difusión de Microcentrales Hidroeléctricas, sobre la base de laexperiencia desarrollada en la provincia de Misiones.Como primera consideración debemos destacar que nuestro estudio se refierea una tecnología de abastecimiento descentralizado de electricidad, cuyadifusión puede apoyarse tanto en el interés privado como en el sector público.Pero en cada caso tendera a resolver necesidades de diferentes naturalezas.En el primer caso se trata de una solución alternativa dentro de un menú deopciones que se presentaran a potenciales usuarios en respuesta a su"demanda solvente" y su penetración en el mercado estará apoyada en lascondiciones de competitividad (confiabilidad, precio, financiación, servicio post-venta, etc.) que presenta dicha tecnología. En el segundo caso, la presenciaactiva del sector publico esta generalmente relacionada a una acción directa oindirecta del gobierno para promover el uso de esa tecnología alternativa comoinstrumento de sus políticas de desarrollo científico, económico o social. Es eneste escenario donde se inscribe el caso analizado en el estudio ya que setrata de resolver el abastecimiento eléctrico de usuarios rurales con escasa onula capacidad de pago, en respuesta de sus necesidades energéticas(expresadas a través de sus requerimientos) y no solo a la demanda solvente.Pero en el caso de la MCH en Argentina, como en muchos casos detecnologías energéticas alternativas dentro y fuera del país, el desarrollotecnológico no ha sido inscripto en un proceso global de planeamiento. Lasacciones de I+D no fueron subprogramas dentro de un programa general desoluciones para el abastecimiento energético del sector rural mas bien suorigen y desarrollo primario han estado vinculadas en el campo científico y alimpulso dado por entusiasta investigadores.Este “pecado natural” en el origen de la tecnología alternativa le ha generadono pocos inconvenientes para su inserción como una “opción aceptable” deabastecimiento en los ámbitos y niveles gubernamentales donde se toman lasdecisiones del sector energético.En el caso particular de Misiones, la etapa de desarrollo tecnológicofuertemente vinculado al sector de I+D ha estado incluida la participación demúltiples instituciones gubernamentales y privadas que instrumentaron 10 añosde trabajo y un esfuerzo financiero cercano a 2 millones de dólares hastaalcanzar la puesta a punto de la tecnología de MCH.El resultado de este particular origen y desarrollo de la tecnología alternativafue que, por una parte, un conjunto de investigadores disponían del know - howde un opción de suministro que consideraban de gran utilidad para solucionarel abastecimiento eléctrico de grandes áreas rurales en las regiones minerasque por otra parte quienes decidían y planificaban acerca de talDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 73 de 81
    • abastecimiento, consideraban que las MCH eran solo un entretenimientoacadémico de los investigadores y estudiantes de ingeniería.El desarrollo del estudio RETAIN en su primera fase, permitió establecer unpuente entre el planeamiento sectorial y la disponibilidad de la nuevatecnología y comenzar así un camino entre estos dos ámbitos de acción que seencontraban descoordinados. La formulación y discusión, en reuniones yseminarios de la “metodología de evaluación de alternativas de suministro deen áreas rurales deprimidas y su aplicación en el caso de Misiones” permitióanalizar la competitividad, en términos de decisiones de inversión publica, delas MCH frente a otras variadas opciones de servicio eléctrico. Ya no se tratasolo de disponer de una tecnología confiable sino también competitiva frente aotras opciones incluyendo las que se utilizan convencionalmente.En consecuencia la adaptación de la tecnología alternativa en los ámbitos yniveles donde se definen las políticas y sus soluciones técnicas, o bien sefundamentan en un “origen sano” cuando su desarrollo es promovido desdeesos mismos niveles, o en su defecto si se ha originado en otros ámbitosdeberá remover resistencias importantes con sólidos argumentos deconfiabilidad y competitividad frente a las tecnologías habitualmente utilizadas.En el supuesto de que la confianza de los decisores sea un problema superadoy que la planificación del abastecimiento se realice bajo un modelo optimo queintegre las tecnologías convencionales con las alternativas, subyace otroproblema común a cualquier solución tecnológica. Es el referido a la cuestiónde abastecer los requerimientos de electricidad de pobladores rurales quetienen escasa o nula capacidad de pago para satisfacerlo. Los esfuerzos demás de una década en Misiones (1978-1988), con importantes planes deelectrificación rural apoyados en la Banca de desarrollo muestran eldesalentador resultado de satisfacer el abastecimiento de solo el 10% de lospobladores rurales, la mayoría de ellos ubicados en la franja de Altos Ingresos.Tan limitados resultados de los programas de electrificación rural por redestienen su explicación en causas tecno-económicas y financieras. Entre lasprimeras se encuentran las derivadas de aplicar criterios en el equipamiento yla construcción de las extensiones de redes, que privilegian la calidad sobre loscostos, en consecuencia se produjo efectos retroalimentados donde los altoscostos resultantes de las obras desalentaron a los usuarios y redujeron elnúmero que decidió conectarse a las redes, lo que a su vez produjo una caídaen la densidad de los usuarios por Km de línea y un mayor aumento del costounitario por usuario de las instalaciones. Las causa financieras radicaron tantoen la falta de evaluación previa de la capacidad de pago de los usuarios comoen la aplicación del criterio de transferir a los mismos el repago del 100% de loscostos de inversión, incluyendo además índices de ajustes e intereses (en uncontexto económico inflacionario) que superaba el incremento de los ingresosagrícolas. Durante los 5 primeros años de amortización del crédito, losproductores rurales pagaron cuotas que, en cantidad de productos agrícolas(índices de sus ingresos), fueron tres veces superiores a las que se estimaroncuando adhirieron al plan.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 74 de 81
    • En consecuencia la primera decisión política firme en que debe inscribirse la ladifusión de una tecnología alternativa para abastecer requerimientos deenergía en áreas rurales deprimidas, es precisamente satisfacer talesrequerimientos.Esta decisión supone que han de instrumentarse mecanismos de transferenciade ingreso y estrategias financieras que permitan cubrir la brecha generadaentre los costos mínimos necesarios para satisfacer los requerimientos y unalimitada contribución de los beneficios.En consecuencia el financiamiento del plan de abastecimiento tendrá queestructurarse con un componente de fondos no reintegrables (originados en latransferencias de ingresos) y otra componente reintegrable pero en condicionesapropiadas a las reales posibilidades de los productores rurales.De tal manera las primeras condiciones básicas que viabilizarán la difusión deuna tecnología alternativa en ausencia de una demanda solvente de mercadoson:1) la decisión política de satisfacer el requerimiento energético de lospobladores rurales, tomada con pleno conocimiento de costos y beneficios detal decisión2) la decisión técnica de planificar el abastecimiento de tales requerimientos deenergía incorporando la tecnología alternativa en su campo de competencia.3) una formulación de las estrategias financieras del plan de abastecimientoconsistente con la capacidad de pago de los beneficiarios.Los mecanismos de transferencia de ingresos que operan en el sector eléctricopueden ser directos como en el caso de la constitución de “fondos especiales”originadas en impuestos que graban a otros sectores sociales o indirectoscomo la aplicación de estructuras tarifarias que en lugar de reflejar los costosque cada usuario provoca en al sistema, generan subsidios cruzados entredistintas categorías de usuarios. Estos subsidios cruzados son característicosde mercados eléctricos donde se satisfacen usuarios residenciales de bajacapacidad de pago (tanto urbanos como rurales).En el estudio de caso se detectó que los usuarios rurales de bajo consumoparticipan en los costos en una proporción mucho mayor que en los ingresosde las empresas distribuidoras. La magnitud de este subsidio cruzados fuecalculado en 250 U$S por usuario rural y por año.También en estudio de caso se detecto un fuerte desequilibrio en el destinofinal de los fondos de inversión no reintegrables ya que el 85% de los mismosse aplican a financiar la gran generación y el sistema nacional de interconexión.Esto significa que los fondos no reintegrables originados en el ahorro nacional,se aplican para el beneficio de los mercados eléctricos mas desarrollados. Soloel 15% de los fondos de inversión se utilizan en las obras de generación,subtransmisión y distribución en las jurisdicciones provinciales. En Misionesestos escasos fondos no alcanzan para ser aplicados a programas deDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 75 de 81
    • distribución, y los costos de extensiones y conexiones tanto rurales comourbanas son soportados en un 100 % por los usuarios.En base a estas consideraciones podemos afirmar que para una correctaformulación de las estrategias financieras que acompañan la utilización de lastecnologías alternativas en el plan de abastecimiento será necesario:1) Disponer de un claro diagnostico de la disponibilidad origen y destino de los fondos de inversión del sector eléctrico.2) La explicitacion y cuantificación de los subsidios que operan en las formas actuales de abastecimiento eléctrico al sector rural y3) Una precisa medición de la capacidad de pago de los usuarios potenciales. Sobre esta base los niveles de decisión podrán adoptar los criterios de aplicación de los fondos de inversión y de direccionamiento de los subsidios cruzados demás formas de asistencia que operan en el sector, para resolver el financiamiento del plan de abastecimiento.La decisión política de abastecer requerimientos energéticos de pobladoresrurales sin capacidad de pago, incluyendo tecnologías descentralizadas comolas MCH, deberá tener la suficiente fortaleza para remover las distintas formasde oposición que se presentaran a dicha decisión. En el caso de Misiones sedetectaron tres potenciales ámbitos de conflicto a saber:1) La oposición a reestructurar el destino de los fondos sectoriales de inversiónoriginado en quienes recibían y aplicaban dichos fondos.2) La oposición a incorporar una tecnología alternativa, mucho menos conociday dominada que las que están actualmente en uso, expresada por los nivelesde decisión técnica tanto en el área de planeamiento como de explotación, delas empresas locales prestadoras de servicio eléctrico.3) La oposición de adoptar formas descentralizadas y autogestionadas deabastecimiento energético, expresadas por el sindicato de trabajadores delsector al suponer limitado su ámbito de actuación.De las formas de oposición detectadas, la que se presenta como mayordificultad para su remoción, es la primera ya que requiere de decisiones denivel nacional en un contexto donde existe una fuerte desproporción de poderentre quienes desean introducir cambios (provincias pobres y pobladoresrurales) y quienes desean mantener la situación actual del destino de losfondos (grandes corporaciones públicas y privadas). Las otras dos formas deoposición detectadas, han sido parcialmente resueltas durante el proceso deconsultas realizado durante los estudios del proyecto RETAIN).Durante el mismo, la actitud expresada por los actores locales ha sido la deprivilegiar el propósito de mejorar las condiciones de vida de los productoresrurales, antes que intentar preservar posiciones personales o sectoriales. Aesta actitud positiva debe agregarse que el plan de expansión de las MCHdentro del abastecimiento rural ha sido formulado como complementario de laextensión de las redes en lo relativo en su delimitación temporal. AmbasDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 76 de 81
    • condiciones impuestas al plan facilitaran la remoción de las posiblesoposiciones locales detectadas.Tanto la banca de desarrollo como las agencias de cooperación internacionalespueden contribuir en la solución de las fuertes restricciones financieras quepresentan estos programas de abastecimiento energético a las áreas ruralesmarginales.En lo que se refiere especialmente a la banca de desarrollo es necesariodestacar la necesidad que la misma adecue los criterios y políticas deotorgamiento de créditos de tal modo que se transforme en una fuente definanciamiento real y de significativa importancia para las áreas másdeprimidas.En este sentido resulta incompresible que la Banca de Desarrollo Regionalhaya utilizado criterios y parámetros de selección similares en grandesproyectos productivos del área energética y en pequeños proyectosabastecimiento a usuarios marginales, a través de tecnologías noconvencionales adaptadas a la región.Si bien se trata de bienes que, en principio pueden considerarse susceptible deser comercializados a un precio que cubra los costos, colocarlos a disposicióndel potencial usuario se orienta a satisfacer necesidades sociales consideradasimprescindibles para mejorar su calidad de vida, objetivo que solo puedeampliarse si los precios del bien guardan relación con los ingresos disponiblede aquel a quien se quiere favorecer.Es por ello que la participación de la Banca de Desarrollo con créditos“blandos”, a tasas similares a las fijadas para proyectos de desarrollo socialcontribuirá a acelerar el proceso de cumplimiento del “derecho a la energía” delos pobladores rurales.Una vez resueltas las condiciones políticas, técnicas y financieras básicas quehemos analizado en los puntos anteriores, estarán creadas las bases para eluso masivo de la nueva tecnología. Complementariamente el plan deabastecimiento que se formule deberá apoyarse en estrategias institucionales yorganizativas que aseguren su éxito, tanto en la etapa de ejecución como en lade utilización de la nueva tecnología.En el caso de las MCH en la provincia de Misiones se han detectado doscuestiones que representan situaciones nuevas dentro de los modostradicionales de ejecutar y explorar obras de abastecimiento eléctrico.La primera cuestión se refiere al riesgo tecnológico asociado a la presencia deequipamiento y servicios que no están actualmente disponibles en el mercado.En esta situación se encuentra la fabricación y posterior servicio demantenimiento de las turbinas y de los reguladores de frecuencia. Para estoscomponentes es necesario concebir un programa de garantía de calidad queatienda desde la calificación y desarrollo de potenciales proveedores hasta lascondiciones de aceptación o rechazo de los suministros.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 77 de 81
    • La estructura organizativa que se adopte para la ejecución y puesta en marchadel plan de difusión dependerá del carácter de la actividad que está involucraday de los actores locales que participarán en el Plan.En al caso de las MCH en la Provincia de Misiones, por tratarse de obrashidráulicas, han sido concebidas como de propósitos múltiples donde eleléctrico es prioritario (le siguen: agua para el consumo domestico y agrícola,para actividades industriales, cría de peces y fines recreativos). Por tal razónlas actividades derivadas del Plan se han definido como de “fomento ydesarrollo económico y social con propósitos múltiples” e involucran laparticipación de diversas disciplinas tecnológicas, sociales y económicas.La eficacia en la gestión durante las fases de preinversión está asociado conun alto grado de inversión de las actividades, con la participación de equiposmultidisciplinarios integrados por técnicos y trabajadores sociales de distintosorganismos, concentrados en una unidad ejecutora especial. Durante la fase deexplotación, las actividades de seguimiento y asistencia técnica pueden volvera desagregarse por especialidad y ser atendidas en forma descentralizada pordistintos organismos, pero siempre manteniendo una Unidad Coordinadora quecanalice los requerimientos derivados del uso de la nueva tecnología.6.2. Aspectos Ambientales.6.2.1. Efectos Ambientales que deben controlarse en el diseño y construcción de las MCH. EFECTOS MEDIDAS DE MITIGACIÓN AMBIENTALES Generación de polvos en Minimizar el tiempo de exposición de superficies de operaciones de suelo expuestas. excavación y desbaste. Proteger las superficies de la acción del viento Arrastre de polvos por (cubiertas, reparos). acción del viento Limitar la dispersión de polvos generados en operaciones de desbaste y pulido. Adecuada disposición en obrador de materiales sueltos. Contaminación de aguas Adecuada disposición del obrador. y suelos por pérdidas de Instalaciones sanitarias para el personal combustibles y aceites apropiadas al sitio y disposición de efluentes en de máquinas y por pozo absorbente. generación de residuos Mantenimiento correcto de motores y maquinarias durante la construcción que minimicen fugas y pérdidas. Modificación del régimen Adecuada planificación para la ejecución de las natural en un arroyo. obras de cierre del arroyo y desvío del cauce hasta terminar el vertedero. Las aguas interceptadas por la obra deberán ser adecuadamente canalizadas durante la construcción, asegurando su descarga aguas abajo del cierre, sin ocasionar arrastre de materiales, embanques ni erosiones.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 78 de 81
    • El diseño debe considerar la ejecución de contrafuertes laterales para evitar erosión en caso de grandes crecidas que superen la capacidad de evacuación del vertedero. El llenado del embalse no debe afectar los usos del agua en el curso inferior. Alteración del drenaje Procesos constructivos para las nivelaciones y superficial. Erosión y movimiento de suelos que minimicen la intercepción sedimentación en de la escorrentía natural y canalicen ocasión de adecuadamente el drenaje superficial. precipitaciones intensas. Tratamiento de pendientes o taludes con pastos o especies vegetales que estabilicen y retengan los suelos. Diseño de canales en MCH que eviten filtraciones de agua que transporta y tratamiento de las áreas circundantes para evitar arrastre de sólidos dentro del canal. Alteración de la Calidad Debe limpiarse y retirarse del vaso del embalse, del Agua previo al llenado, la vegetación y los residuos que, de quedar sumergidos, puedan afectar la calidad del agua. El diseño debe considerar la construcción de descargadores de fondo que permitan el vaciado del embalse. Impactos debido a los Planificación adecuada del proceso de preparación residuos provenientes del del sitio de obra, zonificación de áreas de trabajo y desbroce y limpieza del almacenamiento temporario de residuos. sitio de obra, suelos Transporte y disposición de suelos sobrantes, excavados residuales y residuos y materiales de descarte en forma y sitios residuos producidos aprobados por las normativas municipales de la durante la construcción. Localidad. Limpieza y restauración del sitio de obras después de terminada la construcción. Tala de árboles y Restauración de la capa de suelos afectada. vegetación natural Revegetación de las áreas afectadas, donde sea existente en sitio de posible, con especies herbáceas y arbóreas de fácil obras. arraigo en el lugar. Riesgos para la Cumplimiento de las normativas de higiene y seguridad física de la seguridad del trabajo aplicables al tipo de actividad. población que desarrolla Cumplimiento de normas municipales sobre actividades en relación al procedimientos constructivos y ocupación y uso de sitio de las obras. la vía pública durante la construcción. Riesgos para la Las Obras de Cierre deben diseñarse con seguridad física de la condiciones seguras tanto en el cálculo estructural población aguas abajo como en la capacidad de verter los caudales de las de la presa. máximas crecidas. Las Obras deben ejecutarse con el adecuado control de calidad de los materiales y de los procedimientos constructivos. Debe controlarse especialmente la compactación y/o sellado de todas las superficies de contacto dentroDaniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 79 de 81
    • y entre los distintos componentes de la pantalla de cierre de manera de evitar filtraciones que puedan luego, por erosión hídrica, disminuir la seguridad de la presa.6.2.2. Efectos Ambientales que deben controlarse en la Operación y Mantenimiento de las MCH. EFECTOS MEDIDAS DE MITIGACIÓN AMBIENTALES Alteración del Las obras de cierre, la reducción de velocidad del ecosistema acuático. agua y la sedimentación en el área del embalse, afectan la vida de la fauna acuática. En épocas de altos caudales debe abrirse periódicamente el descargador de fondo para facilitar la renovación y limpieza del agua embalsada. En épocas de bajos caudales debe mantenerse un nivel mínimo de caudal continuo aguas abajo. Es conveniente desde el punto de vista ambiental y útil desde el punto de vista productivo sembrar peces en el embalse. Riesgo de daños a Debe formularse una rutina para monitorear en personas y bienes. forma sistemática el estado de las Obras, Equipos e Instalaciones cuya falla puede producir daño a las personas o a la propiedad de terceros. Particularmente debe vigilarse i) la presencia de filtraciones en las Obras de Cierre y de Conducción de las MCH; ii) el nivel de agua y la presión de vapor en la caldera y el buen estado de sus componentes y de sus indicadores, dispositivos de seguridad y alarmas en las MCT; iii) la limpieza de traza y los dispositivos de protección y de puesta a tierra en la Obras de Distribución y iv) el estado de las instalaciones y el correcto funcionamiento de los disyuntores en las instalaciones eléctricas de baja tensión. Contaminación por Deben seguirse las instrucciones del fabricante para compuestos de plomo. el manipuleo y la deposición de los elementos de las baterías de acumulación cuando se reparen o se reemplacen.Daniel Muguerza – Microcentrales Hidroeléctricas Página 80 de 81
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