HIDROS

1. 20/09/22

2. Revisar los sectores regulados en la página de
ASEP
https://www.asep.gob.pa/
Lo conversaremos la siguiente clase

3. Hidroeléctricas
De pasada
• Derivación nula o pequeña de parte
del río.
• Fuerte dependencia hidrológica.
• Pequeña o nula capacidad de
regulación (azud).
• Suele recurrir una chimenea de alivio
o cámara de carga.
• Operación base.
Con embalse
• Capacidad de regulación (días,
semanas, meses) según tamaño de
presa, precipitaciones periódicas,
etc.
• Operación según “valor del agua”.
• Tienen (deberían) un “caudal
ecológico” para no secar el río.
• Presas de gravedad o de bóveda.
De bombeo
• Tiene 2 “embalses” para turbinar
hacia abajo y bombear hacia arriba.
• Puede tener aportaciones naturales
o reutilizar el mismo agua en ciclo
cerrado.
• Operación en función de los precios
instantáneos de la energía (comprar
barato, vender caro).
• Función de almacenamiento con
rendimiento del 70%
¿Cuál es la situación mundial
de esta tecnología?

9. 𝑃𝑖𝑛 − 𝑃𝑜𝑢𝑡 = ∆𝑃 = 𝑃𝑓 − 𝑃𝑖
− 𝑃𝑜𝑢𝑡 =
𝑣2
2𝑔
+
𝑃
𝛾
+ 𝑧
𝑓
−
𝑣2
2𝑔
+
𝑃
𝛾
+ 𝑧
𝑖
𝑣2
2𝑔
+
𝑃
𝛾
+ 𝑧
𝑖
−
𝑣2
2𝑔
+
𝑃
𝛾
+ 𝑧
𝑓
= 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝐻𝑡𝑢𝑟𝑏 + 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠
𝐻𝑡𝑢𝑟𝑏 = 𝑧𝑖 − 𝑧𝑓 − 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠
𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝑓
𝐿
𝐷
𝑣2
2𝑔
+ 𝐾𝑎𝑐𝑐
𝑣2
2𝑔
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏 = 𝑔𝜌𝑄𝑡𝑢𝑟𝑏𝐻𝑡𝑢𝑟𝑏
𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏−𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡 = 𝜂𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏
5% a 10% del salto bruto
La eficiencia puede incluir desde la conversión de
energía hidráulica hasta la potencia inyectada a la red.
Depende del alcance deseado.

10. 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝑓
𝐿
𝐷
𝑣2
2𝑔
+ 𝐾𝑎𝑐𝑐
𝑣2
2𝑔
Mecánica de fluidos: Fundamentos y aplicaciones,4ta Edición.
Yunus A. Cengel; John M. Cimbala.

11. Mecánica de fluidos: Fundamentos y
aplicaciones.
4ta. Edición
Yunus A. Cengel; John M. Cimbala
Consideraciones
• Uso de algebra.
• Manejo de propiedades de funciones
logarítmicas, exponenciales, etc.
• Uso de propiedades termodinámicas de
los fluidos.
• Suposiciones del desarrollo del flujo
dentro de los ductos.
• Pérdidas dependientes de la velocidad
del fluido.
• Relaciones no lineales.
• Requerimientos de programas de
resolución de ecuaciones, métodos
iterativos o ecuaciones empíricas
desarrolladas previamente.

12. https://www.hidraulicafacil.com/p/archivos.html
𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 = 10.2936 𝑛2
𝑄2
𝐷16/3
𝐿
Q es m/s, D en mm, L en m
𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 =
𝑣2
𝑛2
𝑅ℎ4/3
𝐿
v es m/s, Rh en m, L en m
𝐹ó𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔
Mecánica de fluidos: Fundamentos y
aplicaciones.
4ta. Edición
Yunus A. Cengel; John M. Cimbala
Ante un caudal y cotas dadas, ¿cómo varían las pérdidas
respecto a la sección y al radio hidráulico?

13. Criterios de selección de caudal
• QM: caudal máximo.
• Qsr: caudal de servidumbre (ecológico = 10% medio).
• Qe: caudal de equipamiento o caudal de diseño. 1 a 1.5 veces
el medio (pasada) o 2 a 2.5 veces el medio(embalse).
• Caudal medio: (Precipitación media)*escorrentía*superficie.
• Qm: caudal mínimo.
• Qmt: caudal mínimo técnico (10% al 40% del de diseño
dependiendo de la turbina).
También puede seleccionarse el caudal de diseño viendo la curva
anual de caudales del río y seleccionándolo de acuerdo con la
disponibilidad deseada por obtener (potencia firme, factor de
planta). Si tiene embalse, considerar además las aportaciones a
éste y su capacidad de regulación.
¿Cómo influye la selección del caudal de diseño en la
operación anual de una central?

14. Control de caudal en una hidroeléctrica
Factor de planta
𝑓𝑝 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒
𝑓𝑝 =
𝑃𝑝𝑟𝑜𝑚 ∗ 𝑡
𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡. ∗ 𝑡
=
𝑃𝑝𝑟𝑜𝑚
𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡.
¿Cuáles son los factores de las centrales
panameñas?
¿Cuáles centrales poseen el factor más
bajo y el más alto?
¿Cómo varía el factor de planta de
acuerdo con el tipo de central?
TAREA
…
cnd.com.pa
InformesMercado
InformeGeneraciónMensual
Puede ser calculado en cualquier periodo
(día, semana, mes, estación, año…)

17. Comentario extra sobre la asignación de factor de planta
Para la realización de la asignación sobre el factor de planta se puede usar cualquier programa, siempre y cuando se adjunte en el
correo de envío dicho archivo, código pegado en Word o captura de video del uso del programa (por si se usa algún programa
muy específico, que ojalá no sea el caso). Para esta tarea, siguiendo el formato dado, no se esperan más de 2000 palabras. Se
exhorta a que usen gráficas de varios tipos, siempre y cuando éstas sean comentadas o utilizadas para desarrollar una idea. Una
gráfica/imagen/tabla puesta sin que se demuestre su relevancia, será calificada negativamente. Se espera que como mínimo
respondan, implícitamente, las 3 preguntas planteadas en la asignación más 1 propia del autor. Se valorará muy bien formularse
preguntas propias, expandir ideas, evaluar correlaciones no solicitadas por el profesor, etc. Cualquier iniciativa que demuestre
que son “másteres” en energías renovables (específicamente hidráulica), será positivamente valorada. Para esta asignación, se
esperan párrafos analíticos en donde se describan los resultados graficados y/o tabulados, además de conclusiones claras e,
inclusive, conjeturas. Si el autor desea profundizar atreviéndose a formular una hipótesis y luego la valida (o desmiente) con
evidencia y un proceso analítico, se le calificará muy positivamente dicha iniciativa.

18. 27/09/22

19. Mercado Eléctrico de Panamá
Normativa
Elaborado por SNE

20. Mercado Eléctrico de Panamá
Consideraciones generales I
Contexto
• Panamá participa en el MER (Mercado Eléctrico Regional) en América Central con tendencia favorable a la exportación.
• El Mercado Mayorista Eléctrico es administrado por el Centro Nacional de Despacho (CND), encargado de operar al menor
costo posible, determinar los precios spot y liquidar transacciones entre los agentes. El despacho económico busca
minimizar el costo de suministro de la demanda en el horizonte de planificación.
• El mercado mayorista eléctrico (MEM) consiste de dos mercados, uno que se encarga de los intercambios de oportunidad
(mercado spot) y otro para contratos de largo plazo. Los distribuidores deben contratar con anticipación un porcentaje dado
de sus necesidades de energía y potencia previstas para garantizar el suministro a sus clientes regulados.
• Se comercian dos productos: la energía (horaria) y la potencia diaria y anual esta última a través del servicio de reserva de
largo plazo. Un generador sin contratos recibe el precio spot horario (Costo Marginal) por la cantidad de energía producida
durante dicha hora. Si un generador participa del Servicio Auxiliar de Reserva de Largo Plazo (SARLP) recibe un pago por su
Potencia Firme. Un generador con contratos recibe el monto acordado en el contrato por Energía y Potencia y
vende/compra en el mercado spot sus excedentes / faltantes de energía en cada hora (diferencia entre la energía generada
y la energía contratada).
• Mercado spot horario de energía: mercado de oportunidad. Es para compensar los desvíos entre energía contrada y
consumo real. Mercado de contratos: de largo plazo para garantizar el suministro. Estabiliza precios y promueve la inversión.
Los contratos tienen una remuneración constante por la potencia firme pactada y por la energía (contrato financiero).
Servicio auxiliar de reserva de largo plazo (SARLP): es garantizar el suministro de los clientes regulados que aún no están
cubiertos por contratos de largo plazo. Mercado diario de compensación de potencia: compensa desvíos de corto plazo
entre potencia firme y demanda máxima real. Se puede oferta excedentes de potencia.

21. Mercado Eléctrico de Panamá
Consideraciones generales II
Operación del Sistema Interconectado Nacional
• Pre despacho de mediano plazo: el CND realiza una programación para 2 años en etapas semanales, de los diversos recursos
energéticos disponibles para cubrir el requerimiento de consumo Energético y Demanda de Potencia de este período,
considerando variables estocásticas (carga, recurso natural, precios fuels, etc). De esta manera determinar el uso optimo de
los embalses, uso de unidades de commitment, precios spot esperado, etc.
• Pre despacho de corto plazo: el CND realiza una programación para 1 semana por horas, considerando la función de costo
futuro obtenida del mediano plazo, a la cual se le suministran datos determinísticos esperados para la semana estudiada
para obtener costo de oportunidad de embalses, despacho viable económico y operación esperada.
• Pre despacho diario:
• Despacho en tiempo real: se despachan las unidades de generación en base a sus costos variables declarados auditados por
los agentes participantes para cubrir con el requerimiento de consumo eléctrico y compromisos de exportación durante el
año. Se considera como guía los resultados obtenidos en el Pre Despacho de Corto Plazo.
• Despacho de precio: posterior a la operación real del sistema se obtiene la información especifica de variables, sin
considerar indisponibilidades ocurridas en el Despacho de Tiempo Real. Luego se realiza el despacho mas económico
posible y se determina el precio marginal/spot horario del sistema.
• Pos despacho diario: es el registro del despacho real que se dio en el SIN tanto de generación como el costo de operación
del despacho para cada una de las unidades del sistema y luego compararlo con el Despacho de Precio y determinar la
generación obligada fuera del orden de merito y establecer las responsabilidades al causante del sobre costo.

22. Mercado Eléctrico de Panamá
Consideraciones generales III
Contratos de largo plazo
El despacho económico de generación no está influenciado por los
compromisos contractuales. En cada hora, si el generador produce más
energía que la cantidad comprometida, vende los excedentes de energía en
el mercado spot. Si el generador entrega menos energía en la red que la
comprometida, compra el faltante de energía en el mercado spot.
Potencia y energía: se compromete una cierta cantidad de potencia firme y
energía asociada (curva de demanda). El comprador tiene prioridad de
suministro si el vendedor puede cumplir su compromiso con generación
propia. Puede convertirse en contrato físico si hay racionamiento.
Potencia: se compromete una cantidad máxima de potencia firme que
estará disponible cuando el comprador la necesite para cumplir con sus
obligaciones. A cambio, el comprador pagará la potencia contratada, ya sea
que genere o no.
Energía: se compromete a entregar una cierta cantidad de energía al
comprador.
Consultoría para la revisión del cálculo de la potencia firme de las centrales de generación conectadas al Sistema Interconectado Nacional 2019

23. Potencia firme en el Mercado Eléctrico de Panamá
Reglamento de Operación. Actualizado jun/2022
Reglas comerciales para el mercado mayorista de
electricidad. Actualizado en ene/2018

24. Ejemplo de la probabilidad de generación de una central hidroeléctrica de pasada

25. Pot FIRME Pot INSTALADA Razón
[MW] [MW] -
ESEPSA 7.3 22.0 33.18%
Hidro-PMA 0.7 4.3 16.28%
Mendre 3.9 19.8 19.70%
(Bontex) Gualaca 23.0 25.2 91.27%
Alternegy 80.7 90.0 89.67%
IDEAL PMA 51.2 145.0 35.31%
Hidro-Boquerón 0.9 3.4 26.47%
Hidro-Candela 0.1 0.5 20.00%
Paso Ancho 3.1 6.1 50.82%
Concepción 2.5 10.0 25.00%
AES 306.6 482.0 63.61%
Hidro Ibérica 1.5 5.4 27.78%
Mendre II 1.6 7.8 20.51%
Pedregalito I 2.0 20.0 10.00%
Pedregalito II 0.4 12.5 3.20%
Las Perlas Norte 2.5 10.0 25.00%
Las Perlas Sur 2.5 10.0 25.00%
Río Piedra 3.4 13.1 25.95%
El Alto 22.1 69.5 31.80%
Monte Lirio 32.4 51.7 62.67%
San Andrés 2.5 10.0 25.00%
Bonyic 22.2 30.0 74.00%
Bugaba I, II 1.9 3.3 57.58%
San Bartolo 5.6 20.0 28.00%
Las Cruces 3.2 21.0 15.24%
San Lorenzo 1.3 8.1 16.05%
COCHEA 3.1 14.9 20.81%
Bajo Frío 19.4 57.9 33.51%
Barro Blanco 11.6 28.5 40.70%
Los Planetas I, II 4.5 5.0 90.00%
AES Changuinola 175.3 222.5 78.79%
Fortuna 289.5 300.0 96.50%
TOTAL HIDRO 1088.4 1729.4 62.94%
15/32
46.875%
7/32
21.875%
4/32
12.5%
6/32
18.75%
Consultoría para la revisión del cálculo de la potencia firme de las
centrales de generación conectadas al Sistema Interconectado Nacional
2019
32 empresas/centrales hidroeléctricas consideradas

26. Pot FIRME Pot INSTALADA
ERNC [MW] [MW]
WIND
Nuevo Chagres (Phase I) 0.0 55.0
Nuevo Chagres (Phase II) 0.0 62.5
Marañon 0.0 10.0
Rosa de los Vientos (Phase I) 0.0 52.5
Rosa de los Vientos (Phase II) 0.0 50.0
Marañon 0.0 7.5
Portobello 0.0 32.5
SOLAR
Sarigua 0.0 2.4
Enel Green Power 0.0 12.0
Divisa Solar 0.0 10.0
Farallón Solar 2 0.0 1.0
Solar Cocle 0.0 10.0
Solar Los Angeles 0.0 9.6
Solar Paris 0.0 9.0
Bugaba Solar 0.0 3.0
TOTAL ERNC 0.0 326.9
Pot FIRME Pot INSTALADA Razón
[MW] [MW] -
El Giral 27.8 50.4 55.16%
Cativá 62.3 87.0 71.61%
Termocolón 114.8 157.8 72.75%
PAN-AM 108.8 156.0 69.74%
BLM Carbón 80.8 120.0 67.33%
BLM Ciclo Combinado 37.9 160.0 23.69%
ACP Miraflores 110.0 173.6 63.36%
Kanan 88.2 92.5 95.35%
Jinro 50.5 57.8 87.37%
Estrella de Mar 62.7 72.0 87.08%
ENERGYST 43.9 44.1 99.55%
URBALIA 5.1 10.0 51.00%
Pacora 49.8 54.0 92.22%
TOTAL TERMICAS 842.5 1235.2 68.21%
Pot FIRME Pot INSTALADA FIR/INS
[MW] [MW] [MW]
Hidro 1088.4 1729.4 62.9%
Termica 842.5 1235.2 68.2%
ERNC 0.0 326.9 0.0%
TOTAL SISTEMA 1930.9 3291.5 58.7%
1/13
7.69%
2/13
15.38%
5/13
38.46%
5/13
38.46%
Consultoría para la revisión del cálculo de la potencia firme de las centrales
de generación conectadas al Sistema Interconectado Nacional 2019
13 empresas/centrales térmicas consideradas

27. Situación con la potencia firme en el Mercado Eléctrico de Panamá
Consultoría para la revisión del cálculo de la potencia firme de las centrales de generación conectadas al Sistema Interconectado Nacional 2019
Centrales hidráulicas: La potencia firme se determina utilizando un programa de simulación denominado “PLAN H” cuya
formulación matemática no está documentada. Algunos antecedentes disponibles parecen indicar que los valores de
Potencia Firme resultantes del uso del modelo PLAN H no se corresponden con condiciones operativas que reflejen la
optimización de los recursos de generación ni la disponibilidad real de las unidades generadoras.
Centrales ERNC (eólica / solar): No se reconoce potencia firme de las centrales ERNC aún cuando producen energía en horas
de máxima demanda y en el período seco.
Centrales Térmicas: La potencia firme es la informada por el generador pudiendo ser variable en el año.
La potencia firme de la centrales hidráulicas se determina en base a la potencia generada de las centrales en horas de
máxima demanda y en condiciones operativas con mínimos aportes de los ríos (condición seca).
Para la generación renovable no convencional (eólica, fotovoltaica) no existe aún un consenso entre los reguladores
respecto al real aporte de Potencia Firme de este tipo de tecnologías:
• México: es la potencia media generada real en las 100hs de mínima reserva del sistema.
• Chile, El Salvador, Guatemala (Eólica): es la potencia generada media anual mínima de acuerdo con el registro histórico.
• Perú, Guatemala (Solar): es nula.
El aporte de las centrales ERNC a la seguridad de abastecimiento se debe analizar considerando que la producción de este
tipo de centrales es temporalmente complementaria a la generación hidráulica lo que permite utilizar los embalses de
regulación anual (Bayano, Fortuna) como reguladores de la generación conjunta hidráulica y ERNC.

28. Hidroeléctricas
Eólico/Solar
Térmicas
EHG: energía semanal.
EHST: energía semanal por la
cadena de hidros.
PCH: potencia
PD: potencia media disponible.
PPE/PPS: contribución a la
demanda máxima (por eólica y
solar, respectivamente).
EG: energía generada por central.
EGTE/EGTS: energía generada por
tecnología
Potencia firme segura y cálculos auxiliares
Hidroeléctricas Eólica y solar
Calculo de la potencia firme de largo
plazo (PFLP) con la metodología sugerida.
Se considera la contribución individual
de cada central al suministro de la
demanda máxima con un enfoque
colaborativo. Así, se considera la
disponibilidad de las centrales
renovables en los picos de demanda,
inclusive en temporadas secas.
Térmicas
Pefe: potencia efectiva.
TIF: tasa de indisponibilidad

34. Represas
• Obtener y regular el salto de agua (H bruta).
• Gestionar/desviar caudales.
• Almacenar agua.
Gravedad
Mediante el rozamiento del cuerpo de la presa, resiste
el par de vuelvo producido por el agua. Su propio
peso es la clave. Trabajan a compresión.
Arco
El esfuerzo de empuje del agua se transmite hacia las
laderas del valle. Más esbeltas que las de gravedad,
pero depende mucho de la geometría (curvatura) y la
disponibilidad del terreno.
Materiales sueltos
Son las más abundantes. Son de sección trapezoidal,
más esbeltas que las anteriores. Aprovechan las
condiciones del terreno, la versatilidad de cada
material y pueden tener varias capas.