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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE
INSTALACIONES HIDRÁULICAS PARA PCH
─ CUADERNO 01 ─
MANUAL GUÍA PARA:
INGENIEROS-DESARROLLADORES DE PROYECTOS Y ESTUDIANTES DE
INGENIERÍA CIVIL
Jorge Hernán Gil Laverde | Hidrología-Hidráulica-Hidrogeología-Geotecnia
2017-04-08
Salto del Cisne-Quebrada Vequedo-Valparaíso (Ant.)

MANUAL GUÍA PARA: INGENIEROS-DESARROLLADORES DE PROYECTOS Y ESTUDIANTES DE INGENIERÍA CIVIL 1 de 38
─CUADERNO 01─
PERFIL: Pregrado con mención en Hidráulica y Vías, especializado en: Geotecnia y Cimientos, Patología de la Construcción y
Docencia Investigativa Universitaria con Maestría en Gestión Ambiental y de la Calidad en obras civiles y PhD en hidráulica y procesos
hidrológicos orientado a garantizar ambiental y operativamente las obras hidráulicas en centrales hidroeléctricas, y diplomado en:
Gestión del Aseguramiento de la Calidad, Project Definition Rating Index-Adaptado para proyectos IPC, Interventoría, Diseño Sismo-
resistente, Gestión Integral de Riesgos y Análisis y Diseño de Estructuras Especiales, con más de 40 años de experiencia en
supervisión, operación, mantenimiento, diseño y construcción de obras civiles en todos los campos de la Ingeniería Civil que ha
logrado culminar con éxito alrededor de 300 proyectos por valor de USD$250,000,000.00, jubilado de Empresas Públicas de Medellín
E.S.P. desde septiembre 1o. de 2008, y que se ha desempeñado desde entonces en el diagnóstico y factibilidad de proyectos de
generación, rehabilitación, modernización y repotenciación de obras de Ingeniería Civil como Consultor-Gerente Técnico de la firma
colombiana ICATER S.A.S. y Profesional Asesor como Ingeniero Civil Ajustador de Pérdidas en la firma colombiana FRACTALRYS
S.A.S. Ha participado como Gerente de Proyecto para el CONSORCIO CHINGAZA, responsable del mantenimiento de los túneles y
sistema de conducción del Acueducto de Bogotá. Auditoría a los diseños de detalle de la firma SEDIC S.A. para la firma AGUA Y
ENERGÍA S.A. de los proyectos hidroeléctricos San Andrés II, Chorcha y Gualaquita en Panamá. Interventoría de la planta de MDF
de TABLEMAC-Barbosa (Ant.) como Director de Proyecto para la firma INDISA S.A. Desarrollador independiente de proyectos PCH,
como:
 PCH La Victoria (≈ 7 MW), quebrada Las Yeguas (Abejorral)
 PCH El Limón (≈ 40 MW), río San Juan (Andes-Betania)
 PCH San Antonio (≈ 8 MW), río Bolívar (Ciudad Bolívar)
 PCH Vequedo I y II (≈ 5 MW), quebrada Vequedo (Valparaíso-Caramanta)
 PCH La Bonita I y II (≈ 7 MW); quebrada La Trapichera (Gómez Plata)
 PCH La Dorada: Remolino, La Dorada y La Cristalina (≈ 60 MW), río San Juan (Pueblorrico-Hispania-Ciudad Bolívar-Salgar)
Entre un sinnúmero de potenciales desarrollos hidroenergéticos, actualmente, en proceso de conceptualización, caracterización y
diagnóstico.
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REVISIÓN GENERAL Y ASESORÍA
 RICARDO JOSÉ VARELA LUGONÉS __ Ing. Civil, PhD Hidrología e Hidráulica _ U.M. - Uruguay
 LUIS CARLOS VÁSQUEZ REY __ Ing. Electromecánico, MsCn Electrohidráulica _ UNAM - México
Compilador: JORGE HERNÁN GIL LAVERDE
Ingeniero Civil_1978_M.P. 05202 — 01899 ANT – 1980-06-25
Especialista en Geotecnia y Cimientos_1986
MsCn en Aseguramiento Ambiental y de la Calidad en obras civiles_2005
PhD en Idraulici e Processi Idrologici - Garanzia Ambientale E Di Qualita In Opere Civili_2013
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30 años (Entre 1978 y 2008) al servicio de Empresas Públicas de Medellín S.A. E.S.P.: 5 años en la
Gerencia Aguas, 5 años en la Gerencia Telecomunicaciones, 20 años en la Gerencia Energía-
Subgerencia Operación Generación. De 2009 a la fecha (2015-03-15) ha ejercido como Consultor
Independiente en la asesoría de desarrollo de proyectos de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas –
PCH, entre otras actividades de su competencia profesional.

─CUADERNO 01─
RECOMENDACIONES PARA IMPLEMENTAR UNA
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
…… o un decálogo de errores comunes a evitar
1. No hacer un estudio de ingeniería con el fin de “ahorrar” tiempo y dinero
Una idea no es un proyecto y muchas veces una buena idea suele ser solo eso. Un estudio de
prefactibilidad le ayudará a visualizar la mejor solución al problema; le evitará improvisaciones,
malas soluciones y dolores de cabeza.
Todo proyecto tiene una secuencia lógica y desarrollada por la experiencia. El no respetar la
secuencia puede resultar el camino más largo, complicado y costoso.
Hay una forma de hacer bien las cosas, establecida por la razón y la experiencia.
Los atajos suelen resultar el camino más lento, complicado y caro de hacerlas.
El valor de un proyecto de ingeniería es del orden 8% del costo total de una inversión; por tanto,
cuanto más dinero se trata de "ahorrar" en los estudios y diseño del proyecto, más alta suele
resultar la inversión, por los imprevistos y re-trabajos que no tardan en aparecer.
2. “Ahorrar dinero” evitando hacer una buena caracterización del aprovechamiento
El recurso hídrico es la savia de un proyecto hidroeléctrico, saber cuánta agua hay y por cuanto
tiempo está disponible en el cauce, será gravitante en el éxito o fracaso de su proyecto.
La hidrología le permitirá determinar de cuánta agua dispone y la probabilidad de que un
determinado caudal permanezca en el tiempo a partir de la información histórica de
precipitaciones y/o caudales preexistentes en la cuenca en estudio u otras de similares
características que podrán servir de referencia para la que Ud. quiere aprovechar.
La diferencia de cotas entre el punto de captación y el de restitución del recurso y la distancia
entre ambos le permitirá determinar -junto con el caudal de diseño- el potencial energético
aprovechable en su sitio.
3. Dirigirse directamente a los proveedores de equipos y tecnología
Es muy común que los interesados empiecen por cotizar equipos al principio del proyecto,
teniendo en cuenta que esta es una de las etapas de definición intermedia en el proceso de
estudios y diseño del proyecto.

─CUADERNO 01─
Recuerde que los proveedores de equipos quieren vender su tecnología y no solucionarle sus
problemas o, si no ven las cosas claras, no van a gastar mucho tiempo en preparar propuestas
afinadas y detalladas.
Los proyectos se realizan con consultores independientes, quienes evalúan y justifican
técnicamente el por qué seleccionan una determinada tecnología; ellos no están interesados en
vender ningún producto, sino su conocimiento y experiencia.
Ningún proveedor de equipos que sea serio le va a entregar precios, si Ud. no tiene una buena
caracterización de su sitio.
4. Considerar los aspectos ambientales
Paralelo a su proyecto debe desarrollar un Estudio o una Declaración de Impacto Ambiental,
caracterizando la “Línea Base” y la situación con proyecto para presentarla a la autoridad
competente, para obtener los permisos y autorizaciones correspondientes. Es fundamental
conceptualizar y caracterizar a profundidad para desarrollar, con propiedad, las
estipulaciones y requerimientos de un estudio preliminar que le permita sacar conclusiones
certeras al nivel de prefactibilidad.
5. Considerar solo inversiones e ignorar los costos operacionales
Cuando evalúa el equipamiento debe evaluarse también cuánto cuesta operarlo y
mantenerlo. Desde prefactibilidad y en la etapa de diagnóstico multicriterio de alternativas es
fundamental que tenga claro cuáles son los costos por administración, operación y
mantenimiento (AOM) fijos y variables.
El mantenimiento de una central o el cambio de un repuesto pueden tomar un período de
parada prolongado, que podría costar mucho dinero.
6. Permisos, autorizaciones y derechos de paso
No ignore nunca que Ud. está inserto en un medio que siempre va a afectar positiva o
negativamente a terceros y que va necesitar aprobaciones, permisos y autorizaciones.
Mantenga buenas relaciones con sus vecinos ahora y en el futuro.
7. Sepa emplear los recursos y apoyo del gobierno
Hay muchas formas en que Ud. puede ser apoyado para evaluar su proyecto, tanto desde el
aporte del Estado como de la posibilidad de atraer inversionistas a los cuales les puede
vender sus derechos de agua, el proyecto o bien asociarse con ellos para desarrollarlo.

─CUADERNO 01─
Pero recuerde que vender una idea no es lo mismo que vender un sitio desarrollado y
respaldado con un proyecto de ingeniería.
8. Como va a vender la energía es importante
Oferta y demanda van de la mano, por lo que Ud. tiene que tener claro quién es su cliente
más conveniente: ¿Le va a vender a la compañía de electricidad o tiene un cliente
específico?, ¿le es más conveniente realizar una venta energía ‘spot’, a ‘precio de nudo’ o
una mezcla de ambas?, ¿por cuál red va a transmitir: propia o existente?
Asesórese en este aspecto para que le recomendemos la forma más inteligente de vender
su energía.
9. Las pequeñas centrales hidroeléctricas son iguales a las de los grandes proyectos,
pero “desescaladas”
Algunos ingenieros consideran que una pequeña central es igual a una grande, pero de un
tamaño reducido en escala. ¡Craso error!, el proyecto de una pequeña central es diferente y
tiene particularidades y factores de diseño que hacen que el consultor requiera de una
experiencia diferente a la del que ha construido grandes centrales hidroeléctricas y, a nivel
internacional, se valora más la experiencia en el desarrollo de pequeños aprovechamientos
y su escalamiento a mayores, que en el sentido contrario.
Por lo general, los proyectos desescalados resultan con obras más caras y conceptos de
diseños muy tradicionales, que no consideran la experiencia internacional respecto de los
proyectos en pequeña escala.
10. El proveedor de equipos es importante
El precio no lo es todo. Sí, es cierto que el costo de los equipos incide en forma importante
en la TIR y el VAN del proyecto, pero es tan gravitante que si selecciona inadecuadamente
ya no podrá volver atrás. Hay que evaluar y seleccionar la tecnología como un todo.
El proveedor debe mostrar experiencia, desempeño real de sus equipos, entregar respaldo y
garantías por su tecnología, al igual que por los plazos de entrega.

─CUADERNO 01─
SUMARIO
Esta compilación corresponde a una serie de estudios preliminares para la instalación de
nuevas Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) en Colombia y/o la reconstrucción,
rehabilitación, recuperación, repotenciación de PCH existentes en operación o fuera de
servicio.
La compilación ha sido modelada tanto para el novato como para el experto, pero más
con una finalidad divulgativa que simplemente especializada. Se espera que el lector
adquiera la formación sobre qué se necesita para llevar a buen término un proyecto de
Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) y cómo dirigirlo correctamente. No pretende
ser un tratado, que con probabilidad demanda muchos tomos, ya que puede incluir, por
ejemplo, el origen lógico de las fórmulas aplicables o el cálculo más meticuloso de una
estructura hidráulica, lo que no sería bastante accesible para un público amplio. Tampoco
se reduce a un manual, indicador de algún procedimiento sobre cómo hacer y guiar las
cosas paso a paso, con el agravante de ser difícil que llegue a describirlo todo, de carecer
de un marco teórico completo y de no proporcionar al ingeniero una instrucción cabal
para realizar con eficiencia y seguridad alguna obra civil, pero si se ha estructurado en
quince (15) cuadernos didácticos que pretenden recoger tanto lo escrito,
específicamente, sobre el tema como lo adquirido por el compilador en sus años de
experiencia y práctica de la ingeniería hidráulica.
Desde luego, aquí se sobrentiende la necesidad de un conocimiento científico previo y
consolidado, pero no se promete agotar el ámbito de los diversos estudios técnicos
requeridos para un proyecto exitoso de pequeñas centrales hidroeléctricas, puesto que
cada uno ocuparía un volumen. Expresado con un tono académico e íntegro, de manera
que no ha de sorprender la multitud de referencias de consulta, esta compilación puede
ser útil como una introducción general y panorámica. En este sentido, sería provechoso
tanto para los estudiantes universitarios de ingeniería (civil, mecánica o eléctrica) como
para los especialistas que se interesen en todos los aspectos desde una óptica gerencial
y también en la posterior profundización de algún conocimiento específico.
Términos como densidad, gravedad, salto, potencia, energía, caudal, etc., son usuales
aquí. El concepto de alguno de ellos se explicará, pero los otros se asumirán de antemano
como asimilados. El lector ya debe saber algunas nociones básicas de topografía,
mecánica de fluidos, hidráulica, hidrología, estructuras, geología, geotecnia, costos y
presupuestos, entre otras, sin las cuales no sería adecuada la comprensión del tema de
las PCH, que es precisamente multidisciplinar y relativamente avanzado. Dicho sea de
paso, existen numerosos textos excelentes con los que se puede aprender o recordar los

─CUADERNO 01─
principios fundamentales, como el de Robert Mott (2006) y de Ven Te Chow (1994), por
mencionar al menos los relativos a la mecánica del agua y las estructuras que la
transportan (tuberías, bombas, turbinas, canales). Sin embargo, es presumible que en
Hispanoamérica se echa en falta un documento que recoja un minucioso estado de la
cuestión sobre este tema concreto. La información disponible en Internet es copiosa y
dispersa, predominantemente publicada como tesis o trabajos de grado en universidades
o como informes o manuales en sociedades gubernamentales y no gubernamentales, a
veces sin edición o descuidada, con enfoques y metodologías no siempre iguales, si bien
es cierto que se trata de una tecnología versátil y adaptable al terreno, por lo que difiere
en cuanto a la configuración, no al principio de funcionamiento y el propósito mínimo
común de producir la electricidad.
El proyecto de una pequeña central hidroeléctrica —en adelante el acrónimo PCH, oficial
y válido para el singular y el plural— exige la participación de profesionales de distinta
índole, entre ellos varios especialistas acreditados. Consta normalmente de ocho fases,
cada una dependiente de análisis, evaluaciones y gestiones administrativas:
1. Preliminar (Estructuración de la idea: Conceptualización, caracterización, perfil
y diagnóstico del proyecto hidroeléctrico).
2. Prefactibilidad (Desarrollo de los componentes de la idea del proyecto
hidroeléctrico y de sus alternativas de solución).
3. Factibilidad (Formalización de la idea y establecimiento de la alternativa más
aconsejable para la configuración final del proyecto hidroeléctrico o aplicación de
la ingeniería básica).
4. Construcción (Aplicación de la ingeniería de detalle, construcción y puesta en
marcha del proyecto hidroeléctrico).
5. Contingencia, riesgo y manejo ambiental en el proyecto hidroeléctrico
(Estructuración y aplicación de planes de manejo ambiental y contingente, de
control integral de riesgos, de seguridad industrial y salud ocupacional).
6. Operación y monitoreo del proyecto hidroeléctrico (Desarrollo de actividades de
puesta en marcha y de supervisión y vigilancia de obras y equipos).
7. Mantenimiento (Administración y atención predictiva, preventiva y correctiva de
obras y equipos del proyecto hidroeléctrico).
8. Desmantelamiento (Actividades de abandono del proyecto hidroeléctrico).
Esta compilación enfatiza en las dos primeras fases, indicadas en los numerales 1 y 2,
pero también aborda y comenta las restantes, a fin de ofrecer una idea pormenorizada
del conjunto. Por esto, contiene ocho partes, junto con la primera y la última, donde se
habla, respectivamente, de los contextos justificativos de la implementación de las PCH,

─CUADERNO 01─
de la definición y clasificación de esta obra ingenieril, del inventario de las existentes en
Colombia y del concepto de la potencia hidráulica bruta, como de las instituciones del
país y las leyes referentes a la energía eléctrica.
Cabe decir que muchos textos existentes sobre las PCH, grosso modo, tienden a delimitar
el contenido en cinco secciones: 1) la conceptualización básica; 2) la potencia teórica
estimada; 3) los estudios técnicos necesarios; 4) el análisis económico-financiero; 5) el
dimensionamiento de las obras civiles, y 6) la selección de los equipos electromecánicos
y electrohidráulicos. Pero no describen todas las fases del proyecto, por lo que este
conjunto de cuadernos puede significar una contribución en este caso.1 Sin duda, luego
del importante y riguroso estudio de impacto ambiental (EIA), perteneciente a la fase de
factibilidad, y de otorgarse la debida licencia ambiental por la institución pertinente, sin la
que obviamente no es posible proseguir a la fase de construcción, se realizan los diseños
de detalle, esto es, la ingeniería concerniente con precisión y exactitud a la cuarta
sección. Se ha de advertir que el EIA en Colombia no es obligatorio cuando la PCH es
igual o menor de 10 MW en las zonas no interconectadas (ZNI), según el artículo 9 del
decreto 2820 de 2010 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
(MAVDT).
La legislación colombiana en lo que concierne a los temas ambientales y de generación
de energía eléctrica orientan los requerimientos a la preservación, mantenimiento y
desarrollo real, serio y tangible del medioambiente y de los ecosistemas terrestre e
hidrobiológico con aseguramiento integral de la sostenibilidad ecosistémica en las áreas
de influencia donde se establezca un proyecto hidroeléctrico. Desde la década del 70 el
país se ha visto abocado a experimentar un dinamismo desenfrenado sobre el
cumplimiento mínimo de mínimos que deben atender los interesados en obtener una
concesión de aguas y/o una licencia ambiental que les permita explotar una cuenca
hidrográfica con el propósito de generar energía hidroeléctrica. En ese orden cronológico
se ha listado la normativa vigente, a saber:
 Decreto – Ley 2811 de 1974 por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos
Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente.
 Ley 99 de 1993 por la cual se implementa el Código de Recursos Naturales
Renovables y de Protección al Medio Ambiente.
 Decreto 1753 de 1994 que reglamenta, además, el contenido del Diagnóstico
Ambiental de Alternativas (DAA).
 Decreto 1728 de 2002 que complementa la reglamentación sobre expedición de
licencias ambientales.
1 Un antecedente sería el documento de Terra & Schenzer (2012), que menciona tres fases desde la perspectiva del impacto
ambiental: construcción, operación y clausura. También el del editor Ordoñez Canales (s.f.).

─CUADERNO 01─
 Decreto 1180 de 2003 que modifica y deroga algunos artículos sobre la expedición
de licencias ambientales.
 Decreto 1220 de 2005 que nuevamente modifica y deroga artículos sobre la
expedición de licencias ambientales.
 Decreto 2820 de 2010 que reglamenta el Título VIII de la Ley 99 de 1993 sobre
licencias ambientales.
 Decreto 2041 de 2014 que nuevamente reglamenta el Título VIII de la Ley 99 de
1993 sobre licencias ambientales.
 Decreto 1076 de 2015 que establece la Metodología General para Presentación
de Estudios Ambientales, los términos de referencia y la normativa ambiental
vigente. (Decreto Único Reglamentario del Sector Ambiente y Desarrollo
Sostenible).
 Resolución 097 de 2017 por la cual se crea el Registro Único de Ecosistemas y
Áreas Ambientales y se adoptan otras disposiciones.
 Decreto 050 de 2018 que modifica parcialmente el Decreto 1076 de 2015.
Ahora bien, con la reglamentación interiorizada, se traza una ruta de cumplimiento de
actividades y entregables, cuya meta es obtener la licencia ambiental del proyecto a
diseñar, construir, administrar, operar y mantener. Generalmente, se deberá trazar un
itinerario consensuado entre: promotor inversionista, promotor desarrollador y
consultores que, como mínimo, tendrá que cumplir las siguientes etapas:
-PASO 1:
 Conceptualización, caracterización y diagnóstico de la idea proyectual a
desarrollar sobre una hoya hidrográfica para producción de energía eléctrica.
 Solicitud de la certificación de existencia o no de Grupos Étnicos en función
del prerrequisito que haya en la Corporación Autónoma Regional (CAR) con
jurisdicción.
 Solicitud de Permiso de Estudio a la CAR con jurisdicción.
-PASO 2:
Recepción de la resolución que autoriza el Permiso de Estudio.
 Contratación de Consultores para realizar las actividades y establecer los
entregables que el promotor desarrollador está obligado a cumplir en la CAR.
 Solicitud del Permiso de Colecta.
 Recepción de la resolución que autoriza el Permiso de Colecta.
-PASO 3:
Desarrollo del Permiso de Estudio:

─CUADERNO 01─
 Localizar exactamente, mediante coordenadas, la cuenca, subcuenca o
microcuenca objeto del proyecto.
 Ubicar y delimitar el área de influencia del proyecto objeto de estudio,
amarrado al sistema de Referencia Magna Sirgas. Especificar las planchas del
IGAC en escala 1:10.000 que cubren el área de estudio (Coordenadas máximas
y mínimas del área de influencia del proyecto).
 Localizar cartográficamente el tramo en el que se pretende desarrollar el
proyecto, estructurando la siguiente información (delimitar polígonos):
- Coordenadas de los sitios de captación y restitución.
- Altura del salto o salto neto en metros (m).
- Longitud del tramo solicitado en kilómetros (km).
- Caudal aprovechable en metro cúbico por segundo (m3/s).
- Caudal mínimo de generación en metro cúbico por segundo (m3/s).
- Longitud del pondaje, si hay lugar a ello, en metros (m).
- Ancho promedio del pondaje, si ese es el caso, en metros (m).
 Describir, planificar y realizar con detalle las actividades que se pretenden
ejecutar para cumplir con los entregables del estudio y adicionalmente:
- Verificar si la corriente hídrica cuenta con Plan de Ordenamiento y
Manejo de la cuenca (POMCA), si hay lugar a ello, el proyecto debe ser
compatible con lo propuesto en dicho plan.
- Consultar e incluir, en la evaluación ambiental, las restricciones
ambientales existentes en la zona que devienen del registro del
componente florístico, incluyendo la identificación, clasificación y
sectorización de los diferentes tipos de cobertura; sobre esta delimitación se
distribuirán las parcelas de muestreo de acuerdo con el estado sucesional
para obtener información relacionada con aspectos cualitativos y
cuantitativos. Las parcelas son opcionales dependiendo de las necesidades
de estudio del usuario.
- Estructurar los parámetros morfométricos de la cuenca objeto de
estudio: área, perímetro, forma (factor de forma), longitud del cauce
principal, cota máxima, cota mínima y pendiente.
- Estructurar los parámetros geomorfológicos: descripción de la red de
drenaje, forma del relieve y procesos morfodinámicos (cartografiables a la
escala de estudio).
- Estructurar todos los elementos de la geología regional de la cuenca
objeto de estudio, así: describir las unidades litológicas y estructuras de
tipo fallado y plegamientos de tipo regional presentes en el área de estudio
con respecto al mapa de amenaza sísmica y aceleración pico esperada de
conformidad con la legislación sismorresistente vigente.
- Evaluar Amenaza, Vulnerabilidad y Riesgo: Inventario en la cuenca de
procesos potenciales o activos de erosión hídrica o superficial, movimiento

─CUADERNO 01─
en masa, avenidas torrenciales, inundaciones lentas, sismos, movimiento en
masa, incendios forestales, procesos tecnológicos o antrópicos y evaluación
de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo en relación con los mismos (indicar:
fecha del evento, magnitud, localización y afectaciones).
- Estructurar la información sobre aforos conocidos: identificando y
caracterizando los sitios de aforo efectuados en el estudio, especificando
ubicación y levantamiento de secciones hidráulicas, frecuencias de
monitoreo, resultados obtenidos (serie histórica) y el acopio de otros aforos
existentes para la fuente (información primaria).
- Realizar el análisis hidrológico: Estructurar, presentar y desarrollar la
metodología utilizada para el cálculo de los caudales: ecológico, objeto de
concesión, mínimo de generación, medio mensual multianual, promedio
diario y mínimo para los siguientes períodos de retorno: 2,33 – 5 – 10 – 25
– 50 y 100.
- Estructurar y determinar las características climáticas de la cuenca en
estudio: Temperatura media, precipitación media anual,
evapotranspiración, humedad relativa, brillo solar y demás información
climatológica necesaria para homologar el desarrollo del proyecto.
- Inventariar las estructuras hidráulicas existentes en el área de estudio.
- Estimar la demanda de agua en el área de estudio (incluye la totalidad de
usuarios: legalizados o no). Respecto a usuarios legalizados, la información
podría ser consultada a la Autoridad Ambiental.
- Estructurar el componente sociocultural: Levantar la información que
corresponda sobre la población humana actual existente en el área de
estudio, identificando -además- los patrimonios históricos y culturales.
- Estructurar el componente económico: Describiendo las principales
actividades productivas que se realizan en la zona de estudio y construyendo
el mapa de usos del suelo de la misma zona de estudio.
 Incluir, además, la siguiente información:
- Definir etapas de desarrollo del proyecto, prediseño de obras, evaluación
económico-financiera, evaluación preliminar ambiental, planes de
mitigación, monitoreo y seguimiento; aerofotografías comentadas.
- Especificar los aspectos relacionados con la toma de muestras de agua
(metodologías y técnicas), suelo, fauna y flora; para lo cual se deberán
identificar en cartografía los sitios de toma de muestras.
- Vincular los habitantes de la zona y la comunidad, en general, con los
recursos y los fines del permiso.
- Elaborar el presupuesto final para realizar la investigación.

─CUADERNO 01─
-PASO 4:
Estructurar y elaborar el correspondiente diagnóstico multicriterio de alternativas
(D.M.A. y/o D.A.A.) del proyecto hidroeléctrico.
 Solicitar, con base en los resultados del permiso de estudio, pronunciamiento
ante la autoridad ambiental competente, si requiere o no de la
presentación de un Diagnóstico Ambiental de Alternativas (D.A.A.) o por el
contrario la realización de un Estudio de Impacto Ambiental (E.I.A.), para
obtener la Licencia Ambiental de acuerdo con los lineamientos del Ministerio del
Medio Ambiente, para el debido desarrollo del proyecto hidroeléctrico.
 Presentar, si la autoridad ambiental lo determina, el Diagnóstico Ambiental
de Alternativas (D.A.A.).
 Recibir el auto de la autoridad ambiental que determina la alternativa que
cumple los requerimientos ambientales (CAR) e hidroenergéticos (UPME) para
efectuar el E.I.A. correspondiente.
 Desarrollar el E.I.A. de acuerdo con los lineamientos del Ministerio del Medio
Ambiente.
 Presentar el E.I.A., diseño preliminar de la línea de transmisión y estudio de
conexión ante la autoridad ambiental.
-PASO 5:
Recibir la resolución de si o no la autoridad ambiental licencia el proyecto
hidroeléctrico.
-------
Para los hitos de prefactibilidad y factibilidad se deberá presentar, a la autoridad
ambiental, una propuesta de socialización del proyecto hidroeléctrico: Detallando las
actividades y fechas de difusión y socialización con la comunidad asentada en el área de
influencia directa e indirecta.
-------
Para el desarrollo de los trabajos de investigación, estudios de conceptualización-
caracterización y diagnóstico, prefactibilidad y factibilidad hasta licenciamiento ambiental
se ha configurado un sistema de exploración de proyectos entre 5 y 19,99 MW.
Palabras claves: pequeña central hidroeléctrica (PCH), captación/bocatoma, caudal,
conducción de baja presión/por gravedad, conducción de alta presión/forzada, casa de
válvulas, casa de máquinas, equipo electrohidráulico y electromecánico,
restitución/descarga, subestación, estudio de conexión, línea de transmisión.

MANUAL GUÍA PARA: INGENIEROS-DESARROLLADORES DE PROYECTOS Y ESTUDIANTES DE INGENIERÍA CIVIL12 de 38
─CUADERNO 01─
FILOSOFÍA DEL PERMISO DE ESTUDIO
El capítulo III del Título 5 del Código de Recursos Naturales Renovables y de
Protección al Medio Ambiente, adoptado mediante el Decreto-Ley 2811 de 1974,
regula los permisos de estudio de recursos naturales, cuyo propósito sea proyectar
obras o trabajos para su futuro aprovechamiento. Estos permisos, según los
artículos 56, 57 y 58 de dicho ordenamiento, tienen las siguientes características:
 Su alcance es sólo la formulación de un proyecto; por tanto, el titular no queda
facultado a aprovechar el recurso.
 Su vigencia es hasta de dos años, prorrogable cuando los estudios no se
ejecuten en el término fijado por razones de fuerza mayor.
 Mientras dure el permiso, el beneficiario tiene exclusividad para hacer el
estudio.
 El permisionario tiene prioridad sobre otros solicitantes de concesión; por
tanto, no podrá otorgarse a terceros el uso del recurso materia de estudio.
 Puede versar sobre recursos ya concedidos, en cuanto se trate de un uso
distinto y no se perturbe el ya otorgado.
Por mandato de los artículos 170 y 171 del Decreto-Ley 2811 de 1974, las personas
que deseen generar energía hidráulica deberán solicitar concesión o proponer
asociación, para lo cual, se tendrán en cuenta, además de las normas sobre
concesiones de agua y/o licencia ambiental, los indispensables factores de índole
ecológica, económica y social.
Según el numeral I) del artículo 54 del Decreto 1541 de 1978, la autoridad ambiental
puede exigir que las solicitudes de concesión de aguas y/o de licencia ambiental
incluyan datos adicionales a los previstos en dicha norma.

─CUADERNO 01─
CONTENIDO
─CUADERNO 01─
Página
- PORTADA 0
- PRESENTACIÓN DEL COMPILADOR 1
- DECÁLOGO DEL DESARROLLADOR DE PROYECTOS DE PCH 2
- SUMARIO 5
- FILOSOFÍA DEL PERMISO DE ESTUDIO 12
- CONTENIDO 13
01-1 GENERALIDADES 14
01-1.0 Generación-Producción y Electrificación en Colombia 14
01-1.1 Historia y trascendencia de las PCH 16
01-1.2 Caudales históricos 24
01-1.3 Regresión curvilínea 26
01-1.4 Curva de aportes anuales 27
01-1.5 Garantía de producción 28
01-1.6 Influencia de la carga hidráulica 28
01-1.7 Caudal óptimo 28
01-1.8 Relación de ingreso vs. Caudal 29
01-1.9 Curva de costos 29
01-1.10 Utilidad 30
01-1.11 Manejo ambiental 30
01-1.12 Potencia teórica esperada (P.T.E.) 30
01-1.13 Chequeo preliminar para homologar la conceptualización de un emplazamiento
hidroeléctrico 31
01-2 BIBLIOGRAFÍA 33

─CUADERNO 01─
01-1 GENERALIDADES
01-1.0 Generación-Producción y Electrificación en Colombia
«Con la expedición de las leyes 142 y 143 de 1994, el sector eléctrico nacional ha vivido
cambios trascendentales encaminados a fomentar la competencia en el mercado, tales
como la desintegración vertical y la separación de actividades. De igual forma, se ha
pasado de un Estado en el ejercicio de sus funciones como ente regulador, planeador y
de control, a uno centrado en la fijación de lineamientos de política y la delegación de las
responsabilidades anteriormente citadas a la CREG (Comisión de Regulación de Energía
y Gas), UPME-Unidad de Planeación Minero Energética y SSPD-Superintendencia de
Servicios Públicos Domiciliarios. También es de resaltar, la inclusión de agentes e
inversiones privadas en las empresas estatales y nuevos proyectos de infraestructura.
Asimismo, todos estos factores han estimulado un gran dinamismo en el sector,
convirtiéndolo en uno de los referentes institucionales y regulatorios para otros servicios
públicos e infraestructura, así como uno de los ejes de la locomotora que el Gobierno
Nacional había definido en el Plan Nacional de Desarrollo 2011-2014. Son evidentes los
aspectos de mayor relevancia durante el período comprendido entre los años 1998-2010,
los cuales han dibujado la transformación, evolución y consolidación del sector eléctrico
a nivel institucional, regulatorio y empresarial.
El sector eléctrico en Colombia está mayormente dominado por generación de energía
hidráulica (66% de la producción) y generación térmica (33%). No obstante, el gran
potencial del país en nuevas tecnologías de energía renovable (principalmente eólica,
solar y biomasa) apenas si ha sido explorado. La ley de 2001 diseñada para promover
energías alternas carece de disposiciones clave para lograr este objetivo, como, por
ejemplo FEED-IN TARIFFS (FIT: conocido como tarifas de introducción de energía
renovable a la red eléctrica), y hasta ahora ha tenido muy poco impacto. Las grandes
plantas de energía hidráulica y térmica dominan los planes de expansión actuales. La
construcción de una línea de transmisión con Panamá, que enlazará a Colombia con
Centroamérica, ya está en marcha. Una característica interesante del sector eléctrico de
Colombia (así como de su sector de abastecimiento de agua) es la existencia de un
sistema de subsidios cruzados desde usuarios que viven en áreas consideradas como
relativamente afluentes, y de usuarios que consumen cantidades de electricidad
superiores, a aquellos que viven en áreas consideradas pobres y quienes usan menos
electricidad. El sector eléctrico ha sido desagrupado en generación, transmisión, red de
distribución y comercialización desde que se llevaron a cabo las reformas del sector
eléctrico en 1994. Alrededor de la mitad de la capacidad de generación es privada. La
participación privada en distribución eléctrica es mucho más baja.

─CUADERNO 01─
Capacidad instalada. El suministro eléctrico en Colombia depende del Sistema
Interconectado Nacional (SIN) y varios sistemas locales aislados en las Zonas No
Interconectadas (ZNI). El SIN aglomera la tercera parte del territorio, proveyendo
cobertura al 96% de la población. El sistema ZNI, que cubre las dos terceras partes
restantes del territorio nacional, solamente provee servicio al 4% de la población. Treinta
y dos grandes plantas hidroeléctricas y treinta estaciones de energía térmica proveen
electricidad al SIN. Por otra parte, el ZNI es servido principalmente por pequeños
generadores diésel, muchos de los cuales no están en buenas condiciones de
funcionamiento. El porcentaje de participación térmica en la generación se ha
incrementado desde mediados de la década de 1990. Esto sucedió en respuesta a la
crisis de 1992/1993 ocasionada por las sequías asociadas a El Niño y la alta dependencia
de la generación de energía de instalaciones hidroeléctricas que carecían de capacidad
de almacenaje para múltiples años. Como resultado de las nuevas políticas adoptadas
por el país, el predominio de energía hídrica en la cartera de generación se ha reducido
del 80% a principios de la década de 1990 a menos de 65% actualmente. El programa
de expansión preveía agregar 1.500 MW de nueva capacidad, equitativamente distribuida
entre fuentes hídricas y térmicas, para el año 2011. Esto implicaba inversiones de
US$258,000,000.00/año.
Producción. La generación de energía eléctrica total en 2015 fue de 66.548,5 GWh. La
generación hidráulica representó en 2015 un 63,8%, las plantas térmicas un 31% y las
plantas menores (que incluyen la planta eólica Jepírachi) y cogeneración aportaron un
5,2%. En el año 2015 se presentó un incremento de la generación térmica con un
crecimiento del 12,1% frente a 2014, mientras que la generación hidráulica para 2015
solo aumentó en un 0,7% frente a 2014. El crecimiento en la generación térmica fue
consecuencia del déficit en aportes hídricos evidenciado desde septiembre de 2015
ocasionado por el fenómeno de El Niño que se desarrolló durante el segundo semestre
de 2015.
Demanda. En términos de energía, en el año 2015 el consumo de energía eléctrica llegó
a 66.174 GWh, lo que representa un crecimiento del 4,2% frente al año anterior. Esto
representaría un consumo per cápita en 2015 de 1.412,2 kWh. Desde 2010 a 2015 la
demanda de energía ha crecido en promedio un 3,25% anualmente. En términos de
potencia, en 2015 la demanda máxima se presentó el día miércoles 2 de diciembre entre
las 6:00 p.m. y 7:00 p.m., con un valor máximo de potencia de 10.095 MW y un
crecimiento del 7,3% con respecto a 2014. Por su parte, la demanda mínima en 2015 se
presentó el 1.° de enero entre las 6:00 a.m. y 7:00 a.m. con una demanda de potencia de
4.508 MW, presentando igual un crecimiento del 5,7% con relación al 2014.

─CUADERNO 01─
Importaciones y exportaciones. Entre 2015 y 2017 el país pasó de exportar 460 GWh
de energía, a solo 0,44; las importaciones pasaron de 45 a 71 GWh. Este balance se vio
afectado por condiciones climáticas adversas, que incidieron en el bajo nivel de los
embalses generadores de energía en el país durante 2016. El Proyecto Mesoamérica,
antiguo Plan Puebla-Panamá incluye un proyecto de interconexión eléctrica entre
Colombia y Panamá que permitirá integrar a Colombia con Centroamérica. Este proyecto,
llevado a cabo por Interconexión Eléctrica S.A.-ISA en Colombia y Empresa de
Transmisión Eléctrica S.A.-ETESA en Panamá, comprende la construcción de una línea
de transmisión de 300 MW de capacidad (3% de la capacidad instalada) desde Colombia
a Panamá y 200 MW de capacidad de modo revertida. El proyecto ha tenido desde 2011
todo tipo de inconvenientes, incluidos ambientales, políticos y sociales. Sin embargo,
después de dos trazados y cuatro años de planificación, estaría funcionando para 2019.
Además de eso, el Gobierno colombiano suscribió un acuerdo con el gobierno nacional
de República Dominicana y estatal de Puerto Rico para el suministro de energía eléctrica,
por medio de una red submarina que conectaría el norte de Colombia con República
Dominicana, la cual tendría un costo aproximado entre US$4,000,000,000.00 y
US$5,000,000,000.00 y actualmente se encuentra en estudio de prefactibilidad
económica.»2
01-1.1 Historia y trascendencia de las PCH
La energía hidráulica es una energía renovable, prácticamente gratuita y limpia. En la
producción de electricidad sustituye a los combustibles de origen fósil y nuclear con todos
los problemas de eliminación de desechos que traen consigo.
Entre los argumentos que hablan a favor de la energía hidráulica en general y de los
pequeños aprovechamientos en particular podemos mencionar:
 No hay forma más limpia de producir energía eléctrica que la basada en la energía
hidráulica
 El agua como "combustible" no se consume, solo es explotada y no empeora su
calidad.
 No se producen emisiones contaminantes.
Debido a una mayor conciencia que actualmente se tiene en cuanto a los problemas del
medio ambiente, tanto el fabricante como el propietario de una instalación generadora de
electricidad ya no pueden permanecer indiferentes ante la pregunta de si la tecnología
elegida es o no perjudicial para el medio ambiente.
2 http://www.siel.gov.co/LinkClick.aspx?Fileticket=L9AASwJjMz8=

─CUADERNO 01─
Un pequeño aprovechamiento hidroeléctrico (PAH) puede ser realizado bien sobre un
sitio tal que ya exista una presa construida o una caída de agua determinada que define
perfectamente el lugar o, por contraste, en una vertiente suave donde la altura se
obtendrá por medio de un canal de entrada, tubería de presión, y demás componentes
fundamentales.
En muchos países la hidrogeneración ha sido usada para disminuir la declinación rural y
desarrollar regiones aisladas. Hay una necesidad creciente en muchos países para el
suministro de energía en áreas rurales, en parte para dar apoyo a las industrias, y en
parte para proporcionar iluminación a la población. Las autoridades gubernamentales se
enfrentan con costos muy altos para extender las redes eléctricas, y a menudo las
pequeñas centrales proporcionan una alternativa más económica a la red. Esto se debe
a que los pequeños aprovechamientos independientes ahorran el costo de transmisión
de la línea eléctrica, y porque la extensión de redes a menudo necesita un equipamiento
muy caro y altos costos de personal. En contraste, pueden diseñarse pequeños
aprovechamientos que pueden ser construidos por personal local y organizaciones más
pequeñas siguiendo regulaciones menos estrictas y usando maquinaria y componentes
fabricados localmente. Algunos gobiernos en América Latina y en el mundo ya han
adoptado políticas formales que animan este tipo de proyectos. Los países más
desarrollados del mundo tienen una capacidad de generación eléctrica mediante
pequeñas centrales hidráulicas muy elevada, tal el caso de China que tiene una
capacidad instalada de 70 GW, dentro de los que las PCH contribuyen con una
producción importante. En la Gráfica 1 se puede apreciar la potencia producida con
diversas tecnologías donde la que tiene que ver con fuentes de energía renovables se
aproxima al 30% del total.
Para el Banco Mundial, Colombia es el cuarto país con más recursos hídricos con un
caudal promedio de 66.440 m3/s, equivalente en términos generales a un volumen anual
de 2.113 km3 en un área total de 1.141.748 km2, teniendo en la región nororiental los
menores volúmenes hídricos y la región Pacífico occidental los volúmenes más altos.
(Ochoa Rubio, 2002). Entre las cuencas más destacadas está la del Río San Juan y Patía,
de la vertiente del Pacífico con 10% del caudal promedio nacional; ríos Magdalena,
Cauca, Atrato y Bogotá de la vertiente del Caribe con 24%; ríos Orinoco, Arauca, Meta,
Vichada y Guaviare, de la vertiente de la Orinoquia con 32%; ríos Amazonas, Caquetá,
Vaupés, Putumayo de la vertiente de la Amazonia, con 34%. (Martínez, 2005)
En el potencial hidráulico para 1991, Colombia se ubicaba en una sexta posición mundial,
con 118 GW para 351 ríos inventariados (Ochoa Rubio, 2002) del cual, el 79% es
aprovechable para proyectos de más de 100 MW, el 17% para centrales medianas (10
MW) y un 5% para PCH, es decir, 5,9 GW. Y respecto al potencial total instalado en
Colombia, el 64% de la energía eléctrica, 13,4 GW, proviene de centrales hidroeléctricas,

─CUADERNO 01─
de los cuales para el año 2005, el 7% correspondía a producción por pequeña generación
PCH (UPME, 2009).
Ilustración 1. Composición de la generación de electricidad por tipo de energía en algunos países, 2010
[Participación porcentual]
En Colombia, las primeras pequeñas centrales hidroeléctricas datan de 1889, con plantas
en Bogotá, Bucaramanga y Cúcuta y algunas implementaciones para abastecimiento de
energía en fincas. Para 1930 se tenían plantas a filo de agua que suministraban 45 MW,
desarrollo que continuó hasta 1960. Sólo hasta después de la crisis energética de la
década del setenta del siglo pasado, se retomaron los estudios e investigaciones y las
implementaciones de hidroeléctricas a pequeña escala.
Es útil distinguir entre aprovechamientos a filo de agua o de pasada ('run-of-river')
(Ilustración 2) y aprovechamientos de almacenamiento (Ilustración 3). Un esquema de
almacenamiento hace uso de un dique para detener flujo del río y constituye a un depósito
de agua detrás del dique. El agua pasa entonces a través de las turbinas cuando se
necesita potencia. La ventaja de este esquema es que la lluvia puede acumularse durante

─CUADERNO 01─
la estación húmeda del año y entonces generar potencia durante los periodos más secos
del año.
Ilustración 2. Complejo de generación hidroeléctrica a filo de agua
Un esquema 'run-of-river' [a filo de agua] no detiene el flujo del río, pero en cambio desvía
parte del flujo a través de un canal y una tubería conduciéndolo hasta la turbina. Los
micro-aprovechamientos casi siempre son de este tipo. La desventaja de estos esquemas
es que no se puede aprovechar el agua existente en las estaciones húmedas, en las
estaciones secas del año. La ventaja es que el esquema puede construirse localmente a
un costo relativamente bajo. Los esquemas del tipo de pasada [de agua fluyente o a filo
de agua] son también preferibles desde el punto de vista de daño del medio ambiente
porque el caudal de los ríos estacionales aguas abajo de la instalación no son afectados
y, además, no hay necesidad de inundar los terrenos que se encuentran aguas arriba de
la instalación.
Los aprovechamientos con almacenamiento [presa y embalse] por medio de diques
tienen la desventaja de ser más complejos y caros. Se pueden encontrar problemas
severos, como por ejemplo, que los depósitos se colmaten después de algunos años.
Cuando esto pasa se encuentra a menudo que es demasiado caro dragar el reservorio.
El aprovechamiento, entonces, termina entregando menos energía de la esperada.
Aunque un pequeño aprovechamiento con las características de “a filo de agua” nunca
posee un dique y reservorio, a veces puede diseñarse con un depósito pequeño para
permitir una regulación de base diaria. Este depósito normalmente es una versión
agrandada de la cámara de carga de los aprovechamientos que usan un canal. En

─CUADERNO 01─
pequeños aprovechamientos que no necesitan un canal, el depósito puede ser
conformado por el azud que, entonces, actúa como azud y como dique muy pequeño,
simultáneamente.
Ilustración 3. Complejo de generación hidroeléctrica con embalse [“pondaje”]
COMPONENTES DE UN APROVECHAMIENTO A FILO DE AGUA
 Azud. Actúa para desviar agua a través de una apertura en la margen del río
[bocatoma lateral] o en el fondo del cauce [bocatoma de fondo].
 Desarenador. Tanque especial usado para limpiar de partículas sólidas
[sedimento-lodo y gruesogranulares] a la masa de agua derivada para generar.
 Canal de derivación [Aducción y/o conducción]. Es la conducción de baja
presión que conserva la elevación del agua desviada y la conduce por gravedad.
 Cámara de carga. El agua conducida por gravedad entra en un tanque conocido
como cámara de carga [o tanque de compensación] que tiene una obra de rechazo
de carga llamada canal rebosadero o de reboce, y desde aquí el agua para generar
ingresa en una tubería o conducción cerrada conocida como tubería de carga o
conducción de alta presión que se conecta con la casa de fuerza o casa de
máquinas [planta o central generadora propiamente dicha].

─CUADERNO 01─
 Casa de máquinas. Conjunto de instalaciones donde se emplazan las turbinas y
demás equipos y elementos electromecánicos e electrohidráulicos. El eje de la
turbina puede usarse para trasmitir energía a un dispositivo mecánico (como por
ejemplo la maquinaria de un aserradero), o para operar un generador eléctrico.
 Canal de descarga [o de restitución]. Es la conducción que devuelve el agua
turbinada a la fuente en el punto de descarga. Por esta razón se nomina “salto
bruto” a la diferencia de nivel entre cotas del cauce del drenaje en la captación o
bocatoma y el punto de descarga.
Ilustración 4. Componentes del sistema 'run-of-river' [COMPONENTES MAYORES DE UNA PCH]
Existen, por supuesto, muchas variaciones en los aprovechamientos, por ejemplo, que el
aserradero podría ser manejado directamente por el eje rotante de la turbina, sin
necesidad de generar electricidad. Otra posibilidad es que el canal pudiera eliminarse, y
una tubería alimentara directamente a la turbina desde la cámara de carga. Dichas
variaciones dependerán de las características del sitio particular y los requerimientos de
los usuarios del pequeño aprovechamiento hidráulico.
Las pequeñas centrales hidroeléctricas-PCH iniciaron a expandirse a principios del siglo
XX, caracterizándose por ser tecnologías sencillas, de fácil adaptación e instalación, bajo
costo de operación y mantenimiento (Ortiz Flórez, 2001), moderado o nulo impacto
ambiental y larga vida útil, haciéndolas soluciones viables para pequeñas poblaciones no
interconectadas con condiciones de topografía, pluviometría e hidrología convenientes
socioeconómica y técnicamente, con viabilidad para reemplazar los generadores de
diésel o incluso suministrar, por primera vez, electricidad a comunidades aisladas, para

─CUADERNO 01─
mitigar la necesidad de abastecimiento de combustibles fósiles e impulsar el desarrollo
socioeconómico (Centrales hidroeléctricas, 1994). Adicional a que estas hidroeléctricas
de pequeña escala, en conjunto con los modestos generadores eólicos y fotovoltaicos
pueden ser sistemas económicamente atractivos, en comparación con la extensión de
redes para facilitar el acceso a la electricidad en centros poblados remotos (Nouni, 2009).
Los costos específicos de las pequeñas centrales hidroeléctricas varían desde
USD$400.00 hasta USD$800.00 por 1 kW de capacidad instalada, las cargas en el
transporte y las instalaciones pueden incrementar el valor entre USD$600.00 a
USD$1,200.00 por kW. Generalmente, estos gastos se determinan por las condiciones
del emplazamiento, la tecnología utilizada, las facilidades de transporte, etc.
En aquellos gastos, de un 30% a un 50% corresponde a obras civiles, el equipo
electromecánico de 20% a 35%, el sistema de transmisión 10% a 25% y la parte de
ingeniería y administración de un 5% a un 15%.
Internacionalmente, los gastos de las pequeñas centrales hidroeléctricas instaladas se
espera que estén entre USD$1,500.00 y USD$2,500.00 por kW instalado, costo que está
en función de los grados de dificultad del terreno o el manejo del riesgo con el tipo de
emplazamiento (Sariev y otros, 2006).
En la nomenclatura internacional de la conversión de unidades es fundamental tener
presente que cuando se habla de kW o MW todo el discurso se refiere a potencia, es así
como 1 kW equivale a 1,35 caballos de potencia.
Cuadro1. Clasificación de centrales hidroeléctricas hasta 5 MW según la OLADE
OLADE: Organización Latinoamericana de Energía
Potencia
kW
Tipo
Salto
Bajo Medio Alto
0,5 – 5 Picocentral N.A. N.A. N.A.
>5 - 50 Microcentral <15 15 - 50 >50
>50 - 500 Minicentral <20 20 - 100 >100
>500 – 5 000 PCH <25 25 - 130 >130
Cuadro 2. Clasificación de centrales hidroeléctricas desde ≦ 10 MW a ≧ 100 MW según la UPME3
UPME: Unidad de Planeación Minero Energética
Rango de Potencia
MW
Tipo de Central
>100 GCH: Grandes Centrales Hidroeléctricas
10 y 100 MCH: Medianas Centrales Hidroeléctricas
<10 PCH: Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
3
UPME. Energías renovables: Descripción, tecnologías y usos finales. Ministerio de Minas y Energía. Bogotá D.C. 2008. Pp. 33-34.

─CUADERNO 01─
Se puede encontrar en la literatura otros tipos de clasificación de las PCH, como por
ejemplo: Por su funcionamiento diario, por su sistema de control, por el uso final de la
energía y por su conexión con el sistema eléctrico.
Pero también por sus características técnicas se pueden clasificar en: Centrales
convencionales, centrales no convencionales y centrales parcialmente convencionales.
Dentro de esas características técnicas juega un papel fundamental el tipo de turbina a
instalar que se clasifican en dos (2) grandes grupos: Turbinas de acción y turbinas de
reacción.
Cuadro 3. Clasificación de turbinas de acción según la UPME4
TURBINA DE ACCIÓN Caudal Salto Potencia
Q → m3
/s Hb → m Pot → kW
Pelton 0,05 a 50 30 – 1 800 2 – 300 000
Turgo 0,025 a 10 15 - 300 5 – 80 000
Michel Banki 0,025 a 5 1 – 50 (200) 1 - 750
Ilustración 5. Rodetes Pelton, Turgo y Michel Banki
4
Ídem 1.

─CUADERNO 01─
Cuadro 4. Clasificación de turbinas de reacción según la UPME5
TURBINA DE REACCIÓN Caudal Salto Potencia
Q → m3
/s Hb → m Pot → kW
Bomba rotodinámica 0,025 a 0,25 10 – 250 5 – 500
Francis 1 a 500 2 - 750 2 – 750 000
Deriaz 500 30 – 130 100 000
Kaplan y de Hélice 1 000 5 - 80 2 – 200 000
Axiales (Tubular, Bulbo,
Generador periférico)
600 5 – 30 100 000
Ilustración 6. Rodetes Francis, Deriaz Kaplan y Tubular
01-1.2 Caudales históricos
Las cuencas hídricas están alimentadas por las lluvias. El comportamiento hidrológico de
una cuenca estará entonces influido por la distribución, intensidad y duración de las
precipitaciones y también por la forma en que el medio ambiente media en la
5
Ídem 1 y 2.

─CUADERNO 01─
“administración” del recurso. La acumulación en los nevados, la evaporación directa y la
infiltración, la capacidad del suelo para retener el agua, las cubiertas vegetales, los
procesos de transpiración y absorción de humedad son, entre otros, factores que afectan
la forma en que el agua 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 se concentran en arroyos y ríos y que se acumulan
desde las altas cuencas hasta que se cierra el ciclo hidrológico regresando al mar. El
camino ideal para conocer el comportamiento de los caudales de una cuenca es contar
con mediciones que registren la historia de la misma sobre un largo período de tiempo
(30 a 50 años).
Modificaciones ambientales de carácter planetario como el calentamiento global o los
cambios en las corrientes marinas y aún aquellas modificaciones localizadas como la
deforestación de áreas de bosque nativo, introducen importantes cambios en el
comportamiento hidrológico de las cuencas, reduciendo la confiabilidad de las
proyecciones basadas en los datos hidrológicos históricos. Sin embargo, como en el caso
de algunos de los proyectos que se han venido caracterizando desde 1998, es probable
que en muchas regiones no se cuente con registro de datos de aforo de las cuencas y
subcuencas.
Cuando la información de caudales es parcial, siempre podría contarse con registros de
lluvias. La correlación entre cuencas aforadas y cuencas sin registros, cuando sus
características son similares, permite utilizar información de lluvias, junto con mediciones
de campo limitadas en el tiempo, para extrapolar probables comportamientos de los
caudales de las cuencas sin registro, a partir de la información de las cuencas aforadas.
El caudal especifico de la cuenca (l/s/km2) medido como el aporte de caudal que hace
cada unidad de superficie de cuenca es el vector que permite extrapolar datos desde
cuencas aforadas a cuencas sin registro. Un segundo INPUT de información que se
requiere para analizar los indicadores de calidad de la cuenca es la información
topográfica de la cuenca. En general esta información está disponible en las cartas
geodésicas regionales apoyadas por la gestión de levantamientos altiplanimétricos
específicos.
Este razonamiento permite asegurar que con los análisis hidroenergéticos se acude al
desarrollo de algoritmos que facilitan el logro de resultados confiables para obtener los
caudales óptimos de diseño para Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH), en drenajes
con información escasa o ausencia de la misma, en los que la historia de caudales de
cuencas vecinas y alguna toma corta de registros de aforo primario en el mismo drenaje
orientan, de manera combinada e ineludible, la construcción de curvas de caudales
futuros por métodos estadísticos. La evaluación de la garantía y los aportes de estos
caudales coadyuvan a la presentación de cada resultado mensual de interacción en

─CUADERNO 01─
potencia y energía para asegurar la permanencia y aumento de los ingresos contra la
dinámica gerencial de la gestión de los costos de producción de cada proyecto.
Se debe entender que los estudios de factibilidad son dispendiosos, exigen cálculos
agobiantes y la necesidad de reiterar la infraestructura de fundamentación para que se
comprenda todo el proceso de construcción hidrológica que permite asegurar un nivel de
caudal mínimo “DURANTE LOS AÑOS FUTUROS” al trasegar con los datos por la
metodología de regresión curvilínea y de mínimos cuadrados.
01-1.3 Regresión curvilínea
Con base en este concepto se comprueba que cuando se grafica log yi, versus x de las
n parejas de puntos (x, y) y la figura resultante se endereza, indica que la curva de
regresión de Y sobre x es una exponencial, y su ecuación se expresa como:
Log y = log α + x * log β
Además, el procedimiento utiliza dos ecuaciones auxiliares que asocian a a y b a log a y
log b respectivamente:
∑ 𝑦𝑖
𝑛
𝑖 = 1 = a * n + b ∑ 𝑥𝑖
𝑛
𝑖=1
∑ 𝑥𝑖 ∗ 𝑦𝑖
𝑛
𝑖=1 = a ∑ 𝑥𝑖
𝑛
𝑖=1 + b ∑ 𝑥𝑖
2𝑛
𝑖=1
Como resultado se obtiene la forma logarítmica final empleada hasta ahora:
Log y = a + b * x
Con base en los registros históricos, comparados con la información primaria, recabada
en el registro de aforos entre determinadas fechas para sustentar los aforos conocidos
y/o construidos por el equipo técnico del permisionario se calcula el caudal de diseño.
Se tabula el número de registros históricos es de Nregistros.
Y se deduce el intervalo específico para el cálculo de la curva de caudales, así:
Primero se calcula el Número de Clase, Nc:
Nc = 1 + 3,3 * ln (Nregistros)

─CUADERNO 01─
Segundo se determinan los caudales máximo y mínimo:
Qmáx = Xmáx y Qmin = Xmin
El intervalo [∆x], se calcula con base en la siguiente expresión:
∆x = (Xmáx - Xmin) / (Nc – 1)
Una vez calculado el intervalo de cada frecuencia, se procede a elaborar el cuadro de
distribución de frecuencias, tabulando: 1) Los límites inferior y superior del intervalo, 2) El
caudal mínimo del intervalo, 3) La frecuencia numérica, 4) La frecuencia acumulada, 5)
La probabilidad de permanencia tanto en porcentaje como decimal.
Cuadro 5. Encabezado de la distribución de frecuencias para graficar caudales clasificados
Cuadro de distribución de frecuencias
Intervalo Q min Fcia.
Numérica
Fcia.
Acumulada
Probabilidad
de
Permanencia
p.u.
Ítem Lím. Inf. Lím. Sup. (Intervalo)
01-1.4 Curva de aportes anuales
En cada curva de probabilidades el área subtendida se calcula como la integral entre t1 y
t2:
Au = ∫ 𝑄𝑑 𝑡
𝑡2
𝑡1
Para circunscribir este análisis y su producto como aportes anuales de la subcuenca y
microcuencas, es importante saber qué carácter tiene la red fluvial de la cuenca en
estudio.
Los recursos superficiales, en régimen natural, de la cuenca en estudio se pueden estimar
con base en los históricos, medidas diarias del caudal en el cauce o transponiendo
registros desde una cuenca con características equivalentes. Ahora bien, estos recursos
no son en su totalidad utilizables para la satisfacción de las distintas demandas, al carecer
de regulación.
Se reitera que cuando se establece que una cuenca tiene total ausencia de
instrumentación, y con excepción de la información primaria que se pueda recabar
durante las campañas de ejecución de aforos conocidos, sólo la realización de un estudio
de aportaciones restituidas al régimen natural por medio de históricos de otras cuencas

─CUADERNO 01─
con series entre 30 y 40, proporcionan, en el punto de desagüe de cada una de las áreas
de la subcuenca considerada para aforo o bocatoma, la confiabilidad necesaria para
colegir el caudal de aforo o de equipamiento de cada proyecto.
01-1.5 Garantía de producción
Estimadas las aportaciones del drenaje se calcula la garantía de producción como la
relación entre la energía producible y la que se obtendría con potencia máxima continua,
así:
Ŋ =
𝐴 𝑢
0,032∗ 𝑄 𝑑
01-1.6 Influencia de la carga hidráulica
Definido Ŋ con una probabilidad alta (0,8) para porcentajes alrededor de 90% del caudal
permanente en la cuenca en estudio, paralelamente se define la aportación permanente
Au. Es posible construir una tabla informativa de caudal y porcentaje de permanencia
para distintas áreas de drenaje de la cuenca pasando por los sitios de toma, aforo diario
o entrega al río principal.
Como resultado de las interpolaciones e iteraciones que genera la construcción se
deduce el caudal complementario (Qc):
Qc = 2 * Qp
La aportación esperada se deduce de cada valor de Qc.
01-1.7 Caudal óptimo
Optimar el caudal es un procedimiento agregado que pretende, mediante intervalos de
10 en 10 calcular la aportación esperada por cada área de drenaje determinada en la
cuenca para aforo, bocatoma o desagüe al río principal, y encontrar el valor ideal del
caudal optimado entre Qp y 2Qp.
Es posible construir una tabla que agregue: Qd, Ae, Ap, Ac, Ŋ, H. El caudal óptimo será
aquel en el que exista mayor variación de Ŋ y H.

─CUADERNO 01─
01-1.8 Relación de ingreso vs. Caudal
Con el caudal óptimo se obtiene el resultado de potencia y energía, manteniendo un salto
constante, luego:
P = 9,81 * Qd * Hn * ϱh * ϱa * ϱt (kW)
Ee = 9,81/(3 600) * Ae * Hn * ϱh * ϱa * ϱt
Reemplazando los valores que suministran las casas constructoras de equipos y
accesorios electrohidráulicos para ϱh, ϱa, ϱt:
P = 8 467 * Qd * Hn (kW)
Ee = 0,00235 * Ae * Hn
Los valores se deberán contemplar en el momento de evaluar el proyecto con base en el
mercado energético nacional, así las cosas es viable tabular la variación de ingresos
según el caudal, agregando: Qd (m3/s), P (kW), Ee (GWh), ingresos anuales esperados
por Ep y Ec.
01-1.9 Curva de costos
En este nivel de la evaluación se contextualiza que para cada caudal de equipamiento,
aforo o drenaje total se debe obtener el presupuesto del salto característico específico
(Potencia real en bornes del generador), que obliga a desagregar las dimensiones,
características y precios de las distintas obras y equipos. Fundamentados en este
procedimiento se estructuran ecuaciones de valoración del proyecto en función de Qd,
Hn, P.
Es importante la verificación de la variación de costos y anualidades que podría
expresarse:
C = Co * (β * Imprevistos)

─CUADERNO 01─
01-1.10 Utilidad
Con el cruce de información entre los costos y los ingresos se gestiona el resultado de
las utilidades del negocio de producción hidroenergético que conseguiría su tope máximo
con la aplicación del caudal óptimo de diseño.
01-1.11 Manejo ambiental
El flujo ideal entre potencia y energía dentro del proceso de generación hidroenergética
se puede ajustar con base en las premisas de la normativa ambiental aplicable, al destinar
porcentajes estratégicos de la inversión para mejorar la calidad de vida de las
comunidades aledañas al proyecto, y/o mejorar las condiciones de los ecosistemas
circundantes e inmersos en el área de influencia directa. Es asegurado que el proceso
así beneficiado debe regresar al caudal óptimo para que se puedan efectuar los ajustes
necesarios que mejoren los resultados de manera integral y permanentemente.
Un manejo ambiental efectivo asegura que:
 Haya mínima interrupción del tiempo de producción.
 Se extienda la vida de la central hidroeléctrica.
 Haya mejoras en la eficiencia de producción.
 Haya reducción de costos en los requerimientos de consumibles y materias
primas.
 Haya mejores alternativas de comercialización para los productores.
 Aumente la confianza de los accionistas e inversionistas.
 Mejore la moral y sentido de pertenencia de los empleados.
 Mejore la imagen pública de la empresa generadora.
01-1.12 Potencia teórica esperada (P.T.E.)
Se expresa la potencia en Watt (vatio), y se debe entender como la relación de paso de
energía de un flujo (agua fluyente, en este caso) por unidad de tiempo; es decir, la
cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.
1 Watt ≡ 1*
𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒
𝑠
≡ 1*
𝑁∗𝑚
𝑠
≡ 1*
𝑘𝑔∗𝑚
𝑠2
𝑠
∗ 𝑚 ≡ 1*
𝑘𝑔∗𝑚2
𝑠3

─CUADERNO 01─
P.T.E. = g (1*
𝑚
𝑠2
) * Q (1 ∗
𝑚3
𝑠
) * Hb (1 ∗ 𝑚) * ϒ H2O (1 000 ∗
𝑘𝑔
𝑚3
) = 1 000 *
𝑘𝑔∗𝑚2
𝑠3
El elemento que entrega o produce la energía es el agua (H2O) cuya densidad es ≈ 1.000
kg/m3.
01-1.13 Chequeo preliminar para homologar la conceptualización de un
emplazamiento hidroeléctrico
Es usual que la hoya hidrográfica, potencialmente apta para caracterizar algún tipo de
generación de energía eléctrica, deba cumplir con un inventario inicial que se estructura
mediante el ejercicio de exploración elemental con base en una lista de chequeo, así:
Cuadro 6. Protocolo de los 8 puntos de homologación para conceptualizar proyectos hidroeléctricos
TIPS PARA PRESENTACIÓN DE PROYECTOS
TIP Descripción del tema Verificación
1 Orden público [Clasificación del área/Seguridad] √
2 Accesibilidad [Vías de acceso troncales, primarias, secundarias, terciarias, etc.] √
3 Estudios hidrológicos [Ubicación de estaciones IDEAM-CENICAFÉ] √
4 Cordillera de emplazamiento y tipificación de la falla geológica-Zona sísmica √
5 Modelo financiero-BASE: Cierre preliminar del proyecto √
6 Alcance de los estudios-Presupuesto √
7 Esquema de conexión al STN / SIN √
8 Factor de planta vs. Hidrología [Régimen hidrológico de la cuenca] √
9 Resolución de PDE
10 Ubicar los esquemas de cada proyecto en Arc GIS y/o Google EARTH Pro
ENTIDAD DE
RADICACIÓN
Proyectos >100 MW → ANLA [√]
Proyectos <100 MW → CAR
CONEXIONES
0 - 30 MW → 44 kV
>30 - 80 MW → 115 kV
>80 MW → 220 kV
La selección del sistema de equipos eléctricos principales de conexión de un proyecto
hidroeléctrico debe estar respaldada por un diseño conceptual estructurado que revise y
evalúe los aspectos técnicos, de confiabilidad y las implicaciones económicas de los
equipos y sus configuraciones. Uno de los aspectos más sensibles corresponde a la
inversión económica y a los costos operativos de los equipos y sistemas requeridos.

─CUADERNO 01─
Ilustración 7. Esquemas generales de conexión
Ilustración 8. Diagrama de flujo indicativo de costos de los estudios para el proyecto típico

─CUADERNO 01─
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