2017 04-08 dycdih-c-03_jhgl

Copyright © - Derechos reservados ®- JHGL
Quebrada La Sucia _ Municipio de Ebéjico (Ant.)
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE
INSTALACIONES HIDRÁULICAS PARA PCH
─ CUADERNO 03 ─
MANUAL GUÍA PARA:
INGENIEROS-DESARROLLADORES DE PROYECTOS Y ESTUDIANTES DE
INGENIERÍA CIVIL
Jorge Hernán Gil Laverde | Hidrología-Hidráulica-Hidrogeología-Geotecnia
2017-04-08

MANUAL GUÍA PARA: INGENIEROS-DESARROLLADORES DE PROYECTOS Y ESTUDIANTES DE INGENIERÍA CIVIL 1 de 51
─CUADERNO 02─
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.
-------
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
-------
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.

MANUAL GUÍA PARA: INGENIEROS-DESARROLLADORES DE PROYECTOS Y ESTUDIANTES DE INGENIERÍA CIVIL2 de 51
─CUADERNO 02─
DEFINICIÓN DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS PARA LA
EXPANSIÓN DE LA CAPACIDAD DE GENERACIÓN EN COLOMBIA
«Para comenzar es importante contextualizarse en la definición de proyectos,
portafolio de proyectos y selección de portafolio de proyectos. Se considera que un
proyecto es un esfuerzo temporal que se lleva a cabo para crear un producto,
servicio o resultado único]. En este caso, se hablará de proyectos para la expansión
de la capacidad instalada de generación, es decir, aquellos cuyo objetivo consiste
en instalar nuevas centrales para la generación de energía eléctrica a través de
diferentes tecnologías y recursos energéticos, desarrollados por las empresas que
participan en este sector de la economía, para atender la demanda de energía
eléctrica del país.
De igual forma se define una cartera de proyectos como aquel grupo de proyectos
que, llevados a cabo bajo la dirección y patrocinio de la organización, comparten
unos recursos escasos en un periodo de tiempo determinado para satisfacer un bien
común, en este caso los objetivos de la organización. En este punto, se ubicará la
cartera de proyectos para la expansión de la capacidad de generación, a la que se
encuentren en fase de planeación o estudio, es decir, a los cuales todavía se les
está evaluando su viabilidad para ser construidos en el futuro.
-Selección de cartera de proyectos. La selección de carteras de proyectos es un
proceso que permite a las organizaciones elegir de un conjunto de proyectos
disponibles, aquellos que mejor contribuyen al logro de los objetivos estratégicos de
la compañía, sin exceder los recursos disponibles ni violar otras restricciones. Este
es un problema que han tenido que enfrentar las organizaciones a través del tiempo,
debido a que por lo general los recursos financieros y técnicos son limitados y la
cantidad de proyectos es mayor a la que se puede llevar a cabo de manera
simultánea.
Debido a su dimensión, esta problemática, independiente del tipo de portafolio de
proyectos y de las organizaciones, ha sido abordada de manera repetida en la
literatura, sin embargo su desarrollo ha sido secuencial, y paulatinamente se han
agregado nuevos elementos que permiten el avance en la solución del problema.
Tal como lo afirman Moore & Baker, inicialmente las organizaciones no contaban
con métodos sistemáticos para seleccionar los proyectos y por tanto este proceso
de toma de decisiones se realizaba desde una perspectiva subjetiva, considerando
la información disponible de cada alternativa para realizar la elección que mejor se

─CUADERNO 02─
ajustara a los criterios definidos. Sin embargo, en la medida que las organizaciones
se volvieron más complejas, fue necesario desarrollar modelos que se ajustaran a
las nuevas situaciones enfrentadas por la realidad empresarial.
-Definición de un portafolio de proyectos para estudio desde el punto de vista
del agente generador. Como se dijo anteriormente, en el nuevo escenario de
mercado son los agentes generadores quienes asumen los riesgos asociados a las
decisiones de inversión en proyectos de generación y por tanto el proceso de toma
de decisiones debe estar soportado en modelos que consideren las restricciones
técnicas y operativas, así como la interacción con otras variables de mercado que
están relacionadas de manera directa e indirecta con esta decisión.
Al respecto, uno de los problemas a los que se enfrentan las firmas generadoras en
Colombia en su proceso de planeación de la expansión de capacidad instalada, es
definir cuáles son y cómo se relacionan los principales elementos que deben tener
en cuenta para conformar su portafolio de proyectos en fase de estudio. En este
sentido, aparecen preguntas como cuántos y qué tipo de proyectos en etapa de
reconocimiento, prefactibilidad y factibilidad se deben incluir en este portafolio,
considerando su tamaño y localización, así como otras variables de mercado como
la identificación de oportunidades de crecimiento a partir del análisis de oferta y
demanda futura, las señales de precios futuros de la energía e incluso las
condiciones internas necesarias para desarrollar los proyectos en estudio.
La dificultad radica no solo en que se debe limitar el portafolio de proyectos según
las restricciones de recursos de las empresas, sino en que todas las variables
mencionadas se encuentran inmersas en un entorno de incertidumbre que pueden
afectar el desarrollo de los estudios, y como tal poner en riesgo el objetivo
empresarial de contar oportunamente con proyectos viables para atender las
necesidades de crecimiento de la demanda de energía.
Para abordar esta problemática, primero se analizan las consideraciones desde la
oferta y demanda de la energía eléctrica en Colombia y otras condiciones externas
que afectan el proceso planificador desde el punto de vista de los agentes
generadores; luego se evalúan las condiciones internas que impactan este proceso
y finalmente se presentará un esquema que represente las principales variables e
interacciones que las empresas deben considerar para conformar un portafolio de

─CUADERNO 02─
proyectos en estudio para la expansión de su capacidad de generación de energía
en el país.»1
CONDICIONES EXTERNAS QUE PUEDEN AFECTAR LOS
PROYECTOS EN FASES DE ESTUDIO
«Además de las variables asociadas a la oferta y demanda de energía, las firmas
generadoras deben enfrentarse a otro tipo situaciones del entorno que también
tienen el potencial de afectar sus procesos de expansión. El objetivo de este capítulo
es identificar los principales temas y problemáticas que deben incluirse en el análisis
previo a la definición del portafolio de proyectos para la expansión de la capacidad
instalada en generación. Específicamente el análisis se centra en los trámites y
procedimientos que se deben cumplir, la competencia por el recurso, el riesgo
sociopolítico y los cambios regulatorios en el sector.
-Trámites y procedimientos. Antes de tomar la decisión de inversión, los proyectos
de generación deben encontrarse en un estado de viabilidad que respalde los
niveles de rentabilidad esperados. Sin embargo, para llegar a ese estado se deben
seguir diferentes etapas y procedimientos para el desarrollo de los estudios. En esta
sección se describirán las etapas que se deben seguir las empresas en el
planeamiento de proyectos de generación, incluyendo el registro de los proyectos
ante la UPME y la obtención de la licencia ambiental.
Dentro del proceso de formulación y registro, la UPME propone las siguientes
etapas durante el desarrollo de planeamiento de la expansión del sistema de
generación del subsector eléctrico: reconocimiento, prefactibilidad, factibilidad y
diseño.
El desarrollo de estas etapas está a cargo de las empresas y el tiempo de duración
de cada una dependerá de las características del proyecto y de las capacidades
organizacionales de la empresa. También es importante destacar, tal como se
observa en la tabla siguiente (Etapas de los estudios para planeación de la
expansión en generación), que cada una de estas etapas tiene un alcance y
profundidad de análisis diferente y por tanto la toma de decisiones de inversión
debería darse una vez finalice la etapa de factibilidad.
1
Gómez Cano, Lucero. Esquema general para definir un portafolio de proyectos en fases de estudio, para la
expansión de la capacidad instalada de una empresa de generación de energía en Colombia. Trabajo
final_Magister en Ingeniería-Sistemas Energéticos. Universidad Nacional. 2014.

─CUADERNO 02─
Adicionalmente, con el objetivo de alimentar el plan de expansión de referencia, los
promotores de proyectos deben realizar ante la UPME la inscripción de los
proyectos de generación que aspiran operar dentro del Sistema Interconectado
Nacional, según la fase en que se encuentren. Ver Tabla: Fases proyectos de
generación, en la que se presenta una descripción general de las tres fases
definidas por la UPME dentro del proceso de planeación para el desarrollo de
proyectos de generación eléctrica.
Etapas de los estudios para planeación de la expansión en generación
Es de anotar que la inscripción de los proyectos, que antes era voluntaria, adquirió
un carácter obligatorio a través del Decreto 2820 del Ministerio de Ambiente, en el
cual se establece como requisito para la obtención de la licencia ambiental de
proyectos hidroeléctricos, el registro ante la UPME y un concepto técnico emitido
por esta entidad relativo al potencial energético de las diferentes alternativas. Así

─CUADERNO 02─
mismo, para participar en las subastas de cargo por confiabilidad el proyecto debe
estar registrado al menos en fase 2 de la UPME.
En la Tabla: Comparación entre etapas y fases, se sintetizan las relaciones entre
las etapas de los proyectos según el proceso de planeación que realizan las
empresas y las fases planteadas por la UPME, desarrolladas en las Tablas: Etapas
de los estudios para planeación de la expansión en generación y Fases proyectos
de generación, respectivamente.
Fases proyectos de generación
En resumen, tener el conocimiento sobre las etapas y fases de los proyectos de
generación resulta fundamental para definir el portafolio de proyectos para la
expansión de la capacidad de generación, debido a que según las necesidades del
sistema eléctrico y las condiciones específicas de cada proyecto, será necesario
contar en el portafolio con iniciativas sincronizadas con las etapas del proceso de
planeación de expansión y las subastas de cargo por confiabilidad, para que se
pueda soportar los procesos de expansión en el corto, mediano y largo plazo.
-Proceso de licenciamiento ambiental. Este proceso tiene una profunda relación
con los trámites y procedimientos analizados en párrafos anteriores y se comporta
como ruta crítica durante las fases de planeación. Además se convierte en una
garantía para la participación en las subastas de CxC, debido a que por lo largo que
puede llegar a ser el proceso, el no tener la licencia ambiental es un riesgo con altas

─CUADERNO 02─
implicaciones para los agentes generadores. Este último caso le sucedió al Proyecto
Porvenir II, el cual recibió OEF en la subasta de enero de 2012, pero debido a los
retrasos en la obtención de la licencia ambiental no pudo estar listo en las fechas
en que preveía el respectivo compromiso.
Comparación entre etapas y fases
CxC: Cargo por confiabilidad
“La Licencia Ambiental es la autorización que otorga la autoridad ambiental
competente para la ejecución de un proyecto, obra o actividad, que de acuerdo con
la ley y los reglamentos pueda producir deterioro grave a los recursos naturales
renovables o al medio ambiente o introducir modificaciones considerables o notorias
al paisaje; la cual sujeta al beneficiario de ésta, al cumplimiento de los requisitos,
términos, condiciones y obligaciones que la misma establezca en relación con la
prevención, mitigación, corrección, compensación y manejo de los efectos
ambientales del proyecto, obra o actividad autorizada”.
Para el caso de los proyectos de generación en Colombia, la responsabilidad sobre
el estudio, aprobación y expedición de licencias, permisos y trámites ambientales
está dividida entre la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales – ANLA y las
Corporaciones Autónomas Regionales – CAR, según las características de los
proyectos], tal como se observa en la Tabla: Responsabilidad del estudio,
aprobación y expedición de licencias ambientales de proyectos de generación.
El proceso de licenciamiento ambiental impacta de forma directa al problema que
se aborda en estos cuadernos, primero en razón del aseguramiento del recurso

─CUADERNO 02─
energético y segundo sobre los tiempos del trámite correspondiente y de la vigencia
que tiene una licencia ambiental ya otorgada.
En lo relacionado al aseguramiento del recurso, para muchas empresas puede ser
estratégico avanzar en el proceso de licenciamiento ambiental de un proyecto de
generación, basados en que una vez otorgada la licencia ningún otro proyecto
tendrá autorización de utilizar el mismo recurso que ya fue concesionado y por tanto,
en algunos casos es la única alternativa para asegurar un recurso que puede ser
estratégico para la empresa.
Responsabilidad del estudio, aprobación y expedición de licencias ambientales de proyectos de generación
En cuanto a la vigencia de la licencia ambiental, el Decreto 2820 del Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible establece que la autoridad ambiental competente
podrá declarar la pérdida de vigencia de la Licencia Ambiental, si transcurrido cinco
años a partir de su ejecutoria, no se ha dado inicio a la construcción del proyecto,
obra o actividad. Sin embargo, si el dueño de la licencia logra demostrar
circunstancias de fuerza mayor o caso fortuito no se hará afectiva la pérdida de
vigencia de la licencia.
Es decir, que si un proyecto de generación con licencia ambiental no inicia las obras
de construcción en el transcurso de 5 años, la autoridad ambiental podrá declarar
su pérdida de vigencia y por tanto arriesgar los recursos invertidos durante este
proceso. Adicionalmente, si pasa mucho tiempo entre el momento del licenciamiento
y el inicio de construcción, es posible que cambien algunas condiciones
socioambientales del proyecto y con ello se dé lugar a modificaciones de la licencia,

─CUADERNO 02─
con las correspondientes implicaciones en el incremento de los costos asociados,
porque se pueden afectar también los estudios técnicos realizados.
De forma paralela a lo anterior, el proceso de licenciamiento ambiental también
requiere una planeación en términos de la duración de este trámite. Primero en
cuanto al tiempo necesario para el desarrollo propio de los estudios y segundo en
términos de los días que la autoridad ambiental destinará para revisar los productos
entregables y emitir los conceptos respectivos.
Para ello, en el Decreto 2820 se encuentran establecidos los trámites y tiempos
para el proceso de licenciamiento ambiental en Colombia, en lo relacionado a las
diferentes etapas, actividades y trámites del Diagnóstico Ambiental de Alternativas-
DAA-, del Estudio de Impacto Ambiental -EIA-, y de la expedición de la licencia
ambiental. Un resumen de estos tiempos se presenta en la Tabla: Cronograma
proceso licenciamiento ambiental según Decreto 2820 de 2010.
Cronograma proceso licenciamiento ambiental según Decreto 2820 de 2010
Sin embargo, los tiempos establecidos en el decreto no consideran aquellos tiempos
demandados por los estudios y sus revisiones ni sus procesos de contratación

─CUADERNO 02─
asociados (que dependen del tipo de proyecto que se esté realizando, tamaño,
ubicación e impactos que pueda generar en su entorno), como tampoco los tiempos
de procesos vinculantes a la licencia ambiental que serán requisitos para su
obtención, tales como procesos de consulta previa, sustracción de reservas
forestales, levantamiento de veda, que podrían conllevar a un tiempo total de hasta
836 días hábiles estimados, en un caso extremo.
En resumen, lo anterior significa que una empresa deberá: (1) realizar el análisis
sobre el momento en que debe comenzar el proceso de licenciamiento ambiental
de un proyecto de generación y de forma permanente hacer los cálculos sobre la
posible duración del proceso, con el fin de establecer si contará con la licencia
cuando se necesite, (2) definir la estrategia para que los estudios no se
desactualicen o pierdan la vigencia, e incluso utilizar este mecanismo como
estrategia para evitar que otros competidores utilicen un recurso energético que es
considerado estratégico para la expansión de la empresa en el mediano o largo
plazo. Sin embargo, al mismo tiempo la empresa deberá (3) estar atenta a la
evolución de las discusiones que se presentan en el país sobre los altos tiempos de
este proceso y los posibles esfuerzos para agilizar el trámite.»2
2
Ídem 1
Cronograma proceso licenciamiento ambiental según Decreto 2820 de 2010

─CUADERNO 03─
CONTENIDO
─CUADERNO 03─
Página
- PORTADA 0
- PRESENTACIÓN DEL COMPILADOR 1
- DEFINICIÓN DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS PARA LA EXPANSIÓN DE
LA CAPACIDAD DE GENERACIÓN EN COLOMBIA 2
- CONDICIONES EXTERNAS QUE PUEDEN AFECTAR LOS PROYECTOS EN
FASES DE ESTUDIO 4
- CONTENIDO 11
03-1 ESQUEMA PARA DEFINIR UN PORTAFOLIO DE ESTUDIOS DE PROYECTOS
PARA LA EXPANSIÓN DE UNA EMPRESA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
EN COLOMBIA 12
03-1.0 Esquema general 12
03-1.1 Restricciones del portafolio 14
03-1.2 Característica específica de cada portafolio 16
03-1.2.1 Ubicación del proyecto 17
03-1.2.2 Tipo de bocatoma 18
03-1.2.3 Conducciones por gravedad (de baja presión) / canales de conducción 22
03-1.2.4 Aliviaderos (vertederos de excesos/excedencias) 25
03-1.2.5 Desarenadores 26
03-1.2.6 Cámara de carga (Tanque de presión) 30
03-1.2.7 Tubería forzada 31
03-1.2.8 Casa de máquinas 36
03-2 BIBLIOGRAFÍA 46

─CUADERNO 03─
03-1 ESQUEMA PARA DEFINIR UN PORTAFOLIO DE
ESTUDIOS DE PROYECTOS
Es necesario considerar las interrelaciones que se dan entre las mismas para generar las
restricciones del portafolio y los posibles criterios de calificación de los proyectos que
harán parte de la cartera de proyectos; razón por la que se profundizará en las variables
que dan lugar a las restricciones del mismo y a la definición de los criterios de calificación
de los proyectos.
03-1.0 Esquema general
Los elementos que deben considerarse para conformar un portafolio de proyectos de
generación en fase de estudio en Colombia, se encuentran divididos en cinco
componentes:
 La definición del horizonte de planeación,
 El análisis de las condiciones externas e internas relacionadas con este tema,
 El establecimiento de las restricciones del portafolio y de los criterios de
calificación de los proyectos,
 La aplicación de los criterios para la evaluación de los proyectos
 y finalmente, La selección del portafolio.
Aquí se explicaran las primeras tres componentes, mientras que el desarrollo de los dos
componentes restantes se deja propuesto para una fase siguiente del análisis.
La primera actividad es la definición del horizonte de planeación de la empresa, es decir,
la definición de los rangos de tiempo durante los cuales se planea realizar la expansión
de la capacidad instalada, los cuales normalmente están definidos como corto, mediano
y largo plazo. El número de años que compone cada rango dependerá de las
consideraciones y particularidades de la empresa, aunque para el caso del negocio
generación se proponen 3 años para el corto plazo, 10 años para el mediano plazo y 20
años para el largo plazo. Esta definición es importante, porque las necesidades de
expansión de la empresa son diferentes en cada horizonte y porque las variables pueden
tener comportamientos diferentes según el horizonte analizado.
Una vez definido el horizonte de planeación, es necesario analizar las variables que
componen el entorno externo e interno de la empresa. Este análisis se divide en tres
componentes principales: (I) El estado actual y proyección futura de las variables de

─CUADERNO 03─
mercado, (II) Otras variables externas y (III) Las condiciones internas de la empresa que
tienen el potencial de afectar la conformación del portafolio de proyectos en estudio.
Esquema para definir un portafolio de estudios de proyectos
para la expansión de una empresa de generación de energía en Colombia
La interrelación de estas variables permite determinar las restricciones o características
que limitan la conformación del portafolio en término de tamaño en MW y en cantidad de
proyectos, tipo de tecnología que deberían tener los proyectos y fases en las que se
deberían encontrar. Las restricciones del portafolio, junto con el análisis de las variables
y las restricciones identificadas, deben usarse para establecer los criterios de calificación,
con los indicadores correspondientes, de forma que faciliten la evaluación de los
proyectos al momento de decidir si deben o no ser parte del portafolio.
La penúltima etapa es la evaluación de los proyectos, para lo cual es necesario que la
empresa seleccione el método de valoración que más se ajuste a su perfil y que incluya

─CUADERNO 03─
los criterios de calificación antes mencionados. Finalmente, a través de la calificación de
los proyectos y las restricciones del portafolio se sugiere aplicar una metodología de
optimización para escoger los proyectos que más se ajusten a los criterios y restricciones
del portafolio. Estas dos últimas fases están fuera del alcance de este trabajo.
Si bien hasta aquí está representado el esquema general que guía la toma de decisiones
sobre este tema, aún hace falta profundizar en el componente de las restricciones del
portafolio y los criterios de calificación de los proyectos. Una vez identificadas las
variables, se establecen las interrelaciones entre ellas para definir de las restricciones del
portafolio y los criterios de calificación de los proyectos que harán parte de él.
03-1.1 Restricciones del portafolio
El término restricciones se refiere a las características o limitaciones que deberá tener el
portafolio, de acuerdo con las variables internas y externas analizadas. Estas
restricciones están dadas en términos del tamaño del portafolio en MW, número de
proyectos, tipo de tecnología y fases en que se encuentran los proyectos.
Las restricciones están interrelacionadas entre sí porque cualquier definición para una
restricción puede impactar a las demás, por ejemplo, el tamaño de portafolio en MW
afectará necesariamente al número de proyectos que tendrá el mismo, así como el tipo
de tecnología y la fase en que se encuentren los proyectos.
Restricciones del portafolio

─CUADERNO 03─
La primera restricción, tamaño del portafolio en MW, está dada por dos análisis, el
primero relacionado con el número de MW que requiere el mercado y el segundo por el
total de MW que quiere y puede crecer la empresa.
Restricción: Tamaño en MW del portafolio
En el esquema anterior se puede observar que antes de tomar una decisión de
crecimiento, las empresas deben analizar cuáles son las necesidades de nueva
capacidad instalada del mercado y las señales de en qué momento será requerida esta
nueva infraestructura; con esta información se abordan las consideraciones internas y
externas para definir la apuesta de la empresa frente a las necesidades del mercado, es
decir, del total requerido cuánto quiere y puede crecer.
En el momento de hacer el modelado puede ser necesario definir un parámetro para
establecer el tamaño del portafolio, porque las solas variables de necesidades del
mercado y aspiraciones de la empresa no son suficientes para hallar este valor. La
función de este parámetro es multiplicar los MW que se pretenden crecer por un número
determinado; por ejemplo, si se definen 500 MW como objetivo de crecimiento en el largo
plazo, como mínimo se deberían tener en estudio X veces ese valor. La razón de este
parámetro es que no necesariamente todos los proyectos que se estudien serán factibles
o viables técnica y económicamente, y la definición de su valor estará asociada a los
horizontes de crecimiento, capacidades organizacionales de cada empresa para
desarrollar los estudios y si es necesario, un histórico del porcentaje de viabilidad de los
estudios de factibilidad.

─CUADERNO 03─
03-1.2 Característica específica de cada portafolio
Cada proyecto a desarrollar debe contar con una información preliminar y exploratoria
como resultado de la evaluación de la idea y de la conceptualización en sí misma que la
acercan al perfil unívoco que lo hace distinto a otros. Las prospecciones dan una idea
clara de lo que también se ha dado en llamar escala energética de inicio de estudios que
se indica a continuación:
 Ubicación del proyecto:
 Tipo de bocatoma:
 Conducción de baja presión (por gravedad):
 Obras de desarenado (sedimentadores):
 Caudal de diseño (m3/s):
 Captado en:
 Restituido en:
 Salto bruto máximo (m):
 Cámara de carga (tanque de presión):
 Conducción forzada (de alta presión):
 Casa de máquinas:
 Número y tipo de turbinas:
 Potencia instalada (MW):
 Energía firme (kW-h/año):
 Energía secundaria (kW-h/año):
 Potencia remunerable (kW):

─CUADERNO 03─
 Costos de construcción:
-------
03-1.2.1 Ubicación del proyecto. El objetivo del Estudio de la Ubicación/Localización
de un proyecto es analizar las diferentes alternativas de ubicación espacial del proyecto.
La localización tiene por objetivo, analizar los diferentes lugares donde es posible ubicar
el proyecto, buscando establecer un lugar que ofrece los máximos beneficios, los mejores
costos, es decir en donde se obtenga la máxima ganancia, si es una empresa privada, o
el mínimo costo unitario, si se trata de un proyecto social.
Pese a que existen diferentes metodologías, que ayudan a determinar la localización de
manera más acertada, no están siendo utilizadas, por falta de conocimiento tanto de
quienes realizan proyectos, como de quienes supervisan la elaboración de los mismos.
En el estudio de localización del proyecto, se toman en cuenta dos aspectos la macro y
la micro localización, pero a su vez se deben analizar otros factores, llamados fuerzas
locacionales, que de alguna manera influyen en la inversión de un determinado proyecto.
(Sapag Chain 2004).
03-1.2.1.1 Macrolocalización. Consiste en evaluar el sitio que ofrece las mejores
condiciones para la ubicación del proyecto, en el país o en el espacio rural y urbano de
alguna región, conjugando el análisis de diferentes características:
-Ubicación de los consumidores o usuarios
-Localización de la Materia Prima y demás insumos
-Vías de comunicación y medios de transporte
-Infraestructura de servicios públicos
-Políticas, planes o programas de desarrollo
-Normas y Regulaciones Específicas
-Tendencias de desarrollo de la región
-Condiciones climáticas, ambientales, suelos
-Interés de fuerzas sociales y comunitarias
03-1.2.1.2 Microlocalización. Es la determinación del punto preciso donde se construirá
el proyecto dentro de la región, y en esta se hará la distribución de las instalaciones en

─CUADERNO 03─
el terreno elegido. (Jerouchalmi 2003), conjugando el análisis de diferentes
características:
-Disponibilidad y costos de Recursos: Mano de Obra, materias primas, servicios de
comunicaciones
-Otros Factores: Ubicación de la competencia, limitaciones tecnológicas y
consideraciones ecológicas
-Costo de transporte de insumos y de productos
En algunos proyectos la localización está predeterminada, como en los casos de
silvicultura, la agricultura la industria petrolera, las plantas hidroeléctricas, etc. En otros
proyectos, la localización está limitada por el requerimiento de alguna condición
geográfica, o la existencia de un recurso abundante. (Cignoli 1967).
Por ejemplo la instalación de astilleros se debe realizar en costas marítimas; la industria
de celulosa y papel requiere de agua y de zonas boscosas. En estos casos el estudio de
localización se simplifica y se limita a describir la infraestructura y las ventajas que se
pueden aprovechar.
Con excepción de los casos antes señalados, la localización de los proyectos depende
de los costos de transporte de materias primas e insumos, así como del costo de
transporte del producto terminado hacia los centros de consumo, rigiéndose por el criterio
de que la localización óptima es aquella que maximiza el beneficio del proyecto o que
logra el mínimo costo unitario, dependiendo de si el proyecto es privado o social. (Bogia
1970).
Por definición, la localización óptima de un proyecto es la que contribuye en mayor
medida a que se logre la mayor tasa de rentabilidad sobre el capital (criterio privado) u
obtener el costo unitario mínimo (criterio social).
03-1.2.2 Tipo de bocatoma. La bocatoma es una estructura u obra civil principal
emplazada a la entrada de un canal para desviar, aducir o derivar el ingreso del agua del
río o quebrada a través de éste. El propósito es permitir la captación de agua desde una
corriente con el menor grado de sedimentación posible, estructurando la economía de
costos de administración, operación y mantenimiento, proveyendo medidas de protección
y aseguramiento integral contra riesgos de daño o bloqueo de entrada de gravas y
sedimentos. La selección del tipo de bocatoma está en función de su localización en el

─CUADERNO 03─
cauce, tamaño del río o quebrada, caudal que discurre, costos, y clase de proyecto al que
se integraría.
 Elementos componentes de una bocatoma. Básicamente son los siguientes:
─Dique, barraje, presa o azud. Cierra el cauce del río, obligando al volumen de
agua, que se encuentra por debajo de la cota de su cresta, a que ingrese a la
conducción de desviación, aducción o derivación. El dique en épocas de crecientes
funciona como vertedero (Vertedero de crecientes).
─Reja coladera (rejilla). Impide el ingreso de material sólido flotante muy grueso a
la conducción de desviación, aducción o derivación.
─Trampa de gravas (desripiador). Cámara, pozo o tanque que atrapa o recoge el
material sólido que ha logrado pasar a través de la reja coladera.
─Transición de ingreso al canal de desviación. Une la trampa de gravas con el
canal o conducción de desviación, aducción o derivación. El objetivo de este
elemento es evitar grandes pérdidas de energía entre desripiador y conducción de
desviación.
─Losa de egreso aguas abajo del vertedero de crecientes o azud (zampeado y
colchón al pie del azud). Disipa la energía que trae el agua que se vierte por encima
de la cresta de la presa de nuevo al cauce del río, en épocas de crecientes, evitando
la erosión del pozo de aquietamiento que hace parte integral de todo el elemento de
disipación de energía hidráulica. El fenómeno de impacto, desgaste y deterioro debe
controlarse con todo el estudio y requerimiento técnico e hidráulico para suprimir
desde el inicio de la operación que alcance a socavar y destruir estructuras y el cauce
mismo, aguas debajo de la bocatoma.
─Compuerta de purga. Está ubicada adyacente a la reja de entrada al canal de
desviación. Y es la ventana al canal de limpia (o limpieza) que desagua al cauce.
Debe operarse para eliminar el material grueso del cauce aguas arriba de la
bocatoma y mantener limpio el sector de influencia de la reja coladera que comunica
con el desripiador, la trampa de gravas y la conducción de aducción-derivación.
 Presa de derivación. «Cuando se requiere captar un caudal de agua desde un río
para su aprovechamiento en una pequeña central hidroeléctrica, debe construirse un
barraje de aducción o derivación con el objeto específico de elevar el nivel de agua
en el río y facilitar -mediante derivación del caudal- que ingrese a la bocatoma.»3
Los argumentos de nivel necesarios para la derivación se establecen aquí en función
de las siguientes consideraciones:
3
NOZAKI, Tsuguo. Guía para la elaboración de proyectos de pequeñas centrales hidroeléctricas destinadas a
la electrificación rural del Perú. JICA. Perú, 1985, pp. 16.

─CUADERNO 03─
Una vez establecido el tirante “h” del agua en el canal de conducción, se ubicará el
vertedero del barraje a una elevación “y” sobre el fondo del cauce del río, igual a:
─ 3*h, cuando el caudal sea muy pequeño
─ 2,5*h, cuando el caudal sea igual a 1 m3/s
─ 2*h, cuando el caudal sea mayor que 10 m3/s
Es conveniente que se construya el barraje y, en general, las obras de captación y
muros de protección y encauzamiento, sobre roca firme y sana (estratos y/o macizos
rocosos intactos y competentes estructural y técnicamente), incluyendo entorno y
taludes adyacentes. Sin embargo, si no es posible encontrar el estrato resistente a
poca profundidad, se deberá construir el barraje sobre el aluvión del cauce pero
teniendo en cuenta que la cimentación inherente se estructure con una profundidad
y longitud que cumpla con la suficiencia estructural para que el agua de percolación
-en el contacto entre fondo de la cimentación y el aluvión de soporte- sea de velocidad
tan pequeña que no pueda arrastrar las partículas más finas, que en caso de darse,
con el tiempo determinaría la desestabilización y colapso del barraje.
En el barraje se deberá instalar una compuerta que permita la eliminación de los
depósitos de material sólido suelto que se hubieren asentado frente al orificio de toma
y/o ventana ce captación.
Cuando los caudales son muy pequeños, se sugiere sustituir la compuerta con
tablones o “canes” de madera que, además, hagan las veces de ataguía.
 Clases de bocatoma. Volviendo a los conceptos de Tsuguo NOZAKI, propuestos en
su manual-guía, es procedente clasificar las bocatomas en tres tipos, así:
─Bocatoma tipo 1. Es una estructura, con un barraje perpendicular a la dirección del
cauce, dotada de una compuerta de limpia (para limpieza) y un vertedero lateral que
elimina los excesos de agua provocados por los regímenes de crecientes, a
continuación del cual se emplaza una canaleta de desarenación con compuerta de
limpia o de desagüe de sedimentos y gruesogranulares. Seguidamente se dispone
de una reja coladera para evitar el ingreso de material flotante al canal de conducción,
a continuación se deberá instalar una compuerta, operada manualmente por un
volante que se desliza mediante un sin-fin, en caso de que sea necesario regular el
caudal de ingreso a la conducción de aducción-derivación. Adyacente a dicha
compuerta y antes de que el caudal ingrese al canal de conducción, se ha dispuesto
un vertedero lateral de regulación (aliviadero de excedencias) y de menor longitud
que el anteriormente citado al inicio de este párrafo.

─CUADERNO 03─
En razón de la escasa capacidad de desarenación que tiene la estructura se debe
disponer en algún sitio de la conducción o en la cámara de carga de un tanque
desarenador.
Este tipo de bocatoma tiene las siguientes ventajas:
(a) Los excesos de agua en las crecientes son controlados antes de la compuerta
de captación, y no es necesario que el diseño permita el transporte de grandes
volúmenes de agua, circunstancia que disminuye los costos en función de una
geometría que proporciona mayor economía en elementos tales como el marco
de la compuerta, los muros de defensa, encausamiento y conducción, las rejas
coladeras y la estructura misma de la compuerta.
(b) Cuando se presentan crecientes inesperadas, estos excesos no afectan el
canal de conducción.
(c) Los costos de operación y mantenimiento son relativamente bajos con este tipo
de bocatoma porque no requiere un bocatomero permanente debido a que
tiene la regulación de niveles que proporciona la compuerta de ingreso del
caudal.
─Bocatoma tipo 2. Es una estructura, con un barraje transversal a la dirección del
cauce, con compuertas de limpia y captación alineadas paralelamente. Delante de
estas dos compuertas existe un depósito sedimentador con pendiente hacia la
compuerta de limpia que se abre y comunica directamente con el cauce del río. Antes
de la compuerta de captación se dispone una reja coladera para impedir el ingreso de
material flotante que llegaría desde el cauce del río. Después de la compuerta de
captación se deberá emplazar un desarenador con compuerta de limpieza o de
descarga de lodos que desagua directamente en el cauce del río. A continuación de
esta estructura el sistema se empalma con el canal de aducción-derivación.
La única regulación del caudal se realiza en la compuerta de captación. Si se requiere,
como es de rigor hidráulico regular el caudal por variaciones de la carga de la población
servida, se deberá construir un reboce o aliviadero en el muro del desarenador que
facilite el rechazo de carga y/o control de la excedencia de caudal en el sistema.
─Bocatoma tipo 3. Es una estructura equivalente a la tipo 2, con la diferencia de que en
ésta, por condiciones propias del proyecto, se han dispuesto dos compuertas de
captación. Se adoptaría este tipo de bocatoma en casos de requerirse captar caudales
muy grandes.

─CUADERNO 03─
La disposición de todas las demás características, elementos, estructuras y obras
componentes son semejantes a las de la bocatoma tipo 2, tratada anteriormente.
03-1.2.3 Conducciones por gravedad (de baja presión) / canales de conducción.
Las obras de conducción de baja presión llevan el agua captada (volumen de
agua/caudal) desde la toma en el cauce hasta donde deberá iniciar la caída propiamente
dicha en la cámara de carga o tanque de presión.
«La conducción se realiza, por lo general, a través de un canal, que bien podría
estructurarse a cielo abierto o como cobertura (a modo de box-culvert). En ella fluye el
agua en contacto con la superficie libre. El trazado de la obra de conducción se realiza
en función de conseguir una mejor eficiencia y seguridad de las obras a menor costo,
manteniendo una pendiente longitudinal positiva menor que la del río, y haciendo algunas
variaciones sólo dentro de ciertos límites. La pendiente precitada se establece con un
criterio eminentemente técnico-económico estudiando varias alternativas.» 4
El criterio técnico para emplazar conducciones por gravedad está sujeto a las
características topográficas de los posibles sitios de toma y a la variación del caudal, que
generalmente disminuye hacia aguas arriba del cauce.
El criterio económico lo establece la longitud de la conducción: A mayor longitud, mayor
costo y, evidentemente, depende de la pendiente que tenga el río.
En los canales es recomendable que la velocidad del agua oscile entre 0,7 y 2,0 m/s, con
el fin de evitar la sedimentación en el canal y la erosión tanto de la solera como de los
muros de encausamiento, motivo por el que el área mojada está en función de la
velocidad. La geometría óptima del área mojada cumple si con una superficie mojada
mínima conduce el mayor caudal posible. Lo anterior aplica cuando la sección es
semicircular, pero su difícil construcción e inestabilidad hacen sugerir el establecimiento
de una sección trapezoidal. Las dimensiones más ventajosas para distintas geometrías
de canales se determinan teniendo en cuenta que el caudal es tanto mayor, en cuanto
sea mayor el radio hidráulico o en cuanto menor sea el perímetro mojado.
Usualmente cuando se construye un canal a media ladera, éstas se nivelan y explanan
con el objetivo de lograr una plataforma (berma) para que sobre ella se excave y cimente
la sección propia del canal. El canal deberá acompañarse de una pequeña berma
adicional que permita el drenaje y la protección contra riesgos de deslizamiento y permita
el depósito de pequeños derrumbamientos en los taludes, además de permitir la
4
Curso de CONVERSIÓN DE ENERGÍA. Uni-Valle. Noviembre 5 a 8 de 1997. Pp. 82.

─CUADERNO 03─
construcción de un sendero que -inicialmente- facilite la construcción del canal en si
misma y, posteriormente, funcione para el desplazamiento del personal de operación y
mantenimiento.
La construcción del canal prevé un incremento de la altura de los muros de
encauzamiento del canal como factor de seguridad y mitigación del riesgo de
sobrevertimientos, evitando el desbordamiento del agua transportada por efecto de olas
o el aumento del nivel a causa de la pluviosidad intensa. Esta altura se estima entre un 5
y un 30 % del calado o altura libre de los muros y contribuye a evitar que las salpicaduras
de agua, por desbordamiento, puedan ser la causa de erosión a las cimentaciones y
áreas externas del canal de aducción-derivación.
La altura de seguridad se establece en función del caudal y de la velocidad o gradiente
del canal, determinando las distancias entre los aliviaderos y/o vertederos de excesos
(excedencias). Las curvas en los canales ofrecen resistencia al movimiento del agua que
transporta, y que se traduce en un aumento de altura que puede ser superada por un
aumento de pendiente en estos tramos curvos en comparación a la de los tramos rectos.
 Revestimiento de canales. Estas protecciones de las superficies de los canales se
aplican con el objeto de:
─Impermeabilizar los muros y soleras y controlar las filtraciones.
─Permitir una mayor velocidad evitando la erosión, reduciendo el coeficiente
de rugosidad.
─Evitar la acción de agentes atmosféricos tanto como remanentes de flora y
fauna.
─Bajos costos de mantenimiento y seguridad en el transporte del caudal.
Inicialmente la inversión para el revestimiento del canal es relativamente elevada,
pero se justifica posteriormente en mantenimiento y ahorro de agua. Se han utilizado
diferentes materiales para revestir el canal, algunos de ellos son:
─Hormigón.
─Mortero.
─Mampostería en piedra, ladrillo o ferro-cemento.
─Riego asfáltico con membrana interna, concreto asfáltico.
─Tierra.
─Tratamiento químico del terreno.

─CUADERNO 03─
Conocido el trazado del canal se selecciona el tipo de material para su construcción;
este indica la velocidad máxima permitida por la obra de conducción. Estas
velocidades se indican a continuación:
Velocidades máximas permitidas
Característica y tamaño del material de
arrastre
Vmax (m/s)
Tipo de agua transportada en el canal Agua limpia
Agua con
material en
suspensión
Lodo 0,10 0,15
Barro suelto 0,15 0,20
Arena fina (0,02-0,2 mm) 0,30 0,40
Arena media (0,2-0,5 mm) 0,35 0,50
Limo arenoso 0,40 0,60
Arena gruesa 2-5 mm) 0,45 0,65
Grava muy arenosa 0,60 0,80
Limo compacto 0,70 1,00
Grava media (5-20 mm) 0,80 1,15
Tierra arcillosa grasosa 1,00 1,30
Grava gruesa, piedras (20-50 mm) 1,40 1,60
Piedras (50-75 mm) 1,70 1,80
Cantos rodados (75-100 mm) 1,90 2,00
Césped / Prado 1,80 1,80
Concreto (Material en suspensión) ---- 2,0
Concreto (Agua sin arena) 4,0 ----
Mampostería (Piedra pegada con mortero) 5,0 ----
Coeficiente de rugosidad "ŋ" de Manning. El uso de los recursos hidráulicos ha
jugado un papel preponderante en el desarrollo de las sociedades; tan es así, que
las grandes civilizaciones han florecido a las orillas de los grandes ríos. En la
Ingeniería moderna, los proyectos para cubrir las demandas de agua, requieren de
estudios hidrológicos e hidráulicos, donde la determinación del caudal es una
necesidad. El caudal se puede medir directamente o estimar mediante
procedimientos indirectos. Uno de los métodos más conocidos y de aplicación
universal para estimar el caudal es la Ecuación de Manning, la cual se fundamenta
en los parámetros de la sección hidráulica de la estructura de conducción y en la
rugosidad de dicha sección. Los parámetros hidráulicos del cauce son el área, el
perímetro mojado, el radio hidráulico y la pendiente hidráulica, cuyos valores son
fáciles de determinar una vez que se ha definido el tipo de sección y la diferencia de

─CUADERNO 03─
nivel que hay que vencer en el transporte (pendiente). De ese modo, el parámetro
que aún debe ser estimado es el coeficiente de rugosidad, y es el más difícil de
establecer.
Con base en el tipo de suelo o material de revestimiento se aplica el valor de "ŋ", así:
Material del cause
Valor de "ŋ"
Mínimo Medio Máximo
Roca áspera ----- 0,040 0,045
Roca igualadas las asperezas 0,020 0,033 0,035
Canales grandes en buen estado 0,020 0,0225 0,025
Canales grandes en regular estado 0,023 0,025 0,027
Canales grandes en mal estado 0,025 0,0275 0,030
Canales deteriorados y semiderrumbados 0,028 0,030 0,033
Canales irregulares con vegetación 0,033 0,035 0,040
Ladera cepillada 0,010 0,013 0,014
Ladera sin cepillar 0,012 0,015 0,018
Hormigón sin alisado con buen encofrado 0,013 0,014 0,015
Hormigón con huellas de tablas 0,015 0,016 0,018
Hormigón alisado 0,011 0,012 0,013
Mampostería de piedra 0,017 0,0225 0,030
Gaviones 0,025 0,027 0,032
Ladrillo enlucido 0,012 0,015 0,017
03-1.2.4 Aliviaderos (vertederos de excesos/excedencias). El aliviadero es una
obra de seguridad ubicada en un sitio estratégico del canal de conducción de baja
presión, y fundamentalmente cuando es canal abierto. Por él se vierten de nuevo al cauce
del río los excesos de agua que superan la capacidad del canal. El caudal excedente se
origina por deterioro u obstrucción de los pasos de aguas lluvias propiciando que gran
parte de las aguas que escurren por la ladera entren en el canal y aumenten -
considerablemente- la masa de agua transportada. También los derrumbes preexistentes
en las laderas del canal que podrían provocar represamientos aumentando el nivel del
agua transportada hasta ocasionar desbordamientos del agua transportada por la obra
hidráulica y copiosos derrames desde la corona de los muros de encauzamiento.
Los desbordamientos desde el canal de conducción pueden originar erosión intensiva y
una rápida destrucción de la cimentación propiamente dicha, por lo general -si ocurre el
deterioro- la reparación tiene altos costos. Una manera de evitar los caudales de exceso

─CUADERNO 03─
es recubrir totalmente el canal, de abierto a cobertura (box-culvert), o construir vertederos
laterales o sifones, ubicados estratégicamente en un muro del canal.
Para el dimensionamiento del aliviadero es importante determinar el número de éstos en
la conducción de baja presión. Dicho número está en función de la pendiente longitudinal
y de la altura de seguridad del canal (sobre altura de la coronación/aumento del nivel del
“bordo”). La elección del número de aliviaderos es un criterio técnico-económico entre la
longitud de separación entre cada emplazamiento de vertedero de excesos y la altura de
seguridad para obtener un menor costo por excavación y volumen de hormigón a instalar.
La cresta del aliviadero (vertedero de excesos) tiene unos pocos centímetros por encima
del nivel normal del agua transportada en el canal de conducción. Cuando el excedente
pasa por la cresta del aliviadero es recogido por un canal de
descarga/desagüe/recolección/ de rechazo de carga, que vierte nuevamente al cauce del
río y se diseña para un caudal variable. Este canal de descarga tiene unas estructuras
especiales que reducen la velocidad del agua al regresarla al afluente/río, tales como:
rápida sucesión de colectores, deflectores parabólicos, bloque de rápida, entre otros tipos
de disipadores de emergía aplicables.
Los vertederos de excedencias pueden disponer de dos compuertas, con base en los
requerimientos y/o las características de diseño:
- Una frontal que interrumpe el paso del caudal si es necesario,
- Y otra lateral que facilita el vertimiento en el canal recolector.
La construcción lateral de los aliviaderos sobre la corona de uno de los muros del canal
de conducción se pueden dotar con perfil Creager, cuyo objetivo es conectar con un canal
de evacuación que retorne los excedentes al cauce del río, aprovechando no sólo
descargar las aguas sobrantes y los sobrevertimientos sino las masas de agua que
súbitamente se presenten por la existencia de obstáculos en el canal abierto, como:
derrumbes, siempre y cuando se presenten después del aliviadero.
03-1.2.5 Desarenadores. Son obras hidráulicas útiles en la sedimentación de
partículas de material sólido suspendido de un diámetro determinado. Las partículas se
mantienen en suspensión a causa de la velocidad del agua a la entrada a la bocatoma
que podría ser suficientemente elevada para arrastrarlas hacia el canal de conducción.
Lo anterior podría ocurrir durante las estaciones de invierno con crecientes y copiosa
pluviosidad que hace posible la irrupción a las conducciones de derivación de grandes
cantidades de sedimentos. Durante este tipo de avenidas, la cantidad de sólidos

─CUADERNO 03─
presentes en el cauce de los ríos de montaña puede alcanzar del 4,0 al 6,0 % en volumen
del caudal transportado por el río, y del 0,2 al 1,0 % en los ríos de llanura.
Así que el propósito del desarenador es el de eliminar las partículas de material sólido
suspendidas en el agua transportada entre la bocatoma y la conducción de baja presión
antes de su ingreso al tanque de presión (Cámara de carga). Y su operatividad óptima
hará que la velocidad de entrada disminuya apoyándose en un diseño de solera que varía
la pendiente anterior del canal. La velocidad de la corriente en el tanque desarenador no
debe ser superior a 0,5 m/s, en razón de que a velocidades mayores las partículas no se
decantan.
Según Pierre-Louis-Georges Du Buat (1734-1809), Ingeniero Hidráulico francés que
obtuvo diversas fórmulas para calcular las descargas de fluidos desde tuberías y canales
a cielo abierto, dictaminó que «las velocidades límites por debajo de las cuales el agua
cesa de arrastrar diversos materiales son:
 Arcilla: 0,081 m/s
 Arena fina: 0,160 m/s
 Arena gruesa: 0,216 m/s
Las velocidades de sedimentación anteriormente precitadas permiten que las partículas
se precipiten en el fondo del tanque desarenador por influencia de la fuerza de gravedad.
De acuerdo con lo establecido por Arkhangelski (1935), las velocidades de sedimentación
para diferentes diámetros de partículas son las siguientes:
VELOCIDADES DE SEDIMENTACIÓN DE ARKHANGELSKI
Diámetro
(D)
Velocidad de
sedimentación
(Vs)
mm m/s
0,05 0,178
0,10 0,692
0,15 1,560
0,20 2,160
0,25 2,700
0,30 3,240
0,35 3,780
0,40 4,320
0,45 4,860

─CUADERNO 03─
VELOCIDADES DE SEDIMENTACIÓN DE ARKHANGELSKI (Cont.)
Diámetro
(D)
Velocidad de
sedimentación
(Vs)
mm m/s
0,50 5,400
0,55 5,940
0,60 6,480
0,70 7,320
0,80 8,070
1,00 9,440
2,00 15,390
3,00 19,250
5,00 24,900
Para pequeñas centrales hidroeléctricas (PCH) el diámetro máximo admitido es de:
 0,20 – 0,50 mm → Hb < 10,0 m → Baja caída
 0,10 – 0,20 mm → Hb = 10,0 m → Caída media
 0,01 – 0,05 mm → Hb > 10,0 m → Alta caída
Es fundamental asegurar una distribución uniforme de las velocidades en las distintas
secciones transversales del desarenador como también la reducción de la velocidad
longitudinal, del valor que tienen las compuertas de admisión al valor de conducción
normal dentro de la cámara de sedimentación.»5
Lo anterior se logra con una transición
de entrada que une el canal de conducción con el desarenador. Razón por la que la
transición debe tener un ángulo de divergencia suave, no mayor a 12°30’. Y la longitud
de transición viene dada por la expresión:
Lt = ((B-B’) / (2*tanα)) ≤ (1/3)
Donde:
Lt = Longitud de transición (m)
B = Ancho del desarenador (m)
B’ = Ancho del canal (m)
α = Ángulo de divergencia (< 30°)
5
HURTADO CHAVEZ, Edgar Vidal. Diseño de obras hidráulicas. 2012, 1a. ed., 90 p.

─CUADERNO 03─
03-1.2.5.1 Tipos de Desarenadores. Se clasifican por la forma de eliminar los
sedimentos:
 De lavado intermitente.
 De lavado continuo.
03-1.2.5.1.1 Desarenador de lavado intermitente. Se caracteriza porque
periódicamente se ejecuta el retiro de sedimentos mediante lavado, aunque esta
operación se procura realizar en el menor tiempo posible para evitar interrupciones en el
servicio de suministro de energía desde la central. El tiempo de limpieza está determinado
por el volumen de sedimentos que ingrese el agua que entra al sistema hasta este punto
de la conducción.6
El desarenador de lavado intermitente consta de los siguientes componentes:
 Compuertas de admisión. Una de ellas se localiza entre la entrada del desarenador
y el canal de conducción, y la otra en el canal de evacuación de sedimentos o de
descarga de lodos o de aguas de lavado.
 Una transición que se localiza a la entrada del desarenador garantizando una
velocidad uniforme y una eficiente sedimentación. Cuando el desarenador no tiene
vertedero para enviar el agua limpia a la cámara de carga (tanque de presión),
disponiendo de una segunda transición que une el desarenador con un canal que
lo comunica con el tanque de presión.
En la cámara de sedimentación las partículas se decantan porque la velocidad de ingreso
al tanque desarenador disminuye y aumenta la sección por donde es posible el tránsito
hidráulico de las partículas que ingresan.
Para desalojar los materiales depositados en el fondo del tanque desarenador hacia la
compuerta de lavado, generalmente, se le aplica un gradiente elevado equivalente entre
el 2 y 6%. Un estudio de la cantidad y tamaño de los sedimentos que trae el agua asegura
una adecuada capacidad del desarenador para que no haya necesidad de lavarlo
frecuentemente. La compuerta de lavado es la que controla el desalojo del material sólido
depositado en el fondo del tanque desarenador. El lavado se facilita con la pendiente
hacia la compuerta, ayudada por el bajo nivel del agua que queda una vez evacuado el
volumen principal del tanque.
6
VALENCIA DELGADO, Juan Guillermo. Inventario de recursos energéticos renovables y no renovables en
Colombia. Tesis de grado. Director Luis Eduardo Machado. Bogotá, Pontificia Universidad Javeriana, 2001, pp. 130.

─CUADERNO 03─
03-1.2.5.1.2 Desarenador de lavado intermitente con doble cámara. Cuando el
caudal supera los 10 m3/s, se recomienda dividir el tanque desarenador en dos o más
cámaras de secciones equivalentes. En caso de requerir dos cámaras, cada una de ellas
se calcula para la mitad del caudal y sólo durante el lavado una cámara deberá trabajar
para el caudal total. En este tipo de obra hidráulica cada cámara tiene su compuerta de
admisión y de lavado independientes.
03-1.2.5.1.1 Desarenador de lavado continuo. Este tipo de tanque desarenador tiene
la ventaja que el material depositado se elimina de manera continua pero, desde luego,
se requiere que el caudal disponible sea mayor que el de diseño.
La obra hidráulica está dividida en dos cámaras secundarias, o canales de fondo
auxiliares, una superior y una inferior, cuya estructuración hidráulica las presenta
separadas por una reja de barrotes y/o vanos intermedios con tapas auto-removibles y
escualizables. La cámara inferior se ubica en el fondo del tanque o cámara principal y
almacena los sedimentos de mayor densidad, este elemento deberá ser encauzado hacia
una galería longitudinal de pequeña sección, nominada galería de descarga de lodos que
desagua directamente al cauce. La cámara superior, emplazada sobre la del fondo del
tanque, es de sección mucho mayor, y en ella se efectúa toda la acción sedimentadora
fundamental del proceso de limpieza del agua del sistema. El agua que ingresa al tanque
sale con velocidades relativamente altas, arrastrando consigo los sedimentos decantados
en el fondo. El volumen de sedimentos depositados en la cámara superior es arrastrado
hacia la inferior a través de los espacios previstos entre barrotes por el agua que ingresa
de una cámara (superior) a la otra (inferior).
03-1.2.6 Cámara de carga (Tanque de presión). Es la obra hidráulica que integra los
sistemas de conducción de baja a alta presión, y deberá cumplir con las siguientes
funciones:
 Crear un volumen de agua de reserva que permita satisfacer los requerimientos
hidráulicos de las turbinas durante los aumentos intempestivos de la demanda
hidroenergética.
 Impedir el ingreso de elementos sólidos de arrastre y flotantes a la conducción
forzada (tubería de presión).
 Asegurar la sedimentación de remanentes de material sólido en suspensión que
pudo infiltrarse desde el desarenador y el canal de transición y permitir su
eliminación definitiva.
 Desalojar (desaguar) los excedentes de agua en horas en las que el caudal
consumido por las turbinas es inferior al de diseño (sistema de rechazo de carga
o aliviadero de excesos o vertedero de excedencias de la cámara de carga).

─CUADERNO 03─
 Mantener sobre la tubería forzada una altura de aguas suficiente (sumergencia)
con el fin de evitar la entrada de aire a la conducción de alta presión.
La cámara de carga deberá disponer de un reservorio con suficiente capacidad para
garantizar el arranque o parada de las turbinas de manera electrohidráulica y
técnicamente conveniente para el sistema. Esta cámara, o tanque de compensación, esta
conectada al sistema de baja presión mediante una transición de la que pasa hacia la
tubería forzada a través de rejas coladeras que deberá evitar, a toda costa, la entrada de
elementos sólidos flotantes al sistema de alta presión (conducción forzada).
Entre la reja coladera y la tubería forzada se deberá instalar una compuerta de cierre del
paso del agua. Entre la precitada compuerta y la reja coladera se implementan ranuras
verticales en la superficie de los muros para la instalación de compuertas de apoyo en
caso de reparaciones como elementos de seguridad y mitigación de riesgos.
Los excesos de agua en la cámara se deberán verter a una canal rebosadero (o de
reboce) que deberá desaguar directamente al cauce del río, mediante un aliviadero de
rechazo de carga, ubicado en el muro que se construiría frente al cauce. Este vertedero
de excesos iría acompañado de una compuerta de fondo para facilitar el vaciado del
recinto recibidor de excedencias y propiciar el lavado de sedimentos descargando al
canal de reboce. El aliviadero y la compuerta se conectarían a ese canal común que hace
posible la descarga del sobrante directamente en el río sobre un sitio ribereño de mínima
o ninguna posibilidad de acciones erosivas.
El diseño del tanque de presión deberá considerar dos condiciones críticas de operación:
 Condición I: Garantizar que no ingrese aire a la tubería forzada.
 Condición II: Garantizar la estabilidad funcional de la cámara de carga y del canal
de conducción en caso de una parada intempestiva de la central hidroeléctrica.
Para atender la 1a. condición es indispensable que el volumen de agua útil almacenado
en la cámara de carga sea compatible con la variación del caudal entre cero y su valor
máximo.
La 2a. condición debe ser atendida con el dimensionamiento de un vertedero lateral
acompañado de un canal aductor próximo a la cámara de carga.
03-1.2.7 Tubería forzada. Transporta el agua a alta presión hasta la (s) turbina (s).
Es la conducción a presión (o a alta presión). En razón de que el costo de esta instalación
hidráulica puede representar gran parte del presupuesto de toda la central hidroeléctrica,

─CUADERNO 03─
es prioritario que su diseño sea óptimo para reducir tanto inversión final como costos de
potencia instalada.
Para que los costos de mantenimiento sean bajos se deberá estructurar el emplazamiento
de anclajes y sillares para el amarre y soporte de la tubería, con cimentaciones técnica y
correctamente diseñadas e instaladas a través de terrenos de pendiente y macizos
rocosos estables.
Cuando se realiza la proyección de costos de la tubería se podría incurrir en la
subvaloración de operaciones secundarias como pintura y uniones. Los costos dependen
-en gran medida- de la escogencia del material constituyente de la tubería.
03-1.2.7.1 Selección de la tubería forzada. Para ello se debe cumplir con el siguiente
protocolo:
 Considerar las diferentes clases de material para las uniones.
 Comparar costos de mantenimiento.
 Chequear diámetros de tubería y espesores de pared disponibles.
 Calcular la perdida de altura por fricción que cumpla el rango de 4 a 10% para
predeterminados materiales y diámetros; y tabular los resultados.
 Calcular la posible sobrepresión ocasionada por el golpe de ariete en caso de
cierre intempestivo del paso del agua, y sumarla al valor de la presión estática.
 Calcular espesores de pared técnicamente adecuados para determinados
tamaños de tubería; y tabular los resultados.
 Diseñar sillares, anclajes y uniones para asegurar el control integral contra riesgos
en la tubería de presión.
 Calcular el costo de las opciones evaluadas y verificar su disponibilidad en el
mercado; y tabular los resultados.
 Seleccionar el diámetro del menor costo y de menores pérdidas de energía.
03-1.2.7.2 Materiales. Los frecuentemente usados para tuberías de presión son:
 Acero comercial. Uno de los más usados para la estructuración de tuberías
forzadas. Usualmente, se fabrican con maquinaria común en la mayoría de talleres
de regular tamaño, cuya experticia sea el trabajo con este tipo de acero. Se
presenta en diámetros y espesores variados. Con un factor de pérdidas por fricción
regular y si están protegidas por una capa de pintura u otro tipo de material con
una función equivalente pueden extender su vida útil alrededor de 20 años. Son
resistentes a los impactos. Se pueden unir mediante bridas, soldadura o juntas
mecánicas. Si se opta por enterrar la tubería forzada corre el riesgo de corroerse
aceleradamente.

─CUADERNO 03─
 Policloruro de vinilo (PVC). Es igualmente muy utilizada en las PCH. Es
económica y se fabrica en diámetros que alcanzan hasta los 400 mm de diámetro
(Ф 16”) y resisten presiones elevadas (entre 100 a 150 m). Es liviana y fácil de
transportar e instalar. Su factor de pérdidas por fricción es bajo y es totalmente
resistente a la corrosión. Puede sufrir serios deterioros a causa de golpes o
impactos de rocas y piedras, especialmente si dicha circunstancia fatal se da a
bajas temperaturas. Una desventaja es su posible pérdida de resistencia a causa
de la incidencia directa de rayos ultravioleta en caso de verse expuesta, razón por
la que se sugiere protegerla de la luz solar directa. Este tipo de tubería usa uniones
espiga-campana, que se une con pegante especial o mediante anillo flexible de
sellado.
 Hierro dúctil centrifugado. Este tipo de material reemplaza en gran medida a las
antiguas tuberías de hierro fundido. En ocasiones, están revestidas con hormigón
en su interior como protección contra la erosión. Tienen un factor de pérdidas por
fricción bajo. Es un material de difícil instalación por su densidad elevada que
implica mayores costos para la potencia a instalar. Por lo general, son unidas
mecánicamente con espiga-campana y un sello flexible, o bien, se pueden unir
mediante bridas.
 Asbesto-cemento. Hechas con cemento reforzado por fibras de asbesto,
presentan una estructura frágil que se adecúa al trabajo con presiones moderadas.
Son más pesadas que las de PVC y presenta un factor de pérdidas apreciables
por fricción. Se requiere para su manipulación e instalación de ropas de protección
recomendadas por el fabricante y máscaras de seguridad para proteger el rostro
al momento de cortarla debido al desprendimiento de polvo nocivo para la salud.
 Resina de poliéster reforzada con fibra de vidrio. Se conoce como plástico
reforzado con vidrio (PRFV) o Glass-Fiber Reinforced Plastic (GFRP) o Glass
Reinforced Plastic (GRP). La fibra de vidrio va insertada en forma de espiral a lo
largo de la tubería de resina. Posee bajo factor de pérdidas por fricción. Es una
tubería frágil que se debe instalar con una técnica depurada y alto aseguramiento
de control integral de riesgos. Podrá usarse bajo presiones elevadas siempre y
cuando opere enterrada. Se unen con espiga-campana y sello flexible.
 Polietileno de alta densidad. Es una muy buena alternativa frente al PVC. De
fácil instalación y de utilidad en pequeños sistemas de explotación hidroeléctrica.
Con un factor de pérdidas por fricción muy bajo, su resistencia a la corrosión y la
inmunidad a los efectos secundarios que podría acarrearle la luz solar directa. La
desventaja está en que permite, con frecuencia, que se unan los tramos
calentando los extremos del tubo, fusionándolos a presión. Este procedimiento
reviste una mala práctica no recomendada por el fabricante de la tubería. Pero otra
desventaja es que, para instalar de manera correcta y técnica, se requiere de
equipo especialmente aplicado.

─CUADERNO 03─
03-1.2.7.3 Uniones. Como por lo general las tuberías son fabricadas con longitudes y
diámetros estándar, los tramos así presentados deben unirse entre sí al momento de la
instalación y para ello se encuentran en el mercado diferentes tipos de uniones que
vienen clasificadas en cuatro categorías:
 Uniones bridadas (o con brida). Cuando la tubería es fabricada individualmente
se deberá implementar unión con brida en los extremos que se pernan durante la
instalación, unas a otras. Deberá utilizarse empaque de caucho en cada unión
pernada y deberá asegurarse su ubicación entre cada par de bridas. Estas uniones
son, usualmente, usadas en tuberías de acero y, ocasionalmente, en tuberías de
hierro dúctil.
 Uniones espiga-campana. Son preparadas desde fábrica de modo que el
diámetro interno de un tramo de la tubería sea igual al del siguiente tramo y, así,
el extremo de un tramo de tubería puede empatarse al extremo del siguiente tramo
entre campanas de cada unión. Cada empate espiga-campana se sella usando un
buen sello de caucho o pegamento especial que generalmente viene
recomendado con las especificaciones de instalación de la tubería por parte del
fabricante. Algunas de las precauciones más usuales durante la instalación con
este tipo de unión son:
─Los elementos a unir y/o el sello propiamente dicho debe estar total e
integralmente limpios.
─Evitar ejecución de unión de tubería con lluvia.
─Usar lubricante especial para el efecto, evitando el uso de aceites a base de
grasa. En un caso extremo usar algún tipo de jabón.
─Para tuberías de gran diámetro se requiere un templador tipo “ratchet” (templador
de cadena o “chicharra”).
─Verificar la alineación de la unión antes del acoplamiento definitivo.
─Los gases del pegamento y disolvente-limpiador son altamente tóxicos.
 Uniones mecánicas. Son costosas y poco usadas. Su principal función es unir
tramos de tuberías de diferentes materiales o se podrían implementar cuando se
requiere una ligera deflexión en el alineamiento de los tramos de tubería que
implica evitar el uso de codos. Algunas uniones mecánicas no soportan esfuerzos
durante el alineamiento de los tramos de tubería y se deberán asegurar y/o fijar
mediante bloque de anclaje, generalmente, de hormigón vaciado en el sitio.
 Uniones soldadas. Se emplean en tuberías de acero y en técnicas especiales
con polietileno. Es un sistema relativamente económico, aunque requiere personal
especializado. Es imprescindible contar con obreros capacitados para ejecutar el
procedimiento de soldadura y asegurar una unión hecha de manera técnicamente
correcta. La ventaja es que con este tipo de uniones se pueden efectuar pequeñas
desalineaciones en caso de ser requerido. Durante el procedimiento de unión, los
dos extremos de tubería a unir se fijan mediante una plantilla especialmente

─CUADERNO 03─
habilitada para el efecto, colocando -luego- los moldes calientes en ambos
extremos. La temperatura del molde y el tiempo en que se aplica son decisivos
para lograr una buena unión. Cuando el material del extremo a unir está casi
líquido, se juntan con fuerza los dos extremos para que se fusionen. Así se logra
lo que se ha dado en llamar “soldadura por fusión”.
 Juntas de expansión. Son necesarias en la conducción forzada cuando se
construye en acero la tubería. Es imprescindible la ubicada aguas abajo de la
cámara de carga y/o del anclaje superior principal. También se conocen como
“compensadores de dilatación”, este elemento permite desplazamientos relativos
entre sus extremos sin entrar en deformaciones plásticas. El componente
fundamental de una junta de expansión es el fuelle. El fuelle debe ser lo
suficientemente resistente como para aguantar la presión del fluido, y flexible para
deformarse debido a la diferencia de desplazamientos o giros en sus extremos. A
menudo el fuelle está contenido dentro de un “contratubo” que actúa como director
para evitar deformaciones laterales y colabora con el fuelle para soportar la presión
interna.
03-1.2.7.4 Diámetro de la tubería forzada. Se determina con base en la sección óptima
entre el mínimo de pérdidas y el mínimo de costos de esta conducción. Las pérdidas se
reducen con el aumento del diámetro, aumento que es directamente proporcional al coso
de la tubería, razón por la que el diámetro debe armonizar con el índice de pérdidas de
energía y el costo de amortización de la tubería de presión. Lo que se logra hallando el
valor de las pérdidas de energía por fricción durante un año y el valor anual por
amortización y mantenimiento de la tubería.
03-1.2.7.5 Espesor de la tubería forzada. Se determina con base en el golpe de ariete,
y se corrobora su elección comprobando si su tensión máxima permisible es mayor que
las tensiones ejercidas sobre él. La tensión que actúa sobre la tubería es la sumatoria de
la tensión tangencial ejercida por el golpe de ariete. La tensión longitudinal debida al peso
propio de la tubería y al peso del agua, y la tensión debida a la inclinación.
03-1.2.7.6 Sillares y anclajes. Las tuberías que se encuentran a cielo abierto requieren
de estructuras de concreto para sostenerse y apoyarse según la pendiente del terreno.
El perfil de la tubería y el trazado permiten determinar la ubicación de apoyos y
estructuras que la deberán asegurar y sostener estructuralmente permitiendo el
desplazamiento longitudinal por variaciones de la temperatura. La ubicación de los
anclajes está determinada por las variaciones del terreno, y éstos están sometidos a
esfuerzos por las cargas transmitidas por la tubería. El número de apoyos (sillares) es
determinado mediante un criterio técnico-económico determinado por el espesor del
material de la tubería. El número de anclajes lo determinan las variaciones de la
pendiente del terreno. Los sillares (o bloques de apoyo) son usados para garantizar el

─CUADERNO 03─
soporte técnicamente adecuado de la tubería forzada. Deben dimensionarse de tal forma
en la que incida su bajo costo y su fácil construcción.
03-1.2.7.7 Golpe de ariete. Son ondas originadas en el tránsito hidráulico en el instante
en que se cierra la directriz de la turbina. El agua que circula por la tubería forzada se
detiene intempestivamente y la energía cinética que trae se convierte en presión. Como
resultado del efecto de choque aumenta la presión, el líquido se comprime y las paredes
de la tubería tienden a expandirse permitiendo que ingrese al tramo afectado una
cantidad de agua adicional antes de que se aquiete. Igual efecto se manifiesta en el tramo
de tubería forzada situado inmediatamente aguas arriba, y el aumento de presión se
prolonga sucesivamente hasta alcanzar el tanque de compensación (tanque de presión
o cámara de carga), reservorio éste donde el proceso debe parar (detenerse). Al no haber
movimiento hidráulico, el agua empieza a dilatarse mientras la tubería de conducción de
alta presión que la contiene comienza a contraerse. Este proceso, inverso al
anteriormente descrito, inicia a gestarse en la cámara de carga y termina en la válvula de
admisión de la turbina. El resultado es una reducción brusca de la presión teóricamente
igual al aumento en la presión que se suscitó cuando inició la anomalía pero de sentido
contrario.
03-1.2.7.8 Almenara (Chimenea de equilibrio). Las variaciones en la demanda de
energía eléctrica en una PCH obligan a una reducción en el caudal que pasa por la
turbina. La regulación del caudal para reducir o aumentar la potencia genera ondas de
oscilación en la tubería forzada que deberán ser amortiguadas en el pozo de oscilación
(chimenea de equilibrio o almenara), si es el caso, también podrían ser amortiguados los
efectos que produce el golpe de ariete. La condición más general para determinar si se
instala o no almenara tiene que ver con el tiempo de cierre de la directriz que si es menor
a 3 segundos indica que si aplica la instalación del pozo de oscilación. Cuando no es
posible la construcción de esta obra hidráulica o se requiere evitar su instalación en el
sistema de conducción de alta presión se deberá estudiar la posibilidad de ubicar válvulas
de alivio o difusores aguas arriba y próximos a la turbina.
03-1.2.8 Casa de máquinas. Estructura que aloja todo el equipo electromecánico y
electrohidráulico de los procesos de generación, transformación y conversión. Aquí se
transforma la energía cinética del agua en energía mecánica y posteriormente en energía
eléctrica. Una normalización del diseño de la casa de fuerza es posible en función de la
posición del eje del grupo turbina-generador. La posición podrá ser horizontal o vertical.
En proyectos para desarrollar PCH el grupo de eje horizontal ofrece más facilidades para
su montaje y mantenimiento, razón por la que es más utilizado.

─CUADERNO 03─
La transformación de la energía cinética en mecánica y de mecánica en eléctrica requiere,
como mínimo, que dentro de la casa de máquinas se instalen los siguientes equipos,
elementos y componentes:
 Empalme entre la tubería forzada y la entrada a la válvula de admisión. Es una
reducción que acopla la unión de la conducción de alta presión con las
dimensiones de la válvula.
 Válvula de admisión. Elemento ubicado entre la tubería de presión y la turbina que
permite el paso o el cierre total del flujo del caudal.
 Turbina. Es el equipo electromecánico que hace posible la transformación de la
energía cinética en mecánica. Dispone de un regulador de velocidad que permite
ajustar el caudal a la demanda de energía eléctrica.
 Generador. Permite la transformación de energía mecánica en energía eléctrica.
 Voltaje de inercia. Se encarga de compensar el momento de inercia del grupo
turbina-generador.
 Subestación. Permite la transmisión de la energía eléctrica desde la PCH.
 Puente grúa. Elemento conveniente para facilitar el mantenimiento y montaje de
la turbina.
 Canal de descarga. Es la obra hidráulica mediante la que se restituye el agua
turbinada al cauce del río. También se le conoce como canal de salida del agua
turbinada, canal de fuga. El agua vuelve al río mediante un tubo difusor o una
galería o túnel que podría unirse al canal de descarga.
03-1.2.8.1 Ubicación de la casa de fuerza. Esta se decide teniendo en cuenta los
siguientes parámetros:
 Debe emplazarse cercana al afluente.
 El canal de descarga no deberá acumular sedimentos que podrían disminuirla su
sección hidráulica.
 La zona debe garantizar terrenos estables y fuera del alcance de riadas.
 El macizo rocoso para la cimentación debe ser de roca intacta y competente.
 Debe haber la posibilidad de ampliaciones futuras.
 Contar con total facilidad de acceso
 Contar con la facilidad para la adquisición de los terrenos donde se ha planificado
el respectivo emplazamiento.
 Que la disposición integral del todo armonice con el paisaje y panorama exterior.
03-1.2.8.2 Válvulas. Instaladas antes de la turbina son usadas para el cierre del tránsito
del caudal a través del rodete y para actividades de reparación. De las clases existentes
se relacionan, a continuación, tres de los tipos de válvulas más comunes:

─CUADERNO 03─
 Válvula mariposa. Básicamente, esta válvula es una extensión de la tubería
dentro de la que va instalado un disco lenticulado que se emplaza en el eje central
o generatriz del alineamiento de la conducción en el tramo de instalación. Su
operación requiere de mínimo esfuerzo porque la corriente del fluido -en cada
mitad del disco- está totalmente balanceada en la práctica. Es importante que los
cierres y las aperturas se apliquen con base en un procedimiento que exija
velocidades bajas (ejecución de cierre y/o apertura lenta) para evitar que se de
origen a un golpe de ariete.
 Válvula de compuerta. Es una válvula compuesta por un disco metálico, ubicado
en el cuerpo del elemento electrohidráulico, que sube y baja (o se mueve) a
voluntad del operador del sistema. En presencia de altas presiones, se requerirá
de esfuerzos importantes al operar este tipo de válvula si es de gran diámetro.
Cuando se instala una válvula de compuerta de gran tamaño en niveles inferiores
de la conducción forzada se deberá instalar una pequeña válvula de by-pass que
conecte el lado de alta presión con el de baja presión.
 Válvula esférica. En la práctica, le proporciona la continuidad necesaria a la
tubería de presión -inmediatamente- aguas arriba de la turbina. Se compone de
una esfera hueca por donde fluye el caudal. Se caracteriza por garantizar bajas
pérdidas por fricción y un cierre totalmente hermético que evita la cavitación del
caracol y la turbina.
03-1.2.8.3 Turbina. Es uno de los principales elementos que conforman una PCH. De
las turbinas depende en gran porcentaje el rendimiento y buen servicio del proyecto. Las
turbinas son los mecanismos encargados de transmitir toda la energía mecánica del agua
a los generadores para que se pueda transformar en energía eléctrica. La elección de
este equipo está determinada por la caída, el caudal y el esquema a elegir para la central
hidroeléctrica (pie de presa, mixta y/o por derivación bien en canal o en galería). Por ser
turbomáquinas siguen la misma clasificación de éstas, y pertenecen, obviamente, al
subgrupo de las turbomáquinas hidráulicas y al subgrupo de las turbomáquinas motoras.
En términos generales, las turbinas comprenden unos elementos fijos y de regulación
cuyo fin es dirigir el agua hacia una rueda móvil (rodete), cuya potencia mecánica se
transmite a un eje motor en el generador que transforma la energía. Estos elementos
están agrupados en 2 tipos: (I) Turbinas de acción y (II) Turbinas de reacción.
 Turbinas de acción. Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un
cambio de presión importante en su paso a través del rodete. La incidencia del
agua y el sentido del giro del rodete coincide en el punto en el que se produce el
choque del agua sobre los álabes. Toda la energía cinética con la que llega el agua
a la turbina es utilizada para su giro. La energía de presión que el agua posee a

─CUADERNO 03─
su entrada, al ser dirigida al rodete directamente, se convierte totalmente en
energía cinética (movimiento) en el rodete. La presión del agua a la entrada y a la
salida es la misma. En síntesis, La transformación de la energía potencial en
energía cinética se produce en los órganos fijos anteriores al rodete (inyectores o
toberas). En consecuencia, el rodete solo recibe energía cinética. La presión a la
entrada y salida de las cucharas (o alabes) es la misma e igual a la atmosférica.
Son turbinas de acción las tipo PELTON.
 Turbinas de reacción. Son aquellas en las que el fluido de trabajo sí sufre un
cambio de presión importante en su paso a través de rodete. Las turbinas de
reacción aprovechan además la pérdida de presión que se produce en su interior.
El sentido de giro del rodete no coincide con la dirección de entrada y salida del
agua. Estas turbinas utilizan energía cinética y de presión para mover el rodete y
la presión del agua a la salida es inferior a la de entrada. Antes de llegar el agua
al rodete parte de la energía de presión que trae el agua en su caída se transforma
en energía cinética en el distribuidor, girando alrededor de él. El distribuidor en
este caso rodea todo el rodete, llegando el agua por la totalidad de la periferia de
éste, siendo por tanto la admisión del agua total. En síntesis, la transformación de
la energía potencial en cinética se causa íntegramente en el rodete. Este recibe
solo energía potencial. La presión de entrada es muy superior a la presión del
fluido a la salida. Son turbinas de reacción las tipo: FRANCIS, KAPLAN, de
HELICE y BULBO. Además de las turbinas de flujo transversal o de flujo cruzado
(también llamada por los nombres comerciales de turbina Mitchell-Banki o turbina
Ossberger).
Las turbinas de impulsión radial y parcial (PELTON, FRANCIS, KAPLAN u
OSSBERGER), usadas actualmente, han sido técnicamente estudiadas desde hace
lustros, y se caracterizan por aprovechar tanto la energía potencial como la cinética.
La turbina PELTON se utiliza -de preferencia- con grandes alturas de embalse y
pequeños caudales de paso. Las turbinas FRANCIS tienen un campo de aplicación
amplio en caudales de paso medio, mientras que en caudales de paso de tamaño similar
pero con menores alturas de caída se utilizan las turbinas KAPLAN.
Para pequeñas potencias y disponibilidades de agua sujetas a grandes fluctuaciones las
turbinas de impulsión radial y parcial son más adecuadas. La eficiencia y los costos de
las turbinas convencionales han alcanzado ya su límite. No puede decirse lo mismo del
desarrollo de turbinas para el aprovechamiento de pequeños saltos de agua. Nuevos
materiales minimizan las necesidades de agua y cemento, reduciendo los costos y
acortando los tiempos de construcción.

─CUADERNO 03─
Es posible generar energía hidráulica mediante pequeñas centrales hidroeléctricas con
una producción de 100 a 1.000 kW, y la inversión necesaria para proveer este tipo de
electricidad es alta, alrededor de USD$1,500.00/kW instalado.
Otra posibilidad interesante es el uso de generadores asíncronos (motores
convencionales operados como generadores) para complementar las PCH cuando
aumenta la demanda. Estos grupos requieren menores costos iniciales y presentan
ventajas técnicas de operación.
En las PCH emplazadas en cuencas bajas es posible usar turbinas KAPLAN o MICHELL-
BANKI de rodete largo para producir entre 100 y 2.000 kW.
Otras posibilidades hidroenergéticas incluyen las ruedas hidráulicas que, cuando se
dispone de energía eléctrica, pueden fácil y convenientemente generar energía mecánica
para ciertas industrias como molinos de granos, carpinterías y trapiches.
Los arietes hidráulicos, que aprovechan la energía cinética del agua para elevar
pequeñas cantidades del líquido mediante válvulas de presión regulable, pueden
proporcionar agua para uso doméstico y para fines agrícolas en zonas ligeramente
elevadas a los cursos de agua adyacentes y en uso para tal fin.
Los sistemas hidroeléctricos relativamente pequeños pueden abastecer de energía a
pequeños poblados. La fuente de agua puede ser un arroyo, una acequia-canal u otra
forma de corriente que pueda suministrar la cantidad y presión de agua necesarias para
establecer la operación del sistema hidroeléctrico a través de conducciones y/o tuberías
de alimentación.
En la determinación y diseño de los tipos de turbina para una PCH, el compromiso con el
medio ambiente está tomando cada vez más relevancia dentro de la industria del país.
Esto sitúa al campo de la eficiencia energética en el punto de mira de empresarios e
ingenieros. Sin embargo, es el ahorro económico el factor que impulsa las actuaciones
en dicho campo. Por lo qué, disminuir el consumo energético reduciendo así el impacto
ambiental es la mejor de las consecuencias de un proyecto que tenga como objetivo
principal el ahorro económico. La energía potencial de las conducciones fluidas es sin
duda un punto de pérdida energética, y la aplicación de las PCH puede recuperar parte
de la energía por diferencia de cotas reduciendo así el coste de la conducción. Si el caudal
es regular la disminución de los elementos mecánicos de las turbinas de flujo cruzado las
hace idóneas para esta labor, por su mínimo mantenimiento, su bajo coste y su fácil
diseño.

─CUADERNO 03─
Se debe tener en cuenta que el proceso de diseño de una turbina es iterativo, porque
como se ve reflejado en el diagrama de trabajo (y/o flujo), la dimensión de los discos
laterales del rotor depende del diámetro del eje y el buje a presión seleccionado, y el
diámetro del eje se ve condicionado por los rodamientos seleccionados y la posición de
éstos, que dependen a su vez de las dimensiones de la carcasa.
Diagrama de flujo del protocolo de diseño de una turbina
03-1.2.8.4 Generador de alta tensión. Los hidrogeneradores van acopladas a turbinas
hidráulicas, cuya velocidad depende del salto de agua disponible, pero no alcanzan

2017 04-08 dycdih-c-03_jhgl

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a 2017 04-08 dycdih-c-03_jhgl

Similar a 2017 04-08 dycdih-c-03_jhgl (20)

Último

Último (20)

2017 04-08 dycdih-c-03_jhgl