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Generación de Energía Eléctrica a través de la Tecnología de Microturbina en la finca La
Pomba, zona rural de Fusagasugá- Cundinamarca.
Yilmar Alexander Chica Romero
Universidad Distrital Francisco José De Caldas
Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales
Tecnología En Gestión Ambiental Y Servicios Públicos
Bogotá, Colombia
2017
2
Generación de Energía Eléctrica a través de la Tecnología de Microturbina en la finca La
Pomba, zona rural de Fusagasugá- Cundinamarca.
Yilmar Alexander Chica Romero
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:
Tecnólogo en Gestión Ambiental y Servicios Públicos
Director: Ingeniero Mecánico; Magister En Desarrollo Rural.; Especialización en Computación
para la Docencia.; Especialización en Ecología Medio Ambiente y Desarrollo.
Rafael Eduardo Ladino Peralta
Línea de investigación: Energías Renovables
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales
Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos
Bogotá, Colombia
2017
3
Agradecimientos
En primer lugar a mi madre, hermanas y hermanos por estar
presente en esta importante etapa de mi formación. Por su
confianza, amor y apoyo incondicional a lo largo de mi vida y de
este ciclo que ya culmina, sin su compañía y aliento no tendría la
fortaleza mental para cumplir mis metas.
A mi padre que aunque ya no esté presente en el mundo físico, es el
aliciente para cumplir todos los objetivos que tengo fijados.
Al profesor Rafael Eduardo Ladino por su paciencia, dedicación y
asesoramiento a lo largo de la realización de este trabajo.
A los docentes de la Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios
Públicos y a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por
ofrecer sus conocimientos y espacios para nuestra formación como
profesionales.
En general a quienes aportaron de alguna manera para finalizar
este importante ciclo académico que me permitirá ser una persona
útil a la sociedad siempre llevando como bandera el respeto por la
vida y el medio ambiente.
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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figura 1: Catálogo para la selección de tipo de turbina hidráulica. ……………………………..23
Figura 2: Estado de carga y descarga de una batería Pb-acido. ………….………………………27
Figura 3: Clasificación Energías renovables. ……………………………………………………33
Figura 4: Cambio de temperatura observado del año 1901 – 2012. …….……………………….37
Figura 5: Cambio de temperatura proyectado del año 1986 – 2100. …………………………….38
Figura 6: Rotor de imán. ……………………...……….…………………………………………43
Figura 7: Estator..………………….……….…………………………………………………….43
Figura 8: Cojinete del bloque y el eje. ………….………………….…………………………….43
Figura 9: Central de agua fluyente.………...………………….…………………………………46
Figura 10: Central de acumulación por bombeo. ………………………………………………..48
Figura 11: Central Centrales mareomotrices. ……………………………………………………49
Figura 12: Ubicación Geográfica Cundinamarca. ………………………….……………………59
Figura 13: Ubicación Geográfica Fusagasuga. ………………………….………………………60
Figura 14: Ubicación Geográfica Finca La Pomba. ……………………………………………..61
Figura 15: Diseño de Investigación. …………………………….……………………………….64
Figura 16: Análisis de datos. …………….……………….……………………………………...66
Figura 17: Punto de Muestreo. …………………………….………………………….…………68
Figura 18:Sección transversal y subsecciones Quebrada El Jordán. ………………………….…68
Figura 19: Calculo de Caudal con Velocidad. ……..…………………….………………………71
Figura 20: Calculo de Caudal con Sección. ……….…….…………….…………………………73
Figura 21: Microturbina Pelton PLT-14. ……….………………….…………………………….75
Figura 22: Altura vertical agua. ………………………….………………………………………77
Figura 23: Altura vertical agua – mapa. …………….…………….……………………………..77
9
Figura 24: calculadora PS, Sección de Preferencias…………………………………..…………80
Figura 25: calculadora PS, Sección componente hidráulico. ……………………………………81
Figura 26: calculadora PS, Sección componente eléctrico. ……..………………….……………83
Figura 27: calculadora PS, Sección componente hidráulico resuelto. ……….……..……………84
Figura 28: calculadora PS, Sección componente eléctrico resuelto. ……………….……………85
Figura 29: Conexión banco de baterías. ………………….……………...………………………87
Figura 30: Regulador de carga. ……………….….………………………………………………89
Figura 31: Inversor de corriente CC a CA. …………….…….……………………..……………91
Figura 32: Diagrama conexión microturbina e instalación eléctrica......…………………………92
Figura 33: Mapa de ubicación microturbina. …………………………………….………………93
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Clasificación de Turbinas Hidráulicas (de Acción y Reacción) de Acuerdo al Caudal,
Tamaño Del Salto, Potencia Eléctrica...………………….………………………………………22
Tabla 2: Los 5 países con mayor capacidad instalada en energía hidroeléctrica. ……………….24
Tabla 3: Número de cuencas, de acuerdo al área que ocupan en el país. ………………………..30
Tabla 4: Generación por recurso - hidroeléctricas 2015. ………………….……………….…….52
Tabla 5: Capacidad efectiva neta del SIN a diciembre 31 de 2014 y 2015. ………………..……53
Tabla 6: Ventajas y Desventajas de la generación de energía Hidroeléctrica.……………..........54
Tabla 7: Registro de la Información de Campo(Caudal)…..……………….………………….…69
Tabla 8: Cálculo de la velocidad promedio (Caudal)…..……………….……………………..…70
Tabla 9: Estimación del caudal promedio de la Quebrada. ………………….…………………..71
Tabla 10: Estimación del caudal captado para cultivos en la finca. ………………….……….…72
Tabla 11: Estimación del caudal captado para aplicación de la tecnología. ………………..……73
Tabla 12: PLT Powerspout: Especificaciones técnicas. ………………….……………..……….75
Tabla 13: Análisis De Costos. ………………….………………………………….…………….94
Tabla 14: Consumo de energía promedio en la finca ……………………………………………96
Tabla 15: Energía producida por hora.………………………………………………...…………97
Tabla 16: Tarifa cobrada por la empresa prestadora del servicio………………………….……..98
Tabla 17: Tiempo de recuperación de la inversión…………………………………………….…99
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INDICE DE ANEXOS
Anexo 1: Mapa Ubicación…………...……………….…………………………………………104
Anexo 2: Fotografía # 1…………….………..…………………………………………………105
Anexo 3: Fotografía # 2………….………………..…….………………………………………105
Anexo 4: Fotografía # 3…………….…,,……..……….……………..…………………………106
Anexo 3: Fotografía # 2………….………………..…….………………………………………106
Anexo 6: Fotografía # 5…………….………..………..….,,……………………………………107
Anexo 7: Fotografía # 6…………….…………..…….…………………………………………107
Anexo 8: Fotografía # 7……………..…………..………………………………………………108
Anexo 9: Fotografía # 8……………..…………..………………………………………………108
Anexo 10: Fotografía # 9………..…...…………..….………..…………………………………109
Anexo 11: Fotografía # 10…………..……………..……………………………………………109
Anexo 12: Fotografía # 11…………..…………..………………………………………………110
Anexo 13: Fotografía # 12…………..……………..……………………………………………110
Anexo 14: Fotografía # 13…………...…..………..………….…………………………………111
Anexo 15: Fotografía # 14…………...……………….…………………………………………111
Anexo 16: Fotografía # 15…………...……………..………..….………………………………112
Anexo 17: Fotografía # 16……………………………….………………………..…………….113
Anexo 19: Fotografía # 18………………………..………….….………………………………113
Anexo 20: Fotografía # 19…………...……………..…..….……………………………………114
12
RESUMEN
El trabajo que se desarrolla a continuación muestra la posibilidad de utilizar fuentes de
energías alternativas para suplir el servicio público de energía eléctrica en lugares donde es
precaria o no existe la prestación del servicio por parte del estado. En esta oportunidad se
analizará la implementación de la tecnología de microturbina hidráulica para la generación de
energía eléctrica en la finca La Pomba, zona rural de Fusagasugá Cundinamarca.
Se abordará en primera instancia los antecedentes históricos del desarrollo, implementación y
evolución de la utilización de energía hidráulica en el mundo, los conceptos que se emplearan a
lo largo del trabajo y se brindará información teórica que nos lleve a tener información de la
obtención actual de energía a partir de fuentes fósiles, su impacto en el planeta y como ha sido el
importante florecimiento de la alternativa hidráulica para la generación de energía en
Colombia: su estado actual, partiendo de lo micro hasta llegar a lo macro.
Para finalizar, se expondrá de forma teórica la manera en que se implementaría la tecnología
de microturbina en el promedio seleccionado, tomando como base que en la finca La Pomba se
dispone de un sistemas de riego para los cultivos existentes, se utilizará la presión hídrica al
inicio de dicho sistema para impulsar las hélices de nuestra tecnología de generación de energía,
la cual pretende aumentar la calidad de vida de los habitantes de la finca y a corto plazo, ser una
fuente de energía limpia, constante, segura y autosostenible de energía electica
Palabras clave: autosostenible - calidad de vida - energías alternativas - microturbina.
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ABSTRACT
The work that follows shows the possibility of using alternative energy sources to supply the
public electric power service in places where the service is precarious or there is no state service.
This time will analyze the implementation of the microturbine hydraulic technology for the
generation of electric power in the farm La Pomba, rural area of Fusagasugá Cundinamarca
The historical background of the development, implementation and evolution of the use of
hydraulic energy in the world, the concepts that will be used throughout the work will be
addressed in the first instance, and theoretical information will be provided that leads us to have
information of the current obtaining of Energy from fossil sources, its impact on the planet and
how has been the important flowering of the hydraulic alternative for the generation of energy in
Colombia: its current state, starting from the micro to the macro.
To finish, it will be presented theoretically the way in which microturbine technology will be
implemented in the selected average, taking as a base that in the La Pomba farm an irrigation
system is available for the existing crops, the water pressure will be used at Beginning of this
system to propel the propellers of our energy generation technology, which aims to increase the
quality of life of the people of the farm and in the short term, be a source of clean, constant, safe
and self-sustaining energy of electronic energy
Keywords: self-sustaining - quality of life - alternative energies –microturbine.
14
INTRODUCCIÓN
Nuestro país es reconocido a nivel mundial por la inmensa cantidad de recursos naturales que
posee, también por ser una república con amplia vocación agrícola de la cual subsisten cientos de
familias que a diario trabajan la tierra y con esfuerzo cosechan productos que ayudan a
salvaguardar la seguridad alimentaria de la nación. Infortunadamente y a pesar de lo anterior, el
estado Colombiano no garantiza de forma integral la sobrevivencia digna a las familias que
viven en las zonas agrícolas y que realizan arduas labores que nos beneficia a todos. Una de las
necesidades básica insatisfechas en estas comunidades suelen ser la precaria o inexistente
prestación de los servicios públicos domiciliarios.
Uno de los ejemplos que se pueden encontrar con facilidad en este tema, se muestra en la
prestación del servicio público de energía eléctrica en La Finca la Pomba, zona rural de
Fusagasugá Cundinamarca, en donde si bien existe este servicio, no cumple con los parámetros
técnicos de calidad ya que el servicio no se presta de forma continua y es frecuente la
inestabilidad en la tensión de la red, afectando la vida diaria de sus habitantes. Esta situación se
reitera en varias regiones por lo cual es usual el uso de otras fuentes energéticas que suplen la
necesidad de iluminación o calefacción pero que pueden traer riesgos como incendios, inhalación
de vapores y humo, además utilizan recursos dispendioso, no renovable y altamente
contaminantes (gasolina, antorchas artesanales, velas) .
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Este un problema de nunca acabar bajo las condiciones actuales y es importante implementar
soluciones innovadoras y enmarcadas en la sostenibilidad ambiental como es el caso de la de
tecnología de microturbina que puede ser parte integral de la solución.
Las energías renovables son fuentes alternas de consecución de energías que serían una
alternativa a otras fuentes tradicionales y producirían un impacto mínimo al medio ambiente a
diferencia de las fuentes de energía tradicionales, además renovables y se pueden restaurar por
procesos naturales a una velocidad superior a la del consumo por los seres humanos y no corren
peligro de agotarse a largo plazo como lo es la radiación solar, las mareas, el viento y la energía
hidroeléctrica.
16
JUSTIFICACIÓN
Colombia por encontrarse ubicada geográficamente en la parte norte de Sudamérica, cuenta
con una gran cantidad de recursos naturales que a su vez son materias primas y si se utilizan de
una forma eficiente y sostenible pueden generar un desmesurado número de beneficios sociales,
económicos y financieros para la población; Uno de los beneficios se enmarca en la ley de los
servicios públicos domiciliarios que señala en su capítulo 1 como uno de los objetivos:
“Garantizar la calidad del bien objeto del servicio público y su disposición final para asegurar el
mejoramiento de la calidad de vida de los usuarios”. A nivel nacional y ni siquiera a nivel
regional encontramos un incumplimiento de los objetivos enmarcados en la ley de servicios
públicos domiciliarios. (Ley 142, 1994).
El presente trabajo monográfico de grado está dirigido a encontrar una solución alternativa a
la deficiencias que encontramos en la prestación del servicio público de energía eléctrica en las
zonas rurales de la nación por encontrarse en lugares poco accesibles o con mínima densidad
poblacional, como es el caso de zonas montañosas o selváticas donde no hay conexión al
Sistema Interconectado Nacional (SIN). .A través del planteamiento de una idea que propone la
sinergia entre la tecnología y las energías alternativas para solucionar la prestación del servicio
en mención. Se busca ofrecer un servicio de energía confiable y de costo razonable en su
adquisición e instalación y autosostenible a corto plazo, así se aumentará el nivel de bienestar,
tranquilidad y comodidad de las poblaciones rurales sacando provecho de las condiciones
geográficas del país.
17
Se busca que en hogares campesinos en donde el suministro eléctrico es poco confiable o no
existe, al implementar energías alternativas se deje de sustituir la electricidad por leña, carbón,
diesel, gasolina, estiércol bovino etc. Para la iluminación, cocción de alimentos o como medio
de calefacción. La contaminación en el aire por el uso de estos materiales en los espacios
interiores de las viviendas produce daños irremediables en la salud a largo plazo, además de
gases de efecto invernadero que van a la atmósfera, y en el caso de leña, su utilización promueve
la deforestación de los bosques. La carencia del servicio de energía eléctrica en muchos casos es
una consecuencia del abandono del estado, la escasa inversión en estos sectores de la población,
así como de la deficiencia de las instituciones y las políticas públicas en lugares aislados de la
nación.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Es indudable que las energías renovables constituyen un elemento clave de un futuro
sostenible. Actualmente existe una mayor preocupación por el medio ambiente, esta circunstancia
ha propiciado el avance tecnológico en el aprovechamiento energético de los recursos naturales y
su disponibilidad para todos los sectores productivos y por supuesto, su incorporación a la
electrificación en áreas rurales. La energía eléctrica es una de la causa fundamental de los
problemas sociales y económicos y también debe ser parte esencial de su solución. Al carecer de
acceso a servicios energéticos eficientes, confiables y no contaminantes, las poblaciones de
escasos recursos se ven privados de las oportunidades más básicas de desarrollo económico y de
mejorar su nivel de vida. La energía por sí misma no es suficiente para crear las condiciones
necesarias para el crecimiento económico, pero ciertamente es necesaria y el acceso a la
electricidad es uno de los indicadores más claros para poder saber el estatus de la pobreza
energética de un país. La mayoría de los recursos de energía renovable de Colombia están
prácticamente inexplorados. Una proporción sustancial de la población de escasos recursos en el
país vive en áreas rurales que se encuentran geográficamente aisladas, y usualmente se
encuentran en zonas escasamente pobladas o tienen un muy bajo potencial eléctrico como para
justificar el extender la red eléctrica. Las energías renovables representan las tecnologías más
adaptables, flexibles y fáciles de utilizar en las áreas rurales aisladas.
La tecnología de microturbina es una técnica poco conocida en el país a causa del mínimo
desarrollo en el sector de las energías alternativas, además de aparentemente ser una tecnología
compleja y que conlleva altos costos de instalación y posiblemente poco efectiva a la hora de la
generación y almacenamiento de energía. En la actualidad debido a los cambios que han
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ocurrido en el mundo por temas como contaminación ambiental, agotamiento de los recursos
naturales y demás, se ha convertido en una tecnología con grandes beneficios en el
aprovechamiento del caudal medio de un sistema de riego o de un cuerpo hídrico cercano al
lugar de implementación.
La aplicación de esta técnica no sólo brinda beneficios al medio ambiente, también trae
beneficios socioeconómicos por ser una energía que no necesita de una instalación extensa y un
mantenimiento continuo para su operación, además es duradera y no depende de factores alternos
para su funcionamiento adicional a un caudal pequeño de agua.
Haciendo énfasis en la importancia del aprovechamiento de energías alternativas es necesario
preguntarse ¿La implementación de energía renovable en zonas rurales donde es inexistente o
ineficaz el servicio de energía eléctrica puede contribuir a mejorar la calidad de vida de los
habitantes del lugar?
20
1. OBJETIVOS.
1.1. Objetivo General:
Elaborar un estudio de generación de energía eléctrica a través de la tecnología de microturbina
en la finca La Pomba, zona rural de Fusagasugá - Cundinamarca.
1.2. Objetivos específicos
1. Realizar una propuesta de implementación de una microturbina para la Finca La Pomba,
zona rural de Fusagasugá, Cundinamarca
2. Establecer el caudal de agua para la puesta en marcha de la tecnología.
3. Determinar los costos de instalación de la tecnología.
21
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. Antecedentes
Historia de la energía hidroeléctrica: la energía hidroeléctrica data de varios siglos atrás.
Grecia fue uno de las primeras naciones que comenzaron a utilizar y aprovechar la energía
proveniente del agua, la cual se basó en utilizar la caída del agua desde una elevación
determinada. La energía se manifiesta como cinética en el caudal de la corriente y como energía
potencial en la altura de la caída de los ríos. Posteriormente el agua pasa por las turbinas a gran
velocidad, promoviendo el desplazamiento de rotación que finalmente se transforma en energía
eléctrica a través de los generadores.
El desarrollo del potencial de la energía hidroeléctrica se dio con el inicio de la revolución
industrial donde esta forma de generación eléctrica fue de gran importancia para el crecimiento
económico y social europeo. La primera central hidroeléctrica fue construida en Northumberland
(Reino Unido), en 1880. Un año después comenzó a utilizarse la energía procedente de las
cataratas del Niágara para alimentar el alumbrado público, y a finales de la década ya existían
más de 200 centrales tan solo en Estados Unidos y Canadá. (Hispagua, 2007).
Posteriormente y gracias a los avances tecnológicos de finales del XIX y principios del XX, se
impulsó la generación de energía hidráulica y en especial, con la invención del generador
eléctrico y la innovación en turbinas hidráulicas como se muestra en el siguiente cuadro:
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Tabla 1:
Clasificación de Turbinas Hidráulicas Eléctricas (Acción Y De Reacción) De Acuerdo A Caudal,
Tamaño del Salto, Potencia Eléctrica.
Turbina de Acción Caudal (Q) m3/s Altura (m) Potencial (kW)
Pelton 0.05 - 50 30 -1800 2 - 300.000
Turgo 0,025 - 10 15 - 300 5 - 80.000
Turbina de Reacción Caudal (Q) m3/s Altura (m) Potencial KW
Bomba roto-dinámica 0,025 - 0,25 10 - 250 5 - 500
Francis 1 - 500 2 - 750 2 - 750.000
Deriaz 500 30 - 130 100.000
Kaplan 1000 / 5 - 08 2 - 200 .000
Axiales (tubular,
bulbo, generador
periférico
600 / 5 - 30 100.000
Fuente: UPME
En la tabla número 1 se puede observar que se utilizan dos variables para determinar la turbina
a utilizar las cuales son el caudal medio de entrada y la altura del salto, la combinación de los dos
factores determina el potencial de la turbina escogida. A continuación se muestra una imagen
comparativa la cual se utiliza para determinar qué tipo de turbina se utilizara al determinar
caudal Q vs altura H.
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Figura 1:
Catálogo para la selección de tipo de turbina hidráulica
Fuente: EscherWyss. Catálogo de fabricante
En el siglo XXI, la energía hidroeléctrica sigue catapultando el crecimiento en todo el mundo.
Por ejemplo, ha jugado un papel clave en la transformación de Brasil en el séptimo país más
grande por el PIB (2012); no antes sin pasar a través de un período de crecimiento económico
muy rápido entre 2000 y 2010, que vio su aumento en el valor (PIB nominal), sólo superado por
los EE.UU. y China. Esto sólo era posible con los enormes aumentos en la producción de
electricidad que han sido entregados por su inversión en energía hidroeléctrica. En 2010, Brasil
produjo 349.000 GWh de electricidad, y para 2014 había aumentado en un 40 por ciento a
489.000 GWh. Sólo el 2 por ciento de esta energía proviene de las importaciones, y alrededor del
80 por ciento de la energía hidroeléctrica.
24
El resultado es una flota muy moderna de grandes centrales hidroeléctricas de los cuales al
menos 24 se han valorado en 500 MW o superior. Brasil ha hecho la mayor parte de su recurso
hidrológico rica para transformarse en un líder en el escenario mundial, mantener bajos los costos
y mantener su independencia energética del resto del mundo.
Este es sólo un ejemplo del enorme estímulo para el crecimiento económico que puede
proporcionar la energía hidroeléctrica; cuando miramos hacia el futuro, la tecnología tiene un
papel muy importante que desempeñar en el crecimiento y la prosperidad al mundo en desarrollo.
(Key Trends in Hidropower, 2016).
Tabla 2:
Los 5 países con mayor capacidad instalada en energía hidroeléctrica
PAÍS
CAPACIDAD
INSTALADA (GW)
CHINA 279,4
BRASIL 89,3
EEUU 79,3
CANADÁ 77,6
RUSIA 49,1
Fuente: (Key Trends in Hidropower, 2016)
En Colombia, desde finales del siglo XIX, cuando se comenzó a estructurar el sistema
energético se identificó el potencial que se tenía para generar electricidad a partir de la fuerza del
agua debido a las grandes cuencas hidrográficas y sus afluentes que están distribuidos por casi la
totalidad del país. Y la topografía montañosa que produce el potencial vasto. Hace unos 125 años
se instalaron las primeras plantas hidroeléctricas en Santander, Antioquia y Cundinamarca, esta
25
fuente de generación continúa dominando el mercado energético nacional como una de las más
limpias y económicas.
El país cuenta con grandes plantas hidroeléctricas como Chivor, Sogamoso o el Guavio, la
generación mediante este tipo de tecnología alcanzó en 2015 un máximo de capacidad de
generación hidráulica de unos 10Gw. Estos resultados obedecen también al creciente aporte de
las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH), las cuales aprovechan los caudales de fuentes
hídricas de menor tamaño.
El objetivo del sector es diversificar las fuentes de energía para poder enfrentar futuras épocas
de sequía, pues es un hecho que la participación de esta tecnología dentro del mercado eléctrico
ya es alta. En el futuro próximo se buscará desarrollar proyectos de las llamadas centrales
hidroeléctricas a filo de agua que no necesitan embalse, son plantas más pequeñas, que requieren
una inversión mucho menor que la de una hidroeléctrica con El Quimbo o Sogamoso y que se
pueden ubicar en aguas con menor caudal y construirse en menor tiempo.
Todo apunta a que gracias al potencial del país las centrales hidráulicas seguirán teniendo una
participación fundamental en el cubrimiento de la futura demanda en Colombia, además de dejar
un excedente de exportación para países vecinos. (Energías renovables: descripción y usos,
UPME, 2015).
2.2. Marco conceptual
La presente monografía está enmarcada en el ámbito del Servicio Público de energía eléctrica
y de energías alternativas, por ello es primordial describir conceptos utilizados a lo largo del
trabajo que permitan esclarecer la temática principal.
26
2.2.1. Batería Pb-ácido:
Es una fuente portátil de energía eléctrica en la cual hay una doble conversión de energía,
llevada a cabo mediante un proceso electro-químico; La conversión número 1 es de energía
eléctrica en energía química y se presenta durante el proceso de carga. La conversión número 2
es contraria, de energía química en eléctrica y sucede cuando la batería es descargada. Para que
estas transformaciones puedan realizarse se necesitan dos electrodos metálicos inmersos en un
electrolito, que es un medio vinculante.
Este conjunto forma una celda de acumulación, cuyo voltaje, en una batería de plomo- ácido
oscila 2 Voltios, dependiendo de su estado de carga. En el proceso electrolítico cada uno de los
electrodos toma una polaridad diferente. La batería queda con un terminal negativo y otro
positivo (- y +).
La batería más utilizada, dado su bajo costo, es la batería de plomo y ácido sulfúrico con
electrolito líquido. En ella, los dos electrodos están hechos de plomo y el electrolito es una
solución de agua destilada y ácido sulfúrico. Cuando la batería está cargada, el electrodo positivo
tiene un depósito de dióxido de plomo y el negativo es plomo. Al descargarse, la reacción
química que toma lugar hace que, tanto la placa positiva como la negativa, tengan un depósito de
sulfato de plomo.(BMZ, 2013) La ilustraciones 2 muestra estos dos estados.
27
Figura 2:
Estado de carga y descarga de una batería Pb-acido.
Fuente: (BMZ, 2013)
2.2.2. Caudal medio diario:
Es el promedio aritmético de descarga generalmente en L / s o m3 /s para un período de 24
horas. Para hallar el caudal promedio diario es necesario hallar los caudales correspondientes al
menos a 3 lecturas de mira diarias y luego promediarlos. (IDEAM, 2014)
2.2.3. Central hidroeléctrica:
Lugar donde se da la transformación de la energía potencial en energía cinética se logra
mediante la caída del agua. El agua que cae pasa por unas turbinas que se acoplan a un generador.
Estas convierten la energía cinética en energía mecánica. El generador tiene como función
transformar la energía mecánica en energía eléctrica. Esta transformación se consigue gracias a la
28
interacción de los dos elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, y la
parte estática que se denomina estator. Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, el
rotor genera un flujo magnético que actúa como inductor para que el estator transforme la energía
mecánica en energía eléctrica. Después de este proceso, el agua se devuelve al río en las
condiciones en que se tomó, de modo que se puede volver a usar por otra central situada aguas
abajo o para consumo. (UPME, 2015)
2.2.3.1. Componentes principales de una central hidroeléctrica:
● Presa: Se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.
● Sala de máquinas: Construcción donde se sitúan las máquinas (turbinas, alternadores…) y
elementos de regulación y control de la central.
● Turbina: Elementos que transforman en energía mecánica la energía cinética de una
corriente de agua.
● Alternador o generador: Tipo de generador eléctrico destinado a transformar la energía
mecánica en eléctrica.
● Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema
complejo de canalizaciones (UPME, 2015)
29
2.2.4. Corriente Alterna (AC)
La corriente alterna es empleada generalmente en las actividades realizadas a diario por el
hombre lo cual compromete el uso de cantidades enormes de energía que es repartida desde las
estaciones transformadoras de energía, por esta razón su campo de aplicación es amplio y
variable. Suelen caracterizarse por que “los electrones del circuito se mueven primero en un
sentido y luego en sentido contrario, con un movimiento de oscilación en posiciones
relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje del generador o de otra
fuente” (Silvia E. elias, 2016), lo cual permite que haya cambios periódicos en la polaridad de
cualquier elemento utilizado para la generación de AC.
2.2.5. Corriente Directa o Continua (DC o CC)
En este tipo de corriente hay un paso de intensidad (Amperios) constante por un conductor, es
por ello que la “CD implica un flujo de carga que siempre va en un solo sentido, una batería
produce CD en un circuito porque sus bornes siempre tienen el mismo sentido de carga. Los
electrones siempre se mueven en el mismo sentido: del borne negativo que los repele al borne
positivo que los atrae. ” (Silvia E. elias, 2016), comúnmente la CD es empleada para
proporcionar corriente a pilas y baterías.
30
2.2.6. Cuenca hidrográfica:
Superficie de terreno que recoge el agua que alimenta parcial o totalmente, una corriente de
agua. Su eje es el curso de agua principal y sus límites las divisorias de aguas de las cuencas
adyacentes, esas divisorias definen hacia donde debe escurrir el agua. Una vertiente hidrográfica
puede estar establecida por un gran número de cuencas hidrográficas. (IGAC, 2016)
Colombia está constituida por un gran número de cuencas, en la Tabla 3. Se muestran el número
de cuencas, de acuerdo al área que ocupan en el país:
Tabla 3:
Número de cuencas, de acuerdo al área que ocupan en el país
Área (km²) Cantidad de cuencas
en el país
Más de 10 714.300
Entre 1.000 y 5.000 149
Entre 5.000 y 10.000 24
Entre 10.000 y 50.000 15
Entre 50.000 y 100.000 4: Magdalena, Caquetá,
Guaviare y Meta. Fuente: IGAC
2.2.7. Energía cinética:
Está definida como el trabajo que se necesita para acelerar un cuerpo desde su posición de
equilibrio hasta una velocidad cualquiera. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración
el cuerpo mantiene su energía cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo
31
de la misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo regresa a su estado de equilibrio.
(Osinergmin, 2008)
2.2.8. Energía eléctrica:
Es el resultado de una diferencia de potencial entre dos puntos lo que permite fijar una
corriente eléctrica entre los dos puntos cuando se los pone en contacto por medio de un
conductor eléctrico (oro, plata, cobre, madera). La energía eléctrica se utiliza generalmente para
ser transformada en otras formas de energía como la energía lumínica, energía térmica o
energía mecánica. Es una fuente de energía renovable que se obtiene mediante el movimiento de
cargas eléctricas (electrones positivos y negativos) que se produce en el interior de materiales
conductores (por ejemplo, cables metálicos de cobre). (IPCC, 2011)
2.2.9. Energía hidroeléctrica:
Energía que se consigue a partir del agua que se desplaza desde un punto a otro situado más
abajo y se convierte en energía mecánica por medio de una turbina u otro dispositivo que, se usa
directamente para realizar un trabajo mecánico, o bien, con mayor frecuencia, para hacer
funcionar un generador que produce electricidad. El término se usa además para describir la
energía cinética del flujo de un curso fluvial, que también puede convertirse, por medio de una
turbina accionada por la corriente, en energía mecánica para que un generador produzca
electricidad. (IPCC, 2011)
32
2.2.10. Energía potencial:
Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo cualquiera. Puede tomarse
como la energía almacenada en un cuerpo. Más rigurosamente, la energía potencial es una
magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas. (Osinergmin, 2008)
2.2.11. Energía renovable:
Es la que se obtiene de fuentes naturales, prácticamente inagotables; algunas por la gran
cantidad de energía que contienen y otras porque son capaces de regenerarse por medios
naturales. Se obtiene de los flujos continuos o repetitivos de energía que se producen en el
entorno natural y comprende tecnologías de baja emisión de carbono, como la energía solar, la
hidroeléctrica, la eólica, la mareomotriz y del oleaje, y la energía térmica oceánica, así como
combustibles renovables tales como la biomasa.
La ilustración 3 muestra la clasificación de las fuentes renovables o alternativas, las cuales
emplean tecnologías limpias para la producción de la energía, en ellas se emplea todo tipo de
recurso natural ya sea sol, viento, agua, materia orgánica y demás, que propician la formación de
energía en forma de calor o electricidad.
33
Figura 3:
Clasificación Energías renovables
Fuente: el autor
2.2.12. Imagen de satélite Landsat 7:
Landsat fue el primer satélite enviado por los Estados Unidos para el monitoreo de los
recursos naturales terrestres. Inicialmente se le llamó ERTS-1 (Earth Resources Technology
Satélite) y posteriormente los restantes recibieron el nombre de Landsat. Este sistema está
integrado por 7 satélites que provenían conceptual y estructuralmente de los satélites para fines
meteorológicos llamado Nimbus. Los satélites fue on puestos en marcha con la intención de
34
captar la mayor información de la superficie con mayor precisión y a mayor detalle, de ahí sus
mejoras radiométricas, geométricas y espaciales. (Inegi, 2016)
Es de importancia en el componente geográfico debido a que puede detecta las mejores
condiciones climáticas con el fin de aplicar tecnologías para energías |renovables.
2.2.13. Modelo digital de terreno:
Representación en formato digital de la cota de la superficie del terreno.
2.2.14. Potencia eléctrica:
Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de
energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La potencia eléctrica
se representa con la letra P y la unidad de medida es el Vatio (Watt).
2.2.15. Puesta a tierra:
También conocido como toma de tierra- se hace para proteger contra el riesgo de choque
eléctrico. También ayuda a proteger contra el daño de los equipos contra sobretensiones de
voltaje inducidos por rayos en el sistema.
2.2.16. Red eléctrica:
Red compuesta por cables, interruptores y transformadores para transmitir la electricidad
desde las fuentes de energía hasta los usuarios. Una red grande consta de varios niveles o
subsistemas de transporte y distribución de energía de baja tensión (110-240 V), media tensión
(1-50 kV) y alta tensión (50 kV a varios MV). Las redes de distribución interconectadas abarcan
vastas zonas, incluso continentes. La red es una plataforma de intercambio de energía que
35
potencia la fiabilidad del suministro y las economías de escala. Para un productor de energía la
conexión a la red es fundamental para los fines de la explotación económica. Los códigos de red
son las condiciones técnicas relativas al equipo y el funcionamiento que todo productor de
energía debe respetar para tener acceso a la red; además, las conexiones de los consumidores
deben respetar las normas técnicas. El acceso a la red se refiere a la aceptación por parte de los
productores de energía de alimentar la red. La integración de la red incorpora la producción
energética de un conjunto de diversas, y en ocasiones variables, fuentes generadoras en un
sistema equilibrado de suministro de energía eléctrica. (IPCC, 2011)
2.2.17. Sistema Interconectado Nacional (SIN):
Conjunto de centrales de generación eléctrica y sistemas de distribución que se encuentran
interconectados entre sí. Compuesto por los siguientes elementos conectados entre sí: las plantas
y equipos de generación, la red de interconexión, las redes regionales e interregionales de
transmisión, las redes de distribución, y las cargas eléctricas de los usuarios. (LEY 143 DE
1994)
2.3. Marco Teórico
Desde hace unos pocos años las energías renovables han comenzado a contemplarse como una
salida al paupérrimo ritmo destructor que trae la generación energética de fuentes tradicionales;
Sin embargo, aún no se avanza lo suficiente en consecuencia a que no se consideran un medio
de producción masiva que pueda atender la demanda mundial en la actualidad, así mismo existe
un imaginario social que encuentra a la renovación de la forma de obtener energía como una
36
arremetida al prospecto de vida globalizado y de consumo actual, adicionalmente la
complejidad de los sistemas climáticos crean cierta incertidumbre que dificulta el tratamiento
adecuado por parte de quienes pueden tomar decisiones en los sectores públicos y privados
(Labandeira et al. 2011). Esto es indiscutible en ciertos países en los que la transformación
requerida del sistema energético supondría unos costes elevados. En China, tomándola como
muestra, el aumento paralelo demográfico y la capacidad económica de la población alojan
demandas serias sobre el sector energético cuyas restricciones y modificaciones pueden ser
observadas como una amenaza al modelo de crecimiento económico.
Gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) son el resultado de las
dinámicas del sector energético en sus diferentes variantes. Por esta razón la generación
energética se ha convertido en uno de los principales desafíos para las sociedades actuales. Se
tiene una alta aprobación científica mundial sobre las causas y efectos del cambio climático,
como se ha manifestado en los informes del Grupo Intergubernamental sobre Cambio Climático
de la ONU (IPCC) desde finales del siglo XX. Pocos son los científicos que hoy en día refutan la
estrecha relación entre cambio climático y las emisiones de GEI producidas por las actividades
humanas, entre ellas la combustión fósil para suministrar servicios ligados a la energía (IPCC,
2014)
Las consecuencias asociadas a fenómenos de cambio climático son multivariadas. El IPCC
(2014) menciona varias de las resultados asociados al aumento de la temperatura, así como la
modificaciones en las dinámicas geo-climáticas como incremento en el nivel del mar, ampliación
en la frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos, erosión de suelo útil para el cultivo y
mayor escasez de alimentos, pérdidas de biodiversidad, intensificación de flujos migratorios, etc.
Todas ellas bajo el panorama del aumento de la temperatura media global.
37
En la ilustración 4 se puede observar según el IPCC 2014, que en el periodo del año 1901 a
2012, la temperatura media aumentó alrededor de 0,74°C ± 0,18°C a nivel mundial, a
consecuencia principalmente de las actividades e intervención de la humanidad en casi todas las
áreas del mapa terráqueo.
Figura 4:
Cambio de temperatura observado del año 1901 – 2012
Nota. Fuente: IPCC 2014
En la ilustración 5 encontramos que según el IPCC 2014, en el periodo del año 2081 a 2011,
la temperatura media aumentará alrededor de 1,94°C ± 0,17°C a nivel mundial, a razón de las
modificaciones climáticas que en este momento ya son irreversibles, para este tiempo se estima
unas consecuencias mucho más drásticas de lo que en este momento ya son, marcadas
especialmente por pérdida irremediable de flora y fauna, agua potable y territorios costeros que
sucumbirán al aumento del nivel de los océanos. Esto si no se cumplen a cabalidad los acuerdos
pactados en la conferencia de cambio climático 2015 acontecida en Francia.
38
Figura 5:
Cambio de temperatura proyectado del año 1986– 2100
Nota. Fuente: IPCC 2014
Uno de los principales focos de solución al problema pasa por un cambio fundamental en el
sistema energético, que en gran medida será viable con una aumento importante en la
participación de las energías renovables en la generación. Para llegar a un buen pronóstico se
necesita de innovación, del avance tecnológico, la buena voluntad por parte de quienes tienen
poder de decisión en el sector público y privado, así como la concientización y mejora de
prácticas diarias de la población mundial, son fundamentales para la consecución de las
estrategias contra el cambio climático. De a poco y gracias a entidades no gubernamentales y a
estrategias como las conferencias y acuerdos de cambio climático que mediante políticas,
promueven un cambio de mentalidad y el avance tecnológico de alternativas y su implantación y
despliegue en la práctica. (Labandeira et al. 2011)
39
2.3.1. Precios del Petróleo
A inicios del año 2016, el petróleo Brent (referencia para Colombia) llegó a 32,16 dólares el
barril, el precio más bajo en los últimos 12 años. Cifra preocupante, el presupuesto realizado por
el ministerio de hacienda se basa en que el crudo esté entre 53 y 55 dólares.
Un dato que podría tranquilizar se lo dio al periódico El Tiempo el presidente de Ecopetrol,
Juan Carlos Echeverry. Quien aseguró que el precio al cual la petrolera produce ingresos, está
entre 20 y 30 dólares, y el nivel en el cual da utilidades está entre 30 y 40 dólares. Por lo cual
Ecopetrol seguirá funcionando después de haber recortado sus inversiones en proyectos no
estratégicos, sin embargo no seguirá aportando al fisco la cantidad de dinero que daba en años
anteriores donde se hablaba de bonanza petrolera, ya se está hablando de una desaceleración en la
economía. (Revista Semana, 2016).
La respuesta del gobierno Colombiano a dicha depreciación en el precio del petróleo es
desafortunadamente, aumentar la baraja de zonas de exploración y explotación de hidrocarburos,
algunos en sectores reconocidos por el valor cultural y ambiental de sus ecosistemas como lo es
la serranía de la Macarena o la cuenca media del río Magdalena, buscando aumentar la
adjudicación de concesiones y con ello el aumento de la oferta de crudo y sus derivados para
aumentar las reservas nacionales y la exportación.
Es importante que al analizar la coyuntura económica actual se impulse en la nación la
obtención de energía eléctrica que no sean de fuentes fósiles ya que es evidente que no se puede
continuar con la dependencia, aquí es clave comenzar a explorar la generación energética a partir
de tecnologías limpias y que utilicen fuentes renovables.
40
2.3.1.1. Precios del petróleo vs precios energía renovable
En la coyuntura actual, es importante recalcar que a mediano y largo tiempo, la utilización de
energías renovables para la producción de electricidad es más económica, confiable, sostenible y
duradera. No es posible seguir con el modelo extractivita dada las variaciones globales, es una
necesidad comenzar a implementar soluciones innovadoras.
2.3.1.2. Explotación de hidrocarburos con la técnica de Fracking
Una de las técnicas que se comenzaran a utilizar en Colombia para aumentar las reservas
nacionales y la exportación de petróleo y gas es la denominada técnica de fraccionamiento
hidráulico o fracking, que consiste en la explotación de hidrocarburos con una combinación de
grandes cantidades de agua, arena y productos químicos que se inyectan al subsuelo a alta
presión con el fin de fracturar la tierra y liberar los hidrocarburos en forma de gas que están en
los esquistos que son la parte más profunda de este subsuelo. Esta técnica ha sido utilizada desde
el año 2012 algunos estados de Estados Unidos y ha tenido como resultado el aumento de la
producción de hidrocarburos los cuales han repercutido en que este país ya no tenga que
importar tanto petróleo como anteriormente lo hacía a países como Colombia, o gas a países
como Rusia.
En la Ronda Colombia 2014, que ofreció un total de 98 bloques para explotación de
hidrocarburos, 19 fueron ofrecidos para hacer fracking de petróleo y gas de esquistos o lutitas.
Esta práctica ha sido categorizada por su impacto en el medio ambiente que, en especial en las
fuentes de agua que quedan contaminadas por elementos radioactivos, contaminación atmosférica
41
y por perturbar la estabilidad de las placas tectónicas generando temblores. En la salud humana
causa daños por la desmesurada cantidad de aguas contaminadas y los gases que emana,
Por las consecuencias nocivas para la salud de los habitantes de la región y el medio
ambiente, esta técnica ya recibió una sanción en Estados Unidos que hizo que una petrolera
tuviera que pagarle a una familia, Así mismo, Francia prohibió el fracking del todo, Australia está
en moratoria y República Checa y Bulgaria suspendieron las actividades de explotación mientras
evalúan los daños que estas puedan causar. (Semana Sostenible, 2014).
Lo mencionado anteriormente con respecto a los hidrocarburos muestra que como lo mostraba
Labandeira et al. 2011, si quienes toman las decisiones públicas y privadas no tienen el criterio
para modificar así sea con minúsculos gestos de buena voluntad la forma devastadora de
producir energía, no va a ser fácil alcanzar las metas de producción energéticas limpias.
Colombia es parte de esta disyuntiva en que los privados y sectores estatales reman para una
orilla, y personas, entidades, empresas comprometidas con el medio ambiente reman para el otro.
Motiva que ya hayan avances, hace un par de lustros eran muy pocos los que sentaban su
voto para el lado del desarrollo sostenible, ahora al menos cuando agencias como la de
hidrocarburos (ANH) o la de licencias ambientales (ANLA) proceden de formas catastróficas e
irresponsables contra el patrimonio natural de todos los Colombianos, reaccionamos en redes
sociales, plantones, y algunos otros acciones como interponer tutelas o derechos de petición ante
la agencia, etc.
42
2.3.2. Generalidades de la producción Hidroeléctrica.
Es necesario conocer las generalidades de la producción de energía hidroeléctrica para una
vez se ahonde en el tema concreto que es la generación a partir de microturbina hídricas, se tenga
presente todos los antecedentes teóricos que ayudarán al óptimo entendimiento de los objetivos
del presente trabajo monográfico.
2.3.2.1. Microturbinas
Una microturbina es una hidro-máquina que emplea la energía del agua que circula a través
de ella para realizar un movimiento rotatorio que es transferido a través de un eje rotor, esté
mueve a continuación un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica. Las
microturbinas son de un tamaño mínimo en comparación con las turbinas que se encuentran en
las hidroeléctricas y tiene el potencial para ser una solución económica y ambientalmente
sostenible para obtener energía económica disponiendo de un bajo flujo de agua.
2.3.2.1.1. Componentes de la Microturbina:
Rotor de imán: El rotor es accionado directamente por el rodete de la turbina a través del eje.
Intensidad de campo magnético puede ser ajustada para optimizar el número de revoluciones en
el caso de directa sistemas de carga de batería, el uso de arandelas de empaque
43
Figura 6:
Rotor de imán
Fuente: Nimbus
Estator: El estator contiene bobinas que producen una fase de 3 salida de CA cuando el rotor de
imán gira. El estator se selecciona basándose en los datos proporcionados con el fin de obtener el
voltaje correcto al mejor número de RPM.
Figura 7:
Estator
Fuente: Nimbus
Cojinete del bloque y el eje: Estos apoyan las partes anteriores y también la rodete de la turbina.
Los Rodamientos deben ser engrasados y reemplazados periódicamente.
44
Figura 8:
Cojinete del bloque y el eje
Fuente: Nimbus
Las microturbinas tienen una capacidad instalada menor de 1kW, aplicable a zonas sin
conexión a suministro eléctrico o inmuebles que quieran independencia energética. Una
microturbina es un dispositivo mecánico que utiliza la energía de la corriente del agua y la
convierte en energía mecánica, la cual es transformable en energía eléctrica por medio de un
generador, las microturbinas hidráulicas son fabricadas para suministrar energía en condiciones
de baja potencia. La energía eléctrica producida puede ser utilizada directamente en el inmueble
(vivienda, finca, construcción, etc.) además, tiene la versatilidad de ser vertida directamente a
la instalación, ser acumulada en baterías para una posterior utilización o como otra opción,
venderla volcándola en la red de interconexión eléctrica local.
El modo de aprovechamiento más utilizado se deriva de la carga de baterías, la capacidad
máxima de las baterías estará determinada por las condiciones finales de la instalación:
necesidades eléctricas y energía hidráulica disponible. Con la suma de un convertidor se pueden
alimentar sistemas de baterías de 6, 12, o 24 voltios, y adicionando un inversor pueden
alimentarse sistemas de 110 - 220 voltios.(Grupo Verne, 2012).
45
Si el caudal que pasa por la tubería es continuo, la producción eléctrica es constante en el año,
además la microturbina puede trabajar con cualquier fluido: líquido o gaseoso para producir
energía confiable, económica, renovable y eficiente. Además, es aplicable a instalaciones de
riego, redes hidráulicas, depósitos de agua de acumulación e impulsión, entradas a embalses,
calderas a presión, conducciones de gas, colectores de agua potable o de agua residual,
instalaciones industriales, etc. (Traxco.es, 2011)
Características:
Las microturbinas cumplen con algunos atributos que traen grandes beneficios bajo ciertas
condiciones: Aprovechan la energía potencial del agua con bajas diferencias de altura y
pequeños caudales (Rango de caudal de 5 a 12 l/s) que generan la tensión necesaria para
alimentar baterías de 6, 12 ó 24 voltios, perfecta para fincas agrícolas dotadas de riego a presión.
El agua utilizada por la microturbina no se contamina y es totalmente reutilizable.(Traxco.es,
2011).
2.3.2.2. Tipos de centrales hidroeléctricas.
2.3.2.2.1. Central de agua fluyente.
Estas centrales se cimentan en sitios en que la energía hidráulica debe utilizarse en los
espacios de tiempo en que se dispone de ella para accionar las turbinas hidráulicas. No cuentan
con reserva de agua, haciendo que el caudal suministrado según las estaciones del año. En la
temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima y
46
dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en
función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.
Figura 9:
Central de agua fluyente
Fuente: (UPME, 2015)
2.3.2.2.2. Central con embalse o de regulación.
En este tipo de centrales se almacena un volumen considerable de agua mediante la
construcción de una o varias presas que forman lagos artificiales; el embalse permite regular el
caudal de agua que pasa por las turbinas, con el fin de unificar las variaciones temporales de los
caudales afluentes en el río. Las centrales con almacenamiento o regulación exigen, por lo
general, una inversión de capital mayor que las de filo de agua, pero facilitan el incremento de la
producción energética, disminuyendo el costo de la energía generada.
47
Figura 9.1:
Central con embalse
Fuente: (UPME, 2015)
2.3.2.2.3. Central de acumulación por bombeo.
Poseen dos embalses situados a diferente cota; cuando la demanda de energía eléctrica
alcanza su máximo nivel a lo largo del día, el agua almacenada en el embalse de la zona alta
hace girar en la turbina asociada a un alternador funcionando como una central convencional
generando energía. Después el agua queda almacenada en el embalse de la zona baja. Durante las
horas del día en las que la demanda es menor el agua se bombea al embalse superior para que
inicie nuevamente el ciclo productivo. Para ello la central dispone de un grupo de moto-bombas
o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas
y los alternadores como motores.
48
Figura 10:
Central de acumulación por bombeo
Fuente: (UPME, 2015)
2.3.2.2.4. Centrales mareomotrices.
La energía de las mareas se transforma en electricidad en las denominadas centrales
mareomotrices, que funcionan como un embalse tradicional de río. El depósito se llena con la
marea y el agua se retiene hasta la bajamar para ser liberada después a través de una red de
conductos estrechos, que aumentan la presión, hasta las turbinas que generan la electricidad. Sin
embargo, su alto costo de mantenimiento frena su proliferación. El lugar ideal para instalar una
central mareomotriz es un estuario, una bahía donde el agua de mar penetre. La construcción de
una central mareomotriz es solo posible en lugares con una diferencia de al menos 5 metros entre
la marea alta y la baja.
49
Figura 11:
Centrales mareomotrices.
Fuente: (UPME, 2015)
2.3.2.3. Clasificación de las hidroeléctricas.
No existe un criterio único de clasificación de las centrales hidroeléctricas, ya que los valores
de clasificación pueden variar según el país. En función de su capacidad, se pueden clasificar las
hidroeléctricas en picocentrales, microcentrales, minicentrales, pequeñas centrales hidroeléctricas
(Pch) y centrales hidroeléctricas (Ch). La clasificación que se muestra en este trabajo fue el que
adoptó la UPME del Ministerio de Minas y Energía sugerida por la Organización
Latinoamericana de Energía (Olade) para las centrales hidroeléctricas que se describe a
continuación: (UPME, 2015)
50
2.3.2.3.1. Picocentrales.
Capacidad instalada entre 0,5 y 5 kW, operación a filo de agua, aplicable a zonas no
interconectadas o casos aislados de zonas interconectadas.
2.3.2.3.2. Microcentrales.
Capacidad instalada entre 5 y 50 kW, operación a filo de agua, aplicable a zonas no
interconectadas o casos aislados de zonas interconectadas.
2.3.2.3.3. Minicentrales.
Capacidad instalada entre 50 y 500 kW, operación a filo de agua, aplicable a zonas no
interconectadas o casos aislados de zonas interconectadas.
2.3.2.3.4. Hidroeléctricas (PCH).
Capacidad instalada entre 500 y 20.000 kW, operación a filo de agua, aplicable a zonas no
interconectadas y zonas interconectadas (sin posibilidad de participar en el despacho eléctrico,
menores a 500 kW, y con posibilidad de hacerlo las mayores a 10.000 kW).
2.3.2.3.5. Centrales hidroeléctricas (CH)
Capacidad instalada mayor de 20 MW, aplicable en zonas interconectadas, con participación
obligada en el despacho eléctrico.
51
2.3.4. Energía Hidroeléctrica en Colombia.
El agua es un recurso natural elemental para la existencia de la vida humana y natural, la
explotación del recurso agua con varios fines es compromiso del Estado, la preferencia de los
sistemas de aprovechamientos que permitan la explotación racional del recurso hídrico, así como
su control, la conservación de su calidad, la compatibilización con sus diferentes usos, la
expedición de normas y su posterior fiscalización, es también compromiso público.
La generación de energía eléctrica en el territorio nacional se puede obtener a partir de
diferentes fuentes de energía ya sean renovables o no. Según MAVDT 2010, el agua es
considerada un recurso natural renovable y por ello la energía eléctrica generada a partir de la
utilización de híbridos es estima como una energía limpia y renovable, que provoca menores
impactos sobre el ambiente en comparación con las fuentes no renovables
En la Ley 143 de 1994 se indica que el abastecimiento de electricidad debe realizarse según
criterios económicos y de viabilidad financiera, asegurando un uso racional y eficiente de los
diferentes recursos energéticos del país, de forma tal que se preserve la integridad de las
personas, de los bienes y del medio ambiente. (UPME, 2015)
Actualmente en Colombia, el 66% de la generación energética se obtiene a partir del recurso agua
a través de una red de 171 hidroeléctricas de diferente tamaño, técnica y generación y
participación. Las 3 que sobresalen son Guavio con 6.602.700 Gwh, San Carlos con 5.558.966
Gwh y Tebsab con 5.089.067 Gwh, a continuación la tabla número 4 nos muestra generación vs
participación de las 10 primeras hidroeléctricas del país
52
Tabla 4:
Generación por recurso - hidroeléctricas 2015
Recurso Generación GWh Participación %
GUAVIO 6.602.700 9.92%
SAN CARLOS 5.558.966 8.35%
TEBSAB 5.089.067 7.65%
CHIVOR 4.109.998 6.18%
PAGUA 3.476.096 5.22%
SOGAMOSO 3.176.918 4.77%
PORCE III 2.966.694 4.46%
GUATRON 2.528.142 3.80%
FLORES 4B 2.424.764 3.64%
GUATAPE 2.248.003 3.38%
Fuente: XM S.A. E.S.P. (2015)
En la tabla número 4 evidenciamos que la capacidad de generación energética está soportada
en un mayor porcentaje por recursos hidráulicos correspondiente para el año 2015 a 10.892 Mw
(66.60% del total), seguida de lejos por la electricidad proveniente de recursos térmicos con
4.743 Mg (28.42%). también encontramos que la generación eléctrica a partir de energías
renovables como eólica o solar es mínima, sin embargo hay un gran potencial que se debe
explotar sosteniblemente en los próximos años.
La capacidad efectiva neta del SIN (Sistema Interconectado Nacional) al finalizar el 2015
para la generación a través de fuentes hidráulicas fue 16,420 MW. Al comparar la capacidad con
la registrada en 2014 se observa un crecimiento en 931 MW, equivalentes al 6%. Este aumento
53
obedece principalmente a la entrada en operación de las centrales hidroeléctricas El Quimbo 396
MW, Carlos Lleras 78 MW, Cucuana 58 MW, San Miguel 44 MW, Bajo Tuluá 19,9 MW y
PROVIDENCIA 4,9 MW y las centrales térmicas Gecelca 3 con 164 MW y Tasajero 2 con 160
MW y a la actualización en térmicas de los combustibles principales que respaldan las
obligaciones de energía firme para la vigencia diciembre 1 de 2015 a noviembre 30 de 2016 para
el cargo por confiabilidad. (XM S.A. E.S.P., 2016).
Tabla 5:
Capacidad efectiva neta del SIN a diciembre 31 de 2014 - 2015
Recursos 2014 MW 2015
MW
Participación
%
Variación (%) 2014 -
2015
Hidráulicos 10,315 10,892 66,60% 5,59%
Térmicos 4,402 4,743 28,42% 7,19%
Gas 1,757 1,548 -13,50%
Carbón 1003 1339 25,09%
Fuel –Oil -- -- --
Combustóleo 297 299 0,67%
ACPM 1023 1247 17,96%
Jet1 46 46 0,00%
Gas-Jet A1 276 264 -4,55%
Menores 694,65 698,42 4.48% 0,54%
Hidráulicos 584,88 608,55 3,89%
54
Térmicos 91,35 71,45 -27,85%
Eólica 18,42 18,42 0,00%
Cogeneradores 77,3 86,6 0,50% 10,74%
Total SIN 15,489 16,42 100,00% 5,67
Fuente: XM S.A. E.S.P. (2015)
2.3.5. Ventajas y Desventajas de la generación de energía Hidroeléctrica
Tabla 6:
Ventajas y Desventajas de la generación de energía Hidroeléctrica
Ventajas Desventajas
Gracias al ciclo del agua su
disponibilidad es prácticamente
inagotable.
La construcción de las plantas requiere una
gran inversión, por otra parte, los sitios donde
se pueden construir centrales en condiciones
económicas son muy limitados.
Es una fuente energética totalmente
limpia, no emite gases, no produce
emisiones tóxicas, y no causa ningún tipo
de lluvia ácida.
Las presas se convierten en obstáculos para
varias especies de peces.
Es una energía barata, los costes de
operación son muy bajos, existen mejoras
tecnológicas constantemente que ayudan
a explotar de manera más eficiente los
recursos.
Las represas afectan al lecho de los ríos,
causando erosión y afectar el ecosistema del
lugar.
Permite el almacenamiento de agua para
abastecer fácilmente a actividades
Las presas tienden a estar lejos de las grandes
poblaciones, entonces es necesario transportar
55
recreativas o sistemas de riego. la electricidad producida a través de redes
costosas.
Se pueden regular los controles de flujo
en caso de que haya riesgo de una
inundación.
Fuente: El autor
2.4. Marco Legal
2.4.1. Ley 697 de 2001 – Uso racional y eficiente de la energía y se promueve la utilización
de energías alternativas
El objetivo de esta ley es asegurar el abastecimiento energético pleno y oportuno, la
competitividad de la economía colombiana, la protección al consumidor y la promoción del uso
de energías no convencionales de manera sostenible con el medio ambiente y los recursos
naturales.
Pretende crear la estructura legal, técnica, económica y financiera necesaria para lograr
proyectos ambiental y económicamente viables asegurando el desarrollo sostenible, creando
conciencia y conocimiento sobre las energías alternativas. Además se crea el PROURE
(programa de Uso Racional y eficiente de la energía y demás formas de energía no
convencionales) expuesto por el Ministerio de Minas y energía, para programas que tengan
relación con la cadena energética contemplando la normatividad medioambiental y de recursos
renovables.
56
El gobierno nacional será el encargado de incentivar a las empresas que promuevan productos
como calentadores, paneles solares, motores eólicos y/o cualquier tecnología, que usen como
fuente las energías alternativas ya sea para venta o para consumo residencial o rural, que estén
contemplados dentro del URE.
2.4.2. Decreto 3683 de 2003- reglamenta la Ley 697 de 2001 y se crea una Comisión
Intersectorial
El objetivo del decreto en mención es reglamentar el uso racional y eficiente de la energía, de
tal manera que se tenga la mayor eficiencia energética para asegurar el abastecimiento energético
pleno y oportuno, la competitividad del mercado energético colombiano, la protección al
consumidor y la promoción de fuentes no convencionales de energía, dentro del marco del
desarrollo sostenible y respetando la normatividad vigente sobre medio ambiente y los recursos
naturales renovables.
Además el ministerio de Minas y Energía, formulará los lineamientos de las políticas y
diseñará los instrumentos para el fomento y la promoción de las fuentes no convencionales de
energía, con prelación en las zonas no interconectadas; así como la ejecución de proyectos de
eficiencia energética en Colombia; para lo cual realizará las gestiones necesarias para definir
estrategias comunes con otras entidades de la Rama Ejecutiva que desarrollen funciones
relacionadas con el tema de Uso Racional de Energía, con el objetivo de organizar y fortalecer el
esquema institucional más adecuado para el cumplimiento de dicha gestión.
2.4.3. Ley 1665 de 2013- Estatuto de la agencia internacional de energías renovables (Irena)
57
Tiene como objetivo implantar el uso sostenible de todas las formas de energías renovables,
teniendo en cuenta las prioridades nacionales e internas y los beneficios derivados de un
planteamiento combinado de energía renovable y medidas de eficiencia energética, y la
contribución de las energías renovables a la conservación del medio ambiente al mitigar la
presión ejercida sobre los recursos naturales y reducir la deforestación, sobre todo en las regiones
tropicales, la desertización y la pérdida de biodiversidad; a la protección del clima; al crecimiento
económico y la cohesión social, incluido el alivio de la pobreza y el desarrollo sostenible; al
acceso al abastecimiento de energía y su seguridad; al desarrollo regional y a la responsabilidad
intergeneracional.
Además se contempla las oportunidades para abordar y mitigar los problemas derivados de la
seguridad energética y la inestabilidad e los precios de la energía, gracias al papel crucial que las
energías renovables pueden desempeñar en la reducción de la concentración de gases de efecto
invernadero en la atmósfera, para impulsar el efecto positivo que las tecnologías de las energías
renovables pueden producir para estimular el crecimiento económico sostenible y la creación de
empleo.
2.4.4. Ley 1715 de 2014 - Integración de las energías renovables no convencionales al
sistema Energético Nacional
Tiene como objetivo promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales
de energía, principalmente aquellas de carácter renovable, en el sistema energético nacional,
mediante su integración al mercado eléctrico, su participación en las zonas no interconectadas y
en otros usos energéticos como medio necesario para el desarrollo económico sostenible, la
58
reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y la seguridad del abastecimiento
energético, teniendo en cuenta la eficiencia económica y la demanda.
Además contempla temas relacionados con el fomento de inversión, investigación y desarrollo
de tecnologías limpias para la producción de energía, teniendo en cuenta las principales fuentes
no convencionales de energía.
La CREG será la encargada de la reglamentación técnica para analizar las condiciones propias
de la energía solar teniendo en cuenta que se encuentra inmersa dentro del fondo de energía no
convencional.
2.5. Marco geográfico
El Municipio de Fusagasugá, se encuentra ubicado en la región Andina del país, al sur
occidente del Departamento de Cundinamarca, en la Provincia del Sumapaz, enmarcada
topográficamente dentro de los cerros el Fusacatán y el Quininí. Tiene una superficie de 204,00
Km2 (190,99 km
2 rural y 13.019 km
2 urbano). Desplegada en la parte superior de la altiplanicie
de Chinauta en latitud 4º 20´ 00" y longitud 74º 21´ 00". Se conecta con e Bogotá por la vía
Panamericana. (Alcaldía de Fusagasugá, 2014).
62
La finca la Pomba, que es el lugar donde se realizará el estudio de la implementación del
proyecto, se ubica en la vereda Cucharal, zona rural al noroccidente del municipio de
Fusagasugá, en las coordenadas 4°21'46.3"N 74°23'14.2"W.
Limita al norte con la vereda Bosachoque, al sur con la vereda La Venta, al oriente con la
vereda El Resguardo y al occidente con la vereda La Viena.
La Finca la Pomba cuenta con 5,6 hectáreas en las cuales hay una casona y se realizan
actividades agrícolas sectorizadas de plátano, tomate de árbol y lulo. Vive allí una familia
compuesta por 4 adultos, 5 niños.
Al norte de la finca se encuentra la quebrada El Jordán, la cual cuenta con un caudal promedio
diario de 9.831m3/s y hace parte de la subcuenca del río Panches que a su vez hace parte de la
cuenca del río Sumapaz. Esta quebrada es la fuente de abastecimiento de agua para los cultivos
de la finca; El punto de toma de agua se encuentra a 435 metros en línea recta de la finca debido a
que se aprovecha la cota de inclinación de terreno de 20 metros de punto a punto para hacer fluir
el agua por gravedad.
En la finca existe el servicio de energía eléctrica proveniente del Sistema de Interconexión
Nacional (SIN) pero hay periodos en los que no es constante el servicio y suele haber pérdidas
de tensión que interrumpen el uso de electrodomésticos.
3. METODOLOGÍA
En esta etapa de la presente monografía se expondrá la metodología empleada para lograr
resultados confiables en la investigación. El contenido de esta etapa registrará los elementos
63
necesarios para elaborar el estudio de generación de energía eléctrica a través de la tecnología
de microturbina, tomando como base los objetivos descritos en el capítulo uno.
3.1. Enfoque de investigación.
Los enfoques de investigación están fraccionados en cualitativos, cuantitativos y mixtos,
entendiendo cuando se habla de cuantitativos como aquel que usa datos para probar hipótesis, con
base en la medición numérica y el análisis estadístico para establecer patrones de comportamiento
y probar teorías, además se fundamenta en la medición que se lleva a cabo mediante
procedimientos estandarizados; también siguen un patrón estructurado y predecible, se debe
tener en cuenta que las decisiones críticas se deben tomar antes de la recolección de datos. Al
final este enfoque busca que los estudios efectuados puedan replicarse, asimismo poder explicar
y predecir los fenómenos investigados, esto significa que el fin principal es la construcción y
demostración de teorías. (Samiperi, 2006).
Se recalca que el propósito de este trabajo es sentar precedentes para que se comience a
comprender y replicar los procedimientos expuestos, por ello se determinó que el enfoque de
este será “cuantitativo”.
3.2. Definición del tipo de estudio.
Al realizar una investigación es importante definir un tipo de estudio. Los investigadores
han llegado al común acuerdo de que los tipos de estudios se clasifican en: exploratorios,
descriptivos, correlaciónales y explicativos.
Predomina para el fin de esta investigación la búsqueda de información y verificación de las
condiciones para la implementación de la tecnología de microturbina, para ello se define como un
64
estudio exploratorio ya que estos se efectúan cuando el objetivo es examinar un tema de
investigación poco estudiado o que no ha sido abordado antes.
Los estudios de tipo exploratorios se utilizan para aumentar el nivel de cercanía con
fenómenos relativamente desconocidos, así como alcanzar información sobre la posibilidad de
llevar a cabo una investigación más profunda sobre el contenido particular en la vida real,
identificar conceptos o variables promisorias, establecer prioridades para investigaciones
posteriores o sugerir postulados verificables. (Samiperi, 2006).
Los estudios exploratorios en pocas ocasiones constituyen un fin en sí mismos, generalmente
buscan determinan tendencias, encontrar relaciones potenciales entre variables; Además, se
caracterizan por ser más flexibles en la metodología en comparación con otro tipo de estudios, los
estudios experimentales suelen ser más amplios y dispersos
3.3. Diseño de investigación.
Figura 15:
Diseño de Investigación:
65
Fuente: el autor
El diseño de investigación elegido para realizar en este trabajo de investigación es de tipo
experimental; específicamente Cuasi-Experimental, debido a que el objetivo de estos diseños
consiste en comprobar una teoría existente. En este sentido el cuasi-experimento como modelo de
investigación obtenido del diseño experimental se caracteriza en que la variable inicial no puede
ser aleatoria, es decir que las variables deben ser definidas desde el principio de la investigación.
(Iraeta, 2002)
3.4. Unidades de Análisis.
Para (Sampieri, 2006) las unidades de análisis se centran en qué o quiénes, es decir, en los
sujetos, objetos, sucesos o comunidades de estudio; se les denomina también casos o elementos.
Para poder cumplir con el objetivo del presente estudio es de vital importancia y por eso
definimos como unidad de análisis principal el potencial eléctrico que produce la tecnología de
microturbina y el ahorro del mismo frente a la factura del servicio del prestador.
3.5. Análisis de datos
En la actualidad el análisis de datos de llevan a cabo por medio electrónico, es decir por
computador según (Sampieri, 2006), es necesario tener un sistema que permita el análisis
ordenado y confiable de los datos recolectados. De la forma que se muestra en la siguiente
ilustración.
66
Figura 16:
Análisis de datos
Fuente: El Autor.
En el caso de la presente investigación se utilizó el programa excel para el análisis de datos sobre
caudal promedio diario en el punto de toma del agua, así como la capacidad de generación
energética de la tecnología de microturbina y el consumo diario de la finca.
4. RESULTADOS
En el capítulo 4 de esta monografía se compilan los datos alcanzados durante el proceso de
investigación y los cuales fueron acumulados a partir de la observación en campo en base a la
metodología planteada anteriormente.
La investigación tiene como finalidad elaborar una propuesta de generación de energía
eléctrica a través de la tecnología de microturbina en la finca la Pomba, zona rural de
Fusagasugá, Cundinamarca a partir de los datos de este estudio se obtuvieron datos reales sobre
el caudal medio obtenido de la quebrada El Jordán, que a su vez se utiliza para el
aprovechamiento de la energía del agua al pasar por la tubería del sistema de riego principal.
67
4.1. Medición de Caudal Quebrada El Jordán
La realización de este medición se hace con la intención de aplicar una de las metodologías
de aforo aprendidas en las asignaturas sobre aguas que desarrolle en la tecnología de Gestión
Ambiental y Servicios Públicos.
Este aforo permitió conocer el caudal medio de la quebrada El Jordán, área rural del
Municipio de Fusagasugá, Cundinamarca. La quebrada a la altura de la vereda El Cucharal
presenta básicamente un uso como fuente hídrica para los cultivos de campesinos de la región
aunque aguas arriba también presenta un uso recreativo como atractivo turístico para el baño
para visitantes y habitantes de la zona.
El aforo realizado para el presente trabajo se realizó en la quebrada El Jordán, subcuenca del
río Panches que a su vez hace parte de la cuenca del río Sumapaz
4.1.1 Metodología de Aforo
La metodología seguida para la realización del aforo de la quebrada El Jordán, a 423 metros
de la finca La Pomba, la cual corresponde a las siguientes coordenadas UTM:
Latitud: 4.366314 W - Longitud: 74.385357 N
Figura 17:
Punto de Muestreo
68
Fuente: el autor
Para el aforo se divide la sección transversal der la quebrada en 8 subsecciones, el lugar escogido
para la medición se caracteriza por no tener alteraciones notorias en el caudal: no hay meandros
cercanos, no hay rocas y no hay cambios en la longitud del área transversal. Luego de estas
verificaciones se procedió a calcular el caudal en cada subsección y finalmente se para obtener un
caudal total para la quebrada.
Figura 18:
Sección transversal y subsecciones Quebrada El Jordán.
Fuente: el autor
69
A continuación los pasos a seguir:
● Se colocó una cinta métrica de orilla a orilla de la quebrada, exactamente desde los
puntos donde llega o termina la sección mojada de la misma, perpendicular a la sección
transversal en ese punto de la quebrada.
● Se midió la profundidad correspondiente en cada sección de la cuerda para lo cual se
utilizó una cinta métrica.
● Se procedió a realizar el cálculo de la velocidad promedio de la quebrada en esa sección, a
través de pimpones para obtener un valor promedio de velocidad lo más acertado posible.
Se repitió la medición 4 veces.
● Se procedió al registro y tabulación de la información en Excel.
Tabla 7:
Registro de la Información de Campo (Caudal).
# Subsección Distancia desde
la orilla (m)
Ancho De
Subsección m)
Profundidad
(m)
1 1 1 0,89
2 2 1 0,99
3 3 1 1,15
4 4 1 1,39
5 5 1 1,45
6 6 1 1,25
7 7 1 1,01
8 8 1 0,97
Fuente: el autor
70
En la tabla 7 denota las ocho subsecciones en las que se dividió el área mojada de la quebrada,
todas las subsecciones tienen el mismo ancho y unas leves variaciones de profundidad en donde
evidenciamos que la subsección media (4 y 5) son las más profundas.
Tabla 8:
Cálculo de la velocidad promedio - Caudal.
Número de
Mediciones
Tiempo Obtenido
en un metro de
Recorrido (s)
Tiempo
Promedio (s)
Velocidad
Promedio (m/s)
1 1,07 1,081 1,081
2 1,09
3 1.11
4 0.99
Fuente: el autor
La tabla 8 muestra las cuatro mediciones que se realizaron por el método de flotadores para
calcular el tiempo promedio de recorrido en un metro de longitud de la quebrada, para la
obtención de esta información se ubicó en cada medición el flotador en la parte central del curso
de agua ya que esta zona físicamente siempre presenta un caudal con menos variaciones que si se
hiciera la medición sobre alguna de las dos márgenes de la quebrada; Posteriormente para obtener
la velocidad promedio se divide la longitud recorrida (un metro) sobre el tiempo promedio.
71
Tabla 9:
Estimación del caudal promedio de la Quebrada
Área De La
Subsección (m2)
Área total
(m2)
Velocidad
Promedio
(m/s)
Caudal Promedio de
la Quebrada (m3/s)
0,89 9,1 1.081 9,837
0,99
1,15
1,39
1,45
1,25
1,01
0,97
Fuente: el autor
En la tabla 9 se halla el caudal promedio de la quebrada por la ecuación área total de las
subsecciones por velocidad promedio, así:
Figura 19:
Calculo de Caudal con Velocidad
72
El caudal promedio calculado para la quebrada El Jordán en el punto de aforo es de 9.837
m3/s.
La técnica de aforo que se utilizó puede ser una de las metodologías más apropiadas para
realizar el aforo en esta quebrada por poseer un lecho rocoso que no permite instalar fácilmente
equipos mecánicos para su medición.
La sección de la quebrada en la cual se realizó la medición no tiene curvas en la dirección y
no contiene piedras de tamaño considerable que pueda crear cambios de velocidad y por
consiguiente, de caudal.
4.1.2. Caudal captado para la finca
Tabla 10:
Estimación del caudal captado para cultivos en la finca
Fuente: el autor
La tabla 10 muestra la estimación del caudal captado para el sistema de riego que abastece
los cultivos en la finca, en esta valoración de caudal se consideró el radio de la tubería (m) y la
velocidad promedio del agua (m/s), así:
Diámetro tubería
(m), (in)
radio
tubería (m)
Velocidad
(m/s)
sección: π*r2
(m2)
Q=V*sección
(m3/s)
Q*1000
(l/s)
(0,1016) , (4) 0,0508 13,084 8,107-3
0,1060 106,076
73
Figura 20:
Calculo de Caudal con Sección
Para obtener la velocidad del agua en la tubería es necesario determinar el diámetro interno
(m) y el rango de caudal en m3/h y utilizar la siguiente ecuación:
El caudal promedio captado para el sistema de riego en la tubería principal de 4 pulgadas es
de 106,076 l/s.
4.1.3. Caudal captado para la aplicación de la Tecnología.
Tabla 11:
Estimación del caudal captado para aplicación de la tecnología
Diámetro
tubería (m),
(in)
radio
tubería
(m)
Velocida
d (m/s)
sección:
π*r2 (m
2)
Q=vel*secc
ión (m3/s)
Q*1000
(l/s)
(0.025) , (1) 0.0125 13,084 4,908-4
0.,0149 7,368
Fuente: el autor
74
En la tabla 11 se establece la estimación del caudal captado para la aplicación de la tecnología
de microturbina, en esta valoración de caudal se consideró el radio de la tubería que se utilizará
para implementar la tecnología, la ecuación del caudal es la misma que se utilizó en el punto
anterior.
El caudal promedio captado para la aplicación de la tecnología en la tubería de 1 pulgadas es
de 7,368 l/s.
El fabricante de la tecnología de microturbina recomienda que el caudal de suministro no sea
inferior a 6.0 l/s para un eficiente funcionamiento de la misma.
4.2. Propuesta de implementación de la tecnología de microturbina.
4.2.1. Parámetros generales de la Tecnología.
El modelo que se utilizaría para este proyecto es la microturbina Pelton PLT-14 fabricada por
la empresa PowerSpout de Nueva Zelanda, esta micromaquina está diseñada para cargar bancos
de baterías de 12 voltios a corriente continua -CC, su funcionamiento básicamente consiste en
que el agua a presión haga girar la turbina y está a su vez, haga girar el generador. Internamente
produce tensión trifásica en corriente alterna- CA pero sale con tensión de corriente continua –
CC, el voltaje y la potencia es en función de la altura y el caudal disponible, por norma, entre más
caudal y más altura, mayor potencia.
Tiene una salida directa de 12 voltios a corriente continua –CC, por parámetro de seguridad
es necesario prever un sistema de desconexión/derivación una vez las baterías o acumuladores
están a plena carga. El fabricante recomienda que entre la microturbina PLT-14 y el cajón de
baterías no haya una longitud mayor a 50metros. (PowerSpout, 2014)
75
Figura 21:
MicroturbinaPelton PLT-14
Fuente: (PowerSpout, 2014)
Tabla 12:
PLT PowerSpout: Especificaciones técnicas
Especificaciones técnicas
Rueda
Pelton
Número de cucharas en el rotor 20
Ancho de cuchara Pelton 70 mm
Longitud de la cuchara 62 mm
Diámetro máximo de chorro 25 mm
espesor de concentradores 17 mm
Orificio de fijación de
concentradores
12 mm
Diámetro exterior 290 mm
Ejecución de diámetro 230-240 mm
Cubo del
rotor
Pelton
GF30 de nylon de 230 mm (9 pulgadas) de PCD
76
cucharas
Pelton
GF30 de nylon
Caja Caja de plástico LDPE 6 mm de espesor (casos
twin pack son de 4 mm)
Rango de
presión
estática
3 a 160m (10 - 525 pies) - paquete doble se
limita a 100m
Rango
dinámico
de la
cabeza
3 a 130m (10 - 430 pies) - paquete doble se
limita a 100m
Caudal
máximo /
turbina
6-10 l / s (130 - 160 gpm)
Caudal
mínimo /
turbina
0,05 l / s (0,8 GPM) (especial reducido núcleo
Smart Drive es necesario)
Rectificac
ión
100 amperios agua enfriada rectificador en la
versión de salida de CC
Dimensio
nes
470 x 400 x 430 mm (18,5 x 15,7 x 17
pulgadas)
Peso 23 kg de peso neto. Hasta 25 kg de peso
embalado.
Garantía 3 años
Fuente: (PowerSpout, 2014)
4.2.2. ¿Cuánta electricidad producirá la microturbina?
4.2.2.1. Altura y flujo.
La capacidad de generación de su sitio viene determinada por el suministro de agua,
principalmente por la distancia vertical cae el agua (cabeza) y la cantidad de agua fluye en un
tiempo determinado (caudal). La velocidad de flujo en un momento dado a menudo se puede
medir por simple observación de ver un cubo llenar y midiendo el tiempo que se necesita.
La energía solar fotovoltaica es una muy buena opción para complementar la energía
hidroeléctrica en el caso en que la fuente hídrica baje su caudal en algún momento del año.
77
Aunque la Quebrada El Jordán -nuestra fuente de agua- tiene un caudal medio anual suficiente
para alimentar la microturbina todo el año. (PowerSpout, 2014)
Figura 22:
Altura vertical agua – mapa
Fuente: (PowerSpout, 2014)
Figura 23:
Altura vertical agua – mapa
Fuente: el autor
78
4.2.2.2. La estimación de la potencia de salida.
Para esta estimación se consultaron tres fuentes de información diferentes las cuales buscan
al calcular la potencia de salida, la primera de ellas nos da un resultado bruto, es decir, ta sin
contar pérdidas de potencia en cableado o tubería. Estas fuentes coinciden en que se necesita
como datos base la diferencia en longitud entre el lugar de toma del agua y el lugar de instalación
de la tecnología; sí como también la cantidad de agua que circula por la tubería.
La primera forma de estimación del potencial de generación se puede obtener a partir de
la siguiente manera, esta información está basada en el (Traxco, 2017):
Generación (vatios) = altura (metros) x flujo (litros por segundo) / 100
Generación (vatios) = cabeza (pies) x flujo (galones por minuto) * 10
Tomando esta base de cálculo para el caso de la finca La Pomba, desde el punto de aforo de
agua hasta el punto donde se ubicará la microturbina hay una cabeza de 22 metros y el flujo es
de 7,368 litros por segundo para el tramo seleccionado para la implementación de la tecnología,
entonces la potencia generada es de 1,620 kW brutos de potencia (22 x 7,368 / 100 = 1,620). La
turbina por lo tanto tiene la posibilidad de energía prácticamente de forma indefinida: 24 horas
día, 7 días a la semana. Para este ejemplo no se tiene en cuenta las pérdidas de caudal en la
tubería ni de energía en el cableado por lo cual se puede afirmar que la potencia real o neta es
mucho menor que lo señalado anteriormente.
79
La segunda forma de estimación de potencia la obtenemos al analizar la gráfica del
fabricante de turbinas EscherWyss quien nos da la facilidad de encontrar una potencia
neta al realizar el cruce entre el valor del salto en metros y el caudal en l/s, existentes en
el lugar donde se requiera la instalación.
Para el caso de la finca y con la información mencionada anteriormente, se obtiene una
potencia neta de 0.77 kW, este resultado debe ser mucho más aproximado al resultado real en
comparación con la forma de estimación anterior.
Figura 23.1:
Catálogo para la selección de tipo de turbina hidráulica
Fuente: EscherWyss. Catálogo de fabricante
80
La tercera fuente de estimación de la potencia de la microturbina con las características
presentes en la finca La Pomba se presenta a continuación:
4.2.2.4. Calculadora de potencia de salida real.
El fabricante de la microturbina tiene en su sitio sitio web una calculadora que al ingresar los
datos de arranque como cabeza, caudal disponible, longitud de la tubería etc, Muestra el
potencial de salida real de la tecnología ya que tienen en cuenta las pérdidas en tuberías y
cableado (PowerSpout, 2016).
La calculadora está dividida en 3 secciones:
● Sección de Preferencias: Actualizar cualquier valor calculado que se encuentra en un
cuadro de entrada con su valor preferido y la calculadora va a funcionar los otros datos
como resultado de los cambios.
Figura 24:
Calculadora PS, Sección de Preferencias
Fuente: PowerSpout, 2016
➢ Unidades métricas o imperiales: En Colombia se utiliza con mayor frecuencia las
unidades métricas
81
➢ Que PowerSpout: Este fabricante de tecnologías de generación energética verde utiliza
varias referencias de equipo de acuerdo a las necesidades del terreno donde se va a
instalar y también a las necesidades del usuario, en este caso se utilizará la referencia
“PLT”, Peltón.
● Sección componente hidráulico: Estas entradas determinará la cantidad de energía que
la microturbina será capaz de aprovechar de la fuente de agua. Con solo agregar 2 datos
obligatorios y 2 recomendados, la calculadora arroja el potencial producido por la
tecnología.
Figura 25: Calculadora PS, Sección componente hidráulico
Fuente: PowerSpout, 2016
82
➢ El flujo de agua disponible: Para La finca La Pomba, es de 7.368 l/s.
➢ Cabeza disponible: Es la distancia vertical entre el punto de captación de agua y el punto
donde se instala la tecnología. Para La finca La Pomba es de 22 m.
➢ Longitud de la tubería: Es la distancia de tubería en la que el agua es transportada, para
nuestro caso esa distancia es de 5m ya que el punto donde se capta el agua para la
microturbina, es una derivación de la tubería de riego para la finca.
➢ Número de microturbinas: Cuando el caudal y la cabeza son grandes, es posible instalar
varias microturbinas en paralelo para un mayor aprovechamiento de la fuerza del agua.
Por las características de La finca La Pomba, solo se va a utilizar un equipo.
➢ Número de chorros por PLT: Cada equipo PLT tiene la capacidad de impulsar la
microturbina con 1 o 2 chorros constantes de agua, para un mayor aprovechamiento de la
fuerza del agua en este proyecto se utilizaran 2 chorros
● Sección componente eléctrico: Estas entradas van a determinar qué calibre y longitud de
cable es necesario para conectar la microturbina, así como otra información importante
como el diseño de la tensión de carga. Al final de la sección se obtendrá el potencial que
producido la tecnología descartando las pérdidas por cableado.
83
Figura 26:
Calculadora PS, Sección componente eléctrico
Fuente: PowerSpout, 2016
➢ Longitud del cable: Es la cantidad de cable que se utilizara desde el punto de ubicación de
la tecnología hasta el lugar donde se conectará con la instalación eléctrica
complementaria.
➢ Diseño tensión de carga: Este diseño está directamente enfocado a la tensión de red del
lugar. Para Colombia es de 110 voltios.
4.2.2.5. Calculadora de potencia de salida real con datos de terreno.
● Sección componente Hidráulico: Al ingresar los datos requeridos en la calculadora en esta
sección (flujo de agua disponible, Cabeza disponible, Longitud de la tubería) de forma
automática el software agrega los demás datos hasta computar la producción total de la
tecnología. El resultado obtenido fue de 534 vatios.
84
Cabe subrayar que la calculadora no tomó la totalidad del flujo de entrada ya que el software
asume que debido al tamaño de la cabeza el agua que necesita la microturbina para generar
energía es de 5.4 l/s; En este punto la calculadora recomienda agregar una segunda
microturbina para aprovechar todo el caudal disponible, sin embargo para este proyecto y por las
dimensiones del consumo energético de la finca (ver consumo energético en análisis de
resultados), la potencia producida por un solo equipo es más que suficiente.
Figura 27:
Calculadora PS, Sección componente hidráulico resuelto
Fuente: PowerSpout, 2016
85
● Sección componente eléctrico: Al ingresar los datos requeridos en la calculadora en esta
sección (Longitud del cable, Diseño tensión de carga) de forma instantánea el software
agrega los demás datos hasta completar la producción total de la tecnología restando
antes las pérdidas generadas en el sistema por la resistencia eléctrica en el cableado que
además aumenta al incrementarse la longitud del mismo. El resultado obtenido fue de
230 vatios con un cable de calibre 14 AWG.
Figura 28:
Calculadora PS
Fuente: PowerSpout, 2016
86
4.2.3. Instalación eléctrica complementaria.
El generador de la microturbina entrega un voltaje apto para cargar un banco de baterías de
12Vcc, pero se necesita una instalación eléctrica con varios componentes que aseguren el
perfecto y seguro aprovechamiento de las energías producida por la tecnología, estos elementos
deben ir acoplado a un tablero de control, los elementos son los siguientes:
4.2.3.1. Banco de Baterías.
Conjunto de baterías conectadas entre sí, de ciclado profundo para que se puedan realizar
cargas y descargas continuamente, en sistemas aislados se requiere un banco de baterías para
almacenar la energía. Los tension nominal del banco de baterías determina la tensión nominal de
la sistema (12 V, 24 V o 48 V DC) con 48 V es la más común.
La cantidad de baterías en el banco depende de la potencia requisitos y la intermitencia de la
generación de electricidad en su sitio. Eso es típico tener un número de baterías dispuestas en
paralelo y en serie para proporcionar el voltaje y capacidad deseados. Baterías de plomo-ácido
son más comúnmente utilizados
● Baterías de ciclo profundo tienen placas gruesas y más capacidad de ácido, adecuado para
renovables Aplicaciones de la energía
● Una batería se especificará en función de su tensión nominal (por ejemplo 12 V) y su
capacidad de amperios-hora (por ejemplo, 200 Ah).
87
Este banco servirá para proveer de electricidad la casona principal de la finca La Pomba para
que sus habitantes se beneficien de un servicio constante a partir del uso de la tecnología de
microturbina.
Se conectaran en paralelo para sumar intensidades y conseguir una batería más potente. Se
conectan entre sí los polos de misma polaridad, los positivos con los positivos y los negativos
con los negativos.
Debido a la electricidad que se requiere en la casona se utilizaran 4 baterías de 12Vcc cada una.
Figura 29:
Conexión banco de baterías
Fuente: el autor
El banco de baterías de energía, que depende tanto de la potencia y el tiempo transcurrido.
Unidades de la energía eléctrica son de kilovatios-hora o kWh, que equivalen a 1000 vatios hora.
Energía almacenada en una batería (vatios hora) = amperios x voltios. Por ejemplo:
Una batería de 12 V 200 Ah puede almacenar 12 x 200 = 2400 Wh (2,4 unidades kWh).
Dimensiones (LxWxH): 5.9 X 2.26 X 3,7 pulgadas.
4.2.3.2. Regulador de carga.
Este instrumento se encarga de proteger al banco de baterías frente a sobrecargas o descargas
profundas. Para este proyecto se escogería un regulador MPPT que incluye un controlador del
88
punto de máxima de tensión que ratifica que esta se encontrara por debajo del nivel de entrada de
la batería, mientras que maximiza su potencia,
Además cumple la función de control de carga que limita la corriente de la turbina cuando el
voltaje de la batería alcanza su "set-point" para una carga óptima. (PowerSpout, 2014).
El regulador también controla continuamente el estado de carga del banco de baterías y normaliza
la intensidad de carga de las mismas para prolongar su vida útil. Asimismo origina alarmas en
función del estado de la carga.
Los reguladores modernos incluyen nano controladores para el buen funcionamiento de un
sistema por turbina permitiendo la alteración manual de sus parámetros de actividad que
examinan sus valores de voltaje, temperatura, intensidad de carga y descarga. (Universidad
Zaragoza, 2016).
El controlador MPPT en realidad hace dos cosas:
Su función es el paso de la tensión por debajo de un nivel alto de entrada de voltaje a la batería,
mientras que la maximización de la potencia, y
Su función de control de carga que limita la corriente de la turbina cuando el voltaje de la
batería alcanza su "set-point" para una carga óptima. (Esto se traduce en una tensión aún mayor
de la turbina que puede causar daño si no se ha permitido.)
Uno de los modelos que se puede utilizar para este proyecto y que reúne todas las características
necesarias para la implementación de este proyecto es el siguiente:
89
● OutbackPower FM800
Características y Atributo0073
● Dimensiones (LxWxH): 16.3 × 5.6 × 4 pulgadas
● Peso: 14 libras
● Fácil de usar y entender pantalla LCD
● Calificación de 80 A de corriente de salida DC
● Puntos de control ajustable
● Permite el uso con prácticamente cualquier tipo de batería
● Un compañero opcional se puede añadir para permitir la monitorización y el control de
hasta 300 pies de distancia
● Cinco años de garantía
Figura 30:
Regulador de carga
Fuente: (wholesalesolar,2016)
90
4.2.3.3. Inversor de corriente CC a CA
Un inversor de corriente es un instrumento electrónico que tiene como función transformar
la corriente continua de entrada (banco de baterías) a una corriente alterna de salida. Hay dos
tipos de inversores: los basados en baterías para Sistemas independientes fuera de la red y los de
conexión a red que hacen que no se utilice pilas. Ambos convierten corriente continua a corriente
alterna. inversores basados batería convierten la energía generada en este caso por la
microturbina o almacenados por el banco de baterías a una voltaje y la frecuencia conveniente
para el hogar típico
Para el objetivo de este proyecto se busca una magnitud de 110 voltios CA y una frecuencia de
60Hz necesario para cumplir los parámetros que utilizan los elementos eléctricos en Colombia.
Uno de los modelos que se puede utilizar para este proyecto y que reúne todas las
características necesarias para la implementación de este proyecto es el siguiente:
● Inversor 600W 48V TBS PS740-48
Características y Atributos
● Potencia del Inversor Entre 500W – 1000W
● Voltaje del Inversor 48V
● Voltaje de Salida del Inversor 110V
● Potencia Continuada de Salida del Inversor 600W
● Protección del Inversor Protecciones contra cortocircuito, sobrecarga, alta temperatura y
bajo voltaje de la batería
91
● Conexiones de la Batería al Inversor n.d
● Peso del Inversor 12 lbs.
● Dimensiones del Inversor (LxWxH): 26.3 × 12.6 × 10 pulgadas
● Potencia Pico del Inversor 1600W
Figura 31:
Inversor de corriente CC a CA
Fuente: (autosolar, 2016)
4.2.3.4. Breaker eléctrico.
Un breaker eléctrico es un dispositivo que tiene como función suspender el flujo de corriente
eléctrica por un circuito cuando la intensidad de la corriente que por él fluye sobrepasa un
determinado valor o en el que se generó un cortocircuito. Esto con el fin de evitar daños a los
equipos eléctricos. Los interruptores de corriente o "breakers" son aparatos esenciales para la
seguridad de cualquier construcción que utilice un cableado eléctrico.
Las pilas son muy poco probables que le dará una descarga eléctrica debido a que su voltaje es
bajo, pero una batería es una fuente de energía que puede ofrecer miles de amperios de corriente
en un cortocircuito.
92
Cualquier circuito que proviene de una batería debe estar protegido por fusibles o disyuntores
que nunca se disparará en las corrientes normales de funcionamiento.
Diferentes circuitos utilizan diferentes corrientes y diferentes tamaños de cables y necesitan
diferente fusibles / disyuntores. Cuando se funde un fusible o un disyuntor se dispara debido a un
fallo en un circuito, sólo que circuito individual debe ser aislado de la batería.
4.2.3.5. Diagrama conexión microturbina e instalación eléctrica.
Figura 32:
Diagrama conexión microturbina e instalación eléctrica.
Fuente: el autor
93
Figura 33:
Mapa de ubicación microturbina.
Fuente: el autor
4.4. Costo estimado de adquisición e instalación.
Para el desarrollo material de este proyecto es necesario realizar una inversión para la
adquisición de elementos físicos y mano de obra para la ejecución y puesta en marcha de la
tecnología de microturbina en la finca la Pomba. Los elementos necesarios se pueden clasificar
en Maquinaria, equipo y herramienta. En materiales, así como la mano de obra ya mencionada.
También se mencionan en este análisis de costos un porcentaje en costos indirectos los cuales
estarán representados como un porcentaje del costo directo de la obra, estos costos se desglosaran
94
en los correspondientes a transporte, administración o seguros. Se calculan en un 3% del valor de
los costos directos. Así mismo se reserva otro 3%p para improvistos que corresponden a
necesidades no calculadas pero que puede presentarse en el transcurrir de la obra
Tabla 13:
Análisis De Costos
ANALISIS DE COSTOS
Nombre del
Proyecto:
Propuesta de Generación de Energía Eléctrica A través de la
Tecnología de Microturbina en la finca La Pomba, zona rural
de Fusagasugá- Cundinamarca.
Fecha: Mayo / 2017
IMAQUINARIA
EQUIPO Y
HERRAMIENTA
DESCRIPCION REF. CANTIDAD VLR
UNITARIO
VALOR
TOTAL
Microturbina PowerSpoutPelton
PLT-14
1 4.606.000,00 $
4.606.000,00
Baterías 70Ah 12V
UPowerSPO70
4 220.000,00 $
880.000,00
Regulador De Carga OutbackPower
FM80
1 600.000,00 $
600.000,00
Inversor de corriente 500W 12V TBS
PS600-12
1 250.000,00 $
250.000,00
Breakers Luminex 30 A 2 25.000,00 $
50.000,00
SUBTOTAL $
6.386.000,00
II MATERIALES
DESCRIPCION UN. CANTIDAD VLR
UNITARIO
VALOR
TOTAL
Tubo Hidraulico PVC
1 1/2" X 6m
M 1 13.900,00 $
13.900,00
Alambre # 14 M 65 600,00 $
39.000,00
95
Tornillo Goloso x100
un
Pqte. 1 6.000,00 $
6.000,00
Base Madera 50 X 45
X 150 cm
Un. 1 80.000,00 $
80.000,00
Cajón Madera 30 X
60 X 10 cm
Un. 1 50.000,00 $
50.000,00
Tablero Madera 150 X
70 X 5 cm
Un. 1 35.000,00 $
35.000,00
SUBTOTAL $
223.900,00
III MANO DE
OBRA
TRABAJADOR CANTIDAD JORNAL VLR
UNITARIO
VALOR
TOTAL
OBREROS 2 2 49.180,00 $
196.720,00
SUBTOTAL $
196.720,00
TOTAL COSTO DIRECTOS $
6.806.620,00
TOTAL COSTOS INDIRECTOS $
204.198,60
Imprevistos ( % 3 ) $
204.198,60
Valor Total del PROYECTO $
7.010.818,60
Fuente: el autor
96
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1.Consumo energético promedio de la finca.
El consumo de energía depende de dos ítems: los vatios de potencia consumida por los
elementos eléctricos, los electrodomésticos presentes en el lugar y por el tiempo de utilización
(kilo-whats hora). El consumo promedio de la finca La Pomba se ve incrementado
contundentemente por 5 elementos presentes en la conexión: bombillos, televisores, nevera,
ducha electica y plancha. Los 2 primeros elementos influyen por el número de unidades
presentes y la cantidad de hora de utilización. La nevera por la cantidad de horas que está
conectada. La ducha electica y plancha aunque se utilizan poco tiempo debido al ser resistencias
que necesitan una alta potencia para su funcionamiento, su consumo es alto. El consumo total se
muestra en la siguiente tabla.
Tabla 14:
Consumo actual de la finca
Electrodomésti
cos o
dispositivos
eléctricos
Vatios
de
potenci
a
Equivale
ncia en
Kw
Tiempo
de uso en
horas
diario
(horas)
#
element
os
Tiemp
o de
uso en
horas
al mes
Consum
o en
kW/h
día
Consum
o en
kW/h m
es
Bombillo
ahorradores
50 0,05 6 6 1080 1,8 54
Televisor 110 0,11 6 3 540 1,98 59,4
Cargador con
celular
conectado
12 0,012 3 4 360 0,144 4,32
97
Cafetera 850 0,85 1 1 30 0,85 25,5
Radio 100 0,1 8 1 240 0,8 24
Nevera 180 0,18 12 1 360 2,16 64,8
Lavadora 330 0,33 1 1 30 0,33 9,9
Licuadora 400 0,4 0,25 1 7,5 0,1 3
Horno tostador 500 0,5 0,25 1 7,5 0,125 3,75
Plancha 1200 1,2 1 1 30 1,2 36
Ducha eléctrica 3500 3,5 0,5 1 15 1,75 52,5
Total 11,239 337,17
Fuente: el autor
Nota: Fuente vatios de potencia por electrodoméstico (Codensa SA ESP, 2017)
5.2.Energía suministrada por la microturbina al mes.
Tomando los datos obtenidos en el punto 4.2.2.5. -Calculadora de potencia de salida real con
datos de terreno- se evidencia que con las condiciones de caudal de agua y caída disponible en la
zona de implementación, la microturbina generará 728 vatios por hora. Si el sistema de
microturbina está en funcionamiento16 hora al día, generara 11.684kWdia, que al mes seria
349,44kW, suficiente potencia para cubrir las necesidades energéticas de la finca y no tener que
depender del fluctuante servicio eléctrico presente en la zona. Inclusive hay una energía sobrante
que podría ser utilizada de una manera provechosa como por ejemplo para calentar agua con una
resistencia.
98
Tabla 15:
Energía producida hora – mes
kW/h Horas-
día
activada
Producción
diaria kW/h
Producción
mensual kW/h
0,728
16,00
11,648
349,44
Fuente: el autor
5.3.Precio del consumo energético mensual de la finca (prestador del servicio).
El valor del consumo mensual promedio en la finca es de $147.647,41 pesos los cuales se
basan en la tarifa registrada por el prestador del servicio para este tipo de inmueble, hay que
tener en cuenta que este valor es no se tiene en cuenta subsidios ni descuentos que
ocasionalmente da la empresa prestadora del servicio que en este momento es Codensa SA ESP.
Tabla 16:
Tarifa cobrada por la empresa prestadora del servicio.
precio kW/h consumo
mensual
kW/h
Facturación
Mensual
$437,902 337,17 147.647,41
Fuente: el autor
Nota: Tarifa Kw/h en Cundinamarca (Codensa SA ESP, 2017)
99
5.4 ¿En cuánto tiempo se recupera la inversión?
Se estima que la inversión de $ 7.010.818,60 realizada, se recuperaría en menos de cuatro
años si la potencia que se consume en la finca sigue constante. Esta recuperación podría tardar
medio si se encuentra la forma de comercializar la energía sobrante mientras se disfruta de un
servicio eléctrico continuo, autosostenible, efectivo y de calidad, que además después de los 4
años se podría decir que es gratuito ya que no se necesita de costos elevados para su
mantenimiento.
Tabla 17:
Tiempo de recuperación de la inversión.
Costo de
instalación y
puesta en marcha
Facturación
Mensual ($)
Tiempo de retorno de la
inversión (años)
$ 7.010.818,60 $ 145,630 3,95
Fuente: el autor
100
6. CONCLUSIONES
Al realizar esta propuesta de implementación de una microturbina para la Finca La
Pomba, se evidencia la necesidad de desarrollar iniciativas que aboguen por los derechos
que tiene toda la población a disfrutar para este caso del servicio de energía eléctrica y
apoyándose en las nuevas tecnologías verdes y amigables con el medio ambiente.
Los costos de instalación de la tecnología comparado por el la tarifa mensual que se
cancela por un servicio irregular muestra que en menos de cuatro años se estará
recuperando la inversión, tiempo que podemos decir que es corto y que además aumenta
la calidad, continuidad y seguridad del servicio.
La energía eléctrica además de ser un servicio, es una necesidad básica que ayuda a
desarrollar una gran cantidad de actividades diarias como lo es iluminación, calefacción o
cocción de alimentos. La tecnología de microturbina al implementarse en la finca les dará
la capacidad a sus habitantes de realizar sus actividades diarias sin el temor de que el
servicio se interrumpa, generando tranquilidad y promoviendo un vivir digno.
La implementación de una microturbina para la finca La Pomba es una alternativa
apropiada que resuelve una necesidad básica insatisfechas y que a corto plazo devuelve
el valor invertido por medio del ahorro del pago de la factura del servicio, dando así
inicio a una fuente energética constante, eficiente y permanente en la que solo es
necesario el caudal de agua y un mantenimiento preventivo en los equipos instalados.
101
La pregunta del planteamiento del problema al inicio de esta monografía indagaba sobre
si la implementación de energía renovable en zonas rurales donde es inexistente o
ineficaz el servicio de energía eléctrica puede contribuir a mejorar la calidad de
vida de los habitantes del lugar?, la respuesta es positiva si pensamos en que el
desarrollo de este tipo de proyectos responde claramente a necesidades básica
insatisfechas en la población, cubrir dichas necesidades como en este caso la prestación
del servicio de energía eléctrica contribuye al mejoramiento social y económico de los
beneficiarios.
Aunque este proyecto se pensó para proporcionar energía eléctrica continua, segura y de
calidad en zonas donde no hay cubrimiento del Sistema Interconectado Nacional (SIN) o
donde hay falencias en el servicio, este diseño puede ser replicado en cualquier lugar
donde haya un flujo constante de agua y una diferencia de caída o, en otro caso, flujo de
agua a presión, así el servicio eléctrico sería totalmente autosostenible y amigable con el
medio ambiente sin importar el lugar.
Si estuviera presente una red de suministro eléctrico confiable no sería necesario utilizar
un banco de batería, lo que se haría es un sistema de conexión directo de la microturbina
a la red utilizando un inversor de red de conexión, de esta manera también se abriría la
posibilidad de volcar el potencial eléctrico no utilizado para que quede en la red y sea
utilizado por otro usuario conectado, así se monetizaría por ese sobrante de energía.
102
La búsqueda de fuentes innovadoras de generación de energía eléctrica, renovable, no
contaminante y además prácticamente interminable están en la mira de investigadores y
científicos. Este trabajo se focalizo en esas premisas, aprovechando las características
biofísicas de un terreno en el que además, se necesita de una solución en la temática
planteada. La tecnología de microturbina tienen la posibilidad de ser un fragmento de la
totalidad de la solución de generación energética en el país.
7. RECOMENDACIONES
Examinar con frecuencia el voltaje de la batería y la producción hidroeléctrica ya que si
el voltaje de la batería cae demasiado bajo puede provocar daños en el sistema eléctrico, y
si se eleva demasiado puede haber peligro de explosión. Para ellos es importante el
correcto funcionamiento del regular de carga instalado.
Identificar la cantidad de energía que se puede extraviar en el sistema de la microturbina
ya que se sabe que parte de la energía se pierde en el cableado debido al efecto de
calentamiento y resistencia de la corriente, se debe tratar de mantener las pérdidas lo más
bajo posible ya que perdidas altas pueden contribuir a la ineficiencia de la tecnología.
Buscar inversión público – privada podría traer un gran beneficio si se quisiera adoptar un
plan piloto en donde se materialice este proyecto de generación eléctrica con
microturbina, se gestaría un proceso profundo de análisis en terreno el cual daría a
conocer los beneficios y problemas que se encontrarían, inclusive se podría hacer el
103
desarrollo de un prototipo de microturbina que disminuiría enormemente los costos y
crearía un producto de gran importancia nacional empleando tecnología de desarrollo
nacional. Posteriormente podría comenzar a replicarse no solo en predios unifamiliares
sino en veredas o corregimientos que no cuenten con conexión al Interconectado Nacional
(SIN).
Proyectos de generación de energía eléctrica limpia como el planteado están poco
desarrollados debido a que no son rentables y aun no se ve cercana la posibilidad de que
puedan sustituir las formar de generación actuales que se realizar a partir de fuentes
fósiles. Es necesario en este sentido la creación legislativa de un amplio marco legal que
impulse la fabricación e implementación de tecnología que aporte al florecimiento de la
energía eléctrica sustentable.
La tecnología de microturbina podría ser implementada como una fuente secundaria de
generación en empresas con alta requerimiento eléctrico en épocas de alta demanda, una
brusca elevación de los precios de las fuentes de energía fósiles o racionamientos por
estados de emergencia presentados en el país.
El objetivo de proyectos como el planteado en esta monografía es minimizar la
vulnerabilidad que trae la conexión a un sistema eléctrico confiable, o a la dependencia
energética proveniente de fuentes fósiles, o al deterioro ambiental que suscita su
utilización. En este sentido se debe buscar la diversificación de las fuentes de energías
para que en un futuro se comience a replantar y a modificar la utilización de fuentes.
115
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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