VIABILIDAD DE LAS PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS EN LA REGlON ANDINA VENEZOLANA

Por

Francisco Racedo Licona Tesis para Optar al Grado de Magister Scientiae

en Obras Hidráulicas

CENTRO INTERAMERICANO DE DESARROLLO INTEGRAL DE AGUAS YTIERRAS

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Mérida, Venezuela

1983

A m,[ f.6 pD.6a,A~ H,¿jo.6,

Fñan~co Manúel ljEtba MaJúaNubia Pa:tJúc-<-aFMnwco AndJz.éh tjJOñge. Ate.jandJz.o

AGRADECIMIENTO

Una vez terminado el trabajo que esta tesis representa, me toca agr~

decer a todas aquellas personas e instituciones que de una u otra forma cola

boraron para que ello fuera posible.

Al Ihgeniero A~fredo De Le6n G., bajo cuya direcci6n y gura se real i .

z6 este trabajo; a los Ingenieros Roberto Duque C. y Tomás Alberto Bandes,

miembros del Comité de Tesis, por sus val iosas observaciones, sugerencias y

correcciones.

A las Institucionei: Centro 1nteramericano de Desarrollo Integral de

Aguas y Tierras, CIDIAT, al Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales Re­

novables, ~ARNR, a la Organizaci6n de Estados ~mer¡canos, OEA y al Instituto. .

Nacional y del Ambiente, INDERENA, quienes me brindaron la oportunidad de

real izar los estudios de postgrado.

Al Personal Directivo, Administrativo, de Bibl ioteca, Publ icaciones

y Dibujantes del Centro Interamericano de Desarrollo Integral de Aguas y Tie

rras, especialmente a la Señora Ana Peñaloza de Torres por la paciencia con

que real iz6 los trabajos de mecanografra.

A mi esposa, a mis hijos, a mis hermanos y mi compañero y amigo Rafael

Barros L. por su apoyo y estfmulo durante mis estudios.

i i i

I N D 1 C E Pág.

AGRADECIMIENTO.

1I STA DE TABLAS xi

1I STA DE FIGURAS xiv

RESUMEN. xvi i

Capítulo

. l. 1NTRODUCC! ON.

Objetivos ..

1

2

Clasificación según potencia y saltoConsideraciones hidráulicas fundamentalesAnálisis hidrológico

Curva de duración ..•

3

3

345

56·9

1111

111213

de energía eléctrica.

. . . . . .

EstImación de la demandaObras de toma .Casa de máquinas .Turbina. . .

Turbina de impulso.Turbina de reacciónControl de la velocidad en la turbina

REVISION DE LITERATURA..

De fin ici ón.

. I 1•

Generadores.Se lecci ón.Conducción.

131414

Esfuerzos a que está sometida la tubería. 15Cálculo del espesor teórico. 16Pérdidas en la circulación del agua en conductos forzados 16

Beneficios para la población.Análisis de costos •...

Procesamiento de datos.

1717

18

111. INVENTARIO DE LAS POBLACIONES ENTRE 300 a 1000 HABITANTESCARECEN DE SERVICIO DE ENERGIA ELECTRICA.•

QUE21

Metodología ...•...... 2J

v

INDICE (Continuación)

Localización y ubicación ••.

IV•. ASPECTOS HIDROLOGICOS ..•

pág.

30

33

Estudios Hidrológicos. • 33

Descripción del modelo. • 33Estructura del modelo. 33

Sitios de Calibración y Generación. • • • • • • • .. 35Calibración del Modelo para 12 Cuenca del rfo El ~olino • 37Cal ibración del Modelo para la Cuenca del rfo Boconó. 38Calibración del rio Quinimarí Frío... 39Sitios de Generación. • . . . . • •• • 39

Estimación de las curvas de duración de caudales ·41Anjlisis para!a obtención de los caudales pico. • 42Obtención de las curvas. • • • • 47Análisis de los caudales pico. . • 52

~. ESTIMACION DE LA DEMANDA DE ENERGIA ELECTRJCA ••

Estimación de la Demanda.•..••Estimación de la población futura.Demenda de Energía Eléctrica•.•

VI. PRESA DERIVADORA y OBRA DE TOMA

Obras de Toma por Derivación.

Tomas de fondo. . . .Captaciones laterales

Est ructura de Toma para 1a Quebrada Quebraclaseca ••

Determinació de las ecuaciones ••Dimensiones de la reji lla .•

Inclinación de la rejilla.Separación entre PletinasCálculo del coeficiente de descarga e .

Cálculo de la galería .•Diseño del cimacio

Características geométricas del cimacio

vi

61

616264

67

67

6768

68

6974

747575

7883

89

. .......

111.

INDICE (Continuación)

Cálculo de la profundidad normal y curva de gasto.Posiciones del resalto.

Caso 1 • . • . • • • •Caso 2. • e. • • • • • • • • • • • •

CaSl> 3 .

Condiciones de la profundidad normal

Caso 1. •Caso 2••Caso 3.Caso 4. .Caso 5.

Estimación de la profundidad secuente.

Cálculos de la profundidad Y3 y la velocidad V3

Pozo disipador de energía del cimacio ••

Verificación del coeficiente C.

Pág.

90. 91

919292

93

939494959696

98

99

102

Cálculo de la sub-presión.

Longitud del pozo amortiguador.Estabilidad de la presa .•.•.••••.Cálculo del empuje hidrostático.•.•.

Punto de aplicaciónPunto de aplicaciónCálculo del peso dePunto de aplicación

1a presa.

• ----.:F •

102104105

106107107107

108

Punto de aplicación

Sifoneamie~to...••Estabilidad al hundimiento

Estructura de toma para la quebrada San Miguel.

Determinación de la velocidad media del río ••

111

117117

118

119

Cálculo de la rejilla de entrada. • • . • . . . • • .•• 120Ancho de vertedero••..•.• : . • . • 123Separación entre pletinas . • • . • . . . .. .• .• 125Pérdidas en la rej i lla de entrada. • • . . 127Cálculo del soporte lateral en la rejilla. 131

Canal para expulsión de sedimentos que entran al sedimentadorprimario o tanquilla • • . . . • .. .... . .. 1-31Canal para expulsión de sedimentos ..•..••••.. 134

vi i

INDICE (Continuación) Pág.

Curva de descarga de la compuerta deslizante.Pozo disipador del canal de lav0do••.•Diseño del cimacio..•.•..•....••••Características geométricas del cimacio.Estimación de- la profundidad secuente . . • •••.Cálculo de la profundidad normal y curva de gastos .•

Cálculo del pozo disipador del azud ••Estabilidad de la presa.

140144148148150150

150153

Vertederos • • • • •Diseño del vertedero principal del desarenador

Determinación del tamaño de partículas a eliminar.Velocidad de escurrimiento en el desarenador~

Velocidad de caída de las partículas.Diseño del tanque desarenador •

Desa renador. • • . ........ . . . . 159

159160161163

167168

171

171171172172

. . .---~-

• • • • e. •CONDUCC IONES. •

Tubería a Presión ...Pérdidas en las TuberíasCálculo del Diámetro de la Tubería.Cálculo de la Tubería forzada para la microcentral Quebradaseca.

VI I •

Cálculo de las pérdidas, utilizando la ecuación propuestapor OLADE, 1981. • . • • . . . . • • • . . • . • 176Espesor mínimo para prevenir colapso por vacío. 176Golpe de ariete. . . . . . 178Tiempo crítico de cierre. . . . . . • • . . . . 181

Cálculo del Canal y Tubería forzada para la Microcentral San Mi-gue l. . . . . . . . . . lt o a e • • • 181

Cálculo de la tubería forzada para la Microcentral San Miguel 184Cálculos de las pérdidas, utilizando la ecuación propuestapor lADE (1981) . . . . • • .. •.•...•.• 185Espesor mínimo para prevenir colapso por vacTo. . 185Golpe de ariete. • • • . . . . . • • • . • • •• •••• 187Tiempo crítico de cierre. •••. 189

VII l. TURB INAS.

Generalidades•.•.•Turbina Pelton •.•.Turbina Miche-Banki ..Turbina Francis ••

191

1911911921.92

vi i i

IX.

X.

INDICE (Continuación)

Turbina Kapla~. . . • • . • •....•.Pre-diseno Turbina Microcentral Quehradaseca.

Potencia de la turbina ..•La ve10cidad absoluta con que el agua sale de la boquilla seráVelocidad específica.Determinación del diámetro del rodete y de la velocidad angu ­lar de la tur~ina..•..Paso y número de álabes.Selección del generador.

Predi seno Turbina Francis

Dimensionamiento de la turbinaSelección del generador.

Diseno Turbina Microcentral San Miguel.

Potencia de la turbina •.

Velocidad específica.

D¡mcnsion~m¡cnto de l~ turbinaSelección del generador ...••

Dimensionamiento casa de máquina

Características de los aprovechamientos hidráulicos

ANALISIS DEL COSTO.

Función de costo.

METODOLOGIA.

Recopi lación y procesamiento de la información báslca

Pág.

192192

195195197

198199201.

201

203205

205

205

206

20h208 .

208

209

213

213

217

217

Cartografía .Topografía. . ••.Hidrometeorología ..•...Hidráulica ...Infraestructura existente .•

Diseno de la Estructura de tomaDiseno de la conducciónPredi seno de la turbinaEstimación de los costos.

• f1. •

'.

217217217218218

218218218219

XI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •.

Conclusiones ..•..•...•

ix

221

22"1

Recomenflaciones.

BI BLI aGRAFIA..

ANEXO "A".

ANEXO "B".

INDICE (Continuación)

x

Pág.

223

225

229

393

Tabla N°

2

3

4

-LI STA DE TABLAS

Dpmanda actual para distintas poblaciones ...

Servicio demandado por una familia con un buen nivel de vida

Datos de escorrentía en metros cúbicos por segundo para LaQuebrada Quebradaseca cuenc~ del río EL.Molino, Edo. Mérida

Agrupación de datos para curva de duración de caudales ...

Pág.

7

8

43

44

5 Precipitaciones máximas en milímetros observados en la Esta­ción-Guaraque-La Quinta para diferentes dlolraciones y orden~

das de mayor a menor. . . • . . . . • • . • . • • • . . ... 48

6 Precipitaci6n en milímetros para diferentes duraciones y pe-ríodos de retorno. Cuenca de la Quebrada Quebradaseca 49

7 Intensidad de lluvia, en ~m/hr para diferentes duraciones :yperíodos de retorno: Cuenca de la Quebrada Quebradaseca.. 49

8 Cálculo del tiempo de concentración, Quebrada Quebradaseca 54

9

10

11

12

Intensidades para una duraci6n .

Cilculo de la precipitación para D = 2,2~ hr

Cilculo del caudal pico...

Cálculo del caudal pico para una duración de 2,3 hr.

55

56

57

58

Estimación de la población año 1982

Cálculo del ancho y longitud de la rejilla •.

Cálculo del caudal pico para una duración de 2 horas13

14

15

16

. Demanda de potenc i a pa ra el año 1992

59

63

65

76

Cálculo de las dimensiones de la pletina ..17

18 Cálculo aproxi~ado de la galería. Método Zamarin

77

81

19

20

21

Determinación de la cota de fondo.

Cálculo de la galería. Método de Hidos.

los valores de K y n son los siguientes •.

xi

81

82

83

Tabla N°

22

23

24

25

26

27

LiSTA DE TABLAS (Continuac.)

Detc ...~inación del coeficiente de descarga .•

Cálculo de la profundidad normal.

Cálculo de las'profundidades VI y la secuente V2 .

Relaciones compensadas de ruptura según Lane ..

Cá1cu.lo del momento con respecto al punto InOIl de las fuerzasactuantes. . . . . . . . . . . . . ...

Factor de deslizamiento (tomado del curso Obras de Toma, DeLeón, 1977) '. . . . . ..' .

Pág.

89

91

97

109

113

115

28 Factor de deslizamiento del concreto sobre otros materiales(tomado de U.S.B.R. 1977") . . . . . . . . . . 115

29 Coeficiente de fr1cción del hormigón sobre el suelo húmedo (tomado de Krochin, 1978). . . . . . 116

30 Valoies del coeflclenl:t:: de sumersión.· Tomado de Krochin, 1978 124

31 Cálculo de la profundidad frente a la compuerta método paso apaso empleando f9rmula de resistencia de CHEZV. Para b = 2 m. 137

32 Cálculo de la profundidad frente a la compuerta. Método pasoa paso empleando fórmula de resistencia de Chezy. Para b = 1 m. 141

33 Descarga regulada de la compuerta. 142

34 Cálculo de la profundidad frente a la compuerta, funcionando elcanal con la crecida de diseño. Método paso a paso empleandofórmulas de resistencia de Chezy. Para b = 1 m 145

35

36

37

38

39

40

Cálculo de Hd..•..•

Calculo de las profundidades YI y la secuente Y2 •

Determinación de la profundidad normal de la corriente.

Cálculo del momento con respecto al punto 11011 de las fuerzas

actuantes. . . . . . . . . . '"8 " • o o o

Relación turbina, diámetro de partfcula a eliminar.

Relación de caída con el tamaño de las particulas a eliminar

xi i

148

149

150

157

159

160

Tabla N°

41

42

LISTA DE TABLAS (Continuac.)

Ve~ocidad de sedimentación•.•••..

Cálculo de la longitud y carga sobre el vertedero

Pág.

163

169

Diseño hidráulico del canal

Cálculo de pérdidas locales .

Cálculo del espesor de la tubería

43

44

45

45a Cálculo de pérdidas locales .•.

, . . . . . 175

183

187

188

46

47

Resumen de las características de los sitios seleccionadoscon potencial hidroeléctrico. . . • .•....

Características de los aprovechamientos seleccionados

xi 11

210

211

1I STA DE FI GURAS

Figura N° Pág.

Lc.~lización de centros poblados carentes de serVICIO de ener.gía eléctrica, Estados: Mérida, Táchira y Trujil 10. . . . .• 31

2

3

.4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Representación esquemática, usada en el modelo de simulación.mensual, del 'sistema hidrqlógico regional. . . . ...•

Flujograma que muestra la forma como se calcula la escorren ­tía en el modelo de simulación mensual .•....•.•

Curva de duración de caudales - Quebradaseca.

Municipio Guaraque, Edo. Mérida .. ~ ••••

Curva de Intensidad - Duración - Frecuencia, para la cuenca dela Quebrada Quebradaseca. Estación considerada: Guaraque - La

'Quinta.........•.•...••.

Perfil longitudinal que~rada Quebradaseca

Esquema del dispositivo de entrada .•.

Esquema de las pletinas

Estructura de la entrada.

Forma del perfil adoptado

Coeficiente de descarga para las crestas de cimacfo en paredvertical (tomado de Jégat, 1981) .....

Coeficiente de descarga para cargos diferentes de la de pro -yecto, (tomado de U.S.B.R. 19771). . •...

Coeficiente de descarga para una cresta de cimacio con pará ­mento aguas arriba inclinado (tomado de U.S.B.R., 1977) ...

Relación de los coeficientes de descarga debido al efecto dellavadero (tomado de U.S.BR., 1977) .••.•....

Relación de coeficientes de descarga debido al efecto del a-gua de descarga (tomado de U.S.B.R., 1977). • •.••

34

36

45

46

50

53

69

72

74

84

86

86

88

88

89

Y2 > yn

17

18

Caso ,.: Y2 =

Caso '1:

y • • • • • •n

xv

92

92

LISTA DE FIGURAS (Contin~ac.)

Diagrama de presión hidrostática".

Pozo amorti9u~dor del vertedero..

CélC;O I I 1: Y2 < y •n

Fi gL' ra N°

19

20

21

22

23

2'4

25

26

Caso

Caso 2 •

Caso 3

Caso 4 •

Caso 5 .

'.l' •

· . .

· ...

Pág.

93

94

94

95

. . . . . 95

96

100

105

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

41

42

Volumen de agua por encima del parámetro

Sección típica del cimacio

Fuerzas actuantes en 1~ estructura •

Sección teórica ajustada Jel cauce

Esquema del vertedero de entrada

Esquema del vertedero de entrada funcionando

Dimensiones de la pletina ..

Dimensiones de la rejilla de entrada.

Esquema de la rej i 11 a de entrada · · · · . . .Esquema de la sección de la pletina ·Esquema de la compuerta. . . · ·Esquema de la tanqui lla. . · · · · . · . .Esquema del canal de lavado. · . ·EsquelUa de la compuerta del canal de lavado funcionando. .Esquema de la compuerta funcionando. Q = 5.13 m3/seg

Pozo de di s i pac ión de 1 cana 1 de 1avado • . . ."". . •

xvi

107

110

112

119

120

122

126

127

129

130

131

132

135

140

143

146

Figura N°

LISTA DE FIGURAS (Continuac.)

. Pág.

43

44

50

Esquema del pozo disipad0r.

Sección típica de! cimacio

Fuerzas actuantes en la estructura.

Sección típica del tanque.· ••.•

Esquema de la s~ción del desarenador

Esquema del vertedero.

Esquema de 1 cana l. . • •

Perfi I quebrada San Miguel sitio de toma - casa de máq4ina .

151

155

157

164

168

169

182

51

52

Determinación del tipo de turbina de acuerdo con el caudal yla caída neta. . . . . . • • • • . . . . . • .• . .. 193

Determinación del tipo de turbina de acuerdo con el caudal yla caída nef:a ...• . • . • . • • .• •.. 194 .

Diámetros característicos de la turbina Pelton. Esc: 1 :20.

Dimensiones principales turbina Francis ..•.••

Dimensiones principales de la turbina Michel-Banki .•

53

54

55

56 Curvas para la determinación del(tomado: Nozaki, 1981) ••.•

área de la Casa de Máquina

200

204

207

208

57

58

59

60

Planta de la casa de máquina (tomado de Nozakl, 1981).

Costo unitario de la inversión total.

Costo unitario por KW instalado de las obras civiles ..

Costo unitario por KW instalado por equipo electromecánico.

xvi i

209

214

215

216

REsur~EN

En el presente trabajo, se estab¡pr~ una metodologfa para el disefio,

construcción y evaluación de costo en la real fzación de las pequefias tentra­

les Hidroel~ctricas, determinación de criterios y m~todos tanto teóricos

como prácticos para la puesta en marcha del proyecto.

Inicialmente se da una introducción al:tema, destacando su importan~

cia, los objetivos que se pretenden ~lcanzar, metodologfa util izada yesti­

mación de los costos de las diferentes partes que componen una pequefia cen­

t ra 1.

Se presentan luego los resultados del censo en la zona considerada,

para aquellos centros poblados que con un namero de habitantes superior a

300 adolecen del servicio de energfa el~ctrica.

Una vez ubicados y local izados los sitios de inter~s se real izaron .

los estudios topográficos e hidrológicos, uti1 izando en ~ste Gltimo un pro ­

grama de computación, que permitiera sefialar las caracterfsticas individua­

les, sitios de toma, caudales y relación de cafda bruta.

A continuación se efectuaron los disefios de obras de toma, conduc­

ción, turbina y casa de máquina, tipificándose para cada una de las cándicio

nes dadas. Se presentan algunos 1 ineamientos para estimar costos para una

pequefia central hidroeléctrica, indicadores referenciales de costo unitario

de acuerdo con el tipo de salto y la potencia instalada.

Finalmente se mencionan algunas conclusiones generales sobre 105 cri

terios existentes y se emiten reco~endaciones para uniformizar tales crite ­

r ios.

xix

CAPITULO 1

1NTRODUCC TI)¡,

La denominada crisis energética preocupa por igual a los países subde

sarrollados y a los países desarrollados. Buscar soluciones alternativas y

complementarias a las tradicionales constituye un imperativo. mucho más agudo

en los países del tercer mundo. ya que éstos deben afrontar el problema ener­

gético no sólo para sustitui~ combustibles. sin~ que deben extender a secto ­

res de población marginada. el acceso, de energía.

América Latina está conformada por un conjunto de países aún no desa­

rrollados y con aspiraciones y problemas socio-económicos cuyas realizaciones

y resoluciones tienen un común denominador.

Un gran porcentaje de su población humana está distribuida entre gra!2.

des conce~tracl0nes urbanas. mientras que en la ~or~ I urdl la población se en

cuentra dispersa o local izada en pequenos centros poblados.

El aprovechamiento de la hidroelectricidad en Venezuela se encuentra

en etapa de desarrollo y está orientada a la ejecución da grandes proyectos

tendientes a satisfacer necesidades de energía de las grandes concentracio ­

nes humana s.

El país no cuenta en la actual idad con un inventario de recursos hí­

dricos aprovechables para desarrollar las pequenas centrales hidroeléctricas

como una respuesta a las necesidades de dotación de energía a los habitantes

de las comunidades campesinas y"a la población humana dispersa.

Aunque el desarrollo de una Central Hid~oel~ctri~a requiere gastos de

inversión inicial relativamente clevados. comparados con plantas térmicas de

igual capacidad. se ha demostrado que a largo plazo las plantas hidroeléctri­

cas son económicamente rentables. con mayor vida útil, sin estar sujetas a

los incrementos en los precios del combustible durante su operación.

2

Objetivos

En el desarrollo de la prese~te invp-~igación se pretende la consecu­

ción de los siguientes objetivos:

1. Inventario y local ización de los centros poblados de los Estados

de Mérida, Táchira y Truj 1110. que no posean servicio de energía eléctrica y

que tengan entre 300 a 1.000 habitantes.

2. Selección de posibles sitios de ubicación de las microcentrales.

3. Generación de caudales en los sitios seleccionados.

4. Tipificación y diseño de la obra de toma, conducción y casa de má

qui'na, selección y tipo de tarbina de acuerdo con los factoíes inherentes pa­

ra su escogenc ia.

5. Evaluación de los costos y elaboración de indicadores y ábacos

que permita la estimación de los mismos.

CAPITULO II

REVISION DE LITERATURA

Definición

Una pequeAa Central H¡droel~ctr¡ca es una in¿talaci6~ donde se utili­

za la energfa hidrá~l ica para generar reducidas cantidades de electricidad has

ta 5.900 KW aproximadamente" por medio de uno o más c.onjuntos o grupos turbina

generador.

Clasificación segQn potencia y salto

Olade (1981), adopta una terminologfa que permite una adecuada dife ­

renciaci6n desde un punto de vista tecno16g1co y.constructivo. A tal fin se

utiliz6 el siguiente criterio.

Microcentrales

Minicentrales

PequeAas centrales

RANGO POTENCIA

. Sa 1 to (m)

IKW Bajo Medio Elevado

Hasta 50 Menos de 15 15 - 50 Más de 50

50 - 500 Menos de 20 20 - 100 Más de 100

500-5000 Menos de 25 25 - 130 Más de 130

La misma entidad establece clasificaciones seg6n la forma de utiliza­

ci6n, ya sea a filo de agua, continua o discontinua y de embalse. Seg6n su

vinculaci6n con el sistema lelétrico, las clasifica como centrales aisladas, in

tegradas a pequeAas redes comunales, a una red- nacional o para centros produc­

tivos aislados. Según su concepción tecnológica, son clasificadas como centr~

les con tecnologfas convencionales y no convencionales. En las convencionales

se consideran obras civiles de calidad en la toma, canal y cimara de carga, tu

4

berías de acero, equipo electromecánico diseñado y construido según normas

de parses desarrollados. En las no convencionales se consideran tuberías de

presión en mat .... ia1es no metálicos, equipo e1ectrQmecánico y diseñado y cons

truido con tecnología del mismo pars y tableros modulares sencillos.

Consideraciones hidráulicas fundamentales

N.R.E.C.A. (1980), define la energía como:

Pkw = 9,81 QHe

donde

Pkw energra, en kilovatios

Q caudal, en m3(seg"

H carda efectiva, eh m

e eficiencia del sistema turbina-generador

Por 10 cual, es de singular importancia la determinación de la can­

tidad de agua disponible en la corriente así como de la carda potencialmente.

disponible, información básica que servirá para considerar varias configura ­

ciones para la presa derivadora, tubería de carga y. tuberína-generador con el

fin de minimizar los costos.

01ade (1981) define la caída bruta corno la diferencia de nivel des

de la superficie 1 ibre del agua en el punto más ailto hasta el nivel inferior

de su utilización por la turbina.

Nozaki (1981) define la caída neta como la que se obtiene sustra ­

yendo las pErdidas desde la boca-toma hasta el canal de fuga de la cada de má

qu i na.

Streefer (1971) considera que las pérdidas menores pueden expresa.!:..

se en función de la longitud de tubo equivalente, que es la longitud de tubo

en que se producirá la misma pérdida, las que sumadas a las pérdidas por fric

cién en la tubería no dar' la pérdida total. La pérdida total tambi~n puede

5

expresarse como la sumatoria de las pérdidas locales o menores más las pérdi­

das por fricción.

Análisis hidrológico

Duque (1982), define la simu·lación hidrológica como la aplicación

de un modelo a una cuenca para evaluar indirectamente su comportamiento ante

ciertas funciones de entrada. Dada la falta de información hidrológica re­

1acionad~ con lbs caudales confiables en aquellas corrientes donde se preten­

de adelantar un proyecto de pequeñas centrales hidroeléctricas, .se utilizó un

programa de simulación paramétrica al sistema hidrológico representado por

formulaciones matemáticas que dan respuesta del s istema a los datos de entra­

da. El modelo de Simulación utilizado "Simulaci " , permite estimar o generar

la escorrentia a nivel mensual, una vez efectuada la calibración del modelo,

es decir que exista una correlación entre el escurrimiento observado y el si­

mulado por el modelo, de las corrientes de agua de interés para el proyecto.

Curva de duración

Obtenidos los caudales mediante el modelo de simulación se elaboran

las curvas de duración de caudales correspondientes.

Amisial (1979), considera deseable tener un conocimiento de las ma~

nitudes que pueden alcanzar los elementos hidrometereológicos, en conexión

con la duración relativa o frecuencia de tales magnitudes. Esta información

puede ser obtenida mediante la elaboración de la curva de duración que indica

el porcentaje de tiempo en que el elemento hidrometereo1ógico es igualo ma­

yor que un determinado valor. De esta curva se obtendr~ el caudal susceptible

de aprovechar por la pequeña central, correspondiente este caudal al 90% del

tiempo en que es igualado o superado.

Por otra parte, se estimarán los caudales pico para tiempos de re ­

torno dados,siguiendo proce~imiento que a continuación se detalla.

6

1. Determinación de las curvas intensidad-duraci6n-frecuencia, para

períoc.:os de retorno de: 2,33, 5, lO, 15 Y 25 años.

Para la obtenci6n de las mencionadas curvas se tomaron las lluvias

extremas medidas para las estaciones en cada una de las cuencas estudiadas;

se uti1iz6 el método analítico de la distribución Gumbe1 Tipo 1, con la co­

rrespondiente prueba de bondad de Smirnov-Ko1mogorov.:

2. CáJcu10 del tiempo de concentraci6n para las corrientes en estu ­

dio, siguiendo el procedimiento ut 11izado por Kirpich, cuya ecuaci6n en unida

des métricas es:

donde

Tc 0,0195L1.155 H- O• 385 (2)

H

Tc es tiempo de concentración, en mín.

L es la longitud del cauce principal hasta el punto m~s d¡s~ante

de la cuenca, en m.

es la diferencia de nivel entre ~1 punto en consideración y

más distante, en m.

el

3. De las curvas intensidad-duraci6n-frecuencia se obtendrá para las

diferentes duraciones las precipitaciones e intensidades máximas para los

tiempos de retorno considerados, con 10 cual se hallarán los caudales pico,

utilizando los siguientes procedimientos: el método propuesto por Rojas

(1980), en su libro Hidrología de Tierras Agrícolas, el método del Soi1 Con­

servation Service, y haciendo Tc = T~, siendo Tc el tiempo de concentración y

T~ el tiempo de retardo. Los tres métodos utilizan la misma ecuaci5n para la

obtenci6n de los caudales picos, pero con diferentes valores de duraci6n de

la lluvia.

Estimación de la demanda de energia eléctrica

La demanda de energía no es siempre evidente de .inmediato porque los

7

sistemas de pequeñas centrales por 10 general introducen la energía eléctri­

ca por primera vez. La demanda final se podrá identificar o confirmar al ca

be de algunos años en la medida com0 se pres."'nten los usos de la energía.

Nozaki (1981), recomienda estimar la demanda para un perlodo de 5 a

10 años futuros, tomando en cuenta que la demanda ·actual se estima a partir

de la Tabla 1.

Tabla 1 Demanda actua 1 para di st intas pob 1aC.i ones

Poblaciones (habi tantes) Demanda de potencia

500 - 1000 15 Kv.¡ 35 KW

1000 - 2000 35 KW 80 KW

2000 4000 80 KW 180 KW

4000 - 10000 180 KW 500 KW

10000 - 20000 500 KW 1200 KW

Para el caso anterior se supone que la potencia instalada.per-capita

w/hab. sea de 30 W - 60 W por hab i tante.

El mismo autor calcula la demanda futura teniendo en cuenta un incre­

mento de la demanda de energfa el¿ctrica entre 40% y 10%.

Chaquea et al (197~¡). establece la demanda para el caso típico de una

famil ia con un buen nivel de vida y equipos modernos en una región apartada

de la forma mostrada en la Tabla 2.

Los mismos autores, con el fin de esttmar el crecimiento de la deman­

da en el tiempo, proponen adoptar tasas de crecimiel"lto poblacional mfnimas de

1,5% anual a 3% anual máximas.

8

Tabla 2 Servicio demandado por una familia con un buen nivel

de vida.

Tipo de serVICIOel éc tr ico

Iluminación

Entrenamiento (radio-TV, etc)

Radio - Teléfono

Aspi radora

Batidora - Licuadora

Ventilador

Máquina de coser

Plancha

Nevera

Energfa consumida(va tias - ha ra s)

·200

90

15

100

25280

150

225

630

Energía total consumida por día = 1715 Vi' - hora

N.R.E.C.A. (1980), recomienda realizar una investigación p,"eliminar

de las necesidades de energía en las poblaciones donde se pretende instalar

los nuevos sistemas microhidrául icos. Reuniendo información más detallada so

bre las viviendas y el uso de energía, mediante empadronadores que van, de ca­

sa en casa. Con ello, se ha de evaluar:

- Pobl ac ión

Número de viviendas

Número de profesionales

(~erradores, tejedores, sastres, carpinteros, etc)

- Propiedades de terrenos y animales:

Implicaciones sociales y cantidades

- Cosechas:

Promedio de área planteada por tipo de elevaciones y tierras

Promedio de rendimiento de la cosecha

Precio de la cosecha

9

Po~encial del rendimiento irrigado y fertil izado y necesidades de

éstos.

Distancia de los campos 2 las vi"iendas.

_ Combust ibles:.

Combustibles existentes por:

tipo

costo un itario

esfuerzo para cq~ectarl0

uso final

cantidad consumida

disponibil idad

- Ingreso en las poblaciones:

Promedio por vivienda

- Mapa de la población:

Indicando bloques de vivienda

Campos de cultivo

Distribución por oficio

- Agua potable:

Fuente) dis.ancia) cantidad per capita) y medio de transporte.

Este tipo de encuesta permite evaluar en una mejor forma la densidad

de energía de la población en estud io.

Obras de toma

Las obr3s de toma de aguas superficiales pueden agruparse en dos gra~

des tipos: captación por el fondo del cauce y captación lateral utilizando

un dique o azud cuya finaliidad es asegurar un.a carga hidrostática) sobre el

dispositivo de toma. Se denomina azud a una construcción que se levanta en

el lecho del río para detener el agua que discurre por el mismo y las cualespuedan ser captadas meoiante un despositivo de toma.

10

Rocha (1978), conceptúa que la boca-toma debe cumpl ir con las siguie~

tes condiciones:

1. I¡segurar la derivación permanente.del caudal de diseño.

b. Proveer un sistema de compuertas para dejar pasar las avenidas,

que tienen gran cantidad de sólidos y material flotante.

3. Captar el mínimo de sól idos y disponer de medios apropiados para

su evacuación.

4. Contarse qUé en aguas extraordinarias se renuncia a la captación

5. Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables des

pe el punto de vista constructivo.

6. Conservar aguas abajo de la toma suficiente capacidad de tr6ns ­

porte paía evitar sedimentaciones.

Con respecto al material sól ido, el mismo autor establece dos posibi­

1idades:

1. Evitar su ingreso

2. Provocar su decantación para una posterior el iminación.

Las partes fundamentales que componen una obra de toma tTpica son las

siguientes:

1. Un vertedero fijo o móvil a lo ancho de la corriente que permite

la sobre elevación del nivel de agua para su áerivación.

b. Una o varias compuertas que sirven para mantener el flujo frente

a la toma y alejar el material sól ido que se ha c1epos itado.

11

3. La obra de toma misma.

4. Inmediatamente aguas abajo de 1a toma se dispone de un pozo disi­

pador de energía.

5. Muros gu ías.

6. Reja de admisión a la entrada de la captación

Casa de máguinas

N.R.. E.C.A. (1980), considera que las dimensiones de la casa de má ­

quinas depende de las medidas de la maquinaria y sus fundaciones serán indi­

cadas generalmente por los fabricantes de éste.

Olade (1981), consid"era que diversos fa.ctores deben tomarse en cuen­

ta tales como: dimensión de los equipos electromecánicos, simpl icidad eG la

construcción, ubicación con relación a la corriente, los suelos y las especl

ficaciones dadas por los fabricantes de los equipos.

Cuando se instalan varios grupos de generación, turbina-generador,

se debe dejar entre estos suficiente espacio para el montaje Con el fin de

facil itar el trabajo de revisiones y reparaciones.

Turbina

Existen básicamente dos tipos de turbina: turbinas de impulso y tu.!:..

binas de reácción con caractedsticas específicas para cada una de ellas.

Turbina de impulso

N.R.E.C.A. (1980), describe la turbina Pelton como una rueda que tie

ne en su periferia cucharones que son movidos por la fuerza de uno o varios

chorros de agua .. La caída disponible se convierte a energía cinética, una

12

porción de la cual crea la torsión. Generalmente¡! se utilizan para altas cai

das. Para sistemas de pequeñas centrales de baja caída la turbina Banki ha

sido recomendada en varias publicaciones y al igual que la Peltón ésta también

es una .turbina de impulso.

Linsley y Franzini (1978), señalan que en las turbinas pequeñas sola­

mente se usa un chorro y para las unidades grandes dos o más.

Schokl itsch (1961) ;'define el parámetro Ns, como el número de vueltas

de una turbina de la serie que con un salto de un metro rinde exactamente un

ev. El mismo autor denomina al parámetro Ns como el número específico de re­

voluciones de la serie y señala que por experiencJa se ha comprobado que:

4 < Ns < 30 a turbinas Peltón con una boquilla

30 < Ns < 70 a turb i nas Pe 1tón ~on var ias boqu i 11 as

El mismo autor señala que a menudo, para el caudal Q de que se disp~

ne y para el número de revoluciones exigidas, a un número específico Ns muy

elevado, corresponderran turbinas cuyo rodete es de construcción imposible o

que por cualquier causa no se quieren adoptar. A fin de reducir el número

específico Ns y continuar obteniendo el número de vueltas n que se desea, se

reparte el caudal entre Z boqui llas, las cuales actuan sobre uno o más rode­

tes de eje común, o también entre Z rodetes montados sobre un mismo eje.

Turbinas de reacción

N.R:E.e.A. (1980), señala que existen dos clases de turbinas de reac

ción: a flujo mixto y a flujo axial.

Linsley y Franzini (1978), señala que los dos tipos de turbina de

reacción en uso general son: la Francis y la de hélice. En la primera de

ellas el agua entra a la cámara en forma de espiral y se mueve a través de

una serie de álabes guías con pasos ajustables que convierten a la carga de

13

presión en carga de velocidald. La de hél ice es una máquina de flujo axial

con su rodete confinado en un conducto cerrado. El rodete usual tiene de

c~atro a ocho paletas u hojas montadas en un cubo con muy poco intersticio en

tre las paredes del conducto a los ¡labes. Una turbina Kaplan es una ·turbi­

na de hélice con álabes móviles cuya inclinación puede ajustarse para adapta!..

se a las condiciones de operación que existan.

Control de la velocidad en la turbina

N.R.E.C.A. (1980), considera importante y compl icado el problema del

control de la velocidad en 'la turbina, ésta varía con el tamaño, clase de má­

quina, instalación y tipo de carga eléctrica. El .control de la velocidad se

obtiene normalmente mediante control de flujo; para un control adecuado es

preciso tener suficiente inercia de rotaci6n de las piezas rotativas.

La turbina francis se controla abriendo o cerrando las paletas de

guías. Las de impulso son méis fáciles de controlar, esto se debe al hecho de.

que se puede desviar el chorro o se puede hacer pasar un chorro auxiliar fue­

ra del chorro principal, sin modificar la tasa de flujo en la turbina de pre­

sión. Se dispone de varias clases de reguladores que varían de acuerdo con

la capacidad de trabajo deseada o el grado de complejidad del sistema de con­

tro 1.

Generadores

N.R.E.C.A. (1980), encuentra que la ubicación y selección del genera­

dor dependen del tipo y orientación de la turbina, de acuerdo con el tipo de. .

generador ya sea sincronizado y a inducción. El sincronizado es aquel que

está uniformizado con el voltaje y la frecuencia de la central antes de ce­

rrar el interruptor que conecta el generador á la central, cuando esta conec­

tado sigue funcionando a velocidad constante.

El generador a inducción obtiene su estímulo de la red de abasteci

miento de energía y su costo es inferior al de los generadores sincrbnizados

14

de igual capacidad de salida, sin embargo, en el mercado sólo se cuentran dis

ponibles de una capacidad no mayor o 2000 KW.

Selección

N.R.E.C.A. (1980), la orientación de la turbina se convierte en una

función de la selección de la misma, de la estructura de la planta de energía

y del costo del equipo confonne a un diseño específico.

Tres factores afectan el tamaño del generador:

1. La or lentac ión

2. Los requisitos de KVA

3. La ve 1oc ida d

La turbina que se escoja debe determinar estos tres factores del ge­

nerador. El tamaño del generador ~or KVA tijo varia inversamente a la veloci

dad de la unidad.

La eficiencia del generador se define como la proporción de energía

de salida a la de ingreso. Hay cinco pérdidas mayores asociadas con el gene­

rador, éstas son:

lo Fricción del aire y viento

2. Pérdida del núcleo magnético

3. Pérdida del inductor de cobre

4. Pérdida de 1a a rmadu ra de cobre

5. Pérdida errática o de carga

Conducción

Araci 1 Y Gómez (196~), seRalan que el objeto de las conducciones o tu

15

berias de presión es conducir el agua desde la cámara de presión a las turbi­

nas en todas áquellas instalaciones en que, por la altura del salto, se re­

quiere tal disposición para transformar l~ energía potencial de posición, en

energía potencial de presión que posee junto a ~a turbina.

La tubería puede ir,algunas veces,directamente desde la cám3ra

presión a la turbina, en otras se dispone un primer tramo de conducción

zada, de escasa pendiente, a ~ste le sigue un segundo tramo de pendiente

pronunciada que va a la tur-~ina.

También puede existir un sistema combinado de conducción abierta

diante un canal hasta la cámara de presión y desde este punto una tubería

presión hasta la turbina.

Esfuerzos a que está sometida la tuberfa

De acue.do con Aracil y Gómcz(1964) , ¿stas son:

de

for-

más

me-

de

1. Esfuerzo de tensión en sentido de la tangente a la circunferencia

de sección transversal, debido a la presión interior.

2. Esfuerzo de tensión longitudinales debido a la presión interior.

3. Esfuerzos debido al peso del terraplén o a la diferencia de pre ­

sión interior en una misma sección transversal.

4. Esfuerzos longitudinales debido a la flexión cuando no tiene la

tubería apoyo continuo.

5. Esfuerzos longitudinales debido a .las diferencias de temperatura.

6. Esfuerzos correspondientes a los codos.

16

Cálculo del espesor teórico

El mismo auto~ suponiendo que la t~beria s610 resiste la presi6n in­

terior, expresa el espesor mínimo de la forma:

e =D(pi-pa)

20(3 )

donde

e es el espesor de la tuber í~'

D es el diámetro interior de la tuber ía

pi la . ~ un ita r ia interiores pres Ion

pa es la presi6n un i ta r iá exter ior

o es el esfuerzo perm isi b1e

Por otra parte deber~ calcularse la sobre-presi6n producida por el

golpe rle ar¡et~ originado al cerrar la tubería en un tiempo determinado.

De igual forma deberá calcularse el espesor mínimo de la tubería pa­

ra prevenir el colapso por vacío.

Diferentes tipos o clases de tubería pueden ser util izadas en la con­

ducci6n, a saber:

- acero de pared delgada

- de hierro fundido

- de hierro

de asbesto-cemento

- otras.

Pérdidas en la circulación del agua en conductos forzados

En general éstas se deben principalmente a la resistencia producida

por el rozamiento del agua a 10 largo de las paredes laterales del ducto, es~

17

tas pérdidas son causadas por:

lo A la entrada del agua en la tubería

2. Rozamiento a lo largo de ella

3. Desv iac ión en los codos

4. En los camb ios die . ..secclon

5. En las válvulas y compuertas

6. Por carga de velocidad a :a salida

Los coeficientes para cada pérdida se encuentran tabulados por dife­

rentes autores.

H~neficios para la poblaci6n

La co~strucc¡6n de pequcAas centrales h¡droel~ctr¡cas en áreas rura -

les no electrificadas, incide en el mejoramiento de la cal idad de vida de

los pobladores, permite la instalación de pequeñas industrias, funcionamiento

de escuelas, centros de salud, comunicaciones y pequeño comercio.

La util izaci6n de limparas de petr61eo para alumbrado residencial es

costosa, no le facilita al campesino la realización de trabajos en horas dif~

rentes a las diurnas y dado el bajo rendimiento lumínico que tienen, ocasio ­

nan una pérdida paulatina de la capacidad visual de los usuarios.

En muchos casos estas comunidades o poblaciones son tan pequeñas y se

encuentran tan aisladas que resulta demasiado costoso construir líneas de

transmisión y sub-estaciones para sup1 ir pequeñas cantidades de energía.

Análisis de costos

Hay muchos procedimientos diferentes en uso para el análisis económi­

co de los proyectos. Ciertas suposiciones b§sicas comGnes al análisis de la

18

mayoría de los 'proyectos deben ser er.tablecidas antes de colectar datos y re~

1izar cálculos, el ~rimero de ellos es la determinación del tipo de análisis

a efectuarse, la clase de anál ¡sis que se prdctlque tiene gran impacto en los

'detalles necesarios y los cálculos realizados.

N.R.E.C.A. (1980), define que los beneficios de un pequeRo proyecto

hidroeléctrico pueden derivarse de numerosas fuentes y abarcan tanto benéfi ­

cjos monetarios coma no pecU{liarios.

Los costos del proyecto son les requeridos u través del tiempo para

construir y operar una pequeRa central.

El mismo autor recomienda util izar, para la evaluación económica del

proyecto, el anál isis de beneficio y costo (B/C).

KuiIJ¿r. (1975), scn.:ll.:.: que U.!10 de lnc; p3r;;"letr-os Que nos suministra 31

gGn indicio de las ventajas económicas de un proyecto es la relación entre

los beneficios y los cosías. Cuando la relación beneficio-costo es menor de

la unidad el proyecto evidentemente no es conveniente, si es igual a la uní

dad se podrfa denominar un proyecto marginal; cuando la relaci6n es mayor

que la unidad estará justificado desarrollar el proyesto.

El mismo autor sostiene que la manera de calcular los beneficios hi­

droelétricos, es midiéndolos en reiación al costo de energía originada de

las fuentes alternativas más deseables a ser usadas en la ausencia del proye~

to, éstas fuentes pueden ser: una planta térmica u otra planta hidroeléctri­

Ca.

Procesamiento de datos

A efecto de estimar los costos de una peque~a central y que estos va­

lores encontrados sean extrapolables, se elaboran gráficos a partir de 105 cas

tos unitarios para las inversiones totales en pequeRas centrales y sus prin~!

pales componentes:

19

1. Potencia instalada (KW) y costo por KW instalado de acuerdo con

el tipo de salto y tecnología.

2. Potencia instalada y costo por KW instalado de acuerdo con la al­

tura del salto y el equipo electromecánico importado utilizado.

3. Potencia instalada (KW) y costo por KW instalado de acuerdo con

la tecnología y tipo de salto, para las obras civiles.

CAPITULO III

INVENTARIO DE LAS POBLACIONES ENT~c 300 a 1000 HABITANTESQUE CARECEN DE SERVICIO DE ENERGIA ELECTRICA

Metodología

Efectos de lograr_la consecución de l~ información relacionada con

el inventario de aquellos centros pOJlados que con un número de habitantes

entre 300 a 1.000, no poseyeran en la actual idad el servic io de energía eléc­

trica, se util izó el siguiente procedimiento:

1. Tomando los datos de la publ icación denominada "Nomenclador de

Centros Poblados· ' , perteneciente al décimo censo general de población y vi­

vienda (1971), en el cual aparecen los nombres' de las comunidades que campo -

nen 105 diferentes Estados, ~

~Sl como de los servic!os de que d:spQne, deter-

minándose en esta forma las poblaciones que carecían del servici~) de energía

eléctrica en el año en que se realizó el censo.

2. La anterior información se actual izó en base a datos suministra­

dos por personeros de la Compañía Anónima de Administración y Fomento Eléctri

ca, CADAFE, que facilitaron los nombres de los centros poblados servidos por

esta institución, con lo cual quedó vigente la información extrafda del nomen

clador de centros poblados. Este procedimiento se siguió en los Estados Méri

da, Táchira y Truj illo.

A cóntinuación aparece una relación de las poblaciones que carecen

del servicio de energía eléctrica, discriminándose en la misma el Distrito

y Municipio a . los cuales pertenecen, así co~o el número de habitantes y vi­

viendas.

22

ESTA DO 1,1 ER IDA

Distrito Alberto Adriani

M. Alberto Adriani

1. Caño Frío

2 • El Ra i ce ro

Población

349

373

Distrito Andr~s Bello

Vivienda

58

65

M. Caracciolo Parra Olmedo

3. tiesa Jul ia

Ji. Río Bonitc

5. Río Frío

H. Eloy Paredes

6. El Crucero

7. Loma Las P¡edras

M. Obispo Ramos de Lora

8. Aldea Providencia

9. Cuat ro Esqu ¡nas

10. El GuaMa

1lo Mata de Coco

12. La Puebl ita

13. Río Moro

M. Zerpa

llL Aldea San Rafael

15. Sacha quero

16. Holanda

17. Quebrada Azul

519

303

805

454

328

381

363

307

337

300541

477

313

34t

391

113

56

169

85

53

69

82

56

76

71

122

7763

58

77

23

Distrito Arzobispo Chacón

M. Libertad

18. La Quebrada del Ba rro 400 75

M. Mucutuy

19. Aldea Mi ja ra 654 17620. Aldea Mucucharam i 442 161

21. Aldea San Miguel 533 20822. AIdea Vegui lla 301 81

Distrito Campo Elías

M. La Mesa

23 ~ Al dea Mucusa 1" i 339 90

M. Pueblo Nuevo

24. La Quebrada 312 69

Distrito Justo Briceño

M. Tulio Febres Cordero

25. Caño de Agua 358 9826. San Ra fae 1 434 90

Distrito El Li bertador

M. Llano

27. El Cambio 351 5828. Sa nt a Ca tal i na 423 70

24

M. Mill a

29. El Va lle 757 139

M. Acarigua

30. Los Azules 431 8531. Loo itas del Ca rr iza 1 441 9532. Pueblo Viejo 299 64

M. El Morro

33. Aldea Mocaz 343 87

M. Tabay

34. Haci enda y Vega "420 98

Distrito Rivas Dáv i 1a

¡vI. Bailadores

35. El Rincón de Bodoque 563 132

M. Guaraque

36. El Moral 302 68

37. Quebrada Seca 501 8938. Los Rastrojos 563 120

39. El Rincón del Hato 326 5940. Las Vega.s 372 7841. Loma Redonda 438 89

Distrito Sucre .

M. Chiguará

42. El Guama 321 5943. Mocacay 345 70

25

M. Estanquez

44. Aldea El Rincón 508 99

M. San Ju an

45. El L llano 359 75

Distrito Tovar

M~ Mesa Bolívar

46. La Honda 330 65

M. Zea

47. Los Giros 410 68

48. Pa 1ma rito 348 63

49'- Sa;,ta Bá ;-ba ra 339 66

ESTADO TACHIRA

Distrito Ayacucho

M. Rivas Berti Población Viviedas

lo Guab i nas 363 56

Distrito Capacho

M. Libertad

2. Aldea Cedeño 440 108

Di 5 tri to Cárdenas

M. La Florida

3. Laguna Abajo 308 73

26

t1 • Sucre

4. Las Palmas 601 117

Distrito J&uregu~

M. La Grita

5. El Parcha 1 384 74

r,¡·. Seboruco

6. Gua nía 548 64

]. MEsa de San Diego 569 59

Distrito Junín

M. Rubio

8. Caño de Agua 341 55

Distrito San Cristóbal

"'''Lü Concordia

9. La Espuma 360 72

M. Córdoba

10. La Pabe 1¡ona 303 5i

Distrito Uribante

M. Cardenas

11 . Los Med íos 302 40

27

M. Pregonero

12. Aldea El Alto 311 68

13. Montaña I\lta 31~ 80

14. Aldea Peñas Blancas 465 8315. Aldea Rubio 795 11616. Aldea San Miguel 602 9617. Aldea La Central 325 63

ESTADO TRUJILLO

Distrito Betijoque

M. Bolívar Población Viviendas

lo Sa n Rafae 1 de Caus 343 69

uI _

Caibü1'1. 1..C1

.2. El Prog teso 604 151

M. Miranda

3. La Es peranza 928 261

4. Los Granjos 312 20

5. Tubo Blanco 446 93

M. Sucre

6. El Para iso 519 91

Distrito Boconó

M. Boconó

7. Agua Li nda 335 798. Cerro El Santo 349 93

9. Guaramacal 563 122

28

10. Loma Hi da 1go 430 105

'" l1ac i ega 1 365 88'12. Santa Ri ta 38:- 82

13. La Vega de Guaramaca1 635 153

M. El Carmen

14. Agua Fría ]14 15915. Las Cuchillas 335 73

16. Río Arriba 658 179

[~ . Barbusay

17. Chejendeito 445 82

M. Ayacucho

18. Ce r r o J rme ncz 350 7519. Tierra Neg ra 345 90

M. Carn pO E11 as

20. La Cima ~42 110

21. La Cuch i 11 a 477 8722. La Ot ra Banda 370 78

23. Saguas 407 %

M. fvionseñor Jauregui

24. Loma d~ Jumangal 464 126

25. Loma del Santo 546 146

~L Rafael Rangel

26. Loma Pancha 355 101

27. El Portachue lo 439 106

28. Río Abajo 307 71

29

M. San Mi 9u.e 1

29. Cabimbu 459 9330. Pi~dra Gorda 389 79

·31. Potrero Grande 435 10732. La Cava 291 7233. Jacobo 181 52

Distrito Carache;

M. Candelarias

34.. Los Silos de Monay 313 66

M. Carache

35. La Cuchilla 653 17336 .. Mesa Arriba 332 87

M. Cuicas

37. Cerro Libre 432 161

t~ . La Concepción

38. Mi q uia Aba jo 679 167

39. Quebrada de Agua 444 98

40. Río Arriba 335 66

Distrito Escuque

~1. Monte Carmelo

41. Caño Negro 326 70

Distrito Trujillo

r~ . Cruz Carrillo42. La Mi s ¡si 391 81

30

M. Pampan

43. Cata 1i na 315 62

Distrito Urdaneta

t~ • Santiago

44. La Cuesta de los Judíos 910 203

Distrito Va lera

M. Mendoza

45. La Culebrina

Localización y ubicación

343 104

Para la loca¡izaci6n de los citados centros poblados se emplearon las

cartas a escala 1: 100.000, preparadas por la direcci6n de Cartografia Nacio ­

nal. En aquellos casos en que no fue posible la ubicaci6n, ésta se logr6 me­

diante las cartas municipales facil itadas por la Corporaci6n de Los Andes. Pa

ra fines de ilustraci6n se muestran en la Figura los centros poblados ca ­

rentes de energía eléctrica.

'(/1

·rn

31

CAPITULO IV

ASPECTOS HIDROLOGICOS

Estudios Hidrológicos

Dada la falta de información relacionada con los caudales confiables

en las corrientes donde se pretende adelantar proyectos de pequeñas centrales

hidroeléctricas, se utilizó un programa de simulación paramétrica del sistema

hidrológico representado por formulaciones matemáticas que dan resp:Jesta del

sistema a los datos de entrada.

Los modelos parecen ser la única herramienta disponible al hidró10 ­

.go, cuando no existen registros hidroc1imáticos para suministrar la informa ­

ción necesaria que permita evaluar y administrar proyectos de recursos hídri­

cos en una cuenca dada.

Con el fin de evaluar la magnitud de la escorrentía en las corrientes

con potencial energético y susceptible de aprovechamiento se utilizará un mo­

delo de simulación mensual, este modelo permite estimar o generar los cauda ­

les a nivel mensual una vez efectuada la ca1ibtación del mismo.

Descripción del modelo

El modelo considera homogeneidad en los procesos hidrológicos así co­

mo en las condiciones físicas que los afectan. Para una mejor exactitud en

los datos de salida, el modelo permite subdividir .1a cuenca en subcuencas 10

que hace posible una buena representación de las condiciones que influyen en

los procesos hidrológicos.

Estructura del modelo

En la Figura 2 se presenta el flujograma general del modelo, es de­

cir la representación conceptual que se hace en el modelo hidrológico regio -

3LMACE~JAMiE-NTO~[)E AGUA EN HLA-ATM¿.S-¡:,Ú",~_=-.I4J I

. PRECIPlTACIONzor--·--:--------- .1---- -. _.-. -_._. _._._~ -_._.,

I o::

fe::', SU""~F1CIAL l. ~é:2~:RFlCIAL j ESCURRlM"NTO ~ jAn.IJENTt i - 1" ¡ yri" ¡"'~I!I ~!I INFIL TRAClON ~ I

I ...... ,. ~

ALMACENAMIENTO DE HUMEDAD DEL SUELO.

W.t""

....IE....S....CO_R....R..,;.E 1.1 A •i EFLU-EN'CE

FLUJO BASE

1PERCOLAC 10 N

·1 "-:11

i ..I.

.1

'. ¡FLUJO SUBTERRAtJEO•. • EFLUENTE

I.. .L ........6'~. _._._._._._._. •._ • .-.- "._. .• _.---1

IflUJO SUBiERRANEO i t>! ALMACENAMIENTO DEL AGUA SUBTERRANEA

AFLUENTE

LEYENDA

Llm:leóeloreQión _._._.-

A:mo:er'cm:en1o C:::..::::iP-,ceso de lr~r.fcr(!r¡eio ---ll>Fig.2 .- Representación esquemática,usoda en el modelo. de sirr.'Jlación mensual,del sistema hidrológico regional.

35

nal. Siguien~o el flujograma presentado en la Figura 3, se puede ver la in­

tercone~ión entre los diferentes procesos que se simulan en el modelo. A par­

tir de los valores de precipitación y evapoo-::¡ción media mensual, se calcula

la infiltración real (AINFRE) luego se determina la evapotranspiración real

(EV); con estos valores se consigue la humedad del suelo (HS). Como el inter

valo del tiempo usado, un mes, es muy grande, es necesario calcular una hume­

dad del suelo promedio (HSM) con la cual se determina nuevamente la eva po­

transpi ración real (EV) y la humedad del suelo para el final del mes (HS).

Calculada la humedad del s~10 se determina la perco1aci.ón (GR).

Conocido los valores del agua percolada (VGR), el volumen almacenado,

al inicio del mes, en el almacenamiento del agua subterránea (val 1) y el flu­

jo subterráneo afluente, se determina el flujo base (FSUBE) y el flujo que sa

le de la cuenca en forma subterránea (QB). Con estos 2 últ irnos valores se

c61cula el volumen almacenado, para el final del mes, en el almacenamiento

subterráneo (val).

El volumen escurrido durante el mes (SRa 2) se calcula a partir del

volumen disponible para escurrir (SRa 1), quedando como volumen disponible p~

ra escurrir a finales del mes la diferencia entre ambos.

Determinados el flujo base (FSUBE) y el escurrimiento durante el mes

(SRa 2), se calcula la escorrentía como la suma de ambos.

Sitios de Calibración y Generación

La cal ibración de las cuencas de los ríos El Mol ¡no, Boconó y Quini~

ri o Frío, obedece en primer lugar a la existencia de registros de caudales

medidos y en segundo lugar, permite generar registros de caudales en sitios

de interés, es decir, en estas cuencas se encuentran ubicados un gran número

de centros poblados carentes del servicio de energía eléctrica, pero con ca ­

rrientes de agua cercanas a ellos, susceptible para el desarrollo con fines

energéticos.

36

HS=HS1+AINFRE - EV J'~......'*'"""".=-:C:::=:: -

H S r~ =( H SI / H S) /2 U

EV : fVMC '*' CK3.>

liS :HSM +AINFRE - EV

-----""""--r''''''''''''''''-""" ~~s.m.n..=;,-----I>-~ GR' = 0.0 ~

II"..~.,.", ....,..... ,.<1

,_--._,,,..-~.__..J

"4

Fig. 3.- Fluj6grama Que muestra lo forma como se calculo lo escorrent,'a en el modelode simulación mensual.

37

Por otra parte los sitios de interés se seleccionaron teniendo en

cuenta que la relación de caída bruta y distancia desde la bocatoi,la a la casa

de máquina estuviera entre 0,1 < H/L < 0,50, para considerar atractiva i3 caí-,

da.

Calibración del Modelo para la Cuenca del rio El Molino

Se cal ibro el Modelo de Simulación Mensual para la cuenca del río El

Mol ino hasta la estación fluviométrica en Puente El Molino, con un área de

836,20 Km 2• Se dividió la cuenca en cinco (5) subcuencas, de acuerdo con la

topografía, drenaje y a los puntos donde requería estimar la escorrentía.

En la Figura 2 (Anexos), se presenta la ubicación de las estaciones

pluviométricas y fluviométricas de la cuenca del río El Molino hasta Puente

El Mol ino.

En la Tabla lA (Anexos), se presentan las cinco (5) estaciones de

precipiLación usadas en la calibración, y sus respectivos porcentajes de

de influencia sobre cada una de las subcuenc~s consideradas. La estación eva

porimetrica usada fue la de sitio de presa.

En la Figura lA (Anexos), se presenta la división en subcuencas de la

cuenca del río El Molino, y el número con el cual se identifican cada una de

ellas en el Modelo. A partir de esta figura se obtiene el número de tributa­

rios de cada subcuenca.

En el Anexo A, ,se presenta el 1 istado de los datos usados en la cal i­

bración, así como las salidas del Modelo para la cuenca en estudio.

En las calibración se consiguió un coeficiente de correlación de 0,85,

el cual se considera bastante aceptable, con un volumen total observado de

4,5610 x 10 3 mi 110nes de metros cúbicos, contra un volumen simulado de 4,9322

x 10 3 millones de metros cúbicos, para el período considerado del año 1971 al

1977. En el Anexo A, se presenta el plateo de los volúmenes observados y si­

mulados.

38

Calibración del t~odelo para la Cuenca del río Boconó

Se ca 1i b ró el Modelo de Simulación Mensual para la cuenca del río :>-

conó hasta la estación fluviométrica en Boconó, con un área de 432 Km 2• Se

dividió la cuenca en cinco (5) subcuencas, de acuerdo con la topog raf í a, dre

naje y a los puntos donde se quería estimar la escorrentía.

En la Figura 6A, se muestra la ubicación de las estaciones pluviomé ­

tricas y fluviométricas de la cuenca del río Boconó hasta Boconó.

En la Tabla 7A (Anexos), se presentan las cinco (5) estaciones de pr~

cipitación usadas en la calibración, y sus respectivos porcentajes de área de

. influencia sobre cada una de las subcuencas consideradas. La estación evap~

r¡métrica usada fue Cende.

En la Figura 5A (Anexos), se ~resenta la división en subcuencas de la

cuenca oel río Boconó y el número 'con el cual se identifican cada una de ellas

en el modelo. A partir de esta figura se obtiene el número de tributarios de

cada subcuenca.

En el Anexo A, se presenta el 1 istado de los datos usados en la cali­

bración, así como las salidas del modelo para la cuenca en estudio.

En la calibración se consiguió un coeficiente de correlación de 0,91,

el cual se considera bastante aceptable, con un volumen total observado de

1,8293 x 10 3 mil Iones de metros cúbicos, contra u~ volumen simulado de 1,8469

x 10 3 millones de metros cúbicos, para el período considerado del año 1964 al

1967. En el Anexo A, se presenta el plateo de los volúmenes observados y si­

mulados.

39

Calibración del río Quinimarí o Frío

Se cal ibró el Modelo de Simulación Mensual para la cuenca del río Qul.

nimari o Frfo hasta la estación fluviom~trica en Puente rfo Frio con un &rea

de 1.395 Km 2• Se dividió la cuenca en trece (13) subcuencas de acuerdo con

la topograffa~ drenaje y los puntos donde se desea estimar la estorrentfa.

En la. Figura 9A, se muestra la ubicación de las estaciones pluviom~ ­

tricas y fluviom~tricas de la cuenca del rio QuinimarT hasta PUente rTo Frio.

Los Datos de entrada al modelo se tomaron del trabajo de tesis elabo­

rado por Javier López, en el CIDIAT.

En la cal ibración se consiguió un coeficiente de correlación de 0,91,

el cual se considera aceptable, con un volumen total observado de 1 5853 x" ,

10~ millones de metros cGbicos contra un volumen simulado de" 1,2714 x 10~ mi-

llones de metros cübicos, para el perrodo considerado del ano 1966 al 1972. ­

En el Allexo A, se presenta el ploteo de los volGmenes observados y simulados.

Sitios de Generación

Una vez seleccionados los sitios de interés de acuerdo con los crite­

rios que para tal fin se tuvieran en cuenta y cal ibradas las cuencas donde se

encuentran ubicados cada uno de estos sitios, se procedió a generar las co­

rrespondientes registros de caudales en las cuencas seleccionadas.

Para la generación se util izaron los pafametros obtenidos de la cal i­

bración del modelo, los datos de precipitación y evaporación aumentando sus

registros a efectos de lograr una traza de registros más ampl ia.

Relacionándose por cuenca a la cual pertenecen se generaran caudales

en las siguientes corrientes:

40

a. Cuenca del río El Mol i no

Quebrada Quebradaseca:

- Area = 31,70 Km 2

Pend iente media de 1a cuenca = 15%

- Longitud del cauce principal = 8.600 m.

Quebrada Al tam ira:

- Area = '14,50 Km 2

- Pend ¡ente med i a de la cuenca = 18%

- Longitud del cauce p r i nc i pa 1 = 6.800 m.

Río Huesca:

- Area = 21 , O Km 2

- Pendiente media de la cuenca = 20%

- Inn"it-lIrl rl p 1 c~uC'e nrinrin=::al = 4, nO m,"--":::J ........... -- ~ . 1-' '.' - . 1- ~ •

b. Cuenca del río Boconó

Quebrada San Miguel:

- Area = 56,30 Km 2

- Pend ¡ente media de 1a cuenca = 18%

Longitud del cauce principal = 16.640 m.

Quebrada San Rafael:

- Area 53,40 Km 2

- Pendiente media de la cuenca e 18%

Quebrada Potrerito:

- Area = 21 ,70 Kn12

- Pendiente media de la cuenca = 18%

- Longitud del cauce principal = 9.070 m.

41

Quebrada Lu Raya:

- Area

- Pendiente media de la cuenca

Quebrada La Encomienda:

- Area

- Pendiente media de la Cuenca

Longitud del C2uce principal

c. Cuenca del río Quinimarí

Quebrada La Pabellona:

- Area

- Pendiente media de la CUenca

- Longitud del cauce principal

== 20%

19,30 Km 2

20%

8.730 m.

9.290 m.

De las visitas de campo efectuadas a cada una de las corrientes antes

mencionadas no se consideró adelantar proyectos energfticos en las Quebradas

San Rafael y La Raya, debido a que los cuatro poblados a benef¡~iar.cercanos

a las mismas, cuentan con el servicio de energía el~ctrica.

Estimaci6n de l~s curvas de duraci6n de caudales

A cada una de las citadas corrientes se le elaboró la curva de dura ­

ción de caudales, utilizando los registros generados para las mismas.

Amisial (1979), considera el siguiente procedimiento para la prepara­

ción de la curva de duración de caudales: 1) se dividen los "n 'l valores en

intervalos de clase de igual tamaño; 2) se deterlilina el numero de valores

que quedan comprendidos en cada uno de los intervalos de clase. Esta frecuen

cia se convierte en porcentaje al dividirse por la sumatoria de frecuencia "n"

3) al graficar estos porcentajes contra el límite inferior de cada uno de les

intervalos de clase, se obtiene la curva de duración de caudal~s.

42

La curva de duración de cauc:éJles indica el porcentaje de tiempo'

en que un evento es igualo mayor que determinadti valor; en el presente trab~

jo permite obtener el caudal (Q90) para el 90% del tiempo que es ;s¡t.lalad<?

o superado, 10 cual señala el caudal máxilllo a derivar a cada una de las

corrientes consideradas.

En las Tablas 3 y 4 se muestran los caudales generados para la que ­

brada Quebradaseca y la agl-upacián de datos para la determinación de la curvó

de duración de caudales.

En el Anexo A, aparecen las tables correspondientes a caudales gener~

dos y agrupación de datos para la estimación de las curvas de duraciones de

caudales, para restantes cuencas en estudio.

Curvo de duración de caudales par~ la años de registro Quebrada Quebradaseca

Area de la cuenca

Registro máximo

Reg i s t ro rn í ni mo

Rango

Tamaño del intervalo

Primera clase o intervalo de clase

Lí mi t e s upe r ¡o r

Límite inferior

Marca de clase

31,70 2.Km

2,53 m3/seg

0,02 m3/seg

2,53 - 0,02

280

10 - 289289

10

280

i

Análisi? ;,)\'é\ la obtención de los cauda'les pico

El traba,io trata de presentar algunas de las metodologfas utilizadas

en los estudios hidrológicos de cuencas sin datos de caudales pico a la sali­

da de las mismas.

Los estudios hidrológicos requieren de gran cantidad de información,

12 que puede ser obtenida a diferentes grados de detalles, de acuerdo con su

Tabla 3 Datos de escorrentía en metros cúbicos por segundo para La Quebrada Quebradaseca cuenca del

río El Molino, Estado Mérida.

AÑO ENE. FEB. MAR. ABR. MAYO JUN. JUL. AGO. SEP. OCT. NOV. DIC.

1970 0,19 0,06 0,04 0,02 0,60 1,33 1,64 1 ,40 1,29 2,37 0,95 0,43

1971 0,39 0,36 0,34 0,26 0,71 1,00 1,28 1,63 1,98 1, 13 0,83 0,53

1972 0,57 0,50 0,41 2,46 1 ,66 1,77 1,47 1 , 11 1, 18 1 , 12 1 ,04 0,66

1973 0,33 0, 18 0,08 0,04 0,23 0,62. 1 ,°1 1,78 2,53 0,95 1,76 0,52

1974 0,26 0,14 0,19 0,29 0,42 0,44. 0,,54 0,88 1,04 1,65 0,96 0,54.z:-w

1975 0,27 0, 15 0,07 0,03 0,72 0,78 0,97 1 ,13 1•18 1,05 0,81 0,63

1976 0,41 0,23 0,33 0,29 9,50 ·0,98 1 ,46 1.82 1,34 1,04 0,69 0,34

1977 0, 17 0,09 0,04 0,14 0,26 1 ,20 1 , 11 1 ,08 0,92 0,83 0,76 0,46

1978 0,23 0,13 0,06 0,96 1,30 1,42 1, 17 1, 17 1,59 1 ,04 0,59 0,29

1979 0,14 0,08 0,04 0,21 0,64 2,31 1,07 0,83 0,72 0,44 0,37 0,25

Tabla 4 Agrupación de datos para curva de duración de caudales

Intervalo de Marca de Frecuencia Frecuencias Cauda les Frecuencias Porcentaj eclases clases relativas (m 3/ seg) acumuladas acumulado(l/s) (% ) 110 más ll (%)

10 - 289 150 30 25,00 0,01 o más 120 100,00

290 - 569 430 23 19, 17 0,29 o más 90 75,00

570 - 849 710 17 14, 17 0,57 o más 67 55,83

850 - 1129 990 20 16,67- 0,85 o más 50 41,67

1130 - 1409 1270 13 10.83 1, 13 o más 30 25,00 J:-J:-

1410 - 1689 1550 8 6,67 1,41 o más 17 14, 17

1690 - 1969 1830 4 3,33 1,69 o más 9 7,50

1970 - 2249· 2110 1 0,83 1,97 o más 5 4,17 .

2250 - 2529 2390 3 2,50 2,25 o más 4 3,33

2530 - 2809 2670 1 0,83 2.53 o más 1 0,83

45

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46

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CUEN eA DE LA QUEBRADA QUEBRADASECA HASTA CONFLUEN-

ClA ni o NE GRO - ARE A DE LA CUENeA: 31. 7 Km2

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:1 FIG. 5 .-

CASA DE f.lAOUINA(COTA 1460 m)

MU NI el PIO GUARAQUE- ESTADO b~ ERI DA

i

47

util ización e importancia.

En la mayoría de los casos la información disponible no se adapLc a

las necesidades de diseño para un determinado proyecto, en tal caso se tendrá

que analizar la información y adecuarla a las necesidades particularés de ca­

da caso.

Para el diseño de obras, es necesario conocer la magnitud de un even­

to para una frecuencia o probabil idad dada. En estos casos se realiza un aná

lisis de frecuencia, en base a la información disponible; sin embargo, para

obten~r una mayor seguridad, el período de registro debe ser mayor de 20 años

y no menor de 10 años en cual~uier caso.

Dadas las condiciones en que se obtuvo la magnitud de la escorrentía

en las corrientes ~studiadas con el modelo de simulación hidrológica, para la

estimación de los caudales pico se elaboraron las curvas intensidad-duración­

frecuencia para cada una de las cuencaS estudiadas, tomando en consideración

la estimdción o estaciones de influencia y las precipitaciones máximas medi ­

das en las mismas para 1, 3, 6, 9, 12 y 24 horas de duración y tiempos de re­

torno de 2, 33, 5, 10, 15 y 25 años.

Para la obtención de las curvas intensidad-duraci6n-frecuencia se uti

liz6 un programa de computación, implementado en el CIDIAT para funcionar una

minicomputadora Radio Shack modelo TRS 80, se realiza la prueba de bondad de

ajuste para la distribuci6n Gumbel, usando el estadístico de SMIRNOV­

KOLMOGOROV.

En el Anexo A, se muestra el 1 istado del citado programa.

Obtención de las curvas

Para tal efecto se empleó el siguiente procedimiento:

1. Se tomaron las precipitaciones máximas en las estaciones tonside-

48

radas, ordenándose éstas en forma decreciente.

2. Mediante el programa se obtienen las intensidades para diferr~tes

duraciones y período de retorno.

3. 'las intensidades se grafican contra las duraciones par~ cada uno

de los periodos de retorno.

Se presenta en forma tabulada los calculas reallzados para preparar

los datos de entrada, así como los registros obtenidos en la sal ida del pro ­

grama y la curva elaborada para la cuenca de la quebrada Quebradaseca. Para

las demás cuencas los cálculos tabulados se encuentran en el Anexo A.

Tabla 5. Precipitaciones maxlmas en milímetros observados en la EstaciónGuaraque - La Quinta para diferentes duraciones y ordenadas demayor a menor.

DURAC 'ION EN HORAS

m 3 6 9 12 24

1 53 53 53 59 59 61

2 51 51 51 53 55 58 .

3 46 46 4~ 51 51 55

4 38 42 46 46 46 54

5 35 40 41 41 41 51

6 32 38 39 39 39 45

7 26 35 38 ~8 38 43

8 23 32 35 35 36 41

9 22 32 32 35 35 41

la 20 27 2~ 29 31 3~

11 16 25 26 26 29 36

Tabla 6 Precipitación en milímetros para diferen~es duraciones y períodos

de retorno. Cuenca de la Quebrada Quebradaseca.

Duración en horas

TR 3 6 9 12 24

2,33 32,90 38,30 39,70 41, 10 4; ,80 47,60

5 42,20 44,90 46,30 48,46 48,90 53,70

10 49,70 50,30 51,60 54,50 54,60 58,80

15 55,50 53,30 54,60 57,80 57,80 61 ,60

25 61,00 57, 10 58,30 62,00 61.80 65: 10

Tabla 7 Intensidad de lluvia, en mm/hr para diferentes duraciones y perío-

G05 do:; retü(il0. Cuenca ue 1el Queu raJa QUE::b I-éldaseca

TR Duración en horas

(años) 3 6 9 12 24

2,33 32,90 12,80 6,60 4,60 3,50 2,00

5 42,20 15,00 7,70 5.40 4,10 2,20

10 49,70 16,80 8,60 6,10 4,50 2,40

15 55,50 17,80 9,10 6,40 4,80 2,60

25 61,00 19,00 9,70 6,90 5,20 2,70

Debido a que las estaciones de influencia de la cuenca de la Quebrada

La ?abellona carecían de registros de precipitaciones máximas, se util izó el

siguiente procedimiento para determinar la lluvia máxima que permite estimar

103 caudales pico.

50

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V>c.;-+- e::c:: O...... '-'w <.:;-o -oo U> ""'- *-

..... :::l V>U W

W

o.....:::1O'.-

lL..

51

1. Localización de las estaciones cercanas a la cuenca, :on registros

de precipitaciones máximas.

2. Se determi~an los períodos de retorno correspondiente para 1 y 3"

horas de duración, tal como se muestra en las Tablas 44A, 4SA, 46A, 47A, 48A,

Y 49A, del anexo correspondiente.

3. Sobre papel Gum~el, se grafican las precipit~ciones máximas para

los tiempos de retorno encontrados para 1 y 3 horas de duración. ~ste proce­

so se repite para cada una de las estaciones consideradas, que se muestran en

las Figuras 24A, 2SA, 26A, 27A, 28A Y 29A, del anexo correspondiente.

4. De las curvas de precipitaciones máximi35 para 1 y 3 horas de dura

ción se extrajeron los valores de precipitaciones, los qtle se graficaron en

el mapa, encontrándose en esta forma 1as isolíneas de profundidad para 1 y 3

horéls de dU(C1ciúll y tiempo ue retorno·de 2 aiios; para y 3 horas de duración

y tiempJ de retorno de 100 años. Los mapas respectivos se muestran en las Fi

guras 44A, 4SA, 46A Y 47A.

5. Se determinan los valores de profundidad en los citados mapas.

6. En papel semi-logarítmico y con el tiempo en la escala logarítmi­

ca, se grafican los valores para 2 y 100 años de tiempo de retorno y 1 hora

de duración, y para 2 y 100 años, y 3 horas de duración. Los pares de puntos

graficados se unen mediante una recta, como se muestra en la Figura 30A.

7. De la Figura 3üA se llevan los valores correspondientes a los

tiempos de retorno considerados.para 1 y 3 horas de duración, los que se trans

ladarán a otro gráfico similar al anterior obteniéndose en esta forma una fa­

mil ia de curvas, como se muestra en la Figura 31A del Anexo A.

Análisis de los caudales Pico

Para su determinación se utili¿f, el siguiente procedimiento:

a) Trazado del r~rfil longitudinal de la corriente.

b) Obtención del tiempo de concentración utilizando )a ecuación de

Kirpich. Para 10 cual se dividió el perfil longitudinal de la corriente en

tramos, de tal suerte que estos segmentos se ajustaran a~ perfil de la co­

rriente, lográndose con esto una mejor aproximación para la determinación

del tiempo de concentración.

c) Cálculo de los caudales pico aplicando los siguientes criterios:

Método del servicio de conservación de suelos de los Estados Uni­

dos combinado con el hidrograma triangular, haciendo el valor del tiempo de

con~entración igual a la duración de la lluvia.de diseño.

Método del servicio de conservación de suelos combinado con el hi­

drograma triangular.

Método del servicio de conservación de suelos e hidrogramas tria~­

guIar pero haciendo el tiempo de retardo igual al tiempo de concentración.

A continuación se muestran los cálculos real izados para determinar

los caudales pico para La Quebradaseca.

2.700 .

2.500

2.300

2.100

1.900

1.700

1.500

- PERFIL Q. QUEBRADASECA

o_o PERFIL AJUSTADO Q. QUEBRADASECA

------- Cosa de moquina

OISTANCIA Cl; AS{Mts } (MI,;

O 1350240 1360

780 1380

1090 1400

1530 1420

1960 1440

2580 1460

2760 1480

2650 1500

3040 1520

3690 15404190 1560

4690 1580

4990 1600

5490 1660

5910 1700

6410 1800

6960 1900

7360 2000

7620 llCO

7830 2200

8160 2300

8470 2400

8600 2460

v'-'

I I 1 __~_I

6 7 8 9I i

4 5PROGRESIVAS (Km)

32051.300 • I! ! 1

O

Figuro 7.-Perfil longitudinal Quebrado quebrodoseco.

54

Tabla 8 cálculo del tiempo de concen~ración, Quebrada Quebradaseca

Cota en Distancia Diferencia TC(mts) L Cota 6. H L 1·155 6.H- O• 3BS

(mts) (mts) (mi n)

1.350

2.580 11O 8.718,08 0,1637 27,83

1.460

460 60 1 .189,83 0,2067 4,80

1.520

1.950 80 6.309,43 O, 1851 22,77

1.600

1,.970 300 6.384,23 0,1113 13,86

1.900

1.640 560 "5.165,88 0,0875 8,81

2.460

te = 1,30 hl-

Cálculo del tiempo de concentración util izando la ecuacióri de Kirpich.

donde

tc = 0,195 L1 •155

tc tiempo de concentración, en min

(6)

L longitud del cauce principal hasta el puesto más distante de la

cuenca, en m

H diferencia de nivel entre el punto en consideración y el más dis

tante, en m.

tc = 1,30 hr.

55

Tomando te igual a la duración de la lluvia, de la Figura 6 para di .

ferentes perrodos de retorno se encuentra.

Tabla 9 Intensidades para una duración

D = 1,3 hr.

TR Intensidad(años) (mm/hr)

2,33 26,00

5 30,2510 36,50

15 . LID, 75

25 47,50

C&lculo del tiempo de retardo uiil izando el procedimiento del servi ­

cio de conservación de suelos.

donde

TL· = LO. S (5 + 2,54)°,71411 yO.s (7)

TL tiempo de retardo, en hr

L longitud del cauce principal en m

5 Infiltración potencial en cm

y pendiente de la cuenca, en por ciento

Determinación de la infiltración potencial

s =2540

CN25,4 ( 8)

donde

56

S infiltración potenciai, en cm.

CN número de curva

Ti po de suelo

Cobertura vegetal

Condición de humedad antecedente

Uso de la tierra

B

Buena

11

- Pasto de pastoreo = 30%

- Bosque = 15%

- Rastrojos = 15%

- Cultivos en curvas de nivel = 40%

CN ponde rada = 75,1

Infiltración potencial (S) = 84,22 m.m

Longitud de la corriente (L) = 8.600 m

Pendiente de la cuenca (y) = 15%

Ti empo de retardo (TL) = 1 ,37 hr

Tiempo de concentración (tc) = 2,29 hr

Area de la Cuenca = 3170 ha

Tabla 10

TR(años)

2,33

510

15

25

C~lculo de la precipitación para D = ~,29 hr

Pr ec i p ¡ t ación(m.m)

59,54

69,27

83,59

93,32

108,78

Q =

donde

57

Cálculo de la escorrentia real:

(p 0,2S)2.

P + 0,8s

Q escorrentía real, en m.m

P precipitación, en m.m

Q =(p ... 0,2S)2.

P + 0,8S

s infiltración potencial, en m.m

Cálculo del caudal pico:

·donde

qp = 1 , 14

TL

QA ( 10)

qp caudal pico, en 1ps

" ,...,.... r-o_ ................ I'"'\f- f""" rc~ 1 , r.n "' "''.L '---''-VII 1,...&1 .... I U .... " ,.11.,11

A área de la cuenca, en ha

TL tiempo de retardo, en hr

Tab la 11. Cálculo del caudal Pico.

Escorrent ía Cauda 1 PícoTR

Real ( Q) qp(años) (m.m) (m 3 /seg)

2.33 14,36 37,90

5 20,11 53,00

10 29,51 77 ,80

15 36,40 96,00

25 47,98 126,60

Estimaci6n del caudal pico, siguiendo el segundo mitodo:

TL calculado = 1,37 hr

te calculado = 2,30 hr

Dado que la duraci6n D, de la lluvia es mayor que el tiempo de concen

traci6n, es recomienda adoptar una duraci6n igual al tiempo de"concentraci6n.

De la Figura 6 para una duraci6n de 2,3 hr y diferentes pe-íodos de

retornos se dan las siguientes intensidades, escorrentía real y caudales picos.

Tabla 12. Cálculo de 1 célüda 1 Pico para una duraci6n de 2,3 horas.

TR Intensidad Precipitación Escorrentía Cauda 1Real Q Pico

(Años) (m.m/h r) (m. ril. ) (m.m. ) qp(m 3/seg)

2,33 16,00 .. 36,80 3,82 11 ,48

5 19,25 44,28 6,74 17,78

10 22,00 50,60 9,66 .25,48

15 23,00 52,90 10,81 28,51

25 25,00 57,50 13,24 34,92

Estimaci6n del caudal pico, siguiendo el tercer m~todo.

De acuerdo corl la ecuaci6n de Kirpich el tiempo de concentraci6n ser~:

tc = 1,30 para efectos de cálculo se puede igualar a 2 hr.

Haciendo el tiempo de retardo igual al tiempo de concentraci6n e igual

a su vez a la duraci6n de la lluvia, de la Figura 6, para una duraci6n . de

2,0 hr. y diferentes períodos de retorno, se encuentran las siguientes intcnsi

dades, Escorrentía Real y caudales Picos.

59

Tabl;) 13 .. cálculo del caudal pico para una duraci6n de 2 horas.

Escorrent ía Cauda 1TR Intensidad Prec i p i tac i:> Real Q Pico

(Años) (m.m/h r) (m.m. ) (m.m.) qp'

(m 3/seg)

2,33 1~,00 36,00 3,55 6,41

5 21,50 43,00 6,20 11 ,20

10 24,50 49,00 8,89 16,05

15 26,30 52,60 10,66 19,25

25 29,20 58,40 13,73 24,81

Analizados los tres procedimientos utilizados para la obtención 'de

los caudales picos y efectuando un estudio comparativo entre los mismos, se

consideró prudente adoptar para el diseño de las obras los caudaies picos ob

tenidos mediante el método del servicio de Conservaci6n de Suelos. Lo ante-

rior teniendo'en cuenta que los otros dos procedimientos maximizan y minimi­

zan, respectivamente, los caudales picos debido a la forma como se obtiene la

duración de la lluvia, mientras que el método del Servicio de Conservación

de Suelos resulta ser el término medio entre los otros dos.

Para el Diseño de las Obras se considera conveniente adoptar el cau­

dal pico correspondiehte al tiempo de retorno de 2.33, dada la magnitud de

las obras, así como de Jos pequeños caudales que discurren por estas corrien

tes.

CAPITULO V

[STIMACION DE LA DEMANDA DE ENERGIA ELECTRICA

Estimación de la Demanda

El problema de abastecimiento de energía comprende varias determina

ciones previas, entre las cuales la más importante es la del número de habi­

tantes que irá a beneficiar. Es pues importante la necesidad del estudio de

crecimiento.

El problema del número de habitantes futuro, por su misma naturaleza,

solamente puede resolverse de una manera aproximada.

Chaquea et al (1979), recomienda adoptar tazas de crecimiento pobla­

cional mínimos de 1,5% anual a 3% anual máximas.

Como la cantidad de energía consumida por vivienda seguramente crece­

rá en el futuro, el principal efecto de un error en la apreciación de la po­

blación hará variar las fechas prefijadas para el ensanchamiento de las redes

de energ ía .

Nosaki (1981), considera que la demanda futura deberá calcularse para

un período de 5 a 10 años. La tasa de incremento de la demanda de energía

eléctrica se puede estimar en un 4 a 10% anual según las cara~terísticas del

crecimiento anual de la población.

Para efectuar el cálculo de la población futura, se dispone de 10 que

puede llamarse la forma de crecimiento en los períodos anteriores y se supone,

además, que habrá continuidad evolutiva en el futuro. Son necesarios los cen

sos que se hayan ~fectuado con anterioridad y con sus datos anal izados debe

estudiarse el crecimiento de la población considerada.

Una vez efectuada la revisión bibl iográfica relacionada con los cen -

62

sos de población efectuados en el país se encontró que para los centros pobl~­

dos a los cuales se proveer~ de energra el~ctrica ~o existe, de acuerdo con

los datos del censo, un desarrollo evolutivo de la población, dado que ~t ~r~.

sentan casos en que de un censo a otro la población disminuye bruscamente, p~

ra luego ascender en la misma forma.

Estimación de la poblaci~n fut~ra

teniendo en cuenta la anterior consideración es aconsejable emplear el

siguiente procedimiento.

1. Determinación de la tasa de crecimiento anual del municipio donde

se encuentra localizadq el centro poblado.

2. Aplicar la misma tasa al ~entro poblado analizado.

3. Se calcula la poblaciqn para un perrodo futuro de 10 años, valor

que se utilizará para la estimación o cálculo de la demanda.

Fórmula a util izar:

donde

Pf = P. (1 + i)n

Pf Población futura a estimar

P Número de habitantes de la localidad en el 'último censo.

Tasa de crecimiento

n Número de años para- los cuales se estimará la población.

(11 ")

Para la determinación del número de habitantes por vivienda se tomó

el promedio dado por anteriores censos en las poblaciones estudiadas, estable

ci~ndose así un promedio de 6 habitantes por vivienda.

Tabla 14 Estimación de la población al año 1982.

Tasa de Población Población PoblaciónEstado Municipio Centro poblado crecimiento 1971 1982 1992

(j) (hab) (hab) (hab)

Mér ida Guaraque Q,uebrada Seca 0,0257 501 662 854Mér ida Guaraque Las Vegas . 0,0257 372 492 634Mér ida Guaraque Rincón del Hato q,0257 326 431 555

C1'

Mér ida Guaraque Loma Redonda 0,0257 438 579 746 w

Táchira Córdoba La Pabellona 0,0414 303 473 710Trujillo San Miguel Potrero Gde. 0,0150 1135 512 595Trujillo Rafael Rangel Loma Pancha 0,0150 355 418 485Trujillo M. Jauregui Loma del Sto. 0,0153 546 645 751Trujill0 Rafae 1 Range 1 Río Abajo 0,0150 307 362 420

Trujillo San Miguel La Cava 0,0150 291 343 398Trujillo San Miguel Jaco 0" 0150 181 213 247

64,

Demanda de Energía Eléctrica

La demanda eléctrica se est imó tomando en cuenta varias referen~¡c:1s

bibliográficas, así como datos suministrados por personeros de la Compañía

Anónima de Distribución, Administración y Fomento Eléctrico, CADAFE.

De acuerdo con los anteriores términos, las Naciones ~nidas,citadas

por Chaquea et al (1979), establecen:

Demanda pico por habitante: 100 vatios

- Demanda de potencia pico por vivienda: 500 vatios

- Demanda de energía por habitante-día: 540 vatios-hr.

Demanda de .- vivienda-día: 2,7 KW-hr.- energla por

Los mismos autores señalan que la anterior demanda supone un nivel de

vida bajo en la población. Ellos,'establecen que los servicios demandados

por una ramil ia con un buen nivel de vida y equipos electrodomésticos modernos

consumen una potencia de un KW por día y una energía de 1.715 K~-hr. La deman

da futura se calcularía con un incremento entre el 1,5% y el 3% anual.

Nozaki (1981), establece para poblaciones con un número de habitantes

entre 500 y 1.000, una demanda de potencia entre 15 y 35 KW. Para la determi­

nación anterior el autor supone que la potencia instalada per-cápita W/hab.

,sea de 30 W - 60 W por habitantp.

La demanda futura se calcularía teniendo en cuenta un incremento entre

el 4% y el 10%.

De acuerdo con la información suministrada por CADAFE, la demanda ru­

ral para el año 1992 sería de 0,65 KW/vivienda.

Teniendo en cuenta lo anterior se preparó la siguiente tabla, en la

65

cual se establece la demanda de potencia de acuerdo con cada uno de los cri ­

terio5 citados anteriormente.

Tabla 15 Demanda de potencia para el año 1992

Demanda PotenciaCentro pob 1ado

Población(1992)(hab) viviendas Chaquea

et alCADAFE ONU

(KW)

Nozaki

--------------------------------_._-----Quebradaseca

Las Vegas

Rincón del Hate

Loma Redonda

La Pabe 11 ona

pot re ro Gde.

L.oma Pancha

Loma de 1 San to

Río Abajo

La Cava

Jacob

854

634

555746

710

595485

751420

398247

142

106

93124

118

9981

125

7066

41

142

106

93124

118

9981

125

7066

41

92,30

68,90

60,45

80,60

76,70

64,35

52,65

81,25

45,50

42,90

26,65

71 ,00

53,00

46,50

62,00

59,00

49,50

40,50

62,50

35,00

33,00

20,50

51 ,10

33.20

33,50

44,60

42,50

35,60

29,20

4~,OO

25,20

23,eO

14,80

Una vez. conocida la magnitud de la demanda de potencia por los cuatro

criterios util izados y efectuado un análisis comparativo entre ellos v el al

cance de cada uno de los estudios tomados en cuenta para estimar la demanda

futura, se consideró prudente determinar la demanda util izando los valores dA

dos por CADAFE para tal fin, teniendo en cuenta que ésta se establece en ba­

se a estudios elaborados sobre las necesidades eléctricas de la zona andina.