PHE Quebrada Nueva

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El PHE-Quebrada Nueva se identificó como resultado de los estudios para el suministro de agua potable al municipio de Puerto Libertador, Córdoba, encomendados por Fundación San Isidro entidad filantrópica promotora de desarrollo social de Cerromatoso S. A. al ing. David Puerta Z.. La opción de suministro de agua para el acueducto, recomendada por el ing. Puerta, permitiría el aprovechamiento complementario del caudal y del salto hidráulico para alimentar una microcentral con capacidad de 128 kW, reduciendo substancialmente los costos de inversión, operación y mantenimiento. A continuación se transcribe verbatim el aparte del informe, presentado en octubre de 2003, relacionado con el aprovechamiento hidroeléctrico.

Evaluación preliminar del aprovechamiento hidroeléctrico del salto en quebrada Nueva

Introducción

Como el acueducto de Puerto Libertador consumirá solamente un porcentaje del agua disponible en el sitio de captación en la quebrada Nueva, para aprovechar el potencial determinado por el salto de más de cuarenta metros de caída, se ha pensado en construir una pequeña central hidroeléctrica que consuma un caudal firme en las épocas normales y de aguas altas.

Esta pequeña central aprovecharía las mismas instalaciones de bocatoma y desarenador diseñadas para la captación de acueducto; la casa de máquinas estaría localizada en la orilla izquierda de la quebrada, al pie de la escarpa formada por el salto; la conducción forzada bajaría desde el desarenador hasta la casa de máquinas, por el costado izquierdo de la cascada, asegurada a la roca. La tubería de descarga iría directamente al cauce de la misma quebrada, por lo cual no se perdería ningún volumen de agua, por lo cual los caudales ecológicos en los sectores de altitud inferior, a partir de la cascada, no se verían menguados por la implementación del sistema.

Posibilidad de generación de energía

Para el cálculo de las posibilidades de generación de energía, se utilizó el modelo numérico elaborado por el Ministerio de Recursos Naturales de Canadá en 1998. Las hojas de cálculo del modelo (formatos Energy Model, Cost Analisis y Financial Summary), se entregan como anexo al final de este apéndice.

Como datos de entrada al modelo se incorporaron los elementos significativos y específicos de las condiciones en la quebrada Nueva, a saber: La curva de duración de los caudales promedios en la quebrada, calculada en el capítulo 7 del informe de prefactibilidad de acueducto, se muestra en la Figura 1. A los valores de la curva se les resta el caudal derivado para el acueducto de Puerto Libertador. De esta manera los caudales excedentes para generación eléctrica tienen los valores indicados en el Cuadro 1. Los valores de caudal en la curva de duración determinan un tipo estandarizado de curva, con la cual el modelo calcula los elementos hidrológicos necesarios, tal como se muestra en la hoja de cálculo anexa (Energy Model). Para ello se incorporan los datos físicos sobre la cuenca y la quebrada, así:

Área de la cuenca aguas arriba de la captación 5,4 km2
Caída disponible en la tubería forzada 48 m
Carga pico estimada en el sistema 250 kW
Demanda de energía supuesta 1.000 kW
Relación de caudal de diseño / caudal promedio 0,78

Figura 1. Curva de duración de caudales medios mensuales para la quebrada Nueva


Cuadro 1. Caudales utilizables
para generación de energía
tiempo (%) caudal (m3/s)
0 1,419
5 0,919
10 0,859
15 0,779
20 0,689
25 0,639
30 0,599
35 0,549
40 0,529
45 0,499
50 0,469
55 0,409
60 0,349
65 0,299
70 0,249
75 0,209
80 0,179
85 0,169
90 0,149
95 0,129
100 0,089

Con estos datos, el modelo define:

Caudal de diseño de la planta: 0,34 m3/s
Tipo de turbina más adecuado: Francis

Las características de operación se definen a continuación:

Eficiencia de la turbina 90 %
Eficiencia del generador 95%
Pérdidas en transformación 1%
Pérdidas hidráulicas 4%
Pérdidas por energía parásita 2%
Pérdidas de tiempo anuales 3%
Total de pérdidas en generación 10%

En las anteriores condiciones, se calcula la producción anual de energía, con los siguientes resultados:

Capacidad de la planta 128 kW
Capacidad firme 25 kW
Factor de capacidad disponible anual (bruto) 68%
Factor de ajuste por tipo de turbina 0,97
Factor de capacidad disponible anual (neto) 66%
Energía renovable disponible 742 MWh
Relación de capacidad de la planta 0,51
Relación de absorción en pequeña hidroeléctrica 0,99
Factor de ajuste en absorción de energía 1
Energía renovable entregada 736 MWh
Exceso de energía renovable disponible 5 MWh

Análisis preliminar de costos

Con base en promedios internacionales de costo de este tipo de proyectos, el modelo calcula los costos asociados al diseño, construcción, equipamiento electromecánico, obra civil y puesta en marcha de la pequeña central. Para este cálculo no se incorporó el costo de carretera de acceso, pero se supuso una línea de conducción de 4,0 km de longitud. Como datos de entrada, se dan los siguientes:

Caudal de diseño 0,34 m3/s
Caída disponible 48,0 m
Capacidad de la planta 128 kW
¿Toma a filo de agua? si
¿Red de distribución conectada al sistema? no
Longitud de carretera de acceso 0,0 km
Longitud de la línea de transmisión 4,0 km
Longitud de la cresta de la presa derivadora 4,5 m
Longitud del conducto forzado 54,0 m
Distancia a préstamos de materiales 0,5 km
Tasa de interés 8,8%

Los costos iniciales, a precios internacionales, son entregados en dólares de Estados Unidos. Para la conversión a pesos colombianos se usa la tasa de septiembre de 2003, a saber:

US$1,00 = 2.850,00 co$

Los costos iniciales estimados se muestran en el Cuadro 2.

Cuadro 2. Costos de instalación de la planta
Costos iniciales Valores en millones de pesos
parcial total
Estudio de factibilidad - 25,65
Diseño técnico y gestión ambiental - 28,50
Interventoría y supervisión - 19,95
Equipos electromecánicos - 387,60
Costo de la planta generadora - 279,30
Carretera de acceso 14,25 -
Línea de transmisión 51,30 -
Obras civiles 213,75 -
Permisos, licencias, imprevistos - 82,65
Costo total de instalación de la planta 823,65

Los costos anuales estimados se indican en el Cuadro 3.

Cuadro 3. Costos anuales de operación
Costos anuales valor anual
1·106$co
Pólizas de seguros 3,29
Mantenimiento de lnea de transmisión 1,54
Mantenimiento y repuestos equipos 4,12
Costos de personal y mano de obra de 85,50
Costos de vehículos y transportes 17,10
Administración y gastos generales 11,15
Imprevistos 12,27
Costo anual total 134,98

Evaluación financiera

En el cálculo de la viabilidad financiera del proyecto, se utilizaron parámetros estandarizados a escala internacional, a saber:

Tasa anual de inflación aplicable (Colombia) 7,0 % Tasa de interés de la deuda 7,5 % Plazo para la deuda 25 años Vida útil del proyecto 35 años


El balance de operación anual se calcula con base en los siguientes parámetros:

• Costos: Costos de operación anual M$ 134,98 Servicio de la deuda M$ 66,50 Costos anuales totales M$ 201,38

• Ahorros: Ahorros por energía M$ 419,87 Ahorros por capacidad M$ 7,84 Ahorros totales anuales M$ 427,71


Los indicadores de la evaluación financiera, se muestran en el Cuadro 4.

Cuadro 4. Indicadores financieros Tasa interna de retorno TIR 287,60% Años necesarios para equilibrio años 0,4 Valor presente neto VPN 2.622,63 Utilidad total en la vida del proyecto M$ 11.608,11

Conclusiones

  • El proyecto de generación eléctrica aprovecha la infraestructura construida para la captación del acueducto.
  • Se ha supuesto la utilización de los caudales en exceso sobre los usados para el acueducto, sin embalse de regulación. En caso de construirse un embalse, las condiciones de viabilidad se mejorarían notoriamente.
  • La energía producida en la pequeña planta, podría servir para bombeo de acueductos veredales y/o servicio domiciliario para los sectores de Lucas Arriba y Lucas del Medio, aprovechando las aguas de retorno a la quebrada Nueva. La operación del sistema sería prácticamente gratuita, cuando se observa el alto rendimiento financiero del proyecto.
  • Los indicadores de la evaluación financiera son positivos y amplios.
  • El proyecto es viable desde los puntos de vista técnico, económico y financiero.
  • Desde el punto de vista ambiental, el proyecto tiene la ventaja de no entorpecer el flujo de los excesos de caudal hacia los sectores de inferior altitud de la quebrada Nueva.
  • Se recomienda avanzar en la verificación de la factibilidad ambiental y realizar el estudio de demanda de la energía que podría generar el sistema.


David Puerta Zuluaga
Ingeniero Civil, matrícula 5.492 CND
Ingeniero Hidráulico DHE Delft, 1965