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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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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.