PICO HIDROPotencia para Aldeas

Un Manual Práctico para Instalaciones de hasta 5 kWen Terrenos de Pendientes Fuertes

Phillip Maher y Nigel Smith

Edición 2.0Mayo 2001

Este manual es producto de un proyecto financiado por el Departamento para el Desarrollo Internacionalde Gran Bretania (UK Department for International Development (DfID)) para el beneficio de paises endesarrollo. Las opiniones expresadas en este documento no son necesariamente las propias del DfID

Renuncia y Aviso

Los autores no aceptan responsabilidad por daños o muerte que puedan resultar de la incorrectafabricación, instalación u operación de los equipos descritos en este manual. Tenganse en mente que todalabor de instalación y reparación de equipos eléctricos y mecánicos debería ser siempre supervisado yrevisado por un técnico o ingeniero calificado y con experiencia.

RECONOCIMIENTOS

Los autores quisieran por este medio agradecer al Profesor Alexandre Piantini de la Universidade de SãoPaulo, Brasíl por sus valiosos aportes a la Sección 16 del manual, referente protección de sistemas aisladosde distribución eléctrica contra relámpagos.

Además al Ing. Mauricio Gnecco de la Fundación para el Desarrollo de Tecnologías Apropriadas de Colombiaquien aportó ideas acerca del contenido y presentación del manual, y al Dr. Arthur Williams de laUniversidad de Nottingham Trent cuyas revisiones de los primeros borradores ayudaron a dar forma almanual.

De igual manera agradecemos las fotografías contribuidas por : Ghanashyam Ranjitkar de Energy Systems,Nepal, por Drona Raj Upadhyay de Intermediate Technology Development Group, Nepal y por Teo Sanchezde ITDG Peru.

Nuestro especial agradecimiento a Rebecca Leaf de ATDER-BL por su contribución con la traducción enEspañol.

CONTENIDOS1 Introducción ...........................................................................................1-1

2 Principios básicos de Pico Hidro......................................................................2-1

3 Identificación del Primer Proyecto ..................................................................3-1

4 Planificación de un Proyecto Pico Hidro .............................................................4-1

5 Propiedad y Viabilidad ...............................................................................5-1

6 Esquema de las Obras ................................................................................6-1

7 Levantamiento del sitio ...............................................................................7-1

8 Esquemas para Pico Hydro ...........................................................................8-1

9 Generación de Electricidad ..........................................................................9-1

10 Manejo del Caudal de Agua ........................................................................ 10-1

11 La Tuberia Forzada................................................................................. 11-1

12 La Casa De Maquinas ............................................................................... 12-1

13 Seleccion de las Cargas ............................................................................ 13-1

14 El Sistema de Distribución Eléctrica .............................................................. 14-1

15 Alambrado Domiciliar ............................................................................... 15-1

16 Protección de Sistemas Pico Hidro Contra Relámpagos........................................... 16-1

17 Pruebas, Puesta en Servicio y Operación.......................................................... 17-1

18 Identificación de Fallas ............................................................................ 18-1

19 ANEXOS............................................................................................. 19-1

20 Referencias y Direcciones .......................................................................... 20-1

21 Glosario .............................................................................................. 21-1

22 Indice................................................................................................ 22-1

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1 INTRODUCCIÓN¿Qué es la Pico Hidro?Pico hidro refiere a instalaciones hidroeléctricascon niveles de generación eléctrica menores decinco kilovatios. Sistemas hidroeléctricos de estetamaño gozan de ventajas en términos de costosy simplicidad, comparados con sistemashidroeléctricos de mayores capacidades, debidoa distintos procedimientos que se aplican en lospasos de diseño, planificación e instalación de lospico-sistemas. Recientes inovaciones en latecnología pico hidro han hechos que se conviertaen una tecnología energética economicamenteviable aún en partes del mundo muy pobres einaccesibles. Además es una fuente de potenciaversátil. Puede generar electricidad CA(corriente alterna) permitiendo el funcionamientode equipos eléctricos estandars, y la distribuciónde la electricidad a toda una aldea. Ejemploscomunes de los aparatos que funcionan ensistemas pico hidros son: bujías para iluminación,radios, televisores, refrigeradoras, y equipos deprocesamiento de alimentos. Con algunos diseñospico hidro es posible también sacar fuerzamecánica directamente del eje de la turbina,permitiendo el funcionamiento de maquinariastales como herramientas para talleres, molinos degranos, y otros equipos de procesamiento de losproductos agrícolas locales. Este manualinstructivo explica como escoger e instalarsistemas pico hidro apropiados para zonasmontañosas o donde el terreno tiene fuertespendientes.

El MercadoA nivel mundial, existe un mercado sustancialpara sistemas pico hidro (hasta 5 kw) en paisesen vías de desarrollo. Este mercado existedebido a varios factores :

• A menudo, aún en paises que tengan ampliasredes de distribución eléctrica, hay muchascomunidades pequeñas sin electrificarse. Apesar de la fuerte demanda por laelectrificación, la conexión de estascomunidades a las redes no es rentable paralas empresas eléctricas, debido a los bajosniveles de consumo de una comunidad pequeña.

• Para pico hidro se requieren caudalespequeños, por lo cual existen numerosasfuentes aprovechables de agua. Muchas vecesun manantial o un arroyo pequeño proveesuficiente agua para la instalación pico hidro.

• La maquinaria pico hidro es pequeña ycompacta. Los componentes pueden serfacilmente transportados a sitios remotos yde dificil acceso.

• Es posible la fabricación local de los equipos.Los principios de diseño y procesos defabricación son fáciles de aprender. Esoayuda para que ciertos de los costos de losequipos estén acordes con los nivelessalariales de la mano de obra local.

• La cantidad de casas que se conectan a cadasistema pico hidro es pequeña, tipicamentemenor de 100 casas. Por lo tanto esrelativamente fácil recoger el capital inicialpara la ejecución del proyecto, y eso tambiénsimplifica el manejo del mantenimiento delsistema y el cobro del servicio eléctrico.

• Instalaciones pico hidro cuidadosamentediseñadas tienen costos por kilowatio menoresque instalaciones fotovoltáicos solares o deviento. Sistemas de generación diesel, aunquetengan un costo inicial menor, resultan máscostosos sobre su vida útil debido al altocosto del combustible.

Obstaculos al Desarrollo del MercadoEl motivo principal del desaprovechamiento delmercado de pico hidro es sencillamente queequipos turbo-generadores para pico hidro noestán disponibles en muchos paises. Donde estándisponibles, hay pocas personas quienes sabencomo diseñar e instalar un sistema completo picohidro.

ObjetivosEste manual tiene como meta ayudar a superarestos problemas, mediante la presentación deinstrucciones claras acerca del diseño y lainstalación de proyectos pico hidro a nivel local.Los diseños recomendados enfatizan sencillez,bajo requerimiento de mantenimiento, y largavida útil. El generador de inducción es unejemplo de una tecnología que cada vez se utiliza

Introducción

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más en instalaciones de bajo costo y altaconfiabilidad en el rango de potencias de las picohidros. El generador de inducción esespecialmente apropiado para acoplamientodirecto con rodetes Pelton pequeños los cualespueden girar a la velocidad requerida. Laoperación de motores de inducción comogeneradores es descrita en este manual y se daninstrucciones completas para las conexioneseléctricas.

La tubería forzada y el cable de distribucióneléctrica a menudo son los componentes máscostosos de un proyecto de electrificación picohidro. Técnicas para reducir los costos de lasobras civiles y redes de distribución eléctricajuegan un papel importante en la exitosarealización de proyectos pico hidro, y éstastambién se describen en este manual.

AlcanceEl enfoque de este manual es la implementaciónde tecnología hidro para la electrificación depequeñas aldeas en zonas donde los terrenostienen fuertes pendientes. Este enfoquerestringe la gama de diseños de turbinas ygeneradores a los apropiados para desnivelesmedianos o altos (desniveles mayores de 20metros), y nos exige el uso de generación enCorriente Alterna, visto que sistemas de bajovoltaje en Corriente Directa no puedenfacilmente transmitir la electricidad a distanciasmayores de unos pocos metros. Muchos aspectosde los métodos de implementación descritos, sinembargo, son apropiados también para otrostipos de diseños incluyendo los propios de sitioscon desniveles menores y proyectos quebenefician a un solo usuario en vez de unacomunidad.

Publicaciones ComplementariasManuales sobre temas relacionados han sidoescritos para promover la difusión de la tecnologíapico hidro. Un manual para fabricantes de equipostitulado, “El Pico Power Pack – Instrucciones paraFabricación y Ensamblaje” tiene como metaestimular la fabricación local de los diseñosrecomendados, por este medio reduciendo losproblemas de indisponibilidad de equipos que existeactualmente en muchos paises.

La guía “Iniciando un Negocio Aprovechando FuerzaHidráulica” promueve la implementación deproyectos para la generación de ingresos ybeneficios comunitarios a través de estosproyectos. En particular, describe casoscomprobados de exitosos usos comerciales de latecnología pico hidro. Alentando a empresarioslocales a implementar instalaciones pico hidro comofuente de potencia para sus negocios, lastecnologías pueden ser más facilmente financiadasaún en áreas donde no hay disponibilidad decréditos ni subsidios para la gente de las zonasrurales.

LectoresEste manual se dirige a cualquier persona quientenga interés en pico hidro para elecctrificaciónrural. En particular a personas quienes estáncomenzando a considerar esta tecnología porprimera vez. Solicitamos que los lectores nosenvíen sus críticas y sugerencias, para irmejorando y actualizando los contenidos basadosen las experiencias de nuestros lectores.

Figure 1-1 Los recursos para pico hidro son abundantes –el caudal de un manantial muchas veces es suficiente paragenerar electricidad. (Jarcot, Mustang, Nepal)

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2 PRINCIPIOS BÁSICOS DE PICO HIDRO

Figure 2-1 Componentes de un Sistema Pico Hidro

Un sistema pico hidroeléctrico aprovecha lapotencia de una caida de agua. La Figure 2-1demuestra el esquema de un sistema pico hidro.Cada uno de los componentes se describe enmayor detalle a continuación.

A. La Fuente de agua es un arroyo, o a veces uncanal de irrigación. Pequeños caudales tambiénpueden ser derivados de los caudales grandes delos ríos. Lo importante es que la fuente de aguasea confiable en cuanto al caudal, y que el agua nosea requierda por otras personas para otrospropósitos. Los ojos de agua son excelentesfuentes, visto que se puede contar con ellos aúnen la temporada de sequía, y usualmente su aguaes limpia. Esto hace que la obra de toma seamenos propenso a atascarse con sedimentos y porende no requiere frecuentes limpiezas. Para

mayor información referente las fuentes de aguay las obras de toma, ver Section 10.1.

B. El agua fluye desde la Fuente hacia la Cámarade Carga. Esta a veces se dimensiona paraformar un pequeño reservorio. Un reservoriopuede ser útil para almacenamiento de agua encaso que el caudal sea insuficiente en temporadaseca. Para recomendaciones sobre el diseño y laconstrucción de Cámaras de Carga, léase laSección 10.2.

C. El agua fluye desde la Cámara de Carga oreservorio, cuesta abajo por una tubería larga ala cual se le llama la Tubería Forzada. Al final dela Tubería forzada el agua sale de una tobera, enforma de un chorro a alta presión. Ver Sección11 para recomendacones referente la selección

B. Cámara de cargao Reservorio

Cuadal(litros por segundo)

C. Tubería forzada(longitud 100 a 500 metros)

D. Turbina y Generador

Lámparas fluorescentesutilizan menos potencia

A. Fuente de Agua (usualmente un manantial o canal pequeño)

H. Cargas electricas talescomo bombillos, radio y TV,se conectan detro de la casa

Desnivel(metros)

Sistema de potencia Pico Hidro

F. Carga Mecánicap.e. un Molino

El agua se desalojapor el canal dedesfogue

G. El sistema de Distribución conecta las casas de la aldeaal generador

E. Controlador Electrónico

Electricidad220V 50Hz o 110V 60Hz

Principios básicos de Pico Hidro

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de la Tubería Forzada. El sistema pico hidrodescrito en este manual es apropiado paralugares donde hay terrenos con pendientes. Serecomienda una caida de agua (desnivel) de por lomenos 20 metros. Habiendo una caida de unmínimo de 20 metros hace que el caudal de aguarequerido para generar suficiente potencia paracubrir las necesidades básicas de una aldea seaun caudal pequeño.

D. La potencia del chorro de agua, a la cual sele refiere como la “potencia hidráulica”, estransmitida al rodete de la turbina y el rodetetransforma la potencia hidráulica en potenciamecánica. El rodete de la turbina tiene “aspas” o“cucharas” que lo hacen rotar cuando reciba elimpacto del chorro de agua. Por la palabraturbina generalmente se entiende el conjunto deequipos que incluye el rodete, la tobera, y lacarcasa que los rodea y los proteja. El rodetetipicamente gira a 1500 revoluciones por minuto.La turbina es acoplada al generador. El propósitodel generador es él de convertir la potenciamecánica giratoria de la turbina en potenciaeléctrica. Así es que el agua de un arroyo puedeconvertirse en electricidad.

E. Se conecta un controlador electrónico algenerador. El controlador hace que la potenciaeléctrica generada corresponda con las cargaseléctricas que se conectan al sistema. Eso esnecesario para evitar que el voltaje suba y baje.Sin el controlador de carga, el voltaje variaríacada vez que se prendieran y apagaran las luces yotros dispositivos eléctricos.

POTENCIALa potencia se mide en Vatios (W) o kilovatios(kW). 1000 W equivalen a 1 kW. Lasinstalaciones de potencia Pico Hidro producenpotencias eléctricas máximas de 5 kW. Cuandose habla de un proyecto hidroeléctrico esimportante distinguir entre los tres tipos depotencia, visto que cada tipo de potencia tendráun valor distinto. La potencia del agua (potenciahidráulica) siempre será mayor que la potenciamecáncia y que la potencia eléctrica. Eso se debeal hecho que, al convertirse la potencia de unaforma en otra, una parte de la potencia se pierdeen cada etapa de la transformación, a como seilustra en la Figura 2.2.

Figura 2-2 Una parte de la potencia se pierde en cadaetapa de transformación desde el chorro de agua hasta laelectricidad.

La mayor pérdida usualmente ocurre en laconversión de la potencia hidráulica en potenciamecánica, cuando el chorro de agua impacta en elrodete de la turbina. En una instalación biéndiseñada y bién construida, aproximadamente untércio (30%) de la potencia del chorro de agua seperderá en esta transformación. Las pérdidaspueden ser aún mucho mayores en instalacionesmal-hechas. 20% a 30% adicionales se perderánen el generador en la transformación de lapotencia mecánica en electricidad. Algo depotencia también se pierde en la TuberíaForzada. El agua en contacto con las paredesinternas de la tubería se lentea y pierde fuerzadebido al roce de la fricción. Esta pérdida depotencia se expresa en metros de pérdida dedesnivel. Su valor tipicamentes es de entre 20%a 30% del desnivel total. Antes de tomar encuenta estas pérdidas en la tubería, a la caida oel desnivel se le refiere como el desnivel bruto,después de restar las pérdidas se le llamadesnivel neto.

EFICIENCIAEficiencia es la palabra que se utiliza paraexpresar qué tan buena o mala es la conversiónde la potencia de un tipo a otro. Una turbina quetiene una eficiencia del 70% convertirá 70% dela potencia hidráulica en potencia mecánica (losrestantes 30% se pierden). La eficiencia delsistema resulta de la combinación de laseficiencias de todos los procesos en conjunto. Laeficiencia del sistema para la generación deelectricidad utilizando tecnología pico hidrotípicamente es de entre 40% a 50%.ej. como estimado preliminar, si hay en un arroyopequeño, 2.8 kW de potencia hidráulica, lacantidad de electricidad que se podrá generar esaproximadamente :

2.8 x 45% = 2.8 x 0.45 = 1.26 kW

Potencia Hidráulica

Potencia Mecánica(de la turbina)

Pérdidas en laTubería Forzada= hasta un 30%

(de la Tubería Forzada)

Pérdidas de Potentia en la Turbina = 30%

Potencia Eléctrica(del generador)

Pérdidas dePotencia en elGenerador= 20 a 30%

Principios básicos de Pico Hidro

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Ejemplo 1 Calcular la potencia hidráulicade un arroyo pequeñoLa Potencia Hidráulica de un arroyo puedecalcularse una vez que se hay medidos el Desnively el Caudal. La fórmula para calcular la PotenciaHidráulica es la siguiente:

Potencia = Desnivel (metros) x Caudal(litros/seg) x 9.81

Si el desnivel que tiene un arroyo es de 60metros, y el caudal es 10 l/s, ¿ cuánta es lapotencia ?

Potencia = 60 x 10 x 9.81 = 5886 vatios (W) o 5.9 kilovatios (kW)

F. La Carga Mecánica refiere a una máquina lacual se conecta al eje de la turbina, a menudo pormedio de un sistema de poleas, de manera que seextrae potencia directamente de la turbina. Lafuerza giratoria del rodete de la turbina puedeutilizarse directamente para hacer girarmaquinarias tales como molinos de granos,equipos de carpintería, etc. Aunque se pierdaaproximadamente 10% de la potencia mecánica enel sistema de poleas, aún así resulta una manerabastante eficiente de aprovechar la potenciadisponible de la turbina. Con el uso de cargasmecánicas, se aprovecha más la potencia, vistoque no se incurre en las pérdidascorrespondientes a generadores ni a motoreseléctricos. Para recomendaciones referentecargas mecánicas, ver la Sección 13.

G. El Sistema de Distribución transmite laelectricidad desde el generador hacia las casasde los usuarios. Ësta es, en la mayoría de loscasos, una de las partes más costosas del sistemapico hidro. En la Sección 14 se dan informacionesdetalladas de como diseñar el sistema dedistribución y escoger los calibres correctos delos cables eléctricos.

H. Las Cargas de los Usuarios usualmente estánconectadas adentro de las casas. “CargaEléctrica” es un término general que refiere acualquier dispositivo que utiliza la electricidadgenerada. Los tipos de cargas eléctricas que seconectan a un sistema pico hidro dependen de lacantidad de potencia generada. Se prefieren laslámparas flourescentes visto que consumen

mucho menos potencia que las luminariasincandescentes (de filamento). Eso permite quese conecten más lámparas al mismo generador.En la Sección 13.1. se presenta más informaciónreferente la selección de luminarias y otrascargas eléctricas.

Ejemplo 2 Calcular (i) el desnivel neto, (ii)la potencia mecánica aprovechable, y (iii) lapotencia eléctrica que podrá generarse, delmismo arroyo del Ejemplo 1Para el propósito de estos cálculos, presumir que:25% del desnivel bruto se perderá en fricción enla tubería forzada, la turbina tiene una eficienciadel 65%, y el generador tiene una eficiencia del80% ?

(i) Calcular el desnivel netoSi 25% del desnivel bruto se pierde en fricciónen la tubería, entonces estas pérdidas porfricción equivalen a : 0.25 x 60m = 15m.Habiendo pérdidas de 15m, entonces el desnivelútil resultante ( o sea, el desnivel neto ) será :

= 60 - 15 = 45 m

La potencia hidráulica neta disponible en elchorro de agua entrando a la turbina, entonces esmenor que la que se calculó previamente en baseal desnivel bruto. Ahora, basando el cálculo en eldesnivel neto, tenemos :

Potencia = Desnivel Neto x Caudal x 9.81= 45 x 10 x 9.81= 4414 W

(ii) Calcular la potencia mecánicaSi la turbina tiene una eficiencia del 65%, lapotencia mecánica que produce será:

Potencia (Mecánica)= potencia hidráulica neta x eficiencia de laturbina = 4414 x 0.65 = 2870 W

(ii) Calcular la potencia eléctrica generada Si el generador tiene una eficiencia del 80%,entonces la potencia eléctrica que podrágenerarse para iluminación y otros usos será :Potencia (Eléctrica)= potencia mecánica x eficiencia del generador = 2870 x 0.8 = 2295 W o sea, 2.3 kW

Planificación de un Proyecto Pico Hidro

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3 IDENTIFICACIÓNDEL PRIMERPROYECTO

En caso que Ud. esté montando unaempresa/negocio de pico hidro, o esté iniciandoun programa de pico hidro comunitario, esimportante escoger con cuidado el primerproyecto, visto que éste servirá de enfoque deinterés para los clientes o comunidades. Alidentificar el primer proyecto, es importantemaximizar los beneficios, y ¡ minimizar losdolores de cabeza !Tómense en cuenta las siguientes sugerencias :

3.1 Ubicación General1. Accesible para Ud. :Búsquese un sitio en un distrito que sea para Ud.facilmente accesible, para minimizar sus gastosde viajes, y para que Ud. pueda visitar el sitio sindificultad en caso que ocurren problemas con lasinstalaciones..2. Accesible para clientes y financiadores:Escoja distritos que estén cercanos y accesiblesa los futuros clientes/usuarios de pico hidro ytambién accesible a los financiadores, para quetodas estas personas claves puedan visitar yconocer el proyecto.

3.2 Ubicación Específica1. Sin “retos” técnicos:Identifíquese un sitio que NO SEA de retostécnicos, es decir un sitio donde no se requieranobras civiles complicadas para transportar elagua, donde sí haya caudal suficiente, donde eldesnivel sea apropiado para la instalación de unaturbina y un generador de características yaconocidas y comprobadas.2. Cercano a los usuarios de la electricidad:Búsquese un proyecto donde las líneas dedistribución eléctrica serán cortas, de estamanera se minimizan los costos de construcción ymantenimiento de las líneas.3. Cantidad pequeña de usuarios:Seleccione un sitio donde la cantidad de usuariossean pocos, para que el requerimiento de potenciasea pequeño; eso disminuye el riesgo. Con pocos

usuarios, también se hace más facil laorganización y el manejo del proyecto.4. Una comunidad bién organizada y bién

motivada:Es muy importante que los beneficiarios delproyecto sean una comunidad harmoniosa, sindivisiones ni conflictos, y bién motivados a tenerun proyecto pico hidro y dispuestos a contribuircon mano de obra y dinero para la realización delproyecto. Si hay personas con habilidades ycapacidad para ayudar con las instalaciones, esoserá un beneficio adicional.5. Cercano a un camino:Al escoger un sitio cercano a un camino, esofacilitará la llegada de la gente, para queconozcan el proyecto y hagan propagandafavorable a su trabajo con pico hidro.

3.3 Para Lograr un Máximo de BuenaPropaganda

! Invite a alguna persona importante del lugarpara inaugurar el proyecto, y anime a laprensa local a asistir a la inauguración.Entregue con anticipación a los medios deprensa un anuncio para publicarse,cuidadosamente preparado. (Vale gastar unosdólares pagando a un experto en mercadeopara que prepare este anuncio).

! Prepare un folletito o afiche atractivo, que seentrega a la gente para animarlos a que lecontraten a Ud. para realizar más proyectospico hidros en la zona.

! Ponga unos rótulos atractivos para dirigir alos visitantes al sitio de la pico hidro.

! Anime a los dueños del proyecto a establecerpequeños negocios utilizando la potenciadisponible de la pico hidro. Para ideas alrespecto, puede obtenerse un folletoilustrado, titulado ‘Water Power for a VillageBusiness’ (Pico Hidro para PequeñosNegocios) de la misma fuente que distribuyeeste manual.

Planificación de un Proyecto Pico Hidro

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4 PLANIFICACIÓNDE UN PROYECTOPICO HIDRO

Este capítulo plasma los pasos requeridos para larealización de un proyecto pico hidro para laelectrificación de una aldea. El orden de lospasos es importante para asegurar que larealización del proyecto proceda de manera biénorganizada.

PASO 1 VERIFICACIÓN DE COSTOS YDISPONIBILIDAD DE EQUIPOS

Verificar las fuentes de los componentes yequipos que se van a necesitar, especialmente lasturbinas, los generadores y los controladores.Para los equipos disponibles, conocer los rangosde caudales, desniveles, y potencias apropiados.Obtener de los suplidores los costosaproximdados todos los equipos y materialesrequeridos, o se pueden obtener costos de otrasinstalaciones parecidas de la misma zona. En casode no obtener costos de referencia, puedecalcularse un costo total aproximado para elproyecto en base a un costo unitario de$3,000/kW.

Visitar a otros proyectos pico hidro y asuplidores de turbinas, generadores, tuberías ycable eléctrico. Estos serán los componentesmás costosos de cualquier instalación pico hidro.

PASO 2 VALORIZACIÓN INICIAL

Determinar si hay:a) deseo local para la electricidad o potenciamecánica ,b) disposición de pagar,c) capacidad local para manejar y administrar elproyecto construido,d) electricidad de las redes nacionales u otras,disponible actualmente o en planificación.

PASO 3 ESTIMACIÓN DE LA POTENCIAREQUERIDA

Hacer estimados preliminares de los caudales ydesniveles disponibles en la zona, para

determinar si es probable encontrar condicionesadecuadas para un proyecto pico hidro.

PASO 4 LEVANTAMIENTO “A” DE LADEMANDA

Estimar la cantidad de casas ubicadas dentro deun radio de 1km de la fuente de agua, y de estasfamilias, cuántas estarán dispuestas a pagar elservicio de electricidad.1km es la distancia sobre la cual la electricidadpuede ser transmitida facilmente yeconomicamente. Suponer valores de los costosde capital (la inversión inicial), y los costosprobables de mantenimiento y operación delsistema, para calcular la tarifa adecuada que setendrá que cobrar por el servicio, y también elcosto que se cobrará a cada usuario por el“derecho de conexión”. (ver Sección 5.3)

PASO 5 LEVANTAMIENTO “B” DE LADEMANDA

Examinar qué actividades actuales en lacomunidad requieren de mucha fuerza humanay/o mucho tiempo de los beneficiarios, y quepodrían realizarse mejor aprovechando lapotencia mecánica o eléctrica de la pico hidro.

PASO 6 ESTIMACIÓN DEL TAMAÑO YCOSTO DEL GENERADOR

Estimar el tamaño (potencia) del generador quese requerirá para cubrir la demanda eléctrica.Estimar el costo de este generador en base a lainformación recogida en el PASO 1 arriba.

PASO 7 VERIFICACIÓN PRELIMINAR DEVIABILIDAD

Escoger el tamaño (potencia) más favorable, enbase a los levantamientos de la demanda y elestimado de la potencia requerida. Despuéscomparar los probables ingresos anuales con elcosto del capital (inversión inicial). Ver lossiguientes indicadores de viabilidad :

• si el probable ingreso anual es <10% del costode la inversión inicial, entonces el proyecto noes viable.

• Si el ingreso anual está en el rango del 10-25%de la inversión inicial, entonces el proyectopueda que sea viable.

Planificación de un Proyecto Pico Hidro

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• si el ingreso anual es mayor del 25% de lainversión inicial, entonce el proyecto sí esviable.

PASO 8 CAUDAL & DESNIVEL

Definir una combinación de caudal y desnivelapropiada para generar la cantidad de potenciarequerida, partiendo del equipo turbo-generadordisponible. Habrá que presumir un valor deeficiencia del sistema. En caso de duda, suponeruna eficiencia global del sistema (para latransformación de potencia hidráulica enpotencia eléctrica) del 45%.

PASO 9 ASAMBLEA DE LA COMUNIDAD

Presentar los resultados del analisis preliminar alos pobladores de la comunidad, en una reunión oasamblea pública y abierta, a la cual se deberá deinvitar también funcionarios de las instancias degobierno y organizaciones de desarrollo locales. Presentar toda la información en caracter de“estimados”. Sobre-estimar los costos, y sub-estimar la potencia disponible. Plantear lasopciones de propiedad del proyecto (individual,grupo, comunidad). Explicar lasresponsabilidades y también las posibilidadespara el financiamiento del proyecto. No seproceda al levantamiento y diseño detallado delproyecto mientras no haya acuerdo local encuanto a la forma de propiedad y definanciamiento del proyecto. Considerar si secobrará a los beneficiarios todo o una parte delcosto del levantamiento detallado.

PASO 10 LEVANTAMIENTO DETALLADO

Llevar a cabo un levantamiento detallado del sitio.¿Hay suficiente desnivel para garantizar lapotencia requerida? ¿Será excesivamente larga latubería? ¿Podrá reducirse el largo de la tuberíaincorporandose un canal? ¿Se podrá contar conun caudal adecuado todo el año, o se requerirá deobras para almacenamiento de agua ?Aprovechar los conocimientos de la gente dellugar; si quedan dudas, esperar hasta el final dela temporada seca para medir y confirmar elcaudal mínimo.

PASO 11 CALCULO FINAL DE LA POTENCIA

Ajustar el estimado preliminar del tamaño delgenerador (del PASO 6 arriba), en base a la

nueva evalucación de la potencial hidráulica delsitio (potencia disponible en el arroyo).

En caso que las características de desnivel ycaudal del sitio permitan una potencia mayor quela prevista, puede aparecer atractivo instalartoda la capacidad que ofrece el sitio. Sinembargo, hay varias razones por las cuales espreferible mantener el proyecto pequeño:• Proyectos pequeños cuestan menos, y son más

fáciles de llevar a cabo• Si se hacen errores en la realización del

proyecto, será más barata la corrección de loserrores

• Los costos de mantenimiento y reparacionesserán menores.

PASO 12 MAPA A ESCALA

Dibujar un mapa (plano) del sitio a escala.

PASO 13 ESQUEMA DE LAS OBRAS

Trazar las obras del proyecto sobre el mapa delsitio. Anotar las longitudes de las tuberías, loscanales si hay, y de cada tramo del sistema dedistribución eléctrica en caso que el proyectotenga líneas eléctricas. Dibujar todo a escalasobre el mapa.

PASO 14 REVISION DEL ESQUEMA

Buscar diseños alternativos que podrían resultaren tuberías o líneas eléctricas más cortas, parareducir los costos. Considerar la posibilidad dereubicar la Casa de Máquinas, o incorporarcanales en el diseño.

PASO 15 PRESUPUESTO

Elaborar una lista de los costos reales de loscomponentes principales del proyecto, y obtenercotizaciones de los suplidores por escrito.

Componentes del proyecto : tuberías, turbina ygenerador, líneas de distribución eléctrica, obrasciviles, y otros. Añadir por lo menos un 5%adicional para cubrir posibles imprevistos.Buscar siempre los suplidores quienes ofrecen losprecios más favorables, pero cuidar de nocomprar materiales de mala calidad que puedancomprometer la calidad del proyecto. Negociardescuentos con los suplidores, basados en lascantidades de materiales que se van a comprar.

Planificación de un Proyecto Pico Hidro

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PASO 16 VIABILIDAD FINANCIERA

En base al presupuesto detallado, verificar que elproyecto siempre parezca financieramente viable.Comparar los ingresos proyectados en base alcobro de la electricidad a la tarifa escogida, conlos costos de repagar el financiamiento alcrédito.

Si el proyecto no parece financieramente viable,ver cuales son los costos mayores del proyecto yver si no se pueden reducir estos costos.Rebuscar ofertas más baratos para el cable, lastuberías, etc. Considerar otros niveles depotencia, y también la posibilidad de utilizarlámparas eficientes y conectar a más usuarios,para aumentar los ingresos del proyecto.

PASO 17 CONTRATOS CON LOS CLIENTES.Acordar contratos con los clientes por el serviciode electricidad. El contrato deberá reflejar elmonto de la tarifa mensual que el usuario pagarápor el servicio electrico y también reflejar lacantidad de artefactos eléctricos (dispositivosde iluminación) que el cliente va a comprar.

PASO 18 ARREGLO DE FINANCIAMIENTO

Arreglar el financiamiento requerido en base alos contratos de suministro.

PASO 19 PEDIDOS DE LOS MATERIALES

Colocar los pedidos de materiales y equipos, ytransportarlos al sitio.

PASO 20 CONSTRUCCION

Construir las obras civiles e instalar los equiposelectromecánicos.

PASO 21 CAPACITACIÓN DE OPERADORES

Capacitar a un operador local en todos losaspectos de operación, mantenimiento yseguridad del sistema. Capacitar a los dueños delproyecto en el manejo y administración delsistema.

La capacitación en administración deberá deincluir capacitación en el cobro de la tarifa y el

repago del crédito. También el manejo de unfondo de reserva que cubra los costos demantenimiento del sistema, para asegurar que elsistema eléctrico siga en servicio a largo plazo yde manera sostenible.

PASO 22 CAPACITACION DE LOS CLIENTES

Suministrar información y capacitación a losusuarios, referente aspectos de seguridad en lautilización de la electricidad en sus casas,referente el ahorro de energía, etc.

PASO 23 PUESTA EN SERVICIO DELPROYECTO

Propiedad y Viabilidad

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5 PROPIEDAD YVIABILIDAD

5.1 Opciones de Propieadad5.2 Desglose de Costos5.3 Cálculo de la Tarifa5.4 Convenio con los Clientes5.5 Encuesta para Conocer la Demanda

5.1 Opciones de PropieadadHay dos principales opciones en cuanto al acuerdode propiedad de los proyectos pico hidro:Propiedad Comunitaria- los usuarios de la picohidro pagan el costo del proyecto, y cualquierganancia excedente revierte a la comunidad.Propiedad Empresarial- uno o más empresariospagan el costo del proyecto, y reciben lasganancias que pueden derivarse de la venta de laelectricidad.

Otros modelos tales como PropiedadGubernamental, son menos comunes en losproyectos pico hidro. Los requisitos para laviabilidad del proyecto dependen del modelo depropiedad que se establezca. En el caso de laPropiedad Comunitaria, la viabilidad se califica depositiva cuando las mejoras en la calidad de vida ylos ahorros de dinero por sustituir a otrasfuentes de energía como kerosín o baterías, seanmayores que el costo del proyecto. En el caso dela Propiedad Empresarial, la viabilidad se mideprincipalmente por la tasa de retorno percibidopor el (los) empresario(s) sobre su inversión decapital. Cada modelo de propiedad tiene susventajas y desventajas..

Ventajas y DesventajasP.C. Usualmente la distribución de los beneficios del

proyecto es más pareja, y un porcentaje mayor delas familias de la comunidad obtienen su conexión alsistema.

P.E. Con motivo de sus ganancias, el empresario sepreocupa por las reparaciones y el mantenimientodel sistema, y promueve la utilización productiva dela potencia disponible. El manejo por una personaes más sencillo que la administración por comité.Sin embargo, las familias más pobres de lacomunidad tienden en ser excluidos del serviciodebido a las tarifas más altas impuestas por elempresario.

Table 5-1 Comparación entre las opciones de PropiedadComunitaria (P.C.) y Propiedad Empresarial (P.E.) en losproyectos pico hidro

La realización de una encuesta para conocer lademanda real que existe en la comunidad, y loscálculos de viabilidad financiera, son muyimportantes para decidir si un proyecto picohidro es viable, y para determinar el tamañoóptimo (nivel de potencia) del proyecto.

5.2 Desglose de CostosLos costos del proyecto pico hidro puedendividirse en costos de capital y costos deoperación:Costos de Capital – El costo de capital es elcosto total de la compra e instalación de todoslos materiales y componentes del proyecto. Elcosto de capital se cubre a través de unacombinación de: fondos privados, préstamosbancarios, subsidios del gobierno, y donacionescaritativas. Si no se dispone de otros datos másexactos, se puede estimar los costos de capitalen base a un costo unitario de $3000/kW lo cualdará una cifra conservador para los costostotales de un proyecto pico hidro, excluyendo loscostos del alambrado y artefactos internos de lascasas, la mano de obra, y los postes de la red dedistribución eléctrica.

Costos de Operación – Para poder cobrar latarifa y repagar los créditos, es esencial que elsistema se mantenga en estado operacional unavez que entre en servicio. Los costos deoperación son aquellos costos asociados con laoperación y el mantenimiento del sistema. El pagodel operador varía de un país a otro, siendo típicoun pago de US$ 30 a US$ 50 mensual, visto queeste trabajo normalmente se considera untrabajo de tiempo parcial, y ese sueldo básicopuede suplementarse con otros ingresos. Elsueldo del operador también dependerá de lacantidad de clientes que tenga el sistema;logicamente una red de distribución eléctrica conmuchas casas conectadas requerirá de más laborde mantenimiento que un sistema con pocas casas.

En sistemas muy pequeños, puede darse el casoque al operador se le autorice tener grátis unalámpara, y que no reciba pago alguno en efectivo.Los costos de mantenimiento surgen a raíz de lanecesidad de reparar o reemplazar componentesdañados o gastados de los equipos, para mantenerel sistema en operación normal y confiable. Estoscostos pueden estimarse en base a un porcentaje

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fijo del costo total del capital (p.e. 4-6% al año).La cifra exacta depende del tipo y calidad de losequipos, el cuido con lo cual fueron instalados, yla atención que se presta a su mantenimiento.Faltando datos más precisos, puede estimarse unvalor de 6% anualmente.

5.3 Cálculo de la TarifaLa tarifa es el pago que se les cobra a losusuarios por el servicio eléctrico. En los sistemaspico hidro, usualmente la tarifa es un monto fijoque se cobra cada mes. Eso es posible gracias aluso de limitadores de carga en vez de medidoresde consumo. Los limitadores de carga limitan elconsumo de cada casa a la cantidad contratada(ver la explicación en la Sección 15.3) Elprocedimiento para la fijación de la tarifadepende del arreglo de propiedad que tiene delproyecto, y del tipo de financiamiento con lo cualcuenta. Tienen que preverse aumentos en latarifa para compensar los aumentos en costos derepuestos, etc. que resultan de la inflación.Puede facilitar el entendimiento de estosaumentos que se les relacione con otros preciosescalonados por la inflación, por ejemplo lastarifas del servicio eléctrico nacional. Para quelos clientes aprecien una relación directa entre lacantidad de electricidad que consuman y la tarifaque pagan, es útil aprovechar el concepto de los“paquetes de iluminación”..Paquetes de IluminaciónUn “paquete de iluminación” es el suministro deelectricidad suficiente para operar una lámpara yposiblemente un radio. La ventaja de esteconcepto es que permite a los usuarios facilmentecomparar el costo del servicio eléctrico pagadocon el beneficio obtenido. En caso de utilizarlámparas flourescentes, el paquete de iluminacióntipicamente provee de 15 vatios. Se instalanlimitadores de carga los cuales limitan elsuministro de potencia a la que se requiere paraalumbrar la cantidad de paquetes de iluminaciónescogidos y contratados por el usuario. Elusuario paga una tarifa mensual fija por cadapaquete de iluminación

Proyectos Propiedad Comunitaria, sin préstamobancarioEn este caso los usuarios pagan un monto inicial locual cubre los costos de capital del sistema, y unapequeña tarifa mensual que cubre los costos deoperación y mantenimiento

Los costos al usuario pueden estimarse a comosigue:1. El costo de conexión, por cada paquete de

iluminación, se calcula utilizando datos dereferencia obtenidos de otros proyectos picohidro, o presumiendo un costo de $3000/kW(cifra que no incluye el costo del alambradointerno de las casas). Por ejemplo, si el costodel sistema pico hidro es de $3000/kW ycada paquete de iluminación es de 15Wentonces el costo del capital será de $45.Esto deberá de pagarse de antemano parapermitir la compra de los componentes delproyecto. Los costos del alambrado internode la casa también tendrán que ser pagadopor cada usuario.

2. Estimar los costos de mantenimiento delsistema. Si el monto para mantenimiento es el6% anualmente del costo del capital($3000/kW), entonces el costo por cadapaquete de iluminación de 15W será de $0.23mensualmente.

3. Estimar el costo mensual del pago deloperador, y dividir entre la cantidad total depaquetes de iluminación para conocer el costomensual por paquete de iluminación. Porejemplo, si se espera que van a contratarse100 paquetes de iluminación, y el pago deloperador será de $30 mensual, entonces elcosto del operador por paquete de iluminaciónserá de $30/100 = $0.30 mensual.

4. Sumar el costo del operador más el costo demantenimiento para obtener el costo deoperación por paquete de iluminación quetendrán que pagar los usuarios cada mes..

Proyectos Propiedad Comunitaria, con préstamobancarioEn muchos casos, las familias rurales no disponende suficientes fondos líquidos para pagar elcapital del proyecto. Bajo esas circunstanciasdeberá de considerarse la obtención de unpréstamo, usualmente de algún banco. Un plazorealista para el repago del préstamo deberá decalcularse. Usualmente el plazo será de entre 3 a15 años. Abordarse con los bancos y otrasfuentes de créditos para conocer los abonosmensuales requeridos por cada $1000 prestados,y también las condiciones del crédito en cuanto agarantías requeridas, hipotecas, etc.

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Habiendo identificado el mejor arreglocrediticio disponible, los pasos para calcular latarifa en este caso son:1. Calcular el costo del capital por cada paquete

de iluminación, igual que en el caso anterior.(por ejemplo $45)

2. Calcular los abonos mensuales al préstamo porcada $1000 prestados, y dividir entre 1000para conocer el abono por cada $1. (p.e. si losabonos son de $30 mensuales por $1000prestados, entonces $30/1000= $0.03 porcada $1 prestado. )

3. Calcular el abono mensual por paquete deiluminación. Multiplicar el costo del capitalque corresponde a un paquete de iluminaciónpor el abono mensual por $1. (p.e. 0.03x45 =$1.35 por paquete de iluminación por mes).

4. Sumar los costos mensuales de mantenimientoy del pago del operador conforme el ejemploanterior, para obtener la tarifa mensualtotal, por cada paquete de iluminación.

Proyecto Propiedad EmpresarialEl empresario decide cual es la tasa de retornoque requiere para que el proyecto pico hidro sealo suficientamente rentable para que le convengarealizar la inversión. Por ejemplo, la tasa deretorno puede ser 10% por encima de los costosdel préstamo bancario. Entonces este dato seutiliza para calcular la tarifa mensual por paquetede iluminación, conforme los pasos del ejemploanterior. La encuesta de la demanda entoncesrevelará si hay suficientes familias dispuestas acomprar los paquetes de iluminación a esta tarifa.

5.4 Convenio con los ClientesAntes de llevar a cabo la encuesta paradeterminar la demanda, los términos del convenioo contrato con los clientes deberán estarclaramente establecidos. Eso ayudará a aclararexactamente cuales son los beneficios querecibirán los clientes y a qué costo, y cuanto seles requerirá en aporte de mano de obra. Lospuntos claves a explicar son los siguientes:• En qué consiste un paquete de iluminación y

cuales son los limitantes del uso debido allimitante de potencia eléctrica (p.e. cuálesartefactos electrodomésticos podrán y nopodrán utilizarse en caso que el paquete deiluminación incluya un tomacorriente).

• Los costos por paquete de iluminación (Cobropor conexión, costos del alambrado internode la casa, tarifa mensual) y explicación decomo la tarifa mensual puede ser reajustadocon el tiempo.

• Si el servicio eléctrico va a tener un horario(p.e. de 4pm a 11pm), entonces eso se lesexplica a los usuarios.

• Si durante la temporada seca el horariopuede variarse por limitante de agua, seexplica.

• Presentar un estimado del aporte de mano deobra que se va a requerir para construir lacasa de máquinas, la tubería forzada, lacaptación de agua, y la red de distribucióneléctrica.

EXPLICAR LAS VENTAJAS Y LASDESVENTAJASAl sondear para conocer quién tiene interés entener una conexión eléctrica, es importanteexplicar las ventajas. Las ventajas principales dela electricidad para la mayoría de familias ruralesson :• mejor iluminación en la cocina y para estudiar• mejor calidad de aire debido a la eliminación

de las lámparas de kerosín• menores gastos en baterías o kerosín• menos riesgo de fuego

Es muy ventajoso poder demostrar una luminariaflourescente en alguna casa local. Para eso sepuede utilizar una “luminaria de emergencia” conlas baterías pre-cargadas. (verSection 13.1)Una desventaja del sistema pico hidro parailuminación y otras cargas pequeñas es que losusuarios tienen que comprometerse a pagar latarifa cada mes. Eso contrasta con otros tiposde energía como el kerosín y las bateríaspequeñas, que se compran cada vez que la familiadispone de fondos para estas compras

5.5 Encuesta para Conocer la DemandaLa encuesta de la demanda es un paso muyimportante en la mayoría de los proyectos.Permite al desarrollador del proyecto sabercuántos paquetes de iluminación se contratarán ala tarifa y costo de conexión calculados, y porende la capacidad de potencia correcta para elproyecto. Se deberán de obtener respuestas a

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las siguientes preguntas, para poder proceder conel diseño final del proyecto:1. ¿ Cuántas casas hay dentro de un radio de

1km del sitio propuesto para el generadorpico hidro ?

2. ¿ Dentro de esta área, cuántas personasestán dispuestos y en capacidad de pagar laelectricidad, y cuánto pueden pagar ?

3. ¿ Cuales actividades actuales en la comunidadpodrían beneficiarse con la utilización de lapotencia de la pico hidro?

¿ Cuántas casas hay ?La cantidad de casas dentro de un radio de 1kmes un dato conocido por la gente del lugar, ypuede reconfirmarse con un recorrido a pie por elárea. 1km usualmente es la distanciaeconomicamente factible para la transmisión de laelectricidad de una unidad turbo-generador picohidro. En algunos paises hay mapas recientespreparados en base a fotografías aéreas. En losmapas a escala 1:50,000 pueden estar marcadasalgunas de las casas existentes. Si se puedeampliar el mapa en una fotocopiadora, estofacilitará la identificación de los rasgosparticulares del área y en el mapa ampliado sepueden marcar las casas adicionales existentes. Acontinuación un mapa de una comunidad ruralubicada cerca de una fuente con potencialhidráulica en Kenya.

A veces es posible suministrar electricidad acasas más distantes, mediante el uso de untransformador, aunque ésto aumenta el costo y lacomplejidad del proyecto. Otra posibilidad esofrecer un servicio de carga de baterías parafamilias ubicadas a más de 1 km de distancia delgenerador (ver Section 13.1). La ubicación óptimadel generador usualmente es la más cercanaposible al centro de la aldea. La ubicación delgenerador también, por supuesto, depende de la

fuente de agua. Para más ideas referente laselección de la ubicación óptima del generador yel esquema de las obras civiles del proyecto,léase la Sección 6 abajo.

¿ Cuántas personas pagarán la electricidad ?

1. Llevar a cabo una encuesta de las casasubicadas dentro de un radio de 1km del sitio queparece ser óptimo para la instalación delgenerador. Obtener el nombre, la dirección y lacantidad de paquetes de iluminación quesuscribirá cada familia en base a la tarifamensual y el cobro de conexión y cobro pormateriales de instalaciones domiciliares yacalculados. Se puede realizar la encuesta a travésde reuniones en la comunidad, o a través devisitas a las casas individuales. Los clientes tienenque hacer un compromiso claro en base a losacuerdos del proyecto, y firmar su suscripciónpor la cantidad de paquetes de iluminación quequieren.2. Utilizar los resultados de la encuesta paradefinir la potencia requerida del generador paraque suministre la cantidad de electricidad quecubrirá el total de paquetes de iluminacióndeseados por todos los usuarios.

Otras actividades que podrían utilizar lapotencia de la pico hidroOtras actividades, normalmente realizadasmanualmente o con motores de diesel, puedenaprovechar de la potencia pico hidro. Laincorporación de otros usos para la potencia de lapico hidro durante horas del día cuando lapotencia no se requiera para iluminación,aumentará el “factor de carga” del sistema picohidro. Este tipo de mejora en elaprovechamiento de la capacidad de la picohidro podrá ayudar a disminuir el costo porpaquete de iluminación. Sin embargo, los ingresosadicionales que podrán percibirse deberán deincluirse en los cálculos de costos, solo cuando losnegocios productivos estuvieran en condicionesde entrar en servicio inmediatamente al entrar enservicio el sistema pico hidro. Algunos usospopulares de la potencia pico hidro incluyen:• procesamiento de productos agrícolas,

incluyendo trillado y molienda de granos• cargada de baterías• refrigeración y confección de hielo• potencia para herramientas en talleres.

1kmcuadrado

Sitio depotencialpico hidro

Los puntosnegrosindican casas

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Ver Section 13 para conocer otras actividadesque pueden aprovechar de la pico hidro comofuente de potencia. La guía “Iniciando un NegocioAprovechando la Fuerza Hidráulica” [“Starting aBusiness Using Water Power”] presenta másideas para usos productivos que generaningresos. Ejemplo de Cálculos de Viabilidad: En una aldea en Ethiopia, Africa, hay interésen desarrollar un proyecto pico hidro partiendode un canal de irrigación. Hay hasta 4.5 kWde potencial eléctrico disponible, todo el año,en este sitio. Los líderes de la comunidadquieren saber cuánto costaría construir elsistema pico hidro y conectar a 60 casas. Hay dos posibilidades:1. Que la comunidad cubre todos los costos.2. Que la comunidad preste el capital a un

banco y que ellos solo cubran inicialmentelos costo del alambrado interno de lascasas.

Calcular la tarifa por paquete de iluminación de15W, para ambas opciones de financiamiento,y decidir cual es la más viable.

1. Sin préstamo bancarioSuponiendo que el costo del capital del proyectoes $3000/kW, el costo del capital para cadapaquete de iluminación de 15W es 15/1000 x3000 = $45.

En Addis Ababa se han obtenido costos para lainstalación domiciliar de un paquete deiluminación de 15W. Detalles de los componentesy costos para el alambrado domiciliar y ellimitador de carga son:

Item Especificación Costo$

Tubo + portatubo 9W CFL 8.22Apagador “en línea” 0.60Tomacorriente superficial 0.72Cable 0.75mm² x 5m 0.60Fusible+portafusible 3A / 220V 0.60Limitador de carga PTC Thermistor 0.97Apagador 220V p/ aislar 0.97Caja Plástica 75 x 50 x 25mm 1.20Sello para la Caja Etiqueta Impresa 0.12

Total $14.00

Los costos anuales para el mantenimiento delsistema se calcularán como 6% de los costos decapital. Eso arroja un costo mensual por cadapaquete de iluminación de: 45 x 0.06 /12 = $0.23 mensuales. Se estima el pago del operador en $30mensualmente. Se estima que cada una de las 60familias suscribirán un promedio de dos paquetesde iluminación c.u. Eso arroja un costo deloperador por cada paquete de iluminación de30/120 = $0.25 mensual. Entonces para esta opción el consumidor tendráque pagar los siguientes costos por cada paquetede iluminación : Derecho de conexión $45.00 Alambrado domiciliar $14.00 Tarifa mensual p/ mantenimiento $0.23 Tarifa mensual p/ pago operador $0.25

Por ejemplo, un cliente quien suscribe a 2paquetes de iluminación tendría que pagar 2x[$45+ $14] = $118 inicialmente y una tarifa mensual deaproximadamente 2x[$0.23 + $0.25] = $0.96. 2. Con préstamo bancarioSe ha indagado referente a las tasas de interéscobrados por los bancos locales. Uno de losbancos ofrece prestar el capital requerido a unatasa de interés del 25% anual. Esta es la mejoroferta. El banco exige las escrituras de lasfincas de los líderes de la comunidad en garantíadel préstamo.Los abonos anuales (R) por cada $1000 prestados,pueden calcularse por medio de la siguientefórmula:

1)1()1(−+

+×= n

n

iiiLR

L = monto del préstamo (p.e. $1000)i = tasa de intereses (p.e. 25%)n = años de plazo

Los abonos anuales han sido calculados parapréstamos con 5, 10 y 15 años de plazo.Para el plazo de 5 años, el abono anual es :

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372$1)25.01()25.01(25.01000 5

5

=−+

+×=R

Sumando los abonos de los 5 años eso representaun repago total de $1860

De manera parecida,para un plazo de 10 añoslos abonos anuales son de $280(repago total en 10 años = $2,800 )

para un plazo de 15 añoslos abonos anuales son de $259(repago total en 15 años = $3,887 )

Basado en los abonos anuales, ahora podemoscalcular la tarifa mensual que resulta para cadapaquete de iluminación:

Plazo de repago delpréstamo

5años

10años

15años

Abonos sobre loscostos de capital y delalambrado domiciliar

$1.83 $1.38 $1.27

Mantenimiento(6%) $0.23 $0.23 $0.23Pago del operador $0.25 $0.25 $0.25Total tarifa mensual $2.31 $1.86 $1.75

Comentarios

Los costos para el mantenimiento y el pago deloperador se calculan igual que en los ejemplosanteriores. Estamos suponiendo que los interesesdel préstamo se calcularán anualmente y que seaniguales cual que sea el plazo. En realidad lastasas de intereses usualmente son menorescuando los montos totales sean mayores, ytambién cuando los plazos sean mayores.

Esquema de las Obras

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6 ESQUEMA DE LASOBRAS

6.1 ¿ Cuales son los factores que influyen en el diseñopreliminar de las obras ?

6.2 Ejemplos de Esquemas de Obras6.3 Esquema 1: Tubería Forzada Larga, Cables Cortos6.4 Esquema 2: Tubería Forzada Corta, Cables Largos6.5 Esquema 3: Incorporando un Canal6.6 Esquema 4: Tubería de Baja Presión con

6.1 ¿ Cuales son los factores queinfluyen en el diseño preliminar delas obras ?

Las decisiones referente el diseño preliminar de lasobras afectarán el nivel de potencia, laconfiabilidad, el costo y la accesibilidad del servicioeléctrico. Vale la pena considerar varias opcionesde esquemas de las obras, para asegurar laselección de la opción que más conviene.Hay que tomar en cuenta los siguientes factores enel diseño preliminar de un sistema pico hidro:

• Ubicación de las casas en relación a lafuente de aguaEn caso que las casas estén ubicadas muydistantes de la turbina, probablmente elproyecto resultará muy costoso. Busquecomo reducir el costo de las líneas dedistribución eléctrica.

• Requerimiento de PotenciaLa potencia que se podrá generar con elproyecto pico hidro depende del caudal que seaprovecha, y el desnivel aprovechable. Ambosparámetros se verán afectados por el esquemaseleccionado de las obras civiles.

• Derechos al Uso del Agua La verificación de los derechos al uso delagua, y las negociaciones con todas las partesinteresadas en la fuente de agua, son pasosimportantes del proceso de planificación delproyecto. Se deberán conocer las respuestasa las siguientes preguntas : ¿Quien es el dueño del terrenos donde seconstruirán las obras del proyecto pico hidro?¿Quiénes actualmente utilizan esta agua y paracuales propósitos ? Deberán de aclararse los acuerdos referentea los usos y derechos de utilización del agua,antes de comenzar la construcción de lasobras. De esta manera se evitan conflictosque podrían tener un impacto negativo sobre laoperación del proyecto pico hidro cuandoentre en servicio.

• Costos y disponibilidad de los materiales ycomponentesEl diseño afecta al costo y también a lapotencia del sistema. El reto principal del

diseñador de las obras es él de mantenertanto la tubería como las líneas dedistribución eléctrica, lo más cortos posibles.Los costos y también las pérdidas aumentancuando las tuberías y las líneas eléctricas seanlargos. En áreas de dificil acceso, ladificultad de transportar los materiales deconstrucción también pueden afectar lasdecisiones referente a las obras civiles delproyecto tales como las captaciones, canales,y reservorios de agua.

• Proyectos de agua potable e irrigaciónEn algunos casos es posible combinar unproyecto pico hidro con otras iniciativaslocales tales como proyectos de suministro deagua potable o nuevos sistemas de irrigación.Eso puede afectar las decisiones referente eldiseño de las obras de la pico hidro.

La tarea que enfrenta el diseñador de las obrasciviles usualmente requiere de algunas decisionesal “termino medio”. El esquema más obvio para unsitio dado, pueda que no sea el más conveniente afinal de cuentas, y siempre deberían deconsiderarse varias alternativas.El largo de la tubería forzada y el largo de loscables de distribución eléctrica, en particular,tienen que ser cuidadosamente valorizados. Parapermitir comparar diferentes opiciones deequemas de las obras, es útil tener a mano unlistado de los costos locales de diferentestamaños y tipos de tuberías plásticas, y dediferentes calibres de cable eléctrico. Estosdatos de costos permitirán realizar estimadospreliminares de costos de las diferentes opcionesde diseño de obras.

En esta etapa de definición del esquema básicode las obras, no se requieren de diseñosdetallados, pero será beneficioso que eldiseñador haya leido y entendido las Secciones10, 11 and 14 de este manual, antes de tomar lasdecisiones finales sobre el esquema básico delproyecto.

Figura 6.0 Un mapa del sitio es esencial para la planificacióndel esquema básico de las obras. Sobre este mapa, puntosde igual elevación han sido unidos con curvas de nivel

Grupos de 5 casas c.u.

Arroyo

Manatial

Flujo del Río

Curvas aNivel

800 metros

Aquí se tomaagua parairrigación

Esquema de las Obras

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6.2 Ejemplos de Esquemas de Obras

Consideramos cuatro opciones para las obras, en elsiguiente ejemplo de un proyecto pico hidro típicosituado en terrenos con buenas pendientes.En este lugar, hay suficiente agua en el arroyodurante todo el año para suplir aproximadamente100 W de electricidad a cada una de las 25 casas dela comunidad. Sin embargo, existe una distanciaconsiderable entre la fuente del agua y las casasmás cercanas de la aldea (aproximadamente 800m),y, durante la temporada seca, cierta cantidad deagua es sustraida del arroyo para irrigar unosterrenos agrícolas. Se ha preparado un mapa o planodel sitio, lo cual se demuestra en la figura en lapágina anterior.Se han trazado las curvas de nivel, las cuales unenpuntos de igual elevación. Hay 10m de desnivel entrecada curva de nivel y la próxima. Las elevacionesvan incrementandose a medida que aumenten lasdistancias del río; el río fluye por un valle.Nota: En las figuras, cada cuadrito negrorepresenta a 5 casas.Visto que el arroyo dista de la aldea, hay variosesquemas para las obras que pueden ser factibles, yhay que analizarlos todos. Los rasgos principales decada esquema se anotan para compararlos el uno conel otro.

6.3 Esquema 1: Tubería Forzada Larga,Cables Cortos

Figure 6-1 El Esquema 1 se caracteriza por una red dedistribución eléctrica lo más corto posible, con un mínimode gasto en la compra de cables. Sin embargo, la tuberíaforzada es larga y va a tener un costo alto.

En el Esquema 1, la tubería forzada es larga, yconduce el agua a un lugar conveniente para lacasa de máquinas ubicada en la comunidad, esopermite líneas de distribución eléctrica cortas.Las obras civiles son mínimas, visto que lacaptación de agua también sirve como cámara depresión o reservorio.

• Las aguas de desfogue de la turbina noretorna al mismo arroyo, resultanegativamente afectado la función deirrigación. Habrán problemas con los derechosde uso del agua con todos los esquemas salvoel Esquema 2.

• Podrá desperdiciarse gran parte del desniveldisponible, a menos que se utilice una tuberíaforzada de diámetro grande.

• El costo de la tubería probablemente va a serel costo mayor del proyecto, en caso deconstruir conforme el Esquema 1. Ver Section11 para consejos referente la selección de latubería forzada.

6.4 Esquema 2: Tubería Forzada Corta,Cables Largos

Figure 6-2 Esquema 2 Tubería forzada corta y líneas dedistribución eléctrica larga. No se afectan los derechosdel agua para riego.

En este diseño, el costo y las pérdidas de presiónen la tubería forzada están reducidos, porque latubería forzada es más corta. El agua descargadade la turbina retorna al mismo arroyo, por lo cualno afecta a la irrigación• El cable de distribución eléctrica será

bastante costoso, deberá de seleccionarse elcable con cuidado para minimizar los costos ala vez evitando pérdidas excesivas de voltaje.

• La casa de máquinas queda largo de la aldea, locual puede resultar inconveniente.

Para información referente el diseño y costos dellas líneas de distribución eléctrica, ver la Section14.

= Obra de toma= Cables= Canal de desfogue

= Tubería forzada = Casa de máquinas= Grupo de 5 casas

= Obra de toma= Cables= Canal de desfogue

= Tubería forzada = Casa de máquinas= Grupo de 5 casas

Esquema de las Obras

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6.5 Esquema 3: Incorporando un Canal

Figura 6-3 Esquema 3 El uso de un canal reduce la

longitud de las tuberías y las líneas eléctricas requeridas.

En este esquema, el agua fluye por un canal hastaun punto cercano a la comunidad. La construcciónde un canal tan largo requiere de mucho trabajomanual, pero tiene la ventaja de reducir loscostos tanto de la tubería forzada como de laslíneas eléctricas, porque tanto tubería comolíneas se acortan.• Si el canal es de tierra, requerirá de

mantenimiento frecuente.• Si se reviste el canal con concreto, tendrá

más durabilidad pero puede resultar costoso,especialmente si el sitio es de dificil accesopara la introducción de los materiales.

• El uso de canales deberá de evitarse en áreaspropensos a revenidas o deslizamientos detierra.

Ver Section 10.2 para mayor informaciónreferente el diseño de canales.

6.6 Esquema 4: Tubería de Baja Presióncon Almacenamiento de Agua

Figura 6-4 Esquema 4. Una versión modificada delesquema anterior. En vez del canal, se utiliza unatubería de baja presión. La cámara de presión se hahecho más grande para almacenar agua (energía).

El Esquema 4 es parecido al esquema 3 pero envez del canal ahora tenemos un tramo de tuberíade baja presión, y se ha ampliado la cámara depresión para formar un pequño reservorio.Tuberías adecuadas para el tramo de bajapresión frecuentamente se vende como tuberíade drenaje. Este tipo de tubería esconsiderablemente más barato por metro que lastuberías apropiadas para la tubería forzada.• Se reducen los requerimientos de

mantenimiento, visto que se ha eliminado elcanal.

• El tubo es más facil de instalar que un canal.• Se requieren mayor cantidad de materiales de

construcción, mano de obra, y mantenimientopara hacer el reservorio, y hay que comprar latube´ria de baja presión.

• El reservorio permite un manejo más sencillodel recurso de agua en la temporada seca, ypermite utilizar tubos de menor diámetro enel tramo de tubería de baja presión.

Ver en la Section 10.4 los procediminetos para eldiseño de un reservorio.

= Obra de toma= Cables= Canal de desfogue

= Tubería forzada = Casa de máquinas= Grupo de 5 casas = Canal

= Cámara de carga

= Obra de toma= Cables= Canal de desfogue

= Tubería forzada

= Tuberia de baja presió= Casa de máquinas

= Grupo de 5 casas= Reservorio