Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2014

Estudio de factibilidad sobre generación de energía eléctrica para Estudio de factibilidad sobre generación de energía eléctrica para

el proyecto Sierra Beach Resort con fines de certificación LEED el proyecto Sierra Beach Resort con fines de certificación LEED

Omar Andrés Díaz Molina Universidad de La Salle, Bogotá

Luis Alejandro Bustos González Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Díaz Molina, O. A., & Bustos González, L. A. (2014). Estudio de factibilidad sobre generación de energía eléctrica para el proyecto Sierra Beach Resort con fines de certificación LEED. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/481

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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD SOBRE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA PARA EL

PROYECTO SIERRA BEACH RESORT CON FINES DE CERTIFICACIÓN LEED

FACULTAD DE INGENIERÍA

OMAR ANDRÉS DÍAZ MOLINA

LUIS ALEJANDRO BUSTOS GONZÁLEZ

Tesis de grado para optar al título de

Ingenieros Ambientales y Sanitarios

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

2014

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD SOBRE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA PARA EL

PROYECTO SIERRA BEACH RESORT CON FINES DE CERTIFICACIÓN LEED

FACULTAD DE INGENIERÍA

OMAR ANDRÉS DÍAZ MOLINA

LUIS ALEJANDRO BUSTOS GONZÁLEZ

Director

CARLOS ENRIQUE BARRETO LEÓN

INGENIERO CIVIL

Tesis de grado para optar al título de

Ingenieros Ambientales y Sanitarios

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

2014

Nota de aceptación

__________________________

__________________________

__________________________

Director

__________________________

Jurado

__________________________

Jurado

__________________________

BOGOTÁ FEBRERO DEL 2014

Agradecemos a las personas que creyeron en este proyecto, por ver más allá de los preceptos ingenieriles

y creer en las posibilidades de innovación. Agradecemos a nuestras familias por brindarnos su apoyo y

creer en nosotros. Agradecemos a las personas que de alguna forma sirvieron de motivación y ayuda

para seguir adelante.

Luis Alejandro Bustos González

Omar Andrés Díaz Molina

5

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN. ..........................................................................................................14

2. FORMULACIÓN DE OBJETIVOS .................................................................................16

2.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................16

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................16

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................17

3.1. DELIMITACIÓN DEL PROYECTO ..............................................................................17

3.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .............................................18

3.3. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ..............................................................................18

4. DIAGNÓSTICO ACTUAL DE APROVECHAMIENTO DE RECURSOS, GENERACIÓN

DE ENERGÍA Y CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE ...................................................................19

4.1. ANTECEDENTES LEGALES ......................................................................................19

4.1.1. POLÍTICAS .......................................................................................................................... 19

4.1.2. LEYES ................................................................................................................................. 19

4.1.3. DECRETOS ........................................................................................................................ 20

4.1.4. RESOLUCIONES ................................................................................................................ 20

4.1.5. NORMAS TÉCNICAS ......................................................................................................... 20

4.2. MARCO TEÓRICO .....................................................................................................21

4.2.1. RECURSO PLUVIAL EN COLOMBIA ................................................................................ 21

4.2.2. SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUAS LLUVIA ............................................................... 22

4.2.3. CONCEPTUALIZACIÓN DE ENERGÍA .............................................................................. 27

4.2.4. GENERACIÓN DISTRIBUIDA DE ENERGÍA ..................................................................... 29

4.2.5. ANTECEDENTES DE PROYECTOS FNCE EN COLOMBIA ............................................ 29

4.2.6. ESTADO ENERGÉTICO DE COLOMBIA .......................................................................... 31

4.2.7. ENERGÍAS ALTERNATIVAS .............................................................................................. 32

4.2.8. GENERACIÓN DE ENERGÍA POR TURBINAS HIDRÁULICAS ....................................... 32

4.2.9. SOSTENIBILIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN .................................................................... 34

5. ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO .......................................................................39

5.1. PROYECTO SIERRA BEACH RESORT .....................................................................39

5.2. LOCALIZACIÓN .........................................................................................................40

5.2.1. GENERAL ........................................................................................................................... 40

5.2.2. ESPECIFICA ....................................................................................................................... 41

5.3. GEOGRAFÍA ..............................................................................................................42

5.4. CLIMATOLOGÍA .........................................................................................................43

5.4.1. PRECIPITACIÓN ................................................................................................................ 44

5.4.2. BRILLO SOLAR .................................................................................................................. 45

5.4.3. TEMPERATURA ................................................................................................................. 45

5.5. SERVICIO ENERGÉTICO ACTUAL ............................................................................46

5.5.1. DEMANDA ENERGÉTICA DE LA REGIÓN ....................................................................... 49

5.5.2. TARIFA DEL SERVICIO DE ENERGÍA EN LA REGIÓN ................................................... 50

6. ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD ...............................................................................51

6

6.1. OFERTA DEL RECURSO HÍDRICO ...........................................................................51

6.1.1. PRECIPITACIÓN PROMEDIO MENSUAL ......................................................................... 51

6.1.2. OFERTA DE AGUA LLUVIA ............................................................................................... 54

6.2. SELECCIÓN DE LA TURBINA ....................................................................................55

6.3. ESTUDIO DE POTENCIA ENERGÉTICA ...................................................................58

6.3.1. DISTRIBUCIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA ........................................................... 58

6.3.2. POTENCIAL ENERGÉTICO DEL PROYECTO .................................................................. 61

7. DISEÑO DEL SISTEMA .................................................................................................63

7.1. APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA ..................................................................63

7.1.1. SUPERFICIE DE CAPTACIÓN. ......................................................................................... 63

7.1.2. SISTEMA DE DRENAJE .................................................................................................... 67

7.1.3. SISTEMA DE CONDUCCIÓN ............................................................................................. 69

7.1.4. SISTEMA DE ALMACENAMIENTO .................................................................................... 72

7.2. GENERACIÓN DE ENERGÍA .....................................................................................79

7.2.1. PÉRDIDAS DE ENERGÍA ................................................................................................... 80

7.2.2. DESARROLLO DE LA POTENCIA ELÉCTRICA ............................................................... 85

8. FACTIBILIDAD DEL SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ...........88

8.1. SUMINISTRO DE ENERGÍA GENERADA. .................................................................89

8.2. APROVECHAMIENTO DE AGUA PARA RIEGO ........................................................90

8.3. REDUCCIÓN DE EMISIONES CO2.............................................................................90

9. FACTIBILIDAD ECONÓMICA. ......................................................................................91

9.1. INGRESOS .................................................................................................................91

9.2. INVERSIÓN ................................................................................................................91

9.3. COSTOS FIJOS ..........................................................................................................91

9.4. INDICADORES FINANCIEROS. .................................................................................92

9.4.1. FLUJO EFECTIVO NETO ................................................................................................... 92

9.4.2. VALOR PRESENTE NETO ................................................................................................. 92

9.5. ANÁLISIS FINANCIERO. ............................................................................................93

10. PROCESO DE CERTIFICACIÓN LEED ........................................................................94

10.1. REQUISITOS MÍNIMOS DEL PROGRAMA (RMP’S) ...................................................94

10.2. APLICABILIDAD POR CRÉDITOS DE LA CERTIFICACIÓN .......................................95

10.2.1. LOTE SUSTENTABLE ........................................................................................................ 96

10.2.2. EFICIENCIA DE AGUA ....................................................................................................... 96

10.2.3. ENERGÍA Y ATMÓSFERA ................................................................................................. 97

10.3. BENEFICIOS LEED PARA LAS PARTES INTERESADAS .........................................99

11. METODOLOGÍA PARA EVALUACIÓN DE PROYECTO SEMEJANTES ................... 101

12. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 102

13. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 103

14. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 104

7

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Coeficientes de escorrentía de diferentes materiales utilizados en techos. .................24

Tabla 2. Beneficios de la certificación LEED .............................................................................37

Tabla 3. Comparación área construida certificada con LEED. ..................................................37

Tabla 4. Distribución de espacios en el área residencial del edificio .........................................39

Tabla 5. Distribución de áreas comunes en el edificio. .............................................................40

Tabla 6. Número de suscriptores Electricaribe - diciembre de 2011 .........................................47

Tabla 7. Valores de precipitación promedio mensual en litros por metro cuadrado para los 10

años analizados ........................................................................................................................52

Tabla 8. Cantidad de agua captada por el edificio ....................................................................54

Tabla 9. Potencia generada por la turbina en Watts, con respecto a la cabeza neta y al caudal

.................................................................................................................................................57

Tabla 10. Parámetros pre-establecidos de diseño de la turbina ................................................57

Tabla 11. Franja horaria en el edificio .......................................................................................59

Tabla 12. Coeficiente de escorrentía por tipo de tejado ............................................................64

Tabla 13. Área de las secciones de captación de la cubierta. ...................................................67

Tabla 14. Determinación del Caudal aportado por cada sección. .............................................68

Tabla 15. Carga máxima para bajantes de aguas lluvias (m2) ..................................................68

Tabla 16. Determinación del diámetro de la bajante para cada sección....................................69

Tabla 17. Caudales que soportan tuberías de agua lluvia, comerciales. ...................................71

Tabla 18. Determinación de la tubería de conducción. .............................................................72

Tabla 18. Numero de descargas ...............................................................................................78

Tabla 19. Viscosidad cinemática del agua a diferentes temperaturas .......................................80

Tabla 20. Coeficientes de pérdidas para salidas suaves ..........................................................83

Tabla 21. Cantidad de energía total generada. .........................................................................88

Tabla 22. Comparación de gasto en vatios de diferentes tipos de bombillas. ...........................89

Tabla 23. Costos Fijos ..............................................................................................................92

Tabla 24. Aplicabilidad por créditos de lote sustentable ............................................................96

Tabla 25. Aplicabilidad por créditos de eficiencia de agua ........................................................96

Tabla 26. Aplicabilidad por créditos de energía y atmósfera .....................................................97

Tabla 27. Beneficios de la certificación LEED para las partes interesadas. ............................ 100

8

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Sistema convencional de captación de agua lluvia domiciliar. ............................23

Ilustración 2. Tipos de Canaleta para recolección de agua pluvial. ..........................................25

Ilustración 3. Tipos de Sumideros o Rejillas de Piso. ..............................................................26

Ilustración 4. Componentes principales de las turbinas de acción ...........................................33

Ilustración 5. Turbina de reacción. ...........................................................................................34

Ilustración 6. Localización Nacional y Departamental de Santa Marta. ....................................41

Ilustración 7. Localización satelital del proyecto ......................................................................42

Ilustración 8. Clasificación Climática Magdalena .....................................................................43

Ilustración 9. Precipitación anual total (mm) del departamento de Magdalena. .......................44

Ilustración 10. Mapa Promedio Multianual Brillo Solar en Santa Marta. ...................................45

Ilustración 11. Temperatura Media Anual (°C) departamento del Magdalena. .........................46

Ilustración 12. Corte vertical del edificio. .................................................................................55

Ilustración 13. Componentes de una turbina Pelton de eje horizontal, con dos equipos de

inyección. ..................................................................................................................................56

Ilustración 14. Área de Captación Edificio Sierra Beach Resort ..............................................65

Ilustración 15. Vista Lateral Sección 5. ....................................................................................66

Ilustración 16. Secciones del Área de Captación. ...................................................................66

Ilustración 17. Rejilla Sección 6. ..............................................................................................67

Ilustración 18. Tubería de conducción hacia el tanque de almacenamiento (vista superior). ...70

Ilustración 19. Vista frontal tubería de conducción por secciones y tramos. ............................72

Ilustración 20. Espacio disponible para el tanque de almacenamiento en edificio Sierra Beach

Resort (Vista lateral). ................................................................................................................73

Ilustración 21. Vista lateral de las dimensiones disponibles para el tanque en el edificio. .......74

Ilustración 22. Vista superior tanque de almacenamiento. .......................................................74

Ilustración 23. Vista frontal del tanque de almacenamiento. ....................................................75

Ilustración 24. Flotadores de control ........................................................................................76

Ilustración 25. Salida suave de un depósito ............................................................................83

9

LISTA DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Fuentes energéticas en el planeta ...........................................................................28

Gráfica 2. Energías renovables del planeta ..............................................................................28

Gráfica 3. Comportamiento del consumo sectorial energético en Colombia. ............................31

Gráfica 4. Causales de reclamación en visitas itinerantes 2010-2011. .....................................48

Gráfica 5. Número total de reclamaciones por SAP de principales prestadores en 2011 .........49

Gráfica 6. Reclamos recibidos por cada 1000 suscriptores, Enero 2010 - Julio de 2011 ..........49

Gráfica 7. Valores totales mensuales de precipitación “Aeropuerto Simón Bolívar” de Santa

Marta ........................................................................................................................................53

Gráfica 8. Nomograma para selección de turbinas hidráulicas, a partir del caudal disponible y

cabeza neta. .............................................................................................................................56

Gráfica 9. Demanda de potencia en watts por la comunidad por hora en un día pico ..............60

Gráfica 10. Demanda de potencia en watts por la comunidad en las áreas comunes por hora

en un día pico. ..........................................................................................................................61

10

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Tarifas Publicadas en diciembre de 2012 por empresa (en cada mercado) y para

usuarios del nivel de tensión 1, línea aérea y activos propiedad 100% de la empresa para

estratos 5 y 6 ($/kWh). ............................................................................................................ 107

Anexo 2. Valores Totales Mensuales de Precipitación Estación Meteorológica “Aeropuerto

Simón Bolívar” ........................................................................................................................ 108

Anexo 3. Cálculo de la demanda energética en el área residencial ........................................ 109

Anexo 4. Cálculo de la demanda energética en las áreas comunes ....................................... 111

Anexo 5. Presupuesto para la implementación del sistema. ................................................... 112

Anexo 6. Flujo Efectivo Neto del Proyecto. ............................................................................. 114

Anexo 7. Lista de chequeo para certificaciones LEED ........................................................... 115

Anexo 8. Metodología para desarrollo de proyectos de generación de energía por medio de

fuentes pluviales y/o fluviales. ................................................................................................. 118

11

ACRÓNIMOS

CUV Costo unitario de prestación del servicio

GEI Gases de Efecto Invernadero

FNCE Fuentes No Convencionales de Energía

MADS Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible

MDL Mecanismos de Desarrollo Sostenible

PND Plan Nacional de Desarrollo

ZNI Zonas No Interconectadas

OPS Organización Panamericana de la Salud

CEPIS Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente

CCCS Consejo Colombiano de Cosntrucción Sostenible

UNATSABAR Unidad de Apoyo Técnico para el Saneamiento Básico del Área Rural

PPI Precipitación Promedio Mensual

PCH Pequeña Central Hidroeléctrica

ZCIT Zona de Convergencia Intertropical

SUDS Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible

SAC Sello Ambiental Colombiano

12

GLOSARIO

ALMACENAMIENTO: Depósito destinado a la acumulación, conservación y

abastecimiento del agua de lluvia con fines domésticos. (OPS, 2003)

CAPTACIÓN: Superficie destinada a la recolección del agua de lluvia para un fin

beneficioso (OPS, 2003)

COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD (CS%): Representa la probabilidad de que un

número de usuarios del servicio respectivo utilicen el mismo equipo en el mismo

momento; este valor varía entre 0 y 1, y es directamente proporcional al número de

usuarios, al tipo de actividad y al tiempo de uso.

CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE: Mejores prácticas durante todo el ciclo de vida de las

edificaciones (diseño, construcción y operación), las cuales aportan de forma efectiva a

minimizar el impacto del sector en el cambio climático. Los proyectos sostenibles tienen

como objetivo común la reducción de su impacto en el ambiente y un mayor bienestar

de sus ocupantes. (Consejo Colombiano de Construcción Sostenible, 2011)

CONTRATACIÓN PÚBLICA SOSTENIBLE: Proceso de gasto e inversión, asociado

típicamente con las políticas públicas, en el que las partes contratantes tienen en

cuenta, los tres pilares del desarrollo sostenible cuando adquieren bienes y servicios, o

encargan obras. (EESC, 2011).

DEPÓSITO DE EQUILIBRIO: Elemento de un sistema de saneamiento urbano que

contiene agua cuando el tiempo es seco, pero que está diseñado para contener más

cuando llueve (EESC, 2011).

ESCORRENTÍA: Agua procedente de la precipitación que cae y fluye sobre la tierra,

que generalmente llega a ríos, lagos y otros sitios de almacenamiento natural.

(Climantica, 2009)

ENERGÍA RENOVABLE: Energías producidas de forma continua y son inagotables a

escala humana: solar, eólica, hidráulica, biomasa y geotérmica. Las energías

renovables son fuentes de abastecimiento energético respetuosas con el medio

ambiente. (Energía, 2013)

ENERGY STAR RATING: Programa de la Agencia de Protección Ambiental de los

Estados Unidos para promover los productos eléctricos con consumo eficiente de

electricidad.

GREENWASHING: Falsas pretensiones de sostenibilidad, por ejemplo poner un panel

solar en un proyecto no lo hace sostenible.

INTERCEPTOR: Dispositivo dirigido a captar las primeras agua de lluvia

correspondientes al lavado del área de captación y que pueden contener impurezas de

diversos orígenes.

LÁMINAS IMPERMEABLES: Láminas de muy baja permeabilidad que se emplean

como barreras hidráulicas. En Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS),

generalmente utilizadas en la construcción de las estructuras de paso y captación de las

aguas lluvia. (Geotexan, 2010).

PERMEABILIDAD: Grado en que un fluido puede penetrar un medio poroso. (EESC,

2011).

13

RECOLECCIÓN: Conjunto de canaletas situadas en las partes más bajas del área de

captación con el objeto de recolectar el agua de lluvia y de conducirla hacia el

interceptor.

SISTEMA DE ALCANTARILLADO SOSTENIBLE: Sistema de evacuación de aguas

que controla la cantidad de escorrentías de un desarrollo urbanístico, mejora la calidad

de las escorrentías y promueve la conservación de la naturaleza, el paisaje y el valor

recreativo del lugar y sus alrededores. (EESC, 2011).

SISTEMA DE GESTIÓN DE LAS AGUAS SUPERFICIALES: Sistema cuyo objetivo es

imitar a los sistemas naturales y que emplea soluciones rentables con una repercusión

medioambiental baja para drenar escorrentías de aguas superficiales sucias mediante

su recolección, almacenamiento y limpieza con el fin de liberarla de nuevo poco a poco

en el medio ambiente, por ejemplo en un curso de agua. (EESC, 2011).

SUDS: Sigla de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible. Los SUDS son un conjunto

de estructuras y operaciones que reducen la escorrentía proveniente de las aguas

lluvias con potencial de aprovechamiento, que van desde la incorporación de dichas

aguas al ciclo hidrológico hasta el almacenamiento y uso dentro de las edificaciones.

(SEGAE, 2011)

URBANIZACIÓN: Urbanizar es acondicionar una porción de terreno y prepararlo para

su uso urbano, habilitando calles y dotándolas de luz, pavimento y demás servicios.

(Glosario arte y arquitectura, 2013)

VPN (VALOR PRESENTE NETO): Método más conocido a la hora de evaluar

proyectos de inversión a largo plazo. El Valor Presente Neto permite determinar si una

inversión cumple con el objetivo básico financiero: Maximizar la inversión. (VPN,. 2007)

14

1. INTRODUCCIÓN.

El recurso hídrico es uno de los recursos renovables más abundantes que existen en el planeta

Tierra. Colombia es un país que se caracteriza por tener gran cantidad de este recurso. El

recurso agua tiene distintas formas de uso, de las cuales el ser humano se puede beneficiar,

uno de los principales usos que se le puede dar al recurso es la generación de energía

correspondiendo a las características físicas que posee el agua. La forma de generación de

energía eléctrica más utilizada a nivel Colombia, es la energía hidráulica que a través del

aprovechamiento de la fuerza potencial y cinética que posee el agua al caer de grandes saltos,

pasa por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un alternador convirtiendo de esta

forma, la energía de caída del agua en energía eléctrica.

Teniendo establecido que el recurso agua puede ser aprovechable para la generación de

energía, es necesario interponer las fuentes de obtención del agua, dentro de lo cual se pueden

identificar ríos, lagos, lagunas, embalses, represas, etc. Una de las fuentes de recolección de

agua dulce para la generación de energía que no ha sido considerada hasta la actualidad como

fuente principal, es el recurso pluvial. El aprovechamiento del recurso pluvial, es un beneficio

que se ha venido utilizando en los sistemas sanitarios de viviendas de pequeña escala, como

fuente de agua potable en zonas de gran precipitación y escasez de fuentes hídricas. La

abundancia del recurso en algunas zonas geográficas en las que se pueden recolectar grandes

cantidades de agua mediante la precipitación, presentan una forma de recolectar agua para

generar energía, que pueda ser aprovechada para todo tipo de comunidades, estableciendo

cantidades altas de precipitación y alturas considerables para el efectivo funcionamiento de las

turbinas. El diseño de un sistema que pueda aprovechar este beneficio ambiental es una gran

alternativa para la generación de energía en el país. Cabe considerar que existen gran cantidad

de Zonas No Interconectadas (ZNI’s), que precisan de una fuente energética eficiente y

renovable, de tal manera que sea fácil de adquirir y presente gran funcionalidad dentro de las

pequeñas comunidades, como lo podría representar la implementación de turbinas hidráulicas

de escala local.

Dadas estas condiciones es propuesto un sistema independiente para aprovechar la

abundancia del recurso pluvial colombiano y que así mismo reduzca el impacto ambiental que

generan las grandes centrales hidroeléctricas. Este sistema se diseñó con base en la teoría de

generar energía eléctrica para el mismo lugar donde es consumida, con el fin de evitar la

utilización de embalses o lugares de almacenamiento que impactan al ambiente circundante.

Los sistemas alternativos para la obtención de energía eléctrica son una necesidad actual para

mitigar los impactos producidos por las actividades del hombre en el medio ambiente. La

necesidad de proponer, estudiar, diseñar e investigar nuevas fuentes renovables debe ser una

obligación en el camino hacia una producción más limpia.

El proyecto Sierra Beach Resort, es presentado como alternativa de vivienda de propiedad

horizontal en la costa Caribe Colombiana, en la ciudad de Santa Marta, aproximadamente 5

kilómetros del Aeropuerto Simón Bolívar, este proyecto es construido por la Constructora Siglo

XXI, con proyección a ser construido en el año 2014. En cuanto a su localización concierne, la

costa Caribe presenta uno de los servicios eléctricos más deficiente del país, teniendo uno de

15

los más altos índices de quejas en el servicio, mala infraestructura, y altas tarifas. El proyecto

consta de un edificio de diecisiete (17) pisos, zonas verdes, y parqueaderos que se encuentran

localizados en las dos (2) primeras plantas del edificio. Se establece que la altura del edificio es

de 62.65 metros, y que tiene una cubierta aprovechable total de 1.040 m2. Lo cual lleva al

proyecto a un replanteamiento del funcionamiento de las energías renovables hídricas a través

del agua lluvia.

Para la generación de energía eléctrica, se priorizó la utilización de fuentes no convencionales

de energía, que no han sido previamente estudiadas, por lo cual, se planteó el

aprovechamiento del recurso hídrico pluvial. Para el aprovechamiento de la lluvia se cuenta con

un área de cubierta propicia para la captación, conducción y aprovechamiento del fluido. Este

sistema de aprovechamiento tiene cuatro (4) componentes principales que lo definen; superficie

de captación, sistema de drenaje, sistema de conducción, y almacenamiento. El estudio y las

metodologías desarrolladas para este tipo de sistemas se han establecido en el mundo como

solución a la escasez de agua potable; El sistema propuesto está enfocado en el

aprovechamiento para la generación de energía eléctrica. El sistema de generación de energía

eléctrica se compone básicamente de una turbina hidroeléctrica, esta turbina funciona gracias a

la energía potencial del agua, el choque del agua con las paletas de la turbina Pelton acciona

las hélices para producir movimiento (energía cinética) que mediante un generador la

transforma en energía eléctrica. Para garantizar el potencial hidráulico que necesita la turbina

se cuenta con un salto aprovechable de 54.9 m. El sistema energético desarrollado genera

energía suficiente para encender 100 luces LED, 88 horas al año, tiempo distribuido

anualmente respecto a la oferta del recurso pluvial.

La repercusión y viabilidad de este tipo de sistemas representan gran valor ambiental. Este tipo

de sistemas presentan beneficios al ambiente como lo son; Reducir la dependencia a los

combustibles no renovables por la contaminación producida mediante su utilización en

centrales hidroeléctricas; Reducir emisiones de CO2 y por consiguiente la huella de carbono;

Disminuir la presión sobre el recurso hídrico en términos de demanda y calidad evitando así,

los grandes impacto ambientales que genera la construcción de embalses de centrales

hidroeléctricas.

Se presentan algunos otros beneficios con la implementación de estos sistemas, como lo son la

diversificación de la canasta energética, permitiendo a los mercados involucrar alternativas

“verdes” en el suministro de energía eléctrica para ZNI’s. Por último, este tipo de proyectos

estimula y fomenta la cultura del aprovechamiento racional del recurso hídrico de manera

eficiente con resultados ambientales positivos.

16

2. FORMULACIÓN DE OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Realizar el estudio de factibilidad para generar energía eléctrica por medio del

aprovechamiento de agua lluvia, en el proyecto de condominio Sierra Beach Resort, con fines

de certificación LEED.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la generación distribuida para calcular los requerimientos energéticos de la

edificación.

Diseñar el sistema de captación y conducción del agua lluvia.

Diseñar un sistema de generación de energía eléctrica a partir del aprovechamiento de

agua lluvia.

Determinar la factibilidad económica del sistema propuesto.

Cumplir con los requisitos ajustables al proyecto para aplicar en certificación LEED.

17

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Es indispensable garantizar y promover procesos ambientalmente sostenibles en el desarrollo

de las diferentes actividades humanas, brindando calidad de vida para los habitantes de las

urbes, utilizando recursos naturales sin generar impactos negativos en el ambiente. Los

recursos naturales presentan gran variedad de propiedades que permiten al individuo

aprovecharlos, así, también, existen distintas formas de aprovechar estos recursos sin recurrir

a contaminarlos y sin afectar negativamente grandes áreas para poder hacer uso de ellos. Una

de estas formas es el aprovechamiento del agua lluvia, cuya utilización puede enseñar a los

usuarios la cultura del aprovechamiento y racionamiento del recurso de manera eficiente y

sostenible.

La propuesta tiene como fin aprovechar de manera eficiente y sostenible los beneficios del

recurso hídrico pluvial, con el fin de generar energía eléctrica, buscando la factibilidad

económica y ambiental, disminuyendo los impactos ambientales negativos generados mediante

la obtención del servicio energético ordinario. Este sistema es planteado a partir de la iniciativa

de innovar en cuanto a generación energética sostenible, determinando usos a pequeña

escala, donde las poblaciones integradas en edificios, o veredas, puedan adquirir el servicio

energético sin tener que recurrir al uso de energía generada en grandes centrales eléctricas,

que a través de mega proyectos causan grandes impactos ambientales.

El proyecto busca suplir la necesidad energética del condominio Sierra Beach Resort dentro de

la capacidad que el suministro pluvial brinde, con la estrategia propuesta de aprovechamiento

de agua lluvia, en el marco de los requisitos ajustables establecidos para la certificación LEED.

Es de carácter importante, determinar la relevancia que se le ha dado a la sostenibilidad

mediante la toma de decisiones por parte de las grandes entidades constructoras, que han

comenzado a tener en cuenta la relación y armonía del hábitat con el entorno, de esta forma,

se han comenzado a establecer estrategias técnicas de minimización de impactos en el

emplazamiento de proyectos inmobiliarios, mediante el liderazgo del concepto de

sostenibilidad, que mediante certificaciones ambientales, contribuye con minimizar la huella de

carbono, disminuir gases efecto invernadero y combatir el cambio climático.

3.1. DELIMITACIÓN DEL PROYECTO

La investigación está encaminada en realizar una propuesta de factibilidad de un sistema de

generación de energía eléctrica por medio del aprovechamiento de agua lluvia, dentro del

marco del proyecto Sierra Beach Resort, a desarrollar por parte de la constructora Siglo XXI

Santo Domingo LTDA., en la ciudad de Santa Marta, en jurisdicción del departamento de

Magdalena, Colombia.

El suministro de la energía eléctrica generada por el aprovechamiento de agua lluvia, depende

específicamente de la disponibilidad del recurso de agua pluvial en la zona proyectada para las

instalaciones de Sierra Beach Resort. Correspondiendo a esto, se establece una propuesta de

diseño para la captación de agua lluvia y transformación de su energía potencial en energía

eléctrica mediante la utilización de una turbina hidráulica. Los indicadores de construcción

18

sostenible establecidos por la U.S Green Building Council, estarán ligados a la formulación de

estrategias a implementar, con el fin de establecer parámetros que consigan que el proyecto

sea candidato a la certificación LEED.

3.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

El crecimiento demográfico, la demanda urbanística y el cambio climático han llevado a la

realización de proyectos de índole y estructura sostenibles. La construcción sostenible, como

los nuevos proyectos de diseño enfocados en el aprovechamiento de los recursos naturales sin

generar impacto, han llevado a innovar en diferentes aspectos, para este caso, el

aprovechamiento de agua lluvia y la utilización de energías alternativas con el fin de ahorrar

agua y generar mejor eficiencia energética disminuyendo los impactos ambientales generados

por las centrales eléctricas en su afán de generar energía para suplir las necesidades de las

actividades humanas.

3.3. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

¿Es posible implementar un sistema de generación de energía, por medio de aprovechamiento

de agua lluvia para el proyecto Sierra Beach Resort como apoyo energético, cumpliendo los

requisitos de la certificación LEED?

19

4. DIAGNÓSTICO ACTUAL DE APROVECHAMIENTO DE RECURSOS, GENERACIÓN

DE ENERGÍA Y CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE

4.1. ANTECEDENTES LEGALES

4.1.1. POLÍTICAS

Informe de Brundtland. Análisis, critica y replanteamiento de las políticas de desarrollo

económico globalizador 1987, Organización de Naciones Unidas, realizado por la Dra.

Gro Harlem Brundtland, ex primera ministra de Noruega.

Programa 21. Promoción del desarrollo sostenible, aprobado en la Conferencia de las

Naciones unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (CNUMAD), Rio de Janeiro.

1992. ONU.

Carta de la Tierra. Declaración internacional de principios y propuestas de corte

progresista. ONU.

Plan Estratégico Nacional de Mercados Verdes. Su objetivo general es consolidar la

producción de bienes ambientales sostenibles e incrementar la oferta de servicios

ecológicos competitivos en los mercados nacionales e internacionales, el Ministerio de

Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible (MADS) creó el Sello Ambiental Colombiano

(SAC) y reglamentó su uso mediante la Resolución 1555 de 2005 expedida en conjunto

con el Ministerio de Comercio, Industria y Turismo (MCIT).

4.1.2. LEYES

Constitución política de Colombia. El Artículo 79. establece que “Todas las personas

tienen derecho a gozar de un ambiente sano. La ley garantizará la participación de la

comunidad en las decisiones que puedan afectarlo”, el Artículo 80. establece que “El

estado planificará el manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, para

garantizar su desarrollo sostenible , su conservación, restauración o sustitución.”

También en el Artículo 95 de la constitución, se establece que “Son deberes de la

persona y el ciudadano, proteger los recursos culturales y naturales del país, y velar por

la conservación de un ambiente sano.” (Constituyente, 1991), Por medio de lo cual se

puede inferir la gran importancia que para el Estado colombiano tiene, velar por el buen

estado de los recursos naturales y el entorno de cada ciudadano.

Proyecto de ley 035 de 2012. Por medio del cual se establecen Lineamientos para la

formulación de la Política Nacional de Construcción Sostenible en Colombia.

Ley 697 de 2001. Fomenta el uso racional y eficiente de la energía, promoviendo la

utilización de energías alternativas.

20

Ley 51 de 1989. La Comisión Nacional de Energía la cual desempeña funciones de

planeación energética, se direcciona por “efectuar, contratar o promover la realización

de estudios para establecer la realización de estudios para establecer la conveniencia

económica y social del desarrollo de fuentes y usos energéticos no convencionales y

adoptar la política respectiva” y en relación con el sub sector de energía eléctrica

“aprobar los programas de generación eléctrica no convencional” y “ coordinar los

programas de generación eléctrica en áreas no interconectadas”. (CORPOEMA, 2010).

Ley 143 de 1994. El Artículo 16 establece dentro de las funciones de UPME, la

elaboración del Plan Energético Nacional, con el cual se orienta a maximizar la

contribución del sector energético al desarrollo sostenible del país.

4.1.3. DECRETOS

Decreto 2331 de 2007. Medidas tendientes al uso racional y eficiente de energía

eléctrica.

Decreto 2501 de 2007. Disposiciones para promover prácticas con fines de uso

racional y eficiente de energía.

4.1.4. RESOLUCIONES

Resolución Número 1555 de 2005 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y

Desarrollo Territorial. Por medio de la cual se reglamenta el uso del Sello Ambiental

Colombiano.

Resolución 180609 de 2006 del Ministerio de Minas y Energía. Definición de

subprogramas que hacen parte del programa de Uso Racional y eficiente de la energía,

y demás formas de energía no convencionales. PROURE.

4.1.5. NORMAS TÉCNICAS

NTC ISO 14001. Sistemas de Gestión Ambiental.

21

4.2. MARCO TEÓRICO

4.2.1. RECURSO PLUVIAL EN COLOMBIA

El agua es la fuente principal de la vida en el planeta, está distribuida lo largo del globo

terrestre condicionada por las latitudes y accidentes geográficos de cada región. El 97.5% del

agua del planeta Tierra se encuentra en los océanos y mares de agua salada, únicamente el

2.5% es agua dulce.

El agua puede ser encontrada en diversos estados, puede encontrarse como hielo (sólida),

gaseosa (vapor de agua) y líquida. Estos estados están distribuidos en los tres reservorios del

planeta; los océanos, los continentes y la atmosfera. Cada uno de los estados de la materia a

los que las moléculas de agua son capaces de adaptarse, son atravesados durante el ciclo del

agua, o ciclo hidrológico. El movimiento del agua en el ciclo hidrológico se mantiene por la

energía radiante del sol y por la fuerza de la gravedad. De esta forma, el ciclo hidrológico

también está definido como la consecuencia que el agua en la superficie terrestre en estado de

vapor de agua, regrese a la atmosfera en su estado líquido y sólido.

De acuerdo con el informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos

Hídricos en el Mundo “Agua para todos – Agua para la vida”, señala que la presión sobre el

recurso hídrico en términos de demanda y calidad, aumenta con el crecimiento poblacional, lo

que conlleva una reducción de la disponibilidad de agua en las fuentes de fácil acceso llevando

el problema del ámbito rural al ámbito local.

En el panorama mundial se registran 900 mm de precipitación promedio anual, la cual genera

una escorrentía de 47.000 m3/año, equivalente a un rendimiento de 10 l/s*km2, volumen que ya

vislumbra insuficiente para atender a una población creciente. En Latinoamérica se registran

1.600 mm anuales de precipitación, que generan una escorrentía de 11. 668 km3 anuales (21

l/s*km2). Sin embargo, hay regiones que experimentan problemas de disponibilidad hídrica.

Anualmente, Colombia presenta una oferta que supera los 2.100 km3 (59 l/s*km2), teniendo un

volumen disponible por habitante de 50.000 m3 al año. Estas cifras expresadas en l/s*km2

clasifican a Colombia como uno de los países con mayor oferta hídrica natural en el mundo, la

cual es afectada por la heterogénea distribución espacio y temporal de dicho recurso. Esta

variabilidad es a su vez la que proporciona a la nación el medio adecuado para sostener una

variedad de ecosistemas naturales e intervenidos. (IDEAM, 2008)

4.2.1.1. APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA

La oferta hídrica en las diferentes regiones del planeta es una condicionante en el uso y

utilización de este recurso tan esencial para la vida, la escasez de agua potable ha conducido

al hombre a la innovación y creación de nuevas metodologías y procesos que hacen más

eficiente y menos contaminante el aprovechamiento del recurso.

En las zonas áridas y semiáridas, las lluvias son escasas y de frecuencia irregular. Las lluvias

intensas, que se producen particularmente en zonas tropicales, ocasionan grandes

escorrentías eventuales que causan inundaciones y erosión sobre las tierras casi desprovistas

22

de vegetación que atenúe estos efectos. Las recientes sequías ocurridas en diversas partes del

mundo han destacado los riegos para seres humanos y animales en las zonas rurales. (Oficina

regional de la FAO para América Latina y el Caribe, 2000)

Colombia es un país que posee abundancia de recursos naturales (agua, suelo, fauna y flora),

ocupando el puesto 24 entre 203 países, aún no se ha catalogado con graves problemas

ambientales por las Agencias Internacionales, sin embargo, el aumento de las actividades

antropogénicas ponen en peligro la sostenibilidad de los ecosistemas. Dichas actividades se

ven acentuadas por el deseo de crecimiento que existe en los países en desarrollo. Con

respecto al recurso hídrico, la presión existente sobre él, se enfoca principalmente en la

demanda actual y la calidad del mismo, factores que aumentan con el crecimiento poblacional,

impidiendo que haya un alta disponibilidad del agua en las fuentes de extracción (superficiales,

en la mayoría de los casos) y lo que genera conflictos entre las mismas poblaciones por el

recurso.

Colombia con 1.141.748 km2 de área, tiene una precipitación media anual de 3000 mm, 3425

km3 de volumen precipitado, 1313 km3 de volumen anual evaporado y un volumen disponible

para escorrentía superficial de 2112 km3, presenta un rendimiento promedio de 58 lt/seg/km2.

Colombia con el 0.77% del área continental aporta el 4% de la escorrentía media total del

mundo (10 lt/seg/km2), estos datos nos permiten reconocer la alta viabilidad que tienen los

proyectos de aprovechamiento de agua en Colombia, brindándonos mayor confiabilidad para

la adaptación al ahorro del recurso.

El consumo de agua en una vivienda domiciliar para usos potables es de un tercio, la parte

restante es utilizada para uso sanitario; El recurso pluvial es un recurso abundante, a tal punto,

que si se logra fomentar el buen aprovechamiento del agua lluvia se pueden reducir los costos

de consumo de agua en por lo menos dos tercios de lo que se consume normalmente además

su uso puede ser una opción o respuesta para suplir las necesidades hídricas del diario vivir.

En los sistemas sencillos de aprovechamiento de agua lluvia, un sistema de conducción,

transporta el agua lluvia hasta un depósito localizado en la primera planta de la vivienda, de tal

forma que el agua sea almacenada o aprovechada directamente. Existen también sistemas

más complejos diseñados para captar, tratar, almacenar y distribuir el agua, con el objeto de

dejar en disposición, para su consumo, por parte de los usuarios de la vivienda. El sistema

cuenta con elementos como: interceptores de las primeras aguas (que elimina el agua del

lavado de la cubierta), filtros y procesos de desinfección, hidroneumáticos y sistemas de

bombeo (que distribuyen el agua a los diferentes puntos hidráulicos), y dispositivos de control

como sensores de flujo, de nivel y de presión. (José Alejandro Ballén Suárez, 2006)

4.2.2. SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUAS LLUVIA

Los sistemas de captación de agua lluvia, son diseñados para recolectar la precipitación y

utilizar este recurso para suplir las necesidades de su consumo. Estos sistemas están

demarcados por diferentes unidades necesarias para realizar su aprovechamiento, definidas en

la captación, recolección y almacenamiento del fluido. Estos componentes son establecidos

con base en las especificaciones del proyecto, localización, climatología y uso o

23

aprovechamiento que se le dará al agua recolectada. En el presente capítulo, se muestran los

componentes básicos que debe tener un sistema de aprovechamiento de agua lluvia, sus

requerimientos y especificaciones técnicas.

4.2.2.1. CAPTACIÓN

La captación para este tipo de proyecto, es la superficie destinada para la recolección del agua

lluvia. Esta superficie está definida por el tipo de proyecto que será implementado, el

aprovechamiento que se le dará y/o la demanda del líquido requerida. Normalmente esta

superficie comprende los techos, cubiertas, azoteas o puntos más altos expuestos de los

edificios o proyectos donde se quiera hacer la recolección del recurso, estos techos deben

tener ciertas especificaciones técnicas, deberán contar con una pendiente y superficie

adecuada para captar, de tal forma, que se pueda conducir el agua hacia los sistemas de

conducción o almacenamiento. Por medio de la Ilustración 1, se pueden identificar las partes

que contiene un sistema convencional de agua lluvia para uso domiciliar.

Ilustración 1. Sistema convencional de captación de agua lluvia domiciliar.

Fuente. Guía de Diseño para Captación de Agua de Lluvia. CEPIS, 2004

Material.

El material utilizado en las superficies de captación debe ser el adecuado con respecto al uso

que se le dará al agua recolectada. La mayoría de superficies de captación, adaptadas para la

recolección de agua lluvia, son techos con materiales diversos como tejas, recubrimientos,

aislantes, paja, madera, cemento y muchos otros materiales utilizados para su construcción.

Estos materiales poseen características influyentes en el escurrimiento, captación y transporte

del agua lluvia recolectada. Una de las características más importantes es el coeficiente de

escorrentía.

24

El coeficiente de escorrentía indica la relación entre el índice de escorrentía o de circulación

superficial de agua y la pluviometría por unidad de tiempo. La circulación superficial, se debe a

una superficie impermeable o un suelo saturado de agua, este coeficiente determina el material

ideal para la captación y conducción del agua en el techo. (Aqua España, 2011). Entre más se

aproxime a uno (1) el coeficiente se obtiene mayor aprovechamiento de agua lluvia. En la Tabla

1 se muestra el coeficiente de escorrentía de algunos materiales usados en techos.

Tabla 1. Coeficientes de escorrentía de diferentes materiales utilizados en techos.

Material Coeficiente de Escorrentía

Calamina Metálica 0.90

Tejas de Arcilla 0.80-0.90

Madera 0.80-0.90

Paja 0.60-0.70

Fuente. Aqua España, 2011

Pendiente.

Para un buen escurrimiento del agua lluvia hacia el drenaje, sumideros o sistemas de

recolección y conducción y evitar el empozamiento del agua, el techo debe tener una

inclinación con respecto al plano horizontal; En sistemas de recolección de agua lluvia es

necesario que la superficie de captación no tenga una pendiente menor al cinco por ciento

(5%)1 en dirección a las canaletas o dispositivos de recolección del agua lluvia.

4.2.2.2. SISTEMA DE RECOLECCIÓN

El sistema de conducción debe estar diseñado, de tal forma, que se garantice el flujo

ininterrumpido y constante del flujo hacia el sitio de almacenamiento o aprovechamiento, este

debe contar con estructuras dispuestas y diseñadas para la conducción de toda el agua lluvia

que se pueda recolectar por el área de captación y así mismo contar con dispositivos de

limpieza para evitar obstrucciones, inundaciones, desbordamiento de las estructuras y evitar

filtraciones de contaminantes y residuos extraños.

Conducción.

Está conformado por las canaletas, canales, ductos o tuberías que van adosadas o instaladas

en los puntos más bajos del techo, en donde el agua tiende a acumularse antes de caer al

sistema de almacenamiento.

El material de estos sistemas debe ser liviano, resistente al agua y fácil de unir entre sí, a fin de

reducir las fugas de agua. Al efecto se pueden emplear materiales, como el bambú, madera,

metal o PVC. Para el caso de las primeras aguas es necesario contar con un dispositivo de

descarga, pues constituyen una posible fuente de contaminación. En la Ilustración 2 se

muestran algunos tipos de Canaleta para el sistema de recolección de agua pluvial en usos

domiciliares.

1CEPIS (2003)

25

Ilustración 2. Tipos de Canaleta para recolección de agua pluvial.

Fuente: Manual de capacitación para la participación comunitaria, 2008

Para el diseño de estos sistemas se implementan diseños hidráulicos con el fin de evitar

desbordamientos o complicaciones en el sistema. Por ejemplo, la velocidad del agua en las

canaletas no puede ser mayor a 1.00 m/s, para calcular la capacidad de conducción de la

canaleta son empleadas fórmulas racionales como la de Manning con sus correspondientes

coeficientes de rugosidad, acordes con la calidad física del material del sistema de recolección.

(CEPIS, Organización Panamericana de la Salud, 2003)

Drenaje.

Son estructuras o componentes que recolectan el agua que cae en las áreas de captación,

normalmente se ponen en los puntos más bajos donde el agua se acumula, además de

recolectar también sirven de filtros que evitan el paso de materiales extraños arrastrados por el

flujo del agua y que pueden obstruir o dañar el sistema de conducción.

Los sistemas de drenaje más conocidos son los que recolectan las aguas en los sistemas de

alcantarillado pluvial, se utilizan sumideros o bocas de tormenta como estructuras de captación,

aunque también pueden existir descargas domiciliarias donde se vierta el agua de lluvia que

cae en techos y patios. (Soluciones Hidropluviales, 2013) En la Ilustración 3 se muestran

algunos tipos de sumideros o rejillas de piso que pueden ser utilizados para la recolección de

aguas pluviales.

26

Ilustración 3. Tipos de Sumideros o Rejillas de Piso.

Fuente. www.hellopro.es, 2013

Estos sumideros o drenajes, se escogen según el caudal de descarga que depende de la

precipitación de la zona y el área de captación donde está destinado el sumidero o rejilla al

descargue del agua recolectada.

4.2.2.3. SISTEMA DE ALMACENAMIENTO.

El sistema de almacenamiento se compone de un lugar, tanque, o estructura diseñada y

construida para recibir el agua lluvia captada y conducida por los sistemas de captación y

recolección. Este tanque debe tener ciertas especificaciones técnicas para su diseño que

dependen principalmente de la demanda y oferta del recurso hídrico pluvial y del área de

captación destinada para el proyecto. Para sistemas de almacenamiento de agua lluvia para

consumo humano el CEPIS establece que la unidad debe ser duradera y debe cumplir con las

especificaciones técnicas siguientes:

El volumen del tanque de almacenamiento será determinado a partir de la demanda de

agua, de la intensidad de las precipitaciones y del área de captación.

Impermeable para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración.

De no más de 2 m de altura para minimizar las sobrepresiones.

Con tapa para impedir el ingreso de polvo, insectos y de la luz solar.

Disponer de una escotilla con tapa sanitaria lo suficientemente grande como para que

permita el ingreso de una persona para la limpieza y reparaciones necesarias.

La entrada y el rebose deben contar con mallas para evitar el ingreso de insectos y

animales.

Dotado de dispositivos para el retiro de agua y el drenaje.

El volumen de diseño del tanque de almacenamiento será igual al 110% del volumen

neto.

27

El volumen del tanque de almacenamiento se determinará por medio del balance de masa a

partir del mes de mayor precipitación y por el lapso de un año, entre el acumulado de la oferta

de agua (precipitación pluvial promedio mensual de por lo menos 10 años) y el acumulado de la

demanda mes por mes del agua destinada al consumo humano. El volumen neto del tanque de

almacenamiento es la resultante de la sustracción de los valores máximos y mínimos de la

diferencia de los acumulados entre la oferta y la demanda de agua. (CEPIS, Organización

Panamericana de la Salud, 2003)

4.2.3. CONCEPTUALIZACIÓN DE ENERGÍA

Se comprende la energía como la capacidad de obrar, transformar o poner en movimiento. Bajo

esta acepción, se entiende la gran magnitud física que abarca la necesidad energética de las

poblaciones. Es de considerar que las poblaciones ya sean urbanas o rurales requieren de

fuentes energéticas para su sostenimiento, algunos de los servicios que precisan de la

cobertura energética son los combustibles, climatización, iluminación, fuerza motriz,

acondicionamiento de espacios, transporte, comunicaciones, etc.

Las fuentes de energía primarias pueden ser catalogadas como renovables (aquellas que tras

ser utilizadas se pueden regenerar de manera natural o artificial) y no renovables (aquellas que

se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de

su generación). Las tecnologías de energías renovables son aquellas que transforman los flujos

de energía que se presentan en la naturaleza. Esta definición permite relacionar de manera

directa a las energías renovables con el clima, ya que son estos flujos los que se presentan y

modelan el clima. Así es claro, que las energías renovables están íntimamente ligadas al clima

y que causan impactos sobre el cambio climático.

En cuanto a la satisfacción de las demandas de energía para los usos finales, se pueden

emplear diferentes formas de energía secundaria que provienen de fuentes de energía primaria

sean estas renovables o no renovables. En varios usos finales es posible emplear directamente

fuentes de energía renovables desplazando energía secundaria que proviene en parte de

recursos no renovables, liberando de esta manera recursos renovables y extendiendo la vida

útil de los no renovables. En este sentido, el uso sostenible de los recursos de energía indica la

utilización de todas las aplicaciones de energía renovable que desplacen energías no

renovables. (CORPOEMA, 2010).

De esta manera la utilización de energías renovables nos permite:

Reducir la dependencia de los combustibles no renovables, extendiendo así, su vida

útil.

Diversificar la canasta energética.

Reducir las emisiones de CO2, y así, la huella de carbono.

Alternativa de suministro de energía eléctrica para Zonas No Interconectadas (ZNI).

Con el tiempo se ha intensificado el uso de los combustibles fósiles para el aprovechamiento

energético. En la antigüedad podía encontrarse en su gran mayoría la utilización de fuentes

solares, eólicas y de tracción animal, con el pasar del tiempo fueron necesarias fuentes para

28

cubrir una demanda mayor, de esta manera se comenzaron a trabajar con fuentes derivadas de

combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. En la actualidad podemos encontrar que el

78% de la energía final proviene de los combustibles fósiles, el 19% de renovables y el 2.8% de

energía nuclear. (Ver Gráfica 1 y 2)

Gráfica 1. Fuentes energéticas en el planeta

Fuente. CorpoEma-UPME, 2012

El 19 % de las fuentes energéticas del planeta están siendo generadas por fuentes renovables,

En la Gráfica 2 se muestran los distintos tipos de energía renovable y su uso en el planeta.

Gráfica 2. Energías renovables del planeta

Fuente. CorpoEma-UPME, 2012

Con las anteriores figuras se puede identificar que la necesidad de reducir emisiones de CO2

está completamente ligada a la reducción de fuentes de combustibles fósiles para la energía,

como fue estipulado en el protocolo de Kyoto, en el cual países como Alemania, España,

Holanda, Italia, China, Japón, Estados Unidos, algunos países de Centroamérica y

3%

78%

19%

Fuentes energéticas en el planeta

Nuclear

Fosiles

Renovables

4% 3%

7%

17%

69%

Energías renovables

Eolica/solar/biomasa/geotermica/generación deenergía

Biocombustibles

Biomasa/solar/geotérmica/calentamiento

Hidroelectricas

Biomasa tradicional

29

Sudamérica, realizan grandes esfuerzos para reducir su dependencia de dichas fuentes,

involucrando en sus procesos industriales infraestructura humana, técnica, científica y

económica orientada hacia la utilización de recursos energéticos renovables locales.

4.2.4. GENERACIÓN DISTRIBUIDA DE ENERGÍA

La generación distribuida presenta varias ventajas, tanto para los usuarios como para el

suministrador; en el caso de los usuarios, se tienen el incremento de la confiabilidad en el

servicio eléctrico, la reducción en el número de interrupciones, el uso eficiente de la energía y

la facilidad de adaptación a las condiciones del sitio; para el suministrador el acceso a zonas

remotas, la mayor regulación de la tensión, y la reducción del índice de fallas.

Para considerar una estación de generación distribuida como apropiada, se debe otorgar el

servicio de energía eléctrica al usuario (o a la comunidad), las 24 horas del día durante los siete

días de la semana, además de garantizar sus demandas futuras de energía. Este suministro

puede ser totalmente autónomo, o trabajar en combinación con el sistema de interconexión

(nacional o regional), o con otras estaciones de generación distribuida.

En su gran mayoría, los proyectos en los que debe intervenirse con generación energética de

esta índole, están determinados para comunidades ubicadas en su gran mayoría en ZNI.

Independiente de la interconectividad de la zona, en cualquier proyecto con estas cualidades es

imprescindible estimar la demanda energética total a suplir a la comunidad beneficiada del

proyecto.

Las estrategias para contabilizar la demanda energética que se precisa para una

implementación de un sistema de generación distribuida, dependen del tipo de proyecto,

pueden existir dos tipos de proyectos según la situación actual de suministro de energía

eléctrica, a saber: proyectos a comunidades sin servicio de energía eléctrica, y con servicio de

energía eléctrica.

El estudio de demanda de energía se estudia correspondiendo a los proyectos con servicio de

energía eléctrica, teniendo en cuenta que la zona en la que será implementado el proyecto, es

una zona interconectada al servicio de electricidad. (Martínez, 2011)

4.2.5. ANTECEDENTES DE PROYECTOS FNCE EN COLOMBIA

En Colombia las Fuentes No Convencionales de Energía (FNCE), están definidas según la ley

697 de 2001 como aquellas fuentes energéticas que a nivel mundial son ambientalmente

sostenibles, pero que en Colombia son utilizadas de manera marginal, no son comercializadas

y no son utilizadas ampliamente. Entre las FNCE podemos encontrar diferentes tipos de

energía; energía solar, eólica, de pequeños aprovechamientos hidráulicos, biomasa, geotermia,

mareomotriz y nuclear. Las FNCE incluyen diferentes actores e interés específicos, lo que

causa el incremento del mercado de empresas generadoras. Por otro lado, las acciones

promueven el desarrollo óptimo de los recursos implicando medidas de conservación y

oportunidad de ahorro económico, pero también una necesidad e incluso una obligación de

30

inversión en equipamientos más eficientes con la doble finalidad de generar energía y disminuir

costos.

Ante la presión sobre los combustibles fósiles que se ejerce en la mayoría de los países

industrializados, se propende por encontrar alternativas que mitiguen la grave situación de

impactos al ambiente, las demandas crecientes, abastecimiento poco confiable, elevados e

inestables precios del petróleo.

En los años 90, Colombia a través del desaparecido Instituto Nacional de Ciencias Nucleares y

Energías Alternativas (INEA), junto con la Comisión Nacional de Energía, realizó un documento

“Bases para la formulación de un plan de fuentes nuevas y renovables en Colombia”, haciendo

énfasis en la necesidad de información en el plano de nuevas energías para la toma de

decisiones, por medio del cual se elaboraron atlas de radiación solar y de energía eólica, se

realizaron estudios de aproximaciones al recurso geotérmico y de la biomasa y se produjeron

inventarios de las implementaciones de la energía solar térmica y fotovoltaica. (CORPOEMA,

2010).

4.2.5.1. INCENTIVOS TRIBUTARIOS PARA FNCE

Cuando son utilizadas y aplicadas FNCE renovables en entidades privadas y públicas, son

aplicadas diferentes iniciativas políticas o tributarias orientadas o aplicables a beneficios e

incentivos que involucran la exclusión de impuesto a las ventas, rentas exentas y deducción

impuesto a la renta, con controles públicos como lo son el Ministerio de Ambiente y Desarrollo

Sostenible y la DIAN, actualmente el ministerio ya nombrado, trabaja conjuntamente con el

Ministerio de Minas y Energía para validar este tipo de iniciativas. También se pueden

encontrar estos incentivos en el CONPES 3242, estrategia institucional para la venta de

servicios ambientales de mitigación del cambio climático.

4.2.5.2. ESTRATEGIA INSTITUCIONAL PARA LA VENTA DE SERVICIOS

AMBIENTALES DE MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO – CONPES 3242

La estrategia establecida en el CONPES 3242 se enmarca en el Plan Nacional de Desarrollo –

PND “Hacia un estado comunitario 2003 -2006” y busca promover la incursión competitiva de

Colombia en el mercado internacional de reducciones verificadas de reducción de emisiones de

gases efecto invernadero – GEI.

El protocolo logra sus metas bajo tres mecanismos de flexibilidad: el comercio de emisiones

eficientemente, la implementación conjunta (para países industrializados) y el Mecanismo de

Desarrollo Sostenible (MDL). El MDL establece como objetivos principales, ayudar a los países

industrializados en el cumplimiento de sus metas y contribuir al desarrollo sostenible de los

países no industrializados. De esta forma Colombia entra a tomar un papel muy importante en

las acciones tomadas para la mitigación del cambio climático y así el acceso a recursos

económicos y tecnológicos.

Dentro del documento, está determinado que las reducciones de emisiones pueden ser

adquiridas por un país o una empresa con compromisos y ser utilizadas para cumplir

parcialmente sus metas.

31

4.2.6. ESTADO ENERGÉTICO DE COLOMBIA

Colombia se ha caracterizado por la constante revisión de las estrategias para asegurar y

mejorar las condiciones de abastecimiento y disponibilidad de energéticos en aspectos como la

realización de aperturas a los diferentes mercados energéticos, atención a los aspectos

ambientales y definición de mecanismos para el desarrollo energético, en armonía con la

preservación y mejoramiento del estado del ambiente.

El consumo energético final de Colombia se ha incrementado en un 11.5% entre 1990 y 2005,

frente a un crecimiento acumulado del PIB del 54%. Sin embargo, cuando se excluye la

biomasa, el crecimiento del consumo energético final resulta ser del 33%.

En cuanto al consumo energético final de las familias, puede mencionarse que representa el

17% del consumo total y disminuyó en todo el periodo a una tasa promedio anual del 2.68%. Es

de destacar que esto se debió principalmente a la sustitución de la leña por fuentes de mayor

calidad, ya que en términos de energía útil se presentó un aumento importante,

correspondiente al 1.99% promedio anual entre 1990 y 2005. (Energía, 2006 - 2025)

Mediante la Gráfica 3, se presenta el comportamiento del consumo energético por los sectores

económicos del país presentando así, en un orden de Teracalorias que el sector de transporte

a nivel nacional es el requerimiento más alto energético seguido del residencial y en el nivel

más bajo se establece el sector industrial y otros.

Gráfica 3. Comportamiento del consumo sectorial energético en Colombia.

Fuente. PNE 2006-2025, 2005

32

4.2.7. ENERGÍAS ALTERNATIVAS

Las energías alternativas son obtenidas por medio de fuentes naturales que se asumen como

fuentes inagotables, consecuencia de dos razones, a saber; La inmensa cantidad de energía

que son capaces de transformar, y porque son capaces de regenerarse por medios naturales.

Estos diferentes tipos de generación de energía eléctrica pueden ayudarse de varios recursos

que están presentes en los ecosistemas, y los cuales pueden presentar un leve impacto

negativo ambiental, considerando el aprovechamiento obtenido. Entre las energías alternativas

podemos encontrar la energía solar (aprovechada por la radiación del sol en superficies

terrestres), energía eólica (aprovechada por la fuerza de los vientos), energía hidráulica

(aprovechada por la fuerza de los ríos y las corrientes de agua dulce), energía mareomotriz

(aprovechada por la fuerza del agua en los mares y océanos), energía geotérmica

(aprovechada por el calor de la tierra), energía undimotriz (aprovechada por la fuerza de las

olas).

4.2.8. GENERACIÓN DE ENERGÍA POR TURBINAS HIDRÁULICAS

Las turbinas hidráulicas son máquinas que en su accionar transforman la energía potencial de

un fluido no compresible en energía cinética, para que a través de una conversión de la energía

cinética se obtenga un trabajo útil. (Carlos Arturo Duarte, 2000)

En general, las principales características que deben poseer las turbinas son:

Permitir el aprovechamiento del salto cualquiera que sea la altura y el caudal disponible.

Rendimiento elevado.

El eje de la turbina podrá disponerse tanto horizontal como verticalmente según lo exija

el acoplamiento directo a las transmisiones o a los alternadores.

Velocidades altas para conseguir transmisiones mucho más ligeras.

Facilidad de regulación.

Órganos fácilmente accesibles.

Las turbinas hidráulicas pueden ser clasificadas de acuerdo a la forma como el agua ejerce

fuerza sobre la turbina y como causa su rotación, de esta forma se clasifica en: Turbinas de

acción o de impulso y turbinas de reacción.

4.2.8.1. TURBINAS HIDRÁULICAS DE ACCIÓN O DE IMPULSO

Las turbinas de acción o de impulso giran cuando un chorro de agua proveniente de una tobera

(boquilla) golpea uno de sus cangilones a velocidad muy alta. Una gran proporción de la

energía del agua está en forma de energía cinética debido a su velocidad. El chorro no posee

ninguna energía de presión, dado que el agua no puede confinarse después de salir de la

tobera. (Monsalve, 2005). Mediante la Ilustración 4, se pueden identificar las partes de una

turbina de acción o de impulso. Una turbina de acción posee los siguientes principales

componentes:

33

El inyector. Transforma la energía de presión en energía cinética. Consta de tobera y

válvula de aguja. Constituye el distribuidor de las turbinas de impulso.

El servomotor. Desplaza la aguja del inyector mediante presión de aceite

El regulador. Controla la posición de la válvula de aguja dentro del inyector.

El deflector o pantalla deflectora. Sirve para evitar el golpe de ariete y el

embalamiento de la turbina.

El rodete. Compuesto por el rotor y los alabes de la turbina.

Los alabes, cucharas o cazoletas. Provocan el giro de la rueda Pelton.

El freno de la turbina. Sirve para detener al rodete mediante la inyección de un chorro

de agua de diámetro 25 mm impactando en el dorso de los álabes. (Perez, 2011)

Ilustración 4. Componentes principales de las turbinas de acción

Fuente. Pérez, 2011

Las turbinas de acción o de impulso, se caracterizan por los siguientes parámetros:

Se utilizan con cargas hidráulicas relativamente altas pero con caudales relativamente

bajos.

Poseen relativa baja velocidad específica, entre 4 m CV y 85 m CV (Caballos de vapor).

34

A menudo emplean ejes horizontales (con 1 o 2 toberas y son de fácil mantenimiento)

pero existen los de ejes verticales (3 a 6 toberas, para centrales grandes).

Existen tres tipos de turbinas de acción: Pelton, Turgo y Mitchell Banki (o de flujo cruzado).

4.2.8.2. TURBINAS HIDRÁULICAS DE REACCIÓN

Las turbinas de reacción actúan por el agua que se mueve a una velocidad relativamente baja,

pero bajo presión. El agua llega al cuerpo de la turbina (rodete) a través de un sistema

denominado de distribución que es totalmente cerrado, tal que la presión debida a la cabeza de

la planta se mantiene sobre el rodete. (Monsalve, 2005). La Ilustración 5 muestra el diseño que

tienen las turbinas de reacción y uno de sus usos mas comunes.

Las turbinas de reacción pueden ser Francis, de Hélice y Kaplan.

Ilustración 5. Turbina de reacción.

Fuente: (Salazar, 2011)

4.2.9. SOSTENIBILIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN

En 1987 fue presentado ante la ONU el Informe Brundtland ó Nuestro Futuro Común, un

documento creado para alarmar al mundo sobre la problemática por la población, los recursos

humanos, alimentación, especies, ecosistemas, energía, industria y el reto urbano, proponiendo

así un modelo de desarrollo para ser adoptado por la comunidad internacional, conocido como

DESARROLLO SOSTENIBLE, definido como “…aquel que garantiza las necesidades del

presente sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras para satisfacer sus

propias necesidades.” (Brundtland, 1987)

35

Para la aplicación de la sostenibilidad, no basta la comprensión de su concepto, sino la

adaptación de este a los sistemas urbanos y rurales. “Para acercarse a la complejidad de la

sostenibilidad de una región, de una localidad, de una ciudad, además del tema estructural, es

indispensable comenzar a apelar el concepto de proceso, es decir, aplicarle dinamismo al

nuevo modelo...Lo urbano en la globalización determina en cierto modo la región porque es lo

que concentra el mayor dinamismo económico.” (Umaña, 2001).

Los grandes centros urbanos, donde se centralizan los poderes sociales y económicos,

representan regiones donde se concentra un dinamismo económico inmenso, haciendo así,

que las estrategias de sostenibilidad, tengan la mayor factibilidad de ser adaptadas en este tipo

de medios. Llegando a esto, los centros urbanos pueden estar organizados por clases sociales

y sectores económicos, que paisajísticamente están representados por barrios, parques,

catedrales, edificios, casas, avenidas, aeropuertos, etc. Cada uno de estos focos de agrupación

social, representan un gran reto para la sostenibilidad de la ciudad, correspondiendo así

asuntos de interés ambiental como lo son el manejo de recursos y el establecimiento de

políticas para el manejo de los mismos. (WGBC, 2008) Este asunto de inclusión de la

sostenibilidad y del manejo ambiental de los recursos para la construcción de ciudades, es

conocido como construcción sostenible.

La construcción sostenible es definida como el desarrollo de la construcción con una

responsabilidad considerable con el medio ambiente, implicando acciones como el uso

sostenible y eficiente de energía, manejo racional y eficiente del agua, materiales de

construcción menos tóxicos, por citar algunos de sus objetivos. Todo esto durante todos los

procesos de operación de la construcción, desde la puesta en marcha del proyecto hasta la

operación del edificio, proporcionando así, ambientes saludables durante todo el ciclo de vida

del edificio.

La aplicación de estos retos en el área de la sostenibilidad, han sido tomados por cientos de

grupos no gubernamentales, entidades públicas, privadas, grupos educativos y demás

profesionales que buscan el progreso del entorno ambiental en la urbe. La red World Green

Building Council, es una red de consejos nacionales de edificios verdes, con 90 países

afiliados, es la organización más influyente en el mercado de edificios verdes. En Colombia, el

Consejo Colombiano de Construcción Sostenible (CCCS), o Colombia Green Building Council,

es una organización sin ánimo de lucro, red de personas, entidades y empresas que

promueven la transformación de la industria de la construcción para lograr un entorno

responsable con el ambiente.

El CCCS como red de miembros y de alianzas estratégicas, enfatiza sus líneas estratégicas de

trabajo a la educación, la gestión técnica, la política pública, las comunicaciones y el mercadeo.

A través de estas líneas de acción se procura transformar la industria de la construcción hacia

la sostenibilidad haciendo que las partes interesadas y el establecimiento de nuevas alianzas

estratégicas se basen en el valor de ser sostenible. La herramienta para el reconocimiento de

este valor son las certificaciones, como herramientas para que los proyectos busquen las

sostenibilidad integral, también para evitar y combatir el “Greenwashing”, o pretensiones de

sostenibilidad donde no existe. Actualmente, el CCCS trabaja en conjunto con Icontec y el

36

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible para la creación del Sello Ambiental

Colombiano para edificaciones sostenibles.

4.2.9.1. SELLOS DE CERTIFICACIÓN DE EDIFICACIONES SOSTENIBLES

Los certificados y los rótulos ambientales cumplen con la función de promover la oferta y la

demanda de productos y servicios que causan menor impacto al ambiente, estimulando por

medio de la comunicación verificable la búsqueda del mejoramiento ambiental continuo.

De esta forma son establecidos a nivel nacional e internacional, sellos de certificación para

edificaciones sostenibles, el Sello Ambiental Colombiano para edificaciones sostenibles está

siendo desarrollado por las entidades encargadas del urbanismo y el ambiente en el país, pese

a esto, las edificaciones y las empresas interesadas en mejorar la infraestructura de las urbes

para disminuir su impacto ambiental, se adaptan a los requerimientos de sellos como;

BREEAM, desarrollado por el Building Research Establishment (BRE) del Reino Unido, fue el

primer sello desarrollado después del protocolo de Kyoto; LEED, desarrollado por el Consejo

Estadounidense de Construcción Sostenible; Green Star, desarrollado por el consejo

Australiano de construcción Sostenible.

El sello más reconocido a nivel mundial, y del que se valen las entidades colombianas para la

certificación de infraestructura es la certificación LEED. Sus siglas en inglés significan

Leadership in Energy and Environmental Design (Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental), el

sello fue desarrollado originalmente en 1993 por el Consejo Estadounidense de Construcción

Sostenible (USGBC). El certificado tiene enfoque en el desempeño de los edificios, tiene

versiones para edificios existentes, operación y mantenimiento, interiores comerciales,

envolventes y núcleos. Desarrolla también certificados para grandes escaladas por medio del

programa “Neighborhood Development” (Desarrollo de barrio).

En la certificación LEED existen 100 puntos en total, que son distribuidos en cinco categorías

que brindan diferentes puntajes considerando los créditos más importantes en la sostenibilidad

de un edificio, estas cinco categorías son: Sostenibilidad del lote, Eficiencia de aguas,

Atmosfera y energía, Materiales y recursos y calidad de ambientes interiores, además de 6

puntos que son otorgados por innovación en diseño, y otros 4 puntos por prioridad regional, con

respectos a estos puntajes, los edificios pueden obtener certificaciones para cualquiera de los

siguientes niveles de certificación:

Certificado LEED: 40-49 puntos.

Plata: 50-59 puntos.

Oro: 60-79 puntos.

Platino: 80 puntos o más.

Mediante la certificación LEED se pueden obtener beneficios útiles para las partes interesadas

del proyecto, hablando de los ocupantes y de los propietarios, estos beneficios se evidencian

cuando el proyecto ha obtenido la certificación y se afirman desde la puesta en marcha del

proyecto hasta el momento en que la edificación está en operación. Los beneficios están

establecidos en la Tabla 2, son premisas importantes el velar por la salud y el bienestar de los

37

ocupantes, por bajo impacto negativo ambiental y por los beneficios económicos a futuro para

los prioritarios, estimando los ahorros energéticos y de agua.

Tabla 2. Beneficios de la certificación LEED

Beneficios Ambientales De

La Certificación Leed

Beneficios Para Los

Ocupantes

Beneficios Para Los

Propietarios

Reducción de consumos

básicos

Reducción de costos

operacionales y de

mantención del edificio.

Mejor calidad del espacio

laboral.

Aumento de la

productividad.

Aumenta el valor de los

activos.

Aumenta las tasas de

ocupación.

Reconocimiento mundial

de la sostenibilidad.

Reducción del impacto

ambiental.

Reducción de la huella de

Carbono.

Productividad de los

empleados.

Reclutamiento de

empleados.

Declaración de

responsabilidad corporativa.

Mejoras por los

arrendatarios.

Energy Star Rating.

Control de costos

operacionales.

Programa de reciclado

completo.

Eficiencia en uso de agua

(interior y exterior).

Limpieza ecológica.

Calidad del aire interior.

Diferenciación en el

mercado.

Incremento de la ocupación

y tasas de arriendo.

Incremento del valor de la

propiedad.

Establecimiento de la

competitividad en el

mercado.

Cumplimiento de los

requerimientos de

ocupación.

Control de los costos de

operación.

Resultados medibles

inmediatos de los ahorros

de energía.

Fuente. POCH & Asociados, 2013

Adicionalmente, el apropiar la construcción LEED en los nuevos proyectos de construcción

brinda beneficios comerciales, económicos y financieros de gran magnitud. Por ejemplo, en la

Tabla 3, se presentan los montos promedio de arrendamiento y venta de inmuebles LEED

comparados con los inmuebles no certificados en Estados Unidos, y se puede observar que el

costo de arrendamiento representa el 37 % sobre el valor de los edificios no certificados.,

mientras que el costo de Venta se encuentra sobre el 64 % sobre el valor del metro cuadrado

en edificios no certificados.

Tabla 3. Comparación área construida certificada con LEED.

Certificado Arriendo Venta Ocupación

LEED Certificado US$ 456,17/m2 US$ 4.714,59/m2 92%

No Certificado US$ 334,22/m2 US$ 2.873,96/m2 87,9%

Fuente. POCH & Asociados, 2013

Las estrategias para certificación LEED, tienen variación en cada uno de los proyectos, es por

esto que la multidisciplinariedad toma parte importante para que cada uno de los objetivos que

se plantean sean llevados a cabalidad. Se puede decir que las estrategias que impactan de

mayor forma la efectividad de lograr una certificación LEED son:

38

Contar con un equipo multidisciplinario.

Establecer las metas LEED tempranamente.

Establecer prioridades, en la selección del equipo de diseño y contratista, presupuestar

para el comisionamiento y basar decisiones en el análisis del costo de vida y utilizar la

modelación de energía para informar al diseño. (POCH & Asociados, 2013).

39

5. ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO

Para el dimensionamiento del proyecto de aprovechamiento, es necesario conocer

especificaciones importantes como la localización, el tipo de proyecto donde se va a construir,

la climatología y el servicio energético actual de la región. Aspectos importantes a la hora del

diseño y el estudio de factibilidad.

5.1. PROYECTO SIERRA BEACH RESORT

El proyecto es desarrollado por la Constructora Siglo XXI, constructora de servicios para el

sector inmobiliario que ofrece servicios en gerencia de proyectos, diseño, construcción,

promoción y comercialización, teniendo en cuenta políticas de calidad, tanto ambientales como

de desarrollo sostenible.

El proyecto Sierra Beach Resort está previsto para ser construido en la ciudad de Santa Marta,

en el departamento de Magdalena, Colombia, en el sector conocido como Lagos de Dulcino o

Pozos Colorados. El proyecto comprende un condominio de 132 apartamentos, ubicados en

una torre de 17 pisos en una planta de 2400 m2 aproximadamente.

La distribución del espacio en el edificio, está determinada por los 8 tipos de apartamentos,

divididos por habitaciones, baños, cocinas, comedores, salas, cuartos de labores y terrazas. La

distribución en la totalidad del edificio, se encuentra determinada en la Tabla 4.

Tabla 4. Distribución de espacios en el área residencial del edificio

DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO TOTAL EN CADA PISO

Tipo Habitaciones Baños Cocinas Comedor Salas Labores Terrazas

A 4 4 1 1 2 1 1

B 1 2 1 0 1 1 1

C 2 3 1 1 1 1 3

D 2 2 1 1 1 1 1

E 3 3 1 1 1 1 1

F 2 3 1 0 1 1 1

G 1 1 1 1 1 1 1

H 3 4 1 1 1 1 1

Total 18 22 8 6 9 8 10

DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO TOTAL EN EL EDIFICIO

Tipo Habitaciones Baños Cocinas Comedor Salas Labores Terrazas

Total X Piso 18 22 8 6 9 8 10

Pisos 12 12 12 12 12 12 12

Total X Edificio 216 264 96 72 108 96 120

Fuente. Autores

40

Las áreas comunes del proyecto están identificadas en la Tabla 5.

Tabla 5. Distribución de áreas comunes en el edificio.

DISTRIBUCIÓN DE ÁREAS COMUNES

Tipo Cantidad

Salón de juegos 1

Putting green 1

Canchas de squash 2

Barra wi-fi 1

Solarium 1

Restaurante 1

Piscina de niño/adultos 2

Bar piscina 1

Jacuzzi y BBQ 1

Piscina para natación 1

Locales comerciales 3

Salón múltiple 1

Spa 1

Gimnasio 1

Baños 14

Recepción 1

Of. Administración 1

Fuente. Autores

5.2. LOCALIZACIÓN

La localización del lugar del proyecto, es esencial en el estudio de factibilidad, debido a las

condiciones geográficas y latitudinales que lo definen. Estos conceptos son fundamentales en

la determinación climática de la región condicionando los ciclos hidrológicos y las oferta de

lluvia en la zona. El proyecto Sierra Beach Resort se ubica dentro de la ZCIT, muy cerca de la

línea ecuatorial en el subcontinente de América del Sur.

5.2.1. GENERAL

El proyecto se encuentra en el norte de Colombia, en el departamento del Magdalena. Se ubica

en la costa atlántica colombiana, dentro del Distrito Turístico, Cultural e Histórico de Santa

Marta capital del departamento del Magdalena, Colombia. La Ilustración 6 muestra la

localización nacional y departamental del municipio de Santa Marta.

41

Ilustración 6. Localización Nacional y Departamental de Santa Marta.

Fuente. Sitio Web Oficial Alcaldía De Santa Marta – Magdalena, 2013

5.2.2. ESPECIFICA

El proyecto condominio Sierra Beach Resort está localizado en el área de Pozos Colorados, en las cercanías al casco urbano de la ciudad de Santa Marta, aproximadamente a 2,14 km en las coordenadas 11°10’20.54” N, 74°13’57.24” O y se encuentra a una altura de 3 m.s.n.m. Mediante la

42

Ilustración 7 se presenta la localización específica donde será instalado el proyecto Sierra

Beach Resort, dentro del municipio de Santa Marta.

Ilustración 7. Localización satelital del proyecto

Fuente. Sitio Web Oficial Proyecto Sierra Beach Resort, 2013

5.3. GEOGRAFÍA

“El Distrito de Santa Marta está conformado por un mar territorial, una área montañosa

correspondiente a la Sierra Nevada, cuerpos de agua interiores, las islas y bahías localizadas

en el mar territorial y en los cuerpos de agua, el suelo consolidado constituido por una zona

costera y una zona continental, el suelo no consolidado constituido por la zona de Bajamar, el

subsuelo y el espacio aéreo asociado”. (Congreso de la República de Colombia, 1997).

El municipio tiene límites por el Norte y el Oeste con el Mar Caribe, al sur los municipios de

Ciénaga y Aracataca y por el oriente los departamentos de la Guajira y Cesar.

Extensión total: 2,393.35 Km2

Extensión área urbana: 55.10 Km2

43

Extensión área rural: 2,338.25 Km2

Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 6 msnm, con

máxima elevación de 5775 msnm en las cumbres de la Sierra Nevada.

Temperatura media: Posee un clima cálido y seco, con precipitación media anual de

362 mm, humedad relativa del 77% y rango de temperatura entre los 23 - 32 °C

Distancia de referencia: Distancias y tiempos a Bogotá: Terrestre: 965 km, Aéreo: 1

hora 25 minutos

5.4. CLIMATOLOGÍA

La ciudad de Santa Marta se encuentra en la costa atlántica de Colombia en el departamento

de Magdalena, en las coordenadas geográficas son 11º 14' 50” de latitud norte y 74º 12' 06” de

latitud oeste. El departamento del Magdalena por razones del relieve, de la influencia del mar y

del continente presenta un paisaje climático inestable, por la posición astronómica que posee,

es decir, se sitúa en la zona ecuatorial y por lo tanto domina un clima intertropical. La

clasificación climática del departamento del Magdalena se muestra en la Ilustración 8.

Ilustración 8. Clasificación Climática Magdalena

Fuente. Atlas Climático de Colombia, IDEAM, 2011

Además del relieve, las influencias marítimas del norte y de las continentales del sur, también

influyen otros factores: precipitación, humedad, presión atmosférica y los vientos contribuyen

en una manera secundaria en la variación de la temperatura regional, derivando variaciones

44

que producen una escala termo-altimétrica que parte desde la más ardiente y alta en la costa,

valles y llanuras, hasta la más baja y fría en los páramos y nevados.

Por todas estas situaciones en el departamento se dan todos los climas: cálido, templado, frío,

páramo y nevado, más los medios naturales aunque no todas intervienen a favor de la región.

Durante los meses de diciembre, enero y febrero, las brisas moderan el calor del día

permitiendo un ambiente agradable y seco formando el clima ideal. En marzo los vientos

disminuyen, el calor se acentúa y la humedad se vuelve más fuerte, de julio a noviembre se

presentan lluvias aumentando la humedad y el calor. (Centro de Investigaciones

Oceanográficas e Hidrográficas, 2010)

5.4.1. PRECIPITACIÓN

Santa Marta se encuentra ubicada en la zona de confluencia intertropical. El dapartamento del

Magdalena presenta dos temporadas de lluvias, la primera lluviosa en parte de abril y mayo, la

segunda, entre los meses de septiembre y noviembre, una temporada de menor intensidad de

lluvias entre los meses de junio y agosto y la temporada seca entre los meses de diciembre a

marzo.

En el área costera de Santa Marta la sequía se explica por la divergencia de vientos

catabáticos secos y calientes. La brisa marina ayudan a suavizar la temperatura pero extienden

su influencia hasta el interior al arrastrar y acumular las nubes en la sierra produciendo

sequedad a su paso. En la zona bananera, la sierra constituye una gran barrera en la corriente

aérea o atmosférica regular de los alisios del noroeste por la que modifica el clima y se

presentan características seca y húmeda. Por lo contrario, en la parte occidental del

departamento, entre el municipio de Plato hasta la desembocadura del río Magdalena, se

manifiesta una menor precipitación, 500 a 1.000 mm anuales; ya que los vientos alisios no

penetran en este sector por encontrarse dentro de la "sombra seca de la Sierra Nevada".

Ilustración 9. Precipitación anual total (mm) del departamento de Magdalena.

45

Fuente. Atlas Climático de Colombia, IDEAM, 2011

La Depresión Momposina presenta condiciones climáticas especiales debido a los grandes

volúmenes hídricos con que cuenta permanentemente, como son: las ciénagas de Zapatosa,

Chilloa, La Rinconada, Tesca, Pijiño, Juan Criollo, Jaraba, Playa Afuera y los ríos Cesar, San

Jorge y Magdalena. Esta superficie acuática, expuesta permanentemente a los rayos solares,

hace que la zona sea de un ambiente húmedo, con promedios de precipitación anual entre

1.500 a 2.000 mm.

Estas lluvias son convectivas es decir, que por efectos de la radiación solar y de la irradiación

terrestre la masa atmosférica se calienta y las nubes con alto contenido de humedad se

encuentran con masas de aire frías condensándose para posteriormente precipitarse. Debido a

las condiciones ambientales que se están dando en el Magdalena, las precipitaciones varían en

un rango de 250 mm, en las zonas más secas; hasta los 4.000 mm, en él Piso Térmico Frío de

la Sierra Nevada. (Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas, 2010). Mediante

la Ilustración 9 se muestra los índices de precipitación anual total en el departamento del

Magdalena.

5.4.2. BRILLO SOLAR

En el departamento de Magdalena los promedios anuales diarios del número de horas de sol,

brillo solar, sobre el territorio son entre 6 a 9 horas de sol al día (Ver Ilustración 10), lo que

indica que alrededor del 70% del tiempo en las horas del día, se presenta sol con altas

intensidades en la Costa Atlántica.

46

Ilustración 10. Mapa Promedio Multianual Brillo Solar en Santa Marta.

Fuente. Mapa de Brillo Solar, IDEAM, 2005

5.4.3. TEMPERATURA

Santa Marta tiene un clima tropical principalmente seco, con una temperatura promedio anual

de 27 ºC. Las temperaturas promedio no varían mucho a lo largo del año; sin embargo, la

ciudad se caracteriza por tener una temporada seca y una lluviosa. Febrero es el mes más

seco y Octubre el más lluvioso, ambos con una temperatura promedio de 28 ºC. (Centro de

Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas, 2010)

En la ciudad de Santa Marta y su periferia, predomina un ambiente seco considerando los

vientos secos que vienen de la Sierra Nevada de Santa Marta. Se considera Santa Marta como

una de las ciudades con mayor biodiversidad en el mundo, considerando la cantidad de pisos

térmicos que abarca, estableciendo así, variedad en la flora y fauna, y algunos otros factores

como una región húmeda tropical a pocos kilómetros de los macizos montañosos. Esta

variabilidad climática, puede ser identificada mediante la Ilustración 11, en la cual se

especifican las temperaturas medias anuales a lo largo del departamento del Magdalena,

donde se muestra la Sierra Nevada de Santa Marta, en la zona donde se pueden encontrar

micro-climas desde templado hasta cumbres nevadas.

Ilustración 11. Temperatura Media Anual (°C) departamento del Magdalena.

47

Fuente. Atlas Climático de Colombia, IDEAM, 2011

5.5. SERVICIO ENERGÉTICO ACTUAL

El estudio energético de la región es esencial para justificar la necesidad de utilizar otras

fuentes alternativas de energía, a continuación se muestra el estudio de cobertura,

infraestructura, precios, mantenimiento y tarifas del prestador del servicio de energía en la

región con el fin de evaluar la factibilidad de otros tipos de sistemas alternativos de generación.

En las zonas donde los servicios energéticos son deficientes, es preciso encontrar salidas o

soluciones al problema de la prestación del servicio confiable y eficiente, acorde con esto, se

debe considerar que el proyecto será servido de la energía suministrada por Electricaribe S.A.

E.S.P., la cual presta los servicios de distribución y comercialización de la energía eléctrica en

los siete departamentos de la zona caribe. Cuenta con dos empresas filiales, Energía Social de

la Costa S.A. E.S.P., la cual se encarga de la prestación del servicio en barrios subnormales, y

Energía Empresarial de la Costa S.A. E.S.P., que presta el servicio para clientes no regulados.

Electricaribe atiende a 1’732.277 suscriptores, los cuales representan el 18% de suscriptores a

nivel nacional2, de los cuales el 94.8% corresponde al sector residencial y el 5.71 % a los

sectores industrial, comercial, oficial y otros. En su infraestructura eléctrica de la empresa

cuenta con un total de 70.876 transformadores de distribución. En la Tabla 6 se presentan la

2 Electricaribe, incluyendo a sus filiales, es la tercera empresa de servicios públicos domiciliarios a nivel nacional en número de

suscriptores con 1.735.715 suscriptores en diciembre de 2011, después de CODENSA S.A. E.S.P. y Empresas Públicas de Medellín S.A. E.S.P. El número de usuarios que representan estas tres empresas suma el 65% del número total de suscriptores del Sistema Interconectado Nacional, el cual asciende a 11.7 millones de usuarios.

48

cantidad de usuarios en el área de cobertura correspondiendo a los estratos residenciales y a

las áreas industriales y comerciales.

Tabla 6. Número de suscriptores Electricaribe - diciembre de 2011

Estrato Número de

suscriptores

%

Estrato 1 804.360 46.4%

Estrato 2 517.067 29.8%

Estrato 3 197.095 11.4%

Estrato 4 62.926 3.6%

Estrato 5 24.458 1.4%

Estrato 6 27.408 1.6%

Total

Residencial

1.633.314 94.3%

Industrial 1.789 0.1%

Comercial 82.898 4.8%

Oficial 3.929 0.2%

Otros 10.347 0.6%

Total No

Residencial

98.963 5.7%

Total

Suscriptores

1.732.277 100

Fuente: www.sui.gov.co, 2013

Electricaribe S.A. E.S.P., a Diciembre de 2011 certificó atención a 149 zonas de difícil gestión,

118 áreas rurales de menor desarrollo, y mediante Energía Social de la Costa S.A. E.S.P., un

total de 1.323 suscriptores en barrios subnormales, los cuales representan a 387.883 grupos

familiares. Por su parte, el número de suscriptores industriales atendidos, certificados a

diciembre de 2011, fue de 2.115. (Superservicios , 2012)

Como parte de las estrategias que emplea Electricaribe S.A. E.S.P., la Superintendencia de

Servicios Públicos Domiciliarios realiza auditorias enfocadas en los ámbitos sociales, técnicos,

comerciales y financieros. Durante las auditorías realizadas en el año 2011, se efectuaron

vigilancias itinerantes en la Costa Caribe, estas vigilancias itinerantes consisten en ejercicios de

participación ciudadana, en las cuales se socializan los derechos y deberes de los participantes

en materia de servicios públicos domiciliarios, generando también un espacio para que las

comunidades presenten las inconformidades con la prestación del servicio para encontrar así,

solución oportuna bajo la vigilancia y el control de la superintendencia.

Gráfica 4. Causales de reclamación en visitas itinerantes 2010-2011.

49

Fuente. Acta de vigilancias itinerantes, 2011

Como lo indica la Gráfica 4, en total en el 2011 fueron realizadas 10 vigilancias itinerantes,

mediante las cuales se pudo identificar que las quejas relacionadas con la mala infraestructura,

las tarifas y la calidad del servicio, eran las más frecuentes. Además de encontrar quejas por la

aplicación indebida de los recursos del Fondo de Energía Social (FOES), calidad de potencia,

recuperación de energía dejada de facturar (ECDF), cobros por reconexión, no respuesta a

derechos de petición e instalación de medida centralizada.

De acuerdo a lo consignado en el informe de auditoría realizado por la Superintendencia de

servicios públicos en el 2012, y a la información consignada en el SUI, Electricaribe S.A.

E.S.P., es la empresa del país en la que tuvo ocurrencia el mayor número de reclamaciones

por SAP (Silencios Administrativos Positivos) durante el 2011.

En la Gráfica 5 se presentan la cantidad de SAP ponderadas por cada 100.000 suscriptores en

las empresas prestadoras del servicio de energía eléctrica a nivel nacional. Así se puede

observar que Electricaribe S.A. E.S.P., es la que presenta la mayor cantidad incluso sobre

aquellas que atienden mercados de igual o mayor magnitud.

Gráfica 5. Número total de reclamaciones por SAP de principales prestadores en 2011

50

Fuente: SUI, 2011

En la Gráfica 6 se presentan las empresas que presentan mayor cantidad de quejas y

reclamaciones a nivel nacional, según las auditorías realizadas por la Superintendencia en el

año 2011. Durante la cual, se establece que la empresa prestadora del servicio de energía que

más presenta inconformidades por parte de sus usuarios, es Electricaribe S.A. E.S.P.

(Superservicios , 2012)

Gráfica 6. Reclamos recibidos por cada 1000 suscriptores, Enero 2010 - Julio de 2011

Fuente. Superservicios, 2011

Estas gráficas y estudios realizados demuestran la necesidad de tener una fuente alternativa

de energía eléctrica en la región y por ende en el proyecto Sierra Beach Resort. Electricaribe es

unas de las empresas prestadoras del servicio energético del país con más reclamaciones y

quejas por su mal servicio debido a su deficiente prestación, cortes constantes de energía,

mala infraestructura, además de tener la tarifa más costosa del país para los usuarios de

estratos 5 y 6.

5.5.1. DEMANDA ENERGÉTICA DE LA REGIÓN

La demanda comercial total de Electricaribe S.A. E.S.P. registrada para el año 2011 fue de

11.500 GWh, que corresponde al 19.7% del total nacional, que para el mismo año fue de

58.375 GWh. (Superservicios , 2012)

51

La demanda máxima de potencia para diciembre de 2012 fue de 9.504 MW y se registró en el

período 19 del día lunes 10 de diciembre; lo cual representa un crecimiento de 6,6% con

relación al año 2011. (Electricaribe, 2012)

5.5.2. TARIFA DEL SERVICIO DE ENERGÍA EN LA REGIÓN

Las tarifas de la prestación de servicio público dependen de la región, empresa y estrato social

que corresponda cada sector de la población donde se preste el servicio, uno de los factores

más determinantes es el estrato social, en el caso del proyecto Sierra Beach Resort, se sabe

que la empresa prestadora del servicio de energía eléctrica es Electricaribe S.A. E.S.P. y que

es un proyecto destinado a estratos 5 y 6 los cuales poseen las tarifas más costosas; para

determinar la tarifa de energía eléctrica que pagara el proyecto, se remitió al Boletín Tarifario

Enero de 2013, emitido por la Superintendencia de servicios públicos, donde la tarifa de

Electricaribe para estratos 5 y 6 es de 550,94 $/KWh (Ver Anexo 1).

52

6. ESTUDIO DE PRE FACTIBILIDAD

El estudio de pre factibilidad del diseño de captación de agua lluvia se basa en los datos de

precipitación mensual de por lo menos diez (10) años (Organización Panamericana de la Salud,

2003) en áreas donde los niveles de precipitación pluviométrica hagan posible el adecuado

abastecimiento de agua para la generación de energía eléctrica del sistema.

6.1. OFERTA DEL RECURSO HÍDRICO

Para el diseño del sistema de captación es necesario conocer la disponibilidad de agua lluvia

de la región, por este motivo se establecen las diferentes estaciones meteorológicas que

pudieran caracterizar la precipitación en el área del proyecto Sierra Beach Resort.

Observando y analizando el inventario de estaciones meteorológicas del IDEAM, la entidad

nacional con mayor número de estaciones meteorológica del país y abalada por el gobierno

nacional de Colombia, se encontró que la estación que cumplía con las condiciones de

cercanidad y caracterización del área de estudio fue la estación “Aeropuerto Simón Bolívar” y

se encuentra como su nombre lo indica en las instalaciones del Aeropuerto Internacional Simón

Bolívar en la ciudad de Santa Marta, su posición geográfica es 1107 N, 7413 W, está a una

altura de 4 m.s.n.m. y a 6 kilómetros de distancia al área del proyecto.

Es una estación sinóptica principal lo que indica que este tipo de estación meteorológica realiza

observaciones de los principales elementos meteorológicos en horas convenidas

internacionalmente. Los datos se toman horariamente y corresponden a nubosidad, dirección y

velocidad de los vientos, presión atmosférica, temperatura del aire, tipo y altura de las nubes,

visibilidad, fenómenos especiales, características de humedad, precipitaciones, temperaturas

extremas, nubosidad, recorrido del viento y secuencia de los fenómenos atmosféricos. En este

caso fueron solicitados los datos de precipitación que son los datos de interés para el diseño

de los sistemas para la generación de energía.

Para el diseño y la viabilidad del sistema de captación es necesario contar con información

pluviométrica de mínimo 10 años consecutivos (Anexo 2. Valores Totales Mensuales de

Precipitación Estación Meteorológica “Aeropuerto Simón Bolívar”), esto con el objeto de tener

mayor confiabilidad en el diseño del sistema. Con esta información se realiza un análisis de la

precipitación promedio mensual y así mismo un histograma con los diferentes valores

obtenidos de la estación meteorológica (Ver Gráfica 7). Donde se representa la tendencia de

las precipitaciones en el área de estudio. La estación escogida cuenta con datos de 20 años

consecutivos de 1993 hasta el 2012 por consiguiente cumple los requerimientos de información

necesaria para el diseño del sistema de captación.

6.1.1. PRECIPITACIÓN PROMEDIO MENSUAL

La oferta de agua de lluvia se debe determinar a partir del promedio mensual de las

precipitaciones correspondientes al periodo de años analizados. (OPS, 2003) Para su cálculo

es utilizar la ecuación 1.

53

(1) Dónde:

i

i En la Tabla 7, se establecen los valores de precipitación promedio mensual en L/m2, para los 10 años analizados, valores encontrados a partir de los valores totales mensuales de precipitación (Ver Anexo 2).

Tabla 7. Valores de precipitación promedio mensual en litros por metro cuadrado para los 10

años analizados

Mes Ppi (L/m2)

Enero 0,01

Febrero 0,096

Marzo 2,34

Abril 25,156

Mayo 63,67

Junio 67,293

Julio 73,496

Agosto 87,383

Septiembre 75,583

Octubre 144,306

Noviembre 105,06

Diciembre 12,98

Anual 657,364

Promedio 54,78

Fuente: Autores

En la Gráfica 7 se representa el histograma de los valores totales mensuales de precipitación,

encontrados en la estación del Aeropuerto Simón Bolívar en el municipio de Santa Marta.

54

Gráfica 7. Valores totales mensuales de precipitación “Aeropuerto Simón Bolívar” de Santa

Marta

Fuente. Autores

Se observa que desde el mes de Diciembre hasta el mes de Abril las precipitaciones son

escasas sobre el área de estudio; esto es debido a la época seca que se presenta durante

estos meses en el Mar Caribe, luego inicia la época de transición hasta Julio, mes en el cual se

presenta un leve descenso en las precipitaciones como consecuencia del “Veranillo de San

Juan” (Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas, 2010). A partir del mes de

Agosto hasta el mes de Noviembre se presenta la época húmeda por lo cual los promedios

multianuales de precipitación se incrementan de manera significativa, así como los días con

precipitación, siendo el mes de octubre el más lluvioso de todo el año con un promedio de

144,306 mms y el más seco enero con 0,01 mms.

Estos datos son imprescindibles para el diseño ya que se debe tener un sistema que pueda

albergar toda la precipitación que se origina en el mes de octubre pero que así mismo no se

sobredimensione ya que para los meses de Diciembre a Abril la oferta de este recurso

disminuye totalmente.

Analizando el histograma de precipitación se observa claramente que las condiciones

climáticas del área son propicias para el aprovechamiento del recurso pluvial, los valores

totales mensuales de precipitación de la estación meteorológica tienen, de los 12 meses del

año 7 meses que presentan niveles de precipitación totales mensuales promedio de 81,8 mm.

0102030405060708090

100110120

Pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

Meses

Precipitación Promedio

55

6.1.2. OFERTA DE AGUA LLUVIA

Para evaluar la factibilidad del sistema es necesario saber la oferta de agua lluvia por unidad de tiempo que se tiene con respecto el área de captación del edifico Sierra Beach Resort, se calcula con la ecuación 2.

(2)

Dónde:

[

]

= 0,9

(Ver numeral 7.1.1.3.) = 1042,81 m2

i

Mediante la ecuación se obtuvo los datos que se muestran en la Tabla 8.

Tabla 8. Cantidad de agua captada por el edificio

Mes Ppi (L/m2) Ai (m3)

Enero 0,01 0,0

Febrero 0,096 0,1

Marzo 2,34 2,2

Abril 25,156 23,5

Mayo 63,67 59,6

Junio 67,293 63,0

Julio 73,496 68,8

Agosto 87,383 81,8

Septiembre 75,583 70,7

Octubre 144,306 135,1

Noviembre 105,06 98,3

Diciembre 12,98 12,1

Anual 657,373 615,3

Fuente. Autores

Se puede observar que el mes que mayor aporta agua es Octubre con 135,1 m3/mes, por

consiguiente será el mes en el cual mayor energía eléctrica puede ser generada mediante el

aprovechamiento de agua lluvia. Concluyendo este aparte puede establecerse que durante

todo el año es posible recolectar 615,3 m3 de agua lluvia, lo que corresponde a un caudal de

0,02 L/s en el caso que se quiera distribuir a lo largo de todo el año.

56

6.2. SELECCIÓN DE LA TURBINA

Para identificar el tipo de turbina ideal a implementar en el sistema de generación de energía se

deben establecer parámetros como el caudal que se tiene disponible para que trabaje la

turbina, y la cabeza neta de la cual se dispone. Mediante la Ilustración 12, se establece el corte

vertical del edificio, demostrando la longitud de la tubería de descarga hacia la turbina.

Ilustración 12. Corte vertical del edificio.

Fuente. Autores y Constructora Siglo XXI.

Considerando la oferta del recurso hídrico que indica un acumulado de

, se establece

que se debe utilizar una turbina de bajo caudal, debido a que la oferta de agua que se tiene es

muy pequeña para el cubrimiento total de los sistemas energéticos del edificio. De esta

manera, se selecciona una turbina con requerimientos de 2 L/s de caudal, con lo cual se

determina mediante el nomograma de la Gráfica 8, el tipo de turbina que se debe utilizar.

57

Gráfica 8. Nomograma para selección de turbinas hidráulicas, a partir del caudal disponible y

cabeza neta.

Fuente. PAISH, 2002

La Gráfica 8 ilustra el tipo de turbinas que pueden ser utilizadas correspondiendo al caudal

disponible y a la cabeza neta en metros. De esta manera se determina que la mejor opción a

implementar es la turbina Pelton. Las turbinas Pelton están diseñadas para trabajar con

grandes saltos hidráulicos de bajo caudal, su método de funcionamiento es por medio del

suministro de agua por medio de uno o varios inyectores de aguja, los cuales tienen forma de

tobera para aumentar la velocidad de flujo que incide sobre las cucharas. En la Ilustración 13,

se pueden identificar las partes de las que se compone una turbina Pelton, considerando que

en esta grafica la turbina es alimentada por dos inyectores de suministro.

Ilustración 13. Componentes de una turbina Pelton de eje horizontal, con dos equipos de

inyección.

Fuente. www.mecatronicaunifim.com, 2009.

0,002

54,9

58

También es de considerar, que este tipo de turbina, para un caudal de 2 L/s, que es uno de los

mínimos que se puede encontrar en el mercado, puede acarrear beneficios para el diseño del

sistema, debido a que el caudal puede pasar por la turbina durante un periodo de tiempo más

prolongado, lo cual garantiza, a su vez, un rendimiento energético mayor.

Para determinar la potencia que será desarrollada por la turbina, se establecen varias alturas y

su respectiva salida en Watts, como lo ilustra la Tabla 9. Potencia generada por la turbina en

Watts, con respecto a la cabeza neta y al caudal

Tabla 9. Potencia generada por la turbina en Watts, con respecto a la cabeza neta y al caudal

Cabeza neta (m) Caudal = 2 L/s

9 54 W

10 60 W

11 66 W

12 72 W

13 78 W

14 84 W

15 90 W

30 180 W

50 300 W

51 306 W

52 312 W

53 318 W

54 324 W

55 330W

Fuente. Micro and Hydropower turbines, 2013.

La altura determinada en el edificio es de 54,9 metros, por lo tanto, se identifica que para este

tipo de salto, se tendrá una potencia de aproximadamente 330 W, con un caudal de 2 L/s, lo

cual indica, que durante los 25 minutos que demora la descarga en desocupar el depósito de

3m3 de volumen, se tendrá una generación de 330 W.

Tabla 10. Parámetros pre-establecidos de diseño de la turbina

ÍTEM PARÁMETROS ÍTEM PARÁMETROS

Modelo T140-0.3 DCT 4-Z Rango de caudal 2-5 L /s

Temperatura -20° C – 50° C Potencia de salida 300 W aprox.

Humedad 90 % Tensión esperada 115 / 230 V

Número de cucharas 12 Velocidad de rotación 1500 rpm

Diámetro de chorro 50 mm Número de inyectores 1

Fuente: Micro and Hydropower turbines, 2013.

Por medio de la Tabla 10 se identifican los parámetros que son indicados en los catálogos de

turbinas, así se pueden identificar varios de los aspectos importantes para su diseño y

dimensionamiento dentro del proyecto.

59

6.3. ESTUDIO DE POTENCIA ENERGÉTICA

A través de criterios energéticos se establece la demanda y la potencia que son necesarias

para cubrir las necesidades del proyecto tanto en el área residencial como en las áreas

comunes. El estudio se realiza a través de una estrategia de cuantificación de la energía

determinada en criterios de estudios para la implementación de pequeñas centrales

hidroeléctricas, con modificaciones para la respectiva adaptabilidad en el proyecto Sierra Beach

Resort.

6.3.1. DISTRIBUCIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA

Para la identificación de la cantidad de energía que es requerida por el proyecto, y así mismo

dimensionar cada una de las partes del sistema, se debe contar con un estudio de la demanda

energética que es requerida por los usuarios del edificio para que puedan contar con

condiciones propicias de confort, de tal forma, que todos los elementos eléctricos que quieran

ser puestos en marcha en las instalaciones del edificio, sean funcionales.

Es así, como uno de los primeros pasos que se requieren para el diseño de un proyecto de

generación distribuida es la determinación de la demanda energética actual y futura a suplir.

Esta determinación se realiza a partir del número de habitantes de los datos de consumo

energético actual, los hábitos de consumo energético, y de proyecciones de crecimiento

demográfico, económico, agrícola, industrial y de turismo en la zona. En cuanto a la duración

del proyecto este se planea para proyectar a 25 años.

Dentro de los datos del consumo energético se deben incluir todas las fuentes energéticas

usadas, como combustibles fósiles, leña, velas, pilas, baterías, energía eléctrica;

adicionalmente, se debe contabilizar los diferentes tipos de equipos eléctricos existentes con

sus respectivas potencias, además de establecer su cantidad.

Se considera que la demanda en el proyecto siempre será la misma, las demandas futuras son

pertinentes para el manejo de comunidades, en los cuales la natalidad puede incrementar y así

los requerimientos de energía eléctrica.

En el proyecto se consideran dos áreas importantes para realizar la cuantificación energética, a

saber: área residencial (apartamentos) y áreas comunes (zonas sociales, zonas de conexión

entre los apartamentos), las cuales están definidas en la Tabla 4 y 5, correspondientes a la

distribución de espacios en el edificio.

6.3.1.1. DEMANDA DE ENERGÍA EN EL ÁREA RESIDENCIAL DEL EDIFICIO

La cuantificación de energía en el edificio se realiza por medio de la estimación de la demanda

aproximada que se requiere para el cubrimiento de las necesidades energéticas de cada uno

de los habitantes del edificio. Para estimar la demanda de manera aproximada, se requiere

asignar consumos típicos en kW-h por el edificio, y este se multiplica por la cantidad de

usuarios aproximada, para establecer así una visión preliminar del consumo energético de la

comunidad. El consumo calculado representa de manera muy aproximada, la demanda de la

comunidad en lo que respecta a sus necesidades en los aspectos de hogar, industria, comercio

60

y servicios públicos. Considerando dentro de las actividades más representativas a nivel

residencial los componentes de iluminación, preparación y conservación de alimentos,

climatización y ocio.

En la tabla del Anexo 3 son designadas las columnas, por potencia media (w), Cantidad

aproximada del elemento dentro del edificio, Coeficiente de Simultaneidad (CS%, que

representa la probabilidad de que un número de usuarios del servicio respectivo utilicen el

mismo equipo en el mismo momento; este valor varía entre 0 y 1, y es directamente

proporcional al número de usuarios, al tipo de actividad y al tiempo de uso), horas de uso

(dividas por el horario diario seccionado con el criterio de que en las horas de la noche y la

madrugada se consume menos energía que en el día) y finalmente la energía requerida en kW-

h por día y por año para cada uno de los servicios. En la esquina derecha inferior se determina

la sumatoria energética que establece el requerimiento por día y por año para toda el área

residencial. En la Tabla 11, se establecen los criterios de uso que se le dan a los horarios

dentro del área residencial del edificio.

Tabla 11. Franja horaria en el edificio

FRANJA HORARIA ACTIVIDAD

0-5 Descanso

5-7 Desayuno

7-11 Actividades domésticas

11-13 Almuerzo

13-17 Actividades domésticas

17-19 Comida

19-21 Recreación

21-24 Descanso

Fuente. (Martínez, 2011)

Para el desarrollo de la cuantificación energética del área residencial, se tuvieron en cuentan

varios criterios, a saber:

Apartamentos residenciales para estrato 6.

Los sistemas de aire acondicionado y elementos para conservación de alimentos

aunque estén encendidos el día completo, solo consumen energía en fracciones de

tiempo.

Los elementos para cocción de alimentos están encendidos en una tercera parte del

día o menos.

Los Televisores y los modem de internet son los aparatos que mayor porcentaje de CS

tienen3.

Mediante la tabla del Anexo 3 se cuantifica que la energía requerida por el área residencial

para suplir sus requerimientos de energía es de 4993,28 kW al día, y 1822548,66 kW al año.

3 Basado en Martínez, 2011.

61

La Gráfica 9 determina la demanda en Watts por hora en un día pico, de esta se infiere que las

horas en las que más se presenta requerimiento de potencia son entre las 12:00 m y las 2:00

pm requiriendo entre 400 y 500 kW entre las dos horas. En las horas que menos potencia se

requiere para el funcionamiento de todos los aparatos electrónicos del área residencial son

entre las 12:00 am hasta las 06:00 am, requiriendo menos de 20 kW/h, que representa

aproximadamente el 4% de lo que es requerido en las horas de máximo requerimiento.

Gráfica 9. Demanda de potencia en watts por la comunidad por hora en un día pico

Fuente. Autores.

6.3.1.2. DEMANDA DE ENERGÍA EN LAS ÁREAS COMUNES DEL EDIFICIO

Para estimar la energía necesaria para las áreas comunes del edificio, se tomó en cuenta la

funcionalidad de cada uno de los espacios destinados para todos los ocupantes del edificio.

Además de los espacios que se muestran como áreas comunes en la Tabla 5, también se

consideran espacios como las zonas de alumbrado eléctrico al aire libre, los corredores, y los

sistemas de seguridad.

Mediante los resultados encontrados en la cuantificación de energía para las áreas comunes,

estipulados en el Anexo 4, se encontró que en un día se requieren 265,4 kW, para el

funcionamiento de todos los aparatos electrónicos, contando con la demanda de la potencia en

horas pico. Al año se requieren 96871 kW para cubrir toda la demanda energética en las áreas

comunes del proyecto.

El requerimiento horario en un día pico se muestra en la Gráfica 10, donde se observa que

entre las 8:00 am y las 9:00 pm se mantiene una necesidad constante de potencia de entre 13

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Wa

tts

Horas

Demanda de potencia en watts por la comunidad por hora en un día pico

62

kW/h y 17 kW/h, mientras que en las horas que menos energía es requerida es en los horarios

entre las 10:00 pm y las 5 am, con una necesidad aproximada de 5 kW/h, que representa el

30% de lo requerido en las horas pico del día.

Gráfica 10. Demanda de potencia en watts por la comunidad en las áreas comunes por hora

en un día pico.

Fuente. Autores

Considerando la información encontrada de la demanda de potencia para el funcionamiento de

todos los aparatos eléctricos del proyecto, se pudo identificar que el cubrimiento del suministro

energético entre las horas de las 00:00 y las 5:00 am, es aproximadamente del 30% de las

horas con mayor requerimiento. También se observa que en el área residencial son requeridos

1822548,66 kW al año, mientras que en las áreas comunes son requeridos 96871 kW al año, lo

cual indica que la cobertura energética de las áreas comunes exigen el 5,3% de la potencia que

se tiene en el área residencial.

Los horarios en los que más es requerida energía para suplir al proyecto en general, son entre

las 12:00 m y las 2:00 pm, considerando que son los horarios entre los que se tienen los puntos

más altos de requerimiento energético tanto en las áreas comunes como en el área residencial,

como se puede observar en las Gráfica 10 y 11.

6.3.2. POTENCIAL ENERGÉTICO DEL PROYECTO

El potencial energético total que se puede generar en el edificio depende directamente de la

cantidad total de agua que puede recolectar la superficie de captación del edificio Sierra Beach

Resort y la altura neta que se posee desde la descarga hasta la turbina. El cálculo se hace

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Wa

tts

Horas

Demanda de potencia en watts por la comunidad en las areas comunes por hora en un día pico

63

mediante el potencial hidráulico (PH) que relaciona la oferta del recurso hídrico (Caudal) con la

altura neta que se tiene de caída a la turbina con lo que se obtiene la Ecuación 3.

( ) (3)

Dónde:

[

] (Ver 6.1.2)

[

]

[

]

(

)

Luego para calcular el verdadero potencial eléctrico que se puede generar se debe multiplicar

este potencial hidráulico por los coeficientes de eficiencia con la Ecuación 4.

(4)

Dónde:

; ;

Lo que quiere decir que con este caudal recolectado se puede garantizar a lo largo del año un

flujo constante de 9,25 W. Este potencial hidráulico es mínimo si lo distribuimos a lo largo del

año, pero si concentramos este potencial en ciertas épocas del año (por ejemplo en las épocas

de mayor oferta hídrica) podremos suministrar mayor energía en menor tiempo y así garantizar

un potencial eléctrico mayor. Además, para garantizar este flujo o caudal constante durante

todo el año, se debe construir un tanque de almacenamiento que garantice la cantidad

necesaria para suplir los meses de menor precipitación, obligando a que sus dimensiones sean

muy grandes, contradiciendo las exigencias de la constructora con respecto al área destinada

para el sistema de almacenamiento (ya que se este espacio está destinado a construcción

residencial).

64

7. DISEÑO DEL SISTEMA

En el diseño del sistema se determina cada uno de los componentes, especificaciones

técnicas, cálculos y características que debe tener el sistema para poder aprovechar el agua

lluvia en la generación de energía eléctrica. Este diseño se divide en dos componentes

principales, el primer componente de aprovechamiento de agua lluvia (sistema de captación de

agua lluvia) y el componente de generación de energía eléctrica (turbina hidroeléctrica).

7.1. APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA

El sistema de captación de agua lluvia tiene mecanismos y elementos que facilitan la

explotación del recurso pluvial presente, estos componentes poseen ciertas especificaciones

técnicas para el aprovechamiento de agua teniendo en cuenta que es para uso en la

generación de energía eléctrica. El área de disponibilidad para el sistema dentro del edificio

Sierra Beach Resort y la oferta hídrica en la zona son factores determinantes en el diseño de

cada componente del sistema.

7.1.1. SUPERFICIE DE CAPTACIÓN.

La superficie de captación del agua lluvia será la cubierta del edificio Sierra Beach Resort, el

techo será del tipo cubierta plana con diseño de cuatro (4) aguas invertido, las pendientes de

la cubierta conducirán el agua lluvia hacia un sumidero ubicado en la intersección, donde será

descargada el agua al sistema de conducción que lleva el agua hacia el tanque de

almacenamiento.

7.1.1.1. PENDIENTE

Para el buen arrastre del agua que se deposita en la cubierta del techo es necesario tener una

inclinación o pendiente adecuada que conduzca el fluido hacia los sumideros localizados en la

intersección de las pendientes. Por este motivo, según especificaciones técnicas, para

garantizar el buen arrastre del agua lluvia, es necesario que la pendiente no sea menor al cinco

por ciento (5%) (UNATSABAR, 2003) en dirección a los dispositivos de recolección que se

dispondrán en el techo. Por lo tanto la pendiente que se utilizará en el tejado será del 5%.

7.1.1.2. MATERIAL

Para el recubrimiento o material del techo es necesario contar con un material que sea muy

impermeable y/o de baja filtración y que no genere fricción en el arrastre del agua hacia el

sistema de recolección; esto con el fin de recolectar el mayor volumen posible de agua que cae

sobre la superficie del techo, de tal manera que se pueda llevar a cabo, la debida recolección y

aprovechamiento.

Considerando que el material establecido para utilizar en la cubierta es cemento, es pertinente

utilizar un material de recubrimiento para la impermeabilización con un alto coeficiente de

escorrentía para logar un máximo de aprovechamiento del agua lluvia. Esto, debido a que el

sistema no tiene fines de aprovechamiento potable. El hecho de recolectar el agua lluvia y

disponerla para fines no-potables, hace que no sea necesario utilizar materiales especiales

65

para la recolección, el material más propicio para el recubrimiento e impermeabilización de la

cubierta, consiste en un revestimiento o impermeabilizante de acrílico en color blanco, este

material posee un alto coeficiente de escurrimiento, ayuda a reducir la temperatura y protege la

impermeabilización y la estructura del posible deterioramiento causado por la absorción del

calor y la radiación UV generados por el sol. Proporciona una barrera altamente reflectiva

contra los elementos corrosivos que propician la penetración de humedad y las filtraciones

dañinas.

Teniendo establecidos los parámetros con los que será instalada la cubierta, su inclinación y el

material, se tienen los coeficientes de escorrentía establecidos en la Tabla 12.

Tabla 12. Coeficiente de escorrentía por tipo de tejado

Fuente. (Aqua España, 2011)

Para lo cual se establece que el tipo de tejado a implementar, será tejado plano sin gravilla con

un coeficiente de escorrentía de 0,9.

7.1.1.3. ÁREA DE CAPTACIÓN

El área de captación del proyecto Sierra Beach Resort corresponde al techo de la edificación,

más precisamente es la cubierta del edificio.

Área de Captación Total

El área de captación corresponde al área total del techo que se puede aprovechar para la

captación de agua lluvia, esta área está determinada por la estructura del edificio, donde las

terrazas de los apartamentos del último piso no se cuentan como área de captación ya que no

corresponden al techo en sí. La determinación del área de captación se realizó con base a los

planos entregados por la Constructora Siglo XXI, haciendo el cálculo correspondiente al área

que se puede aprovechar, como se muestra en la ilustración 14.

Tipo de Tejado Coeficiente de Escorrentía

Tejado duro inclinado 0,8 a 0,9

Tejado plano sin gravilla 0,8

Tejado plano con gravilla 0,6

Tejado verde 0,3 a 0,5

Superficie empedrada 0,5 a 0,8

Revestimiento asfáltico 0,8 a 0,9

66

Ilustración 14. Área de Captación Edificio Sierra Beach Resort

Fuente. Autores

Como se puede observar en la Ilustración 1414 el área con sombreado azul corresponde al

área útil de captación de agua lluvia en el techo del edificio Sierra Beach Resort, las áreas no

aprovechables de captación corresponde a las terrazas, ascensor y las escaleras, estas áreas

están sombreadas de color negro y gris respectivamente.

De acuerdo con los factores mencionados, el área total de captación es de 1040 m2

aproximadamente, este cálculo se hizo por medio de la función de cálculo de área de bloques

de AutoCAD®.

Secciones del Área de Captación.

El área de captación está determinada por secciones en la cubierta que conducen el agua

lluvia hacia los sumideros ubicados en el punto más bajo de estas secciones (Ilustración 15),

estas secciones fueron determinadas para captar un volumen de agua adecuado y que cumpla

con los requerimientos de arrastre y escurrimiento; donde el agua no tenga que recorrer

grandes distancias para llegar al punto de drenaje y que las secciones tengan que soportar

67

grandes volúmenes de agua lluvia. Se puede observar el detalle de la sección lateral del

sistema de conducción de agua lluvia al tanque en la ilustración 15.

Ilustración 15. Vista Lateral Sección 5.

Fuente. Autores.

Las secciones están determinadas por cuatro (4) pendientes que conducen el fluido a un punto

central donde está el sumidero para el drenaje del agua por la tubería y posterior conducción al

tanque de almacenamiento.

Ilustración 16. Secciones del Área de Captación.

Fuente. Autores

5%

68

La cubierta fue divida en 6 secciones para cumplir los requerimientos de arrastre de gota, el

área fue dividida equitativamente para captar volúmenes de agua adecuados a la disponibilidad

y capacidad de tuberías sanitarias de desagüe quedando las áreas como lo muestra la

Ilustración 16, y como lo establece la Tabla 13, donde se identificaron las dimensiones de cada

parcela en la cubierta.

Tabla 13. Área de las secciones de captación de la cubierta.

Sección Área (m2)

Uno (1) 112.24

Dos (2) 118.53

Tres (3) 286.04

Cuatro (4) 193.58

Cinco (5) 155.18

Seis (6) 177.24

Área Total 1042,81

Fuente. Autores

7.1.2. SISTEMA DE DRENAJE

El sistema de drenaje es esencial en el desagüe del agua pluvial recolectada por las secciones

de la cubierta y su disposición en el sistema de conducción, además sirve en la filtración de

algunas partículas y materiales que pueden dañar o taponar el sistema.

El sistema de drenaje se compone de rejillas ubicadas en los puntos o intersecciones más

bajas de las secciones (Ver Ilustración 17), la selección de estas rejillas se hace con base en

los diámetros de las tuberías de desagüe o bajantes, determinados para cada sección

Ilustración 17. Rejilla Sección 6.

Fuente. Autores

69

7.1.2.1. Caudal de drenaje para cada sección

Para la selección de la tubería de drenaje de agua lluvias correcta se utiliza la ecuación (5),

(según las normas técnicas de drenaje pluvial en edificaciones) donde se obtiene con la

ecuación el caudal aportado por cada sección teniendo en cuenta el coeficiente de escorrentía,

la intensidad de lluvia (en Colombia se utiliza 100 mm/hora/m2) y el área de captación.

Es necesario saber la cantidad de agua que recolecta cada sección para instalar la tubería de

desagüe adecuada. La selección de la tubería a utilizar en cada sección se hace mediante el

caudal que aporta cada una de estas; para su cálculo se utiliza el método racional donde se

establece que el caudal superficial (Q) producido por una precipitación es directamente

proporcional al producto del coeficiente de escorrentía (C), el cual es 0,9, por la intensidad

promedio de la lluvia (I) en mm/hora/m2 por el área de drenaje (A) en m2 (Díaz, 2005). La

determinación de caudales aportados por sección se desarrolla por medio de la Ecuación 5, y

los resultados se encuentran en la Tabla 14.

(5)

Tabla 14. Determinación del Caudal aportado por cada sección.

Sección Área (m2) Caudal de drenaje (L/s)

Uno (1) 112.24 2,81

Dos (2) 118.53 2,97

Tres (3) 286.04 7,16

Cuatro (4) 193.58 4,84

Cinco (5) 155.18 3,88

Seis (6) 177,24 4,43

Total 1042,81 26,09

Fuente. Autores

Se usó la intensidad de 100 mm/hora/m2, igual a 0,0278 litros/s/m2 que en Colombia, según

datos estadísticos, corresponde a una frecuencia de cinco años. (Díaz, 2005)

La tubería de desagüe será en tubería de PVC que captara el agua recolectada a través de las

rejillas seleccionadas.

7.1.2.2. Dimensionamiento de las Bajantes.

La capacidad (diámetro) de la bajante se determina con respecto a la intensidad de lluvia y el

área aferente (en las bajantes el agua ocupa aproximadamente 1/3 del área total, dejando el

resto para el cilindro de aire que se forma en el centro); con respecto a estas especificaciones

la Tabla 15 determina el diámetro de las bajantes.

Tabla 15. Carga máxima para bajantes de aguas lluvias (m2)

Intensidad (mm/hora)

Diámetro de la bajante (pulgadas)

2 2 1/2 3 4 6 8

50 132 240 402 841 2469 5303

70

75 88 160 268 560 1645 3535

100 66 120 201 420 1234 2652

125 53 95 161 336 987 2121

150 44 80 134 281 823 1766

200 33 60 101 210 617 1326

Fuente. (Granados Robayo, 2002)

Sabiendo el área de cada sección y que la intensidad utilizada para el diseño del drenaje fluvial

es 100 mm/hora se obtiene la Tabla 16.

Tabla 16. Determinación del diámetro de la bajante para cada sección.

Sección Área (m2) Diámetro bajante (pul)

Uno (1) 112.24 2 1/2

Dos (2) 118.53 2 1/2

Tres (3) 286.04 4

Cuatro (4) 193.58 3

Cinco (5) 155.18 3

Seis (6) 177,24 3

Tubería de entrada tanque 1042,81 6

Fuente. Autores

7.1.3. SISTEMA DE CONDUCCIÓN

El sistema de conducción se refiere al conjunto de canaletas o tuberías de diferentes materiales

y formas que conducen el agua de lluvia del área de captación al sistema de almacenamiento.

El material utilizado debe ser liviano, resistente, fácil de unir entre sí y que no permita la

contaminación con compuestos orgánicos o inorgánicos. Se escogió una tubería convencional

PAVCO para desagüe de aguas lluvias según su diámetro nominal en pulgadas. Estas tuberías

deben estar interconectadas entre sí a fin de conducir el agua al tanque de almacenamiento

ubicado en la parte inferior de la sección 3 (Ilustración 18).

71

Ilustración 18. Tubería de conducción hacia el tanque de almacenamiento (vista superior).

Fuente. Autores

La tubería fue diseñada en diferentes tramos los cuales reciben caudales de las diferentes

secciones para conducirlos al tanque de almacenamiento, cada tramo recibe la sumatoria de

los caudales de las secciones previas a él. (Ver Tabla 18).

Para el diseño de sistemas de desagüe pluvial con tuberías horizontales se utiliza la ecuación

de Manning (Ecuación 6), bajo condiciones de flujo uniforme. Los parámetros de diseño en

desagües pluviales son: la velocidad de flujo que debe ser 0.8 m/s (la cual garantiza el arrastre

de las partículas en suspensión4), la relación y/D= 0,5 - 0,75 donde (y) es la altura del agua en

la tubería y (D) el diámetro de la tubería (esta relación garantiza un flujo a tubo parcialmente

lleno) y una pendiente no menor a 1% según la horizontal, para garantizar el correcto arrastre y

conducción del agua lluvia:

( ⁄ )

⁄

⁄ (6)

Las tuberías comerciales de los sistemas sanitarios y de agua lluvia poseen diámetros

establecidos, por tal motivo, se procede a calcular el caudal que soporta cada uno de estos

diámetros comerciales, con el objeto de establecer las tuberías correctas para cada tramo del

sistema.

Tenemos que:

(7)

Dónde:

4 (Granados Robayo, 2002)

72

[

]

[

]

Remplazando la ecuación 6 en la 7 tenemos:

(

⁄ )

⁄

⁄ (8)

Dónde:

[

]

El cálculo del caudal se hace mediante la Ecuación 8 con las especificaciones del área y

diámetro de cada una de las tuberías, la pendiente que se debe calcular para garantizar la

velocidad de flujo = 0.8 m/s, el coeficiente de rugosidad de Manning para tuberías en PVC =

0.011 y el radio hidráulico para una tubería a tubo medio lleno con una relación de Y/D=0.5.

Para este tipo de tuberías, con flujo a media sección el radio hidráulico se define como:

Remplazando:

(

⁄ )

⁄

⁄ (9)

La siguiente tabla muestra los caudales, calculados según los parámetros de diseño

anteriormente establecidos y con la ecuación 9, que soportan cada uno de los tipos de tuberías

comerciales (tubería agua lluvia suministrada por GERFOR):

Tabla 17. Caudales que soportan tuberías de agua lluvia, comerciales.

Diámetro tubería (pul)

Diámetro tubería (m)

Área (m2) Qs (m3/s) Pendiente %

Velocidad (m/s)

1,5 0,0480 0,0018 0,0015 3,0% 0,8253

2 0,0600 0,0028 0,0027 3,0% 0,9577

3 0,0820 0,0053 0,0051 2,0% 0,9630

4 0,1140 0,0102 0,0087 1,0% 0,8482

6 0,1680 0,0222 0,0243 1,0% 1,0984

Fuente. Autores

73

Obteniendo estos datos de los caudales que pueden soportar las tuberías comerciales, se

indica que tubería es la adecuada con respecto al caudal de cada tramo:

Tabla 18. Determinación de la tubería de conducción.

Tramo de tubería

Sección que recibe

Caudal total en la tub (m3/s)

Diámetro tubería (pul)

Diámetro tubería (m)

Pendiente %

Longitud (m)

Uno (1) Sección 1 0,0028 3 0,0820 2% 13

Dos (2) Sección 1-2 0,0058 4 0,1140 1% 19.8

Tres (3) Sección 4-5-6

0,0132 6 0,1680 1% 16.57

Cuatro (4) Sección 5-6 0,0083 4 0,1140 1% 14.08

Cinco (5) Sección 6 0,0044 3 0,0820 2% 15.11

TOTAL 78,56

Nota. La sección 3 va directamente hacia el tanque de almacenamiento.

Fuente. Autores

Esta tubería se ubica en un falso techo diseñado por la constructora justo en la parte inferior de

la cubierta, la tubería se debe instalar con la pendiente adecuada que garantice el correcto

arrastre y conducción del agua lluvia hasta el tanque de almacenamiento. Mediante la

Ilustración 19, se puede identificar la vista frontal de conducción del flujo de agua por secciones

y por tramos.

Ilustración 19. Vista frontal tubería de conducción por secciones y tramos.

Fuente. Autores

7.1.4. SISTEMA DE ALMACENAMIENTO

El sistema de almacenamiento de agua lluvia será mediante un tanque ubicado en la parte

inferior del sistema de drenaje y conducción de agua lluvia del techo, en el diecisieteavo piso

(17), con el objeto de aprovechar el salto o altura del edificio para la generación de energía a

través de la turbina (Ilustración 20).

74

Ilustración 20. Espacio disponible para el tanque de almacenamiento en edificio Sierra Beach

Resort (Vista lateral).

Fuente. Autores.

Este tanque estará diseñado con un sistema de descargue controlado, donde la descarga se

efectuará cuando el volumen recolectado sea de 3000 litros o 3 m3 de agua lluvia (Ilustración

23). Este sistema de descargue permite que las dimensiones del tanque de almacenamiento

sean pequeñas y ocupe poco espacio en el último piso, considerando que el área de este piso

está destinada para la construcción de apartamentos. Este sistema también es el apropiado

con respecto a la oferta de agua lluvia de la región, considerando que en algunos meses la

oferta del recurso hídrico pluvial es baja y el sistema funcionara cada vez que se tenga el

volumen de 3 m3.

El sistema de almacenamiento se diseñó teniendo en cuenta los requerimientos energéticos

que se desean para la edificación; Se quiere mantener un flujo constante de caudal en la

turbina para que así mismo se genere un flujo prolongado de energía. Los aspectos que

determinan este flujo constante son el caudal que requiere la turbina seleccionada, la tubería

de salida y el volumen de almacenamiento. (Ver 7.1.4.3)

7.1.4.1. DIMENSIONES DEL TANQUE

Como el sistema de almacenamiento realizará una descarga controlada cada vez que el agua

lluvia recolectada sea de 3 m3, se diseña las dimensiones con base en el volumen escogido el

cual determina el largo, ancho y alto del tanque:

(10)

Es asumida una altura de 2 (dos) metros y un largo de 1 metro por el área disponible

(Ilustración 21) para la instalación del tanque en el piso 17 y para utilizar dimensiones

comerciales.

75

Ilustración 21. Vista lateral de las dimensiones disponibles para el tanque en el edificio.

Fuente. Autores

Teniendo en cuenta estas consideraciones y restricciones de espacio se calcula el área del

ancho necesaria para albergar el volumen que se requiere, es diseñado como lo muestra la

Ilustración 22.

Ilustración 22. Vista superior tanque de almacenamiento.

Fuente. Autores

76

Borde Libre.

El borde libre es esencial para planes de contingencia y de esta forma evitar problemas de

desbordamiento, también es requerido para ubicar la tubería o dispositivo de rebose que

conduzca el agua en exceso fuera del tanque y así, evitar daños en la estructura o

inundaciones. Se le dará al tanque un borde libre de 0.5 m por consiguiente las dimensiones

finales del tanque quedaran así:

Ancho=1.5 m

Largo=1 m

Alto= 2.5 m

Ilustración 23. Vista frontal del tanque de almacenamiento.

Fuente. Autores

77

7.1.4.2. SISTEMA DE DESCARGUE POR COMPUERTA AUTOMÁTICA

El sistema de descargue consiste en un sistema de control de nivel de agua, ubicado en el

tanque de almacenamiento, este sistema consta de:

Compuerta de salida: Acero inoxidable, permite que el agua salga hacia la tubería de

salida, posee garfios de retención para seguridad del sistema.

Cilindro hidráulico: Realiza la fuerza sobre el recorrido lineal de la compuerta.

Panel de control: Sistema automatizado que permite accionar la compuerta de salida,

brinda detalle técnico de nivel de agua y capacidad del tanque.

Flotadores (Control y principal): Permiten determinar en el panel de control el nivel de

agua presente en el tanque, como lo muestra la ilustración 24.

Tubería hidráulica: Permite que se accione la compuerta.

Ilustración 24 Flotadores de control

Fuente: Autores.

El sistema de descargue es un sistema de control de agua, mediante el cual un flotador de

control se mantiene al nivel de la altura del agua, su máxima capacidad es indica un volumen

de 3 m3 en el tanque de almacenamiento, este flotador de control está conectado a un sistema

hidráulico que trabajan en función a la cantidad de agua retenida en el tanque.

Al abrirse la compuerta de desagüe deja que el fluido salga en su totalidad del tanque. El

sistema posee un panel de control que es programado para que el tanque sea cerrado en la

duración que el operario lo desee.

78

El sistema es programado para que la compuerta sea abierta y el agua sea descargada

continuamente en épocas de lluvia. En el caso de que el agua no pueda ser descargada por

que el tanque no está lleno por más de una semana, el operario debe accionar el sistema en el

panel de control para que el agua lluvia se descargue. Se debe instalar una compuerta en la

parte superior para limpieza y reparaciones que deban realizarse en el tanque.

Tubería de descarga.

La tubería de descarga, que conduce el agua del tanque hacia la turbina, fue escogida según

las especificaciones técnicas de la turbina seleccionada (Tabla 10), el factor determinante para

que la tubería escogida fuera de 2” (dos pulgadas) es el diámetro de chorro de la turbina

seleccionada, este parámetro establece un diámetro de chorro de 50 mm en la turbina, lo que

corresponde a 2 pulgadas.

El material de esta tubería debe ser un material resistente a altas presiones debido a la

elevación y altura del agua, se escogió una Tubería PVC Presión que soporta presiones de 200

PSI para cumplir con los requerimientos.

7.1.4.3. CARACTERÍSTICA DE DESCARGA.

Tiempo de Descarga.

Para saber la cantidad de potencia que se puede generar por descarga es necesario calcular el

tiempo que tarda el agua en salir del tanque de almacenamiento, estos cálculos se hacen con

base en el caudal requerido por la turbina que se escogió (6.2);

Teniendo este caudal y el volumen de almacenamiento de agua en el tanque el cual es de 3 m3

se puede calcular el tiempo que tarda en salir, de la siguiente forma;

( )

Dónde:

[

]

79

El tiempo que tarda en salir 3 m3 de volumen de agua del tanque de almacenamiento a través

de una tubería de 2” (dos pulgadas) es de 25 minutos.

Numero de descargas.

El número de descargas que se puede tener durante el año, mes o día, determina la

generación de energía a lo largo de estos periodos; además define cuáles son los meses que

mayor cantidad de energía se puede generar con respecto a la oferta de agua. Para calcular el

número de descargas mensuales que se pueden obtener nos remitimos al cálculo de la oferta

mensual de agua lluvia que se obtuvo con la ecuación (2) y mediante el volumen de descarga

de 1 m3 propuesto se definen el número de descargas:

( ) ( )

( )

Como las descargas se harán cada vez que haya 3 m3 en algunos meses se tendrá un

acumulado o una diferencia de agua que quedara para la siguiente descarga de cada mes,

teniendo en cuenta esta agua residual que queda en cada mes se diseñó la siguiente ecuación

la cual nos indica exactamente cuántas descargas se tiene cada mes teniendo en cuenta esta

agua sobrante del mes anterior:

( ) ( ) (13)

Dónde:

Con las cuales se dieron los siguientes datos:

Tabla 19. Numero de descargas

Mes Oferta (m3) # Descargas (mes)

Descargas Acumuladas

Descargas Netas*

Enero 0,0 0,0 0,0 0,0

Febrero 0,1 0,0 0,0 0,0

Marzo 2,2 0,7 0,8 0,0

Abril 23,5 7,8 8,6 8,0

Mayo 59,6 19,9 20,4 20,0

Junio 63,0 21,0 21,4 21,0

Julio 68,8 22,9 23,4 23,0

Agosto 81,8 27,3 27,6 27,0

Septiembre 70,7 23,6 24,2 24,0

Octubre 135,1 45,0 45,2 45,0

Noviembre 98,3 32,8 33,0 33,0

Diciembre 12,1 4,0 4,0 4,0

Total 615,2 205,1 205,0

80

* Las descargas netas corresponden al número entero de las descargas acumuladas.

Fuente. Autores

El mes donde mayor número de descargas se tendrá es octubre, con 45 descargas mensuales,

que correspondería a tres (3) descargas en dos (2) días en el mes, por tal motivo es el mes que

mayor energía eléctrica se va a generar a comparación de meses como Enero, Febrero o

Marzo, donde el número de descargas es nula y por consiguiente no habrá generación de

energía.

7.2. GENERACIÓN DE ENERGÍA

Durante el diseño del sistema de captación y aprovechamiento del agua lluvia, se identificó la

viabilidad de direccionar las aguas recolectadas, por una sola tubería de conducción hacia una

turbina generadora de energía.

La transformación de la energía comienza en el momento en que comienza a caer por la

tubería que previamente recolecto el agua. En este punto la energía potencial del agua se

transforma en energía de presión y energía cinética. Tal energía se transforma en trabajo en el

momento en que el agua golpea la turbina, tal que la dirección del flujo del agua cambia y el

objeto se mueve como resultado de la fuerza del agua. La magnitud de la velocidad del agua se

reduce con la fricción del agua con la turbina, así la energía que ha perdido el agua es

transformada en trabajo útil recogido por la turbina.

Para determinar el sistema de generación de energía con detalle se deben establecer las

pérdidas por fricción y por accesorios que se encuentran en el sistema. Para esto se establece

la velocidad que tiene el flujo de agua en la turbina, considerando que ya se tiene el caudal de

2 L/s determinado anteriormente por diseño y así mismo un diámetro de 2” (0.05458 m) para la

tubería, de la siguiente manera:

( )

Dónde:

[

]

[

]

Remplazando los datos tenemos que la velocidad es,

81

7.2.1. PÉRDIDAS DE ENERGÍA

Las pérdidas de energía son originadas por accesorios y por fricción, para lo cual es necesario

determinar el tipo de flujo que se tiene dentro de la tubería. Debe tenerse en cuenta que el

número de Reynolds es la determinación de la rugosidad del flujo, de esta manera se hace

necesario determinar el número de Reynolds para dos alturas diferentes, a saber; la salida del

depósito y la entrada a la turbina eléctrica.

El número de Reynolds se hace necesario para determinar si el flujo es de tipo laminar o es tipo

turbulento. Reynolds determina el tipo de flujo en forma cuantitativa considerando la velocidad

del líquido, el diámetro de la tubería, y propiedades físicas del fluido. De esta manera se

determina Reynolds así:

( )

Dónde:

[

]

[

]

[

]

La viscosidad cinemática del fluido está determinada según la temperatura del fluido, en la

Tabla 20, se pueden observar los valores de viscosidad cinemática para el agua a diferentes

temperaturas. Para determinar Reynolds es escogida la temperatura de 15°C, que representa

una viscosidad cinemática de

.

Tabla 20. Viscosidad cinemática del agua a diferentes temperaturas

( ) (

)

( ) (

)

4 30

5 40

10 50

15 60

20 70

Fuente. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

Se determina el número de Reynolds en el punto en que el flujo llega a la turbina, de la

siguiente manera:

82

De esta manera se identifica que el número de Reynolds esta entre 2000 y 100000, y

representa un flujo turbulento en la velocidad del flujo de agua en la tubería.

7.2.1.1. DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS PRIMARIAS ( )

Las pérdidas por el contacto entre el fluido y la tubería, el rozamiento de unas capas de fluido

contra otras y entre las partículas de fluido son conocidas como pérdidas primarias. Debido a

esto, son evaluadas en la altura total en la que la tubería tiene rozamiento con el fluido. Para

determinar las pérdidas de carga primarias en flujos turbulentos resulta conveniente determinar

el factor de fricción, para lo cual es necesario conocer la rugosidad de la tubería y conforme a

esto utilizar una ecuación para determinar el factor de fricción ( ).

Donde:

De esta manera se determina que el conducto es rugoso y el flujo turbulento

(2000<Re<100000), entonces se debe aplicar la ecuación de Colebrook-White, para determinar

el factor de fricción.

√ (

√ )

La ecuación anterior presenta el problema de no dar una solución directa para el valor de .

Para lo cual, es presentado un ajuste para obtener la ecuación explícita (fórmula Rodríguez

Díaz) mediante un ajuste a una ecuación potencial (R=0,997) (Díaz, 2005), quedando el

coeficiente de fricción de la siguiente manera:

( )

Dónde:

( )

83

De esta manera se determinan las perdidas primarias de la siguiente manera:

(

) (16)

Dónde:

[

]

[m]

[

]

( ((

) )

(

))

7.2.1.2. DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS SECUNDARIAS( )

Para hallar las perdidas secundarias, es necesario entender que estas pérdidas son

determinadas por aquellos accesorios que pueden ocasionar cambios en la velocidad del flujo.

Para conocer estas pérdidas, se propone la ecuación de Darcy, estableciendo:

( )

Dónde:

[

]

[

]

Dentro de las perdidas secundarias que se pueden encontrar en el sistema de conducción

tanque-tubería-turbina, están las perdidas por salida suave de un depósito y por válvula de

compuerta totalmente abierta.

84

7.2.1.3. PERDIDAS POR SALIDA SUAVE DE UN DEPÓSITO

Las salidas bruscas de un depósito existen cuando hay un pedazo de la tubería introducida en

el depósito, las salidas suaves existen cuando el depósito está directamente conectado con la

tubería de salida y la tubería no tiene parte de ella dentro del depósito, de esta manera se debe

determinar la relación . Como se puede observar en la Ilustración 25, el radio pertenece a la

parte de la unión de la tubería con el depósito.

Ilustración 25. Salida suave de un depósito

Fuente. Escuela de ingenierías industriales, Automoción.

Para establecer el (Coeficiente de perdida), por parte de la salida, se determinan las

siguientes relaciones entre r/D y los respectivos coeficientes de perdida.

Tabla 21. Coeficientes de pérdidas para salidas suaves

0 0,02 0,04 0,08 0,12 0,16 >0,2

0,5 0,37 0,26 0,15 0,09 0,06 <0,03

Fuente. Escuela de ingenierías industriales, Automoción.

En la conexión tubería con el depósito se determina un radio de 0, así, la Tabla 21, indica que

el coeficiente de perdida es de 0,5. De esta manera podemos determinar las perdidas por el

accesorio de la siguiente manera:

(

)

(

)

7.2.1.4. PERDIDAS POR VÁLVULA DE COMPUERTA TOTALMENTE ABIERTA

La válvula de compuerta es el accesorio que limita el flujo de agua del depósito a la tubería,

esta válvula es abierta manualmente para que el flujo descienda por la tubería.

85

(

)

(

)

7.2.1.5. CALCULO TOTAL DE PÉRDIDAS

Las pérdidas totales en el sistema, son representadas por la sumatoria de las perdidas

primarias y secundarias en el sistema, de la siguiente forma:

∑ ∑ ∑ ( )

Dónde:

∑

∑

∑

+

7.2.1.6. CALCULO DE SALTO NETO

Mediante el cual se restan las pérdidas totales a la altura total que tiene la tubería desde la

turbina hasta el depósito.

( )

Dónde:

86

7.2.2. DESARROLLO DE LA POTENCIA ELÉCTRICA

El potencial eléctrico determina la energía potencial que tiene una masa de agua. El agua que

cae de gran altura mueve las turbinas que a su vez accionan los generadores para producir

electricidad. Para conocer el potencial eléctrico, se debe conocer primero potencial hidráulico

de la siguiente manera:

( )

Dónde:

[

]

[

]

[

]

Ahora, se halla el potencial eléctrico:

( )

Dónde:

87

7.2.2.1. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE CHORRO

√( ) ( )

Dónde:

[

]

√(

)

7.2.2.2. VELOCIDAD DE LA PALETA

(23)

Dónde:

[

]

7.2.2.3. DIÁMETRO DE CHORRO

( )

(24)

Dónde:

[

]

Despejando el diámetro de chorro, se obtiene:

88

√

√

89

8. FACTIBILIDAD DEL SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Se establece la energía total que puede generar el sistema durante cada mes del año,

mediante el cálculo de la energía total generada por mes, teniendo en cuenta las descargas

disponibles por mes y el potencial eléctrico ( ), se tiene como resultado que cada

mes puede ser generada la cantidad de energía establecida en la Tabla 22.

( ) (25)

Dónde:

( )

Y se tiene que:

( ) (26)

El tiempo de descarga corresponde a 25 min (Ver numeral 7.1.4.3) lo que representa

aproximadamente 0,416 horas. Con estos datos se obtiene la siguiente tabla:

Tabla 22. Cantidad de energía total generada.

Mes Oferta (m3) Descargas Netas

Tiempo total de descargas (horas)

Cantidad de energía por mes (kWh)

Enero 0,0 0 0,0 0,0

Febrero 0,1 0 0,0 0,0

Marzo 2,2 0 0,0 0,0

Abril 23,5 8 3,3 1,0

Mayo 59,6 20 8,3 2,5

Junio 63,0 21 8,8 2,6

Julio 68,8 23 9,6 2,9

Agosto 81,8 27 11,3 3,4

Septiembre 70,7 24 10,0 3,0

Octubre 135,1 45 18,8 5,6

Noviembre 98,3 33 13,8 4,1

Diciembre 12,1 4 1,7 0,5

Total 615,2 205 85,4 25,6

Fuente. Autores

La Tabla 22 indica la factibilidad total del proyecto, la cual debe ser comparada con el estudio

realizado en los Anexos 3 y 4, por medio del cual se establecen los cálculos de la demanda

total energética para el área residencial y las áreas comunes en el edificio. Como lo muestra el

Anexo 3, para el cubrimiento energético del área residencial con tendencia de horas pico, se

necesitan 5056,01 kW por día y 1845444,38 kW por año. Analizando junto con la Tabla 22, es

90

evidente que la demanda energética anual no puede ser cubierta, considerando que la

diferencia de potencial eléctrico requerido es muy alta.

El Anexo 4 muestra la demanda energética total requerida por el proyecto en las áreas

comunes, es de 715,48 kW por día, y de 261153,12 kW por año. Comparando estas demandas

con la Tabla 22, se entiende que no es posible suplir por lo menos, la energía de un día de las

zonas comunes por consiguiente se debe considerar suplir la demanda energética de sistemas

pequeños que necesiten muy poca energía y sean usados en un intervalo de tiempo menor a

un día.

8.1. SUMINISTRO DE ENERGÍA GENERADA.

Como la generación de energía eléctrica total es tan baja e intermitente debe considerarse un

sistema que precise de baja potencia eléctrica para su funcionamiento y que trabaje

constantemente durante todo el día, de tal manera que cuando ocurran las descargas en

cualquier momento del día, la generación de energía pueda ser aprovechable.

El lugar donde se cumple con estos requisitos son los parqueaderos donde la necesidad de

iluminación es constante durante todo el día y la noche, además se puede adaptar luces

ahorradoras para poder aprovechar en mayor medida los 300W que nos genera la turbina en

cada descarga.

Para la iluminación se proponen luces LED que muestran gran eficiencia en el consumo de

energía y así mismo generan una buena potencia lumínica. La Tabla 23, muestra los gastos, en

watts, de diferentes tipos de bombillas.

Tabla 23. Comparación de gasto en vatios de diferentes tipos de bombillas.

Incandescente Halógeno Fluorescente LED

30 W 25 W 8 W 3 W

60 W 50 W 14 W 8 W

75 W 60 W 17 W 12 W

Fuente. Xataka Smart Home, 2013.

Con estos datos se muestra que las bombillas LED son las más eficientes en cuanto al

consumo de energía y así mismo poseen buena potencia lumínica, se observa que una

bombilla LED de 3W genera la misma potencia lumínica que una incandescente de 30W, por tal

motivo se escoge este tipo de bombillas suministrando energía para:

(27)

Se calcula que se puede suministrar energía para 100 bombillas LED lo que corresponde a 100

parqueaderos, este suministro se dará dependiendo de la oferta hídrica que regulará el número

de descargas durante el día, y se dará por un lapso de 25 minutos por cada descarga.

91

8.2. APROVECHAMIENTO DE AGUA PARA RIEGO

Mediante el sistema de generación de energía eléctrica se implementa un sistema de

recolección y manejo de las aguas pluviales, que después de que han generado energía

quedan disponibles para usos no-potables, en los cuales puede presentarse aplicación.

Se ha determinado que la turbina de generación de energía eléctrica se encuentra ubicada en

la segunda planta del edificio, donde se determina el espacio para los transformadores de

energía. De la misma manera, se determinó que la energía generada será utilizada en las luces

ahorradoras ubicadas en los espacios de los parqueaderos, ubicados en la primera y segunda

planta del edificio, por lo cual, se entiende que el agua que se tiene para utilizar para usos no

potables se encuentra en el segundo piso del edificio. Para esto se determina el diseño de un

segundo tanque para la recolección de las aguas pluviales previamente transitadas por la

turbina.

8.3. REDUCCIÓN DE EMISIONES CO2

Los bonos de carbón o CER’S son pagos que se dan por la reducción de emisiones de CO2 a

la atmosfera, y en el caso de generación de energía eléctrica limpia, el factor de emisión es de

1,2 Kg CO2 por kWh producido. El valor de cada bono de carbono (1 Ton/CO2) está en un valor

aproximado de US $55. Estos bonos son otorgados a partir de la capacidad eléctrica instalada

del sistema o la turbina, la cual es de 0.3 KW de potencia. Con lo que se obtiene que el sistema

tiene la capacidad de generar 25,6 KWh al año (Ver Tabla 22) lo cual representa una reducción

de emisiones y un valor en bonos de:

(

)

⁄

El valor otorgado por la venta de carbono:

⁄ ( ⁄ )

Se muestra que el valor es insignificante debido a la poca generación de energía anual que se

tiene, el ahorro en bonos de carbón es de $300 COP anual. Si se aumenta las horas de uso o

el caudal con el que se alimenta la turbina, se tendría mayor generación de energía y por ende

mayor pago en el valor de venta por concepto de bonos de carbono.

5 (Oficina Catalana del Canvi Climatic, 2012)

92

9. FACTIBILIDAD ECONÓMICA.

El estudio de factibilidad económica es un análisis financiero para conocer la rentabilidad del

proyecto a implementar, para este estudio fue necesario conocer los aspectos económicos en

los cuales se favorecerá la población, los costos de implementación del sistema (materiales,

mantenimiento, etc.) y el análisis de costo-beneficio (indicadores financieros).

9.1. INGRESOS

Los ingresos que trae la implementación del sistema, es la reducción en el pago de las facturas

del servicio de electricidad, este ahorro se puede estimar con la generación total de energía

que nos puede ofrecer el sistema en relación a la tarifa del servicio del proyecto:

( ) (

) ( ) ( )

( ) (

) ( )

( )

Se obtiene un ahorro de COP $ 14.104,064 anual que se representará en la reducción de la

factura de electricidad.

9.2. INVERSIÓN

A partir de la realización de un presupuesto se determina el costo total de la implementación

del sistema de aprovechamiento de agua lluvia para la generación de energía eléctrica, el

presupuesto considera los sistemas de conducción, almacenamiento, la turbina y el cuarto de

máquinas, el área de captación (cubierta) ya está determinada dentro del presupuesto de la

constructora por lo que no es necesario realizar la cotización, esta cotización se hizo con base

en la Guía Maestra de Plomería de CONSTRUCTOR - SODIMAC COLOMBIA de la ciudad de

Barranquilla, la más cercana a la ciudad de Santa Marta donde se encuentra el proyecto.

La implementación total del sistema tiene un valor total de COP$ 6.947.588,38. (Ver Anexo 5)

9.3. COSTOS FIJOS

Durante la vida útil del sistema se debe realizar un mantenimiento periódico de los equipos, del

tanque de almacenamiento, los elementos para la conducción del agua, la turbina y la casa de

máquinas. Por ello es necesario incluir como Costos Fijos un valor anual estimado para la

realización de estas actividades. El mantenimiento del sistema corresponde al lavado del

tanque de almacenamiento y tuberías de conducción al igual que mantenimiento de la turbina y

la casa de máquinas. Estos costos fijos, son mostrados en la Tabla 24.

93

Tabla 24. Costos Fijos

Concepto Valor unitario (COP$) Total Anual (COP$)

Lavado $ 10000,00 $ 120.000,00

Mantenimiento $ 50.000,00 $ 100.000,00

TOTAL $ 220.000,00

Fuente. Autores

El lavado del sistema se hará una (1) vez al mes y el mantenimiento de la turbina y casa de

máquinas debe ser trimestral.

9.4. INDICADORES FINANCIEROS.

9.4.1. FLUJO EFECTIVO NETO

El flujo de efectivo neto es un indicador financiero, que representa la diferencia entre ingresos y

gastos que podrán obtenerse por la ejecución del proyecto durante su vida útil. De igual forma

mide la capacidad de pago del préstamo para financiar la totalidad de la inversión. La tasa para

el presente proyecto se tomó como un 12% anual que corresponde a la tasa de devaluación del

dinero al momento de calcular el VPN.

El control de los ingresos y egresos de efectivo permiten proyectar de forma concreta, puntual y

confiable, la situación a futuro, lo cual facilita el cálculo de las cantidades de dinero que se

requerirán en fechas posteriores, como las cantidades de dinero que ingresará. Para

facilidades del estudio, se toma en cuenta como salidas: la inversión inicial y mantenimiento del

proyecto, como entradas: el ahorro de la tarifa de energía del edificio y el pago de bonos de

carbono y un aumento del 3% anual6 resultado del incremento de la energía con respecto al

año vencido.

Como se muestra en el Anexo 6 el flujo de efectivo es negativo en su mayoría, esto indica que

la factibilidad económica del proyecto es poco viable debido a que los ingresos son muy bajos

con respecto a los egresos. La entrada de ingresos los determina en su conjunto el ahorro de

energía, evidenciado en la generación total de energía con la cual el sistema puede abastecer

al edificio. Por consiguiente la inversión inicial tardará mucho tiempo en recuperarse y la

viabilidad financiera del proyecto es nula.

9.4.2. VALOR PRESENTE NETO

El VPN busca dar una pauta del proyecto sobre si la inversión realizada genera valor o por el

contrario arruina capital. Para determinar el valor presente neto y comprobar la conveniencia o

no del proyecto que se va a realizar se debe tener en cuenta los valores obtenidos en el

flujo de efectivo neto (Ver Anexo 6), y la tasa, la cual corresponde al valor de devaluó del

dinero anual la cual es del 12% mediante la ecuación 28.

( ) (29)

6 Cedenar S.A. ESP- Ministerio de Hienda y Crédito Público, 2013-2014

94

Dónde:

F= Flujo efectivo neto de cada periodo

i= Tasa de interés

n= número de periodo

( ( ) ) ( ( ) ) ( (

) ) ( ( ) ) ( ( ) )

( ( ) ) ( ( ) ) ( (

) ) ( ( ) ) ( ( ) )

Cuando el VPN es mayor a cero (0) es conveniente la realización del proyecto, cuando es igual

a cero (0) es indiferente y cuando es menor a (0) no conviene hacer el proyecto por tal motivo

según el gran rango que da el VPN del sistema no conviene hacer este proyecto por razones

financieras.

9.5. ANÁLISIS FINANCIERO.

Dada las condiciones de presentar un mínimo ingreso anual de tan solo COP $ 14.104 los

costos de inversión superan en gran medida la tasa de retorno del proyecto, por tal motivo solo

se utilizó un indicador financiero (VPN) para determinar la factibilidad económica. El proyecto

es no factible económicamente, debido a la baja producción de energía eléctrica durante todo

el año, que repercute en el valor de ahorro energético que se pretende obtener con el sistema

en el edifico.

95

10. PROCESO DE CERTIFICACIÓN LEED

La búsqueda por obtener resultados más eficientes ambientalmente, puede ser apoyada por

instituciones en pro de validar y certificar con sellos de calidad ambientales, a las entidades que

propendan por disminuir los impactos ambientales, considerando variables económicas, de

salubridad, y de productividad.

El proyecto Sierra Beach Resort a través de la investigación científica para aprovechar el agua

lluvia y por medio de ella generar energía con fines estrictamente ambientales, cumple con

algunas de las iniciativas buscadas por la institución USGBC (United States Green Building

Council). Esta institución cumple con la función de otorgar el certificado LEED, pretendiendo

luchar contra grandes desafíos de la actualidad, como lo son el cambio climático, la

dependencia de los recursos naturales no renovables y las amenazas a la salud humana. (U.S.

Green Building Council, 2013).

El proyecto Sierra Beach Resort cumple con los requisitos para aplicación a la certificación,

bajo los estándares especificados en los documentos de LEED, especificados en la bibliografía

del presente documento.

10.1. REQUISITOS MÍNIMOS DEL PROGRAMA (RMP’s)

Mediante estos requisitos se establecen los parámetros mínimos que debe cumplir el edificio

para ser elegible para certificación LEED, estos requisitos tienen como objetivos: Proporcionar

una guía clara a los clientes, proteger la integridad del programa LEED y reducir los retos que

ocurren durante el proceso de certificación LEED. El proyecto Sierra Beach Resort cumple con

cada uno de los ocho RMP citados a continuación:

Obligación de cumplir las leyes medio ambientales: El edificio será diseñado bajo

los estándares de las leyes medio ambientales tanto nacionales como regionales,

continuando con el cumplimiento durante las fases de diseño y construcción. Esto será

aplicado a todas las superficies existentes dentro del proyecto, considerando así el

área construida, y la superficie del lote circundante.

Debe ser un Edificio: El proyecto será diseñado, construido y operará en una

localización permanente en un terreno ya existente. El proyecto no está diseñado para

ser transportado en algún momento de su vida útil.

Deben utilizar unos límites de lote razonables: El límite del edificio debe como

máximo incluir todas las áreas de tierra contiguas pertenecientes al mismo propietario.

Se permite omitir las superficies no asociadas con el contrato de construcción LEED

que surjan de características o infraestructuras naturales (ríos, carreteras, vías

férreas, etc.). También debe incluir todo el suelo que fuera perturbado con la puesta

en marcha del proyecto, debido a las alteraciones que pueda ocasionar este en él.

96

Deben cumplir con los requisitos mínimos de ETC y Superficie del Suelo: El

proyecto sirve a una o más ocupaciones de Equivalencia a Tiempo Completo (ETC).

Debe incluir un mínimo de 93 m2 brutos de superficie neta del interior del edificio.

Deben cumplir los Índices Mínimos de Ocupación: Solo aplica para edificios

existentes.

La actividad de registro y Certificación debe cumplir unas tablas de tiempos y

unas fechas de finalización del sistema razonables: Deben realizarse

actualizaciones de los datos generales de la documentación remitida durante los 4

años siguientes de la puesta en marcha del proyecto. Por medio de esta premisa se

establecen los parámetros de registro y solicitud inicial de certificación con fechas

oficiales que indiquen que el proyecto está listo para su uso.

Deben permitir el acceso del USGBC a los datos de consumo de energía y agua

de todo el edificio: El proyecto debe comprometerse a permitir el acceso del USGBC

a los datos reales del consumo de energía y agua del edificio completo en el futuro

para propósitos de investigación. Este compromiso debe mantenerse incluso si el

proyecto cambia de propiedad.

Debe cumplir la relación Mínima entre la superficie del edificio y al superficie del

lote: La superficie bruta total del edificio del proyecto LEED no debe ser menor del

2% de la superficie del lote del edificio LEED. La superficie del lote del proyecto puede

ser menor que la superficie del lote total asociado con el edificio del proyecto.

10.2. APLICABILIDAD POR CRÉDITOS DE LA CERTIFICACIÓN

El documento que establece los parámetros y créditos otorgados por la USGBC está definido

bajo la lista de chequeo de proyectos definida en el documento (U.S. Green Building Council,

2013). Mediante el cual se establece la lista de chequeo documentada en el Anexo 7.

La certificación LEED promueve el desarrollo sostenible dentro de las edificaciones, por medio

de seis impactos (detallados en el Anexo 7, con sus respectivos créditos), que se consideran

afectan de manera significativa el medio ambiente. Mediante el presente capítulo, se

establecerán mediante tablas, los impactos a los cuales puede aportar el proyecto con

puntuación. Los créditos aplicables serán definidos mediante estas tablas, integrando

propósitos, estrategias y recomendaciones de tal forma que se puede aterrizar la idea de la

sostenibilidad dentro de la edificación.

97

10.2.1. LOTE SUSTENTABLE

Tabla 25. Aplicabilidad por créditos de lote sustentable

LOTE SUSTENTABLE

CRÉDITO NO. 6.1 Diseño de escorrentías pluviales por control de

cantidad

1 Punto

Propósito Limitar la perturbación de la hidrología de los cursos naturales de

agua reduciendo la cubierta impermeable, incrementando la

infiltración in-situ, reduciendo o eliminando la contaminación

procedente del flujo de escorrentía, y eliminando los contaminantes7

CRÉDITO NO. 6.2 Diseño de escorrentías pluviales por control de

calidad

1 Punto

Propósito Limitar la perturbación y contaminación de flujos naturales de agua

gestionando el exceso de escorrentía.

Estrategias Recolección de aguas lluvias en la cubierta del edificio.

Sistema de captación controlada para evitar situaciones de

filtración de contaminantes por arrastre.

Sistema de recolección de agua lluvia por plazas

dimensionadas como estrategia de control de volumen.

Se libera una parte significativa del lote para áreas verdes,

reduciendo así las cubiertas impermeables.

Los volúmenes de agua recuperados son utilizados para

usos no-potables como generación de energía para el edificio

y riego de área verdes.

Recomendaciones Minimizar las áreas impermeables en las zonas abiertas del lote,

especificando cubiertas vegetadas y pavimentos permeables, que

puedan hacer aprovechables los volúmenes de escorrentía

recolectados por estas medidas en usos no-potables.

PUNTOS

ADQUIRIBLES

2 puntos.

Fuente. Autores.

10.2.2. EFICIENCIA DE AGUA

Tabla 26. Aplicabilidad por créditos de eficiencia de agua

EFICIENCIA DE AGUA

CRÉDITO NO.1 Eficiencia de agua para el riego del paisaje 4 Puntos

Propósito Limitar o eliminar el uso del agua potable u otros recursos hídricos

naturales disponibles de agua superficial o subterránea, en el área

7 LEED 2009 PARA NUEVA CONSTRUCCION Y GRANDES REMODELACIONES. Versión 3.0.

USGBC. Noviembre de 2008. Crédito PS 6.1.

98

del lote o en sus cercanías, para el riego del mismo.

Estrategias La reducción del consumo de agua potable se atribuye al

aprovechamiento de agua pluvial captada en la cubierta del

edificio que cubre completamente la demanda de agua para

riego.

Utilización de las aguas lluvias recolectadas para usos

sanitarios en la segunda y primera planta del proyecto,

también para riego de las zonas vegetadas, después de el

flujo de aguas pluviales haya pasado por el sistema de

generación de energía.

Recomendaciones Se recomienda para obtener la aprobación de este ítem que sea

realizado un análisis de suelo/clima para determinar las plantas

apropiadas para reducir o eliminar los requisitos de riego.

Instalación de un sistema de jardinería que no requiera sistemas de

riego permanentes, utilizando equipos de alta eficiencia y/o

controladores en función del clima.

Fuente. Autores.

10.2.3. ENERGÍA Y ATMÓSFERA

Mediante este capítulo se busca mejorar la eficiencia energética de los edificios, contribuyendo

con más utilidad y menor contaminación al ambiente. El presente capitulo representa el punto

álgido de la investigación en el proceso de certificación LEED, estableciendo por la cantidad de

créditos, la proporción en la que el proyecto aporta en la optimización, ahorro, eficiencia e

innovación energética al nivel de la construcción sostenible.

Tabla 27. Aplicabilidad por créditos de energía y atmósfera

ENERGÍA Y ATMÓSFERA

CRÉDITO NO. 1 Optimización de la eficiencia energética 1-19 Puntos

Propósito Conseguir un incremento en los niveles de eficiencia energética por

encima de la norma del prerrequisito para reducir los impactos

económicos y medio ambientales asociados con un consumo

excesivo de energía.

CRÉDITO NO. 2 Energía renovable in-situ 1-7 Puntos

Propósito Favorecer y reconocer el incremento de niveles de auto-suministro

de energía renovable in situ para reducir los impactos

medioambientales y económicos asociados con el consumo de

energía obtenida de combustibles fósiles.

CRÉDITO NO. 3 Recepción Mejorada 2 Puntos

Propósito Comenzar el proceso de recepción para la puesta en marcha

temprano durante la parte de proyecto y llevar a cabo actividades

adicionales después de que se ha completado la verificación de la

99

eficiencia de los sistemas.

CRÉDITO NO. 5 Medición y verificación 3 Puntos

Propósito Proporcionar medios para la continua contabilidad del consumo de

energía del consumo de energía en el edificio en el tiempo.

CRÉDITO NO. 6 Energía verde 2 Puntos

Propósito Favorecer el desarrollo y el uso de tecnologías de energía

renovable con fuente en la red eléctrica para conseguir

contaminación cero en la red.

Estrategias Establecimiento de un consumo máximo de energía en el

edificio tanto en el área residencial como en las áreas

comunes, de esta manera demostrar un porcentaje de

mejora en el índice de eficiencia propuesto para el edificio

en comparación con el índice de eficiencia del edificio de

referencia.

Suministrar energía eléctrica por medio de una fuente

renovable tomada en las instalaciones del proyecto sin

impactar negativamente al ambiente.

El presente proyecto establece tener una potencia energética

no contaminante y renovable, estableciendo la estrategia de

generación de energía eléctrica generada por la fuerza

gravitacional del agua lluvia.

Adquirir los manuales de funcionamiento de los elementos

del sistema utilizados, a modo de control, que proporciona al

personal operario del sistema, la operación y el

mantenimiento de los sistemas energéticos del edificio para

la puesta en marcha.

Desarrollar un plan para evaluar la eficiencia del edificio y/o

sistema energético a través de una simulación energética o

un análisis de ingeniería.

Instalar el equipo de medición y verificación que opere

durante las 24 horas del día, los 7 días de la semana, de tal

forma que cualquier irregularidad, pueda ser solventada con

la alerta brindada por los controles de la operación.

Conforme se desarrolla el presente proyecto, desarrollar

alternativas que permitan proporcionar al edificio el 35% de la

electricidad del edificio a partir de fuentes renovables.

Recomendaciones Utilizar las energías verdes que sean certificadas por los Certificados

de Transacción de Compensaciones de Carbono (TCC) o

Certificados de Energía Renovable (CER), de tal forma que se

pueda documentar el cumplimiento de los requisitos de los créditos

de energía.

Fuente. Autores.

100

Durante el establecimiento de los créditos y los puntajes a los que presenta aplicabilidad el

proyecto, se estima que dentro del total de 100 puntos que pueden ser conseguidos en la

certificación por todos los parámetros, un total de 39 puntos desarrollarían la factibilidad del

proyecto de la certificación LEED. Considerando los resultados encontrados, se determina que

estos puntos no serán conseguidos a cabalidad por el bajo rendimiento energético establecido

con la factibilidad de la generación de energía eléctrica en el proyecto Sierra Beach Resort,

pese a esto, son instauradas recomendaciones en cada una de las tablas que presenta el

capítulo (Tabla 25-27), proyectando consideraciones a tomar en cuenta para adquirir mayor

cantidad de puntos por medios equivalentes a la captación de aguas lluvias y a la optimización

y generación de energía eléctrica.

Cabe mencionar que existen diferentes aspectos en los que el proyecto puede presentar

estrategias de acción, que no están incluidos en las tablas analizadas, debido a que se sale del

objetivo principal de la investigación. Pese a esto, se recomienda la revisión de los capítulos en

los que se describen las estrategias que deben ser tomadas en cuenta, para no causar

impactos negativos en el ambiente, como lo establecen los créditos de lotes sustentables,

eficiencia de agua, energía y atmósfera, recursos y materiales, calidad del ambiente interior y

por último, innovación en el diseño.

Mediante la verificación de los puntajes requeridos para obtener la certificación, se identifican

puntos en los cuales se hace necesario acudir a la asesoría de un especialista en construcción

LEED, de tal forma, que cada uno de los detalles en los que incurren los créditos, sean

considerados a cabalidad para poder optar por la certificación.

10.3. BENEFICIOS LEED PARA LAS PARTES INTERESADAS

Los beneficios que traen las certificaciones LEED, están demarcados por la minimización de

impactos al ambiente sobre cada uno de los recursos naturales (agua, aire, suelo, flora y

fauna). Mediante la certificación se da paso a un orden de compromiso con el ambiente

mediante el cual, las industrias fortalecen el vínculo que tiene la infraestructura con el entorno,

estableciendo relaciones tanto institucionales como gubernamentales de sostenibilidad que

llevan a que las validaciones con sellos ambientales, sean valoradas por terceros y

consideradas como aliciente para mejorar la calidad de vida de los ocupantes de las

edificaciones y así, su entorno.

Hoy por hoy, las problemáticas ambientales tienen un carácter determinante en la ejecución de

proyectos, considerando que las áreas de producción en cantidad generan gran cantidad de

residuos, y de emisiones que son liberadas a la atmósfera. Por medio de la implementación de

técnicas desarrolladas en las iniciativas de construcción LEED, puede llegarse a crear

conciencia de la afectación al ambiente causada por la utilización de técnicas convencionales

de construcción y utilización de la energía. Este punto de vista, representa un mundo nuevo en

la economía, el comercio y las tecnologías para las constructoras, proponiendo crear espacios

para el trabajo y la vivienda, que mantengan condiciones de bienestar tanto para la salud

humana como para el ambiente.

101

Es así como el estudio desarrollado pretende aportar en el desarrollo de la innovación de

energías alternativas con miras hacia la sostenibilidad, presentando el beneficio a los

ocupantes, propietarios y al ambiente. Por esta razón, se presentan mediante la Tabla 28, los

diversos beneficios de los que pueden gozar las diferentes partes interesadas en el proyecto

Sierra Beach Resort con la aplicación de la generación de energía con el aprovechamiento del

agua lluvia.

Tabla 28. Beneficios de la certificación LEED para las partes interesadas.

Beneficios Ambientales De

La Certificación Leed

Beneficios Para Los

Ocupantes

Beneficios Para Los

Propietarios

Mejor calidad del espacio

laboral.

Reconocimiento de la

sostenibilidad.

Reducción del impacto

ambiental.

Reducción de la huella de

Carbono.

Concienciación para la

comunidad del cuidado del

ambiente y el buen

aprovechamiento de los

recursos.

Productividad de los

empleados.

Declaración de

responsabilidad corporativa.

Energy Star Rating.

Control de costos

operacionales.

Eficiencia en uso de agua

(interior y exterior).

Diferenciación en el

mercado.

Incremento de la ocupación

y tasas de arriendo.

Incremento del valor de la

propiedad.

Mantención de la

competitividad en el

mercado.

Control de los costos de

operación.

Resultados medibles

inmediatos de los ahorros

de energía.

Fuente. Autores.

Es de carácter importante recalcar que el trabajo por la sostenibilidad en el sector de la

construcción requiere atención técnica e ingenieril, además, la certificación LEED se presenta

como un estímulo para que los ocupantes y las personas que son propietarias de las

edificaciones, consideren el mutualismo que debe existir entre vivienda (o puesto de trabajo) y

entorno.

La educación ambiental y la concienciación de los usuarios internos y externos de los edificios

se comienzan a acoplar al estilo de vida de los ocupantes, apropiando los conceptos como la

eficiencia y la optimización energética, y el ahorro eficiente del agua. Estos conceptos

comienzan a ligarse a la vida de las personas, estableciendo formas más eficientes de vivir,

como lo define el concepto de sostenibilidad en las comunidades.

102

11. METODOLOGÍA PARA EVALUACIÓN DE PROYECTO SEMEJANTES

La generación de energía por métodos diferentes a los combustibles fósiles, durante las etapas

de instalación, puesta en marcha y operación en proyectos, se presenta como una alternativa

viable para la sostenibilidad en el desarrollo de estos, considerando que los recursos naturales

son aprovechados in-situ y representan un impacto ambiental positivo discurriendo los

beneficios energéticos que se obtienen.

Para la evaluación e implantación de la factibilidad de aplicación de este tipo de proyectos se

ha establecido un esquema metodológico, de tal forma, que pueda conseguirse de manera

ordenada, determinar la factibilidad de generar energía eléctrica por medio de fuentes hídricas

(aplicable para pluviales o fluviales) en las condiciones climáticas establecidas por la

característica de cada proyecto.

La metodología está representada mediante un cuadro sistemático, en el Anexo 8, mediante el

cual se establecen las etapas y sub-etapas definiendo los propósitos a cumplir en cada una de

estas. Mediante este cuadro también se establecen recomendaciones a seguir, de tal forma,

que pueda establecerse la factibilidad de generación de energía, sobre criterios como

demanda energética, oferta hídrica, climatología e implementación de turbinas hidroeléctricas

y/o hidráulicas.

103

12. CONCLUSIONES

1. La demanda de energía del edificio Sierra Beach Resort, es de 499930,28 kW-día para

el área residencial y de 625,4 kW-día para las áreas comunes.

2. En el documento se propone un sistema de captación y conducción de aguas lluvias

relacionado con la oferta hídrica basada en los registros de la Estación pluviométrica del

Aeropuerto Simón Bolívar de Santa Marta (Magdalena).

3. Se propone un diseño para la generación de energía eléctrica, con base en los datos

mensuales.

4. De acuerdo con los datos y diseños elaborados, el proyecto de generación de energía

eléctrica no es factible económicamente ni alcanza los estándares para la certificación

LEED.

104

13. RECOMENDACIONES

1. Informar a las personas interesadas en el Proyecto Sierra Resort, que este no alcanza

los estándares para beneficiarse de la certificación LEED bajo las condiciones de

generación de energía eléctrica con aguas lluvias.

2. Se recomienda la metodología propuesta en este estudio para adelantar estudios

similares o al contenido en el presente trabajo.

3. Considerar la parte de diseño del presente estudio como parte conceptual aplicada, y en

consecuencia, ninguno de los planos corresponde a diseños en detalle.

105

14. BIBLIOGRAFÍA

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108

Anexo 1. Tarifas Publicadas en diciembre de 2012 por empresa (en cada mercado) y para usuarios del nivel de tensión 1, línea

aérea y activos propiedad 100% de la empresa para estratos 5 y 6 ($/kWh).

|

Fuente. (Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, 2012)

109

Anexo 2. Valores Totales Mensuales de Precipitación Estación Meteorológica “Aeropuerto Simón Bolívar”

SISTEMA DE INFORMACION NACIONAL AMBIENTAL

LATITUD TIPO DEPTO 1952-JUN

LONGITUD ENTIDAD MUNICIPIO

ELEVACIÓN REGIONAL CORRIENTE

****** *** **** ******** ********* ********** ******** ********* ********* ********* ********* ********** ******** ********** ********* ***********

AÑO EST ENT Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre VR ANUAL *

****** *** **** ******** ********* ********** ******** ********* ********* ********* ********* ********** ******** ********** ********* ***********

1993 2 1 0,90 0,00 0,8 2,6 141,1 36,9 23,5 36,4 180,2 11 33,9 0,2 467,5

1994 2 1 0,00 0,00 0 0,4 0,7 2,3 25,9 28,7 51,3 84,3 154,9 0 348,5

1995 2 1 0,00 0,00 2,3 0 60,2 45,1 89 97,5 209,1 141,1 53,48 0 697,7

1996 2 1 0,00 0,00 30,2 8,28 53,48 40,73 105,5 16,2 96,48 175,3 98,8 0,6 625,33

1997 2 1 0,00 0,00 0 0,5 0,2 156,5 30 13,5 146,4 82,7 50,9 0 480,7

1998 2 1 0,00 7,30 1,2 10,6 136,6 149,6 37,6 97,1 72,8 77,8 22,2 1,8 614,6

1999 2 1 0,00 0,80 2,7 39 3,7 101,4 48,2 74,6 189,6 262,5 188,23 51,6 962,33

2000 2 1 0,90 1,10 0 2,7 7 71,2 61,2 13,7 113,7 3,7 21,3 40,6 337,1

2001 2 1 0,00 0,00 0 0 76,2 16,4 13,4 94,9 157,8 87,3 15,8 1,2 463

2002 2 1 0,00 0,00 0,1 9 94 133,7 18 63,8 67 101,23 11,8 0 498,63

2003 1 1 0,00 0,00 0 4,3 64,5 61,7 112,4 48,5 21,8 78,3 124,2 49,6 565,3

2004 1 1 0,00 0,00 0 18 142,5 13,93 49,2 143,4 138,6 52,63 96,4 0 654,63

2005 1 1 0,00 0,00 0 0,03 46,3 113,4 14,3 55,1 71 262,83 153,1 0,8 716,83

2006 1 1 0,00 0,03 0,1 2,6 41,4 36,9 54,83 26,8 56,9 40,3 28,5 0,1 288,43

2007 1 1 0,00 0,90 0 63,1 62,5 110,1 29,3 156,4 42,03 264,7 91,4 0,5 820,93

2008 1 1 0,00 0,00 0 0,9 28,7 56,8 51,1 201,03 132,1 96,1 84 0,7 651,43

2009 1 1 0,10 0,00 0,1 39,23 37,6 104,1 93,5 35 10 31,2 40,3 14 405,13

2010 1 1 0,00 0,00 21,5 74,2 35,8 48,1 212,7 118,4 161,4 91 255,8 45,1 1064

2011 1 1 0 0,03 1,7 14,4 82,3 91,3 113,6 16 107,4 397,8 172,3 19 1015,83

2012 1 1 0,00 0,00 0 34,8 95,1 36,6 4,03 73,2 14,6 128,2 4,6 0 391,13

PROM 10 AÑOS 0,01 0,10 2,34 25,16 63,67 67,29 73,50 87,38 75,58 144,31 105,06 12,98 657,364

MEDIOS 0,1 0,5 3 16,2 60,5 71,3 59,4 70,5 102 123,5 85,1 11,3 603,4

MAXIMOS 0,9 7,3 30,2 74,2 142,5 156,5 212,7 201 209,1 397,8 255,8 51,6 1064

MINIMOS 0 0 0 0 0,2 2,3 4 13,5 10 3,7 4,6 0 0

I D E A M - INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES

MAR CARIBE 0004 m,s,n,m, 05 MAGDALENA

SANTA MARTA

MAGDALENA

FECHA-SUSPENSIÓN

FECHA-INSTALACIÓN

VALORES TOTALES MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms)

AEROPUERTO SIMON BOLIVARESTACIÓN : 15015050FECHA DE PROCESO: 2013/0 Jul - 25

7413 O

1107 N

01 IDEAM

EST SP

110

Anexo 3. Cálculo de la demanda energética en el área residencial

HORAS WATTS POR HORA DE USO ENERGÍA

ELECTRODOMÉSTICO CANTIDAD

APROX.

POT.

(watts) CS % 0 - 5 H 5 - 7 H 07 - 11 H 11 - 13 H 13 - 17 H 17 - 19 H 19 - 21 H 21 - 24 H DÍA AÑO

Cocina eléctrica de 2 hornillas 90 3000 0,3

81000

81000

81000

486 177390

Secador de ropa 115 2500 0,1

28750

115 41975

Aire acondicionado Mini Split 300 1800 0,5

270000 270000 270000

2160 788400

Aspiradora 100 1300 0,1

13000

26 9490

Horno Microondas 120 1200 0,1

14400

14400

576 210240

Horno Eléctrico 120 1200 0,05

7200

14,4 5256

Secadora de cabello 100 1200 0,1

12000

24 8760

Lavaplatos 25 1200 0,2

6000

6000

6000

36 13140

Plancha eléctrica 60 1000 0,1

6000

24 8760

Olla arrocera 50 1000 0,1

5000

20 7300

Tostadora 40 1000 0,1

4000

8 2920

Nevera-congelador 130 850 0,2 22100 22100 22100 22100 22100 22100 22100 22100 530,4 193596

Cafetera 100 600 0,3

18000

18000

108 39420

Lavadora 100 500 0,1

5000

20 7300

Licuadora de potencia media 90 400 0,1

3600

3600

14,4 5256

Campana extractora de aire 260 300 0,2

15600 15600 15600

15600

187,2 68328

Televisor 220 250 0,7

38500

38500

38500 38500 346,5 126472,5

Estación de juegos 100 250 0,2

5000

5000

40 14600

Computadora 230 200 0,5

23000

23000 23000 23000 23000 345 125925

Batidora 25 200 0,1

500

1 365

Impresora 40 150 0,1

600

2,4 876

Foco incandescente 1000 100 0,3

30000 30000 1500 547500

Equipo de sonido 70 100 0,3

2100

2100

2100

21 7665

Ventilador de pedestal 250 70 0,4

7000 7000 7000 7000

70 25550

Ventilador de techo 250 65 0,4

6500 6500 6500 6500

65 23725

Modem internet 100 30 1

3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 57 20805

111

DVD 200 25 0,1

500

500

3 1095

Foco ahorrador 2000 15 0,3

9000 9000 45 16425

Timbre de pared 132 15 0,1

198

198

1,584 578,16

TOTAL

20520

22100 188700 123748 479900 372998 419200 171700 125600 4993,28 1822548,66

112

Anexo 4. Cálculo de la demanda energética en las áreas comunes

HORAS DE USO ENERGÍA kW-h

ESPACIO CANTIDAD APROX.

TOTAL

POTENCIA (watts)

CS %

0 - 5 H

5 - 7 H

07 - 11 H

11 - 13 H

13 - 17 H

17 - 19 H

19 - 21 H

21 - 24 H

DÍA AÑO

Cocina eléctrica de 2 hornillas 3 3000 0,3

2700

2700

108 39420

Aire acondicionado Mini Split 20 1800 0,5

3600 3600 3600 3600

43,2 15768

Horno Microondas 5 1200 0,1

600

600

24 8760

Horno Eléctrico 2 1200 0,05

120

120

4,8 1752

Lavaplatos 1 1200 0,3

360

360

14,4 5256

Cafetera 3 600 0,4

720 720

720 720

8,64 3153,6

Nevera-congelador 4 850 0,2 680 680 680 680 680 680 680 680 16,32 5956,8

Licuadora de potencia media 2 400 0,3

240

240

240

9,6 3504

Campana extractora de aire 15 300 0,4

1800 1800 1800 1800 1800 1800

28,8 10512

Televisor 12 250 0,7

2100 2100 2100 2100 2100 2100

33,6 12264

Computadora (CPU y monitor) 12 200 0,7

1680 1680 1680 1680 1680 1680

26,88 9811,2

Batidora 1 200 0,1

20

20

0,12 43,8

Impresora 5 150 0,2

150

150

1,2 438

Equipo de sonido 4 100 0,1

400

400

400 400 5,2 1898

Cámaras de seguridad 32 80 1 2560 2560 2560 2560 2560 2560 2560 2560 61,44 22425,6

Ventilador de techo sin lámparas 20 65 0,4

520 520 520

5,2 1898

Modem internet 5 30 0,6

90 90 90 90 90 90 1,53 558,45

DVD 8 25 0,5

100

100 100

1 365

Tubos fluorescentes LED 90 25 0,7 1575

1575 1575 15,75 5748,75

TOTAL

11675

4815 9800 14400 17070 14400 13570 14665 5305 265,4 96871

113

Anexo 5. Presupuesto para la implementación del sistema.

PRESUPUESTO IMPLEMENTACIÓN SISTEMA

Sistema Componente Detalle Unidad Cantidad Valor Unitario Total %

Tanque de Almacenamiento

Material Acero inoxidable m² 15,5 $ 15.900,00 $ 246.450,00 4%

Sistema de descargue Válvula de salida de descarga u 1 $ 21.900,00 $ 21.900,00 0%

Flotador esfera 1 $ 16.200,00 $ 16.200,00 0%

Tapa sanitaria Acero inoxidable u 1 $ 45.000,00 $ 45.000,00 1%

Palancas Acero inoxidable m 4 $ 12.000,00 $ 48.000,00 1%

Mano de Obra Construcción horas 8 $ 10.000,00 $ 80.000,00 1%

Total $ 457.550,00 7%

Sistema de Conducción

Rejilla cúpula clásica 2" u 1 $ 9.800,00 $ 9.800,00 0%

3" u 4 $ 14.900,00 $ 59.600,00 1%

4" u 1 $ 23.900,00 $ 23.900,00 0%

Tuberia PVC Sanitaria x 6m 2" m 2 $ 26.900,00 $ 53.800,00 1%

3" m 2 $ 42.900,00 $ 85.800,00 1%

4" m 6 $ 58.900,00 $ 353.400,00 5%

6" m 3 $ 159.900,00 $ 479.700,00 7%

Tubería PVC Sanitaria x 1m 2" m 1 $ 6.900,00 $ 6.900,00 0%

8" m 1 $ 42.900,00 $ 42.900,00 1%

Tubería PVC Sanitaria x 3m 3" u 1 $ 9.900,00 $ 9.900,00 0%

Tubería PVC Presión x 6m 2" m 9 $ 53.800,00 $ 484.200,00 7%

Codos 90º 2" u 1 $ 1.300,00 $ 1.300,00 0%

3" u 1 $ 2.900,00 $ 2.900,00 0%

Tee Reducida Sanitaria 4 x 2" u 1 $ 13.900,00 $ 13.900,00 0%

6 x 4" u 1 $ 79.000,00 $ 79.000,00 1%

4 x 3" u 1 $ 13.900,00 $ 13.900,00 0%

Tee Doble Sanitaria 6 x 8" u 1 $ 55.900,00 $ 55.900,00 1%

Unión Sanitaria 2" u 5 $ 900,00 $ 4.500,00 0%

3" u 5 $ 1.360,00 $ 6.800,00 0%

114

4" u 12 $ 3.100,00 $ 37.200,00 1%

6" u 6 $ 15.900,00 $ 95.400,00 1%

8" u 1 $ 23.900,00 $ 23.900,00 0%

Total $ 1.944.600,00 28%

Casa de Maquinas

Puerta sencilla u 1 $ 217.000,00 $ 217.000,00 3%

Rejilla Metálica u 1 $ 84.000,00 $ 84.000,00 1%

Señalización u 1 $ 20.000,00 $ 20.000,00 0%

Iluminación u 1 $ 20.000,00 $ 20.000,00 0%

Instalación de baja tensión u 1 $ 125.000,00 $ 125.000,00 2%

Generador Eléctrico u 1 $ 450.000,00 $ 450.000,00 6%

Celda de entrada u 1 $ 185.500,00 $ 185.500,00 3%

Transformador u 1 $ 565.000,00 $ 565.000,00 8%

Armario de BT u 1 $ 165.000,00 $ 165.000,00 2%

Tablero de circuitos u 1 $ 76.800,00 $ 76.800,00 1%

Muros en bloque No. 4 m² 20 $ 13.096,56 $ 261.931,20 4%

Total $ 2.170.231,20 31%

Turbina Turbina Pelton u 1 $ 1.469.000,00 $ 1.469.000,00 21%

Total $ 1.469.000,00 21%

VALOR COSTO DIRECTO $ 6.041.381,20 87%

VALOR COSTO INDIRECTO A.I.U. 15% $ 906.207,18 $ 906.207,18 13%

VALOR TOTAL $ 6.947.588,38 100%

115

Anexo 6. Flujo Efectivo Neto del Proyecto.

FLUJO DE EFECTIVO

CONCEPTO INVERSIÓN INICIAL

PERIODO ANUAL

Tiempo en Años 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

INGRESO

Ahorro en energía

14.104

14.527

14.963

15.412

15.874

16.350

16.841

17.346

17.867

18.403

Pago Bonos de Carbono

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

TOTAL ENTRADAS

14.404

14.827

15.263

15.712

16.174

16.650

17.141

17.646

18.167

18.703

EGRESO

Inversión Constructora Siglo XXI

6.947.588

Costo Fijo

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

TOTAL SALIDAS − 6.947.588

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

220.000

FLUJO EFECTIVO NETO − 6.947.588

-

205.596 -205.173 -204.737 -204.288 -203.826 -203.350 -202.859 -202.354 -201.833 -201.297

Fuente. Autores

116

Anexo 7. Lista de chequeo para certificaciones LEED

LISTA DE CHEQUEO PARA CERTIFICACIONES LEED

LOTES SUSTENTABLES (28 PUNTOS POSIBLES)

Numero de parámetro Referencia de parámetro Cantidad

de puntos

posibles

Pre-requisito No. 1 Prevención de actividad contaminante en la

construcción

Requerido

Crédito 1 Selección del lote 1

Crédito 2 Densidad de desarrollo y conectividad de la comunidad 5

Crédito 3 Recuperación de lotes abandonados 1

Crédito 4.1 Transporte alternativo – Acceso a transporte público 6

Crédito 4.2 Transporte alternativo – Almacenamiento de bicicletas y

vestuarios

2

Crédito 4.3 Transporte alternativo – Bajas emisiones y eficiencia del

combustible en los vehículos

3

Crédito 4.4 Transporte alternativo – Capacidad de parqueaderos 2

Crédito 5.1 Desarrollo del lote – Protección o restauración del

hábitat

1

Crédito 5.2 Desarrollo del lote – Maximización del espacio abierto 1

Crédito 6.1 Diseño de escorrentías – Control de cantidad 1

Crédito 6.2 Diseño de escorrentías – Control de calidad 1

Crédito 7.1 Efecto Isla de calor – Sin techo 1

Crédito 7.2 Efecto Isla de calor – Techo 1

Crédito 8 Reducción de contaminación por luz 1

Crédito 9 Directrices para habitantes en la construcción 1

EFICIENCIA DE AGUA (10 PUNTOS POSIBLES)

Pre-requisito No. 1 Reducción del uso de agua Requerido

Crédito 1 Eficiencia de agua para el riego del paisaje 2-4

Crédito 2 Tecnologías de innovación en plantas de tratamiento 2

Crédito 3 Reducción en el uso de agua 2-4

ENERGÍA Y ATMOSFERA (37 PUNTOS POSIBLES)

Pre-requisito No. 1 Fundamentos de puesta en marcha para sistemas de

energía en edificios

Requerido

Pre-requisito No. 2 Rendimiento energético mínimo Requerido

Pre-requisito No. 3 Manejo fundamental de refrigerantes Requerido

Crédito 1 Rendimiento de optimización de energía 3-21

117

Crédito 2 Energía renovable in-situ 4

Crédito 3 Puesta en marcha mejorada 2

Crédito 4 Manejo de refrigerantes mejorado 2

Crédito 5.1 Medición y verificación – Construcción de la base 3

Crédito 5.2 Medición y verificación – Sub-medición de habitantes 3

Crédito 6 Energía verde 2

RECURSOS Y MATERIALES (13 PUNTOS DISPONIBLES)

Pre-requisito No. 1 Almacenamiento y recolección de reciclaje Requerido

Crédito 1 Reutilización en el edificio – Mantenimiento de muros

existentes, pisos y techo

1-5

Crédito 2 Manejo de residuos de construcción 1-2

Crédito 3 Reúso de materiales 1

Crédito 4 Contenido de reciclaje 1-2

Crédito 5 Materiales regionales 1-2

Crédito 6 Madera certificada 1

CALIDAD DE AMBIENTE INTERIOR (12 PUNTOS POSIBLES)

Pre-requisito No. 1 Rendimiento de calidad de aire mínimo interior Requerido

Pre-requisito No. 2 Control ambiental de tabaco Requerido

Crédito 1 Monitoreo de entrega de aire a exteriores 1

Crédito 2 Ventilación aumentada 1

Crédito 3 Plan de manejo de construcción para la calidad de aire interior – Durante la construcción

1

Crédito 4.1 Materiales de baja eficiencia – adhesivos y selladores 1

Crédito 4.2 Materiales de baja eficiencia – Pinturas y recubrimientos

1

Crédito 4.3 Materiales de baja eficiencia – Sistemas de piso 1

Crédito 4.4 Madera compuesta y productos de fibras agrícolas 1

Crédito 5 Control de Químicos interiores y fuentes de contaminación

1

Crédito 6 Sistemas de control 1

Crédito 7 Confort térmico - Diseño 1

Crédito 8.1 Luz natural y vistas – Luz natural 1

118

Crédito 8.2 Luz natural y vistas - Vistas 1

INNOVACIÓN Y DISEÑO (6 PUNTOS POSIBLES)

Crédito 1 Innovación y diseño 1-5

Crédito 2 Aprobación profesional LEED 1

PRIORIDAD REGIONAL (4 PUNTOS DISPONIBLES)

Crédito 1 Prioridad regional 1-4

100 PUNTOS BASE; 6 posibles de innovación en diseño y 4 puntos por prioridad

regional

Certificado 40 – 49 puntos

Plata 50 – 59 puntos

Oro 60 – 79 puntos

Platino Por encima de 80 puntos

Fuente. U.S. Green Building Council, 2013

119

Anexo 8. Metodología para desarrollo de proyectos de generación de energía por medio de

fuentes pluviales y/o fluviales.

1. IDENTIFICACIÓN

DE LA POBLACIÓN

Establecer la población objeto para la implementación del sistema, de

tal manera, que puedan ser identificadas las necesidades en cuanto al

consumo de energía eléctrica (demanda), entendiendo las zonas en

las cuales se puede implementar la generación de energía, a partir, de

la distribución temporal de la energía consumida en las diferentes

áreas del proyecto.

1.1. Geografía

1.2. Climatología

1.3. Servicio energético

La geografía es un elemento importante en la factibilidad del proyecto ya

que la posición geográfica, altitud y demás componentes geográficos,

determinan la disponibilidad del recurso hídrico, así como la posibilidad

de implementación de este tipo de sistemas. Se debe establecer la

disponibilidad de recursos hídricos como ríos, lagos y demás fuentes que

pueden ser utilizables en la implementación de un sistema de energía

alternativa.

El buen estudio climatológico es determinante en la factibilidad del

proyecto, ya que factores como la temperatura y la ubicación altitudinal,

establecen en gran medida la demanda energética de una población, en

lugares más calientes es necesario la utilización de ventiladores o aire

acondicionado lo que aumenta el consumo en comparación con lugares

de clima templado o frio, también es esencial en cuanto al estudio

hidrológico de la región que fija la oferta hídrica que se tendrá para el

sistema con respecto a la precipitación.

2. EVALUACIÓN DE

LA OFERTA

HÍDRICA

Premisas como la demanda energética que tiene la región, la calidad y

presencia del servicio energético donde se realizara el proyecto, deben

ser evaluadas, ya que el sistema propende por desarrollado en ZNI’s.

También poseen prioridad lugares donde el servicio es muy deficiente,

intermitente, costoso o que contamina el ambiente para la generación

de energía eléctrica (centrales termoeléctricas).

Se evalúa la cantidad de agua ofrecida por el medio de tal forma que se

pueda establecer una cantidad de caudal, volumen y oferta de recurso

hídrico. Entre más disponibilidad exista del recurso, mayor será la

generación de energía eléctrica.

2.1. Precipitación Promedio

mensual

Mediante el estudio hidrológico de la zona, se debe obtener la

información meteorológica de la región, incluyendo la precipitación

promedio mensual, el número de días de lluvia para proyectos de

aprovechamiento pluvial, basados en los últimos 20 años de

precipitación. Una vez establecida la oferta hídrica de la región, se

evalúa si la precipitación es significante para el proyecto

correspondiendo a los requerimientos energéticos.

METODOLOGÍA PARA DESARROLLO DE PROYECTOS DE GENERACIÓN

DE ENERGÍA POR MEDIO DE FUENTES FLUVIALES Y/O PLUVIALES

120

2.2 Oferta de agua lluvia

La oferta de agua lluvia se calcula con base en la precipitación

promedio mensual, el área de captación que se tiene y el coeficiente

de escorrentía que depende del material que se utiliza, estos

factores determinan la cantidad de agua que tendremos a lo largo

del año y así se podrá calcular el potencial hidráulico para saber el

potencial eléctrico y la oferta de energética que se obtendrá.

3. SELECCIÓN DE LA

TURBINA

Las turbinas hidráulicas o hidroeléctricas deben ser aplicadas en el

proyecto considerando aspectos como el caudal del que se puede

aprovechar el sistema, y la altura máxima de la que se dispone para

aprovechar la fuerza gravitacional del agua. Se establece el

detallamiento técnico que tiene la turbina, de tal forma que en esta

instancia del proyecto se conoce cuál es la cantidad total de energía

generada en Watts, lo cual determinará la factibilidad después de

evaluar la demanda energética del proyecto.

Se requiere conocer la cantidad de energía que es requerida por el

proyecto, para esto es necesario dividir por áreas el proyecto,

correspondiendo a los requerimientos energéticos, es decir, un

proyecto de vivienda puede ser segregado en áreas comunes y área

residencial, las cuales tienen niveles de demanda de energía

diferentes, considerando los usos que pueden tener los distintos

tipos de usuarios.

Las cantidades de energía que son requeridas por las áreas de los

proyectos, deben ser establecidas mediante criterios energéticos

basados en la cantidad de energía requerida por cada tipo de

usuario en el proyecto. Se han de considerar los horarios de

consumo, las cantidades máximas y mínimas por Kilowatts, de tal

forma, que se pueda establezca cual es la proporción en la cual el

sistema de generación de energía puede cubrir la demanda del

proyecto.

4.1. Demanda de energía en

el proyecto

5. SISTEMA DE

CAPTACIÓN DE

AGUAS PLUVIALES

Para el diseño del sistema de captación se debe tener en cuenta el

área aprovechable que se tendrá, o área de captación, así mismo

la precipitación determinara la oferta hídrica que fija las

características de los sistemas de conducción, drenaje y

almacenamiento.

5.1. Superficie

Los componentes esenciales que definen una adecuada

superficie de captación son la pendiente, material y área de

captación. La pendiente debe ser la adecuada para el arrastre de

la gota de agua está pendiente no debe ser mínimo de 5% para

garantizar el escurrimiento, al igual el material de recubrimiento o

del techo debe tener un coeficiente de escorrentía alto para

garantizar el escurrimiento y evitar infiltraciones del agua lluvia

para no perder la oferta del recurso pluvial.

4. DEMANDA DE

POTENCIAL

ENERGÉTICO

121

Se determina la potabilidad requerida del sistema, en dado caso que

se requiera realizar un proyecto para usos no-potables en los baños,

se debe establecer un tratamiento del agua recolectada, de lo

contrario se debe diseñar el sistema para evitar el taponamiento u

obstrucción del sistema.

El sistema de drenaje, para el caso de tuberías, se escoge según la

tubería de desagüe que se determinó con el caudal el cual se calcula

con la intensidad promedio de lluvia que en Colombia es 0,0278

litros/s/m2, el área de drenaje y el coeficiente de escorrentía del

material seleccionado para el recubrimiento del techo. Ya teniendo

este caudal se procede a calcular el diámetro, con el área de la

tubería que se define al dividir el caudal por la velocidad mínima de

diseño con flujo a tubo lleno para sistemas de desagüe pluvial.

5.2. Drenaje

5.3. Conducción El sistema de conducción se debe hacer mediante canaletas o

tuberías ubicadas en los puntos más bajo del área de captación, las

dimensiones y el diámetro de los sistemas de conducción dependen

de la cantidad de agua recolectada. Para el cálculo de la oferta

hídrica de cada sección se debe conocer el área de captación y la

precipitación promedio mensual. Con este caudal se procede a

calcular las dimensiones del sistema. Estos sistemas de conducción

deben estar diseñados para llevar el agua hacia los sistemas de

almacenamiento, con una pendiente adecuada de 1% y garantizando

la velocidad mínima de diseño con flujo a tubo lleno para sistemas de

desagüe pluvial de 1 m/s para el arrastre del agua.

5.4. Almacenamiento El sistema de almacenamiento se define por el tiempo que se requiera

suministrar el recurso hídrico a la turbina eléctrica. Se puede hacer un

balance de entrada y salida de caudal para garantizar un flujo

constante de agua a la turbina y por consiguiente la generación

constante de energía. El caudal de entrada se define por las

precipitaciones mensuales y el caudal de salida se define por los

requerimientos de caudal de la turbina.

6. FACTIBILIDAD DEL

SISTEMA DE

GENERACIÓN DE

ENERGÍA

La factibilidad determina si es viable implementar el sistema

diseñado para generar energía eléctrica en el proyecto. El

establecimiento de la demanda energética, determina cual es la

cantidad de energía que requieren las áreas de los proyectos

para ser alimentadas de energía. La oferta hídrica y la elección

de una turbina hidráulica determinan la cantidad de energía que

se puede suplir al proyecto. Estos factores de demanda versus

oferta deben ser analizados y evaluados en esta instancia del

proyecto, de tal forma que se establezca que parte del proyecto

puede ser alimentada energéticamente, y también

correspondiendo al tipo de aprovechamiento de recurso, realizar

la distribución temporal del servicio energético (Para el caso de

aguas pluviales, se debe ser distribuida la energía considerando

la naturaleza intermitente de las lluvias).