MAESTRÍA EN
INGENIERÍA DE LA ENERGÍA
Fundamentos de
Generación Hidroeléctrica
Aprovechamientos
hidroeléctricos
Dr. Ing. Rodolfo Pienika
MSc Ing. Alejandra De Vera
IMFIA – Facultad de Ingeniería
ESTUDIOS NECESARIOS
PARA LA IMPLANTACIÓN
DE UN
APROVECHAMIENTO
HIDROELÉCTRICO
• Estudios de pre-factibilidad (1ª aproximación).Con material disponible y relevamientos generales. Identificación genérica de impactos.
• Estudios de factibilidad (2ª aproximación).
Con relevamientos detallados, mediciones y ensayos. Identificación exhaustiva de impactos.
• Proyecto ejecutivo o de detalle.
Especificaciones constructivas, financiamiento, pliego de condiciones.
Fases del proyecto hidro-energético
Criterios de selección
• Salto disponible
• Caudal medio anual (cuenca de aporte)
• Potencia media anual
• Área inundada
• Valor (productivo) de las tierras a inundar
• Aptitud ambiental del sitio
• Longitud de presa / Volumen de la obra
• “Eficiencia” de la inversión: P/Área, P/Vol.Obra
• Distancia a la red o al consumo
• Accesibilidad / Disponibilidad de materiales
• ¿Multipropósito?
Relevamientos y estudios
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
Ninguno es determinante,
todos pueden ser invalidantes
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
Relevamientos y estudios:
1ª Aproximación
Permiten determinar:
• Salto disponible (bruto)
• Áreas inundadas
• Cuencas de aporte (Divisoria de aguas)
• Curvas HAV del embalse
• Longitud de presa
• Aptitud del cierre
Relevamientos topográficos
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 200050
60
70
80
90
100
110Largo = 1350 m ; Volumen = 1352200 m3
Progresiva [m]
Cota
[m
]
Cuenca superficial: Zona de la superficie
terrestre en donde (si fuera impermeable)
todas las gotas de lluvia que caen sobre
ella son drenadas hacia el punto de cierre.
Fuentes de información disponibles:
• Instituto Geográfico Militar (IGM, antes SGM)
• Infraestructura de Datos Espaciales (IDE-AGESIC)
• Modelos digitales del terreno globales (NASA,
USGS, …)
Relevamientos topográficos
Plan Cartográfico Nacional 1:50.000
Relevamientos topográficos
Instituto Geográfico Militar (IGM)
Cartas topográficas que cubren todo el país. Curvas de nivel (10 m), caminería,
obras públicas, industriales y especiales, elementos hidrográficos, vegetación,
culturales e indicación de centros poblados. Formato papel y digital.
Instituto Geográfico Militar (IGM)
http://www.igm.gub.uy/geoportal/
Visualización
- Fotografías aéreas (1966-1967)
- Cartografía básica
- Cartas 1:50.000
- Cartografía temática
Instituto Geográfico Militar (IGM)
http://visualizador.sgm.gub.uy/gmaps/index.html
Mapas/Descargas
Instituto Geográfico Militar (IGM)
http://www.igm.gub.uy/geoportal/cartografia/#pregunta2
Todos los archivos están disponibles para descargar en formato SIG. http://ide.uy
Relevamientos topográficos
Infraestructura de Datos Espaciales (IDE)
Hidrografía y Modelo Digital de Terreno
Hidrológicamente Consistente
Proyecto financiado por el BID (2016-2019).
Infraestructura de Datos Espaciales (IDE)
https://visualizador.ide.uy/ideuy/core/load_public_project/ideuy/
Infraestructura de Datos Espaciales (IDE)
https://visualizador.ide.uy/ideuy/core/load_public_project/ideuy/
Relevamientos topográficos
U.S. Geological Survey (USGS)
(Requiere usuario) http://earthexplorer.usgs.gov/
Buscador de información geográfica del mundo
(recopilación de diferentes fuentes) para descargar.
Adquisición/Procesamiento de datos
Modelos digitales de terreno (MDT) y uso de
Sistemas de Información Geográfica (GIS) y/o
Google Earth/Google Earth Engine
Información geográfica
Codificación Cuencas DINAGUA
Información geográfica
Con fines de estudio, inventario y gestión
de los recursos hídricos se ha establecido
una división del territorio con base en las
cuencas hidrográficas (Niveles 1 a 5).
Archivos están disponibles para descargar
(“Cuencas hidrográficas Nivel X”) en:
https://www.ambiente.gub.uy/oan/listado-
de-capas/
Subcuencas Nivel 1 y 2
(Fuente: Plan Nacional de Aguas, 2017)
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
Relevamientos y estudios
(*) Fuente: Plan Nacional de Aguas (2017)
Estudios hidrológicos
Red de estaciones hidrométricas
Estudios hidrológicos
Red de estaciones hidrométricas
Registros de niveles (#100) y caudales (#50)
(*) Fuente: Plan Nacional de Aguas (2017)
Estudios hidrológicos
Red de estaciones hidrométricas
Regla limnimétrica Limnígrafo
Medición del nivel de agua
Estudios hidrológicos
Red de estaciones hidrométricas
Curva de aforo
Es necesario medir
nivel y caudal
Los caudales se determinan
mediante campañas de
mediciones directas de las
velocidades del agua (aforos) que
se realizan esporádicamente en
una sección transversal del curso
próxima a donde se encuentra la
escala.
Q = A (H − H0)b
Estudios hidrológicos
Información sobre escurrimientos medios:
• Mapa de escorrentía media mensual
A partir de un modelo de balance hídrico en
cuencas en base a datos mensuales de P y ETP.
Estudios hidrológicos
Mapa de escorrentía media mensual:
(*) Tomado de “Monitoreo y disponibilidad de recursos hídricos en Uruguay”, Genta y Failache (DINASA, 2010).
Estudios hidrológicos
Mapa de escorrentía media mensual:
(*) Tomado de “Monitoreo y disponibilidad de recursos hídricos en Uruguay”, Genta y Failache (DINASA, 2010).
Gradiente
incremental
W-E
(¿Suelos?)
Mapa de Agua Disponible
Plan Nacional de Aguas:
Instrumento técnico político para la planificación y
gestión de las aguas en Uruguay considerando los
diversos usos del recurso.
Aprobado por decreto del Poder Ejecutivo en 2017.
Tres grandes objetivos:
• el agua para un desarrollo sostenible,
• el acceso al agua y el saneamiento como
derecho humano, y
• la gestión del riesgo de inundaciones y sequías.
Diagnóstico de la situación de los recursos hídricos,
posibles escenarios a futuro, identificación de los
aspectos críticos y líneas de acción.
MVOTMA (2017). “Plan Nacional de Aguas”, Uruguay. ISBN: 978-9974-658-31-8.
https://www.gub.uy/ministerio-ambiente/politicas-y-gestion/planes/plan-nacional-aguas
Estudios hidrológicos
Estudios hidrológicos
Documentos de interés:
• DINAGUA (2012). “Ciclos anuales y estacionales de parámetros
hidrológicos” (1980-2004). Informe temático de la División Recursos
Hídricos, Departamento de Hidrología, Dirección Nacional de Aguas,
MVOTMA, Uruguay.
• DINAGUA (2012). "Regionalización y correlaciones de parámetros
hidrológicos" (1980-2004). Informe temático de la División Recursos
Hídricos, Departamento de Hidrología, Dirección Nacional de Aguas,
MVOTMA, Uruguay.
• DINAGUA (2019). “Regionalización de estadísticas de caudales” (1980-
2010). Informe temático de la División Recursos Hídricos, Departamento de
Hidrología, Dirección Nacional de Aguas, MVOTMA, Uruguay.
• MVOTMA (2017). “Plan Nacional de Aguas”, Uruguay. ISBN: 978-9974-
658-31-8. https://www.gub.uy/ministerio-ambiente/politicas-y-
gestion/planes/plan-nacional-aguas
https://www.gub.uy/ministerio-ambiente/comunicacion/publicaciones
(*) Tomado del “Plan Nacional de Aguas” (2017), Capítulo 5: “Recursos hídricos”.
Valor medio de
escurrimiento
anual: 37 mm
Estudios hidrológicos
Escorrentía:
Estacionalidad: Ciclos medios anuales en Uruguay (mm/mes)
(*) Tomado del “Plan Nacional de Aguas” (2017), Capítulo 5: “Recursos hídricos”.
Estudios hidrológicos
Escorrentía:
Estacionalidad
Esc. Medio Anual Esc. Medio Verano (Dic-Mar)
Estudios hidrológicos
Escorrentía:
Variabilidad interanual
La variabilidad mensual es muy alta en comparación a la variabilidad anual.
Estudios hidrológicos
Caudal de aporte a un sitio determinado:
Esc: Escorrentía media anual
(mm/mes)
Ac: Área de la cuenca de
aporte
(km2)
Qm = Esc × Ac
Caudal medio de aporte
(m3/h)
Qm (m3/h) = Esc (mm/mes) x 10-3 x Ac (km2) x 106 / 30 / 24
Bajos: Embalse (pequeño) sin regulaciónPor ej., puede suponerse caudal de estiaje (caudal mínimo anual)
Medianos y grandes: Embalse con regulación
Estudios hidrológicos
Caudal a turbinar:
Selección
del sitio
Escorrentía
media anual
Cuenca de
aporte
Caudal
medio de
aporte
Volumen
del embalse
Tiempo de
residencia
Criterios de
regulación
Caudal a
turbinar
𝑇 =𝑉𝑒𝑚𝑏
𝑄𝑚
𝑄𝑚 = 𝐸𝑠𝑐 × 𝐴𝑐
Potencia instalada
1ª Aproximación
P = Q Hb
• Hn Hb (despreciar pérdidas de carga)
• Q = Caudal medio anual
• Rendimiento global ( 70%)
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
Relevamientos y estudios
Estudios geológicos y geotécnicos
1ª Aproximación
Información disponible:
• Carta geológica del Uruguay, escala 1:500.000
(carta y memoria descriptiva)
• Carta hidrogeológica del Uruguay (carta y memoria
descriptiva)
• Visualizador geológico minero online (mapa
geológico con curvas de nivel)
Fuente: DINAMIGE (MIEM)
Carta geológica
Estudios geológicos
Formaciones geológicas y fallas
https://www.gub.uy/ministerio-industria-energia-mineria/comunicacion/publicaciones/carta-geologica-
del-uruguay-escala-1500000
Estudios geológicos
Carta hidrogeológica
Tipos de acuífero, productividad e
información de pozos
https://www.gub.uy/ministerio-industria-energia-mineria/comunicacion/publicaciones/carta-
hidrogeologica-del-uruguay-version-ano-2000-memoria-explicativa
Visualizador geológico minero
DINAMIGE - MIEM
http://visualizadorgeominero.dinamige.gub.uy/DINAMIGE_mvc2/
Estudios geológicos y geotécnicos
1ª Aproximación
Información geológica:
• Formaciones rocosas, sus características (compacidad,fragmentación, esquistosidad o foliación, dirección delos planos, …).
• Profundidades de suelo y de roca.
• Cercanía de materiales de construcción.
• Facilidades de acceso (geomorfología, afloramientosrocosos, accidentes geográficos… En Uruguay nosuelen ser un problema).
Relevamientos y estudios
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
• Los potenciales impactos ambientales varían con el sitio
seleccionado para su emplazamiento y con el tipo de central
prevista (con embalse, de pasada, hidrocinética).
• Si bien existen efectos ambientales directos de la construcción de
una central, los mayores impactos provienen de la presencia física
de la presa, la alteración del caudal escurrido aguas abajo y la
inundación de tierras, durante el llenado del embalse y la
operación de la central.
• Estos aspectos tienen impactos directos sobre el suelo, la
vegetación, los ecosistemas (fauna, flora y otros componentes), la
calidad del agua y los productores y habitantes de la zona.
Estudios ambientales
1ª Aproximación
• En general, la principal medida para minimizar los posibles
impactos adversos de una central es la elección de un sitio con
alta capacidad soporte para su emplazamiento y la gestión
racional de caudales durante el llenado del embalse y la fase de
operación de la central.
Estudios ambientales
1ª Aproximación
Fuentes de información:
• DINACEA: Áreas protegidas, industrias, zona costera
• DINOT: Información de ordenamiento territorial
• MGAP RENARE: Suelos, usos del suelo, producción,
etc.
Estudios ambientales
1ª Aproximación
https://www.ambiente.gub.uy/visualizador/index.php?vis=sig
OAN: Observatorio Ambiental Nacional
DINACEA - MA
Sistema de Información Territorial
DINOT - MA
https://sit.mvotma.gub.uy/sit/
Sistema de Información Territorial
DINOT - MA
https://sit.mvotma.gub.uy/sit/
Servicios digitales
RENARE - MGAP
https://www.gub.uy/ministerio-ganaderia-agricultura-pesca/direccion-general-recursos-naturales
Consulta a diferentes cartografías de suelos
RENARE - MGAP
http://dgrn.mgap.gub.uy/js/visores/fotoplanos/
Publicaciones MIEM
• IMFIA-FING (2012). “Características ambientales de proyectos de
PCH en el Uruguay” (Convenio BID-FJR).
• IMFIA-FING (2013). “Guía ambiental para proyectos de pequeñas
centrales hidroeléctricas” (Convenio BID-FJR). Incluye una “Cartilla
resumen para la identificación de impactos de PCH”, que sirve
como guía para los estudios de impacto ambiental de futuros
emprendimientos.
Estudios ambientales
1ª Aproximación
Disponibles en:
https://www.gub.uy/ministerio-industria-energia-mineria/comunicacion/publicaciones/publicaciones-
sobre-pequenas-centrales-hidroelectricas-pch
Preguntas a responder:
• Área a inundar
Superficie, padrones, usos del suelo, productividad, monte nativo.
• Ecosistemas y áreas protegidas
Ecosistemas acuáticos y/o terrestres afectados, infraestructura para
la movilidad de las especies acuáticas.
• Régimen de caudales
Caudales ambientales, régimen de operación de la central.
Estudios ambientales
1ª Aproximación
Área a inundar
Estudios ambientales
1ª Aproximación
Padrones Usos del suelo y monte nativo Productividad (CONEAT)
CONEAT máximo ≈ 260
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
Relevamientos y estudios
Preguntas a responder:
• Usos del suelo (aguas arriba y aguas abajo de la presa)
Infraestructura, caminería, zonas de prioridad forestal.
• Usos del curso de agua (aguas arriba y aguas abajo de la presa)
Aprovechamientos de agua (abastecimiento a poblaciones, riego),
pesca.
• Paisaje y Patrimonio
Visual con valor significativo, patrimonio arqueológico y/o histórico.
• Potenciales conflictos y compatibilidad con la normativa
Ordenamiento territorial, políticas de uso del agua, percepción social.
Impactos socioeconómicos
1ª Aproximación
Preguntas a responder:
• Seguridad de presas
Clasificación según consecuencias de la rotura, núcleo poblado
más cercano ubicado aguas abajo.
Impactos socioeconómicos
1ª Aproximación
Impactos socioeconómicos
1ª Aproximación
Distancia a la red o al consumo
¿Costo del tendido eléctrico y
puesto de conexión según
voltaje?
• Topográficos
• Hidrológicos
• Geológicos y geotécnicos
• Ambientales
• Socioeconómicos
• De mercado
Relevamientos y estudios
Si se va a comercializar la energía:
• Usuarios a corto, mediano y largo plazo
• Precio de la energía generada
Si es para uso propio o limitado:
• Posibles agregados de valor adicionales (riego, cría ictícola, turístico, …)
• Economía por sustitución de otras fuentes
Estudios de mercado
1ª aproximación:
RESUMEN
Favorable
Estudio de
Factibilidad
Recopilación de información y
estudios antecedentes
Condiciones naturales del sitio:
Estudios topográficos,
hidrológicos, geológicos
Contexto energético:
Demanda, costo de la energía
sustituida, precio de venta
Análisis económico-financiero:
Rentabilidad, retorno
Desfavorable
Evaluación
AlternativasAbandono
Pre-dimensionado de obras
Estudios socio-ambientales
Bibliografía
Nacional
• DINAGUA (2012). “Ciclos anuales y estacionales de parámetroshidrológicos” (1980-2004). Informe temático de la División RecursosHídricos, Departamento de Hidrología, Dirección Nacional de Aguas,MVOTMA, Uruguay.
• DINAGUA (2012). "Regionalización y correlaciones de parámetroshidrológicos" (1980-2004). Informe temático de la División RecursosHídricos, Departamento de Hidrología, Dirección Nacional de Aguas,MVOTMA, Uruguay.
• DINAGUA (2019). “Regionalización de estadísticas de caudales” (1980-2010). Informe temático de la División Recursos Hídricos, Departamentode Hidrología, Dirección Nacional de Aguas, MVOTMA, Uruguay.
• Genta J.L. y Failache N. (2010). “Monitoreo y disponibilidad de recursoshídricos en Uruguay”. Dirección Nacional de Aguas y Saneamiento(DINASA – MVOTMA).
• IMFIA-FING (2012). “Disponibilidad energética PCH” (Convenio BID-FJR).
• IMFIA-FING (2012). “Guía para estimar la disponibilidad energética dePCH” (Convenio BID-FJR).
Bibliografía
Nacional
• IMFIA-FING (2012). “Características ambientales de proyectos de PCH enel Uruguay” (Convenio BID-FJR).
• IMFIA-FING (2013). “Guía ambiental para proyectos de pequeñascentrales hidroeléctricas” (Convenio BID-FJR).
• MVOTMA-DINAGUA-IMFIA (2011). “Manual de diseño y construcción depequeñas presas”, Uruguay. https://www.gub.uy/ministerio-ambiente/comunicacion/publicaciones/manual-diseno-construccion-pequenas-presas
• MVOTMA (2017). “Plan Nacional de Aguas”, Uruguay. ISBN: 978-9974-658-31-8. https://www.gub.uy/ministerio-ambiente/politicas-y-gestion/planes/plan-nacional-aguas
Bibliografía
General
• ESHA (1998). “Manual de la Pequeña Hidráulica - Cómo llevar a buen finun proyecto de minicentral hidroeléctrica”. European Small HydropowerAssociation,
• ESHA (2006). “Guía para el desarrollo de una pequeña centralhidroeléctrica”. European Small Hydropower Association.
• IDEA (2006). “Minicentrales Hidroeléctricas, Manuales de EnergíaRenovables”. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía,Madrid, España.
• IHA (2004). “Sustainability Guidelines”. International HydropowerAssociation.
• RetScreen International (2003). “Small Hydro Project Analysis”. Min. ofNat. Resources, Canada; ISBN 0-662-35671-3.
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