Todas las organizaciones de regantes (canalistas) de Chile poseen el insumo básico para la hidrogeneración de electricidad: el agua. Y como el agua para riego es generalmente llevada por las partes altas de los valles, también disponen de potenciales caídas que permitirían la generación de energía. Lo mismo vale para los tranques.
Además, como veremos, los regantes tienen o al menos conocen algunas de las obras civiles que involucran las plantas de generación. E incluso un componente básico del sistema de generación -que puede ser usado para generar electricidad- les es familiar, puesto que para producir energía se puede utilizar una bomba centrífuga como las usadas para impulsar el agua de riego, pero invertida, novedosa aplicación que encontramos en el Departamento de Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María.
A una mayor escala de potencia conocimos la experiencia de una organización de regantes notable -como es la Sociedad del Canal de Maipo- que, además de distribuir agua para riego a sus asociados por los canales matrices San Carlos y Eyzaguirre, logra generar hasta 25 megavatios (o 25 megawatt, MW, equivalentes a 25.000 kilovatios, kW) en cuatro plantas generadoras de diversos tamaños, gracias a las cuales sus asociados no pagan cuotas de mantención, limpieza o administración de una red de más de 200 kilómetros de canales.
Desde los años 70 -en Chile y en gran parte del globo-, con el desarrollo de los sistemas interconectados, las pequeñas plantas de generación hidroeléctrica fueron quedando fuera del mercado porque el costo de su energía, básicamente la operación y el mantenimiento, era superior al costo de la energía adquirida en las redes. Pero ahora, ante el alza del petróleo, los problemas de suministro del gas natural y las crecientes dificultades para la construcción de futuras grandes centrales hidroeléctricas, vuelven a generar interés. A lo anterior se suman los incentivos a la generación no convencional que contempla la llamada Ley Eléctrica Corta (en Chile) y el fondo internacional de los Bonos de Carbono que las fomentan.
Energía que fluye por los canales de riego: Generación eléctrica a pequeña escala  El Complejo Hidroeléctrico La Florida genera más de 20 MW sumando la central antigua,a la izquierda, y la nueva central a la derecha.
Las centrales hidroeléctricas de baja potencia van de los pocos vatios hasta los 5 MW (5.000 kW) o más. Por rango de generación se suelen clasificar como:
- Picocentrales: generan desde pocos vatios hasta 5 ó 10 kW (1 kW = 1.000 W), básicamente la energía para una vivienda. Se usan también para cargar baterías.
- Microcentrales: desde 10 kW de potencia hasta 100 kW.
- Minicentrales: desde 100 kW hasta 1.000 kW (1 MW).
- Pequeñas centrales: de 1 MW a 5.000 MW o más.
El diseño y construcción de una de estas centrales son complejos e intervienen varias especialidades de la ingeniería: civil, hidráulica, mecánica, eléctrica y electrónica. Además, por lo distante que en general se encuentran las obras de los centros urbanos, los equipos deben ser de buena calidad y confiables.
La primera consideración, cuando se quiere utilizar un caudal en la generación eléctrica, es valuar su estabilidad. Para entregar un suministro eléctrico por 24 horas, los 365 días del año, hay que tener seguridad del caudal mínimo; ya que puede haber períodos en que el caudal baje o desaparezca. Se necesita realizar la mayor cantidad posible de mediciones y aforos para asegurar que el diseño del proyecto satisfaga la demanda con el menor caudal disponible. Además el estudio del caudal disponible y la altura de los potenciales saltos de agua inciden directamente en la óptima selección de la turbina que conviene fabricar.
 Las pequeñas centrales generan desde los 1.000 KW hasta los 5.000 KW o más.
Turbina Pelton: para caudal pequeño (10, 20, 30 l/s), el cual tiene que ser lanzado por una tobera que impulse el agua a golpear en cucharas insertas en la periferia de un rodete giratorio.
Turbina Michell-Banki o de flujo cruzado: tiene un principio semejante a una tobera rectangular. El agua pasa por el interior del rodete (flujo cruzado) y sale por el otro lado, golpeando en dos tiempos las paletas.
Turbinas axiales o de hélice: se utilizan para caudales mayores (500 l/s, por ejemplo), con caídas disponibles inferiores a los 10 m.
Turbina Francis o de reacción: es más eficiente con grandes caudales. El agua sale con mayor velocidad de lo que entra, como el aire en un motor de avión a reacción.
Existen otros tipos de turbinas menos utilizados en Chile (Kaplan, por ejemplo) y algunas sin clasificación por ser hechizas.
Situación y perspectivas en Chile
Los siguientes datos corresponden a información de la Comisión Nacional de Energía, Área de Electrificación Rural:
Chile posee importantes recursos hídricos. El aprovechamiento hidroeléctrico constituye cerca de un 40% de la capacidad instalada en plantas de generación de energía eléctrica en los sistemas eléctricos interconectados.
 Las picocentrales hidroeléctricas generan desde pocos vatios hasta 10 KW (1 KW= 1.000 W). Básicamente la energía necesaria para una vivienda o para cargar baterías.
Cerca de 350 micro y mini centrales hidroeléctricas se destinan principalmente a la electrificación de viviendas, sobre todo en localidades aisladas en la zona sur. Cerca de un 88% son construidas por fabricantes nacionales. Las empresas construyen generalmente turbinas medianas y pequeñas del tipo Pelton y Banki. Un gran auge han tenido los pequeños hidrocargadores para baterías.
En la electrificación rural se han ejecutado proyectos que abordan la problemática del desarrollo local. Es el caso de la microcentral hidroeléctrica (MCH) de Pallaco, en una comunidad mapuche de Tirúa, VIII Región, que con una potencia instalada de 13 kW abastece de electricidad a 18 familias. Se desarrolló un modelo en el que los propios usuarios formaron una cooperativa eléctrica para autogestionar la central.
Actualmente se realizan estudios (CNE) para concretar microcentrales en el ámbito rural de la X y VII Región, y en las localidades de Socaire, Talabre y Río Grande, en la comuna de San Pedro de Atacama, II Región, entre otros.
Se espera que el uso de pequeñas centrales hidroeléctricas tenga un auge a mediano plazo, pues entre otras consideraciones tienen un reducido impacto ambiental frente a las alternativas.
Componentes de una obra civil
La regla dice: mientras menos kW se instalan, mayor es el costo por kW. Esto se debe en gran parte al impacto del costo de las obras civiles sobre el del total de la obra. Por ejemplo, un proyecto de 50 kW y uno de 100 kW, por lo general utilizan las mismas obras civiles, por lo que el de 50 kW tendrá un costo por kW más alto.
La obra civil consta de los siguientes componentes básicos, algunos de los cuales son bien conocidos por los regantes o canalistas:
- La bocatoma.
- El canal de aducción.
- El desarenador y la cámara de carga.
- Las obras de caída (tubería de presión).
- La casa de máquinas y fundamentos del equipamiento.
- El canal de descarga.
Estos componentes básicos en algunos casos deben ser complementados con obras tales como represamiento, desgravadores, desripiadores, aliviaderos, canales de purga, canales de demasías, pozos de succión, chimeneas de equilibrio, sifones invertidos, etc. Algunas de las obras civiles necesarias para la generación de electricidad son bien conocidas por los regantes.
Descripción de las obras
Bocatoma: estructura inicial que capta el recurso hídrico para accionar los equipos transformadores de la energía hidráulica. Su emplazamiento, cálculo, diseño y construcción ha de responder a las exigencias mínimas establecidas. Se deben diseñar para las condiciones de máximo caudal probable de agua.
Canal de aducción (o conducción): conduce de manera segura y permanente el caudal requerido por las turbinas alojadas en la casa de máquinas. Tiene que ser diseñado para las condiciones de máxima potencia probable de tales equipos. Es normalmente suficiente que las secciones adoptadas sean las rectangulares para caudales de hasta 600 a 800 l/s, y trapezoides para caudales mayores. En MCH de hasta 80 kW basta considerar canales en tierra o emboquillados de piedra, dependiendo de la pendiente y posibilidades geológicas y topográficas de los terrenos que deba atravesar.
Desarenador y cámara de carga (o tanque de presión): estructuras que normalmente se construyen adyacentes. Con ellas se decanta y elimina parte del material fino en suspensión que arrastra el agua. Se busca que la tubería trabaje a sección llena, evitando sobrepresión o cavitación. Son construidas de concreto armado, van semienterradas. Sus características geométricas están influenciadas por el caudal de diseño de la MCH y por la velocidad de sedimentación de las partículas en arrastre.
 En Chile hay cerca de 350 micro y minicentrales hidroeléctricas destinadas principalmente a la electrificación de viviendas.
Casa de máquinas: se puede considerar el corazón de la MCH. En ella se aloja prácticamente todo el equipamiento electromecánico del proyecto. Su estructura y arquitectura depende de las características y dimensiones del mismo. En muchos casos, también aloja la subestación transformadora o debe prever áreas para futuras ampliaciones o instalación de equipos que trabajarán en paralelo.
Complementos esenciales de la casa de máquinas son la ubicación y concepción de los fundamentos o apoyos del equipamiento (turbina, generador, regulador, etc.). Su dimensión debe ser lo más exacta posible con el fin de facilitar el montaje de estos equipos; los que deberán ser diseñados para absorber exigencias de vibración e impacto que pudieran originarse por un funcionamiento deficiente (golpe de ariete, por ejemplo).
Canal de descarga: último componente de la obra civil. Sirve de desfogue o conducción de las aguas turbinadas hacia el punto de descarga, que por lo general es el mismo cauce utilizado como fuente energética.
Recurso hidroeléctrico y generación
Los siguientes datos corresponden a información de la Comisión Nacional de Energía, Área de Electrificación Rural:
La energía generada a partir de un caudal de agua es proporcional al producto entre el caudal de agua y la altura.
Las unidades generadoras hidroeléctricas se entienden como el conjunto formado por la turbina, el generador y, en el caso que se requiera, el transformador de poder.
La potencia que entrega, en un momento dado, un grupo generador hidroeléctrico al sistema que abastece, obedece a la fórmula:
Potencia aprovechable
Según la misma Área de Electrificación Rural de la CNE, la potencia aprovechable es la potencia máxima que el lugar seleccionado puede suministrar como resultado de la caída aprovechable y del caudal disponible en el curso de agua.
La potencia que entrega el grupo generador al sistema se podrá expresar de la siguiente forma:
Es frecuente que el coeficiente, K, varíe con el tamaño de la central. Para calcular la potencia máxima de una central, es usual adoptar la cifra de 8,0 en pequeñas centrales, 7,5 minicentrales y 7 en microcentrales.
En general el equipo de generación se manda a hacer al fabricante según las especificaciones dadas por los proyectistas. Pero en el caso de pequeñas centrales, mini y microcentrales, es posible utilizar equipos de generación normalizados, diseñados para abarcar una amplia gama de alturas de caída, caudales y potencias. Se consigue así un abaratamiento de un 20 a un 30% del costo, además de la pronta entrega del equipo, lo que resulta imposible con equipos no estandarizados.
Las ventajas de generar electricidad mediante pequeñas centrales hidroeléctricas son:
- Bajos costos de operación.
- Sistemas robustos y confiables.
- Se puede utilizar personal local en su construcción (obras civiles).
- Son proyectos multipropósitos (energía, riego y agua potable).
Las desventajas son:
- Dependiendo de la potencia y características de la central, puede requerir operadores capacitados.
- El potencial recurso debe estar cercano al lugar de consumo.
- El recurso varía con las condiciones climatológicas (más o menos agua).
Artículo publicado en revista Chileriego nº 19 |
