Estudio de factibilidad sobre generación de energía ...
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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
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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
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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).
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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)
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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
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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:
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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|
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
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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
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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).