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MODELACIÓN DEL POTENCIAL

HIDROENERGÉTICO EN CAUDALES

MÍNIMOS DE LA CUENCA DEL RÍO FONCE

(SANTANDER).

RIVEROS Sergio Andrés

RIVERA Hebert Gonzalo

RESUMEN

Este trabajo presenta el potencial hidroenergético de

la cuenca del río Fonce en el cauce principal (cada 5

km a lo largo desde su nacimiento) y en sus

principales afluentes. La metodología aplicada es la

contemplada por la UPME en el Atlas del Potencial

Hidroenergético de Colombia de 2015. Los resultados

arrojan que el río Fonce puede ofrecer de mas de

6500kW.

INTRODUCCIÓN

La cuenca del rio Fonce (Santander) cuenta con una gama amplia de estudios en los aspectos sociales, geológicos, ecosistémicos y un conjunto pequeño en los ámbitos meteorológicos e hidrológicos. Este trabajo aporta un grano pequeño de arena en la comprensión del potencial de energía que produciría el río bajo ciertas circunstancias.

Está claro que la energía en los ríos los produce la turbina y no el agua mismo del río; sin embargo, son importantes los valores de caudal y caída del agua, dado que ejercen la fuerza necesaria para que la turbina gire. Esta energía se estima teniendo en cuenta los siguientes aspectos: a) el coeficiente de la turbina, la fuerza de gravedad, el caudal y la altura como caída del agua en el sitio de la presa.

Este esfuerzo es el resultado del proyecto de

investigación de la Universidad Militar Nueva

Granada No. INV IMP 2134 de 2016, el cual fue

financiado con recursos de la Vicerrectoría de

Investigaciones de la Universidad Militar Nueva

Granada y desarrollado junto con la Universidad

de Pamplona. El proyecto en general trata sobre

la modelación de la dinámica del agua del río

Fonce teniendo en cuenta la incertidumbre que

existe en las variables meteorológicas e

hidrológicas.

Material, Metodología y

Resultados

• Material: El modelo

digital de terreno fue

construido a partir de

Global Mapper. Con

este modelo se

determinaron los sitios

cada 5 km a lo largo del

cauce principal del río y

los afluentes

principales. Figura 1. Ubicación de los sitios establecidos para estimar el potencial

hidroenergético del río Fonce. Elaborado por Sergio Riveros y Diego Merlo

Arias.

Para el caso del río Fonce fue seleccionada la

estación hidrológica ubicada en San Gil y operada por

el IDEAM. Los valores mínimos de las caudales

comprenden el periodo temporal de los años 1955-

2012.

Figura 2. Valores mínimos de los caudales del río Fonce. Elaboración propia.

• Metodología: Toma de datos (IDEAM).

Estimación de propiedades estadísticas (media, desviación estándar, coeficiente de asimetría, coeficiente de curtosis).

Selección de sitios de estudio (ArcGis).

Calculo del valor del caudal en los 29 sitios de estudio (Relación Area-Caudal).

Ajuste del modelo estadístico, obtención de los periodos de retorno y probabilidad de excedencia.

Cálculo de Potencial.

Resultados: • Caracterización

estadística de la serie

original.

• Ajuste de modelo

mediante el criterio de

Chi cuadrado.

Característica Valor

Mínimo 5,3

Máximo 50

Media 25,07

Varianza 72,28

Desviación estándar 8,50

Mediana 24,35

Asimetría 0,69

Curtosis 1,04

Tabla 1. Valores de los estadísticos de la serie de caudales en San Gil.

Modelo Kn ȳ Sy YH

Normal 2,8238 0,0347 0,0134 0,0726

Lognormal 2,8238 0,0352 0,0142 0,0755

Pearson III 2,8238 0,0374 0,0233 0,1032

Gumbel 2,8238 0,3638 0,2964 1,2009

Tabla 2.- Valores de los parámetros de ajuste.

• Selección de modelo.

Con el modelo Normal se

estiman los valores de

caudales a diferentes

periodos de retorno.

Teniendo en cuenta que en

Santander se suelen aplicar

periodos hasta 500 años de

retorno, este valor se

mantuvo en este estudio

para determinar el valor del

caudal esperado.

0.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

0.0450

0.0500

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

Figura 2. Comparación del modelo teórico (línea suave) contra los valores

empíricos (puntos). Elaboración propia.

• Calculo de caudales en periodos de retorno.

• Calculo de caudales derivados y determinación de

las alturas: Los valores de H, en este caso desde 25m

hasta los 100 metros que puede llegar a tener una

estructura de embalse.

Tabla 3. Valores de caudales en diferentes periodos de retorno.

Periodo de Retorno

(T)

Probabilidad

(Pmax<=x)

z x

(Predicción)

2 0,500 0,0000 25,078

5 0,800 0,8418 17,921

10 0,900 1,2800 14,195

25 0,960 1,7553 10,154

50 0,980 2,0540 7,614

100 0,990 2,3267 5,296

500 0,998 2,8800 0,592

• Estimacion de Potencial: Para realizar este calculo se

usara la ecuación planteada por el UPME en el Atlas de

potencial hidroenergético de 2015.

P = Ɣ ∗ Q ∗ h ∗ µ Donde:

P es el Potencial hidroenergético en kW (P, P1, P2, P3, P4)

Ɣ es el peso específico del agua

Q es el caudal turbinado

µ es la eficiencia del sistema

h es el valor de la caída hidráulica usada desde 25 hasta 100m

(h1, h2, h3, h4).

• Tablas de Resultados: Para efectos prácticos se han

eliminado los resultados de las Áreas menores, a

continuación se muestran los resultados mas

significativos de potencial.

T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4

2 0,500 122,525 245,049 367,574 490,099 0,510 124,975 249,951 374,926 499,901 0,467 114,400 228,800 343,200 457,600

5 0,643 87,557 175,115 262,672 350,229 0,656 89,309 178,617 267,926 357,234 0,334 81,751 163,503 245,254 327,005

10 0,717 69,354 138,709 208,063 277,417 0,731 70,741 141,483 212,224 282,966 0,264 64,755 129,511 194,266 259,021

25 0,798 49,611 99,221 148,832 198,443 0,814 50,603 101,206 151,809 202,412 0,189 46,321 92,642 138,963 185,284

50 0,848 37,203 74,405 111,608 148,810 0,865 37,947 75,893 113,840 151,786 0,142 34,736 69,471 104,207 138,943

100 0,889 25,876 51,752 77,628 103,504 0,906 26,394 52,787 79,181 105,575 0,099 24,160 48,321 72,481 96,641

500 0,988 2,891 5,782 8,673 11,564 1,008 2,949 5,897 8,846 11,795 0,011 2,699 5,398 8,098 10,797


2 0,428 104,886 209,772 314,658 419,543 3,050 747,265 1494,530 2241,796 2989,061 7,127 1746,080 3492,160 5238,240 6984,320

5 0,306 74,952 149,905 224,857 299,810 2,180 534,003 1068,006 1602,009 2136,012 5,093 1247,766 2495,531 3743,297 4991,063

10 0,242 59,370 118,740 178,110 237,480 1,726 422,984 845,969 1268,953 1691,938 4,034 988,357 1976,714 2965,071 3953,428

25 0,173 42,469 84,937 127,406 169,875 1,235 302,570 605,140 907,710 1210,280 2,886 706,993 1413,987 2120,980 2827,974

50 0,130 31,847 63,694 95,540 127,387 0,926 226,894 453,789 680,683 907,578 2,164 530,168 1060,335 1590,503 2120,671

100 0,090 22,151 44,302 66,453 88,604 0,644 157,816 315,631 473,447 631,263 1,505 368,756 737,513 1106,269 1475,026

500 0,010 2,475 4,949 7,424 9,899 0,072 17,631 35,263 52,894 70,526 0,168 41,198 82,396 123,594 164,792

AREA 3 AREA 4 AREA 6



2 0,502 122,944 245,889 368,833 491,777 0,372 91,027 182,053 273,080 364,106 0,477 116,949 233,899 350,848 467,797

5 0,359 87,857 175,714 263,572 351,429 0,266 65,048 130,097 195,145 260,194 0,341 83,573 167,146 250,719 334,292

10 0,284 69,592 139,184 208,775 278,367 0,210 51,525 103,050 154,575 206,100 0,270 66,198 132,397 198,595 264,793

25 0,203 49,781 99,561 149,342 199,122 0,150 36,857 73,714 110,571 147,428 0,193 47,353 94,706 142,059 189,413

50 0,152 37,330 74,660 111,990 149,320 0,113 27,639 55,277 82,916 110,555 0,145 35,510 71,019 106,529 142,039

100 0,106 25,965 51,929 77,894 103,859 0,078 19,224 38,448 57,672 76,896 0,101 24,699 49,397 74,096 98,795

500 0,012 2,901 5,802 8,702 11,603 0,009 2,148 4,295 6,443 8,591 0,011 2,759 5,519 8,278 11,037


2 0,368 90,096 180,191 270,287 360,383 0,434 106,393 212,786 319,179 425,571 0,367 90,029 180,059 270,088 360,117

5 0,263 64,383 128,766 193,150 257,533 0,310 76,029 152,059 228,088 304,117 0,263 64,336 128,672 193,007 257,343

10 0,208 50,998 101,996 152,994 203,992 0,246 60,223 120,446 180,669 240,892 0,208 50,960 101,921 152,881 203,842

25 0,149 36,480 72,960 109,440 145,920 0,176 43,079 86,158 129,236 172,315 0,149 36,453 72,906 109,359 145,813

50 0,112 27,356 54,712 82,068 109,424 0,132 32,304 64,609 96,913 129,218 0,112 27,336 54,672 82,008 109,344

100 0,078 19,027 38,055 57,082 76,110 0,092 22,469 44,938 67,408 89,877 0,078 19,013 38,027 57,040 76,054

500 0,009 2,126 4,252 6,377 8,503 0,010 2,510 5,021 7,531 10,041 0,009 2,124 4,248 6,373 8,497




2 0,376 92,080 184,161 276,241 368,321 0,364 89,209 178,419 267,628 356,837 4,615 1130,620 2261,239 3391,859 4522,479

5 0,269 65,801 131,603 197,404 263,206 0,260 63,750 127,500 191,250 255,000 3,298 807,952 1615,903 2423,855 3231,807

10 0,213 52,121 104,243 156,364 208,486 0,206 50,496 100,993 151,489 201,985 2,612 639,980 1279,959 1919,939 2559,919

25 0,152 37,284 74,567 111,851 149,134 0,147 36,121 72,242 108,363 144,485 1,869 457,792 915,583 1373,375 1831,166

50 0,114 27,959 55,917 83,876 111,834 0,111 27,087 54,174 81,261 108,348 1,401 343,294 686,587 1029,881 1373,174

100 0,079 19,447 38,893 58,340 77,786 0,077 18,840 37,680 56,521 75,361 0,975 238,777 477,553 716,330 955,107

500 0,009 2,173 4,345 6,518 8,690 0,009 2,105 4,210 6,315 8,419 0,109 26,677 53,353 80,030 106,706


2 0,453 111,089 222,177 333,266 444,355 0,608 148,980 297,961 446,941 595,921 1,637 401,118 802,236 1203,354 1604,472

5 0,324 79,385 158,770 238,155 317,540 0,435 106,463 212,926 319,388 425,851 1,170 286,643 573,286 859,929 1146,571

10 0,257 62,881 125,762 188,643 251,524 0,344 84,329 168,659 252,988 337,317 0,927 227,050 454,100 681,151 908,201

25 0,184 44,980 89,960 134,941 179,921 0,246 60,323 120,645 180,968 241,290 0,663 162,414 324,828 487,242 649,656

50 0,138 33,730 67,460 101,191 134,921 0,185 45,235 90,471 135,706 180,941 0,497 121,793 243,585 365,378 487,171

100 0,096 23,461 46,922 70,383 93,844 0,128 31,463 62,927 94,390 125,853 0,346 84,713 169,425 254,138 338,850

500 0,011 2,621 5,242 7,863 10,484 0,014 3,515 7,030 10,545 14,061 0,039 9,464 18,928 28,393 37,857



Los resultados obtenidos nos indican que existe la posibilidad de desarrollar un proyecto

hidroenergético en la cuenca del Rio Fonce en Santander, pues se ha obtenido un potencial

hidroenergético bueno teniendo en cuenta que este estudio se realizó bajo condiciones de caudales mínimos. Esto nos indica que en

condiciones secas, de bajas precipitaciones se podría prestar un servicio eléctrico más regular y económico que el prestado en la actualidad, en

este punto radica la importancia de la investigación llevada a cabo pues, se busca

ofrecer una alternativa que mejore la calidad de vida de los habitantes del departamento de

Santander y sus alrededores.

CONCLUSIONES • El estudio demuestra que existe un gran potencial

hidroenergético en el río Fonce aún en las condiciones de

aguas bajas a largo plazo. Está claro que se trata de

situaciones hipotéticas, habida cuenta que los valores

mínimos de caudales fueron tratados bajo los preceptos del

periodo de retorno en su interpretación clásica.

• Una de las principales restricciones del presente estudio

radica en que el concepto de periodo de retorno exige que el

comportamiento histórico de caudales definen directamente al

comportamiento futuro de éstos; ello parece ser que no será

válido bajo condiciones de cambio climático.

• El estudio puede ser un primer acercamiento en la

modelación del potencial hidroenergetico del río Fonce,

aunque los retos son muy grandes a futuro.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a

la Universidad Militar Nueva Granada, a la

Universidad de Pamplona, al instituto IDEAM,

al instituto IGAC, a la corporación CAS, a la

alcaldía de San Gil, a la empresa de

acueducto ACUASAN por el apoyo brindado

para la presente investigación.

REFERENCIAS

• UPME, IGAC. (2015). Atlas Potencial Hidroenergético de Colombia.

• UPME, Ministerio de Minas y Energía. (2011). Estado de la evaluación de potencial Hidroenergético de Colombia.

• UPME, (2013). Estudio para determinar la vulnerabilidad y las opciones de adaptación del sector energético Colombiano frente al cambio climático.

• IDEAM, (2008). Protocolo para la emisión de los pronósticos hidrológicos.

• CORPORACION AUNTONOMA REGIONAL DE SANTANDER, (2012). Plan de Acción (2012-2015).

• V. T. Chow, D. R. Maidment, L. W. Mays, (1964). Handbook of applied Hydrology.

• Ortiz, F. (2004). Evaluación de los Recursos Hidroenergéticos en Pequeña Escala. IEEE.

AUTORES

SERGIO ANDRÉS RIVEROS, Estudiante en Ingeniería Civil de

la Universidad Militar Nueva Granada, desarrolla investigación

científica como semillero en el proyecto de alto impacto UMNG

INV IMP 2134 de 2016.

HEBERT GONZALO RIVERA, Docente Asistente en Ingeniería

Civil de la Universidad Militar Nueva Granada, desarrolla

investigación científica como líder en el proyecto de alto impacto

UMNG INV IMP 2134 de 2016. Es ingeniero hidrólogo, Master of

Sciences en Ecología Hidrometeorológica, Ph. D. en Hidrología,

cuenta con amplia experiencia docente, de investigación y ha

publicado libros, artículos y escritos de opinión general.

GRACIAS

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