Tesis / 0023/I.M. by MAOSABO

TÉCNICAS PARA LA EJECUCIÓN DE UN MODELO DE INTEGRACIÓN DE PCH’S EN EL PROCESO PRODUCTIVO DE GRANOS

SERGIO ALBERTO MEDINA RINCÓN

Trabajo de Monografía para optar el título de Ingeniero en Mecatrónica

Director de Monografía: Ingeniero Leonardo Pérez Álvarez

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA – UNIAGRARIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2014

Agradezco a mi madre, mi padre, mis hermanas y mi novia y todas aquellas personas que creyeron en m铆 y me dieron fuerzas para lograr este objetivo con dedicaci贸n y responsabilidad.

Nota de aceptaci贸n

_________________________________________ _________________________________________ _________________________________________

_________________________________________ Presidente de Jurado

_________________________________________ Jurado

Bogot谩, 18 de septiembre de 2014 3

Tabla de Contenido

INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 8 1. Objetivos.......................................................................................................... 10 2. Estado del Arte ................................................................................................ 11 2.1 Problemas en la producción de granos, cereales y sus posibles soluciones 11 2.1.1 Proceso de producción de granos .......................................................... 12 2.1.2 Tipos de Secadoras de Granos .............................................................. 13 2.1.2.1 Secado Natural ................................................................................ 14 2.1.2.2 Secado en la planta y en surcos ...................................................... 14 2.1.3 Proceso de Molienda de Granos ............................................................ 15 2.2 Dimensionamiento Hidroeléctrico Colombiano ............................................. 16 2.3 Conceptualización de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas ......................... 19 2.3.1 Componentes fundamentales de una PCH ............................................ 20 2.3.2 Selección de Turbinas ............................................................................ 20 2.3.3 Generadores .......................................................................................... 25 3. Descripción Del Problema ............................................................................... 26 3.1 Justificación .................................................................................................. 26 4. Análisis de las Diferentes Soluciones .............................................................. 27 4.1 Técnicas de desarrollo e integración de PCH’s en el proceso productivo de granos y cereales ............................................................................................... 28 4.1.1 Reconocimiento y Levantamiento de Información Base ......................... 28 4.1.2 Estudios Hidrológicos ............................................................................. 29 4.1.2.1 Estudios Geológicos, Geotécnicos y topográficos ........................... 29 4.1.2.2 Alteración del cauce ......................................................................... 30 4.1.3 Pre factibilidad ........................................................................................ 31 4.1.4 Factibilidad ............................................................................................. 32 4.1.5 Estimación de la Demanda..................................................................... 35 5. Resultados y Conclusiones ............................................................................. 36 5.1 Recomendaciones ........................................................................................ 37 6. Bibliografía....................................................................................................... 39

Lista de Figuras

Figura 1: Indicadores Cerealistas 2014 ................................................................. 11 Figura 2: Secado Natural de Semillas.................................................................... 14 Figura 3: Molino casero ......................................................................................... 15 Figura 4: Molino eléctrico de 1hp ........................................................................... 15 Figura 5: Zonas No Interconectadas en Colombia ................................................. 16 Figura 6: Esquema de una PCH convencional ...................................................... 20 Figura 7: Modelo de casa de máquinas de una PCH............................................. 21 Figura 8: Selección de turbinas hidráulicas ........................................................... 22 Figura 9: Estructura de una Turbina Pelton de una Central Hidroeléctrica ............ 23 Figura 10: Estructura de la casa de máquinas de una turbina Pelton .................... 23 Figura 11: Casa de máquinas Francis ................................................................... 24 Figura 12: Estructura de un Generador Eléctrico ................................................... 25

Lista de Tablas

Tabla 1 Porcentajes máximos de extracción de H2O por hora, para rangos comunes de humedad .......................................................................................................................................... 13 Tabla 2 Tipos de Secadoras......................................................................................................... 13 Tabla 3 Capacidad Hidroeléctrica Instalada en Colombia ....................................................... 18 Tabla 4: Clasificación de PCH según la CREG ......................................................................... 18 Tabla 5: Clasificación de PCH por Cabeza Hidráulica, operación y sistema ....................... 19 Tabla 6: Reconocimiento y exploración del proyecto ............................................................... 30 Tabla 7: Pre-factibilidad del Proyecto ......................................................................................... 32 Tabla 8: Estimación de la demanda ............................................................................................ 35

RESUMEN

En este documento se pretende exhibir un modelo de desarrollo e integración de pequeñas centrales hidroeléctricas en el sector rural colombiano que permita fortalecer la producción de granos entorno a los agricultores. El modelo contiene la metodología para establecer los factores para la selección del tipo de PCH, influyendo en las condiciones económicas, geográficas y ambientales principalmente, además de la maquinaria industrial usualmente utilizada que se puede encontrar en la cadena productiva. El desarrollo de pautas para los impactos ambientales y la adaptación al cambio de los agricultores, puede otorgar, una alternativa de mejora en sus procesos integrado a un proyecto energético. ABSTRACT This document is intended to showcase a model of development and integration of small hydropower plants in the Colombian rural sector that will strengthen grain production environment farmers. The model contains the methodology for establishing the factors for selecting the type of PCH, influencing economic, geographical and environmental conditions mainly, plus usually used industrial machinery which can be found in the production chain. The development of guidelines for environmental impacts and adaptation to change farmers can provide an alternative for improvement in its integrated energy project processes.

INTRODUCCIÓN

Durante gran parte de la vida humana, se han aprovechado los recursos naturales como fuente de generación de energía y en su gran mayoría de tipo renovables, pero desde hace varios años se han extraído fuentes energéticas con el fin de usarlas para optimizar actividades de las personas además de mejorar su calidad de vida, y por razones profundas de carácter económico y político generalmente, se hace más profunda la predominancia de los combustibles fósiles, suprimiendo casi en su totalidad a las fuentes no convencionales de energía. Ya se encuentran registradas distintas oportunidades y necesidades supremamente importantes que pueden sustituir su predominancia y migrar a un modelo de mayor equilibrio. Es un hecho que la utilización de los recursos mayormente contaminantes, hayan llevado a que se presenten inversiones investigativas en eficiencia energética, y un demandar definitivo a las fuentes no convencionales de energía sostenible y el buen uso de los recursos naturales, que de alguna forma se vieron rezagados al no presentar avances significativos en el desarrollo de proyectos productivos, por una tendencia de bajo rendimiento. Se despliega la imagen de necesidad y reconocimiento para sustituir al factor altamente demandado, llevándolo a otra instancia, con el ánimo de lograr un mayor equilibrio. Las oportunidades y nuevas alternativas de desarrollo, para evitar un detrimento a sistemas de producción a pequeños y medianos empresarios, en países como Colombia para el sector rural, son un reto claro para diseñar proyectos que involucren, el cuidado del ambiente, el aumento de la productividad y un beneficio económico y social que mejoren la calidad de vida de esas personas. Estos son factores trascendentales para una buena inversión en investigación y progreso, siendo ellos pertenecientes generalmente a una minoría no incluyente en los beneficios ordinarios que se ven en las grandes ciudades. Estos beneficios que para este caso en particular, representan al servicio de energía eléctrica, un componente fundamental en las obligaciones diarias de los trabajadores son en cierta forma un pilar para la economía de algunas de las poblaciones más vulnerables y en general de la sociedad. Al día de hoy la cadena productiva de materias primas de un habitante del sector rural colombiano, usa conjuntos de herramientas y conocimientos que no le permiten dar una efectividad máxima a sus procesos, lo que repercute en la no inclusión de mercados más grandes y profesionales; es aquí en donde se plantea un modelo para aprovechar y optimizar recursos, ejecutando la interacción e integración de una pequeña central hidroeléctrica, junto con los procesos agropecuarios de los campesinos colombianos. La energía eléctrica generada por una PCH puede ser suficiente para sostener las maquinarias que pueden adquirirse en la producción de granos desde su siembra y cosecha hasta su transformación al

producto final; todo este proceso requiere de una demanda energética que puede ser suplida con alternativas de éste tipo, perdurando en el tiempo, conservando unos mínimos impactos ambientales, bajos costos relativamente frente a otras opciones de energía, y una mejora en la calidad de vida de los habitantes del entorno directamente implicado. Se toma como prioridad al sector rural, especialmente a sectores pertenecientes a las zonas no interconectadas, que en algunos casos tienen mayor disponibilidad de recursos hídricos, y presentan una ausencia de alternativas tecnológicas para la mejora de sus productos. El modelo presenta las principales dificultades que pueden presentarse al momento de iniciar un proyecto de este tipo, teniendo en cuenta los factores de sustentabilidad (económico, social y ambiental), de igual forma se plantean los componentes principales del tipo de PCH que se puede implementar rigiéndose por una serie de factores presentes, pudiendo ser evitados en el sobredimensionamiento de costos, operación, y como objetivo principal, la forma en cómo se pueden integrar los elementos en gran parte del proyecto, para un adecuado funcionamiento. Desde la aplicación de los proyectos productivos al sector rural, este proyecto le da un aporte razonable al uso de las tecnologías limpias, justificando que en su futuro desarrollo e implementación, mejore la calidad de vida de los habitantes del sector rural, a través de un buen rendimiento económico y productivo a los trabajadores del entorno regional, ya que se presenta como un modelo atractivo de negocio teniendo en cuenta que se da la oportunidad de generar su propia energía, además de tener la ventaja de vender sus excedentes creando mayor competitividad.

1. Objetivos

Objetivo General Plantear un modelo de fortalecimiento al proceso productivo de granos y cereales, mediante el aprovechamiento energético generado a partir de pequeñas centrales hidroeléctricas en la ruralidad colombiana

Objetivos Específicos

  

Identificar los principales problemas en el post-procesamiento de granos y cereales presentados en su cadena productiva y sus posibles soluciones. Describir qué tipo de PCH’s son apropiadas para el fortalecimiento del modelo productivo de los granos y cereales. Proponer una integración entre generación de energía, producción y derivados de granos y cereales que propenda por una adecuada rentabilidad técnico-económica para los productores del sector agrario.

2. Estado del Arte

Las metodologías para la implementación de pequeñas centrales hidroeléctricas a nivel mundial, muestran versatilidad por el desarrollo de distintas técnicas de diseño y construcción, lo que genera un acoplamiento más sencillo a las condiciones que se presentan durante el desarrollo de proyectos productivos integrados especialmente al sector agrícola; pero estas técnicas generalmente están sujetas a modificaciones y aprobación, principalmente por aspectos económico-sociales, y más aún cuando se trata de llevarlos a cabo por medio de un capital privado en un país en vía de desarrollo especialmente para el sector rural. Algunos campesinos activos pertenecientes al sector de granos, tienen una tendencia a no expresar interés en el desarrollo de proyectos productivos, por no contar con suministros y/o recursos que generen competitividad y desarrollo a la región y esto es un factor fundamental a la hora de plantearles un modelo de éste tipo. 2.1 Problemas en la producción de granos, cereales y sus posibles soluciones Los volúmenes de producción del sector de granos y cereales se han visto afectadas en las últimas décadas principalmente por la incursión de los TLC al país; la FENALCE indica que la única producción con tendencia a mantenerse es el maíz, pero es entonces donde la producción de los cereales más consumidos en Colombia como lo es el trigo y la cebada, no se están cultivando en el país, presentando en el caso del trigo, un porcentaje de producción por debajo del 1% frente al arroz y el maíz (Alarcon, 2004)

Figura 1: Fuente: Indicadores Cerealistas 2014 – Fenalce 11

Son estos tres ejemplos de granos los que se ven directamente afectados con la inclusión de los tratados de libre comercio, teniendo el trigo el primer lugar, y a su vez uno de los más consumidos en el territorio nacional, ya sea como producto o subproducto derivado, con una tendencia a la baja del 11% (FENALCE, 2014). Por otro lado, la producción de arroz y maíz, tienden a presentar un buen comportamiento con una propensión a mantener su producción y distribución, según lo asegura el Ministerio de Hacienda y la FENALCE, en el plan estratégico de granos y cereales para el 2014 (FENALCE, 2014). Aun así, la importación de estos suministros no apoya a un desarrollo regional, especialmente si se habla de los agricultores excluidos de los altos gremios, que en algunos casos carecen de políticas de competitividad y progreso para mitigar los impactos de esta actividad económica. 2.1.1 Proceso de producción de granos La cadena productiva de granos como el maíz, trigo, cebada arroz entre otros, requieren de cuidados desde el inicio del proceso, para la obtención de un artículo final de buena calidad. Esas operaciones empiezan desde una buena preparación del suelo para la siembra, germinación y formación del grano, hasta su maduración. A esas actividades se le relacionan las buenas prácticas agrícolas, estas requieren de conocimientos y experiencia en la estructura físico química de cada plantación, hasta llegar a la etapa final del producto. La preparación del proceso de post cosecha, presenta etapas de integración tecnológica un poco más elaboradas, como lo es la extracción del contenido de humedad de las plantaciones, la cosecha de los granos y el secado como tal. El secado artificial produce la principal transformación del grano en la post cosecha, y a su vez, es el procedimiento con más órdenes de atención para no afectar la calidad del grano. De la energía utilizada en el proceso de producción de granos, el secado consume alrededor del 50%, por tal motivo este factor indica una alta importancia para la continuación del proceso productivo (Rodríguez, http://www.cosechaypostcosecha.org/, 2006). El secado de la gran mayoría de granos se puede realizar con aire natural o aire caliente, y cada uno se caracteriza por la velocidad de realización de dicho procedimiento, repercutiendo así en la forma en cómo se distribuirá. Es por esto que el secado no debe ser igual para todos los granos, ya que cada uno requiere de un tiempo de extracción de agua para no alterar las características fisicoquímicas, y como consecuencia la alteración de la calidad del producto. A continuación se presentan las temperaturas máximas para el secado de algunos de los granos más comunes y los tiempos relativos de secado.

Grano % de Extracción por hora Maiz - Sorgo Menos del 5% Trigo Menos del 4% Soya Menos del 3% Arroz Menos del 1% Tabla 1 Porcentajes máximos de extracción de H2O por hora, para rangos comunes de humedad - (Rodríguez, Proyecto de Eficiencia de Cosecha y PostCosecha - Secado de Granos -, 2006) Para el proceso de aislamiento de humedad, hay distintas técnicas contenidas dentro del secado, y se destaca el uso de máquinas extractoras de agua por aire caliente (menor eficiencia energética y mayor calidad) y aire frío (mayor eficiencia energética y menor calidad de producto), ya que estas dos presentan mayor eficiencia energética, mejor calidad y mayor uso respecto a los procedimientos habituales. 2.1.2 Tipos de Secadoras de Granos Las máquinas secadoras de granos pueden ser clasificadas de acuerdo a la siguiente tabla: Tipos de secadoras de granos Secadoras de Flujo Secadoras en Tandas Silos Secadores Continuo *Verticales (tipo torre) *Flujo Cruzado *Flujo Contracorriente *De Cascadas *Flujo Mixto *Flujo Cruzado *Horizontales Tabla 2 Tipos de Secadoras – (FAO, 2013) Los tipos de secadoras anteriormente mencionados, están orientadas a productores de mediana escala y clústeres o concentración de empresas de agricultores medianos y pequeños, que permitirán incluir nuevos eslabones en su cadena productiva, integrando sus procesos para un fin colectivo, y como consecuencia se genere una reducción significativa de los costes producción y un campo particular para la competencia. A la hora de escoger cuál de estas secadoras es la más recomendable, no se debe tener en cuenta como componente principal el tamaño, esto porque no siempre se tiene presente un dimensionamiento concreto de la producción actual y de futuras ampliaciones, además, la inversión monetaria para la secadora de granos abarca prácticamente el 50% del costo total de instalación, y se requiere escoger una de mayor beneficio en calidad, rendimiento y eficiencia.

Siendo el secado una operación tan importante, la versatilidad de la máquina debe verse reflejada directamente en las necesidades del agricultor, sin descuidar la potencia y consumo ocasionado por su uso, teniendo en cuenta que el proyecto puede desarrollarse en una zona en donde el acceso a la energía eléctrica sea limitado, y la alternativa de generación aumente los costos, llegando a ser una causal para no continuar con el proyecto (Dios, 1996). 2.1.2.1 Secado Natural En el caso de no incluir una secadora industrial de granos, puede implementarse un secador natural y en surcos, que utiliza el aire y el sol como fuente de energía para la eliminación de la humedad. Éste tipo de secado es ampliamente utilizado en el mundo porque la inversión es mínima en su instalación, pero tiene repercusiones en la calidad, estando al cabo de que son las condiciones climáticas, insectos y agentes externos los que generan pérdidas en ciertas áreas de inclusión de éste sistema. 2.1.2.2 Secado en la planta y en surcos Poco después de su maduración fisiológica, los granos presentan en general, un elevado contenido de humedad, lo que dificulta la cosecha y no permite el almacenamiento. Por tanto, el producto tiene que permanecer en el campo hasta que su contenido de humedad permita cosecharlo o llegue al grado ideal para almacenarlo. El secado en la planta se puede combinar con otro sistema de deshidratación. Si dicho sistema tiene alguna limitación respecto del contenido inicial de humedad, hay que comenzar la cosecha a partir de ese contenido. Es lo que ocurre cuando se aplica el secado artificial a baja temperatura. (InPho, 1998)

Figura 2: Secado Natural de Semillas - (Fariñez, 2008)

2.1.3 Proceso de Molienda de Granos Independientemente del tipo de grano o cereal que se desee implementar en el proyecto, la molienda de estas materias tiende a ser en general muy similar entre sí, por tanto, el hacer una reducción gradual de los granos, requiere del uso de maquinarias de alimentación eléctrica generalmente, que son de mayor eficiencia y eficacia para desprender los almidones, salvado, gérmenes y otros componentes incorporados en los ingredientes.Los molinos de granos eléctricos constantemente utilizados, tienen una tendencia a ser de tipo industrial o para negocios del sector urbano, para el caso de las zonas que no cuentan con suministro de energía eléctrica constante, emplean en su gran mayoría molinos caseros, que no manejan electricidad sino una fuerza y un movimiento mecánico. Esos esfuerzos los realizaban ya fuese con tracción animal o simplemente con el movimiento circular de los brazos de una persona. Para la incursión de éste tipo de proyectos se puede acceder inicialmente a uno o varios molinos eléctricos de aproximadamente 1 Hp que permita hacer ruptura y reducción, supliendo así la insuficiencia del proceso.

Figura 3: Molino casero, Fuentes: (Pan, 2012)

Figura 4: Molino Eléctrico de 1hp. - (Ferreomar, 2014)

2.2 Dimensionamiento Hidroeléctrico Colombiano El potencial hidroeléctrico en Colombia ha permitido que algunos inversionistas del sector energético a nivel nacional, implementen proyectos productivos basados en las PCH’s, pero se ha dejado de lado la rehabilitación del sector agrícola colombiano, que como tal aporta un gran porcentaje al PIB del país y de cierta manera se presenta como el primer sector de la economía. Apreciando esta información, se puede percibir que la participación de las contribuciones del campo, no están muy relacionadas directamente con la cobertura interconectada nacional.

Figura 5: Zonas No Interconectadas en Colombia – (ZNI, 2014)

La figura 5 revela cómo se encuentran distribuidas las zonas no interconectadas en Colombia, evidenciando que gran parte de las periferias del país están excluidas del SIN (sistema interconectado nacional), adicionalmente, entre un 70 y 80% de estas zonas, algunas cuentan con cuencas imbríferas que facilitarían la inclusión de proyectos hidroeléctricos. Para casos como la guajira, no se tienen disposiciones hidrológicas, lo que crea que la implementación de proyectos hidroeléctricos no sea factible. Para éste departamento ya se tienen algunos proyectos eléctricos sostenibles, como es el caso del Parque Eólico Jepirachi que se encuentra ubicado en inmediaciones del Cabo de la Vela y Puerto Bolívar y tiene una potencia instalada de 19,5 MW, y está enfocado principalmente al beneficio socio-económico de las comunidades wayuu. En el contexto nacional, las centrales hidroeléctricas representan el 82% de la capacidad instalada en plantas menores. Actualmente existen más de 200 PCH, de las cuales, más de 70 se encuentran conectadas a la red eléctrica (ESP, 2012), los excedentes se ubican principalmente en ZNI (zonas no interconectadas), aprovechando el recurso hídrico cuando se tienen algunas diferencias de alturas en los afluentes. Sin embargo, dichos aportes energéticos de la mayoría de proyectos hidroeléctricos de bajo potencial, no son muy relevantes para el Sistema Interconectado Nacional (SIN), simplemente se ligan a abastecer de electricidad a un área relativamente pequeña de habitantes, para suplir necesidades básicas de éste servicio, y no siempre se integran a proyectos productivos. La nueva perspectiva de los pequeños productores agrícolas de ZNI o de igual forma, a proyectos pertenecientes al SIN, deben estar enfocados al autoabastecimiento, ya que la energía hidroeléctrica según el gobierno nacional, está incluida dentro de las Fuentes No Convencionales de Energía Renovable, lo que permitirá que el Ministerio de Minas y Energía promocione su desarrollo como alternativa energética, así como también lo realizará el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, promoviendo la gestión y manejo integral de los recursos hídricos del país según la ley 1715 del 13 de mayo de 2014. En Santander, Antioquia y Caldas se encuentra el mayor número de proyectos de PCH’s, y que tienen un rango de potencia de 1MW a 10MW, aunque en departamentos como Huila, se desarrollan proyectos de potencia instalada de 100kW a 1MW, y con base a estos, se puede definir una alternativa para los pequeños productores agropecuarios, siendo el principal nicho para la integración de las técnicas de desarrollo de PCH’s de este proyecto (UPME C. , 2010).

Capacidad Instalada de PCH en Colombia Departamento

Capacidad Instalada KW

PCH

Antioquia

17.191

Boyacá

5.005

Caldas

17.192

1 12 1 13 9 3 98 3 7 3 24 8 17 193

45 11.140 2.000 14.765 9.865 628 9.836 3.714 11.915 6.570 30.852 11.211 16.810 168.517

Caquetá Cauca Chocó Cundinamarca Huila Meta Nariño Putumayo Quindío Risaralda Santander Tolima Valle TOTAL

Tabla 3 Capacidad Hidroeléctrica Instalada en Colombia 1997 (Torres, 1997) Suponiendo la incorporación de entidades como el FAZNI y la IPSE en los proyectos productivos de las ZNI, se abre una puerta a los campesinos y empresarios que se han visto rezagados en el crecimiento de sus negocios, por la no integración al sistema interconectado nacional para planificar una nueva estrategia, en donde sean parte de incentivos tributarios por parte del gobierno nacional, condicionado a no superar la potencia instalada, que en el caso de las PCH’s en efectos prácticos representados en el decreto 2820 de 2010, se habla de menos de 10MW como concepto de PCH, es decir, aquellas que no requieren elaboración de EIA (estudios de impacto ambiental) no deben exceder los 10MW. Clasificación de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas Según su Potencia Potencia MW

Tipo

< 100KW

Micro Central

De 100KW a 1000KW

Mini Central

de 1000KW a 10000KW PCH Tabla 4: Clasificación de PCH según la Comisión de Regulación de Energía y Gas CREG

Existiendo una problemática energética especialmente en los sectores periféricos, se crea una reducción en los avances tecnológicos, económicos y sociales para el país, y desde una perspectiva más global, el estancamiento de la economía, por tal motivo, las pequeñas centrales hidroeléctricas son una alternativa eficiente y sustentable para las personas de las regiones aisladas. Para las PCH’s instaladas como proyectos de autoabastecimiento que están unidas al Sistema de Transmisión Nacional, tienen la ventaja de que la energía que no se use en su momento, puede ser almacenada y redistribuida como opción de venta a una entidad generadora y comercializadora de electricidad, que corrientemente es este distribuidor quien la divide a la red nacional; para estos casos el precio de venta puede variar, ya que por la nueva Ley 1715 se otorgan beneficios e incentivos tributarios, para quienes realicen proyectos productivos que integren auto abastecimiento, y sean MDL (mecanismos de desarrollo limpio). La energía generada por una planta menor puede ser vendida a precios pactados libremente a los siguientes agentes: usuarios no regulados, generadores, o comercializadores, que destinen dicha energía a la atención exclusiva de usuarios no regulados. (Vargas, 2011).

2.3 Conceptualización de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas Una pequeña central hidroeléctrica es el conjunto de obras civiles y equipos electromecánicos e hidráulicos, cuyo objetivo es transformar la energía potencial y cinética de un curso de agua en energía eléctrica útil, cuyo destino es, su autoconsumo en el mismo lugar de producción, o bien, su venta a la red eléctrica comercial con el fin de obtener una ganancia económica (Flores, 2001) Para la generación hidroeléctrica se deben tener en cuenta la Cabeza Hidráulica y la Potencia Eléctrica que se requiera, estos son los dos componentes fundamentales a la hora de iniciar con un estudio para implementar una PCH, porque de aquí se desprenden clasificaciones como se muestra en la tabla 4 y la tabla 5. Baja Cabeza Hidráulica En cauce

de Pasada

Media Cabeza Hidráulica de Pasada/Regulación

Alta Cabeza Hidráulica Regulación

de de de Pasada de Pasada Derivación Pasada/Regulación Tabla 5: Clasificación de PCH por Cabeza Hidráulica, operación y sistema (Álvarez, 2014)

La información de la clasificación de las PCH’s dan una idea de los mecanismos principales para el desarrollo de la hidroeléctrica; para el caso de la potencia, se fundamenta en la elección del generador y la turbina, comprometidos en realizar la transformación de la energía potencial y energía cinética, que se obtiene con el flujo del agua, y en trabajo mecánico rotacional, estos módulos están inmersos dentro de la casa de máquinas del sistema . 2.3.1 Componentes fundamentales de una PCH

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Presa de derivación Desarenador Canal de Conducción Tanque de presión Rebosadero (aliviadero) Tubería de Presión Casa de Máquinas Canal de Descarga Subestación de Potencia Línea de Conexión

Figura 6: Esquema de una PCH convencional 2.3.2 Selección de Turbinas Existen distintos tipos de turbinas y generadores, y a continuación se expondrán los más recomendados para implementar: En la figura 7 se aprecia que la energía potencial que trae el agua se convierte en energía motriz, que al momento de generar energía mecánica a la turbina, ésta la transfiere al generador. La selección del tipo de turbina se determina por la caida del fluido, el caudal del cauce y el tipo de central que se desea utilizar (aspecto ya estudiado en la prefactibilidad y reconocimiento).

Figura 7: Modelo de casa de máquinas de una PCH. Fuente: (Pérez, 2014) 

Turbinas de Reacción o Sobrepresión: El sentido de giro del rodete no coincide con las direcciones de entrada y salida del agua, por tanto las hojas de fluido que se crean al pasar el fluido por las aletas fijas, no se representan en los álabes de las turbinas. (I, 2005)

Figura 8: Turbina Pelton de Reacción (EIA, 2014)



Turbinas de Acción o de Impulso: La potencia transferida al rotor obedece al comportamiento de la energía cinética que tenga el fluido. Para este caso, presión estática permanece constante entre la entrada y salida del rodete, lo que genera alteraciones a la velocidad del fluido. El movimiento del rodete se produce cuando el chorro de agua proveniente del inyector golpea uno de sus alabes a muy alta velocidad, provocando un par de giro en la misma dirección (I, 2005)

Figura 9: Selección de turbinas hidráulicas – fuente: (Perez, 2014) En Colombia las turbinas Francis y Pelton son las más utilizadas porque la geografía del país permite utilizarlas por las alturas en las cordilleras (mejor cabeza hidráulica neta) y los niveles de flujo de agua en diferentes cuencas, ofreciendo un 70% de la potencia total instalada del país en ésta rama. Las turbinas tipo Kaplan o hasta crossflow serían funcionales para las planicies colombianas, pero para proyectos de este tipo los costos aumentarían especialmente por la infraestructura civil. Por lo tanto, mayor cabeza hidráulica en varios casos, representa mayor potencia a instalar. 22



Turbinas Pelton: Patentada en 1880, es una turbina de acción, de flujo tangencial y de admisión parcial. Opera de forma eficiente en condiciones de grandes saltos y bajos caudales, se emplea en grandes y pequeñas hidrocentrales.

Figura 10: Estructura de una Turbina Pelton de una Central Hidroeléctrica – Fuente: (Perez, 2014)

Figura 11: Estructura de la casa de máquinas de una turbina Pelton – fuente: (Perez, 2014) Se constituye de un rodete o disco que tiene adaptadas unos alabes, éstos funcionan como impulsores del rodete, que a medida que el flujo de agua va haciendo contacto con ellas directamente, este es direccionado por los inyectores con forma de conducto (figura 10), incidiendo en los alabes, provocando así el movimiento de la turbina; de igual forma los inyectores tienen una placa deflectora cada una, que permiten desviar el curso del agua llegado el caso que se desee reducir la presión aplicada al rodete, o simplemente suprimir completamente el

suministro para evitar la ejecución de la casa de máquinas. Las turbinas Pelton normalmente presentan bajos costos de mantenimiento y una fabricación sencilla, tienen baja probabilidad de cavitación y son usadas generalmente para cabezas hidráculicas (altura de presión de fluido por encima del datum geodésico) de alrededor de 80m, dando así una eficiencia del 84% al 92% independiente de la variabilidad del caudal. 

Turbina Francis: Son turbinas de reacción de flujo radial y admisión total, muy utilizadas en saltos de altura media, equipadas con un distribuidor de alabes regulables y un rodete de alabes fijos. En estas turbinas el agua se desplaza como encauzada en una conducción forzada, pasando del distribuidor fijo al rodete móvil al que cede su energía, sin entrar, en ningún momento, en contacto con la atmósfera (Cañas, 2005).

Figura 12: Casa de máquinas Francis – fuente: (Perez, 2014) Estas turbinas tienen como ventaja la de poseer bajas pérdidas hidráulicas garantizando un alto rendimiento, alta eficiencia, alta velocidad específica y bajos costos en acoplamiento con el generador. Opera a grandes rangos de alturas y caudales pero se destaca por permitir instalarse en lugares con limitaciones de espacio, aspecto que tiene a favor en comparación con la turbina Pelton. Las turbinas francis no se recomiendan en alturas mayores a 800m por las presiones que pueden llegar a generarse en las marcas en la turbina, de tal forma que la cavitación también entra como variable en el proceso de estas turbinas. “En Colombia las turbinas francis tienen un potencial instalado de 69000 KW (Vargas, 2011)

2.3.3 Generadores: es un mecanismo rotativo que transforma el movimiento mecánico en energía eléctrica; lo componen 2 partes fundamentales que son el rotor y el estator.

Figura 13: Estructura de un Generador Eléctrico. Fuente: (Generadores, 2012)

3. Descripción Del Problema

Actualmente los sistemas de producción de los pequeños y medianos empresarios del sector rural colombiano, cuentan con una cadena productiva de granos y cereales que debe ser fortalecida para generar mayor competitividad y desarrollo; es así como en éste proceso se presenta un problema de generación y eficiencia energética, por pertenecer a zonas que no siempre cuentan con un suministro constante del servicio y en consecuencia, las ganancias y futura continuidad del sistema, se verían seriamente afectadas. Estas condiciones se convierten en un obstáculo para el desarrollo del valor agregado a la producción de granos, dificultando el procesamiento y transformación de los mismos en productos de mayor utilidad económica y mejor competitividad comparativa. ¿Cuál es el modelo de fortalecimiento al proceso productivo de granos y cereales, mediante el aprovechamiento energético generado a partir de pequeñas centrales hidroeléctricas en la ruralidad colombiana? 3.1 Justificación Colombia como país privilegiado por su riqueza hídrica y variedad de clima, ha venido desarrollando grandes proyectos productivos enfocados al uso industrial, energético y agropecuario principalmente, beneficiándose de éstos recursos, pero dejando de lado a los pequeños productores del sector agrario. Esto ha generado una desigualdad social decadente que crea en las personas inseguridad al invertir nuevamente en una economía monopolizada; por éste motivo se debe implementar un modelo productivo ambicioso y rentable que puede cambiar ésta perspectiva, en donde la generación energética juega un papel importante, no solamente por la actividad económica que utiliza el pequeño inversionista, sino también por el beneficio social que impacta a su región. El proyecto exploratorio de alternativas a éste problema, busca proponer la integración del proceso de producción de granos y cereales con la energía proporcionada por una PCH que puede ser alternada o puesta en marcha de forma simultánea. Comprendiendo éste planteamiento, se podría dar como resultado una reducción en los costes en el uso de electricidad de la maquinaria y procesos adyacentes, y un beneficio adicional al productor ya que podría distribuir y vender la energía que no utilice mejorando así la rentabilidad y posibilidad de expansión a su negocio.

4. Análisis de las Diferentes Soluciones

Actualmente el sector rural colombiano, ha presentado un desarrollo muy lento comparado con los municipios y ciudades principales, y uno de los factores más relevantes para tal desarrollo es el servicio de energía eléctrica, en este caso no siempre se utiliza en labores domésticas, sino también en procesos agropecuarios. Según el SIEL (Sistema de Información Eléctrico Colombiano) y la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética) el consumo de energía final en Colombia al 2012 era de 1.094.136 TJ del cual 78.614, pertenecen a la generación energética al sector agropecuario y minero (UPME, 2014), contando con un 36% de participación en las FNCER incluyendo a las pequeñas centrales hidroeléctricas con una capacidad instalada aproximada de 168,7 MW, lamentablemente no todo este potencial es utilizado en el sector rural. Se plantea la opción de integrar y armonizar los intereses e iniciativas de proyectos productivos agrícolas, para dar valor agregado a la cadena de producción de granos, como es el caso del maíz, cebada y trigo, permitiendo incorporar nuevas alternativas de evolución hacia tecnologías existentes, como lo es la generación energética a partir del conjunto de técnicas hidráulicas, uniendo a los campesinos para la conformación de un tipo de clúster, y así se realice en un lugar específico la adecuación de terrenos y tecnología, para que en dicho conjunto se establezcan lineamientos que logren una mayor productividad, siendo más competitivos ante el mercado nacional e internacional que ha evolucionado de manera rápida en la economía del país, y con esto se valorizará la energía hidráulica desaprovechada en algunos lugares hasta el momento. Uno de los inconvenientes presentados en el sector agrícola es la integración de los tratados de libre comercio en Colombia, y como profesional, se debe generar una alternativa que fortalezca la cadena productiva de estos granos a cada agricultor, siendo conscientes de los impactos ambientales, sociales, culturales y económicos. Estas alternativas serán tenidas en cuenta en el caso de que acepten la incursión de mejores maquinarias, aplicando un aprovechamiento y perfeccionamiento de las mismas, junto a nuevos procedimientos con un uso más eficiente de energía eléctrica. Dentro de la organización e integración de cada uno de los procesos productivos agrícolas con los energéticos, es necesario identificar un plan de trabajo que represente las necesidades básicas para exponerlo ante los apoderados de las tierras, sin que dicho modelo sea difícil de entender, en unos casos por el hecho de que algunas de esas personas, no presentan estudios básicos o de secundaria, repercutiendo en el entendimiento y participación del gremio en el desarrollo tecnológico energético. De igual manera, a parte del modelo básico es menester exponer el proyecto completo después de los estudios técnicos.

¿Por qué PCH’s y no Energía Solar, Eólica u otro tipo de energía alternativa? Se puede afirmar que Colombia tiene potencial y experiencia en la implementación de PCH’s, desde los años 90’s se vienen realizando proyectos como lo son la Herradura, Ayura y La Vuelta, además de proyectos de micro centrales hidroeléctricas en los años 80’s, cuando se formularon las primeras iniciativas de generación energética para distintos municipios del país. Para ese entonces algunos de esos lugares no contaban con suministro de energía eléctrica, otros se encontraban aislados del SIN, y tenían el recurso hídrico a su disposición sin un uso productivo en ese momento. Actualmente se posee trayectoria tanto en proyectos de potencias media-altas como de bajas, y tienen ventajas frente a otros tipos de energías alternativas como lo son la eólica y la solar, que están teniendo su auge al día de hoy, pero por experiencia, mayor eficiencia energética, por los costos de fabricación e instalación un poco más reducidos y disposición de recursos geográficos, las PCH’s tienen ese componente a su favor. Se puede observar y analizar en la tabla de potencia instalada de PCH’s en Colombia, (ver tabla 4), que a principios de este nuevo siglo, ya se contaba con suficiente infraestructura de estas centrales, principalmente que estaban conectadas al SIN, y esto conlleva a comprender la necesidad de llevar el recurso eléctrico a ZNI, que dependen en cierta forma de este componente para mejorar sus procesos productivos. 4.1 Técnicas de desarrollo e integración de PCH’s en el proceso productivo de granos y cereales A continuación se expone el modelo con sus respectivas etapas de ejecución, para el desarrollo e integración de los procesos productivos con la energía hidroeléctrica: (pueden varían de acuerdo a la magnitud del proyecto) 4.1.1 Reconocimiento y Levantamiento de Información Base Se empieza delimitando el proyecto con información secundaria siendo esta etapa en donde se encuentran los mayores riesgos. Se hace una recopilación de las necesidades presentes en la población involucrada, y se examinan los posibles lugares que cumplirían las condiciones para la instalación. De ser posible emprender la búsqueda de información hidrológica y estudios previos que se envuelvan en el modelo. La obtención de información primaria y secundaria para el establecimiento del público objetivo, junto con las actividades agrícolas de la cadena productiva de granos y cereales, se deberán recolectar, consolidar y analizar con el fin de iniciar la primera instancia de planificación del desarrollo del proyecto. Cada dato estadístico vale como referente para fijar un posible potencial futuro, teniendo

conocimiento de las zonas y épocas de mayor y menor impacto de acuerdo al comportamiento geográfico y climático, además de la demanda poblacional del uso del recurso, definiendo las horas pico y de menor consumo. La información documental del potencial hidroeléctrico de estudio, permite conocer el comportamiento hidrológico, situación geológica, geotécnica y topográfica del cauce. 4.1.2 Estudios Hidrológicos La recolección de la información del comportamiento del cauce, genera herramientas para cuantificar y estimar el recurso y potencial hídrico, de igual forma con esta indagación se puede determinar el área de impacto directo e indirecto del proyecto, realizando un cálculo estimativo de pérdidas producidas y modelamiento de la curva de caudales; de estas depende el estudio de crecientes de los caudales, caudal ecológico, caudales máximos y mínimos que también se comprueban con registros diarios de comportamiento. El aseguramiento de toda la información conjunta permite generar el informe hidrológico del proyecto. Como variable paralela al estudio está la sedimentación del río, es necesario establecer qué tipo de sedimento presenta el río ya que este influye directamente en la estructura civil del proyecto, especialmente en el desarenador que cumple la función de retener la arena de aguas servidas de los afluentes hídricos. 4.1.2.1 Estudios Geológicos, Geotécnicos y topográficos El establecimiento de cada sitio disponible para la instalación es básico si se desea diseñar e implementar un sistema de corrección de fallas localizadas, en las obras o en su periferia, estas labores son asignadas a profesionales enfocados al área estructural y civil. Este sistema permitiría proteger el proyecto contra supuestos localizados en toda su área. El levantamiento topográfico permitirá efectuar de manera más fácil el diseño de la planta completa como es el caso de las tuberías de presión, casa de máquinas y canal de descarga. Cada área civil debe generar su respectivo informe como mecanismos de fortalecimiento del desarrollo del proyecto. Una consulta estadística general con los productores sobre la identificación y cuantificación de los procesos de transformación de granos (siembra, cosecha, pos cosecha), permitirá emitir un informe inicial del consumo de energía presente en dichos procedimientos sin que se integre la PCH. Dentro de la cadena productiva de los granos y cereales se encuentra el secado, este se puede realizar de forma natural o artificial; este último aunque presentado como referencia bibliográfica, al momento de estudio e investigación, no presenta mayor provecho por el uso de energía térmica, lo que para este tipo de proyecto, no es conveniente por el dimensionamiento y alcance, por esta razón, para el objetivo general se debe realizar un secado natural. Cada medio de generación energética debe ser valorado, cuantificado y estudiado esto con el fin de realizar un comparativo, evidenciando las ventajas del proyecto.

Indagar sobre las alternativas del uso del recurso hídrico, de acuerdo a su nivel natural, como es el ejemplo del autoabastecimiento energético. Cada alternativa define un avance significativo, y estos requieren ser expuestos a la población objetiva, para que ellos mismos socialicen sus experiencias de lugares de instalación de la PCH para estar al tanto de problemas e inconvenientes presentados. 4.1.2.2 Alteración del cauce Verificar y hacer estudios directamente de la forma en que la vida animal transcurre por el río antes y después, y hacer un plan de contingencia; De ser necesario para dicho diseño, registrar los tipos y especies. El acondicionamiento de las ambientes geográficos, influye en las actividades económicas, por tal motivo se deben registrar. RECONOCIMIENTO Y EXPLORACIÓN

Identificar los medios actuales de generación energética y capacidad instalada. Realizar comparativo

Establecer público objetivo y actividades agrícolas, domésticas que se quieren impactar

Inventario y determinación del potencial hidroeléctrico de estudio

Recolectar datos estadísticos de producción agrícola, para fijar posible potencial futuro y verificando las zonas y epocas de mayor y menor impacto

Recolección de datos históricos del comportamiento hidrológico, situación geológica, geotécnica y topográfica del cauce seleccionado

Consulta general de la cantidad de procesos de transformación de granos (siembra, cosecha y post cosecha) y consumo de energía electrica sin integrar la PCH Enunciar alternativas de uso del recurso de acuerdo a su nivel natural para generación elécrica y un sistema de distrito de riego Visitas a la población civil y los agricultores del sector de granos, indagar sobre posibles lugares de la ubicación del proyecto

Reconocimiento de problemas e inconvenientes que no se plantearon durante la recolección de datos estadísticos o información secundaria de investigación

Bosquejo parcial básico de la PCH en posibles lugares de instalación Registrar los tipos de especies animales y plantas presentes en el posible trayecto del sistema

Verificar que el proyecto no altera de forma negativa y significativa otras actividades económicas que dependen del cauce Averiguar las experiencias presentadas por productores de la región sobre el comportamiento del cauce

Tabla 6: Reconocimiento y exploración del proyecto (Energy, 2014) 30

4.1.3 Pre factibilidad Aparte de contar con la información secundaria, se abordan nuevas temáticas que hacen parte del proyecto directamente, como lo son los estudios hidrológicos que incluyen la descripción detallada de las cuencas hidrográficas presentes en la región, sus diferencias de altura para definición de la cabeza hidráulica; estudios geológicos y geotécnicos para tener en cuenta el tipo de terreno en el que se desarrollaría el modelo, sin subestimar los mínimos detalles que más adelante pueden acarrear problemas. Se procede a iniciar un estudio minucioso de cada una de las zonas principales, se efectúa con las mismas variables y con mayor índice de aceptación y viabilidad de instalación del proyecto, con el fin de promover una futura inversión. Paralelamente, se aplica un sondeo de la calidad de proyectos productivos de la región, especialmente en la cadena del grano y/o cereal. Se realiza un estimado financiero del proyecto para limitar el plan según los estudios realizados. El reconocimiento DOFA realizado anteriormente, se complementará exponiendo todas las variables posibles con medios de verificación de acuerdo a otras experiencias tratadas no solo a nivel nacional sino internacional, así como los supuestos o riesgos que pueden presentarse, que afecten la sustentabilidad del proyecto. Como una excelente oportunidad de comisión al agricultor, se puede utilizar el excedente de energía que utilizará la PCH para su suministro, en energía por demanda a otros sectores que requieren del recurso, dando un uso secundario a la electricidad que no se está aprovechando (opción residencial) aplicando la nueva normativa de la ley 1715 de 2014. Otro tema a tratar en la pre factibilidad es la promoción de adquisición de los diferentes tipos de tecnologías de transformación de granos y cereales por parte de campesinos, medianos productores y gremios o asociaciones de agricultores. El proceso de encuesta debe realizarse abiertamente, especialmente investigar los principales problemas del proceso de producción de granos a nivel particular, (campesinos), y a nivel asociativo (gremios y empresas), con el ánimo de fortalecerlos mediante la inclusión tecnológica y buen uso de mecanismos de desarrollo limpio con las PCH. La aplicación de encuestas permitirá evidenciar de forma general, la magnitud del uso de energía eléctrica por parte de los productores (grandes, medianos y pequeños). Teniendo conocimiento del tipo de herramientas para el uso de los procesos de granos, se puede iniciar un estudio de potencia preliminar.

PREFACTIBILIDAD

Identificar los posibles consumidores secundarios que se verían beneficiados con la implementación de la PCH

Estudio minucioso de las zonas principales escogidas para su futura intervención

Reconocimiento económico del sector

Aplicación de un sondeo de la cantidad de proyectos productivos de la región beneficiados, potencia de cada uno

Según los resultados estadísticos, confirmar el origen de la energía eléctrica, de no contar con ningún sistema omitir el paso

Conocer los tipos de procesos de transformación de granos y cerelaes por parte de campesinos, medianos productores y gremios o asociaciones de agricultores Investigar los principales problemas del proceso de producción de granos a nivel particular (campesinos) y a nivel asociativo (gremios y empresas). Aplicación de encuestas en donde de alguna forma se pueda evidenciar la magnitud del uso de energía eléctrica por parte de los productores (pequeños, medianos y grandes) Teniendo conocimiento del tipo de herramientas para uso de los procesos de granos se puede iniciar un estudio de potencia preliminar

Comprobar el número de horas activas por cada máquina y/o residencia para faciliatar el calculo de DP y DM

Tabla 7: Pre-factibilidad del Proyecto (Energy, 2014) 4.1.4 Factibilidad Esta fase del proyecto emplea métodos para el desarrollo específico y detallado de los aspectos técnicos, económicos, financieros, sociales y ambientales. Se incluye la información primaria o levantamiento de información base, es decir que comprenden los estudios de reconocimiento, pre factibilidad y complemento de la información secundaria, (hidrología, geotecnia, geología, topografía). (Álvarez, 2014).

1. Social: después de consolidada la información estadística del proceso de indagación a los campesinos productores de granos, es necesario reportarla en un informe que abarque las variables y las que hayan surgido de esta indagación. El factor de aceptación por parte de la comunidad de la región va ligado de igual manera a la divulgación y capacitación que se les otorgue sobre las consecuencias positivas y negativas con y sin el proyecto. Se da inclusión a un sociólogo para el proceso y un ingeniero conocedor del proyecto. 2. Técnico: reconocimiento y diseños previos a la estimación de demanda para la selección de la turbina, tipo de presa y el generador. Es conveniente hacer uso de la información estadística de comportamientos del cauce y el entorno geográfico para diseños y cálculos de la zona. A continuación se presentan algunas variables y factores que deben ser determinados para un mejor funcionamiento y reducción de siniestros durante la ejecución: 

Estudio de Energía y Potencia: permite identificar diversos módulos internamente para el buen funcionamiento de la planta, como lo son curvas de potencia efectiva, potencia nominal de planta, energía firme de generación, factor de planta, horas efectivas de operación en conjunto al voltaje pico y máximo, cantidad y tipo de turbinas a utilizar. Al finalizar se realiza una evaluación para que con los resultados se proceda a hacer la selección del número de turbinas-generadores, bocatoma entre otros dispositivos.



Formulación y Evaluación de Alternativas: como objeto de estudio e investigación es necesario tener diferentes formas de instalar el proyecto completo, no solo desde el punto de vista energético sino globalmente, comprendiendo todas las etapas para lograr variados modos de operación, permitiendo así una evaluación de resultados con cada uno.



Pre dimensionamiento hidráulico y estructural: toda la información obtenida de la etapa de reconocimiento y su evaluación, se permitirá hacer los levantamientos topográficos, geológicos, geotécnicos preliminares e hidráulicos. Proponer el diseño de captación del fluido, presa de derivación, desarrollo de obras civiles de aducción y conducción, tanque de carga, desarenador (post estudios de sedimentación), tubería de presión, lo que llevará a mostrar las características relevantes y una posible estimación del nivel de detalle de cada parte trabajada.



Pre dimensionamiento subestación eléctrica y transmisión energética: se recomienda plantear dos opciones de líneas de transmisión de potencia, ambas deben estar relacionadas con la ubicación de la casa de máquinas y la sub estación eléctrica de llegada.



Pre dimensionamiento SCADA: por ser un proyecto orientado al sector rural, algunos complementos como lo es el control scada, tienen una tendencia a aumentar los costos totales del proyecto, por tal motivo se puede propender por el uso de controles análogos, on off, PI, PID, etc para las variables que se requieran supervisar.



Elaboración de Planos: se diseñarán y elaborarán los planos completos desde cada perspectiva técnica, pasando por estructuras principales hasta el detalle, dentro de las escalas adecuadas. Se da inclusión a los Geólogos, Geotecnistas, Topógrafos, Ingenieros Civiles, Ingenieros Mecánicos-Eléctricos, Mecatrónicos.

3. Económico: demostración de bienes inmuebles e intangibles para la realización del proyecto, evaluación de costos y operación total del modelo. Como modelo económico es factible llevar a cabo la gestión estratégica integrada de los recursos disponibles y una organización bien distribuida de los bienes. Como una estrategia reformadora e innovadora respecto a otros proyectos de PCH’s en Colombia, se propone la inclusión de la venta de energía y operación de la misma a entes secundarios, que no pertenezcan directamente de los productores de granos y cereales, para así generar desarrollo a la región directamente afectada por el proyecto. Para esta estrategia es necesario plantear una estructura económico-administrativa partiendo del hecho de que hay comercializadoras del servicio, y se debe cerrar un acuerdo para definir el precio de venta de la electricidad. La ley 1715 de 2014 es la base para la ejecución de la venta de energía por utilizar las FNCER. Se da inclusión a los Abogados, Economistas, Administradores de Empresas e Ingeniería Industrial. 4. Financiero: procurar y proponer estrategias que integren cada disposición económica, social, técnica y ambiental, para subvencionar y respaldar el proyecto. Se debe plantear desde el punto de vista financiero la TIR (tasa interna de retorno), el modelo de venta de energía eléctrica a la comercializadora y flujos de caja. Se da inclusión al administrador financiero y de sistemas y contador público y un abogado. 5. Ambiental: diseño y desarrollo de mecanismos para para la disposición de los recursos del entorno del proyecto, propendiendo por el mínimo de riesgos y problemas durante todas sus etapas. A continuación se consideran algunos estudios fundamentales para el desarrollo del proyecto:

   

Formulación del EIA - Estudio de Impacto Ambiental definitivo. Predicción de desastres por modificaciones geológicas e hidrológicas. Plan de acción ante cambios en la vida animal y vegetal del entorno implicado. DAA Diagnóstico Ambiental de Alternativas.

Se da inclusión a Ingenieros Ambientales y administradores ambientales. Una vez definidas y aplicadas cada una de las etapas del estudio de factibilidad se procede a diseñar las etapas ingenieriles y económicas del proyecto, teniendo en cuenta la rapidez de su ejecución, la duración aproximada, resistencia y planes de acción frente a los posibles siniestros, para así empezar a su construcción ligándose al calendario establecido con anterioridad. Dentro del diseño técnico ingenieril de tipo mecánico eléctrico se incluyen la turbina y el generador que se hallan contenidos en la casa de máquinas del sistema, y son el núcleo de la PCH. Estos elementos en conjunto hacen la transformación de la energía potencial y cinética en un movimiento mecánico rotacional que va dirigido al generador eléctrico. Los criterios técnicos al momento de la elección de la turbina demandan ser altamente rígidos, son éstos los que determinarán la eficacia del proyecto; las condiciones geográficas e hidrológicas importan siempre y cuando estén ligadas directamente al caudal del río y la altura de caída del fluido, sabiendo que con base a estas características se diseña la estructura civil y de igual forma se empiezan a determinar los alcances del proyecto. 4.1.5 Estimación de la Demanda

Tabla 8: Estimación de la demanda

5. Resultados y Conclusiones

De acuerdo a la revisión e investigación bibliográfica, se comprende que actualmente en Colombia no hay integración de proyectos productivos, con la generación de energía a partir de pequeñas centrales hidroeléctricas PCH’s, de forma que el modelo que se demuestra es innovador en el país y puede llegar a implementarse, acoplándose a los procedimientos descritos con anterioridad. La necesidad de que en nuestro país se propenda por el desarrollo de las regiones y el cuidado de los recursos naturales, crea una iniciativa para las personas que residen en el campo y desean mejorar la calidad de vida de sus familias, y que mejor, que haciéndolo con el perfeccionamiento de sus procesos productivos y la integración de la ingeniería en detalle a cada etapa. Se puede evidenciar que independientemente del país en que se lleve a cabo, la molienda de granos y cereales tiene un contraste bastante alto entre las grandes empresas fabricantes de artículos derivados de granos y cereales, con respecto a los pequeños productores, como es el caso de los campesinos del sector rural del país. Precisamente esta disparidad hace caso a la carencia de recursos económicos y en algunos casos, la falta de iniciativa a emprender nuevas alternativas, que pueden generar mayores beneficios económicos y mejor uso de los recursos utilizados en las cadenas productivas de granos y cereales. Otra dificultad presente desde el ámbito social y cultural, es en cuanto al campesino común, él tiende a ser una persona que no acepta el cambio con facilidad, y no siempre está dispuesto a hacer una inversión considerable, sin estar seguro de los beneficios reales producidos por la integración de su proceso a una nueva tecnología; regularmente, estos procesos de producción de granos y cereales, lo realizan siguiendo instrucciones dadas desde décadas y generaciones, por simple experticia o pericia de personas que han realizado estas actividades en un tiempo pasado, en algunas oportunidades, se realizan sin conocimientos técnicos sino empíricos. En este modelo se presentan algunas técnicas utilizadas en la producción de granos, sus problemas y posibles soluciones a algunos de estos, pero existen otros procedimientos en el sembrado, cosecha, secado de los granos o la disminución del tamaño de los granos y extracción de sus componentes por medio de la molienda. Se desea otorgar un plan piloto que mejore la producción de estas materias primas, logrando más competitividad entre campesinos del sector y una inclusión más robusta al mercado nacional. Dentro de la clasificación de las pequeñas centrales hidroeléctricas emitida por la CREG, están las mini centrales que tienen un rango de potencias de 100KW a 1000KW que sería un rango aproximado para la implementación de un proyecto

energético de agricultores del sector de granos y cereales. Las pico centrales hidroeléctricas están por debajo del rango de potencia enunciado anteriormente lo que repercutiría en el alcance y futuras proyecciones del agricultor como tal. Hay un porcentaje alto de integrantes del sector agrario, que no tienen conocimiento total de los incentivos tributarios que otorga el gobierno nacional por la implementación de proyectos con uso de fuentes no convencionales de energía renovables (FNCER), y con la inclusión de la nueva ley 1715 de 2014, en donde se regula la integración de estas fuentes en el sistema energético nacional, incluyendo la generación hidroeléctrica, se crean nuevas oportunidades de progreso a las periferias nacionales especialmente. Los incentivos tributarios del gobierno, pueden permitir al productor financiar de cierta forma los recursos pendientes a la hora de hacer la inversión del proyecto. Adicionalmente, se comprobó que el Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de las Zonas No Interconectadas – FAZNI, permite otorgar recursos para la construcción e instalación de nuevas infraestructuras eléctricas, para la reposición o la rehabilitación de la existente, con el objetivo de aumentar la cobertura del servicio en las ZNI, y esto presenta una buena alternativa para las personas que por recursos financieros, no les permite iniciar esta idea de negocio.

5.1 Recomendaciones Por el alcance de la presente monografía no se hace una descripción detallada de cada uno de los sistemas y etapas del proyecto. Es necesario plantear y diseñar minuciosamente los siguientes aspectos: 

Definición del tipo de maquinarias que se van a utilizar en el secado y molienda de granos y cereales, formulando los modelos matemáticos para otorgar eficiencia energética respecto a la electricidad y potencia que se usará en el proyecto y evitar pérdidas.



Dimensionar la producción agrícola antes de la implementación del proyecto, como ayuda a la información primaria, permitiendo fortalecer el alcance del proyecto.



Diseñar un modelo que incluya un distrito de riego para mejorar la calidad de las materias primas generadas en los cultivos, y tener más control del recurso hídrico. Dicho sistema puede implantarse con una presa de regulación para la extracción del líquido y su respectiva distribución en los cultivos



Realizar un estudio de definición del caudal mínimo, máximo y recolección de información estadística para mejorar la calidad de los estudios de factibilidad



La selección del tipo de turbina no se encuentra calculado por no contar con una zona definida del proyecto, claramente es un factor importante porque no sabemos con seguridad cómo es el comportamiento del cauce y las condiciones geográficas.



Diseñar un diagnóstico ambiental de alternativas y un estudio de impacto ambiental EIA para establecer los límites de modificaciones que se pueden realizar en el proyecto.



Procurar que en el futuro desarrollo del proyecto se realice en una ZNI con el ánimo de generar mayor desarrollo a la región directamente implicada. En el caso de ser aplicado a una zona perteneciente al SIN, se deben hacer los estudios e investigaciones para participar en los incentivos tributarios que otorga el gobierno, la venta de energía a los comercializadores potenciales es un aspecto fundamental a la hora de hacer esas investigaciones.



Definir un sistema de seguridad para las crecientes y evitar los supuestos o riesgos durante el diseño, planeación y ejecución del proyecto. Para esto, se requiere de información estadística detallada, entre mas robusta mucho mejor.



Las consideraciones ambientales en las PCH’s deben abarcar desde la evaporación en sistemas leníticos y léticos hasta la temperatura del agua, cantidad de sedimentación del rio en donde se realiza el proyecto porque haciendo un análisis esto puede repercutir en el funcionamiento de la central.



Se sugiere que si es un río que tiene muchas variaciones de caudal, se reutilice el agua para almacenar energía en baterías. Las variaciones pueden ser cuando haya muchas precipitaciones para un almacenamiento de energía usando una represa de regulación o cuando haya época de sequía, usando el recurso hídrico como realimentación para el sistema de baterías.



Trazar los objetivos con la comunidad directa de la implementación del proyecto, ya que pueden ser impactos socio económicos, tanto positivos como negativos.

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