RIVEROS Sergio Andrés RIVERA Hebert Gonzalo MODELACIÓN DEL POTENCIAL HIDROENERGÉTICO EN CAUDALES MÍNIMOS DE LA CUENCA DEL RÍO FONCE (SANTANDER).

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2 RIVEROS Sergio Andrés RIVERA Hebert Gonzalo MODELACIÓN DEL POTENCIAL HIDROENERGÉTICO EN CAUDALES MÍNIMOS DE LA CUENCA DEL RÍO FONCE (SANTANDER).

3 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 Los resultados arrojan que el río Fonce puede ofrecer de mas de 6500kW.

4 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.

5 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.

6 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.

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

8 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.

9 Resultados: Caracterización estadística de la serie original. 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 Ajuste de modelo mediante el criterio de Chi cuadrado. 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. Tabla 1. Valores de los estadísticos de la serie de caudales en San Gil.

10 Selección de modelo Figura 2. Comparación del modelo teórico (línea suave) contra los valores empíricos (puntos). Elaboración propia. 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.

11 Calculo de caudales en periodos de retorno. Periodo de Retorno Probabilidad z x (T) (Pmax<=x) (Predicción) 2 0,500 0, , ,800 0, , ,900 1, , ,960 1, , ,980 2,0540 7, ,990 2,3267 5, ,998 2,8800 0,592 Tabla 3. Valores de caudales en diferentes 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.

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13 Estimacion de Potencial: Para realizar este calculo se usara la ecuación planteada por el UPME en el Atlas de potencial hidroenergético de 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).

14 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. AREA 3 AREA 4 AREA 6 T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 2 0, , , , ,099 0, , , , ,901 0, , , , , ,643 87, , , ,229 0,656 89, , , ,234 0,334 81, , , , ,717 69, , , ,417 0,731 70, , , ,966 0,264 64, , , , ,798 49,611 99, , ,443 0,814 50, , , ,412 0,189 46,321 92, , , ,848 37,203 74, , ,810 0,865 37,947 75, , ,786 0,142 34,736 69, , , ,889 25,876 51,752 77, ,504 0,906 26,394 52,787 79, ,575 0,099 24,160 48,321 72,481 96, ,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 AREA 7 AREA 8 AREA 9 T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 2 0, , , , ,543 3, , , , ,061 7, , , , , ,306 74, , , ,810 2, , , , ,012 5, , , , , ,242 59, , , ,480 1, , , , ,938 4, , , , , ,173 42,469 84, , ,875 1, , , , ,280 2, , , , , ,130 31,847 63,694 95, ,387 0, , , , ,578 2, , , , , ,090 22,151 44,302 66,453 88,604 0, , , , ,263 1, , , , , ,010 2,475 4,949 7,424 9,899 0,072 17,631 35,263 52,894 70,526 0,168 41,198 82, , ,792

15 AREA 12 AREA 13 AREA 14 T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 2 0, , , , ,777 0,372 91, , , ,106 0, , , , , ,359 87, , , ,429 0,266 65, , , ,194 0,341 83, , , , ,284 69, , , ,367 0,210 51, , , ,100 0,270 66, , , , ,203 49,781 99, , ,122 0,150 36,857 73, , ,428 0,193 47,353 94, , , ,152 37,330 74, , ,320 0,113 27,639 55,277 82, ,555 0,145 35,510 71, , , ,106 25,965 51,929 77, ,859 0,078 19,224 38,448 57,672 76,896 0,101 24,699 49,397 74,096 98, ,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 AREA 16 AREA 17 AREA 18 T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 2 0,368 90, , , ,383 0, , , , ,571 0,367 90, , , , ,263 64, , , ,533 0,310 76, , , ,117 0,263 64, , , , ,208 50, , , ,992 0,246 60, , , ,892 0,208 50, , , , ,149 36,480 72, , ,920 0,176 43,079 86, , ,315 0,149 36,453 72, , , ,112 27,356 54,712 82, ,424 0,132 32,304 64,609 96, ,218 0,112 27,336 54,672 82, , ,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, ,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

16 AREA 19 AREA 20 AREA 21 T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 2 0,376 92, , , ,321 0,364 89, , , ,837 4, , , , , ,269 65, , , ,206 0,260 63, , , ,000 3, , , , , ,213 52, , , ,486 0,206 50, , , ,985 2, , , , , ,152 37,284 74, , ,134 0,147 36,121 72, , ,485 1, , , , , ,114 27,959 55,917 83, ,834 0,111 27,087 54,174 81, ,348 1, , , , , ,079 19,447 38,893 58,340 77,786 0,077 18,840 37,680 56,521 75,361 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, ,706 AREA 23 AREA 24 AREA 29 T Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 Q P1 P2 P3 P4 2 0, , , , ,355 0, , , , ,921 1, , , , , ,324 79, , , ,540 0, , , , ,851 1, , , , , ,257 62, , , ,524 0,344 84, , , ,317 0, , , , , ,184 44,980 89, , ,921 0,246 60, , , ,290 0, , , , , ,138 33,730 67, , ,921 0,185 45,235 90, , ,941 0, , , , , ,096 23,461 46,922 70,383 93,844 0,128 31,463 62,927 94, ,853 0,346 84, , , , ,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

17 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.

18 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.

19 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.

20 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 ( ). 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.

21 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 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 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.

22 GRACIAS