ICH-2574: Trabajo Nº3: Análisis Económico para

Optimización de Secciones en Canal

1

ICH 2574

TALLER DE OBRAS HIDRÁULICAS

Prof.: Roberto Lüders R.

Ayud.: Diego Ojeda I.

1. ANÁLISIS ECONÓMICO

El análisis económico para determinación de secciones óptimas se basa en la

estimación de costos totales (por metro lineal y en valor presente) para distintas

soluciones técnicas (según materialidad). Se prediseñan distintas series de ancho basal

y pendiente longitudinal para cada tramo tipo (para cada material o revestimiento

evaluado como alternativa), para paralelamente cuantificar costos de obras civiles y

costos por pérdidas de energía generable y potencia vendible, con el fin de encontrar

la combinación ancho-pendiente que minimice la suma total de los costos.

1.1 COSTOS OBRAS CIVILES Y PRECIOS UNITARIOS

Para estimar los costos de construcción se realiza un diseño hidráulico de la sección de

canal, variando anchos y pendientes longitudinales (para cada tramo definido), y se

desarrollan cubicaciones de acuerdo a los criterios de diseño hidráulico, estructural

(cuantías) y geotécnico (excavación). A partir de las cubicaciones por metro lineal de

cada caso y el listado de precios unitarios, se determinan los costos para la obra civil.

1.2 COSTOS POR ENERGÍA NO GENERADA Y POTENCIA

Las pérdidas de carga friccional que se generan a lo largo del canal producen una

disminución equivalente en la altura neta de generación de la central, y por ende una

reducción en la cantidad de energía generable y potencia vendible.

En escurrimiento uniforme, la pérdida de carga por unidad de longitud “J” equivale a la

pendiente longitudinal del canal “i”.

Los costos económicos por energía y potencia vendible se calculan utilizando como

base la matriz de caudales disponibles (estadística media diaria o media mensual,

dependiendo del caso), determinada en el contexto de los estudios básicos del

proyecto. A partir de aquella matriz y las curvas de eficiencia ponderada del grupo

turbina-generador, se determina la pérdida de potencia representativa de cada punto

de la de la serie hidrológica (día o mes, dependiendo del caso), de acuerdo a:

netamdGTmd ΔhQηηgρΔP

donde,

ΔPmd : Pérdida de potencia media mensual, ó diaria, generable [W].

: Densidad del agua [m3/s].

g : Aceleración de gravedad [m/s2].

ηT : Eficiencia turbina (variable según % del caudal de diseño, ejemplo en

Figura 1) [%].

ηG : Eficiencia generador, (normalmente se considera constante) [%].

ICH-2574: Trabajo Nº3: Análisis Económico para

Optimización de Secciones en Canal

2

Qmd : Caudal medio mensual, ó diario, generable [m3/s].

Δhneta : Pérdida de altura neta [m] (pendiente longitudinal i).

Figura 1: Ejemplo curva de eficiencia tipo turbina Pelton

A partir de la serie de potencias medias diarias, la energía media anual que se deja de

generar por efectos de pérdidas de carga se determina como:

mgdmg ΔPfTΔE

donde,

ΔEmg : Pérdida de energía media anual generable [kWh].

ΔPmg : Pérdida de potencia media anual generable [kW].

T : Tiempo total de operación anual 8766 [hr].

fd : Factor de disponibilidad 98,1 [%] (detención de 5 a 7 días/año).

Posteriormente, el costo se obtiene ponderando por el precio monómico (incluye

potencia y energía) de venta de la energía y se trae a valor presente dividiendo por el

factor de recuperación de capital:

n,ir/EPC mgEaargC.P

donde,

CP.Carga : Valor presente costo por pérdidas de carga (potencia y energía) [USD].

PE : Precio de venta de la energía [USD/MWh].

r : Factor de recuperación del capital [-]

n : Horizonte de evaluación del proyecto [años].

i : Tasa de descuento anual [%].

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Eficie

ncia

[%

]

% del caudal de diseño [%]

ICH-2574: Trabajo Nº3: Análisis Económico para

Optimización de Secciones en Canal

3

Los valores de precio monómico de venta de la energía y tasa de descuento son

normalmente adoptados a indicación del dueño del proyecto.

1.3 SECCIÓN ÓPTIMA

La sección óptima es aquella combinación de ancho-pendiente que minimiza la

sumatoria de costos, es decir, valor presente de los costos por pérdidas de carga más

el presupuesto de construcción de las obras.

ónConstrucciaargC.PTotal CCC