Dimensionado de estaciones de bombeo para regadío

Publicado: 24 de septiembre de 2013 en AHORRO ENERGÉTICO, REDES DE RIEGO, SOFTWARE
Etiquetas:, , , , ,

Como ya indicaba en el último post “optimización de los equipos de bombeo”  tradicionalmente se han dimensionado los equipos de bombeo a partir de las necesidades de caudal y presión para una situación o escenario determinados. Por un lado,  el caudal punta de la red a la demanda, cuando cada regante gestiona libremente el tiempo de riego de su hidrante, se suele calcular por medio de la metodología de los caudales de Clement , a partir de las necesidades de agua de la alternativa de cultivos, entre otras consideraciones.

La presión que debe suministrar el sistema es la que el proyectista considere suficiente para que la totalidad de los hidrantes o un porcentaje elevado de los mismos dispongan de la presión de consigna o superior.

Sin embargo, la aparición de aplicaciones informáticas permite optimizar el dimensionado de las estaciones de bombeo y de las redes de riego. Ya sea por medio de hojas Excel (sólo para redes de riego sencillas y con pocos hidrantes) o software específico como es GESTAR los procedimientos de optimización determinan el mínimo coste total anual del sistema,  entendiendo dicho total como la suma del coste de amortización de la inversión y el coste de explotación, simplificando este último normalmente al coste energético.

En este proceso, al aumentar la altura disponible en cabecera, Hd, para el caudal de diseño Qd, existe una relación inversa entre el coste energético (creciente) y el coste de las conducciones de la red (decreciente), como se ilustra en la Figura 1. (Curva del coste anual total del sistema en función de la altura piezométrica disponible en cabecera, Hd , suma de los costes de amortización anual de las tuberías instaladas (CAT) y el coste de la energía (CE) necesaria al año). En el conjunto del coste energético, el término de energía (producto de la energía consumida (kWh) por el precio medio (€/kwh)) es el de mayor peso en las facturas eléctricas anuales según el sistema de tarificación vigente.

La curva de amortización de los materiales nos lleva a valores decrecientes conforme los diámetros de las tuberías son menores.  Todo lo contrario de lo que ocurre con la energía que debe suministrar el sistema para alcanzar la  presión de consigna por medio de una red de tuberías con diámetros menores  (y por tanto más económica).

Así pues, se trata de encontrar el mínimo punto de la curva de amortización de los materiales y de los costes energéticos.

Total annual cost vs available head pressure

Como sugiere la Figura, para una misma curva de coste de amortización de las tuberías (CAT) en función de la altura nominal de disponible en cabecera (Hd), las distintas evaluaciones que se puedan realizar de los costes energéticos anuales (CE1, CE2) en función de diferentes metodologías o tarifas aplicadas, conducen a distintos “diseños óptimos” (Hd1 , Hd2 ). Por tanto la cuantificación realista de los costes energéticos es de interés desde las primeras etapas del proyecto.

Según los últimos datos facilitados por la Oficina del regante de Aragón la modificación de los precios de las tarifas eléctricas va a suponer desde el mes de agosto de 2.013, un aumento entre el 10 y el 30% para la mayoría de comunidades de regantes. Por lo tanto conviene ser prudente a la hora de estimar los costes anuales del sistema y de su impacto en la decisión del punto de mínimo coste anual.

Para la optimización de los equipos de bombeo en regadíos conviene recordar que  la necesidad de altura en cabecera no es constante en el tiempo para una red de riego a la demanda. Debemos cambiar el caudal de cabecera de la red calculado por Clement por una nube de puntos que representan diferentes relaciones caudal y presión en cabecera.

He recogido de la publicación “mejoras en la predicción de costes de energía” presentada en el Congreso Nacional de Regadíos (España) por el equipo de investigación de GESTAR, la siguiente figura:

head pressure heights required vs flow

En la cual se ilustra para una red de riego real la nube de alturas requeridas en cabecera, remarcándose la altura máxima y mínima. Para cada caudal tenemos un amplio rango de presiones requeridas que el sistema debe ser capaz de suministrar si bien debemos de ser capaces de discriminar los valores que no van a ser representativos. Por medio de herramientas específicas podemos generar miles de escenarios aleatorios que nos ayudaran a discriminar las situaciones “excepcionales” y podemos ajustar la potencia de la estación.

La buena noticia es que disponemos de herramientas para modelar de manera muy sencilla, a la par que rigurosa, el comportamiento completo de una estación de bombeo  directo con cualquier tipo de regulación siguiendo una curva de consigna mediante una, o varias, bombas de velocidad variable (o bien siguiendo la curva neta de altura de impulsión de la asociación en paralelo, si todos los grupos son de velocidad fija). Para ello, basta con interpretar el conjunto de la estación de bombeo  como una Bomba Virtual cuyas curvas Altura de Elevación y Potencia Absorbida (o Rendimiento) vs Caudal Neto sean precisamente las Curvas de Operación de la estación de bombeo, es decir la Curva de Consigna impuesta a la EB, y la de Potencia Absorbida Total en función de Caudal Neto, para la composición y tipo de regulación empleada.

Es conveniente que el modelo de simulación permita configurar y comparar ágil y flexiblemente cualquier diseño de estación de bombeo, ofreciendo la opción de composiciones

con números arbitrarios de bombas de RPM constantes (BVF) y de RPM variables (BVV), de igual o diferente tamaño, pudiendo considerar, en el caso de que haya varias BVV, la actuación

de los variadores de forma secuencial (una BVV regulando la presión en cada momento) o simultáneamente (dos BVV regulando simultáneamente con la misma velocidad de giro), ya

que, como ilustra la Figura 13, los resultados en términos de rendimiento, potencia consumida, etc puede diferir notoriamente de unas opciones a otras.

Performance vs Flow

FIGURA 13. Curvas de rendimiento total obtenidas para una Estación de Bombeo según el diseño inicial y mejoras modificando los parámetros de regulación

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s