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Estamos colaborando con los proyectos y dirección de las obras de la red de riego y embalse regulador de agua junto al Ayuntamiento de Zaragoza para la potenciación de la agricultura ecológica “red de huertas LIFE km 0”.

El proyecto LIFE km0 tiene como objetivo la recuperación medioambiental de espacios periurbanos mediante la intervención en el ecosistema y la agricultura ecológica

Así pues, se pretende aprovechar una antigua finca de regadío tradicional para dividirla en lotes de un tamaño entre media y una hectárea para que sean aprovechados por agricultores de la zona, siempre con cultivos ecológicos.

El proyecto también pretende ser un ejemplo por la utilización eficiente del agua mediante riego por goteo y la utilización también de energías limpias y renovables. La energía necesaria para las bombas será aportada por un parque solar.

31-10-2014 8.10.58 1En el post anterior hice referencia a la importancia de incorporar baterias de condensadores y variadores de velodidad en las instalaciones de bombeo para optimizar su funcionamiento. En este post pretendo dar una serie de recomendaciones  (en tiempo real, semanal, mensual, anual y trianual) con el objetivo de que el funcionamiento de las instalaciones esté dentro de los parámetros correctos.

En primer lugar destacaría que es fundamental realizar un seguimiento en tiempo real por medio del telecontrol de los siguientes conceptos:

  1. Medición de la temperatura de rodamientos y devanados.
  2. Medición de caudal, presión y potencia absorbida.

Independientemente se deberían llevar a cabo también visitas insitu por medio de las cuales se hará un  seguimiento semanal de:

  1. Vibraciones o ruidos extraños.
  2. Goteo excesivo a través de empaquetaduras.
  3. Nivel de aceite de transmisiones.
  4. Fugas de aceite.
  5. Limpieza de ventilador.

El control será mensual respecto a:

  1. Engrasado de rodamientos según especificaciones del fabricante.
  2. Comprobación y reposición de lubricante recomendado por el fabricante en las cantidades y condiciones recomendadas.
  3. Comprobación de tolerancia en prensaestopas.
  4. Registro de horas de funcionamiento.
  5. Comprobación del rendimiento medio del bombeo.

El control será anual en los siguientes casos:

  1. Sustitución de empaquetaduras.
  2. Alineación de la bomba y el motor.
  3. Vaciar completamente y rellenar de nuevo el circuito de engrase.
  4. Verificación de las conexiones.
  5. Limpieza de las bobinas.
  6. Medición de la resistencia de aislamiento.
  7. Revisión del funcionamiento de las protecciones (caldeo y sondas de temperatura)
  8. Comparación de los valores de corriente, tensión, potencia  y rendimiento medio con los valores nominales.

Cada  tres años se controlará el desgaste de rodamientos de bomba y se sustituirán si es necesario.

Se realizará un mantenimiento quinquenal en los conceptos:

  • Desmontaje completo de las bombas en todas sus piezas, revisión y limpieza de las mismas.
  • Control de rodetes y rodamientos.
  • Pintado del cuerpo.

El mantenimiento será cada diez  años para la sustitución de rodetes y rodamientos

La sustitución de los rodamientos se recomienda en todo caso realizarla cada 12.000 horas de trabajo.

Las anteriores medidas se deben adoptar por razones de eficiencia energética y para evitar superar 10 ó más puntos las pérdidas de rendimiento respecto a los rendimientos exigidos en el Proyecto Constructivo o en las garantías del fabricante en el suministro de los equipos.

 

estacin de bombeo(1)

Como habreis podido leer en los últimos post he hecho referencia al control de calidad y seguimiento del funcionamiento de las redes de riego. En muchas de estas instalaciones nos encontramos también con equipo de bombeo.

Debido al encarecimiento de la energía en los últimos años practicamente todas las instalaciones cuentan con  baterías de condensadores o la tecnología adecuada (variadores de frecuencia) que compense la energía reactiva generada por las instalaciones, de manera que la Comunidad de regantes responsable de la factura eléctrica, no tenga perjuicio económico por este concepto.

En la factura eléctrica mensual aparece la penalización por reactiva cuando el factor de potencia cosϕ tiene un valor menor a 0,95.

En las Comunidad de regantes la energía reactiva se puede resumir como el consumo por parte del transformador y de los motores de las bombas de energía desfasada (“sucia”).

Las penalizaciones se calculan por periodos, solamente para los excesos de energía reactiva consumida, fuera de los periodos valle y con la siguiente fórmula:

P = R (kVArh) – 1/3·E (kWh x Tr ( €/kw)

Siendo:

R: reactiva

E: energía activa

Tr: precio reactiva

La cantidad de energía reactiva por energía total se mide con el factor de potencia (estimado con el Cos ϕ):

11-8-2014 13.8.8 1Donde:

Energía activa consumida:   kWh

Energía reactiva consumida: kVArh

Cuanto más bajo sea el valor de Cos ϕ, más caro es el Tr y por tanto más cara es la penalización por la energía reactiva

Para evitar que las Compañías Eléctricas penalicen por esta energía “sucia”, es necesario instalar una batería de condensadores que contrarreste el efecto de los motores.

Independientemente de lo anterior es fundamental mantener y medir la eficiencia instantánea de los equipos de bombeo.

Si tomamos como referencia las directrices del Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE):

– Eficiencia del Equipo de Bombeo > 0,650 (calificada como Excelente por el IDAE).

– Eficiencia < 0,450 (calificada por IDAE como inaceptable)

Entre estos valores se pueden tomar valores según curvas semejante a las penalizaciónes usada por las compañías suministradoras para penalizar los excesos de potencia en la factura eléctrica.

Las curvas características de las bombas hidráulicas nos señalan gráficamente la relación entre el caudal, altura, rendimiento y potencia absorbida en el eje de la bomba. La dependencia entre estos valores se obtiene en el banco de pruebas a velocidad constante. Entre las distintas curvas características, a distintas velocidades de funcionamiento de una bomba, se cumple la ley de semejanza de Newton. En el cambio de un número de revoluciones a otro, el caudal varía linealmente, la altura varía con el cuadrado y la potencia lo hace aproximadamente con la tercera potencia de la relación del número de revoluciones.

La intersección de la curva característica (a unas determinadas revoluciones) de una bomba con la curva resistente de una impulsión determina el punto funcionamiento del sistema. Las bombas con motor eléctrico trabajan a una velocidad constante. Para elegir la bomba adecuada para una instalación, seleccionaremos aquella bomba en la que el punto del funcionamiento del sistema coincida con su rendimiento máximo. Si las alturas de aspiración e impulsión se mantienen constantes el rendimiento será siempre el máximo, aunque, lógicamente, con el uso perderá rendimiento.

Si impulsamos directamente a la red y se modifican los caudales y las alturas manométricas, el punto de funcionamiento se desplazará de su punto óptimo reduciéndose su rendimiento. Así mismo, si las presiones en aspiración (positivas o negativas) se modifican el punto de trabajo se desplazará en la curva reduciéndose su rendimiento.

En estas condiciones de presiones y caudales variables, si queremos mantener unos rendimientos aceptables se deben instalar variadores de frecuencia que adapten las revoluciones de las bombas a los requerimientos del sistema. Si en algún momento los caudales solicitados son muy bajos, incluso con variadores los rendimientos serán bajos. Por esta razón es conveniente fraccionar los sistemas de bombeo con alguna bomba de menor tamaño.

Los rendimiento de las grupos de bombeo (motor+bomba) trabajando en condiciones estables pueden estar, en una instalación bien diseñada, por encima del 75 % y debido al elevado coste de la energía eléctrica es fundamental mantener la eficiencia y para ello llevar a cabo labores de mantenimiento y monitorizar los principales parámetros de los equipos.

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

Regulacion estacion bombeo

El procedimiento más habitual para dimensionar una estación de bombeo para una obra de regadío es el siguiente:

Determinar el caudal punta para la situación más desfavorable que coicide con el mes de máximas necesidades hídricas  de los cultivos.

Determinar el punto más desfavorable respecto a las necesidades de presión, suele ser el punto más lejano de la estación de bombeo, el más elevado o las dos cosas a la vez.

Buscar los equipos motobomba que nos dan un buen resultado en cuanto a rendimiento para la situación combinada de máximo caudal y máxima presión, eso sí, fraccionándolos para poder trabajar de  forma escalonada en función de la demanda.

Y para acabar, calcular la potencia entrando en la fórmula

2-7-2013 8.7.3 2

Sin embargo esta no es la solución más eficiente.

En primer lugar, aun estando el sistema funcionando para el 100 % de la superficie, las demandas cambian para diferentes meses, en función de los cultivos y de sus necesidades. El sistema, diseñado para la situación más desfavorable,  va a estar funcionando en un régimen para el que no lo hemos diseñado y con un rendimiento inferior al previsto (y mayores costes energéticos).

El bombeo tiene que adaptarse y ser flexible a la demanda.  Y no sólo eso, un buen diseño además supone que tiene que funcionar al máximo rendimiento en todos los casos.

Resulta que el escenario en el que aparece el caudal punta para el que hemos diseñado la estación va aparecer sólo unos días a lo largo del año.

Además el sistema no entra en funcionamiento al 100 % desde el primer día. La superficie puede ser transformada a lo largo de varios años. Otra vez nos encontramos que el punto de funcionamiento óptimo no va a ser el mismo y esto puede ocurrir durante años.

Por ejemplo, en  estos años nos encontramos que el ritmo de modernización de las parcelas se ha ralentizado pues ha aumentado el número de solicitudes para las ayudas oficiales para la mejora de las explotaciones y la administración (al menos en la Comunidad de Aragón) está dilatando la aprobación de estas ayudas.

Así pues es de fundamental importancia calcular la curva de demanda (o de consigna)  y posteriormente elegir la curva de los equipos de bombeo y de la estación en su conjunto que se adapte a la curva de demanda con el mejor rendimiento.

Otras pautas de optimización de los bombeos pasan por organizar los turnos de bombeo para conseguir alturas homogéneas y funcionamiento optimizado en las franjas de tarifa más económica.

Otro aspecto fundamental que se debe de tener muy en cuenta es el mantenimiento adecuado de los equipos de bombeo con sus correspondientes protocolos y la figura del personal de mantenimiento es fundamental.

Una vez que las instalaciones de bombeo ya están ejecutadas y en funcionamiento es también muy recomendable la realización de auditorías energéticas y de funcionamiento de los equipos. Estas auditorías permiten identificar mejoras en la gestión y en los equipos que pueden llevar asociadas importantes ahorros económicos.

Nota: la imagen de cabecera está tomada de la presentación de las Jornadas Técnicas impartidas por el grupo GESTAR en la EUPSH en junio de 2.013

Boletin eficiencia energeticaLa Oficina del Regante de Aragón en su misión de  mejorar la formación de regantes,  gestores de comunidades de regantes, ingenieros y demás personal vinculado al mundo del riego publica este mes el número 29 de su boletín. En este último número del boletín de la Oficina del Regante de Aragón, presenta dos artículos centrados en la eficiencia energética.  Por un lado trata la gestión de la energía y por otro desarrolla la interesante experiencia, llevada a cabo por la misma Oficina del Regante, en riego por goteo en cultivos extensivos, concretamente en la finca experimental de La Alfranca en Zaragoza. En este segundo caso entiendo el ahorro en energía como consecuencia del ahorro en el volumen de agua aportado y por tanto disminución de consumo energético en los bombeos.

En los números anteriores 23 (eficiencia del riego en el uso del agua) ó 26 (variadores de velocidad y eficiencia energética) el boletín ya dedicó sus páginas al cada vez más importante tema de  la eficiencia energética.

También en el número 24 describía en otro artículo la red de estaciones meteorológicas que la Oficina gestiona. La red de estaciones metereológicas persigue una gestión óptima del agua de riego,  por lo que también tiene una incidencia directa sobre la eficiencia energética, pues muchos regadíos se gestionan mediante bombeos.

El primero de los artículos de este último número es una compilación de los post que han ido apareciendo en este blog tocando los temas de eficiencia energética (o ahorro energético) en todos los procesos como uno de los aspectos más importantes para conseguir explotaciones viables y rentables.

Los costes de explotación dependientes de la energía han  ido aumentando de manera constante durante los últimos años.  Por otro lado, el mercado eléctrico también ha sido objeto de cambios normativos que afectan a la contratación, por un lado, y al dimensionado y gestión de las instalaciones.

Conviene establecer objetivos respecto al consumo de energía y hacer un seguimiento de estos objetivos, así como analizar costes energéticos comprobando la facturación respecto a los objetivos establecidos y que no hay errores en la facturación, excesos de potencia,  energía reactiva,…

Una vez que tenemos todos nuestros procesos analizados de forma pormenorizada y optimizados es el momento de pasar a estudiar la posibilidad de aprovechar los equipos electrónicos para conseguir ahorro energético: variadores de velocidad, baterías de condensadores,… En este caso cabe la posibilidad de acogerse a ayudas y subvenciones relacionadas con el Ahorro y Eficiencia  energética.

Agradezco  a la Oficina del Regante la difusión de los contenidos publicados en el blog y les felicito por el trabajo de formación en el sector del regadío que están desarrollando.

https://i1.wp.com/new.paho.org/ecojoven/images/stories/2011/6/tic-en-agricultura.jpg

Paso a paso se van abriendo camino soluciones innovadoras que aprovechan  las nuevas tecnologías aplicadas a la agricultura y que permiten gestionar eficientemente las explotaciones en regadío. Buenas noticias, pues sin duda es un terreno donde tenemos mucho por andar y por tanto por mejorar.

Tomar este camino va a exigir un compromiso por la mejora continua y la profesionalización del sector y seguramente un camino sin retorno que permitirá a las explotaciones diferenciarse, ser más competitivas y eficientes.

Sin ir más lejos, ayer leía un artículo sobre bynse la primera solución Big Data del mundo para la agricultura que permite analizar en tiempo real  las necesidades actuales y futuras de los cultivos.

La tecnología Big Data es, en el sector de tecnologías de la información y la comunicación, una referencia a los sistemas que manipulan grandes conjuntos de datos (o data sets).

La solución bynse está compuesta por un innovador sistema de sensorización de microclimas, denominado bynsebox, empleado para la recogida de datos en campo, y el servicio de información en la nube bynsecloud, encargado de procesar y mostrar la información a los usuarios.

Las bynsebox son unidades sensoras autónomas que recogen datos de los diferentes micro climas que posee una finca o parcela. Gracias a su compatibilidad de sensores, pueden medir hasta 14 parámetros diferentes de importancia para las necesidades del cultivo que se envían a través de telefonía móvil.

Todos estos datos se procesan mediante algoritmos y modelos con tecnología Big Data, dando como resultado, por ejemplo, predicciones sobre las necesidades hídricas exactas de cada microclima, los riesgos de padecer enfermedades o plagas, y el crecimiento de cada uno de los cultivos.

Una aplicación muy interesante para ahorrar agua conociendo en todo momento el estado fenológico del cultivo y la disponibilidad de agua en el suelo.

La segunda aplicación nos será muy util si nos hacemos algunas de las siguientes preguntas ¿Es posible reducir los costes de inversión y energéticos de un determinado diseño o ampliación?. ¿Cómo aumentar la eficacia de la distribución en una red existente? ¿Cuál es el causa de las disfunciones encontradas y cómo resolverlas? ¿Cuál es la mejor composición de la estación de bombeo y aquilatar los costes de bombeo? Seguramente podemos encontrar respuestas utilizando el software Gestar.

GESTAR constituye un paso adelante en las herramientas de ingeniería hidráulica para el diseño, ejecución y gestión de redes a presión orientadas al riego.

Dispone de un sofisticado, a la par que sencillo de usar, conjunto de herramientas y módulos que permiten la configuración óptima de estaciones de bombeo y su regulación, y el analisis energético detallado subsiguiente, gracias a algoritmos innovadores que suministran una modelización fiable, robusta y sencilla.

Permite minimizar los consumos energéticos mediante reorganización de las programaciones de riego, respetando las restricciones hidráulicas de la red y las demandas de los usuarios y modificando dinámicamente las presiones suministradas por las estaciones de bombeo. Estos resultados están también disponibles para integración en el SCADA de cualquier sistema de Telecontrol

Otimiza la regulación de la estación de bombeo adaptando en tiempo real y de forma dinámica las consignas de bombeo según la configuración instantánea de la demanda.

Permite  una gestión flexible con criterios dinámicos constantemente adaptados al estado concreto de demanda. A la vez es capaz de realizar una organización racional de la demanda de agua para evitar colapsos en el sistema.

En la próxima entrega escribo sobre otras tres aplicaciones similares a bynse y gestar.

Un saludo.

Jesús.