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Independientemente de su utilización para el dimensionado óptimo en la fase de proyecto, la aplicación GESTAR nos permite optimizar el funcionamiento de las estaciones de bombeo.

En una reciente aplicación del software a un caso real  he podido comprobar su utilidad y la sencillez de su manejo. Una vez introducidas las variables, como a continuación explicaré, es el mismo personal de guardería y mantenimiento el que se hace cargo de las futuras optimizaciones, en función de la demanda de los regantes.

En primer lugar se ha realizado la verificación de los datos de nodos (hidrantes) y elementos (tuberías y bombeos). La introducción de los datos de hidrantes y tuberías es bastante intuitivo y únicamente para la definición de la estación de bombeo como un elemento único (aunque se dispongan de varias bombas) se debe pasar por la opción de “regulación de bombeo”.

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En esta opción podemos introducir varias bombas funcionando a unas revoluciones por minuto (r.p.m) fijas y hasta dos bombas funcionando  a régimen variable.  El software nos permite conocer para diferentes caudales que rendimiento vamos a obtener del conjunto de la estación de bombeo. Esto resulta muy útil para la fase de proyecto y también para la posterior gestión. En la siguiente imagen se muestra el resultado que ofrece GESTAR para la simulación de un conjunto de bombas, como una estación de bombeo podríamos decir “compacta” o en la que se simula el conjunto de bombas con una única curva.

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En el “caso de estudio” que presento, la Comunidad de Regantes (C.R) disponía de un listado con las necesidades de agua de los diferentes hidrantes (número de horas de apertura)  y la C.R necesitaba optimizar el bombeo para cubrir esas necesidades. Por ejemplo, desconocían si era  posible “encajar” los horarios de los hidrantes en el periodo P6, con el precio más económico de la energía.

Aunque el estudio se realizó para  los diferentes ramales, con alturas de presión y equipos de bombeo diferentes, los resultados de una de las redes los podemos mostrar a continuación a modo de ejemplo. En la siguiente imagen se aprecian los horarios de riego de los diferentes hidrantes, ya trasladados al GESTAR.

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Uno  de los primeros resultados que nos ofrece el software es el rendimiento del conjunto de la estación de bombeo, como podemos ver en la siguiente captura de imagen:

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También conoceremos el  caudal de la impulsión, en base al cual podemos determinar si la estación de bombeo está funcionando dentro de los parámetros de rendimiento que el fabricante nos haya facilitado, además de contrastarlo con la gráfica mostrada más arriba. El rango de caudales también se debe mantener en unos mínimos para que el rendimiento de las  bombas individuales no disminuya excesivamente, incluidas las bombas con variador de velocidad.

Por último, GESTAR también nos va a ofrecer un listado del estado en el que se encuentra cada nodo (principalmente régimen de presión) para cada intervalo de tiempo que nosotros le hayamos prefijado (media hora, una hora). De esta manera el personal responsable de la gestión de la C.R puede prever si en algún hidrante puede producirse un déficit de presión según el patrón de riego establecido y si es así poder modificarlo de manera sencilla.

En resumen, y bajo mi forma de ver, nos encontramos con una herramienta potente para el diseño de redes colectivas de riego y también para la optimización de la gestión de estaciones de bombeo para riego.

MEQ REB ESCADA.jpg

En muchas redes de riego colectivas con instalaciones de bombeo nos encontramos que la red de riego se encuentra monitorizada en mayor o menor grado. Transductores de presión y caudalímetros avisan  al gestor de las instalaciones de roturas o averías de forma inmediata.

Por otro lado lado, lo que podemos denominar el corazón de la instalación, la estación de bombeo, está menos controlada. Pueden haberse instalado analizadores de redes, autómatas y demás elementos, sin embargo el seguimiento del funcionamiento de las bombas se realiza de forma presencial, de “visu”. Evidentemente hay un mínimo de parámetros que sí suelen estar monitorizados en tiempo real como la altura de bombeo, presión mínima de trabajo de los equipos de bombeo,…

Si tenemos en cuenta que los técnicos de las comunidades de regantes tienen que recorrer largas distancias para llegar a todos los puntos donde se encuentran instaladas las válvulas, hidrantes, filtros y demás elementos de la red parece evidente que no van a disponer de mucho tiempo para la verificación del correcto funcionamiento de las bombas.

No solo eso, los equipos de bombeo van a funcionar en el periodo con la energía más barata, es decir, de noche.

Así que nos encontramos con una mezcla de ingredientes bastante peligrosa que puede un día darnos un susto cuando nos encontremos con alguna de las bombas estropeada, desgraciadamente en la época de máximas necesidades de agua por los cultivos, en verano, y con nuestra empresa de mantenimiento cerrada por vacaciones o con unos servicios mínimos.

Bien, a donde quiero llegar es a destacar la importancia del mantenimiento preventivo. En mi opinión es fundamental disponer de una herramienta que de forma automática y periódica que nos indique si nuestros equipos están funcionando como deben y que nos avise cuando se produzca una desviación respecto a los parámetros que le hayamos fijado.

La monitorización en tiempo real de la estación de bombeo, por medio de un  sistema centralizado de recogida de datos eléctricos (a partir de los analizadores de redes),  y el posterior procesamiento de los datos permite la elaboración de informes que ayudan a la toma de decisiones sobre acciones preventivas o correctivas de la instalación.

Los objetivos que se persiguen con este tipo de herramientas son:

  • Monitorización y registro de los consumos energéticos de la planta: consumo total y consumos parciales de energía: Potencias instantáneas del bombeo y de las principales cargas (se obtiene información del consumo energético por bomba).
  • Control de costes de bombeo. Mejorar la relación caudal- potencia para aumentar la eficiencia de las bombas.
  • Estudio y seguimiento de todos los datos de bombas individuales, ratios de funcionamiento y parámetros básicos de facturación, potencias, energías, puntas de demanda y consumos horarios.
  • Reducción del coste de la energía mediante el seguimiento de los consumos de energía por tarifa, bombeando el máxima de agua posible en horas valle y control del cos fi (energía reactiva).
  • Sistema de alarmas para responder inmediatamente en caso de funcionamiento anómalo de las bombas.
  • Mejora del “Mantenimiento Predictivo” mediante:
    • Detección inmediata de sobrecargas en máquinas.
    • Verificación del caudal adecuado para cada bomba.
    • Estimación del mantenimiento preventivo de las bombas a partir de un cierto número de horas acumuladas.
  • Obtención de curvas de demanda de potencias y energía.
  • Realización de informes de consumos de energía y estadísticas.
  • Simulación de facturas. Una situación que ocurre con cierta frecuencia es la presencia de errores en la factura de la compañía. Con esta herramienta se puede simular la factura de manera que se puede contrastar de manera rápida con la factura emitida por la compañía y verificar que no existen errores.

Estos sistemas que normalmente se utilizan en el sector industrial pueden ser muy interesantes también en nuestro sector de la agricultura de regadío y además pueden recibir ayudas según la medida 4 (apartado de mejoras de regadíos) según el PROGRAMA DE DESARROLLO RURAL 2014-2020.

 

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.

fiabilidad redes de riego

Como continuación del anterior post, voy a plantear unas premisas para aumentar la fiabilidad de las redes de riego en grandes sectores de riego. Para Comunidades de Regantes más pequeñas algunas de las ideas expuestas también serán aplicables pero otras, en mi opinión, serán demasiado costosas. Por tanto los gestores de estas últimas deberían seleccionar y priorizar entre los diferentes parámetros planteados

La fiabilidad de las redes de distribución y la continuidad del suministro a los regantes se puede incrementar si se actúa sobre la reducción de la frecuencia de interrupciones y la reducción del tiempo de afectación.

La reducción de la frecuencia de las interrupciones se puede conseguir incrementando la calidad de sus componentes.

Las medidas a tomar en las instalaciones pueden ser las siguientes:

  • Mantenimiento preventivo de redes.
  • Reposición preventiva de componentes que hayan alcanzado su vida útil.
  • Vigilancia y control de las instalaciones: número de guardas destinados a tal misión, medios con los que cuenta, telecontrol, etc.

La reducción del tiempo de afectación puede conseguirse sobre la base de un adecuado seguimiento y de una sistematización de las averías, pudiendo actuar sobre los siguientes aspectos:

  • Monitorización y telecontrol de válvulas de seccionamiento.
  • Sistema de diagnóstico del fallo y de la mejor solución.
  • Acopio de materiales necesarios en la reparación de averías habituales.
  • Equipo especializado de actuaciones rápidas.

La reducción de la frecuencia de las interrupciones es la mejor forma de mantener la continuidad del servicio.

Todo lo comentado en el post anterior y que hacían referencia al control del agua suministrada es válido para mejorar la fiabilidad.

Debemos tener en cuenta que las averías más frecuentes en redes de distribución primarias y secundarias son:

  • Roturas en tubería de PVC orientado o PRFV por defecto de fabricación.
  • Exceso de presión en algunas redes que han provocada problemas en el funcionamiento de los hidrantes afectados: mal funcionamiento de las membranas de los pilotos regulador y limitador, problemas en los solenoides.
  • Corrosión de la tornillería en los terrenos agresivos.
  • Problemas en los variadores de frecuencia de los bombeos, ocasionados por sobretensiones durante las tormentas.
  • Problemas con la electrónica, las baterías, la comunicación y el servidor (por falta de capacidad) del telecontrol.
  • Obstrucciones en los hidrantes y rotura de paletas por las piedras que suele haber en el interior de la tubería en los primeros meses de funcionamiento , que han entrado en el proceso de montaje y que son difíciles de sacar por las válvulas de desagües.

Según el tipo de avería o deficiencia nos podemos ver obligados a una interrupción del riego en la zona afectada y a su reparación inmediatao nos permiten retrasar las reparaciones a periodos con menos afecciones a los regantes, a los periodos de mantenimiento programado o admiten reparaciones sin interrupción de servicio (avería de una bomba, con posibilidad de utilizar otra similar; hidrantes sin riego).

Los fallos o avería que pueden obligar a la interrupción del servicio son:

  • Rotura explosiva de la tubería o separación de los tubos por la unión.
  • Interrupción del servicio eléctrico por avería dentro de la estación de bombeo.
  • Avería en las estaciones de bombeo si solamente disponemos de un equipo.
  • Rotura de la teja de una válvula de desagüe (improbable).
  • Oxidación de las piezas especiales de calderería y de la tornillería

 

Cualquier otro tipo de fallo puede retrasase sin afectar al servicio aunque suponga una pérdida de agua (siempre que no sea excesiva) o incremento del coste energético.

Una vez identificadas las principales causas que afectan a la fiabilidad de las redes de riego, en el siguiente artículo propondré las soluciones para minimizar su afección.

Un saludo y feliz semana !

Jesús.

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://i2.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.