conferencia de clausura del 46º cihs

7/28/2019 Conferencia de clausura del 46 CIHS

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Madrid, 19 de Enero de 2012

Madrid, May 22, 2012

EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS

Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control

Enrique CabreraCatedrtico de Mecnica de FluidosITA. Universidad Politcnica de Valencia

Barcelona, 12 de Julio de 2012


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INDICE

EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEASEstrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control

1. Introduccin

2. Una perspectiva histrica3. Agua subterrnea Energa Cambio climtico4. El creciente peso de la factura de la energa.5. Las bombas y su punto de funcionamiento

6. La necesidad de regular7. La necesidad de medir8. La necesidad de optimizar el consumo de energa9. Balances costes/beneficio10.Conclusiones


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INTRODUCCION

Cul es el inters de esta ponencia?

Elevar el agua subterrnea cuesta energa y, por tanto,dinero

El precio del petrleo ha venido siguiendo, en media,una tendencia al alza

El 1 de Julio de 2008 se suprimen las tarifas elctricaspara el riego (es el mayor uso del agua subterrnea),con el encarecimiento subsiguiente


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INTRODUCCION


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INTRODUCCION


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INTRODUCCION

AOSUPERF.

(MILES HA)

USO DE AGUA

(HM3.)

CONSUMO DE

AGUA (HM3)

CONSUMO DE

ENERGIA (GWH)1900 1000 9000 5400 0

1930 1350 12150 7594 182

1940 1500 12750 8288 191

1950 1500 12375 8353 309

1970 2200 17600 12320 1056

1980 2700 20925 14648 2093

1990 3200 24000 17400 3480

2000 3410 23870 18499 4893

2007 3760 24440 20163 5866

2007/ 1950 2,5 2,0 2,4 19,0

Fuente: Elaboracin propia con datos del MARM Y DEL MITYC

EVOLUCION DEL CONSUMO DE ENERGIA PARA RIEGOEN ESPAA

Fuente: Joan Corominas, 2010


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INDICE



1. Introduccin2. Una perspectiva histrica3. Agua subterrnea Energa Cambio climtico4. El creciente peso de la factura de la energa.5. Las bombas y su punto de funcionamiento

6. La necesidad de regular7. La necesidad de medir8. La necesidad de optimizar el consumo de energa9. Balances coste/beneficio

10.Conclusiones


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UNA PERSPECTIVA HISTRICA

Los qanats: los antecedentes de las aguas subterrneas. Hace unos 5000aos (en Persia).

Pozo madre

500 m hasta muchos km

20 100 m

10 hasta 100 m3/h

50 100 m

pozo


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Pero no haba capacidad de perforar,, ni de elevar.

Tornillo de Arqumedes (procedente de Egipto). Bomba de pistones Ctesibius

350 AC

200 AC 1000 AC


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Edad media


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Las bombas que hoy conocemos estn basadas en

la ecuacin de Euler e inspiradas en las turbinas

hidrulicas que les preceden. En 1885 llega la

culminacin de todos estos desarrollos al presentarJames Francis la patente de su turbina.

Y mientras se desarrollaban los

conocimientos necesarios paraelevar agua, el agua subterrnea

que se utiliz provena de los

qanats



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A mediados del siglo XVIII (1754 ), Leonardo Euler establece la ecuacin

bsica de las turbomquinas, propiciando el desarrollo de las turbinas


Pero ser, en 1827, Fourneyron el primero en disear un

rodete con un alto rendimiento (80%). En 1932 se instalaen el primer aprovechamiento

RodetedeEuler

RodetedeFourneyron


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AGUA Y ENERGA EN ESPAAUN RETO COMPLEJO Y FASCINANTE


Evolucin histrica


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El primer pozo Els atrevits, 1894

HIMNO DE VILA-REAL

Foradant les dures penyes

fent eixir al sol les aiges

convertint en horta hermosa

el sec dels nostres pares


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1894Els atrevits

Transformacin secano

en regado 1902 - 1913

San Roque1909

Primer motor elctrico asncrono, Tesla 1888


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Fase 1Hidroesquizofrenia

Fase 2Revolucin silenciosa

Fase 3Lobbies agrcolas

Fase 4Lobbies ecologistas

Fase 5Conflicto Social

Aumento

Descenso

Tiempo

Ejem

plos California (1950)

Texas (1970)

Arizona (1970)

Espaa (1980)India (1990)

Mjico (1990)

California (1930)

Texas (1940)

Arizona (1960)


Mjico (1970)

California (1980)

Texas (?)

Arizona (1980)

Espaa (1990)India (?)

Mji co (?)

Espaa(Trasvase Ebro,2000)

California

(plan Bay-Delta 1999)India

(Subsidio energa, 2004)

VALOR DELACOSECHA ($/ha)

PROFUNDIDADDEL AGUA (m)

COSTEDELRIEGO ($/ha)

COSTEUNITARIODEL AGUA DEPOZO ($/m3)

% POBLACIN ENAGRICULTURA

California (1920)Texas (1930)

Arizona (1950)

Espaa (1960)India (1960)Mjico (1960)






Aumento

Descenso

Tiempo

Ejem


Texas (1970)

Arizona (1970)


Mjico (1990)

California (1930)

Texas (1940)

Arizona (1960)


Mjico (1970)

California (1980)

Texas (?)

Arizona (1980)


Mji co (?)


California









Arizona (1950)







Aumento

Descenso

Tiempo

Ejem


Texas (1970)

Arizona (1970)


Mjico (1990)

California (1930)

Texas (1940)

Arizona (1960)


Mjico (1970)

California (1980)

Texas (?)

Arizona (1980)


Mji co (?)


California









Arizona (1950)


Llamas:Larevolucinsilenciosa.

JOURNALOFWATERRE

SOURCESPLANNINGA

NDMANAGEMENT

ASCE/SEPTEMBER/OCTOBER2005/337

Espaa1960

Els atrevits, 1894!!


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INDICE



1. Introduccin2. Una perspectiva histrica3. Agua subterrnea Energa Cambio climtico4. El creciente peso de la factura de la energa.5. Las bombas y su punto de funcionamiento6. La necesidad de regular7. La necesidad de medir8. La necesidad de optimizar el consumo de energa9. Balances coste/beneficio

10.Conclusiones


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AGUA Y ENERGA EN ESPAAUN RETO COMPLEJO Y FASCINANTE

AGUA:

El uso sostenible delagua consume energa

ENERGA

El consumo de energaconlleva emisin de GEI

EMISIONES

La emisin de GEIaltera el clima

Huella energtica delmanejo del agua

Huella emisin GEI

CLIMA

La alteracin del climamodifica el rgimen delluvias con tendencia(al menos en el Mediterrneo)a su disminucin

Agua subterrnea Energa Cambio climtico


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SUPERFICIAL SUBTERRANEO TRASVASES DESALACION REUTILIZACION

Gravedad 1.082.602 84 13,2 2,7 0,17500

Aspersin y automotriz 727.523 71 28,6 0,1 0,36500

Localizado 1.482.054 54 39,3 4,5 1,1 1,1

5000

TOTAL REGADIOS 3.308.643 67,6 28,4 2,9 0,5 0,6 6.154

Superficie eninvernadero

65.991

Fuente: Elaboracin propia con datos de la Encuesta sobre superficies y rendimientos de cultivos 2008

(MARM)

CARACTERISTICAS DE LOS REGADIOS ESPAOLES

SUPERF.RIEGO

2008 (HA)SISTEMA DE RIEGO

USOMEDIO

DEAGUA

(M3/HA)

ORIGEN DEL AGUA (%)



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SUPERFICIAL SUBTERRANEO TRASVASES DESALACION REUTILIZACIONZONARIEGO(BAJA)

INCLUIDOTRANSPORTE YTRATAMIENTO(ALTA Y BAJA)

Gravedad0,02 0,15 1,20 3,70 0,25 0,04 0,07

Aspersin y automotriz0,24 0,05 0,25 1,20 3,70 0,25 0,35 0,35

Localizado0,18 0,10 0,50 1,20 3,70 0,25 0,43 0,53

TOTAL REGADIOS 0,13 0,06 0,39 1,20 3,70 0,25 0,28 0,34

Fuente. Elaboracin propia

SISTEMA DE RIEGO

SISTEMADE RIEGO

ENERGIA GASTADA EN EL RIEGO (KWH/M3)

TOTALCAPTACION TRANSPORTE Y TRATAMIENTO

BAJA ALTA



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INDICE





10.Conclusiones


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El creciente peso de la factura de laenerga

ZONA RIEGO(BAJA)

INCLUIDO TRANSPORTEY TRATAMIENTO (ALTA Y

BAJA)

Gravedad 275 519

Aspersin y automotriz2256 2268

Localizado2153 2640

TOTAL REGADIOS 1.738 2.077

TOTAL ENERGIA PARA REGADIO(GWH)

5.752 6.873

% SOBRE TOTAL ENERGIAELECTRICA EN ESPAA

1,98 2,37

Fuente. Elaboracin propia

ENERGIA CONSUMIDA (KWH/ HA)

SISTEMA DE RIEGO


24/ hanegada


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El creciente peso de la factura de laenerga


ENERGIA UTILIZADA EN LOS REGADIOS (1950-2007)

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

12500 15000 17500 20000 22500 25000

AGUA UTILIZADA (HM3)

ENE

RGIACONSUMIDA(GWH


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INDICE





10.Conclusiones


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Las bombas y su punto defuncionamiento

El punto de funcionamiento de una bomba a una velocidad de giro es UNICO!!!.Hay que procurar que todas las bombas trabajen en su punto ptimo


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Regular, cerrando vlvula, es como frenar un coche sin quitar el pie delacelerador y con el freno de mano


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Hay que regular con variadores de frecuencia. Un anlisis coste beneficioevidencia que se amortiza la inversin en muy poco tiempo


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INDICE





10.Conclusiones


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La necesidad de regular

En el bombeo: Variaciones de nivelLa altura dinmica del pozo depende del balanceelevacin recarga. Es muy variable sobre todoen pocas de sequa.

Antes se operaba una vlvula. Curva resistente

Hoy variador de velocidad (variador de frecuencia)

N= (60 x f )/p


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Ejemplodereg

ulacinenunr

ebombeo

Curva de consigna

V.R.

Depsito

aspiracin

BVV

BVV

Transductor

presin

Cudalmetro

BVF

BVF

Seguir C.Consigna H=f(Q) con 2 BVF y 2 BVV

hay que medir!!


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Ejemplodereg

ulacinenunrebombeo

36

REGULACIN COMPARTIDA 2 BVV

+

Rango caudales (1)

Rango caudales (2)

Q Bajos 1 BVV

Q elevados 2 BVV a igual N

2 BVV a cualquier Q


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INDICE





10.Conclusiones


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LA NECESIDAD DE MEDIR

Rango: 0-10 bar Rango: 30-3000 l/h


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Woltmann horizontal Woltmann vertical Woltmann en codo Woltmann vertical

Hay que montar bien,


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Y el contador ms adecuado,


B

EC

B

E

LK

DQ

4

2

Caudalmetroelectromagntico


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t1

t2

cos2

Vc

Lt

cos1

Vc

Lt

Caudalmetro ultrasnico

Y el contador ms adecuado,


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Equiposregistradorespara

controlarel

funcionamientoencontinuo


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LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien


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Contador inmediatamente despus de un codo!!



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Contador proporcional que no funciona bien!!



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Contador lleno de arena!!



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Contador que no registra toda el agua elevada!!



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En algn tiempo hubo un contador!!!



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Lo que se visit (una muestra representativa)



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LANECES

IDADDE

MEDIR,..

.,bien


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INDICE





10. Conclusiones

LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR EL


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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR ELCONSUMO DE ENERGA

El importe de la energa es asunto clave para que la agricultura seaeconmicamente sostenible (la mayor parte del coste del agua es energa)

Corominas,2010



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El consumo de energa es funcin del caudal trasegado, laaltura de bombeo y el punto de funcionamiento de lasbombas

Con un manmetro conozco la altura de bombeo Con un caudalmetro el caudal circulante

A partir de los valores precedentes, tengo el punto defuncionamiento.

Conozco el rendimiento terico de la bomba Pero LAS CURVAS a veces no dicen la verdad. O,

tambin, las bombas se desgastan.

VERIFICACIN ELCTRICA



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Con el paso del tiempo las condiciones de funcionamientopueden variar. Hay que estar siempre vigilantes. Para ello:

Medir Verificar

Hay mucho en juego: costes ambientales

0.5 Kg CO2/Kwh

Precio de un crdito de carbono (10 - 30)



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La liberalizacin del mercado

Planells (Iberdrola) 2010



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Sumandos de la factura

Planells (Iberdrola), Junio de 2010Ya el 21%


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INDICE



1. Introduccin

2. Una perspectiva histrica3. Agua subterrnea Energa Cambio climtico4. El creciente peso de la factura de la energa.5. Las bombas y su punto de funcionamiento

6. La necesidad de regular7. La necesidad de medir8. La necesidad de optimizar el consumo de energa9. Balances coste/beneficio10. Conclusiones


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BALANCES COSTE/BENEFICIO

INTERS DEL ESTUDIO: DEPENDE MUCHO DEL CASO

Caudal y altura

Horas de funcionamiento/ao

60 m de altura; 1500 lpm de caudal, rendimiento global 0,6 y 2000 h/ao

25 Kw, 50000 Kwh/ao, 8000/ao

20 % de mejora: 1600/ao


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INTERS DEL ESTUDIO: DEPENDE MUCHO DEL CASO

Caudal y altura

Horas de funcionamiento/ao

100 m de altura; 6000 lpm de caudal, rendimiento global 0,6 y 2000 h/ao

165 Kw, 330000 Kwh/ao 49500/ao

20 % de mejora: 10,000/ao

La bomba completa vale 30000 (y lo ms probable es que no haga faltacambiarla)


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INTERS DEL ESTUDIO: DEPENDE DEL CASO

Ahorro notable. Inversin en ocasiones escasa Controlar el funcionamiento de la instalacin: MEDIR !!! Variadores de velocidad

Bomba vieja o inadecuada

Importante ahorro en la potencia contratada

Costes ambientales no incluidos (el valor de los crditos de carbono)

En el precedente ejemplo un 20% de ahorro supona 66000Kwh/ao deahorro equivalentes en una primera aproximacin a unos 70 cc

El valor de los crditos de carbono es poltico (10 a 40)

No es extrao que la UE haya tomado cartas en este asunto


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ALGUNOS NUMEROS FINALES PARA SUBRAYARLA RELEVANCIA DEL ASUNTO

En Espaa 6500 Hm3/ao de aguas subterrneas elevadas

Suponiendo 0,4 Kwh/m3 suponen unos 2600 Gwh/ao (una tercera parte de laenerga total del riego). Nota.- Se ha visto (Corominas) 0,39 Kwh/m3

Se puede llegar a este valor de manera indirecta:

1,000,000 de pozos

Caractersticas medias (60 m, 600 lpm, 40% rendimiento), potencia 15 Kw Caudal elevado en una hora: 36 m3 15 Kwh/36 m3 0,4 Kwh/ m3

Potencia efectiva: 15 Gw (Potencia contratada = ?) 260 h/ao suponen 2600 Gwh/ao


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INDICE



1. Introduccin

2. Una perspectiva histrica3. Agua Energa - Riego4. El creciente peso de la factura de la energa.5. Las bombas y su punto de funcionamiento

6. La necesidad de regular7. La necesidad de medir8. La necesidad de optimizar el consumo de energa9. Balances coste/beneficio10.Conclusiones

Conclusiones


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ConclusionesCOSTES AMBIENTALES

DE

NMARK

10l/capitaandyear(Waterbottled)

ITALY

20

0l/capitaandy

ear(Waterbottled)

Source: IWA, 2010


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AGUAS SUBTERRNAS:

Perforacin

Bombeo INVERSIN +

ANUALIDAD (SIN COSTES AMBIENTALES) SLO ENERGA

SOLUCIN MS ECONMICA:

Anualidad de amortizacin + anualidad de explotacin = VALOR MNIMO

Enorme margen de mejora

La energa se ha convertido en el factor que ms encarece el agua La apuesta por la

Conclusiones

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