1.3.2.-Ut6 (Manual de Teoría)

UNIDAD DIDÁCTICA 6

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN COMUNIDADES DE REGANTES

MÁSTER UNIVERSITARIO DE GESTIÓN Y DISEÑO

DE PROYECTOS E INSTALACIONES

CURSO 2012-2013 2014-2015

ASIGNATURA EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA

UNIDAD 6. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN COMUNIDADES DE REGANTES

ÍNDICE Página

OBJETIVOS .................................................................................................................................. 1 INTRODUCCION. ......................................................................................................................... 3 6.1. CONCEPTOS DE EFICIENCIA DEL USO DEL AGUA Y LA ENERGÍA EN INSTALACIONES DE RIEGO ................................................................................................ 5 6.1.1. CONCEPTO DE EFICIENCIA DEL AGUA DE RIEGO ....................................... 5 6.1.2. CONCEPTO DE EFICIENCIA ENEGÉTICA DEL REGADÍO ............................. 6 6.2. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UNA COMUNIDAD DE REGANTES ............................................................................................................................ 8 6.2.1. VARIABLES DE CÁLCULO................................................................................. 8 6.2.2. CALCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA MEDIANTE ANÁLISIS DE TIPO ENERGÉTICO .................................................................................................................. 9 6.2.3. CALCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA MEDIANTE ANÁLISIS DE ALTURAS PIEZOMÉTRICAS Y POTENCIAS................................................................ 12 6.2.3. CALIFICACION ENERGÉTICA ......................................................................... 15 6.3. AUDITORÍAS ENERGÉTICAS EN COMUNIDADES DE REGANTES ..................... 16 6.3.1. OBJETIVO DE UNA AUDITORÍA...................................................................... 16 6.3.2. FASES EN EL DESARROLLO DE UNA AUDITORÍA ...................................... 17 6.3.3. METODOLOGÍA DE REALIZACIÓN DE UNA AUDITORÍA ............................. 19 6.3.4. PROTOCOLO DE AUDITORÍAS ENERGÉTICAS............................................ 23 RESUMEN................................................................................................................................... 25

MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES

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UNIDAD 6. EFICIENCIA ENERGÉATICA EN COMUNIDADES DE REGANTES

OBJETIVOS El objetivo general de la presente unidad es conocer como se analiza la eficiencia energética de una comunidad de regantes, así como las posibles medidas correctoras, siendo los objetivos específicos los siguientes:  Conocer la relación entre la eficiencia del agua y la energía en una comunidad de regantes.  Conocer qué componentes intervienen en la eficiencia energética de una comunidad de regantes.  Conocer cómo se calcula la eficiencia energética de una comunidad de regantes.  Conocer el proceso de realización de una auditoría energética en una comunidad de regantes.


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INTRODUCCION. La modernización del regadío llevada a cabo en España en la última década como consecuencia de la ejecución de diversos planes de modernización impulsados por el Gobierno de España, como el Plan Nacional de Regadíos, el Plan de Choque de Modernización de Regadíos, el Plan Agua y la Estrategia Nacional para la Modernización Sostenible de los Regadíos, ha consistido básicamente en la sustitución de las antiguas redes de distribución de agua de riego formadas por acequias y canales, por redes ramificadas de tuberías a presión. Estas redes permiten la conexión directa de los sistemas de riego por goteo y aspersión, sin necesidad de grupos de presión adicionales en las parcelas de riego. Este proceso de modernización ha dado lugar a que, en el periodo 1970 – 2007, el consumo de agua se reduzca en más de un 20%, mientras que el consumo de energía se ha incrementado un 650%. Tras el proceso de modernización, las Comunidades de Regantes, que son las entidades encargadas de gestionar la distribución de agua de riego en España, se han visto con una infraestructura altamente tecnificada, pero con unos procedimientos de gestión obsoletos, debido al cambio de infraestructuras. De todos los aspectos de la gestión, uno de los puntos críticos de los nuevos sistemas de distribución de agua de regadío, es el control y la gestión de la energía, ya que la modernización ha dado lugar a infraestructuras más eficientes en términos de consumo de agua, pero menos eficientes en términos de consumo de energía. El control y la gestión de la energía se han convertido en una de las principales preocupaciones por parte de los gestores de las comunidades de regantes, debido a tres circunstancias nuevas con las que se han encontrado: 1. La mayor demanda de energía de los sistemas de distribución modernizados. 2. El incremento del coste de la energía, como consecuencia de la supresión de las tarifas especiales para riegos y la liberalización del mercado eléctrico español, desde julio de 2008. 3. El mayor incremento periódico del coste de la energía de los últimos años, para paliar el llamado “déficit tarifario” (Real Decreto-Ley 6/2009). Estas circunstancias han ocasionado que el gasto energético de las comunidades de regantes pase a ser uno de los principales problemas de la gestión económica de las mismas, llegando a representar en ocasiones más del 70% del gasto económico total. En España existen un total de 7.196 comunidades de regantes y otros tipos de colectivos de riego que gestionan el 69% de la superficie regable. De ellas, en el año 2008, fin de vigencia del Plan Nacional de Regadíos, alrededor de un 8% habían modernizado ya su infraestructura de distribución de agua y cerca de un 42% estaban en vías de modernizarla. Las comunidades de regantes gestionan y explotan los sistemas de distribución de agua de riego. Recae, por tanto, sobre ellas la competencia de la gestión de una parte muy importante del consumo energético del regadío, de forma que todas las iniciativas encaminadas a estimar y reducir el consumo energético de las comunidades de regantes contribuirán a la disminución del consumo energético agrícola y global. Una de las medidas reflejadas en el Plan de Acción 2008-2012 de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España (PAE4+) para potenciar el ahorro energético en el regadío, es la realización de auditorías energéticas en comunidades de regantes. Las auditorías energéticas son estudios que tienen como objetivos principales la medida o estimación del consumo energético y la propuesta de medidas


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EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA

de ahorro. Para realizar una auditoría energética en una comunidad de regantes, el procedimiento se inicia con una toma de datos a partir de la cual se identifican los puntos críticos de consumo energético para posteriormente establecer y valorar las posibles medidas correctoras que permitan una mejora de la eficiencia energética del sistema de distribución. En esta unidad se estudia el concepto de eficiencia energética del regadío y se aborda el desarrollo completo de una auditoría energética en una comunidad de regantes.

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MASTER EN GESTIÓN Y DISEÑO EFICIENTE EN PROYECTOS E INSTALACIONES


6.1.

CONCEPTOS DE EFICIENCIA DEL USO DEL AGUA Y LA ENERGÍA EN INSTALACIONES DE RIEGO

En el ámbito de la agricultura de regadío, los cultivos requieren del recurso agua para conseguir producciones económicamente rentables. A su vez, los actuales sistemas de riego modernizados, requieren energía que se consume en el transporte, distribución y aplicación del agua de riego. Esta necesidad de energía está condicionada por las barreras topográficas existentes entre los puntos de captación y las zonas de cultivo así como al empleo de sistemas de riego a presión, como son el riego por aspersión y el riego por goteo. Por tanto, en los actuales regadíos modernizados el consumo de agua y energía están íntimamente relacionados. Esa relación es tanto mayor cuanto más dependencia energética tenga la zona regable, entendiendo por dependencia energética la relación entre el volumen de agua bombeado y el volumen total aplicado a lo largo de una campaña de riegos. En este sentido, existen zonas regables en las que es necesario el bombeo del agua, tanto para la captación, como para el transporte, la distribución y la aplicación, por lo que cada m³ de agua que se aplique, necesita ser previamente bombeado, por lo que su dependencia energética será del 100%. Por el contrario, existen regadíos en los que la posición de los puntos de captación de agua respecto a los de consumo, tienen una localización topográfica favorable, de forma que el agua puede ser transportada por gravedad hasta la zona de riego, sin necesidad de consumir energía, Incluso, en aquellos casos en los que el desnivel topográfico favorable sea elevado, puede que tampoco sea preciso aportar energía para poder regar por aspersión y goteo. En estos casos, la dependencia energética sería nula, no siendo necesario consumir energía para poder regar. Entre ambas situaciones existen un amplio abanico de dependencias energéticas en función de la ubicación de los puntos de suministro y la topografía de las zonas regables. Por todo ello, en aquellos regadíos con un determinado porcentaje de dependencia energética, el ahorro de agua es proporcional al ahorro de energía, y este ahorro será tanto mayor cuanto mayor sea dicha dependencia energética. En este sentido, un regadío que ahorre el 30% de agua ahorrará un 30% de energía. No obstante, a la hora de analizar el aprovechamiento de energía, la eficiencia energética se desvincula de la eficiencia del uso del agua, entendiendo que un regadío será tanto más eficiente energéticamente, cuando para el suministro de un mismo volumen de agua a la presión necesaria, el consumo energético sea menor. 6.1.1. CONCEPTO DE EFICIENCIA DEL AGUA DE RIEGO Desde la primera definición del concepto de eficiencia del uso de agua de riego dada por Israelsen en 1932, en la que relacionaba la cantidad de agua consumida en la producción de un cultivo dado, con la cantidad de agua movilizada para riego, se han dado múltiples definiciones de eficiencia que tratan definir el aprovechamiento del agua para el riego de los cultivos. De esta forma, una baja eficiencia representaba una gran cantidad de agua perdida, simplificando así el proceso. Posteriormente, el concepto de eficiencia del riego se desglosó en los tres procesos asociados al riego como son el transporte, la distribución y la aplicación en parcela, si bien, el agua que no era directamente aprovechada por el cultivo, se entendía que era agua perdida, sin considerar que esa agua puede retornar aguas debajo de los puntos de aplicación para volver a reutilizarse. Este concepto ha sido sometido a numerosas revisiones, para representar con mayor precisión el aprovechamiento de agua para la producción agrícola.


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En cualquier caso, el término eficiencia del riego viene a representar el aprovechamiento por parte del cultivo que se hace del agua de riego movilizada. Es por tanto un concepto asociado al manejo del sistema de riego, cuyo límite máximo está condicionado por la uniformidad del sistema de riego empleado, de forma que para que un cultivo tenga una producción óptima, el riego ha de ser uniforme y además eficiente. Hoy día, existen técnicas de riego deficitario controlado, que consisten en reducir la dosis de riego en determinados estados fenológicos del cultivo que no afectan a la producción del mismo, pudiendo ahorrar una cantidad considerable de agua, sin reducción de la producción. Por tanto, cualquier técnica de ahorro de agua en un regadío modernizado con una determinada dependencia energética, producirá un ahorro de energía proporcional al ahorro de agua. 6.1.2. CONCEPTO DE EFICIENCIA ENEGÉTICA DEL REGADÍO El consumo energético regadío se produce en los grupos de bombeo instalados en las estaciones de elevación. Sin embargo, su eficiencia energética no depende exclusivamente del rendimiento de dichos equipos (motores, bombas y elementos accesorios) sino también del aprovechamiento de la energía que permita el diseño de las infraestructuras de riego. Como se ha indicado anteriormente, en el ámbito del regadío, el ahorro de agua se analiza mediante la eficiencia del uso del agua, de forma que las pérdidas de agua en el proceso de conducción, distribución y aplicación no se consideran a la hora de analizar la eficiencia energética del sistema, sino que se analizan aparte. Por tanto, a la hora de analizar la eficiencia energética, se considera que un sistema de riego será tanto más eficiente energéticamente, cuando para un mismo suministro de agua a la presión necesaria, tenga un consumo energético menor. La eficiencia energética de una red de distribución de agua de riego a presión, denominada Eficiencia Energética General (EEG), representa la relación entre la energía requerida por los sistemas de riego en parcela suministrados (Er) y la energía consumida (Ec). Esta eficiencia general se puede desglosar a su vez en dos componentes que dependen ambas de la energía suministrada (Es). Estas dos componentes son la Eficiencia de Suministro Energético (ESE) y la Eficiencia Energética de los Bombeos (EEB). Por tanto, EEG se puede expresar según la siguiente ecuación:

EEG 

Er Er Es    ESE  EEB Ec E s Ec

(6.1.)

La EEG puede teóricamente adoptar valores entre 0 y 1, por lo que se puede expresar en tanto por ciento. La ESE representa la relación entre la energía requerida por el sistema de riego (Er) y la energía hidráulica suministrada por los bombeos (Es). Depende del diseño y manejo del sistema de distribución de agua de riego, ya que ambos procesos condicionan el suministro de energía que se aporta al sistema. Por ejemplo, si en el diseño de la red colocamos balsas de regulación a una altura excesiva, se va a suministrar al sistema mucha más energía que la realmente requerida, por tanto la eficiencia del suministro será baja. La eficiencia de suministro energético se debe obtener para cada sector hidráulico independiente y para toda la red de distribución. Se entiende por sector hidráulico independiente, aquel sector de distribución de agua que se alimenta de uno

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o varios puntos de suministro y uno o varios bombeos que abastecen exclusivamente a la superficie regable del sector. En caso de que haya varias infraestructuras de tuberías de distribución de agua claramente diferenciadas, pero que compartan bombeos y/o puntos de suministro de agua, se deben englobar todas las infraestructuras de distribución en un único sector de riego. Para poder determinar la eficiencia del suministro energético, se debe establecer en primer lugar el balance de energía entre la energía demandada por el sistema de riego abastecido por dichos recursos en la zona de cultivo y la energía inicial del agua en cada punto captación del sector hidráulico o de la comunidad de regantes. Una vez obtenido ese balance de energía, se compara dicho valor con la energía hidráulica que se suministra al sector. También se puede calcular en términos de alturas piezométricas, mediante la relación entre la diferencia de alturas piezométricas, es decir altura piezométrica demandada por el sistema de riego y la altura piezométrica en los puntos de captación, y la altura piezométrica aportada por los grupos de bombeo. Por otro lado, la EEB representa la relación entre la energía hidráulica suministrada (Es) y la energía consumida (Ec). Esta energía consumida es, en la mayoría de los casos, en forma de energía eléctrica. Esta eficiencia se puede obtener también en términos de potencia, calculándose en este caso como la relación entre la potencia hidráulica suministrada (Ns) y la potencia realmente absorbida (Na). º representa por tanto, el rendimiento de los equipos de bombeo. En general, en el rendimiento total de los equipos de bombeo intervienen los siguientes rendimientos individuales: Rendimiento de la bomba (b). Es el que tiene la bomba en función de su diseño. Representa el cociente entre la potencia hidráulica suministrada por la bomba y la potencia recibida en el eje de la bomba. Los valores habituales de oscilan entre 0,75 y 0,85. 

Rendimiento del motor (m). Es el que tiene el motor de accionamiento. Se calcula como el cociente entre la potencia suministrada en el eje y la absorbida por el motor, siendo habituales valores que oscilan entre 0,8 y 0,9.



Rendimiento del cableado y aparallaje de maniobra, existente desde el transformador hasta el motor de accionamineto (c). Esta pérdida de rendimiento se debe a que en el cableado se produce una caída de tensión que conlleva una pérdida energética en general y en particular una pérdida de energía en forma de calor por efecto Joule, pudiendo tener gran importancia en bombeos sumergidos en pozos a gran profundidad.



Rendimiento del variador de velocidad que acciona el motor (v). Es variable en función de la frecuencia de salida resultante. Puede tener valores que oscilan entre 0,95 y 0,97.



Rendimiento hidráulico de la instalación (p). Tiene en cuenta las pérdidas de carga existentes entre la salida de la bomba y el punto de medida de la presión provocadas por los codos, válvulas de mariposa, válvulas de retención, etc.

El rendimiento total de la estación de bombeo, vendrá dado por la siguiente expresión: EEB = t = b· m · c · v · p


(6.2.)

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6.2.

CÁLCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UNA COMUNIDAD DE REGANTES

6.2.1. VARIABLES DE CÁLCULO Las variables de cálculo de la eficiencia energética se pueden ver en la Figura 6.1, que corresponde con una red de distribución a presión genérica de una comunidad de regantes. En ella se presentan cuatro puntos de suministro de agua, los cuales, en función de la cota de captación, entran a la red por gravedad (suministro 4) o mediante bombeo (suministros 1-3), para suministrar a la red de distribución la presión necesaria demandada por el sistema de riego abastecido. El sistema de distribución comienza en un embalse de cabecera del que parte una red ramificada sobre la que se conectan diferentes hidrantes que abastecen de presión y caudal necesarios para el correcto funcionamiento del sistema de riego en parcela. Además cuenta con tres bombeos, de los cuales dos de ellos conectan directamente a la red de distribución, de forma que el agua impulsada irá directamente a los hidrantes, en caso de estar éstos abiertos, o al embalse de cabecera, en caso de que los hidrantes estén cerrados. Embalse

Suministro 4 (Vi, zi, Pi)

z1 P d1 S1 V d1 Bombeo 3 (Vk, Hk)

z2 P d2 S2 V d2 z3 S3

Depósito Suministro 3 (V 3 z 3 , P 3 ) Curva de nivel Límite de zona de cota constante

P d3 V d3

z4 P d4 S4 P d4

Tuberías principales Limite de la zona regable

z5 P d5 S5 V d5

Bombeo 2 (V 2 , H 2 )

Suministro 2 (V 2 z 2 , P 2 )

Hidrantes

Bombeo 1(V 1 , H1)

P dj Sj V dj

zj

Suministro 1 (V 1 z 1 , P 1 )

Figura 6.1.- Red de distribución a presión genérica.

Los datos necesarios para el cálculo de la eficiencia energética son los siguientes: 1. Datos de la zona regable: Superficie de la zona regable Sj a una cota conocida zj; Presión demandada por el sistema de riego abastecido Pdj (entre 25 cuando se abastece riego por goteo y 45 m para riego por aspersión). 2. Datos de los recursos hídricos disponibles: Volumen aportado por cada punto de suministro de agua Vi; Cota a la que entra dicho volumen aportado zi; Presión de entrada del agua Pi (suele ser 0).

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3. Datos de los bombeos existentes: Volumen bombeado por cada bombeo Vk; Caudal aportado por cada bombeo Qk; Altura manométrica aportada por cada bombeo Hk; El cálculo de EEG y por tanto de ESE y EEB, se puede hacer mediante un análisis de energías, o mediante un análisis de alturas piezométricas y potencias. 6.2.2. CALCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA MEDIANTE ANÁLISIS DE TIPO ENERGÉTICO 6.2.2.1. Cálculo de la eficiencia de suministro energético (ESE) La Eficiencia de Suministro Energético (ESE) es el primer factor del cálculo de EEG en la ecuación (6.1). Para su cálculo se debe establecer el balance entre la energía del agua demandada por el sistema de riego y la energía inicial del agua en los puntos de captación, y dividir dicho valor entre la energía suministrada al sistema:

ESE 

Er E  Es N s  T

(6.3)

Donde Er es la energía requerida por el sistema de riego, en kWh; Es es la energía hidráulica suministrada, en kWh; E es el balance de energía, en kWh; Ns es la potencia hidráulica suministrada, en kW; y T es el tiempo de funcionamiento, en h. En la ecuación (6.3) el balance de energía (E) es en realidad la diferencia entre la energía potencial del agua demandada y la energía potencial del agua que entra al sistema, expresadas en kWh. La Energía potencial de una masa de agua vendría dada por la siguiente ecuación:

E  M  g  H   V  g  H

(6.4)

Donde E es la Energía potencial, en Julios; M la masa de agua, en kg; g es la aceleración de la gravedad (9,81 m/s²);  es la densidad del agua (1000 kg/m³), V es el volumen de agua, en m³; y H es la atura piezométrica del agua (cota más presión), en m. Considerando que 1 julio equivale a (1/3.600.000) kWh, la energía potencial expresada en kWh sería la siguiente:

E   V  g  H 

  g V  H 3.600.000



1000  9.81  V  H  0 ,002725  V  H 3.600.000

(6.5)

Por tanto, en la ecuación (6.3) E se calcularía mediante la siguiente ecuación:

E  ED  EI  0 ,002725  (  Vdj  H dj  Vi  H i ); E  0 ,002725 

 V  z dj

j

  V z

 Pdj 

i

i



 Pi 

(6.6)

Donde ED es la energía demandada por el sistema de riego abastecido, en kWh; EI es la energía inicial del agua en los puntos de captación, en kWh; Vdj es el volumen de agua demandado por la zona de cultivo j, en m³; Hdj es la altura piezométrica demandada por la zona j, en m; Vi es volumen de agua en el punto de captación i, en m³; Hi es la altura piezométrica de agua en el punto de captación i, en m; zj es la cota de la parcela o zona de cultivo j, en m; Pdj es la presión demandada por la parcela o


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zona j, en m; zi es la cota del punto de captación i, en m; y Pi es la presión del agua en el punto de captación i, en m, que normalmente tiene un valor nulo, ya que el agua suele captarse a presión atmosférica. La presión demandada por el sistema de riego abastecido, suele oscilar entre 25 y 30 m, en sistemas de riego por goteo, y entre 40 y 45 m, cuando abastece a sistemas de riego por aspersión. El valor de la presión no incluye las pérdidas de carga desde los puntos de entrada hasta los hidrantes de consumo, por lo que las pérdidas de carga de las tuberías son evaluadas como pérdidas de energía. El volumen de agua demandado, se obtiene a partir de la dotación media de agua demandada dj (m³/ha), midiendo la superficie existente (Sj) en una zona j de cota conocida (zj). El volumen demandado por dicha zona se puede calcular multiplicando por la dotación media de agua, lo que implica que el agua que entra se distribuye proporcionalmente en toda la superficie regable, como se muestra en la siguiente ecuación:

Vdj  d j  S j  VT 

Sj

(6.7)

ST

Donde, Vdj es el volumen de agua demandado por la zona de cultivo j, en m³; VT es el volumen total de agua que entra en la comunidad de regantes (VT =ΣVi), en m³. En estos casos para obtener la superficie Sj a una cota conocida zj, se debe medir la superficie comprendida entre dos curvas de nivel consecutivas y los límites de la zona de riego, donde se abastece a un mismo sistema de riego, con unas necesidades de presión concretas. Se deben contabilizar las curvas de nivel con diferencias de cota de 5 m. En cuanto a la energía suministrada (Es), como se aprecia en la ecuación (6.3), es el producto de la potencia hidráulica suministrada por el tiempo de funcionamiento. Si se considera el volumen aportado por cada bombeo y su altura manométrica media de suministro, se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

Es  N s  T 

  g  Vk  H k 1000  3600

 0 ,002725   Vk  H k

(6.8)

Donde Ns es la potencia hidráulica suministrada, en kW; T es el tiempo de funcionamiento, en h;  es la densidad del agua (1000 kg/m³), g es la aceleración de la gravedad (9,81 m/s²); Vk es el volumen de agua suministrado por el bombeo k, en m³; y Hk es la atura manométrica suministrada por el bombeo k, en m. La altura manométrica suministrada Hk se calcula a partir de la siguiente ecuación:

H k  z i  hi  z a  ha  Ps  Pe

(6.9)

Donde zi es la altura geométrica de la impulsión medida como la diferencia de cota entre el final de la impulsión y el eje de la bomba, en m; hi es la pérdida de carga total de la tubería de impulsión, en m; za es la altura geométrica de la aspiración medida como la diferencia de cota entre el nivel de la lámina de aspiración y el eje de la bomba, en m; ha es la pérdida de carga total de la tubería de aspiración, en m; Ps es la presión a la salida del bombeo medida a la altura del eje de la bomba, en m; y Pe es la presión a la entrada del bombeo medida a la altura del eje de la bomba, en m. Por tanto, a partir de (6.6) y (6.8), si desarrollamos la ecuación (6.3), el cálculo de ESE sería mediante la siguiente ecuación:

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ESE 

0 ,002725  (  Vdj  ( z j  Pdj )  Vi  ( z i  Pi )) ; 0 ,002725   Vk  H k ESE 

 Vdj  ( z j  Pdj )  Vi  ( z i  Pi ))  Vk  H k

(6.10)

La ecuación (6.10) se puede aplicar tanto para un sector hidráulico independiente como para toda la comunidad de regantes, según se incluyan en los sumatorios, los datos de volúmenes, cotas, presiones y alturas manométricas de un único sector, o de toda la comunidad de regantes. Asimismo, la ecuación (6.10) se puede aplicar a partir de los datos de funcionamiento de la red de distribución, sin necesidad de realizar una toma de datos específica en los equipos, siempre y cuando la altura manométrica suministrada por los bombeos sea más o menos constante a lo largo de todo el periodo de estudio, y ese dato sea conocido por los gestores de la comunidad de regantes. Esta situación se da exclusivamente en los bombeos que elevan agua a una cota constante, como sucede en los bombeos que elevan agua a balsas de almacenamiento o regulación y en los pozos. Sin embargo, en bombeos que inyectan directamente a la red de distribución no se puede aplicar esta ecuación sin realizar una toma de datos específica, ya que la altura manométrica suministrada no es constante a lo largo del periodo de funcionamiento del bombeo. En estos casos se deben tomar datos de altura manométrica suministrada por cada bombeo a lo largo de un periodo representativo del funcionamiento anual de cada bombeo, y determinar la altura manométrica media suministrada por cada uno de ellos. La forma de calcular la altura manométrica es la mostrada en la ecuación (3.9). En caso de tomar datos específicos, también se puede calcular la ESE mediante un análisis de alturas piezométricas, como se muestra en el apartado 6.2.3. 6.2.2.2. Cálculo de la eficiencia energética de los bombeos (EEB) El cálculo de la eficiencia energética del bombeo mediante un análisis de tipo energético, se obtiene mediante la relación entre la energía hidráulica suministrada y la energía consumida. La energía consumida se puede obtener directamente de las facturas eléctricas, y corresponde con la energía activa total consumida por los bombeos. Por tanto, teniendo en cuenta las ecuaciones (6.1) y (6.8), EEB se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

EEB 

Es  Vk  H k  0 ,002725  Ec  E k facturada

(6.11)

Según se incluyan en los sumatorios los datos de un único bombeo, los bombeos de un sector hidráulico o los de toda la red de distribución, obtendremos la EEB individual de cada bombeo, del sector hidráulico o de toda la comunidad de regantes, respectivamente. El cálculo de EEB mediante la ecuación (6.11) a partir de los datos de funcionamiento habituales de la red de distribución, por un lado requiere que el bombeo funcione a una altura manométrica constante, y por otro que la facturación de la energía consumida por cada bombeo sea independiente para cada uno de los bombeos. Como se ha visto en el apartado anterior, únicamente los bombeos a cota constante y los pozos pueden suministrar una altura manométrica constante, por lo que no se podría aplicar a bombeos que inyectan directamente a red. Por otro lado, cada estación de bombeo debe tener un contrato eléctrico que sólo abastezca a dicho bombeo. Esta situación es habitual, cuando tenemos estaciones de bombeo aisladas


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unas de otras, pero cuando existen varios bombeos próximos, se suele tener un mismo contrato eléctrico para cada todos los bombeos, como sucede cuando existen bombeos en pozos que extraen agua subterránea y la almacenan en una balsa de riego próxima al pozo, y luego una estación de bombeo que toma el agua de dicha balsa y la inyecta a un red de distribución de agua a presión. En esos casos, no se puede conocer la energía facturada por cada uno de los bombeos contabilizados en el contrato, por lo que se debe recurrir a calcular la EEB mediante un análisis de potencias, como se aborda en el apartado 6.2.3. 6.2.2.3. Cálculo de la eficiencia energética general (EEG) A partir de las ecuaciones (3.10) y (3.11), EEG la ecuación para el cálculo de la EEG, sería la siguiente:

EEG 

 Vdj  ( z j  Pdj )  Vi  ( z i  Pi ))  Vk  H k  0 ,002725  ;  Vk  H k  E k facturada EEG  0 ,002725 

 Vdj  ( z j  Pdj )  Vi  ( z i  Pi ))  E k facturada

(3.12)

Con esta ecuación se obtiene directamente EEG, sin saber la contribución a la misma de ESE y EEB. Como se ha comentado en los dos apartados anteriores, el cálculo de EEG mediante la ecuación (3.12), sólo se puede realizar cuando cada bombeo tiene un contrato eléctrico independiente. Para el resto de situaciones, EEG se debe calcular mediante un análisis de alturas piezométricas y potencias suministradas y absorbidas, como se aborda en el apartado siguiente. Como se ha comentado en el apartado 6.2.2.1., en la ecuación (3.12) se debe cumplir que ΣVdj =ΣVi = VT, lo que equivale a considerar que toda el agua que entra a la comunidad de regantes es aplicada en toda la zona de riego, ya que el volumen de agua demandado en cada zona de cultivo (Vdj) de superficie conocida (Sj), se calcula mediante la ecuación 6.7. Con esta hipótesis, se asume que no hay pérdidas de agua durante el proceso de distribución. Si embargo, si se conocen los volúmenes aplicados en la zona de cultivo, se cumple que ΣVi > ΣVdj debido a las pérdidas de agua en el proceso de distribución. En este caso, si se calcula la eficiencia energética mediante la ecuación (3.12), se obtendría la eficiencia general (EG), ya que la pérdida de agua estaría incluida como pérdida de energía, por lo que EG incluiría también la eficiencia de distribución de agua. La relación ΣVdj / ΣVi representa la eficiencia de distribución del sistema. 6.2.3. CALCULO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA MEDIANTE ANÁLISIS DE ALTURAS PIEZOMÉTRICAS Y POTENCIAS Es habitual que no se presenten de forma simultánea las condiciones para poder calcular la eficiencia energética con un análisis de tipo energético, sin necesidad de tomar datos específicos, como se ha visto en el apartado anterior, ya que suele ser poco probable que cada bombeo de una comunidad de regantes tenga un contrato eléctrico individual, y además eleve agua a una altura manométrica más o menos constante a lo largo de todo el año. Por tanto, cuando no se dan esas dos situaciones, se deben tomar datos específicos de tipo hidráulico y eléctrico en cada bombeo, la ESE se puede calcular mediante un análisis de alturas piezométricas y la EEB mediante un análisis de potencias suministradas y absorbidas.

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6.2.3.1. Cálculo de la eficiencia de suministro energético (ESE) El cálculo de ESE con un análisis de alturas piezométricas se obtiene mediante el cociente entre el balance de alturas piezométricas y la altura total suministrada por todos los puntos de inyección de la red, como se muestra en la siguiente ecuación:

ESE 

H

(6.13)

ICE

Donde H es el balance de alturas piezométricas, en m; e ICE es el índice de carga energética, en m, que representa la altura media de presión inyectada a la red por cada punto de entrada de agua a la misma. El balance de alturas piezométricas, H, se obtiene como la diferencia entre la altura piezométrica demandada (HD) y la altura piezométrica inicial del agua en los puntos de captación (HI):

H  HD  HI

(6.14)

La altura piezométrica demandada (HD) se mide en metros y representa la altura piezométrica media demandada en toda la zona de cultivo. Dependerá por tanto de la superficie de cada zona (Sj) de cota conocida (zj) así como de la presión de diseño necesaria en cada una de las zonas considerada (Pdj). Se calcula mediante la siguiente ecuación:

HD 

 S j  H dj ST



 S j  ( z j  Pdj ) ST

(6.15)

Donde ST es la superficie total de la zona de cultivo, y Hdj la altura piezométrica demandada en la zona j. Por otro lado, la altura piezométrica inicial del agua en los puntos de captación (HI), se mide igualmente en metros y se obtiene mediante la siguiente ecuación:

HI 

 Vi  H i VT



 Vi  ( z i  Pi ) VT

(6.16)

Donde Vi es volumen de agua en el punto de captación i, en m³; Hi es la altura piezométrica de agua en el punto de captación i, en m; zi es la cota del punto de captación i, en m; y Pi es la presión del agua en el punto de captación i, en m, que normalmente tiene un valor nulo, ya que el agua suele captarse a presión atmosférica. El índice de carga energética ICE representa la altura manométrica media suministrada por todos los puntos de inyección de agua a presión a la red, tanto los bombeos como las entradas de presión por gravedad procedentes de depósitos o balsas situados a cotas elevadas. Se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

ICE 

 Vk  H k VT

(6.17)

Donde ICE es el índice de carga energética, en m; Vk es el volumen de agua bombeado por el bombeo i, en m3; Hk es la altura manométrica suministrada por el bombeo k, en m; y VT es el volumen total de agua suministrado al sistema de riego, incluido el que se suministra por gravedad, en m3. En el caso de las balsas, como su aportación de energía es por gravedad, la altura manométrica suministrada sería nula, por lo que no contribuirían al sumatorio de alturas manométricas suministradas pero sí entraría en el sumatorio del volumen aportado, en el denominador de la ecuación 6.17.


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El índice de carga energética representa por tanto la altura manométrica media suministrada por todos los bombeos, en relación con el volumen total de agua suministrado a toda la superficie de riego. Por tanto, desarrollando la ecuación (6.13) a partir de las ecuaciones (6.14) a (6.17), la eficiencia de suministro energético se calcularía mediante la siguiente ecuación:

ESE 

H HD  HI   ICE ICE

S

j

 ( z j  Pdj ) Vi  ( zi  Pi )  ST VT Vk  H k VT

(6.18)

La eficiencia de suministro energético (ESE) representa el cociente entre la energía necesaria a aportar al sistema y la energía real suministrada por todos los bombeos y puntos de entrada de agua. En caso de que el ∆H fuese negativo (lo que indicaría que la altura inicial del agua es superior a la altura demandada) y el ICE mayor de 0 (lo que indicaría que hay bombeos), ESE sería nulo. Pero, si en ese caso, el ICE fuera nulo, ESE sería del 100%. La ecuación (6.18), al igual que la (6.10), se puede aplicar tanto para un sector hidráulico independiente como para toda la red de distribución, según se incluyan en los sumatorios, los datos de superficies, volúmenes, cotas, presiones y alturas manométricas de un único sector, o de toda la comunidad de regantes. 6.2.3.2. Cálculo de la eficiencia energética de los bombeos (EEB) El cálculo de la eficiencia energética de un bombeo mediante un análisis de potencias se obtiene mediante la relación entre la potencia suministrada y la potencia absorbida por el bombeo. La potencia suministrada equivale a la potencia hidráulica suministrada, y la potencia absorbida, en caso de que el bombeo se accione con un motor eléctrico, equivale a la potencia eléctrica absorbida. Para la determinación de la eficiencia energética de los bombeos existentes en una comunidad de regantes se debe calcular en primer lugar la eficiencia energética de cada uno de los bombeos, aplicando la siguiente ecuación:

EEBk 

Ns Na

(6.19)

Donde EEBk es la eficiencia energética del bombeo k, en tanto por uno; Na es la potencia absorbida por el bombeo k registrada durante el periodo de medida, en kW; y Ns es la potencia hidráulica media suministrada por el bombeo k durante el periodo de medida¸ en kW. La potencia hidráulica media suministrada por el bombeo k durante el periodo de medida, en kW, se obtiene a partir de la ecuación:

Ns 

  g  Qk  H k 1000

 g  Qk  H k

(6.20)

Donde  es la densidad del agua, en kg/m³ (1000 kg/m³); g es la aceleración de la gravedad, en m/s² (9,81 m/s2); Qk es el caudal medido suministrado por el bombeo k, en m3/s; y Hk es la altura manométrica suministrada por el bombeo k, y se calcula mediante la ecuación (6.9). La potencia absorbida se debe medir utilizando un analizador de redes eléctricas, justo a la salida del transformador que alimenta la estación de bombeo, después del seccionador de baja tensión.

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Una vez conocida la eficiencia energética de cada uno de los k bombeos existentes en la comunidad de regantes, se debe calcular la eficiencia energética general de cada sector hidráulico independiente, en caso de que los haya, y toda la comunidad de regantes, para lo que se pondera la eficiencia de cada bombeo en función del consumo energético anual. Por tanto, la eficiencia energética general de todos los bombeos se obtendrá a partir de la siguiente expresión:

EEB 

1   kWhk  EEBk kWhT

(6.21)

Donde EEB es la Eficiencia Energética de todos los bombeos del sector hidráulico o de toda la comunidad de regantes, en tanto por uno; kWhk es la energía anual consumida por el bombeo k, en kWh; EEBk es la eficiencia energética del bombeo k expresada en tanto por uno; y kWhT es la energía anual consumida por todos los bombeos del sector hidráulico o de toda la comunidad de regantes, en kWh. Cuando se calcula la eficiencia energética de todos los bombeos de un sector hidráulico o de la red completa, mediante un análisis de potencias, no se puede aplicar el sumatorio de las potencias suministradas y absorbidas, ya que en ese caso obtendríamos la media aritmética de la eficiencia de los bombeos, y no sería representativo de la eficiencia media real de todos ellos: , la influencia de un bombeo de poca utilización y escasa potencia, tendría el mismo peso en la eficiencia de todos ellos que la de un bombeo de gran utilización y elevada potencia. Por ello, se debe obtener la eficiencia de todos ellos como una media ponderada de las potencias de cada uno, en función de la energía que consumen, como se muestra en la ecuación (6.21). 6.2.3.3. Cálculo de la eficiencia energética general (EEG) A partir de las ecuaciones (6.18) y (6.21), se obtendría la eficiencia energética general de toda la comunidad de regantes, mediante el producto de ambas:

EEG  ESE  EEB

(6.22)

6.2.3. CALIFICACION ENERGÉTICA Tanto la eficiencia energética de los bombeos (EEB), como la eficiencia energética general (EEG), se califican como eficiencia tipo A (Excelente) hasta eficiencia tipo E (No aceptable), según los valores mostrados en las Tablas 6.1. y 6.2. respectivamente.


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Tabla 6.1. Calificación de la Eficiencia Energética General CALIFICACIÓN

DESCRIPCIÓN

ESPECIFICACIONES

A

EFICIENCIA EXCELENTE

EEG > 50%

B

EFICIENCIA BUENA

40% ≤ EEG ≤ 50%

C

EFICIENCIA NORMAL

30% ≤ EEG < 40%

D

EFICIENCIA ACEPTABLE

25% ≤ EEG < 30%

E

EFICIENCIA NO ACEPTABLE

EEG < 25%

Tabla 6.2. Calificación de la Eficiencia Energética de los Bombeos

6.3.

CALIFICACIÓN

DESCRIPCIÓN

ESPECIFICACIONES

A

EFICIENCIA EXCELENTE

EEB > 65%

B

EFICIENCIA BUENA

60% ≤ EEB ≤ 65%

C

EFICIENCIA NORMAL

50% ≤ EEB ≤ 60%

D

EFICIENCIA ACEPTABLE

45% ≤ EEB ≤ 50%

E

EFICIENCIA NO ACEPTABLE

EEB < 45%

AUDITORÍAS ENERGÉTICAS EN COMUNIDADES DE REGANTES

6.3.1. OBJETIVO DE UNA AUDITORÍA El objetivo de una auditoría energética de una comunidad de regantes es evaluar su consumo energético de la misma y proponer medidas que supongan un incremento de la eficiencia energética y, por tanto, un ahorro energético y económico para la comunidad de regantes. Este objetivo se desglosa en los siguientes objetivos específicos: 1. Evaluar el funcionamiento de los equipos consumidores de energía. 2. Evaluar el aprovechamiento energético del diseño y manejo del sistema. 3. Calificar energéticamente la comunidad de regantes. 4. Proponer mejoras del sistema desde el punto de vista del aprovechamiento energético y económico. 5. Valorar energética y económicamente las mejoras propuestas. La auditoría energética debe ser una herramienta específica enmarcada dentro de un programa de ahorro energético llevado a cabo por la comunidad de regantes. Para ello, se debe programar un plan de ahorro energético, de forma que una vez realizada la auditoría y planificadas las actuaciones, se decida cual va a ser el plan de actuaciones a ejecutar, realizando un seguimiento continuo de los resultados obtenidos con las medidas y mejoras propuestas en la auditoría.

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6.3.2. FASES EN EL DESARROLLO DE UNA AUDITORÍA El proceso de realización de una auditoría conlleva una serie de fases previas y posteriores, para que la auditoría cumpla con sus objetivos principales. Estas fases son las siguientes: 1ª fase: Compromiso de la Junta de Gobierno. 2ª fase: Realización de una Auditoria energética. 3ª fase: Planificación del presupuesto para inversiones. 4ª fase: Ejecución de las mejoras. 5ª fase: Seguimiento, control y evaluación 1ª fase: Compromiso de la Junta de Gobierno. El acuerdo de la Junta de Gobierno de la comunidad de regantes es una premisa fundamental, no sólo para iniciar el proceso sino para asegurar su ejecución, calidad y garantía de continuidad. La responsabilidad de la Junta de Gobierno se debe materializar en los siguientes aspectos: - Constituir de un comité de ahorro de energía responsable de poner en marcha y coordinar el programa de ahorro de energía en la comunidad de regantes. Este comité tendrá que incluir al técnico de la comunidad. - Nombrar a una persona responsable del comité, con la jerarquía y autoridad suficiente para garantizar la realización del programa. La participación y el compromiso de todos los empleados involucrados y la comunicación eficiente entre ellos son la base para alcanzar los objetivos del programa. - Establecer metas de ahorro de energía dentro de la comunidad de regantes. - Comprometer recursos, tanto económicos como humanos, para poder hacer frente a la puesta en marcha del programa de ahorro de energía. - Difundir las metas del programa de ahorro de energía entre los usuarios, así como entre los empleados de la comunidad de regantes, fomentando el estímulo de los trabajadores que participen activamente en función de los resultados. 2ª fase: Realización de una Auditoria energética. La auditoría energética es el paso siguiente al acuerdo de la Junta y donde se empiezan a comprometer recursos humanos y económicos para su realización. La auditoría debe ser realizada por personal debidamente instruido en el funcionamiento de equipos eléctricos e hidráulicos. La metodología de realización de una auditoría se aborda en el apartado siguiente. 3ª fase: Planificación del presupuesto para inversiones. La asignación de recursos para implementar y realizar los proyectos y las medidas de ahorro energético debe hacerse desde una perspectiva global del desarrollo de la comunidad de regantes. En este sentido, la Junta de Gobierno tiene que comprometerse a aprobar el gasto requerido para el establecimiento de una, o más, de las mejoras propuestas por el programa de ahorro energético. El diagnóstico energético puede identificar un gran número de medidas de ahorro de energía, tanto de bajo coste, como de inversión importante. Al respecto, la Junta de Gobierno deberá tomar decisiones para obtener recursos y poder realizar diferentes proyectos de ahorro. Por ejemplo, medidas de bajo coste pueden asignarse al presupuesto de mantenimiento y aprovechar el tiempo del mismo personal de


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mantenimiento. Las inversiones mayores posiblemente tendrán que esperar la planificación del presupuesto anual para ser financiadas. Sin embargo, pueden plantearse proyectos más grandes y complejos para incrementar la eficiencia de la infraestructura de distribución de agua, como son la sustitución de grupos de bombeo, la sustitución (o nueva implantación) de líneas de distribución o la construcción de nuevas infraestructuras. En estos casos, sería recomendable la contratación de una empresa de ingeniería especializada, que efectúe un estudio objetivo y un diseño adecuado. Para proyectos de esta magnitud, la comunidad de regantes puede acogerse a las ayudas que desde los organismos competentes de las Comunidades Autónomas (Agencias, Entes o Fundaciones de la Energía) se están concediendo en el marco de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España 2008-2012. 4ª fase: Ejecución de las mejoras. Una vez que se han identificado las medidas de ahorro, en el caso de que éstas impliquen la necesidad de realizar obras, se han de ejecutar los proyectos de mejora. La Junta de Gobierno debe aprobar las inversiones a realizar para proceder a la fase de ejecución. Ésta es la etapa más importante dentro del plan de trabajo y requiere de liderazgo y responsabilidad, y de nuevo debe involucrar a la Junta de Gobierno de la comunidad de regantes. Como se ha descrito, muchas recomendaciones pueden ponerse en marcha con recursos propios: cambios en la operación de equipos, programación del mantenimiento, etc. y otras implicarán la reunión de consultores, ingenierías externas y fabricantes. En todos los casos se deberá elaborar un programa de trabajo preciso, que permita administrar y supervisar la ejecución de los proyectos. 5ª fase: Seguimiento, control y evaluación Se trata del paso final en un programa de ahorro de energía y asegura que todos los elementos del programa se llevan a cabo. En realidad, esta etapa completa las actividades del comité de ahorro de energía de la comunidad de regantes. Así, en esta etapa, el procedimiento de toma y análisis de datos posiblemente tendrá que ser capaz de analizar el impacto de ciertas medidas de conservación ya establecidas. El seguimiento asegura que la Junta de Gobierno siempre tiene conocimiento del consumo energético y su impacto sobre los costes de captación y distribución de agua. Algunos de los componentes del seguimiento, control y evaluación incluyen:

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-

Seguimiento del consumo energético, incluyendo un informe mensual que resuma los índices energéticos y explique cualquier desviación del objetivo o del promedio de los últimos meses.

-

Seguimiento de la evolución de los indicadores de gestión de la energía a través del tiempo.

-

Seguimiento de los costes energéticos.

-

Evaluación de las necesidades de reajuste o de redefinición de objetivos.

-

Determinación del avance o posible estancamiento del programa de ahorro de energía y sus posibles causas.



6.3.3. METODOLOGÍA DE REALIZACIÓN DE UNA AUDITORÍA La realización de una auditoría se divide en la siguientes seis etapas:



Toma de datos



Análisis del aprovechamiento energético (Cálculo ESE y EEB)



Obtención de Indicadores de uso de la energía



Calificación energética



Propuesta de mejoras (Diseño y manejo, equipos, contratación)



Valoración energética y económica de las mejoras

6.3.3.1. Toma de datos Los datos necesarios para la realización de una auditoría son los siguientes:



Datos topográficos



Infraestructura y funcionamiento



Suministro hídrico y Volúmenes bombeados



Consumo y coste energético real (facturas)



Consumo energético medido en los equipos

Par la obtención de los datos topográficos se debe partir de cartografía digital escala máxima 1:5000, que debe ser calibrada mediante la toma de datos de campo, por medio de GPS de precisión. Con el GPS se debe tomar al menos los siguientes puntos: cotas de salida y coronación de balsas de almacenamiento, cota de estaciones de bombeo, cotas de salida de bocas de pozos, cotas de puntos singulares de la red de distribución ubicados a cotas máxima y mínima, que estén referenciados en los planos topográficos. Los datos de infraestructura y funcionamiento hacen referencia al trazado y descripción de la red de distribución así como la forma de organizar el reparto de agua a los usuarios. Así mismo, es necesario tomar datos de los volúmenes de agua distribuidos a los usuarios, en todos los contadores con los que cuente la comunidad de regantes. También son necearios los datos de consumo de energía tomados de las facturas de la compañía distribuidora. Además de todos estos datos, que son datos de funcionamiento habitual que maneja la comunidad de regantes en su proceso habitual de gestión, y por tanto pueden ser suministrados directamente por los gestores de la comunidad de regantes, se deben tomar datos de funcionamiento de los equipos consumidores de energía. Estos datos se refieren a los datos de consumo energético instantáneo que se han de medir en las estaciones de bombeo. Para ello ser requiere del almacenamiento simultáneo de datos de tipo eléctrico (intensidad, tensión, factor de potencia, potencia activa y potencia reactiva) e hidráulico (presión a la entrada y salida del bombeo y caudal instantáneo suministrado). 6.3.3.2. Análisis del aprovechamiento energético (Cálculo ESE y EEB) A partir de todos los datos tomados de la comunidad de regantes, se evalúa el funcionamiento de los equipos consumidores de energía, obteniendo la eficiencia energética de cada bombeo y la total de todos los equipos utilizados en la comunidad de regantes, tal y como se ha expuesto en el apartado 6.2.


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6.3.3.3. Obtención de Indicadores de uso de la energía Para realizar un completo diagnóstico de la eficiencia energética de la comunidad de regantes es preciso utilizar indicadores de uso de la energía. Los indicadores son variables que dan información relevante sobre el funcionamiento de un sistema complejo. Tal y como contempla el “Protocolo de Auditorías Energéticas en Comunidades de Regantes” propuesto por el IDAE, se analizan un total de 25 indicadores divididos en tres grupos: a) Indicadores descriptivos: superficie regada y regable, volumen de agua que entra a la Comunidad y volumen de agua suministrada a los regantes, potencia contratada y energía consumida. b) Indicadores de funcionamiento: relacionan el consumo energético, la potencia absorbida y el coste energético con la superficie regada y el volumen de agua servido. c) Indicadores de eficiencia: permiten la calificación energética de la Comunidad de Regantes. Evalúan las necesidades energéticas del sistema y la eficiencia energética, tanto de los bombeos como de la red hidráulica. 6.3.3.4. Calificación energética Atendiendo a los valores de ciertos indicadores se procede a la calificación energética de la Comunidad de Regantes. Ésta consiste en la evaluación de la gestión energética, de la eficiencia energética y del consumo de energía, tal y como se expone en el “Protocolo de Auditorías Energéticas en Comunidades de Regantes”. Esta calificación sirve sólo para darnos una idea del aprovechamiento energético de la comunidad de regantes auditada, en comparación con otras comunidades de regantes de características similares, pero no aporta nada nuevo al funcionamiento de la misma. Además también sirven de base para realizar una propuesta de mejora del funcionamiento que redunde en una mayor eficiencia enrgética y menor consumo de energía, tal y como se expone a continuación. 6.3.3.5. Propuesta de mejoras A partir del análisis de los resultados de los indicadores evaluados en la auditoria energética se plantea la posibilidad de establecer mejoras que reduzcan el consumo energético así como los costes energéticos de la comunidad de regantes. Entre los tipos de medidas posibles, las hay de dos tipos: Medidas preventivas y medidas correctoras. A. Medidas preventivas: Sirven para poder tomar las mejores decisiones que permitan mantener la eficiencia energética y económica de la energía en valores óptimos. Estas actuaciones se deben realizar de forma continua. Destacan las siguientes: A.1. Formación y capacitación del personal de la Comunidad de Regantes, para el manejo de las instalaciones con criterios de ahorro energético. A.2. Monitorización y registro de parámetros de funcionamiento: Pueden ser de dos tipos: - Parámetros de seguimiento: sirven para controlar la evolución del consumo mensual de agua y energía en la comunidad de regantes. Los datos necesarios se deben almacenar mensualmente, no siendo necesario un sistema automático de captación y almacenamiento de datos.

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-

Parámetros de diagnóstico: sirven para identificar la causa que origina una anomalía en el consumo de agua o energía detectada mediante los parámetros de seguimiento. Requieren de un sistema automático de captación y almacenamiento de datos que permita almacenar datos hidráulicos y eléctricos al menos cada 15 minutos. Entre los datos hidráulicos se encuentran los caudales instantáneos y presiones de bombeos, hidrantes, inicio de redes, etc. Entre los datos eléctricos se encuentran los parámetros de consumo de los bombeos. La captación de datos de tipo hidráulico y eléctrico debe estar sincronizada para que se almacenen en el mismo instante. Entre los parámetros de seguimiento a obtener destacan los siguientes:



Eficiencia global de distribución de agua:

ED  

Suma de los volumenes de agua de las tomas de regante Suma de los volumenes de agua en los puntos de entrada

Eficiencia de almacenamiento de agua:

Ealm  

Suma de los volúmenes de agua a la salida de las balsas Suma de los volumenes de agua en los puntos de entrada

Eficiencia de distribución de la red:

EDr  

Suma de los volúmenes de agua de las tomas de regante Volumen de agua al inicio de la red de distribución

Energía específica global:

Eav  

kWh consumidos (kWh/m³) Suma de los volúmenes de agua en los puntos de entrada

Energía específica por bombeo o contrato:

Eav bomba  

kWh consumidos (kWh/m³) Volumen de agua bombeado

Coste energético específico:

Cev  

Coste energético total (€ / m³) Suma de los volúmenes de agua en los puntos de entrada

Coste energético por bombeo o contrato:

Cev bombeo  

Coste energético bombeo (€ / m³) Volumen de agua bombeado

Rendimiento de potencia:

Rp 

Potencia contratada periodo i Potencia registrada maximetro periodo i

A.3. Definición y ejecución de un programa de mantenimiento periódico de instalaciones: -

Realizar revisiones periódicas de válvulas de corte, ventosas, válvulas de desagüe, válvulas de retención, válvulas de alivio, etc.

-

Realizar revisiones periódicas de los sistemas de limpieza de filtros.


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-

Revisar el funcionamiento de las válvulas de pié de los bombeos.

-

Evitar la proliferación del ovas y algas en las balsas de riego.

-

Mantener cerrados los by-pass en las válvulas de retención a inicio de los bombeos.

B. Medidas correctoras: Estudiados los puntos críticos de consumo energético, se proponen tres tipos de medidas correctoras que pueden afectar a los equipos, al diseño o al manejo de las instalaciones o a la contratación de la energía: B1. Medidas basadas en el manejo y/o diseño de la instalación. Este tipo de medidas mejoran la Eficiencia de Suministro Energético (ESE). Entre ellas cabe destacar las siguientes: Medidas de Diseño: -

Ubicación óptima de balsas de riego

-

Ubicación óptima de estaciones de bombeo y filtrado

-

Sectorización de instalaciones por sectores de cota homogénea.

-

Diseñar las redes para evitar la instalación de válvulas reductoras de presión en tuberías principales Medidas de Manejo:

-

Reorganización del reparto de agua en turnos de misma demanda energética

-

Cambio en el manejo de las Instalaciones según las nuevas necesidades

B2. Medidas basadas en la mejora de los equipos de bombeo. Mejoran la Eficiencia Energética de los Bombeos (EEB). Entre ellas cabe destacar las siguientes: -

Dimensionado de los grupos de bombeo para caudales de funcionamiento habitual de la instalación.

-

Instalación de pequeños grupos de bombeo en paralelo con al menos dos bombas de velocidad variable.

-

Mejora del factor de potencia

B3. Medidas basadas en la mejora de la contratación de la energía. Mejoran la Eficiencia Económica en la contratación. Entre ellas cabe destacar las siguientes: -

Contratar sólo la potencia realmente utilizada en cada periodo y no la total instalada.

-

Ajustar el consumo de energía a los periodos contratados instalando discriminadores horarios automáticos que paran la instalación fuera de las horas contratadas.

6.3.3.6. Valoración energética y económica Las mejoras propuestas deben ir avaladas por una estimación del ahorro, tanto económico como energético, que supone su implantación para la comunidad de regantes. Éstas se valoran en términos energéticos y monetarios obteniendo los siguientes indicadores:



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Ahorro económico bruto (AEB): AEB (€ / año)  AE ( kWh / año)·Te(€ / kWh)





Ahorro económico anual (AEA): AEA  AEB   cos tes  mantenimiento



Rendimiento Bruto de la Inversión (RBI): RBI 



Periodo de amortización (PA): PA

( I  AEA·Vu ) ·100 I

I AEA

Donde: I es la inversión, y Vu es la vida útil

6.3.4. PROTOCOLO DE AUDITORÍAS ENERGÉTICAS El Protocolo de Auditorías Energéticas en Comunidades de Regantes es un documento editado y distribuido por el IDAE (Instituto para la Divesifiación y Ahorro de Energía), correspondiendo a la publicación nº 10 de la serie de publicaciones del IDAE sobre Ahorro y Eficiencia Energética en Agricultura, que fue publicado en el año 2008 (Figura 6.2).

Figura 6.2.- Protocolo de Auditoría Energética en Comunidades de Regantes

Se trata de un documento a modo de formulario, en el que se define todo el proceso de realización de una auditoría energética en una comunidad de regantes, de acuerdo con la metodología de realización expuesta en el apartado 6.3.3. Se aportan las tablas de datos necesarias para la toma de datos, el análisis energético, la obtención de indicadores, la clasificación energética, la propuesta de medidas correctoras y la valoración de dichas las medidas. Además se incluye un apartado de “Recomendaciones”, en el que se hacen recomendaciones sobre las mejoras que deberían llevarse a cabo, tanto en el diseño, manejo, equipos y contratación, priorizando la implantación de las mismas en función de la dificultad de implantación así como de su repercusión energética y económica.


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Hasta la obtención de indicadores y calificación energética (apartado 7 del protocolo), el documento va indicando la forma de calcular cada uno de los aspectos analizados. Sin embargo, dada la gran diversidad de posibles medidas correctoras de la eficiencia energética que se pueden plantear en las comunidades de regantes, el documento sólo las clasifica en los tres tipos de medidas correctoras que se han mencionado en el apartado 6.3.3.5. B, aportando las tablas correspondientes para consignar los ahorros esperados tras la adopción de cada medida. Por tanto, esta propuesta de medidas dependerá de los conocimientos y competencia del ingeniero encargado de realizar la auditoría. El Protocolo se puede descargar a través del siguiente enlace: http://www.idae.es/index.php/mod.documentos/mem.descarga?file=/documentos _10995_Protocolo_auditoria_regantes_A2008_280bffb5.pdf Para facilitar su edición, se adjunta el Protocolo en formato Word, con la documentación de la presente unidad didáctica.

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RESUMEN  El ahorro de energía en una comunidad de regantes es proporcional al ahorro de energía. No obstante, el ahorro de agua se analiza a través de la eficiencia en el uso del agua, independiente del de ahorro de energía.  Un sistema de riego será tanto más eficiente energéticamente, cuando para un mismo suministro de agua a la presión necesaria, el consumo energético sea menor.  Se debe distinguir entre Eficiencia Energética y Eficiencia Económica de la tarifa eléctrica. La Eficiencia Energética está relacionado con el menor consumo de energía, mientras que la Eficiencia Económica está relacionado con un menor coste de la energía para el mismo consumo final.  La Eficiencia Energética General (EEG) de una comunidad de regantes es la relación entre la energía requerida por los sistemas de riego abastecidos y la energía realmente consumida. Tiene dos componentes, la Eficiencia Energética de los Bombeos y la Eficiencia de Suministro Energético.  La Eficiencia Energética de los Bombeos (EEB) representa la relación entre la energía suministrada y la energía consumida. Mide lo bien que funcionan los equipos de bombeo.  La Eficiencia de Suministro Energético (ESE) representa la relación entre la energía requerida por el sistema de riego abastecido y la energía suministrada por los bombeos. Mide lo bien que está diseñado y manejado el sistema de distribución de riego.  El objetivo de una auditoría energética de una comunidad de regantes es evaluar su consumo energético de la misma y proponer medidas que supongan un incremento de la eficiencia energética y, por tanto, un ahorro energético y económico para la comunidad de regantes.  Las fases previas y posteriores que conlleva la realización de una auditoría energética en una comunidad de regantes son el compromiso de la Junta de Gobierno, la realización de la auditoria energética, la planificación del presupuesto para inversiones, la ejecución de las mejoras y el seguimiento, control y evaluación del proceso.  El desarrollo de una auditoría energética se divide en 6 etapas: Toma de datos, Análisis del aprovechamiento energético (Cálculo ESE y EEB), Obtención de Indicadores de uso de la energía, Calificación energética, Propuesta de mejoras (Diseño y manejo, equipos, contratación) y Valoración energética y económica de las mejoras propuestas.


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1.3.2.-Ut6 (Manual de Teoría)

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