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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
7/28/2019 Conferencia de clausura del 46 CIHS
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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
EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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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UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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
UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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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
UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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
UNA PERSPECTIVA HISTRICA
Evolucin histrica
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UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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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UNA PERSPECTIVA HISTRICA
1894Els atrevits
Transformacin secano
en regado 1902 - 1913
San Roque1909
Primer motor elctrico asncrono, Tesla 1888
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UNA PERSPECTIVA HISTRICA
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)
Espaa (1970)India (1970)
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 ($/m3)
% POBLACIN ENAGRICULTURA
California (1920)Texas (1930)
Arizona (1950)
Espaa (1960)India (1960)Mjico (1960)
Fase 1Hidroesquizofrenia
Fase 2Revolucin silenciosa
Fase 3Lobbies agrcolas
Fase 4Lobbies ecologistas
Fase 5Conflicto Social
Aumento
Descenso
Tiempo
Ejem
plos California (1950)
Texas (1970)
Arizona (1970)
Espaa (1980)India (1990)
Mjico (1990)
California (1930)
Texas (1940)
Arizona (1960)
Espaa (1970)India (1970)
Mjico (1970)
California (1980)
Texas (?)
Arizona (1980)
Espaa (1990)India (?)
Mji co (?)
Espaa(Trasvase Ebro,2000)
California
(plan Bay-Delta 1999)India
(Subsidio energa, 2004)
VALOR DELACOSECHA ($/ha)
PROFUNDIDADDEL AGUA (m)
COSTEDELRIEGO ($/ha)
COSTEUNITARIODEL AGUA DEPOZO ($/m3)
% POBLACIN ENAGRICULTURA
California (1920)Texas (1930)
Arizona (1950)
Espaa (1960)India (1960)Mjico (1960)
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)
Espaa (1970)India (1970)
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)
Llamas:Larevolucinsilenciosa.
JOURNALOFWATERRE
SOURCESPLANNINGA
NDMANAGEMENT
ASCE/SEPTEMBER/OCTOBER2005/337
Espaa1960
Els atrevits, 1894!!
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INDICE
EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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Agua subterrnea Energa Cambio climtico
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 (%)
Fuente: Joan Corominas, 2010
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Agua subterrnea Energa Cambio climtico
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
Fuente: Joan Corominas, 2010
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INDICE
EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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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
Fuente: Joan Corominas, 2010
24/ hanegada
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El creciente peso de la factura de laenerga
Fuente: Joan Corominas, 2010
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
EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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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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Las bombas y su punto defuncionamiento
Regular, cerrando vlvula, es como frenar un coche sin quitar el pie delacelerador y con el freno de mano
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Las bombas y su punto defuncionamiento
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
EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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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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La necesidad de regular
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La necesidad de regular
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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La necesidad de regular
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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EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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LA NECESIDAD DE MEDIR
Rango: 0-10 bar Rango: 30-3000 l/h
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LA NECESIDAD DE MEDIR
Woltmann horizontal Woltmann vertical Woltmann en codo Woltmann vertical
Hay que montar bien,
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Y el contador ms adecuado,
LA NECESIDAD DE MEDIR
B
EC
B
E
LK
DQ
4
2
Caudalmetroelectromagntico
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LA NECESIDAD DE MEDIR
t1
t2
cos2
Vc
Lt
cos1
Vc
Lt
Caudalmetro ultrasnico
Y el contador ms adecuado,
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LA NECESIDAD DE MEDIR
Equiposregistradorespara
controlarel
funcionamientoencontinuo
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LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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41/61
Contador inmediatamente despus de un codo!!
LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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Contador proporcional que no funciona bien!!
LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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43/61
Contador lleno de arena!!
LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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Contador que no registra toda el agua elevada!!
LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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En algn tiempo hubo un contador!!!
LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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Lo que se visit (una muestra representativa)
LA NECESIDAD DE MEDIR,..., bien
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LANECES
IDADDE
MEDIR,..
.,bien
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INDICE
EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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
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
LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR EL
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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR ELCONSUMO DE ENERGA
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
LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR EL
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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR ELCONSUMO DE ENERGA
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)
LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR EL
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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR ELCONSUMO DE ENERGA
La liberalizacin del mercado
Planells (Iberdrola) 2010
LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR EL
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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR ELCONSUMO DE ENERGA
Sumandos de la factura
Planells (Iberdrola), Junio de 2010Ya el 21%
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EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias 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 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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BALANCES COSTE/BENEFICIO
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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BALANCES COSTE/BENEFICIO
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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BALANCES COSTE/BENEFICIO
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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EL BOMBEO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estrategias para optimizar la eficiencia y mejorar su control
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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