GRUPO N° 06INTEGRANTES:

PILLACA SICHA, Cesar 20110343DMOYA TAIPE Jhon s. 20110132CGALIANO LA ROSA, Héctor J. 20094536ACORTEGANA PEREZ, Amner E. 20111138E

RESUMEN:

Se presenta tres nuevos indicadores para evaluar la eficiencia energética de un sistema de agua a presión y la energía potencial de ahorros relativos

a la tecnología disponible y el marco económico.

Los dos primeros indicadores son las eficiencias ideales y reales del sistema

El indicador de eficiencia real muestra el rendimiento real del

sistema

proporciona el máximo e inalcanzable nivel de eficiencia

(limitado por la energía topográfica vinculado a la topografía de la red)

El tercer indicador es el objetivo del rendimiento

de la energía.

ofrece una meta realista de cómo el sistema debe comportarse

“EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS SISTEMAS DE AGUA A PRESIÓN”

La aplicabilidad y utilidad de estos indicadores se demostrarán con una aplicación en un estudio de caso real

INTRODUCCION

AGUA ALIMENTOS RIEGO

RIEGO TRADICIONAL

Que están cambiando

RIEGO A PRESION

RACIONALIZACION

PAISES AGRICOLAS

ALTO COSTO

CALIFORNIA= 6%EUROPA=10%

para ahorrar

agua

Energía que los sistemas de transporte de agua a presión, consumen

Nadie ha propuesto medidas que proporcionen una visión global de la eficiencia del sistema y existentes márgenes de mejora

Mejora en el uso de bomba

Los cálculos de la energía embebidas en fugas de agua

• Aumento cte. De los costos de energía.• Interés de la población.

• Indicadores de rendimientos de energía, se están usando para evaluar los aspectos de este sistema.

Sin embargo, nadie ha propuesto medidas que proporcionen una visión global de la eficiencia del sistema y existentes márgenes de mejora.

también El funcionamiento eficiente de los sistemas presurizados

Específicamente se tratara: 3 indicadores para lograr la eficiencia global (primera fase)

• utilizando los valores de la energía requerida por los usuarios• la cantidad mínima de energía para ser suministrado al sistema (debido a un comportamiento

real)

Indicador de eficiencia real

• la energía se pierde por medio de una auditoría del sistema (perdida por fricción)• El ideal nivel de eficiencia está limitada por la energía topográfica (elevación energía

potencial), y esto depende de la topografía de la sistema.

Indicador de eficiencia ideal

• El tercer indicador proporciona una meta alcanzable vinculada a un nivel objetivo de energía pérdida.

• representar las ineficiencias en el sistema (por ejemplo, estaciones de bombeo, fuga, la pérdida por fricción).

objetivo de eficiencia energética

segunda fase consiste en el análisis donde la energía se pierde por medio de una auditoría del sistema

• la determinación de usos finales con suficiente precisión para identificar el mayor ineficiencias (por ejemplo, una fuga de fricción, bombas)

• el enfoque cambia a aquellos aspectos o soluciones con mayor relación costo-beneficio (Pensar globalmente, actuar localmente).

• la posibilidad de recuperar parte de la energía topográfico del sistema, debe ser explorada• la instalación de bombas de trabajar como turbinas, o mediante la disipación de la energía con reducción de la presión

válvulas

• como una herramienta para orientar las ganancias de eficiencia específicos con las tecnologías actuales mientras teniendo en cuenta tanto los costes de agua y energía

CONCEPTOS BÁSICOS

Puntos característicos del sistema

Estaciones de bombeo

Nodo altoNodo genérico

Nodo bajo: presión mas baja= presión critica

Puntos característicos

del sistema

Elevación mas baja= origen

E.g

Eficiencia energética global del sistema

Balance de energía

Sistema ideal sin exceso de presión

aplicación de la ecuación de continuidad

no hay pérdidas de carga por fricción o

fugas

Presión critica = presión de servicio necesaria

El volumen inyectado en total de la estación de

bombeo

Energía mínima “Euo”

Energía topográfica

“Eti”

suma de las demandas de todos los nodos de

consumo

V=

=

En un sistema real, las pérdidas por fricción dependen de flujo y las fugas tasas.

Como resultado:

la cabeza suministrado debe ser ajustado para satisfacer la demanda constante de cada período

Esto implica que un sistema de control [como una unidad de frecuencia variable (VFD)] debe estar presente en la estación de bombeo.

gracionCálculos de balance de energía son matemáticamente estática, periodos cortos

por lo general el cabezal de la bomba

por lo general el cabezal de la bomba

• En un período prolongado de simulación, esta energía puede ser evaluada añadiendo, la energía gravitacional.

• asumiendo una aspiración constante de agua nivel (Zn).

Sistema ideal con exceso de presión

La única diferencia entre los sistemas de las Figs. 1 y 2, es el incremento de presión

La fig. 2 muestra un valor de presión en la crítica de apuntar más alto que el necesario

En este caso, la energía de entrada del sistema

SISTEMA REAL

La energía que se suministra, (Euo), permanece constante.

la energía topográfico del sistema, (Etr) (área sombreada), cambia

Las pérdidas de energía, que se conocen como energía reductible global, (Erg), ahora son diferentes de cero.

LA ENERGIA DISIPADA POR FRICCION (Erf)

• Tuberías• Válvulas

• Otros accesorios

PERDIDA DE ENERGIA EN LAS ESTACIONES DE BOMBEO (Erp)Atribuible a varias ineficiencias

• Eléctrica• La fricción• La bomba

• Las perdidas operacionales

OTRAS PERDIDAS (Ero)• Descanso en las bombas

de presión

PERDIDA DE ENERGIA EN FUGAS DE AGUA (Erl)• Inexactitudes de

medición

La verdadera energía suministrada al sistema es:

…..(6)

La energía base todavía representará el límite inferior, que corresponde al caso de un sistema real en el que las pérdidas tienden a cero.

También se observa que la carga hidráulica ya no es una línea recta debido a las pérdidas de carga no son uniformes.

+ + ) …..(7)

Además, debemos incluir el excedente de energía, esto, si la presión en el punto con la presión más baja en la red excede la presión requerida.

Eer : el excedente de energía

∆V :las pérdidas totales de agua en el sistema.

EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UN SISTEMA DE AGUA A PRESIÓN

eficiencia energética de los sistemas de transporte

de agua a presión

ENERGÍA MÍNIMA

REQUERIDA

ENERGÍA SUMINISTRADA

REAL.

EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UN SISTEMA IDEAL (CON Y SIN RECUPERACIÓN DE ENERGÍA)

Por lo tanto, parece razonable definir dos relaciones diferentes en función de este hecho, ηwi y ηai (rendimiento

del sistema con y sin recuperación respectivamente).

Si se recupera una parte de la energía topográfica incluida en Esi, la eficiencia energética de los sistemas de transporte de agua a presión (PWTs) va a mejorar.

= 1- …..(8)

En un sistema ideal, toda la energía topográfica se recupera.

la energía útil total será la suma de Euo y Eti.

La única ineficiencia posible puede ser el resultado de un suministro excesivo de energía .Si Eei=0, el rendimiento sería uno (ηwi=1), un valor utópico obtenido de los supuestos ideal es hechos.

en realidad, la energía topográfica requerido por el sistema ideal (Eti) se pierde parcial o totalmente debido a la recuperación de energía. Sólo tiene sentido económico en unos pocos ocasión

Esi=Euo+Eti+Eei …..(5)

• El escenario más común es aquella donde no existe recuperación.= 1- - = 1- - …..(9)

Si no se proporciona el exceso de energía, entonces Eei=0, ηai y θti son complementarias con una suma igual a 1.

Si θti se acerca a su límite superior (un sistema con una topografía irregular), entonces la instalación de válvulas reductoras de presión PRVs debe ser considerada para minimizar las fugas y reducir el estrés en las tuberías.

la posibilidad de introducir cambios físicos en el sistema para reducir Eti debería haber sido considerado previamente.

En las redes planas ideales, θti es cero, y luego ηwi es irrelevante.

cuando las pérdidas de energía son cero, el suministro de la energía mínima y recuperando toda la energía topográfica, el resultado de la eficiencia tendrá un valor de 1

Sin recuperación de energía topográfico y con Eei = 0, la eficiencia máxima es: de uno menos la fracción de energía en el sistema topográfico.

= 1- - = 1- - …..(9)

EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UN SISTEMA REAL

= 1- - - = 1- - - …..(10)

Analizar los sistemas ideales nos permite establecer valores máximos para las funcionamiento del sistema

Los sistemas reales comparten con sistemas ideales el numerador de la eficiencia energética (Euo), y los cambios del denominador para incluir las pérdidas de energía.

Donde las energías y pérdidas reducibles se expresan en una por unidad base (θ para las energías y λ para pérdidas reducibles).

1- + + + + + ) …..(11)

= 1- - - = 1- - -

El análisis de la eficiencia de un sistema debe comenzar mediante el cálculo de ηar. El numerador (Euo) es conocido, y el denominador (Esr) se calcula, como se dijo antes, a partir de la energía consumida por la bomba.

El valor global (Esr) se conocerá, pero no sus componentes.

La determinación de sus valores requiere una auditoría del sistema.

OBJETIVO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

la diferencia (ηai – ηar) proporciona una estimación inicial de la brecha de la mejora del sistema.

determinar la brecha potencial a través de medidas de mejora a la vez que mantiene una relación de costo-beneficio aceptable.

Introducimos un nuevo valor de referencia (ηar;o) o la eficiencia de destino, que verifica ηai> ηar;o> ηar.

Reducir al mínimo las pérdidas de energía implica reducir lo más posible los cuatro términos reducibles (Erl, Erf , Erp y Ero) y la comprender que fracción de la energía topográfica (Etr) se puede reducir.

Un objetivo de eficiencia puede ser identificadar: Etr;o, Erl;o, Erf;o, Erp;o, y Ero;o.

• por tanto, en las nuevas presiones calculadas para el escenario más eficiente:

De todos estos valores estimados, y teniendo en cuenta la ecuación. Esr,o resultará:

…..(12)

𝐸𝑡𝑟 ,𝑜=γ Ʃ𝜈 𝑗¿¿ …..(13)

Como se quitan más ineficiencias del sistema, Esr;o se acercará a Esi.

Euo es un sistema invariante,mientras que la energía topográfica real (Etr;o) depende del nuevo nivel de pérdidas

→0 …..(14)

Los valores de las presiones en la red pueden determinarse con un modelo matemático ajustado para el nuevo nivel de pérdidas. Esto permitirá a las presiones (Pjt,r) ser obtenidas. Eti puede calcularse directamente.

Este término tendrá un signo positivo o negativo dependiendo de la topografía del sistema, la posición del punto crítico, y las condiciones de trabajo.

En una red plana, la diferencia siempre será positiva. Para proporcionar presión de servicio al nodo más lejano (en este caso, el nodo crítico), la presión de la cabeza debe ser mayor que la presión requerida ideales.

En un sistema con terreno irregular, este valor dependerá de la topografía y la posición del punto crítico. sistema de (a) tiene una diferencia negativa, mientras que el sistema (b) es positiva. Sin embargo, estas diferencias siempre serán pequeños. Por lo tanto, es razonable suponer Etr;o ≈ Eti.

• y por lo tanto:

Teniendo todo esto en cuenta:

La eficiencia objetivo (ηar,o), depende del nivel objetivo de las pérdidas de energía. Los criterios utilizados para evaluar estos niveles aceptables de pérdidas de energía siguen a continuación.

…..(15)

= = …..(16)

Energía reducible contenida en fugas

Requiere recuperar el total del volumen de fugas, la energía será:

Esto implica concentrar todas las fugas en un nodo con presión media.

Su valor es estimado asumiendo un comportamiento ideal.

Válido para pérdidas de aproximadamente 10-15%.

Energía reducible atribuida a pérdidas por fricción

RESULTANDO:

Requiere asignar una pérdida de energía promedio - Jm (m/Km)

Requiere asignar una longitud promedio de transporte – Lpm (entre la estación de bombeo y los nodos de consumo)

Adicionar las pérdidas de carga local por la presencia de filtros, válvulas y colectores.

Energía reducible en estaciones de bombeo

• Se tiene:

Se usa la eficiencia promedio combinada de la bomba (npo) y la carga de bombeo.

Lpc: distancia entre la estación de bombeo y el punto crítico.

Zn: nivel de succión de la bomba

Otras pérdidas de energía reducibles

Tanques rompe presión:

responsables de importantes pérdidas de

energía (debe ser evitada)

En ausencia de ineficiencias:

DISIPACIÓN Y RECUPERACIÓN DE ENERGÍA

• .

Luego se procede con la selección del sistema de regulación que permita recuperar el máximo de energía sin comprometer la presión de servicio.

El uso de turbinas se ha vuelto más común en estos últimos años

MEJORANDO LA EFICIENCIA DE SISTEMAS PRESURIZADOS DE TRANSPORTE DE AGUA

La siguiente figura sintetiza el proceso de mejora de la eficiencia de la energía en PWTS.

SÍNTESIS DE LA VALORACIÓN

El sistema completo (control de volumen) debe ser definido.

La corriente de agua y energía debe ser conocido.

El agua que es entregada a los usuarios y que abandona el volumen de control debe ser conocido.

La elevación de los nodos del sistema debe ser conocido y la presión definida.

Si no hay una presión estándar definida, esta deberá ser la mínima presión en el nodo crítico.

El valor de cero para la elevación del nodo será asignado al nodo más bajo.

La energía consumida por los conductos debe ser conocida..

Caso De Estudio

• Corresponde a una red de riego a presión de bienes (Cap de Terme)

• En funcionamiento desde el año 2006

Necesidad:

• Surgió en 2008

• La energía para uso agrícola perdió todo subsidios

• Las facturas de electricidad que pagan los agricultores aumentaron significativamente en sólo dos años

Caso De Estudio

• Las ideas de esta investigación se inspiraron de este estudio

• El análisis que sigue sólo contiene la etapa de diagnóstico, que es el tema de este trabajo.

• Los resultados que siguen han sido confirmado en la práctica

Caso De Estudio

• Sistema real con el consumo de más de 400 nodos y 55 km de tuberías.

Evaluación elaborada con datos a partir de 2011:

• V = 18 580 m3 / día (entregado a los usuarios)

• V +Δ V = 19 164 m3 /día (suministrado)

• Δ V =584 m3 /día

Evaluación elaborada con datos a partir de 2011:• Po = 20 m , presión requerida por los emisores de goteo

• Energía consumida: 664 kWh/día

• La energía de alambre 5.833 kWh/día

• Elevaciones: zh = 35,53 m; zl = 14,39 m

• Nivel de agua natural en tanque de succión zn =25 m.

Evaluación elaborada con datos a partir de 2011:• Debido a las exigencias de nodo y elevaciones (vj; zj), la energía

requisitos para el sistema ideal son:

• El valor real de ηar se determina a partir de los consumos de energía registrados. Por lo tanto:

• Comparación de ambos valores

• Las expresiones simplificadas para Euo y Eti son:

• Cabe destacar que si la demanda se distribuye irregularmente (Es decir, concentrada en los nodos más bajos), los principales errores será el resultado de esta simplificación.

• Si se hubieran utilizado los valores simplificados (Fig. 8), los resultados habría sido ηai = 0.74, θti = 0.26, ηar = 0.24 y ηai / ηar= 3.08 (todos estos valores son estimaciones bastante precisas)

• Para intensidades energéticas ideales y reales (Iei y Ier, respectivamente), la relación sigue siendo la misma

Las pérdidas de agua:

• Su valor real es, en este caso, muy bueno (584 /19.164 = 0.03), no se requiere por lo tanto una estimación.

• Se utiliza el valor actual, y la pérdida de agua incrustada energía:

Las pérdidas de agua:

• Las pérdidas por fricción: Lpm estimado con un promedio ponderado, en esto caso su valor es de 2 km, con una pérdida de carga unitaria de 2,5 m/km y 4m de las pérdidas locales en la estación de bombeo (donde el agua se filtra)

• Las pérdidas de bombeo:

• Otras pérdidas:

Y el rendimiento objetivo sería

Acciones llevadas a cabo

• Eliminación de la energía inicial excedentes

• Una de las cinco bombas de funcionamiento se considera redundante(la presión requerida se puede lograr con sólo cuatro bombas)

• Mientras que los motores de accionamiento de frecuencia existentes se establecen para que coincida con el presión requerida (20 m).

• Los horarios de riego han sido modificado para garantizar que las bombas funcionan a una velocidad de flujo constante.

• El sistema se ha disociado en tres zonas: alta, medio y bajo riego. Siendo una red en forma de árbol alimentado por cuatro bombas que trabajan en paralelo.

• costo requerido es asumible

Conclusión

• Mejorar la eficiencia hidráulica y energía en PWTs (independientemente de urbano o el uso del agua de riego)

• La aplicación de una gama de funcionamiento requiere, por ejemplo, la eliminación de exceso de energía suministrada

• Antes de cualquier análisis,de un sistema de diagnóstico con las medidas propuestas es necesario estimar con suficiente precisión los márgenes de mejora reales.

• En sistemas con un terreno irregular en la que la energía es topográfica significativa, la recuperación de esta energía debe ser explorado, y si encontrado para ser inviable, entonces las sobrepresiones deben ser neutralizados con PRV.