Describimos en este nuevo
artículo la metodología de proyectos que venimos utilizando en
www.todoproductividad.es para ejecutar este tipo de instalaciones. Estos
proyectos son el resultado de seis años de investigación en planta piloto para
determinar cuándo y cómo el posible aplicar el riego por goteo solar a la
agricultura y diseñar aplicaciones modulares totalmente autónomas que integren
energía, hidráulica y agronomía y puedan implantarse en lugares remotos donde
la energía eléctrica no está accesible.
El abaratamiento de la energía
fotovoltaica y el avance en la automatización nos permitió hace algunos años
comenzar a diseñar e implementar instalaciones de riego por goteo solar
totalmente funcionales y autónomas. Estas instalaciones se han convertido ya en
opciones competitivas para muchos cultivadores pero requieren un diseño
cuidadoso para poder integrar energía solar, bombeo y la red de distribución de
agua. Un bombeo directo y goteo por gravedad es fácil de conseguir pero esa no
es la solución y por ello hubo que dedicar mucho tiempo a resolver los
problemas hidráulicos que conlleva el proceso de riego por goteo si buscamos
volúmenes comerciales apreciables. Tampoco es una solución el almacenamiento
masivo de agua durante largos periodos ya que los costes aumentan entonces por
el almacenamiento en sí mismo. La solución es disminuir al máximo o eliminar el
almacenamiento de agua pero optimizar todo el proceso de forma muy cuidadosa
para que no se disparen los costes del sistema de generación. La solución pasa también por simplificar al
máximo el proceso de riego aprovechando en todo los posible la facilidad que
existe para bombear agua en los periodos estivales.
Pero además de agua el cultivador
requiere solventar otros problemas como la distribución de la misma en los
momentos precisos y además debe disponer de garantías de fiabilidad ante los
posibles fallos del sistema pues el riego en su debido momento es crítico en
muchos cultivos. Los sistemas eléctricos pueden dar problemas en el campo y más
aún en presencia de agua por lo que fue necesario también planificar
cuidadosamente la forma de resolver los problemas y el soporte post-venta.
Conseguir que el proyecto tenga
un rápido retorno en la inversión es especialmente relevante, pero ya es
factible en muchos escenarios como consecuencia de dos factores contrapuestos:
Incremento incesante de los precios de la energía y aumento en los precios de
los alimentos.
Por ahora estamos poniendo en
marcha estos sistemas hasta con tres bombas con funcionalidades diferentes pero
optimizando al máximo los costes de todo el sistema.
Estas instalaciones están ya
operando en España y son viables cuando el agua no está demasiado profunda (preferiblemente menos de 100 metros de
profundidad) y para cultivos cuyos requerimientos en agua sean moderados (hasta
30 - 50 litros/día por árbol).
Objetivos del proyecto
El objetivo de nuestros proyectos
de riego por goteo solar es la construcción de sistemas totalmente autónomo que
riegan cultivos (forestales, frutales, hortícolas, praderas, etc.) utilizando
exclusivamente la energía solar en el proceso de extracción y distribución
aportación de agua.
Además de la extracción de agua
se calcula y automatiza el diseño del riego completo para que usemos un único
sistema de generación fotovoltaica previendo el reparto de agua en los emisores
y la pérdida de carga en toda la red de riego.
El proyecto puede integrarse en
sistemas ya existentes que estén conectados a las redes eléctricas o trabajen
con generadores y sólo se pretenda poner en riego una parte de la explotación.
Esta tipología de riego conforma unidades de generación híbrida cuya principal
finalidad es disminuir el número de horas de encendido de grandes generadores
diesel (ej. 100 KVA o más), disminuir las potencias eléctricas contratadas o
disminuir el consumo eléctrico.
Metodología de cálculo
La complejidad del desarrollo de
soluciones de riego solar competitiva se debe a que trabajamos con variables
dinámicas que interaccionan entre sí: a) Producción de energía solar, b) Nivel
dinámico del punto de captación, c) Curva de funcionamiento hidráulico de las
bombas centrífugas, d) Pérdida de carga en los sistemas de distribución y e)
Requerimientos hídricos de los cultivos. El correcto dimensionado de la
instalación y la simplificación en la automatización son las claves del buen
resultado de este tipo de proyectos.
El cálculo de los proyectos de
riego por goteo solar se realiza utilizando software desarrollado al efecto que
mediante cálculos iterativos optimizan la aplicación buscando la opción más
competitiva. La experiencia de las instalaciones ejecutadas en distintos
escenarios es también vital. Aplicando
las ecuaciones de la hidráulica se fueron perfeccionando los sistemas de bombeo
y distribución que optimizaban los proyectos disminuyendo el mayor de los
problemas de los equipos hidráulicos y la pérdida de carga.
El proyecto se desarrolló de
forma multidisciplinar integrando disciplinas como la fotovoltaica, la
generación de energía, la ingeniería eléctrica, la hidráulica de bombas y
sistemas de tuberías y la agronomía.
Las variables calculadas por la
aplicación son las siguientes:
Requerimientos hídricos de los cultivos
- Determinación de las necesidades de agua en periodo de máxima demanda en las especies cultivadas.
- Cálculo de las variaciones en requerimientos hídricos: Consideramos tres estadios: Plantación, crecimiento y producción. De esta forma planificamos modularmente la variación de la demanda de agua según el crecimiento de las plantas.
Cálculos de captación y bombeo
- Caudales: Estimación de caudales y consumo energético previstos.
- Energía fotovoltaica: Cálculo del sistema fotovoltaico estimando el funcionamiento de la bomba equivalente a 10 horas de la potencia nominal durante el mes de máxima demanda.
- Potencia eléctrica: Cálculo de la potencia eléctrica necesaria para satisfacer la demanda de agua.
Cálculo de colectores de riego, sectores y subunidades
El cálculo del sistema de riego
se realiza de forma iterativa buscando la solución con óptima a partir de las siguientes variables:
- Densidad de árboles/plantas por hectárea.
- Litros de agua requeridos por cada árbol/planta en el periodo de máxima demanda.
- Requerimientos de agua en función del crecimiento de los árboles hasta entrar en producción. Cálculo de la velocidad del agua en tuberías.
- Cálculo de la pérdida de carga del sistema: Tuberías, válvulas, electroválvulas, accesorios y emisores.
- Dimensionado óptimo del sistema para disminuir la pérdida de carga sin aparición de sedimentaciones.
- Tuberías: Velocidades del agua en tuberías, cálculo de diámetros y caudales óptimos .
- Cálculo de potencias hidráulicas y eléctricas.
- Control y automatización del sistema para adaptarlo a la disponibilidad de energía solar.
Proyectos modulares
Para rentabilizar todo el proceso
(equipamiento, instalación, logístico y obtención de agua) se han calculado
proyectos modulares que permiten disminuir el coste de una instalación en su
conjunto al facilitar la integración de todos los componentes. Estos proyectos
pueden implantarse con mayor facilidad en proyectos internacionales y se
calculan en función de radiación solar local, alturas manométricas totales y
caudales.
Tipología de proyectos
El riego por goteo solar es
altamente competitivo en la mayoría de los escenarios estudiados pero siempre
considerando las siguientes premisas:
- La rentabilidad en esta tipología de proyectos es muy variable según el tipo de cultivo, la radiación solar existente en la zona, la profundidad del agua y las características del sistema de bombeo y distribución de agua.
- La mayor rentabilidad se obtiene en aquellos lugares donde se sustituyen generadores diesel por el sistema fotovoltaico. Aquí los retornos de la inversión son muy rápidos en todos los escenarios.
- En muchas aplicaciones (en países con energía eléctrica cara como España) hemos encontrado también que estos proyectos son altamente rentable en la sustitución de algunos sistemas de riego en usuarios conectados a las redes eléctricas.
- En los proyectos donde se requiere una gran aportación de agua (ej. 125.000 l/ha y día) y redes de riego compleja los proyectos son rentables pero requieren inversiones de capital que pueden ser rentables.
- En cultivos que requieren una aportación de riego moderado y bajas densidades de planta por Ha las inversiones pueden ser muy pequeñas. Esto es especialmente interesante cuando las pérdidas de carga del sistema global pueden mantenerse reducidas.
- En explotaciones de gran tamaño con diferentes tipos de cultivo el sistema se implanta modularmente de forma que se comienza por la aplicación en aquellas partes de la explotación donde la energía solar es más competitiva. Se montan por tanto sistemas híbridos con otros elementos de generación de energía.
- En aquellas explotaciones en las que el agua es crítica el montaje de sistemas híbridos permite disponer además de un sistema de emergencia alternativo.
Destacamos también que en todos
los proyectos son importantes los cálculos hidráulicos para evitar problemas
con las pérdidas de carga que originarán un excesivo consumo energético.
Solicitud de presupuesto on-line
Si eres cultivador y deseas
implementar un proyecto de riego por goteo solar podemos ayudarte a estimar los
costes iniciales del proyecto. Para ello cumplimenta el siguiente formulario decontacto y calcularemos las necesidades de la aplicación prevista (entrar en
Solicitud de Presupuesto Riego por Goteo).
Comercialización
En los proyecto de riego por
goteo solar estamos obteniendo excelentes resultados, pero son proyectos
complejos incluso desde la fase de toma de datos y de presupuesto inicial. Es
por ello que por el momento los comercializamos únicamente en aquellas regiones
donde se dispone de de un adecuado apoyo local debidamente capacitado (ver
política de partners). Las regiones de comercialización son fundamentalmente
sur y centro de España.
Ya se han iniciado también las
primeras experiencias internacionales pero por ahora tienen carácter de ensayos
piloto y formación del soporte local.
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