Tuberías de PVC-O TOM500: máxima eficiencia energética en el transporte de agua
En los últimos veinte años, periodo en el que se ha acometido la modernización del regadío de 1,7 millones de has, el marco energético ha cambiado notablemente respecto al existente.
Nadie podía sospechar que desde la desaparición de las tarifas especiales de Riego R1, R2 y R3 en el año 2008 el incremento del coste del término de potencia haya sido de más del 1.200%. Esta circunstancia desde luego está lastrando a muchas comunidades que decidieron modernizar atraídas por sus grandes beneficios, debiendo afrontar el pago de una potencia contratada durante los doce meses del año, cuando tan solo es utilizada en seis de ellos.
En estas modernizaciones y transformaciones en regadío ya acometidas y en periodo de explotación, las Comunidades de Regantes se han volcado en la búsqueda de soluciones para paliar los enormes costes que les genera su factura eléctrica:
- Realizando controles y mantenimientos de los equipos electromecánicos.
- Calculando eficiencias de la red de distribución y actuando en aquellas en las que la eficiencia no fuera la adecuada.
- Optimizando la gestión de las Estaciones de bombeo elevadoras:
- Regulando la E.B en función de la curva resistente.
- Prohibiendo el riego en horas "caras".
- Exprimiendo al máximo las posibilidades de los equipos instalados (Variadores, Bombas, ...).
- Reduciendo el consumo de energía reactiva, instalando baterías de condensadores en aquellas estaciones que no las tuvieran.
- Optimizando el uso de las redes de riego:
- Utilizando sistemas de telecontrol.
- Agrupando y concentrando riegos y programando de tal manera que se puedan controlar mejor los costes eléctricos.
- Controlando todas las pérdidas de caudal que puedan existir en la red, calculando eficiencias de la red de distribución.
- Definiendo de una manera exacta sus necesidades de bombeo, optimizando así su contratación de potencia.
- Etc.
Las Asociaciones de Comunidades de Regantes persiguen una serie de medidas que puedan ayudarles a reducir el coste de su factura eléctrica
La perspectiva actual no invita al optimismo. La CNMC (Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia) ha aprobado la Circular 3/2020 que establece la metodología para el cálculo de los peajes de transporte y distribución de electricidad que entra en vigor el 1 de junio de este año 2021.
El principal resumen de la circular es el siguiente:
- Se aumenta el Nº de horas de los periodos P1 a P4 (Periodos de consumo más caro) en detrimento de los periodos P5 y P6 (Periodos de consumo más barato).
- Cambia el calendario anual de distribución de estos periodos. Destaca el cambio del mes de agosto por ejemplo que antes era todo P6.
- Se penalizan más los excesos de potencia consumida respecto a la contratada
- Desaparece el calendario de tres periodos tarifarios, pasando a ser de seis periodos para todos los casos.
Calendario de peajes propuesto.
Es verdad, que, según esta circular, se reducen los costes fijos de las Comunidades de Regantes en el término de potencia, pero aumentan los variables que dependen del puro consumo de energía, lo que parece razonable, aunque no parece ser la solución, sobre todo para aquellas Zonas o Comunidades de Regantes que hacen uso del riego de forma estacional.
Las Asociaciones de Comunidades de Regantes persiguen desde hace tiempo una serie de medidas que puedan ayudarles a reducir el coste de su factura eléctrica, tales como:
- Permitir dos modificaciones anuales del contrato, de esta manera, para riegos estacionales se evitaría el pago de potencia contratada en épocas en las que no se disfruta de ella, reduciendo así los costes fijos.
- Fomentar la producción eléctrica para el autoconsumo de la propia Comunidad.
- Facturación de la potencia real demandada no la contratada.
- Aplicación de un IVA reducido.
Está claro que es un tema muy preocupante y que penaliza, y mucho, a las Comunidades de Regantes que acertadamente apostaron por la modernización de sus regadíos.
El marco actual es el más apropiado para el uso del PVC-O y sus accesorios en las redes hidráulicas de las nuevas modernizaciones
Mientras se llegan a acuerdos y se aportan soluciones sobre este tema, lo que parece evidente es que se han de tener en cuenta estas circunstancias en el diseño de las modernizaciones y transformaciones aún pendientes de acometer, adoptando medidas tales como:
- Ejecución de balsas de acumulación para aprovechar el caudal que se pueda bombear en horas con menor coste energético.
- Aprovechar, donde sea posible, los desniveles naturales que puedan reducir los costes de impulsión.
- Uso de materiales eficientes que permitan, debido a sus características intrínsecas, el transporte del agua de riego con la menor pérdida de carga posible.
- Etc.
Es pues el marco actual el más apropiado para el uso del PVC-O y sus accesorios en las redes hidráulicas de las nuevas modernizaciones. Un material que debido a sus propiedades genera una menor pérdida de carga y consecuentemente de energía respecto otros materiales y permite un ahorro considerable de la potencia necesaria a instalar y, posteriormente, contratar, y del propio consumo de energía en estas actuaciones.
Con esta exposición se pretende mostrar las notables diferencias existentes ente el PVC-O y otros materiales.
Planteamos un comparativo de materiales por rango de diámetros, usando para el cálculo, los coeficientes de rugosidad definidos en las Normas para Redes de Abastecimiento del Canal de Isabel II.
Coeficientes de rugosidad empleados en el cálculo de las pérdidas de carga
La reducción del espesor de pared que se produce en el proceso de orientación molecular proporciona a la tubería TOM mayor diámetro interno y sección de paso. Además, la superficie interna es extremadamente lisa, lo que reduce al mínimo las pérdidas de carga y dificulta la formación de depósitos en las paredes del tubo. Esta circunstancia permite para un mismo diámetro nominal reducir la velocidad y por lo tanto la pérdida de carga, o incrementar el caudal transportado.
Para este comparativo, definiremos un caudal para el mismo diámetro nominal de los materiales tenidos en cuenta, calcularemos en primer lugar su velocidad para posteriormente calcular su pérdida de carga a través de la fórmula de Hazen Williams.
1. Comparativo de diámetros más pequeños: definimos como diámetros más pequeños, los comprendidos entre 90 mm y 400 mm. Planteamos este comparativo con aquellos materiales más utilizados en este rango de diámetros, que son el Polietileno (PEAD), el PVC convencional (PVC-U) para un diámetro de 400 mm y un caudal de 200 l/s.
Para una tubería de PVC-O DN400 mm PN16 bar con el caudal mencionado, la velocidad es de 1,78 mientras que para la misma tubería en polietileno y en PVC-U la velocidad es de 2,38 y 1,95 respectivamente.
En este caso, el PVC-O presenta J (m/km) 6,52, el polietileno 13,19 y el PVC-U 8,11 lo que resulta en un total (J) de 7,17, 14,51 y 8,92 respectivamente.
Con estos datos podemos observar que el uso del PVC-O supone una pérdida de carga 102,4% menor respecto al uso del Polietileno (PEAD) y un 24,42 % respecto al uso del PVC convencional (PVC-U).
Instalación de tuberías TOM® de PVC-O.
2. Comparativo de diámetros intermedios: definimos como diámetros intermedios, los comprendidos entre 450 mm y 630 mm. Planteamos este comparativo con aquellos materiales más utilizados en este rango de diámetros, que son el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) y la fundición dúctil (FD) para un diámetro de 630 mm y un caudal de 450 l/s.
En el caso de tuberías de estos materiales en DN630 mm PN16 bar, el PVC-O presenta una velocidad de 1,61, el poliéster reforzado con fibra de vidrio 1,59 y la fundición 1,59.
En esta ocasión vemos que el PVC-O presenta 3,21 J(m/km) y el PRFV y la fundición 5,78 cada uno de ellos lo que lleva a un total (J) de 3,53 para el PVC Orientado, y de 6,36 para los otros dos materiales.
El uso del PVC-O supone, tal y como muestran los cálculos, una pérdida de carga 80,2 % menor respecto al uso del Poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) y al uso de la fundición dúctil.
3. Comparativo de diámetros grandes: definimos como diámetros grandes a partir de 710 mm. Planteamos este comparativo con aquellos materiales más utilizados en este rango de diámetros, que son el hormigón con camisa de chapa (HCCH) y el acero (AC) para un diámetro de 1000 mm y un caudal de 1200 l/s.
Para las tuberías en los materiales mencionados, la de PVC-O presenta una velocidad de 1,71 mientras que la de acero y la de hormigón con camisa de chapa presentan 1,53.
Para estos datos, J (m/km) en el PVC-O es de 2,08 con un total de 2,29, en el acero es de 3,59 con un total de 3,95 y para el hormigón con camisa de chapa es de 2,47 con un total de 2,72.
En este caso también podemos ver que el uso del PVC-O supone una pérdida de carga 72,15 % menor respecto al uso del acero y un 18,72 % respecto al uso del hormigón con camisa de chapa (HCCH).
El ahorro y eficiencia comienzan en la fase de diseño de la actuación, tanto del esquema hidráulico como en la elección de los materiales
La pérdida de carga indica la energía que pierde el agua a lo largo de su transporte por la tubería, debido a su rozamiento con el propio material de la tubería. En una distribución por gravedad, su importancia es menos relevante, incluso se puede dar el caso de que interese una pérdida de carga elevada para reducir el valor de la presión en el punto de entrega al usuario, pero en una impulsión, la potencia demandada dependerá, además del desnivel a salvar, de la pérdida de carga, por lo tanto, cuanto menor sea ésta, menor será la potencia necesaria y consecuentemente se podrán reducir tanto los costes fijos en término de potencia, como los variables en consumo de energía.
Para el comparativo, supondremos una tubería de impulsión de 5 km que ha de salvar un desnivel de 70 m hasta la llegada a un depósito.
Cálculo de potencia necesaria de bombeo para tuberías de diferentes materiales.
Como se aprecia en la tabla superior, las diferencias de potencia demandada en la estación de bombeo dependiendo del material que usemos en la impulsión son notables.
Como conclusión, creemos necesario recordar que el ahorro y eficiencia energética comienzan en la fase de diseño de la actuación, tanto del esquema hidráulico como en la elección de los materiales de la red.
De no ser así, estaremos condenados únicamente a la adopción de medidas sólo paliativas que tendrán una menor repercusión en la factura eléctrica, que, desde luego, no desdeñamos, pero consideramos insuficientes, sobre todo en zonas donde los precios de los productos agrícolas son más ajustados, aun siendo capaces después de la actuación de Modernización o Transformación de incrementar los rendimientos de producción.
Dependiendo de la clase de presión de las tuberías, el comparativo podrá ser más o menos favorable, pero está claro, que las tuberías TOM® de PVC-O de Molecor han de estar en primera línea en la batalla por la reducción de costes eléctricos en este tipo de actuaciones.