Estudio energético del sistema de regulación en la estación de bombeo del sector V-2 de la comunidad de regantes del Zújar

Abstract

Nowadays an increase of the electrical energy consumption caused by pumping systems containing hydraulic networks can be observed. These ensure the distribution of water to the consumers with the necessary pressure. The electric energy which is needed to operate the pumping units of an urban or agricultural water supply system represents a big part of the economic costs. Due to this, it is crucial to frequently study and analyse hydraulic networks using mathematical methods in order to determine different alternatives of regulations which reduce the consumption of energy. With respect to this aim, it¿s very important to undertake energetic studies to find the optimal operation point for each hydraulic pump. Furthermore it¿s desirable to locate areas with higher pump working efficiency. In direct pumping systems which are analysed in this study its useful to implement frequency shifters in the pumps in order to obtain higher or lower numbers of revolution (rotational speed). By this, the pressure units are able to operate in distinct efficiency areas. The irrigation association of Zújar, located in the municipality of Don Benito at the province of Badajoz, has a direct pumping station to the network in sector V-2. Se trata de un sistema de riego a la demanda This hydraulic network lacks an automated regulation system, even though it has the necessary elements for its automation. The aim of the study is to obtain the optimal regulation system to ensure the necessary pressure in each consumption nodes of the paying customers to the lowest possible costs. Therefore, it will be developed a mathematical model of the irrigation system in EPANET with the hydraulic and topological characteristic of the network. Concurrently it will be assigned to the nodes the annual record consumption of each user to get the pressure values in all nodes. Thus, making sure that with an efficient configuration or the pressure parameter at the entry point of the pump stations so that it can be guaranteed the proper supply of water to the Irrigation Community. After that, it will be generated an energetic calculation model in EXCEL format to compare the different alternatives of regulation that can be obtained with the different current hydraulic pumps. Some of these pumps have frequency shifter so that the calculations can be applied to the regulation system properly.

Hoy en día cada vez es más común el encarecimiento de la energía eléctrica que es consumida por los sistemas de bombeo que poseen ciertas redes hidráulicas para poder garantizar el suministro de agua con la presión necesaria a los usuarios. La energía eléctrica que se emplea en un sistema de bombeo dentro de un abastecimiento urbano o agrícola puede llegar a representar una gran parte del coste económico. (O presupuesto económico). Por ello es cada vez más frecuente estudiar y analizar las redes hidráulicas por medio de modelos matemáticos con el fin de encontrar diferentes alternativas de regulación encaminadas a conseguir un mayor ahorro energético. Con este propósito en una estación de bombeo es muy importante intentar realizar estudios energéticos donde se pueda llevar a las bombas hidráulicas a trabajar en puntos óptimos de funcionamiento con el fin de encontrar zonas de mayor rendimiento donde estas puedan operar. En sistemas de bombeo directo como el que se analizará en el presente estudio es muy útil contar con variadores de frecuencia acoplándolos a las bombas para que disminuyendo o aumentando la velocidad de giro puedan llevar a los grupos de presión a trabajar en esas diferentes zonas de rendimiento. La Comunidad de Regantes del Zújar, ubicada en el término municipal de Don Benito en la provincia de Badajoz, posee en el Sector V-2 una estación de bombeo directo a red, tratándose de un sistema de riego a la demanda. Dicho estudio tendrá como objetivo obtener el sistema de regulación óptimo para garantizar la presión necesaria en cada nudo de consumo de los abonados con el menor coste energético posible. Para ello se desarrollará un modelo matemático del sistema de riego en EPANET con las características hidráulicas y topológicas de la red. Conjuntamente se asignarán a los nudos los registros volumétricos consumidos históricamente (1 año) de cada usuario, para así obtener los valores de presión en cada nudo asegurando que con la presión de consigna establecida a la salida de estación de bombeo se pueda garantizar el suministro de agua y la presión mínima que oferta la Comunidad de Regantes a sus usuarios. Posteriormente se realizará un modelo de cálculo energético en EXCEL para comparar las distintas alternativas de regulación que se pueden obtener con las bombas hidráulicas actuales, contando algunas de ellas con variadores de frecuencia, para así obtener el sistema de regulación a emplear que genere el menor coste energético.

[CA] Hui en dia cada vegada és més comú l’encareixement de l’energia elèctrica que és consumix pels sistemes de bombeig que posseïxen certes xarxes hidràuliques per poder garantir el subministrament d’aigua amb la pressió nesessària als usuaris. L’energia elèctrica que s’utilitza en un sistema de bombeig dins d’un proveïment urbà o agrícola pot arribar a representar una gran part del pressupost econòmic. Per aquesta raó es cada vegada més comú estudiar i analitzar les xarxes hidràuliques per mitjà de models matemàtics amb la finalitat de trobar diferents alternatives de regulació encaminades a un major estalvi energètic. Amb aquest propòsit en una estació de bombeig és molt important intentar realitzar estudis energètics on es puguen portar les bombes hidràuliques a treballar en punts òptims de funcionament amb la finalitat de trobar zones de major rendiment on aquestes puguen operar. En sistemes de bombeig directe com el que s’analitza en el present estudi, és molt útil comptar amb variadors de freqüència acoblant-los a les bombes, perquè disminuint o augmentant la velocitat de gir puguen portar als grups de pressió a treballar en eixes diferents zones de rendiment. La Comunitat de Regants del Zújar, ubicada en el terme municipal de Don Benito en la província de Badajoz, posseïx en el Sector V-2, una estaciò de bombeig directe a la xarxa, tractant-se d’un sistema de reg a la demanda d’una superficie de 478.12 hectàrees de cultiu. El dit estudi té com a objectiu obtindre el sistema de regulació òptim per a garantir la pressió necessària en cada nuc de consum dels abonats amb el menor cost energètic possible. Per aquest motiu es desenrotlla un model matemàtic del sistema de reg en EPANET amb les característiques hidràuliques i topològiques de la xarxa. Conjuntament s’assignen als nucs els registres volumètrics consumits històricament (1 any) de cada usuari, per a així obtindre els valors de pressió en cada nuc assegurant que amb la pressió de consigna establida a l’eixida d’estació de bombament es puga garantir el subministrament d’aigua i la pressió mínima que oferta la Comunitat de Regants als seus usuaris. Posteriorment es desenrotlla un model de càlcul energètic en EXCEL per a comparar les distintes alternatives de regulació que es poden obtindre amb les bombes hidràuliques actuals, comptant algunes d’elles amb variadores de freqüència, per a així obtindre el sistema de regulació a emprar que genere el menor cost energètic.