Materiales y Métodos:
Determinación del gasto por los aspersores.
La máquina Ballama empleada para el riego del cultivo Solanum Tuberosum (papa), cuenta con un total de 73 aspersores, para modelar el sistema de riego en el software EPANET resulta necesario determinar el gasto por cada uno, para lo cual fue necesario el empleo de una probeta de cristal calibrada de 500 ml, un cronómetro y un cubo plástico. El método empleado es el analítico experimental.
El procedimiento seguido se basó en un tiempo de 5 segundos mediante el empleo del cubo plástico se almacenó un determinado volumen de agua el cual fue medido en la probeta calibrada, luego aplicando la fórmula siguiente:
se determinó el caudal, se tomaron 3 mediciones por cada aspersor y mediante procesos estadísticos (con el empleo del paquete EXCEL) se determinó la media aritmética y la variabilidad existente entre aspersores.
Modelación a través del software EPANET 2.0.
Los pasos a seguir normalmente para construir el modelo de un sistema de distribución de agua con EPANET son los siguientes:
- Dibujar un esquema de la red de distribución.
2. Editar las propiedades de los objetos que configuran el sistema.
3. Describir el modo de operación del sistema.
4. Seleccionar las opciones de cálculo.
5. Realizar el análisis hidráulico.
6. Observar los resultados del análisis.
- Dibujar un esquema de la red de distribución.
Para dibujar el esquema es necesario conocer los elementos por los cuales está compuesto el sistema por ejemplo: codos, válvulas, bombas, tuberías, ect.
Además es necesario determinar la distancia tanto horizontal como vertical que separa estos elementos en el terreno, lo mismo se determinó con una cinta métrica de 30 m.
- Editar las propiedades de los objetos que configuran el sistema.
Para realizar este paso es necesario tener en cuenta inicialmente los datos que solicita el programa en cada uno de los elementos componentes y luego realizar su búsqueda en la instalación real y en cartas técnicas por ejemplo para editar las propiedades de una línea (tubería) se requiere el diámetro interior de la misma, longitud real de la tubería y coeficiente de rugosidad [ según (Nekrasov 1980) y (Crane 2000)] fundamentalmente.
- Describir el modo de operación del sistema.
Aquí es necesario introducir la curva característica de la bomba a partir de un par de datos que son por el eje de las abscisas el caudal y por las ordenadas la altura (la altura es la energía comunicada al fluido por unidad de peso). Los datos fueron tomados del fabricante.
- Seleccionar las opciones de cálculo.
Las opciones de cálculo está fundamentalmente dirigidas a las Opciones Hidráulicas y estas son las siguientes:
- Unidades de Caudal
- Fórmula de Pérdidas (en este caso por la fórmula de Darcy-Weisbach)
- Peso Específico Relativo.
- Realizar el análisis hidráulico.
Se ejecuta el programa para que se procesen los datos introducidos.
- Observar los resultados del análisis.
Esta sección describe los distintos modos en que pueden visualizarse los resultados de un análisis, así como los datos básicos que configuran la red. Entre los sistemas de visualización ofrecidos se encuentran los mapas, los gráficos de evolución, las tablas numéricas y los informes especiales.
A partir de los datos iniciales de la instalación real, en el programa se realizan algunas variaciones en cuanto a:
- Propiedades de las tuberías (rugosidad, materiales de construcción).
- Cambios de accesorios (codos de 900 por 450).
- Disminución de longitud de tuberías.
- Eliminación de codos.
Criterios de Decisión Económica.
La evaluación económica es la parte final de toda la secuencia de análisis de la factibilidad de un proyecto. Además de la existencia del mercado potencial atractivo, del lugar óptimo para la localización del proyecto, del dominio del proceso de producción y de las posibilidades de utilidades durante los primeros 5 años, hay que analizar si la inversión propuesta será económicamente rentable. Los métodos más utilizados para comprobar la rentabilidad económica del proyecto son el VAN y el TIR. (López 2004)
- Valor Actual Neto (VAN)
El método del Valor Actual Neto, también es conocido como Valor Presente Neto (VPN), es uno de los criterios económicos más ampliamente utilizados en la evaluación de proyecto de inversión. Consiste en determinar la equivalencia en el tiempo cero de los flujos de efectivos futuros que genera un proyecto, y comparar esta equivalencia con el desembolso inicial, entonces es recomendable que el proyecto sea aceptado.
El inversionista invierte teniendo en cuenta dos factores, primero, debe ser tal su ganancia, que compense los efectos inflacionarios, y en segundo término, debe ser un premio o sobre tasa para arriesgar su dinero en determinada inversión. Entonces antes de invertir, siempre hay que tener en cuenta una tasa mínima de ganancia sobre la inversión propuesta llamada Tasa Mínima Aceptable de Rendimiento (TMAR). (López 2004) (Varela 1996)
Se define TMAR como:
Los criterios de aceptación de evaluación son: sí VAN ≥ 0, aceptable el proyecto, sí VAN < 0 rechácese.
- Tasa Interna de Rendimiento o Retorno (TIR).
El TIR es la tasa que iguala la suma de los flujos descontados a la inversión inicial, o sea, el VAN es igual a 0. (López 2004) (Varela 1996)
El criterio es: sí el TIR > TMAR, se acepta la inversión.
Gastos por aspersores.
Tomando en cuenta las tres mediciones realizadas, se realizó el cálculo del volumen promedio y luego dividiendo el resultado por 5 segundos se determinó el caudal promedio por aspersores, los resultados se muestran según tabla 1 de los anexos.
Gráfico 1: Variabilidad de los gastos por aspersores
Como se puede apreciar en el gráfico 1 existe una gran variabilidad de los gastos por aspersores iniciales y finales, además entre aspersores contiguos.
En el primer caso está determinado por la propia característica de la máquina de riego de pivote central, la misma presenta diferencia de velocidades entre los carros más próximos al pivote y los más alejados donde el movimiento transcurre con mayor velocidad por tanto se debe suministrar un mayor caudal para satisfacer la norma de riego al cultivo.
En el segundo caso está motivado por la falta de control.
Modelación de la instalación.
A partir de las dimensiones reales del sistema de riego se modelo la instalación en el EPANET quedando según la figura 1 de los anexos, luego se analizó la posibilidad de sustituir las tuberías de alimentación (de acero galvanizado por plástico) y reducir algunas longitudes con el cambio y eliminación de algunos accesorios como se muestra en la figura 2 de los anexos.
Las pérdidas en una y otra variante se muestran en las tabla 2:
Tabla 2: Pérdidas hidráulicas en las tuberías
Como se puede apreciar las pérdidas hidráulicas disminuyen para la instalación remodelada, motivado por la disminución del factor de fricción y el empleo de accesorios con menores coeficientes de pérdidas locales.
Determinación del gasto energético.
A partir de la curva característica de la bomba suministrada por el fabricante y la estructura de la instalación se determinó el gasto energético como se muestra en la tabla 3.
Tabla 3: Consumo energético de las instalaciones de bombeo para las variantes
Como se aprecia en el caso de la instalación remodelada el consumo de potencia en kW disminuye en un 67.9 % con respecto a la real y por ende el coste por día disminuye en $ 34.74.
Lo anterior es motivado por la disminución de las pérdidas hidráulicas en la instalación remodelada lo cual produce el traslado del punto de trabajo de la bomba hacia una zona donde la altura (energía específica) a entregar por la misma al flujo para vencer las pérdidas hidráulicas es menor y por tanto también la potencia a entregar por el motor eléctrico.
Evaluación económica.
Determinación del Valor Actual Neto (VAN).
Para esto se evaluó el valor de las tuberías plásticas y accesorios tomados de la dirección económica en la Universidad de Granma, asumiéndose para el cálculo las siguientes inversiones en MLC.
Luego como se muestra en la tabla 4 y el gráfico 2 en los anexos, se determina el VAN para un periodo de vida útil de 10 años, dando como resultado la recuperación de la inversión en los primeros 7 meses del primer año con un beneficio al final de su vida útil de $ 13 256.95.
El ingreso fundamental está referido a la disminución del consumo eléctrico motivado por la reducción de las pérdidas hidráulicas en la instalación de suministro de agua.
- Con las técnicas de evaluación y mejora de los sistemas de riego, se puede conseguir ahorrar agua, mano de obra y energía, para lo cual se necesita que el sistema esté bien diseñado, manejado y conservado.
- El consumo de energía para la instalación remodelada disminuye en un 67,9% (por la disminución de las pérdidas de carga) y por ende el coste por día disminuye en $ 34,74.
- La inversión es factible, pues la misma se recupera en los primeros 7 meses del primer año con un beneficio al final de su vida útil de $13 256.95.
Recomendaciones:
- Llevar a cabo las propuestas planteadas en la instalación, y así mejorar el diseño, manejo y conservación de la máquina.
- Mantener un equilibrio entre los gastos de aspersores contiguos y mejorar en la uniformidad de la distancia del suelo a los aspersores.
- CITMA. Agencia de información para el desarrollo 1999.
- CRANE. Flujo de fluidos a través de válvulas, accesorios y tuberías. Edit. CRANE USA. 2000
- López Bastida, Eduardo. Texto Básico de metodología investigación I. 2004.
- López, P.G; Fuentes, M. V y Ayza, P. M (1996): ¨Modelización matemática de una red en funcionamiento. En: Ingeniería Hidráulica Aplicada a los sistemas de Distribución de agua. Cabrera, E. et.al., Ed. UPV y aguas de valencia.
- Manual del usuario EPANET 2.0.
- Ministerio de la Agricultura. Normas para proyectos de riego por aspersión 1985.
- Nekrasov, B. Hidráulica. Edit. MIR.1980
- Rabinovich, B. Hidráulica. Edit. MIR.1980
- Varela V., Rodrigo. Evaluación económica de las Inversiones. Rodrigo Varela. Colombia. Ed. Norma. 1996.
- Vennard, S. Mecánica de los fluidos Tomo I y II. Edit. MIR.1969
Tabla 1. Cálculo del caudal por aspersores
Figura 1: Instalación real de Máquina de riego Ballama
Figura 2: Instalación modificada de Máquina de riego Ballama
Tabla 4: Determinación del Valor Actual Neto (VAN)
Gráfico 2: Tiempo de recuperación de la inversión.
Autor:
M.Sc. Ing. Edilberto Antonio Llanes Cedeño
Ing. Yudel Milanes García
Ing. Junior Saavedra Fajardo
MSc., Profesor, Universidad de Granma, Carretera Manzanillo Km 17 ½ Peralejo Bayamo – Granma .
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