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Energía y Procesos agrícolas
Diálogo regional sobre el nexo agua-energía
Ciudad de Panamá
24 y 25 de mayo de 20 16
Problemática global
- Efectos del clima; variabilidad y/o cambio.
- El incremento de la población y su necesidad deagua, la escasez de agua dulce son los problemasmás críticos que enfrenta la humanidadactualmente. Ya existe un desequilibrio entre lacantidad de agua utilizable y la demandada.
- El Siglo XXI ha sido llamado “Siglo del Agua”.Alrededor de 2,000 millones de habitantes en elmundo se enfrentan hoy a la escasez de agua.
- La demanda se ha incrementado no solo comoresultado del crecimiento poblacional, sinotambién como consecuencia del desarrolloindustrial, la dependencia creciente de laagricultura de riego, la urbanización y los nivelesde vida más altos.
Problemática regional: CorredorSeco Centroamericano y Arco Secopanameño
La energía (fósil o alternativa) se utiliza en los procesos de aplicación del agua, aplicación de nutrientes, en los procesos de conservación y transformación de alimentos, así como en los procesos de depuración de aguas contaminadas para usos diversos (agrícola)
Elementos de Solución
Incrementar la superficie de riego,
Incrementar la disponibilidad de agua dulce: Cosecha de agua de lluvia, Desalinización (agua marina y salobre) y Tratamiento de aguas residuales.
Reducir el desperdicio de agua en los diferentes usos: Uso eficiente de recurso agua-suelo-energía.
Un dato global: Superficie agrícola de riego
5,191 millones de km2 cultivados, sólo 30% es de regadío.
Superficie equipada con regadío como porcentaje de la tierra cultivada. Fuente FAOSTAT,2002.
1,560 millones de km2 de riego
Se requieren de 2000 a 2500 km3 de agua/año. De éstos 80% proceden de aguassuperficiales y 20% de aguas subterráneas que son extraídas con diferentes tipos deenergía
Tecnología de aplicación del agua: Riego
Clave Método Tipo Modalidad
RG/S/R
Riego por gravedadEnergía P
Surcos
Rectos
RG/S/EC En contorno
RG/S/C Corrugaciones
RG/M/RMelgas
Rectangulares
RG/M/EC En contorno
RG/P Pozas o cajetes
RG/D Desbordamiento
RA/BP/ES
Riego a presiónEnergía E
Baja presión
Entubado simple y/o Hidrantes
RA/BP/EC Entubado con compuertas (multicompuertas)
RA/BP/ECV Entubado con compuertas y válvula de intermitencia (riego intermitente)
RP/AP/A/S/F
Alta presión
Aspersión
Simple
Fija
RP/AP/A/S/P Portátil
RP/AP/A/S/SP Semiportátil
RP/AP/A/M/LR
Mecanizada
Lateral sobre ruedas
RP/AP/A/M/CV Cañon viajero
RP/AP/A/M/AF Avance frontal
RP/AP/A/M/PC Pivote central
RP/AP/L/G/S
LocalizadoGoteo
Superficial
RP/AP/L/G/SB Subterráneo
RP/AP/L/M/A Micro aspersión
R/S/C Riego por subirrigación
Energía P
Controlado
R/S/NC No controlado
Tecnología básica Tecnología en uso Tecnología de punta
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: 30 m2 – 100 m2 – 0.5 ha
VIVIENDA. Servicios básicos=salud Educar: trabajando=resiliencia(abrigo, cocción, conservación, iluminación, agua y depuración)
Solar-mecánicoEnergía potencial y mecánicaPaneles solares, Aerogeneradores, TurbinasTermo-solar
PecuarioElectrólisis (Orina-Hidrógeno)Bio-digestores
ForestalDendro-energía
Ecomateriales en viviendas
MARCO Tecnológico: Ecotecnias
Energía en la agricultura
Riego por goteo e hidroponía: Energía Eléctrica
“COSECHA/CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA EN TECHOS PARA RIEGO”
Energía en la agricultura
Cosecha de agua
Cosecha de agua en techos
La captura de agua de lluvia es un sistema antiguo que se ha practicado
en diferentes épocas y culturas. Este sistema es una manera fácil de
obtener agua para consumo humano y para uso agrícola.
Diagrama mostrando las partes básicas del sistema.
La altura del tanque será menor que la del invernadero para captar el agua del techo de éste.
El basamento del tanque-cisterna será superior al basamento del invernadero para posibilitar el riego con el uso de energía potencial.
-Los sistemas de captación de agua de lluvia representan una opción tecnológica nocompleja, económica y ecológica para abastecer en cantidad y calidad con este recursovital a las poblaciones.
Una forma de captación de agua de lluvia para su uso eficiente en el riego es la combinación invernadero-tanque de almacenamiento-riego tecnificado.
Acercamiento a la bajada de agua del techo del invernadero y la entrada al tanque-cisterna.
Las dimensiones tanto del invernadero como del tanque-cisterna, serán en función de:
- Precipitación en la zona- Requerimientos hídricos de los cultivos a producir.
Estas variables definirán los tamaños de los techos, que significan el área de captación y lo que definirá el potencial de agua que se puede cosechar.
Para garantizar un uso eficiente del agua captada, se debe tener riego tecnificado en el invernadero. Riego por goteo con cintilla es un ejemplo de ello.
Almacenamiento de agua
Almacenamiento de agua
Tanque de descarga de
fondo y huerto familiar:
-Eficiencia aprox. 75%
- Productividad ligeramente
inferior a invernaderos.
-Riego selectivo.
-Diversificación de cultivos.
-Excedentes para trueque
y/o comercialización.
Sistema de aprovechamiento de
agua para cultivo (TDF).
Riego con tubería de compuertas
Sistema de aprovechamiento de
agua para cultivo (TDF).
Riego con tubería de compuertas
Sistema de aprovechamiento de
agua para cultivo (TDF).
Riego por goteo con cintilla de baja presión (aumento eficiencia)
Sistema de aprovechamiento de
agua para cultivo (TDF).
Riego por goteo con cintilla de baja presión (aumento eficiencia)
Permite extraer agua de un pozo o noria.
Puede vencer cargas de 20 m. totales.
Es fácil de transportar y colocar.
Se ajusta a cualquier tamaño de bicicleta.
Bicibomba
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
Energía FV-Eólica
Laguna
ZONA DE RIEGO FUENTE DE ALMACENAMIENTO
MELGAS DE PIÑA PLANO TOPOGRÁFICO - RIEGO
R1= 332 k-m3
Método: sondeo estadalCausa: maleza acuática y cocodrilos
R2= Plano topográfico
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
IMPLEMENTACIÓN - CÁRCAMO Y GALERÍA
24 m3 – 3 bombas VCD
Cero arena
Filtra 17 lps en condiciones normales
Cero arena
Las 3 bombas hasta 21 lps
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
IMPLEMENTACIÓN - ALMACÉN
280 m3 – 5 bombas VCD1 MOTOBOMBA
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
IMPLEMENTACIÓN – PANELES SOLARES
DISEÑO ENERGÉTICO: 200-300 VDC
DISPOSI-CIÓN EN SERIE
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
IMPLEMENTACIÓN – AEROGENERADORES
DISEÑO ENERGÉTICO: 2000 wattsV=8-20 m/s
DISPOSICIÓN DE 2 GENERADORES EN SERIE
ESTUDIO IMTALAB
Ensamble e instalación
Protección a vientos fuertes
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
IMPLEMENTACIÓN – CONTROL DEL BOMBEO
CASETA EN ALMACÉN Y CÁRCAMO FOTOVOLTAICO Y EÓLICO
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
IMPLEMENTACIÓN - SISTEMA DE RIEGO
PLANO CONSTRUCTIVO Y UNIFILAR
SE HIZO VIDEO, CAPACITACIÓN AL USUARIO EN BOMBEO Y RIEGO POR SECCIONES
Energía en la agricultura urbana-ruralOrden: Decenas de has
FV-POTENCIAL
FV
POTENCIAL
Energía en la agriculturaOrden: Miles de has
Energía Potencial
Acciones de cosecha de aguaObras y acciones de conservación + Método Keyline
MEDIO AMBIENTE. Conservación=salud Educar: trabajando en obras de conservación agua-energía-suelo-bosque=participación social=desarrollo sustentable
Vivienda + proyectos productivos agro-silvo-pastoriles=desarrollo sustentable
720 ha Área incluyente
Tipo de SistemaMicro-aspersión: 233.60 haGoteo: 282.74 ha
Sistema de bombeo móvil con uso de energía renovable
Bomba Centrifuga de 5 Etapas sumergible Módulos fotovoltaicos
Sistema de bombeo solar móvil
Descripción conceptual del prototipo experimental.
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Representación conceptual del modelo experimental
Sistema de desalinización solar autónomo paraaplicaciones de riego agrícola. Aumentar la
disponibilidad de agua: Desalinización
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Estudio de calidad del agua
36
PARÁMETROS
No.
Muestra Muestra Ca Mg Na RAS
1 Influente 344.503 220.927 53.074 0.549
2 Rechazo 433.81 236.645 62.575 0.631
3 Permeado 12.955 11.579 12.56 0.611
Tabla: evaluación de la calidad del agua Prueba pH CE (µS/cm) SDT (mg/L) T (°C)
A 8.54 1105 525 30.8
1 B 8.55 1217 565 31
C 8.53 154 85 30.9
A 8.45 2330 1170 29.7
2 B 8.42 2630 1320 29.7
C 8.38 350 180 29.7
A 8.37 3490 1750 28
3 B 8.35 4100 2050 28
C 8.31 320 160 28
A 8.1 4885 2539 25.2
4 B 8.1 5759 3003 25.2
C 8.1 281 96 25.2
Influente (A), Efluente (B) and permeado (C)
Evaluación del sistema NF
37
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
1800.0
0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0
Po
ten
cia
(W)
Irradiancia (W/m2)Relación de la potencia que demanda el sistema respecto a la radiación incidente
0
5
10
15
20
25
40 50 60 70 80 90 100
Car
ga a
par
ente
(m
H20
)
Presión (PSI)
Evaluación del sistema NF
38
0
2
4
6
8
10
12
14
20 30 40 50 60 70 80 90
Flu
jo d
e p
erm
ead
o (
lpm
)
Presión de alimentación (psi)
525 SDT (mg/L)
1170 SDT (mg/L)
1750 SDT (mg/L)
2539 SDT (mg/L)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
100 300 500 700 900
Co
nsu
mo
de
en
egí
a (K
wh
/m3)
Irradiencia (W/m2)
Consumo de energía por unidad de volumen.
Comportamiento de la producción de permeado
como función de la presión de alimentación.
Costos de producción
Costo
(US$/m3)
Inversión total de capital 0.57-0.25
Remplazo de Membrana 0.37-0.17
Operación y mantenimiento
costo anual
0.11-0.05
Costo unitario de producción 1.05-0.47
Capital (Cc) US$8133
Costo por modulo de
membrana (Mc)
US$1400
Capacidad 2.16 - 4.8 m3/d
Disponibilidad de la planta 90%
Taza de interés 7%
El costo de producción es función de la calidad del influente, a mayor concentración deSDT mayor es el costo de producción
Costos de la RO-PV
Ref. Cost U
(US$)
Capacit
y
(m3/d)
Mohamed et al. (2008) 10.4 0.4
Amati et al. (2008) 6.95 12
Carvalho et al. (2004) 9 4
Helal et al. (2008) 7.21 20
U. Dehesa et al (2015) 5 4
La calidad y la cantidad de agua necesaria parael riego se define en función de lascaracterísticas del cultivo y del suelo. Debidoque los sistemas de RO producen un permeadocon PH bajo se requiere de re mineralización
Conclusiones
• Desarrollo de sistemas de NF-PV para cuerpos de agua con alto contenido en sulfatos, donde los costos de producción oscilan entre 1.05-0.47 US$/m3
• Desarrollo de sistemas de RO-PV para cuerpos de agua con intrusión salina (Nacl), los costos de producción son cercanos a 5 US$/m3
• Desarrollo de alternativas sustentables para el desarrollo de zonas costeras donde el recuso solar es abundante.
La gestión de la energía en microcuencas
Capítulo 8. Dedicado al Empleo de energíasRenovables con aplicación al subsector agrícola
Riego por goteo con uso de energía renovable
Desalación solar de agua
