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Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina

Autores

Antonio Barbancho* ([email protected]) Gemma Sánchez* ([email protected]) Julio Barbancho* ([email protected]) Fco. Javier Talavera**

([email protected]) Nemesio Segurola**

* Departamento de Tecnología Electrónica

**Escuela Universitaria Politécnica

Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 1

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaPresentación del problema


Existencia de multitud de zonas regables en Andalucía con ausencia de automatización o defectos en su funcionamiento.

Este trabajo forma parte de un estudio encargado por la Consejería de Agricultura y Pesca de la Junta de Andalucía para el estudio, evaluación y elaboración de recomendaciones dentro del campo de automatización de regadíos.

El costo de la instalación del cable para las comunicaciones y la alimentación de terminales remotos supone el 30% del presupuesto destinado a la automatización de zonas regables.

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSoluciones habituales (1)


Tipos de automatización Local. Energía almacenada en un sistema de baterías para

toda la campaña del cultivo. Control muy simple del riego Típicamente sin comunicaciones, necesita programación in situ.

Por cable. Distribución de energía y comunicaciones a través de cables. Normalmente son soluciones propietarias.

Inalámbrica. Alimentación mediante paneles solares (o aerogeneradores) y baterías. El control lo realiza un autómata programable (flexibilidad, escalabilidad, sistema abierto).



Cable Radio GSM

Coste de instalaciónAlto.Requiere obra civil Medio Bajo

Coste de materialesAlto.Muchos kilómetros Alto Bajo

Coste de explotación No tiene No tiene

Sí tiene.Dependerá de su uso

MantenimientoMedio.Dificultad en las averías

Medio.Deterioro de las antenas No tiene

Fiabilidad Muy alta Media Muy alta

VersatilidadRequiere planificacióninicial

Fácil de modificar oagregar telecontrolposterior

Fácil de modificar o agregar telecontrol posterior

Consumo Medio-alto Bajo



Solución general recomendada: Telecontrol basado en PLC estándar, con módem GSM.

Alimentados por panel solar y almacenamiento en baterías de plomo.

Inconvenientes de la solución “estándar” Vandalismo: los paneles solares deben instalarse a cierta

altura para minimizar los actos vandálicos y de robo (interrupción del servicio, coste de reposición,...).

Generalmente los autómatas no han sido pensados para trabajar en entornos con restricción de energía (>10 W).

Solución alternativa: alimentar la estación remota a partir de la energía del agua. ¿Viable?


Objetivos

Demostrar que es posible obtener la energía para la automatización del riego del propio flujo de agua.

Para ello y dado que es esperable una reducida cantidad de energía y sólo durante las horas de riego:

¤ Demostrar que es posible reducir el consumo de la estación remota lo suficiente.

¤ Definir un mecanismo de gestión del consumo del sistema de comunicación que permita reducir el consumo medio sin afectar seriamente la operatividad y disponiblidad del sistema.



Esquema del sistema


Centro de control

Estación remotade telecontrol

Usuario

Zona 1

Zona 3

Zona 4Zona 2

Electroválvulas

Individuales

Contadores

Individuales

Electroválvula General

Sensor de Presión

Contador General

Turbina Hidraulica


Sistema de alimentación


Regulador

DCDC

Cargador

Batería

Generador

Salida 2.4V

Salida 12V

Bloque de ConversiónBloque de AlmacenamientoBloque de

Generación

Salida 3V

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSistema de generación (1)


Generador CC

Engranaje Multiplicador

Engranaje Reductor

Junta Estanca

Hélice

Cuerpo de Turbina

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por MiniturbinaSistema de generación (2)



Estación remota (1)


ContadorGeneral

ContadoresSecundarios

ElectroválvulaGeneral

ElectroválvulasSecundarias

MemoriaEEPROM

Modem GSM

Sensor Presión

DetectorPresencia

Microcontrolador

I2C

PuertoSerieRS232

Bu

s E

ntr

ada

Bu

s S

alid

a




Funciones: Control de la válvula principal del hidrante. Gestión de la

política de gasto: a la demanda o prepago. Gestión precisa del riego mediante el control de las

electroválvulas secundarias. Contabiliación del consumo de cada sección.

Almacenamiento por periodos horarios para tarificación (horas valle, llano o punta), estadísticas, etc.

Control de la presión de línea. Control del sensor de intrusismo. Comunicación con el centro de control.




Técnicas de minimización de la energía consumida: Empleo de electrónica de muy bajo consumo. Reducción de la tensión de alimentación. Amplio uso de técnicas de apagado selectivo de

componentes (sleep). Empleo de electroválvulas biestables. Gestión de la mayor parte de las funciones off line:

¤ Alarmas como mensajes de texto. El módem se enciende sólo el tiempo necesario.

¤ Los comandos que no necesitan ejecución inmediata se emiten como SMS, permaneciendo en el servidor hasta la conexión.

Gestión de las conexiones on line mediante ventanas temporales.




Medidas de consumo en el prototipo: Configuración y condiciones de medida:

¤ Duración diaria del riego (generación): 4 horas.¤ Energía generada: 11’67 mWh.¤ Eficiencia del sistema: 70% (8’17 mWh).¤ Acumulador NiCd de 750 mAh 2’4V.

Consumo del sistema completo excluido el módem GSM: 370 Wh.

Disponible para el módem GSM: 7’8 mWh. Autonomía excluido el módem: 6 meses y 21 días. Disponibilidad de comunicaciones diarias (programable)

¤ 2 ventanas de 160 minutos.¤ 4 ventanas de 80 minutos.¤ 24 ventanas de 12 minutos.


Conclusiones

La alimentación de estaciones remotas de telecontrol de hidrantes aprovechando la energía del agua de riego es tecnológicamente viable.

Se ha diseñado y construido un prototipo de laboratorio usando materiales comunes y para una instalación doméstica.

Es de esperar mejores prestaciones (autonomía, disponibilidad) con un diseño específico para caudales propios de instalaciones agrícolas.



Líneas de continuación

Construcción de un prototipo de tamaño real para

comprobar y cuantificar las mejoras esperadas.

Estudiar la viabilidad económica frente a soluciones

comunes del mercado.

Estudiar el uso de otros sistemas de comunicación, como

las radios de baja potencia.


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