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02/03/2023

Uso de las tuberías TOM® de PVC-O en las redes de riego: Máxima eficiencia energética en el transporte de agua

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El nivel de modernización de regadíos conseguido, ya supera el 75% de la superficie total regada y representa más de un 65% de la producción total, ocupando poco más del 15% de la superficie agraria útil, pero el marco energético actual ha cambiado notablemente y en el periodo 2008-2021 las tarifas eléctricas se han disparado más de un 120%.
 
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.
 
Es pues el marco actual, el más apropiado para el uso de las tuberías TOM® y los accesorios ecoFITTOM® de PVC-O 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.
 
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 (Tabla 1).
 
Tabla 1. 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.
 
De esta forma se logra entre un 15% y un 40% de mayor capacidad hidráulica que tuberías de otros materiales con diámetros externos similares (Figura 1).
 
 
Figura 1. Detalle de espesores de diferentes materiales
 
 
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 William.

 

1. Comparativo de diámetros más pequeños

 
Definimos como diámetros más pequeños, los comprendidos entre 90 mm y 400 mm. Planteamos este comparativo con el Polietileno (PEAD), el PVC convencional (PVC-U) para un diámetro de 400 mm y un caudal de 200 l/s.
 
 
V = Velocidad media en m/s
Di = Diámetro interior en mm
J = Pérdida de carga en m/m
C = Coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams (para el PVC-O; C = 150)
 
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).
 
 

2. Comparativo de diámetros intermedios

 
Definimos como diámetros intermedios, los comprendidos entre 450 mm y 630 mm. Planteamos este comparativo con 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 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).
 
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.
 
Tabla 2. 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.
 
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.
 
La alta capacidad hidráulica y su baja rugosidad hacen del PVC-O Clase 500 el material ideal para el transporte de agua con el mínimo consumo de energía.
 
De nada servirían estas referidas cualidades si la durabilidad del material comprometiera las grandes inversiones que se están acometiendo, por lo que, cabe hablar de eficiencia energética en el transporte de agua unida a otras cualidades no menos importantes como la durabilidad del material, su baja celeridad ó por ejemplo su alta resistencia al impacto.
 
Figura 2. Tubería TOM® de PVC Orientado


 

 

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