Diseño de un sistema automático de abastecimiento de recursos hídricos para riego por impulsión fotovoltaica. Caso Comunidades del Municipio de San andrés de Machaca del Departamento de La Paz

Abstract

En las comunidades Laquinamaya, Wancarani y Jerusalén del municipio de San Andrés de Machaca existen pozos subterráneos cuya finalidad es la de dotar agua para riego y otras actividades, factores como la nula organización en la distribución, inexistencia de una red eléctrica pública, hacen al ciclo del agua poco productivo e ineficiente para las actividades productivas del lugar, en ese entendido, el presente proyecto de grado muestra una metodología para el diseño de un sistema automático de riego que garantice el abastecimiento de recursos hídricos para el sistema productivo del lugar, utilizando paneles fotovoltaicos como fuente de energía debido a la ausencia de redes de electrificación rural además de sus altos niveles de radiación, en colaboración con los comunarios y herramientas computacionales como Google Earth, Global Mapper se determinó la superficie de riego, elevaciones del terreno, mismo que aproximadamente es de 7 hectáreas, mencionar también que son 60 los usuarios que cuentan con parcelas dentro de las comunidades anteriormente mencionadas, posterior a ello se determinaron los parámetros para la estimación de la demanda hídrica de los cultivos, la herramienta que se utilizó para este propósito es el Software ABRO cuyos datos de entrada son las condiciones climatológicas del lugar, superficie a regar, tipos de cultivos con sus respectivos porcentajes y los caudales de oferta dados por los pozos subterráneos del lugar. El Software ABRO determinó un caudal preliminar máximo de 3 L/s dado en el mes de Noviembre cuyo valor sufrió modificaciones debido a que el mismo no toma en cuenta criterios de diseño como perdidas en las tuberías o el tipo de sistema de riego dando como resultado un caudal de diseño de 4,7 L/s. Posterior a ello se procedió con la selección de los componentes del sistema de riego con especial atención en los aspersores, cuyos rangos de presiones de trabajo son entre 7 y 18 m. Con ayuda del Software Bentley Watercad se procedió con el diseño de la red de distribución de agua cumpliendo con los rangos de presión, además de no exceder los valores permisibles de velocidad en las tuberías, también se determinaron las dimensiones de los tanques elevados conjuntamente los equipos de bombeo de agua subterránea cuyo punto de trabajo se determinó en primera instancia de manera manual y posteriormente se verificó con ayuda del Software, con los datos de potencia de los equipos se procede con el diseño del sistema de generación de energía eléctrica cuya fuente es la radiación solar, para ello se procedió a recabar datos de la radiación solar promedio cuyo valor utilizado para fines de diseño es el parámetro denominado Horas Pico Solar HPS 6,31 h/d, por otra parte los valores de demanda de energía eléctrica vienen dados por los equipos a ser alimentados, como ser: motores eléctricos, iluminación, bobinas de contactores, bobinas de válvulas de control, relés, fuente de corriente continua entre las más importantes, habiéndose realizado un balance entre oferta y demanda de energía cuyo valor es de 173 kWh/d, con el cual se procede al dimensionamiento del sistema de generación y distribución de energía eléctrica, cuyos resultados fueron corroborados mediante la utilización del Software PVSyst, posterior a ello en la etapa preliminar de diseño conceptual se determinó la Filosofía de Control cuyos resultados definen el funcionamiento del sistema automático donde entre los aspectos a resaltar están por ejemplo que el sistema de riego para su distribución de agua se dividió en 9 bloques según la frecuencia de riego, dando como resultado la organización de la distribución de agua por días, así mismo se utilizaron herramientas del software LogoSoft del MiniPLC Logo de Siemens para que el sistema responda a un determinado volumen a entregar en función a la humedad del suelo, con ayuda de un temporizador con entrada analógica proveniente del sensor de humedad, flexibilizando así su utilización, toda vez que al ser un sistema de riego por aspersión, el mismo no deberá presentar variaciones significativas en las presiones de trabajo lo cual justifica la utilización de la variable del tiempo en lugar de la variación de la sección para controlar el caudal, consecuencia de todo lo anteriormente mencionado se generaron planos, esquemas, simulaciones y memorias de cálculo de todos los subsistemas. Para finalizar, se estimó el presupuesto final y por etapas cuyo valor final es de 2,8 millones de bolivianos, dato importante para referencia de las autoridades del municipio de San Andrés de Machaca, también se determinaron las diferencias entre los presupuestos entre cada subsistema.