Riegos de alta eficiencia con energía solar

FACULTAD
DE CIENCIAS
AGRÍCOLAS
RIEGOS DE ALTA EFICIENCIA EN HORTALIZAS
CON ENERGÍA SOLAR
INGENIERÍAS
TEOBALDIS MERCADO FERNÁNDEZ
Profesor investigador
PhD. Hidrociencias
1964 - 2014
50 AÑOS
SEMBRANDO
FUTURO
Marzo 26 de 2015.
ENERGÍA SOLAR
1. Proviene del sol.
2. Disponibilidad.
3. Aprovechamiento: Aplicaciones térmicas y fotovoltaicas.
Bombeo con energía solar en Israel: Fuente: Mercado. 2013.
BRILLO SOLAR (horas/día)
Heliógrafo: Mercado. 2015.
RADIACIÓN SOLAR (W/m2)
Piranómetro digital
Mediciones de campo con Piranómetro digital
V A R IA C IÓ N E S P A C IA L D E L
B R ILL O S O L A R A N U A L
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LIM IT E S M U N IC IP A LE S
21 0 0 H O R A S /A Ñ O
20 0 0 H O R A S /A Ñ O
19 0 0 H O R A S /A Ñ O
18 0 0 H O R A S /A Ñ O
17 0 0 H O R A S /A Ñ O
16 0 0 H O R A S /A Ñ O
1:1 1 0 0 0 0 0
15 0 0 H O R A S /A Ñ O
14 0 0 H O R A S /A Ñ O
Fuente: Palencia, Mercado y Combatt. 2006.
V A R IA C IÓ N E S P A C IA L D E
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LIM IT E S M U N IC IP A LE S
26 .5 - 2 7 ° C
27 - 2 7 .5 ° C
27 .5 - 2 8 ° C
1:1 1 0 0 0 0 0
Fuente: Palencia, Mercado y Combatt. 2006.
V A R IA C IÓ N E S P A C IA L D E
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S A N P E LA Y O
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BU EN AVISTA
LA A P A R T A D A
M O N T E L IB A N O
TI E R R A L T A
P U E R T O LI B E R T A D O R
LIM IT E S M U N IC IP A LE S
80 - 8 1 %
81 - 8 2 %
82 - 8 3 %
83 - 8 4 %
1:1 1 0 0 0 0 0
Fuente: Palencia, Mercado y Combatt. 2006.
84 - 8 5 %
85 - 8 6 %
TENDENCIAS DEL USO DEL AGUA
Fuente: OECD Environmental Outlook Baseline, 2007
RIEGO.
APLICACIÓN OPORTUNA Y SUFICIENTE DE AGUA
A LOS CULTIVOS.
1. PORQUE REGAR?
2. CUANTO REGAR?
3. CUANDO REGAR?
4. COMO REGAR?
1. CUANTO REGAR?
CANTIDAD DE AGUA
SUELO COMO DEPOSITO DE AGUA (TEXTURA)
LAMINA DE FACIL APROVECHAMIENTO (LARA)
DISPONIBILIDAD (FLUJO ENTRADA – SALIDA)
CAPACIDAD DE INFILTRACION DEL SUELO
SUELO
Fuente: Combatt. 2006.
PERFIL DE SUELO:
LAMINA = mm/cm.
TENSIOMETRO.
20 – 30 Centibares.
CAPACIDAD DE INFILTRACION DEL SUELO
REQUERIMIENTO DE AGUA POR LOS CULTIVOS
Fuente: FAO. 2000
COEFICIENTES DE CULTIVO
Fuente: FAO. 2000
EVAPORACION/TRANSPIRACION
Fuente: FAO. 2000.
INVESTIGACIONES EN REQUERIMIENTOS HIDRICOS
Flores et al., 2006.
Berenjena: 8 L/planta/día, zona Sinú, Córdoba.
Meza et al., 2013.
Stevia: 0.6 L/planta/día, zona Sinú, Córdoba.
RIEGO POR GOTEO: 90 – 95 % DE EFICIENCIA.
PROYECTO BAES
Paneles de 60 W. Fuente: Mercado. 2014.
«Bombeo de Agua con Energía Solar»
1800
1600
-2
Radiación (W.m )
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
6
8
10
12
Horas del día
14
16
Curva de radiación con brillo solar pleno, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
18
T (°C)
HR (%)
R (W/m2)*10
140
100
80
60
40
20
7:18.00
6:16.00
5:14.00
4:12.00
3:10.00
2:8.00
0
1:7.00
Valores variables
120
Horas día
Temperatura y humedad relativa en función de la radiación a campo abierto.
T (°C)
HR (%)
R (W/m2)*10
90
80
60
50
40
30
20
10
7:18.00
6:16.00
5:14.00
4:12.00
3:10.00
2:8.00
0
1:7.00
Valores variables
70
Horas del día
Temperatura y humedad relativa en función de la radiación, protegido al 50 % R.
T (°C)
HR (%)
R (W/m2)*10
100
90
70
60
50
40
30
20
10
7:18.00
6:16.00
5:14.00
4:12.00
3:10.00
2:8.00
0
1:7.00
Valores variables
80
Horas día
Temperatura y humedad relativa en función de la radiación, protegido al 50 % R
en casa de cultivo con plástico.
COMPONENTES DE BAES
1. CAPTACIÓN ENERGIA SOLAR (PANELES): FOTOVOLTÁICO (E. ELECTRICA)
2. CONDUCCIÓN DE ENERGÍA
3. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (ACUMULADORES O BATERÍAS)
4. CONVERSIÓN DE CORRIENTE DC EN AC
5. EQUIPO DE BOMBEO (USO)
COMPONENTES DE BAES
1. CAPTACIÓN ENERGIA SOLAR (PANELES): FOTOVOLTÁICO (E. ELECTRICA)
2. CONDUCCIÓN DE ENERGÍA
3. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (ACUMULADORES O BATERÍAS): AUTONOMO.
ALMACENAMIENTO DE AGUA
4. CONVERSIÓN DE CORRIENTE DC EN AC: USO EQUIPOS DE BOMBEO DC
5. EQUIPO DE BOMBEO (USO)
PROPUESTA No 1: SISTEMA AUTONOMO DC
Paneles de 60 W. Fuente: Mercado. 2014.
Descarga de bombeo solar.
Riego por goteo a campo abierto
Casa de cultivos, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia
Resultados
1800
1600
-2
Radiación (W.m )
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
6
8
10
12
Horas del día
14
16
Curva de radiación con brillo solar pleno, universidad de Córdoba.
18
0,5
-1
Caudal (l.s )
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
400
600
800
1000
1200
-2
Radiación (W.m )
Variación del caudal con la radiación, universidad de Córdoba.
1400
Volumen disponible por día con cabeza hidráulica de 5.3 m
-1
Valores experimentales Q (L.s ) Tiempo efectivo (h) Volumen (L)
Mínimo
Máximo
Medio
0.067
0.424
0.206
4.0
4.0
4.0
964.8
6105.6
2966.4
Tomate en casa de cultivos con riego por goteo con BAES
Stevia con riego por goteo en condiciones protegidas
Balance
Carga hidráulica (5.3 m)
60 W, 3.75 A, 18 V
Bombeo de 3.5 gpm
370 plantas de Berenjena
999 plantas de Tomate
4944 plantas de Stevia
Escalamiento: 20.000 L/día
650 USD
10 – 20 años VU
PROPUESTA No 2: BAES CONVENCIONAL
CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA
RENDIMIENTO MÁXIMO: 500 W
BATERIA: 190 A.h
INVERSOR:
TENSIÓN ENTRADA: 11 – 15 V DC
TENSIÓN SALIDA: 110 – 220 V AC
BOMBEO:
40 gpm; 25 HDT, 0.5 Hp
Tt = 8 h; VOL = 72.000 L/día
USO:
9.000 plantas de Berenjena
24.000 plantas de Tomate
120.000 plantas de Stevia
COSTO:
: Aproximadamente 1 ha.
2.500 USD
1 – 1.5 Años VU, acumuladores: 1.000 USD
10 – 20 Años VU, inversor, paneles, controladores
ESCALAMIENTO: 1000 W: 1Hp: 144.000 l/día
EDUCACION FORMAL Y NO FORMAL EN USO DE ENERGIA SOLAR PARA BAES
BAES PARA ZONAS MARGINALES DEL NORTE DE COLOMBIA.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN