Estudio de eficiencia hídrica energética: los beneficios de la redes administradas de riego

Un trabajo académico realizado en la Región de Valparaíso mostró cómo en diversas ocasiones el uso de sistemas extraprediales hidráulicos entubados, presurizados y administrados por un software que determina cuándo, cuánto y dónde regar, puede lograr importantes ahorros de agua para optimizar el uso de este recurso cada vez más escaso, o bien para emplearlo en nuevas superficies. Esta solución, rentable en la mayoría de los casos, podría ayudar a mitigar la escasez hídrica que existe en varias regiones del país.

Por Jorge Velasco Cruz

La crisis de recursos hídricos que ha vivido el país desde hace más de una década, convive con el objetivo de autoridades, gremios y agricultores de seguir transformando a Chile en una potencia agroalimentaria. Esta situación, crítica en varias regiones, implica aprovechar al máximo cada gota de agua para lograr el mayor rendimiento: es uno de los objetivos más importantes que diversos productores, investigadores y desarrolladores de tecnología se han fijado en los últimos años.

Con esta premisa, la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM) y la Facultad de Agronomía de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV), decidieron unirse en una iniciativa FIC Regional (Fondo de Innovación y Competitividad), con el fin de elaborar una propuesta de Eficiencia Hídrica Energética (EHE) que permita gestionar, distribuir y entregar agua en forma eficiente a predios agrícolas en la Quinta Región. La idea nació para buscar una alternativa que ayude a mejorar el riego extrapredial en la Región de Valparaíso, aprovechando las condiciones naturales del terreno para lograr la presurización, además de fomentar la gestión hídrica a través de un software que lleve a cada miembro de las Organizaciones de Usuarios de Agua (OUA) locales a regar lo que les correspondes y ahorrar recursos energéticos e hídricos.

El proyecto se llamó “Disminución de Consumo Energético y Aumento de la Eficiencia de Conducción de Agua en Canales de Riego” o “Eficiencia Hídrica Energética” (EHE), dirigido por Santiago Geywitz, docente del Departamento de Diseño y Manufactura de la UTFSM de Viña del Mar. Un grupo de 11 expertos de la UTFSM y de la PUCV –vinculados también con la Universidad de Zaragoza en España- lo ejecutaron entre diciembre de 2014 y del mismo mes de 2015, para beneficiar a agricultores, OUA y profesionales vinculados a la implementación de políticas públicas de asignación y priorización de recursos, para que así pudieran modernizar y aumentar la infraestructura de riego extrapredial.

“Lo que está pasando en todo el mundo es que hay una disminución del recurso hídrico. Es un tema que en la Quinta Región en particular también se está planteando como uno de sus ejes de desarrollo estratégicos, ya que se calcula que la demanda por el agua podría aumentar un 50% al año 2025. Por lo tanto, minimizar cualquier tipo de pérdida, en este caso aquellas que involucran a la conducción, aumenta la eficiencia hídrica y también la productividad, porque se puede aumentar la superficie regada con una mejor distribución y un reparto más apropiado”, explica Santiago Geywitz. El tema es delicado y urgente; según revela el Informe ODEPA de 2010, “Análisis del mercado del agua en Chile: Una revisión crítica a través del caso de la Región de Valparaíso”, esta es la cuarta región con menor disponibilidad hídrica del país.

La iniciativa planteó el análisis económico, diseño e implementación de Redes Administradas de distribución extrapredial en diversos canales, las cuales presentan diversas ventajas: minimizar pérdidas por conducción, presentar un flujo controlado del agua y propiciar una administración centralizada y la presurización del caudal, lo que colabora en la mejora de los sistemas de riego al interior de los predios. Asimismo, su uso fortalece a las OUA, debido a que les entrega herramientas para registrar y controlar los caudales. “Las Redes Administradas –entubamientos debidamente dimensionados con control de entregas en presión y caudal– permitirían a las comunidades un uso eficiente tanto extra como intrapredialmente, con un fortalecimiento de las mismas y un aumento de la competitividad agrícola por la reducción en la estructura de costos”, detalla el proyecto.

“Lo que buscábamos –explica Geywitz– era lograr una distribución extrapredial con un sistema de entubamiento, en una red administrada que permita tener condiciones de caudal y la medida justa que requiere o le corresponde a cada usuario”. En este contexto, este trabajo realizó la prefactibilidad en cuanto a qué canales y a qué costo eran posibles de entubar y presurizar en algunas cuencas de la Región de Valparaíso. Para ello llevó a cabo el estudio económico y social de siete casos, basándose en el uso de Redes Administradas que utilicen el software de gestión GESTAR (ver recuadro) y en las tasas de recuperación de agua para que esta pudiera aplicarse a más cultivos. Esto proyecto también analizó el potencial de construir microcentrales de generación eléctrica, aprovechando las diferencias de altura entre los puntos de captación y de entrega.

VENTAJAS DE LAS REDES PRESURIZADAS

En general, en Chile el riego extrapredial se lleva a cabo a través de canales de diversas características. Los canales sin revestimiento presentan pérdidas del 20% al 30% por infiltración y evaporación, los que al emplear compuertas rústicas sólo permiten regular el flujo de agua, otorgando una administración rígida sin la capacidad de asignar el recurso conforme a derecho, por cuanto no miden ni controlan caudal. Como consecuencia, en ocasiones los usuarios que se encuentran a mayor distancia de la bocatoma del canal reciben menos agua que aquellos ubicados en los primeros tramos, debido a las pérdidas por conducción. A su vez, al no poder medir el caudal, se hace más difícil la detección de pérdidas de agua por roturas, obturaciones o robos.

Por otro lado, los canales revestidos reducen estas pérdidas a solo un 5% debido a que se mantienen aquellas por evaporación y otras variables. “Aunque comúnmente los proyectos de revestimiento de canales mejoran las estructuras de reparto de agua, la asignación del recurso sigue siendo por turnos y sumamente rígida. Además, es posible que, por el deterioro de la infraestructura, al cabo de cierto tiempo se vuelvan a presentar los problemas de un canal sin revestimiento”, explica Santiago Geywitz.

¿Por qué seguir entonces con la lógica de utilizar canales de riego si se podría, tomando por ejemplo la topografía de la Región de Valparaíso, presurizar el agua e incluso obtener ganancias con ello? “Al hacerlo –explica el director de EHE– es posible ganar esa energía y utilizarla en microgeneración. Pero, principalmente, se puede entregar el recurso a un usuario con una presión dada de un mínimo de 20 metros de columna de agua, que es lo que se requiere para que funcionen las bombas de riego y, por lo tanto, es un suplemento muy interesante, porque los agricultores tendrían lo que requieren en el espacio de tiempo que corresponda, evitando las pérdidas por conducción en el canal, robo, contaminación y evapotranspiración”.

Ante esta situación, el entubamiento de canales aparece como una solución atractiva, con niveles de eficiencia en la conducción cercanos al 100%. Permite a los agricultores conectarse a una matriz de riego presurizada, minimizando los gastos en energía y disminuyendo los requerimientos de filtraje para riego, a la vez que ayuda en el control volumétrico del caudal entregado.

La presión dentro de la tubería está condicionada tanto por factores de diseño (materialidad, diámetro y longitud) como por aquellos relacionados con la gestión del recurso. Para garantizar un nivel determinado de presión en todo el canal es necesario modelar el caudal transportado dentro de la tubería. Si es muy bajo, explica el académico de la UTFSM, es posible que éste no alcance a presurizarse. “Por lo tanto, basándose en estas premisas, se debe establecer un modelo de reparto del recurso de manera que se garantice en todos los puntos de entrega una presión determinada. Para ello es necesario contar con sistemas de entubamiento confiables y hoy en Chile existen diferentes alternativas de tecnologías y materiales, que aseguran una buena construcción de redes de distribución con tuberías de alta tecnología y a precios razonables”, agrega el director del proyecto.

De acuerdo con el estudio EHE, la eficiencia extra e intrapredial de un canal sin revestimiento y con riego gravitacional, alcanza al 37,5%, mientras que aquella con riego presurizado que se acople a una Red Administrada, puede llegar al 85,5%. Al mejor uso del agua, se suman el ahorro en energía, ya que no es necesario el bombeo, y la disminución en la necesidad de construir obras de acumulación, puesto que se entrega el agua en coordinación con la programación del riego.

REDES FACTIBLES DE IMPLEMENTAR

El proyecto comenzó catastrando todos los datos de los canales que hay en la Región de Valparaíso. Se detectaron 627 que completan una extensión de 3.624 kilómetros para regar 70.831 hectáreas, en donde las principales cuencas hidrográficas son las de los ríos Petorca, Ligua y Aconcagua, además de la desembocadura del río Maipo.

Se dividió a la Región en cuatro zonas que representen el contexto agrícola: la Zona I correspondió a la Provincia de Petorca y reunió a las cuencas de los ríos Petorca y Ligua; la Zona II comprendió las provincias de Los Andes y San Felipe, incluyendo las secciones uno y dos del río Aconcagua y el río Putaendo; la Zona III incluyó la Provincia de Quillota con la tercera sección del río Aconcagua; la Zona IV se conformó por las cuencas costeras y la desembocadura del río Maipo.

A partir de ellas se seleccionaron organizaciones de usuarios de agua que tuvieran información de sus caudales y derechos de agua, estuvieran adecuadamente operativas y tuvieran ganas de participar en el proyecto: en la Zona 1 se eligió al Canal Matriz de Chincolco, con más de 300 usuarios, que se subdividió en dos tramos; en la Zona 2 se seleccionaron el Canal El Carmen y el Canal El Monte; Canal La Brea y Canal El Colmenar en la Zona 3; y Canal Magdalena en Zona 4, que ya tenía una Red Entubada pero no administrada.

A su vez, se hizo una base de datos con los costos de tuberías (PVC y HDPE) y se realizó un trabajo en terreno para georreferenciar las compuertas de los canales y otros puntos importantes, como la conexión al canal matriz, el tranque comunitario y algunas obras adicionales. Además, los profesionales que participaron en el estudio realizaron una gira a España, para ver el funcionamiento de las redes presurizadas y aprender a utilizar el software GESTAR.

El estudio arrojó que el costo por metro lineal entubado osciló entre los $57.000 y los $23.000, dependiendo de las características geográficas de cada lugar y de las exigencias técnicas de cada iniciativa, frente a los $100.000 aproximadamente que vale un metro lineal de canal revestido. Asimismo, la rentabilidad de cada proyecto mostró ser cambiante. En Chincolco 1, por ejemplo, las pérdidas de infiltración son muy bajas como para que el incremento del área cultivada producto del aumento del agua, permita recuperar la inversión, mientras que en Chilcolco 2, esta se repone con los ingresos percibidos por el aumento del área de cultivo que se logra con un 10,3% de recuperación del agua perdida en la conducción del canal. En tanto, en el Canal El Monte esta cifra llega al 15% y en La Brea la presurización incluiría un nuevo trazado más corto que el actual (de 4,5 a 2,8 kilómetros), con importantes ahorros en la construcción y, en consecuencia, una probable rentabilidad.

A su vez, para la construcción de minicentrales hidroeléctricas, solo en un caso de los tres analizados –en la primera sección del río Aconcagua- se mostró que daban números azules, definiendo que “el alto costo de la inversión que implican las instalaciones de este tipo de centrales hacen indispensable determinar las condiciones que las hacen rentables”.

Según el proyecto, el uso de Redes Administradas es recomendable para canales con caudales menores a 2 m3/s, porque de lo contrario precisarían de tuberías con diámetros que dificultan su transporte e instalación. Pero lo importante, rescata Santiago Geywitz, es que más allá del caso a caso, “esto es factible de hacer técnica y económicamente. Las Redes Administradas deben ser consideradas como una herramienta para aumentar la eficiencia hídrica y energética en la agricultura, a través de la gestión eficiente de los recursos”.

GESTAR

Una de las mejores alternativas que hoy existen para el diseño de redes de distribución presurizadas para riego, es el software de ingeniería GESTAR, nacido en la década del noventa. Con este sistema, los técnicos e ingenieros del equipo de I+D+i de la Escuela Politécnica Superior de Huesca de la Universidad de Zaragoza, comandados por Ricardo Aliod Sebastián, desarrollan soluciones a la medida de las necesidades de cada predio.

Para ello, elaboran un modelo de distribución del agua a raíz de parámetros específicos de cada terreno, considerando superficie, cultivo y sistema de riego, topografía, requerimientos de caudal y presión de cada sitio, rendimiento del sistema, simultaneidad de uso, operación (turnos rígidos, turnos flexibles, riego a la demanda), fuente de agua y material a utilizar, entre otros aspectos. Cuando se diseña, se ingresan también datos de tuberías, bombas y tarifas eléctricas, que se proyectan en el software para que puedan interactuar de manera dinámica al cambiar cada variable. De esta manera, con GESTAR cada agricultor puede determinar cuándo y cuánto regar, cuáles son las tuberías e hidrantes adecuados para sus necesidades y compatibilizarlos con los goteros más adecuados, con el fin de ahorrar agua y energía y así optimizar el riego.

Hidrante.

RED ENTUBADA VERSUS RED ADMINISTRADA

A diferencia de las Redes Entubadas, las Redes Administradas incluyen no solo mejores condiciones de infraestructura que los canales revestidos, sino también de administración. Un canal puede ser entubado para eliminar pérdidas por conducción, pero sin necesariamente modificar el modelo de gestión. Una red entubada que no puede regular caudal ni presión está sujeta a diversos escenarios en los cuales, dependiendo de la cantidad de válvulas abiertas, su ubicación y caudales de entrega, se pueden producir grandes variaciones de caudal y de presión dentro de las tuberías matrices. En tanto, una Red Administrada soluciona estos inconvenientes, al colocar válvulas con dispositivos de regulación de caudal y presión y un sistema de control centralizado. Con este último, se evita que el uso de la red supere el caudal de diseño, puesto que este realiza una simulación de cómo se comportaría la red bajo diversos requerimientos.

Una Red Administrada, detalla del proyecto EHE, está compuesta por estructuras de captación o un tranque de acumulación comunitario y la red de tuberías e hidrantes. El hidrante es el punto de entrega del agua de riego a cada agricultor de la comunidad. Éste se compone por una válvula solenoide, un dispositivo de regulación de presión, otro de regulación de caudal y un contador de volumen. Después de cada hidrante, el agricultor debe colocar sistemas de filtraje para eliminar sedimentos. Entre el hidrante y los filtros se encuentra el límite donde termina la red comunitaria y comienza la intrapredial. Para el manejo centralizado de cada hidrante es necesaria la instalación de un sistema de telecontrol.