Sistema de riego por goteo fotovoltaico con almacenamiento de aire comprimido

Desarrollo de un sistema de riego por goteo alimentado por energía fotovoltaica

28 de agosto de 2024

Investigadores de la Universidad Northwest A&F de China han desarrollado un novedoso sistema de riego por goteo alimentado por energía fotovoltaica, que almacena energía en forma de aire comprimido. El uso de aire comprimido no sólo regula el rendimiento del sistema, sino que también garantiza la uniformidad en la salida del riego y mejora la antiobstrucción de las tuberías.

El objetivo de este sistema es abordar las necesidades de riego en regiones con recursos hídricos limitados y deficiencias energéticas, contribuyendo así a la seguridad alimentaria y al suministro de productos hortícolas a los habitantes locales.

Para maximizar el equilibrio agua-energía del sistema, se utiliza un tanque a presión sellado con una mezcla de aire y agua. Este tanque se encuentra entre una bomba y los tubos de goteo. El depósito se llena inicialmente de aire y, una vez que se dispone de energía solar, la bomba empuja el agua hacia el depósito, comprimiendo el aire que contiene. Una vez alcanzada cierta presión, se abre una válvula que libera el agua almacenada en pulsos. Una vez liberada el agua, el aire vuelve a expandirse, lo que permite repetir el ciclo.

Sistemas experimentales

Para probar el sistema, se construyeron dos montajes experimentales en Yangling, China. En el primer montaje, se utilizó un panel fotovoltaico de 374 W que alimentaba una bomba de 16 L/min. La bomba impulsaba el agua a través de un tubo central de 48 metros, al que estaban conectados ocho tubos laterales de seis metros de longitud cada uno. En cada bomba se colocaron seis emisores, lo que dio un total de 48 emisores en todo el sistema.

El segundo sistema experimental se centró en las prestaciones antiobstrucción. Se hizo fluir agua fangosa con un contenido de arena de 2 g/L en cuatro cintas de goteo. Una cinta recibía el agua directamente del depósito de agua contaminada mediante una bomba, mientras que las otras tres tenían un depósito de presión entre la bomba y la cinta.

Resultados

El sistema funciona en modo de riego por goteo de pulsos cíclicos intermitentes, con el caudal del emisor variando en función de la potencia de la presión de pico para garantizar una uniformidad de caudal no inferior al 91,76%. Además, la presión de pulso dinámica generada por el sistema mejora significativamente el rendimiento antiobstrucción del emisor. Durante las pruebas de obstrucción intensificada, la deposición de sedimentos en el tubo lateral se redujo entre un 78,95% y un 93,36% en comparación con los sistemas de riego por goteo continuo a presión constante.

El análisis económico del sistema reveló que su implantación costará 373,13 dólares, equivalente a la inversión inicial de 103,84 dólares del riego por goteo tradicional. Sin embargo, si se considera únicamente el consumo de energía de funcionamiento y los beneficios medioambientales, se pueden obtener unos beneficios anuales de funcionamiento de hasta 19,41 dólares por mu (unidad tradicional china de superficie de tierra, equivalente a unos 667 m2).

En conclusión, este sistema de riego por goteo alimentado por energía fotovoltaica ofrece beneficios económicos y ambientales sustanciales sin aumentos significativos en los costos de inversión del sistema. Además, proporciona energía limpia y fácilmente disponible para el funcionamiento eficiente de los sistemas de riego por goteo, contribuyendo así positivamente a la seguridad alimentaria.

Para más información, consulte el artículo completo aquí.

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados

• Objetivo 6: Agua limpia y saneamiento
• Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructura
• Objetivo 13: Acción por el clima

Metas específicas de los ODS identificadas

• Meta 6.4: Reducir la contaminación del agua y lograr una gestión sostenible de los recursos hídricos.
• Meta 7.2: Aumentar la proporción de energía renovable en el consumo final de energía.
• Meta 9.4: Mejorar la infraestructura y modernizar la tecnología para proporcionar servicios sostenibles de agua y saneamiento.
• Meta 13.3: Mejorar la educación, la sensibilización y la capacidad humana e institucional en mitigación del cambio climático, adaptación, reducción de impacto y alerta temprana.

Indicadores de los ODS mencionados en el artículo

• Indicador 6.4.2: Proporción de cuerpos de agua con calidad de agua al menos suficiente.
• Indicador 7.2.1: Proporción de la población con acceso a electricidad.
• Indicador 9.4.1: Proporción de la población que utiliza servicios de agua potable gestionados de forma segura.
• Indicador 13.3.1: Número de países que han integrado medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en sus políticas, estrategias y planes.

Tabla de ODS, metas e indicadores

Fuente: pv-magazine-mexico.com