Design a better choice?

Transcripción

1 Design a better choice? The Simple Math for saving water ASGCM Puebla, Mexico October 2015 Brandon Matthews The Toro Company

2 Global Water Management

3 El agua Actualmente sufrimos una crisis respecto al agua. Pero no se trata de no tener suficiente agua para satisfacer nuestras necesidades. La crisis consiste en la mala gestión que hacemos de su uso, y que afecta a tantos millones de personas y a nuestro entorno natural - World Water Council - Vision Report Cualquiera que sea su uso : agricultura, industria, uso doméstico, enormes ahorros en su consumo se pueden lograr con una gestión adecuada.

4 Dónde está el problema? Toda el agua en el futuro, la tenemos ya National Geographic, October 1993 Sólo el 3% del agua en la tierra es agua potable Sólo el 1% de esa agua potable es de fácil acceso. Si toda el agua de la tierra entrara en una botella de 4 litros, el agua potable llenaría sólo una cucharilla de café.

5 La escasez de agua a nivel global Escacez física : más del 75% del caudal que se extrae de los rios se utiliza para uso agrícola, industrial y doméstico La disponibilad de agua está limitada debido a falta de infraestructuras

6 Compitiendo por el agua Aumenta la competencia por disponer del agua : Agricultura Generación de energía Uso urbano / industrial Uso recreativo Entorno / espacios verdes

7 Incremento de la población

8 Datos concretos El 60% de la población mundial vive en zonas con mucha escasez de agua. Y ese porcentaje aumentará de forma preocupante. Published: Friday, April 30, :13 in Earth & Climate Cada caloría de alimento, requiere 1 litro de agua para producirlo. Las dietas de los paises occidentales, requieren litros diarios de agua. Published: Thursday, July 10, :23 in Earth & Climate

9 Es un problema global La ciuda de Mexico podría quedarse totalmente seca en la próxima decada. Extrayendo 50-80% más de agua de la que pueden recuperar los acuiferos, el nivel de la superficie baja 0.5 mts cada año. En el acuífero de Orgallaga que va desde Texas hasta Dakota del Sur, se perforan pozos cada día.

10 El mar de Aral en el oeste de Asia

11 Lago Mead, USA Marina Marina

12 Nezahualcoyotl reservoir

13 Las sequías actuales y las crisis de agua, deben ser afrontadas de inmediato si no queremos pasar sed en el futuro. Pero al mismo tiempo es preciso desarrollar ya poíticas a medio y largo plazo..

14 Sistemas de riego para campos de golf

15 Componentes del sistema Evolución de los componentes del sistema Mejoras en la eficiencia Desarrollo futuro

16 Componentes del sistema Estación de bombeo Tubería Aspersores Sistema de control

17 Mejoras en los componentes Estación de bombeo Antes era de velocidad fija Las estaciones modernas tienen motores de velocidad variable con unidad de control de frecuencia variable Iguala la salida a la demanda sin desperdiciar electricidad

18 Mejoras en los componentes Tubería Antes era de concreto o asbesto Los sistemas modernos utilizan tuberías de PVC o de polietileno de alta densidad (HDPE) Reduce las rupturas y fugas, evitando el desperdicio de agua

19 Mejoras en los componentes Aspersores Mejores boquillas Mayor elevación Más boquillas Opciones de boquillas Ajuste de trayectoria Espaciado

20 Mejoras en los componentes Espaciado Antes se utilizaban una o dos filas, 24 a 30 m (80 a 100 ) Ahora se utilizan tres a cinco filas, disposición triangular, 18 a 21 m (60 a 70 ) Espaciado más cerrado, más aspersores, mayor eficiencia

21 Mejoras en los componentes Controles en campo Antes eran mecánicos Ahora son electrónicos de estado sólido Satelites y Decoficadores Cada aspersor se controla en forma independiente Sincronización exacta al segundo

22 Mejoras en los componentes Controles centrales Antes eran mecánicos, solo arranques controlados Ahora hay control por computadora Los ajustes diarios son sencillos y se realizan para optimizar la humedad, lo cual ahorra agua

23 Mejoras en los componentes Controles centrales Métodos para realizar ajustes Radio UHF Teléfono inteligente Tableta wifi

24 Mejoras en los componentes Controles centrales Gestión de flujo Cada ajuste diario es optimizado El programa minimiza el costo de bombeo

25 Mejoras en los componentes Datos de cuánto hay que regar Evapotranspiración histórica Evapotranspiración local: CIMIS Evapotranspiración en el sitio: estación meteorológica Sensores de humedad en el suelo

26 Mejoras en los componentes Nivel de programa: Turf Guard Flecha ascendente con número: cuántas estaciones de área requieren menos agua según los datos de los sensores de Turf Guard. Flecha descendente: cuántas estaciones de área requieren más agua según los datos de los sensores de Turf Guard. Nivel de área: Turf Guard Flecha ascendente con número: cuántas estaciones de área requieren menos agua según los datos de los sensores de Turf Guard. Flecha descendente: cuántas estaciones de área requieren más agua según los datos de los sensores de Turf Guard. Nivel de estación: Turf Guard Flecha ascendente: no se requiere agua Flecha descendente: se requiere agua 1 er número Ajuste de límite 2 do número Lectura actual de nivel de humedad

27 Una fila CU = 82%, DU = 71 %, SC = 1.7

28 Espaciado cuadrado CU = 86 %, DU = 74 %, SC = % MENOS AGUA

29 Espaciado triangular CU = 93 %, DU = 89 %, SC = % MENOS AGUA

30 Viejo contra nuevo Viejo sistema de la década de 1980 actualizado al nuevo sistema 21 % MENOS AGUA

31 Viejo contra nuevo Vieja disposición rectangular de doble fila de la década de 1980 actualizada a la nueva disposición triangular de varias filas

32 Mejoras en la eficiencia Dado que los nuevos sistemas son hasta un 30 % más eficientes, un campo de golf que utiliza 30 millones de galones AHORRA 8 millones de galones 40 millones de galones AHORRA 11 millones de galones 50 millones de galones AHORRA 14 millones de galones

33 UN NUEVO SISTEMA DE RIEGO? CÁLCULOS SENCILLOS

34 Percepción o realidad? Enunciado del problema Ayudar a los campos de golf a tomar decisiones mejor informadas con respecto a los sistemas de riego, cumpliendo los objetivos de diseño a la vez que se ahorra agua. Parece sencillo; entonces, por qué es tan difícil? Consideremos las perspectivas de cuatro grupos de personas involucradas en este proceso: Campo de golf (superintendentes, gerentes del club, miembros) Arquitectos Fabricantes y diseñadores de sistemas de riego Ecologistas y opinión pública % % P: En lo referente al uso de agua en el golf, hay alguien que quiera usar más? P: En lo referente al costo, hay alguien que quiera que cueste más? P: Entonces, por qué seguimos complicándonos en estas conversaciones con respecto a un diseño más eficiente del sistema de riego? R: Porque la percepción no siempre corresponde a la ciencia. Debemos ser mejores en entender y explicar los hechos. 34

35 Percepción o realidad? Enunciado del problema Percepciones sobre los sistemas de riego: verdadero o falso? Si hay menos aspersores, se utilizará menos agua. Un mejor sistema de riego tiene que costar más y ser caro. Los sistemas de riego siempre pueden adaptarse para ahorrar dinero. Los fabricantes y diseñadores de sistemas de riego siempre exageran en el diseño del sistema. Los ecologistas consideran que todos los campos de golf desperdician agua. Cómo juzgaría o percibiría cada grupo los puntos expuestos arriba? Campo de golf (superintendentes, gerentes del club, miembros) Arquitectos Fabricantes y diseñadores de sistemas de riego Ecologistas y opinión pública Sabemos que habrá distintas percepciones pero, qué podemos % % hacer al respecto? Veamos algunos cálculos sencillos que nos ayudarán a explicar y entender mejor algunas de las percepciones incorrectas. 35

36 Cálculos sencillos Crear el ejemplo Establezca parámetros realistas (sí, cada campo y cada situación son diferentes ) Vea un hoyo de golf típico y extrapole a un campo de golf de 18 hoyos. Use valores reales para las cantidades de agua y todos los costos. Revise un diseño básico con un plan de cobertura de tres filas con cantidades y costos. Revise un diseño básico con un plan de cobertura de cuatro filas con cantidades y costos. Compare las dos opciones y obtenga conclusiones. Datos utilizados en el siguiente ejemplo El campo de golf es un proyecto real, con menos de dos años de antigüedad. Los dos planes de cobertura son disposiciones típicas utilizadas en la actualidad. Los costos de los materiales se obtuvieron de cotizaciones recientes de contratistas. Los costos de agua y electricidad se obtuvieron de clientes reales con campos de golf y son más representativos del promedio de costos, no de costos extremos % % Requisito de aplicación de agua 5 mm/día 35 mm/semana Factor anualizado: requisito de agua 32 % o m 3 Costos de agua Costos de electricidad Precio del contratista para añadir un aspersor $4.85 por 3785 litros (1000 gal) $0.11 por kwh $400 todo instalado 36

37 Cálculos sencillos Hoyo de golf típico Acerca de este hoyo de golf típico de par 4 Longitud Convirtamos esto a un equivalente de 18 hoyos Longitud % % 367 m Greens 818 m 2 Roughs m 2 Fairways m 2 Tees 490 m 2 Área nativa m 2 Área total* m m Greens m 2 Roughs m 2 Fairways m 2 Tees m 2 Área nativa m 2 Área total* m 2 * - No incluye el área nativa, ya que representa el área de riego deseada. 37

38 Riego sencillo Sistema de tres filas, aspersores de bajo costo de círculo completo Este hoyo de golf típico Total de aspersores = 69 Sencillo: todos son aspersores de círculo completo La cantidad de agua necesaria para aplicar 5 mm en este hoyo dentro de la línea de césped de m 2 es de litros Las filas exteriores que proyectan agua hacia fuera tienen una cobertura efectiva de aproximadamente el 60 % de su radio. La aspersión excesiva fuera de la línea de césped se indica en rojo. El área de aspersión excesiva es de m 2 y utiliza litros durante un ciclo normal de 5 mm % % Veamos un diagrama rápido que ayuda a ilustrar la necesidad de proyección excesiva. 38

39 Riego sencillo Diagrama de cobertura efectiva con tres filas Espaciado de aspersores Anchura regada Anchura efectiva Fila sencilla: 27 m 54 m 32.4 m Fila doble: 23 m x 23 m 69 m 50.6 m Fila triple: 20 m x 20 m 80 m 64 m El área de la sección de 8 m es de 179 m 2 por sección de aspersor 8 m 12 m Cobertura efectiva 60 % del radio 26 % 20 m Línea de césped que requiere cobertura de riego efectiva 39

40 Riego sencillo Sistema de tres filas, aspersores de bajo costo de círculo completo Este hoyo de golf típico Total de aspersores = 69 Sencillo: todos son aspersores de círculo completo La cantidad de agua necesaria para aplicar 5 mm en este hoyo dentro de la línea de césped de m 2 es de litros Las filas exteriores que proyectan agua hacia fuera requieren una cobertura efectiva para aproximadamente el 60 % de su radio. La aspersión excesiva fuera de la línea de césped se indica en rojo. El área de aspersión excesiva es de m 2 y utiliza litros durante un ciclo normal de 5 mm. Este campo de golf equivalente a 18 hoyos Total de aspersores % % = 1242 Sencillo: todos son aspersores de círculo completo La cantidad de agua necesaria para aplicar 5 mm sobre todo el campo dentro de la línea de césped de m 2 es de m 3 El área de aspersión excesiva es de m 2 y utiliza m 3 durante un ciclo normal de 5 mm. Alguien puede ver qué está mal y qué podríamos estar omitiendo? 40

41 Riego sencillo Sistema de cuatro filas, aspersores de círculo parcial en los bordes del césped Este hoyo de golf típico Total de aspersores = 82 Combinación de aspersores de círculo completo y de círculo parcial La cantidad de agua necesaria para aplicar 5 mm en este hoyo dentro de la línea de césped de m 2 es de litros NO hay aspersión excesiva, gracias en parte a que los aspersores de círculo parcial riegan únicamente hasta la línea de césped. Este campo de golf equivalente a 18 hoyos Total de aspersores = 1476 La cantidad de agua necesaria para aplicar 5 mm sobre todo el campo dentro de la línea de césped de % % Otros beneficios Mayor uniformidad de cobertura en todo lo ancho del hoyo. No se aplica agua sobre la vegetación nativa, lo que reduce la maleza y los costos de mantenimiento. Ahorra hasta m 3 diarios en un ciclo de riego normal completo, así como la electricidad para bombear el agua m 2 es de m 3. 41

42 Comparaciones 3 filas contra 4 filas % % 3 filas 4 filas Área regada m m 2 Agua por ciclo de 5 mm m m 3 Costos adicionales de aspersores Ninguno 234 a $400 = $ Requiere estación de bombeo* 340 m 3 /h (115 kw) 272 m 3 /h (92 kw) Ahorro en costos de bombeo Ninguno 23 kwh Ahorro en costos de estación de bombeo Ninguno $ Reducción en el tamaño de la tubería de la línea principal Ninguno $ Reducción de conectores de la línea principal Ninguno $ Diferencia en el costo inicial neto total +$ Ahorro total en agua ($) Ninguno $ Ahorro anual en electricidad ($) Ninguno $2 387 Diferencia en el costo neto total del 1 er año -$25,027 * - Calculado para ambos con una ventana de riego de 8 horas 42

43 Conclusiones La selección de un sistema de cuatro filas en este caso genera beneficios para todos 234 aspersores adicionales cuestan $ más pero, en un año, generan un ahorro neto superior a $ En 10 años, habrían ahorrado $ y seguirían ahorrando $ anuales. Una cobertura más uniforme en toda el área con césped dará como resultado (1) mejor aspecto estético del césped, (2) condiciones de juego óptimas y (3) mejor salud agronómica. Al NO haber aspersión excesiva a la vegetación nativa (1) se mantiene el aspecto arquitectónico deseado, (2) se reduce la maleza nativa y (3) se reducen los costos de mantenimiento asociados. Cada año, el campo podría ahorrar más de m 3 de agua sin reducir el área de césped o sacrificar el estado del césped. 10 años: más de m 3 de agua ahorrados Cada año, el campo ahorraría kwh en electricidad. 10 años: kwh de electricidad ahorrados % % Cómo debería juzgar o percibir cada grupo los puntos expuestos arriba? Campo de golf (superintendentes, gerentes del club, miembros) Arquitectos Fabricantes y diseñadores de sistemas de riego Ecologistas y opinión pública 43

44 Cobertura efectiva e inefectiva 26% 26% 3 Row system causes scalloped grass lines 4 Row system full width coverage great turf! 44

45 Conclusiones Diseño con la línea de riego sólida en los límites de césped Qué aprendimos? Malas noticias: los problemas, los costos adicionales y el desperdicio causados por un diseño ineficiente pueden ser peores que lo que uno espera. Buenas noticias: los ahorros obtenidos con un diseño de riego bueno y eficiente pueden generar importantes ahorros en el sistema, en costos operativos (que será amortizado en los próximos años según cada caso). Si Tú logras entender estos conceptos puedes ayudar a tu club a tomar mejores decisiones. Ayude a tu campo a ahorrar dinero cada año. Muéstreles cómo una cobertura más uniforme en toda el área con césped dará como resultado (1) mejor aspecto estético del césped, (2) condiciones de juego óptimas y (3) mejor salud agronómica. Al NO haber aspersión excesiva a la vegetación nativa (1) se mantiene el aspecto arquitectónico deseado, (2) se reduce la maleza nativa y (3) se reducen los costos de mantenimiento asociados % % Demuéstreles a los ecologistas que los sistemas de riego bien diseñados pueden ahorrar cientos de miles de metros cúbicos de agua cada año y cientos de miles de kwh cada año. 45

46 Avances en tecnología de riego 46

47 Diseño: una mejor opción? Cálculos sencillos Gracias! 26 % 26 % 47