Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Autores n Antonio Barbancho* n Gemma Sánchez* n Julio Barbancho* n Fco. Javier Talavera** n Nemesio Segurola** * Departamento de Tecnología Electrónica **Escuela Universitaria Politécnica Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 1

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Presentación del problema Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 2 n Existencia de multitud de zonas regables en Andalucía con ausencia de automatización o defectos en su funcionamiento. n Este trabajo forma parte de un estudio encargado por la Consejería de Agricultura y Pesca de la Junta de Andalucía para el estudio, evaluación y elaboración de recomendaciones dentro del campo de automatización de regadíos. n El costo de la instalación del cable para las comunicaciones y la alimentación de terminales remotos supone el 30% del presupuesto destinado a la automatización de zonas regables.

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Soluciones habituales (1) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 3 Tipos de automatización n Local. Energía almacenada en un sistema de baterías para toda la campaña del cultivo. Control muy simple del riego Típicamente sin comunicaciones, necesita programación in situ. n Por cable. Distribución de energía y comunicaciones a través de cables. Normalmente son soluciones propietarias. n Inalámbrica. Alimentación mediante paneles solares (o aerogeneradores) y baterías. El control lo realiza un autómata programable (flexibilidad, escalabilidad, sistema abierto).

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Soluciones habituales (2) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 4

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Soluciones habituales (3) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 5 Solución general recomendada: n Telecontrol basado en PLC estándar, con módem GSM. Alimentados por panel solar y almacenamiento en baterías de plomo. Inconvenientes de la solución “estándar” n Vandalismo: los paneles solares deben instalarse a cierta altura para minimizar los actos vandálicos y de robo (interrupción del servicio, coste de reposición,...). n Generalmente los autómatas no han sido pensados para trabajar en entornos con restricción de energía (>10 W). Solución alternativa: alimentar la estación remota a partir de la energía del agua. ¿Viable?

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Objetivos n Demostrar que es posible obtener la energía para la automatización del riego del propio flujo de agua. n Para ello y dado que es esperable una reducida cantidad de energía y sólo durante las horas de riego: ¤ Demostrar que es posible reducir el consumo de la estación remota lo suficiente. ¤ Definir un mecanismo de gestión del consumo del sistema de comunicación que permita reducir el consumo medio sin afectar seriamente la operatividad y disponiblidad del sistema. Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 6

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Esquema del sistema Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 7

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Sistema de alimentación Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 8

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Sistema de generación (1) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 9 Generador CC Engranaje Multiplicador Engranaje Reductor Junta Estanca Hélice Cuerpo de Turbina

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Sistema de generación (2) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 10

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Estación remota (1) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 11

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Estación remota (2) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 12 Funciones: n Control de la válvula principal del hidrante. Gestión de la política de gasto: a la demanda o prepago. n Gestión precisa del riego mediante el control de las electroválvulas secundarias. n Contabiliación del consumo de cada sección. Almacenamiento por periodos horarios para tarificación (horas valle, llano o punta), estadísticas, etc. n Control de la presión de línea. n Control del sensor de intrusismo. n Comunicación con el centro de control.

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Estación remota (3) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 13 Técnicas de minimización de la energía consumida: n Empleo de electrónica de muy bajo consumo. n Reducción de la tensión de alimentación. n Amplio uso de técnicas de apagado selectivo de componentes (sleep). n Empleo de electroválvulas biestables. n Gestión de la mayor parte de las funciones off line: ¤ Alarmas como mensajes de texto. El módem se enciende sólo el tiempo necesario. ¤ Los comandos que no necesitan ejecución inmediata se emiten como SMS, permaneciendo en el servidor hasta la conexión. n Gestión de las conexiones on line mediante ventanas temporales.

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Estación remota (4) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 14 Medidas de consumo en el prototipo: n Configuración y condiciones de medida: ¤ Duración diaria del riego (generación): 4 horas. ¤ Energía generada: 11’67 mWh. ¤ Eficiencia del sistema: 70% (8’17 mWh). ¤ Acumulador NiCd de 750 mAh 2’4V. Consumo del sistema completo excluido el módem GSM: 370  Wh. n Disponible para el módem GSM: 7’8 mWh. n Autonomía excluido el módem: 6 meses y 21 días. n Disponibilidad de comunicaciones diarias (programable) ¤ 2 ventanas de 160 minutos. ¤ 4 ventanas de 80 minutos. ¤ 24 ventanas de 12 minutos.

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Estación remota (5) Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 15

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Conclusiones n La alimentación de estaciones remotas de telecontrol de hidrantes aprovechando la energía del agua de riego es tecnológicamente viable. n Se ha diseñado y construido un prototipo de laboratorio usando materiales comunes y para una instalación doméstica. n Es de esperar mejores prestaciones (autonomía, disponibilidad) con un diseño específico para caudales propios de instalaciones agrícolas. Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 16

Telecontrol de Hidrantes en Regadíos con Alimentación Autónoma por Miniturbina Líneas de continuación n Construcción de un prototipo de tamaño real para comprobar y cuantificar las mejoras esperadas. n Estudiar la viabilidad económica frente a soluciones comunes del mercado. n Estudiar el uso de otros sistemas de comunicación, como las radios de baja potencia. Grupo IEA. Dep. Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla SAAEI’2003. Vigo (España) Diapositiva 17