Energy Consumption Optimization in Irrigation Networks Supplied by a Standalone Direct Pumping Photovoltaic System

Due to the fact that irrigation networks are water and energy hungry and that both resources are scarce, many strategies have been developed to reduce this consumption. Solar energy sources have emerged as a green alternative with lower energy costs and, consequently, lower environmental impacts. In this work, a new methodology is proposed to select a scheduled program for irrigation which minimizes the number of photovoltaic solar panels to be installed and which better fits energy consumption (calculated for discrete potential combinations, assisted by programming software) to available energy obtained by panels without any power conditioning unit. Thus, the irrigation hours available to satisfy the water demands are limited by sunlight, the schedule type of irrigation has to be rigid (rotation predetermined), and the pressure at any node has to be above the minimum pressure required by standards. A case study was undertaken and, after running the software 105 times, the best result was an irrigation schedule which satisfied all the requirements, involving the installation of 651 solar panels and energy consumption of 428.74 kWh per day, to deliver water to orchards of different varieties of citrus fruit spread over 167.7 ha.This research was funded by University of Alicante by the research project “GESAEN” through the 2016 call of the Vicerrectorado de Investigación, Desarrollo e Innovación de la Universidad de Alicante, grant number GRE-16-08

Metodología para minimizar los tiempos de llegada en una red de riego a presión

Las redes de riego a presión automatizadas permiten llevar a cabo la fertirrigación centralizada y realizar operaciones de mantenimiento como la limpieza de subunidades y la eliminación de especies invasoras como el mejillón cebra. Para limpiar la red de una determinada sustancia o hacerla llegar a todos los puntos de consumo en el menor tiempo posible y con la mínima cantidad de volumen empleado, se han diseñado dos metodologías que utilizan el modelo hidráulico de la red y algoritmos genéticos multiobjetivo paralelo. La primera tiene en cuenta la variabilidad con el tiempo de la presión en cabecera y la segunda asume que ésta es constante o no baja de un determinado valor. Con la segunda se consigue minimizar los tiempos de llegada a los puntos de consumo y reducir el volumen inyectado hasta el mínimo de reemplazo, es decir, el volumen de las tuberías de la red.Los autores quieren agradecer a la Acequia Real del Júcar, en especial a su técnico Alberto Hervás y a su Secretario Juan Valero de Palma, el apoyo y el interés para la realización de este trabajo

Predicción del volumen bombeado semanalmente con diferente número de bombas en una estación con energía fotovoltaica. Póster

La metodología clásica para el dimensionamiento de instalaciones de riego fotovoltaico no optimiza el número de bombas a utilizar. Para determinar el número de bombas se debe estudiar el mayor aprovechamiento de la irradiancia solar disponiendo varias bombas funcionando en paralelo y determinando a futuro los parámetros de temperatura (T, oC) e irradiancia (Irrad, Wm-2), los cuales son utilizados para el cálculo de la potencia neta del generador (Pnet, W) y con ello el poder obtener una predicción del volumen que se puede bombear a una semana vista. A través de la red de estaciones meteorológicas del Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) (http://riegos.ivia.es/) se han obtenido los datos meteorológicos de la zona de estudio. El objetivo es analizar en qué medida se puede aumentar el volumen bombeado (VB, m3h-1) al incrementar el número de bombas instaladas en paralelo y la precisión de la estimación del VB semanalmente mediante servicios climáticos o mediante datos históricos. Este estudio se ha realizado en un bombeo del Sector 4 del Canal Júcar-Turia que abastece una superficie de 42,21 ha, en su mayoría cítricos. Se propone un modelo basado en la estimación de los VB semanales mediante predicciones meteorológicas, estimando los parámetros de T y Irrad para calcular la Potencia Neta Generada por día y hora (PnetD,h, W). La T y Irrad se obtienen mediante datos procedentes del servicio climático Global Forecast System (GFS) (www.nco.ncep.noaa.gov) de la National Centers for Environmental Prediction (NCEP), y mediante datos históricos. Una vez determinada PnetD,h, se calcula la potencia requerida (PbD,h, W) por día y hora para los diferentes grupos de bombas funcionando en paralelo (de 1 a 8 bombas). Se determina las horas de potencia disponible (HPDD,h, h) donde PnetD,h> PbD,h. Las HPDD,h de cada bomba para cada una de las 8 hipótesis multiplicadas por el caudal (Q, m3h-1) de cada bomba determina el VB. Al aumentar el número de bombas en paralelo aumentan los VB anualmente respecto de la metodología clásica de instalar 1 bomba, esto es debido, al mayor aprovechamiento de la Irrad. En el caso estudiado, instalar 5 bombas en paralelo de idénticas características en lugar de una única bomba, permitiría aumentar casi el 27 % del VB sin necesidad de modificar el generador fotovoltaico. También, los resultados demuestran que los datos del servicio climático GFS permiten mejorar la estimación del VB, a una semana vista, en comparación con el uso de datos históricos de media en un 32.2%

Optimización de sistemas de bombeo fotovoltaico a depósitos con criterio técnico-económico

Para el cálculo de instalaciones donde hay bombeos de agua entre dos depósitos se suele diseñar las instalaciones de bombeo fotovoltaico (FV) siguiendo las pautas de instalaciones tradicionales. Se calcula el punto de funcionamiento y se selecciona una bomba que su curva (Hm-Q) sea lo más próxima al punto de funcionamiento. El problema de esta metodología es que parte de la energía solar del día se desperdicia y podría ser utilizada para el bombeo de agua. Por ello es importante la selección del tipo y número de bombas que pueden trabajar en paralelo. Este trabajo tiene como objetivo principal desarrollar una metodología para la optimización del número de bombas que pueden trabajar en paralelo y del tamaño del generador en instalaciones de riego FV a balsas. El caso de estudio consiste en un bombeo entre dos depósitos, donde él de mayor cota abastece por gravedad una superficie de riego de 42.21 ha, en la comunidad de regantes Sector 4, próximo al municipio de Picassent perteneciente a la Comunidad Valenciana situada en el Este de España. La metodología empleada se basa en el diseño de la instalación FV (Potencia pico (Pp, W)) y del equipo de bombeo mediante la metodología estándar. Se realiza un planteamiento de las hipótesis de bombeo con diferente número de bombas funcionando en paralelo (BFP) (de 1 a 8 bombas) donde la suma de caudales de todas las BFP de las diferentes hipótesis será igual al caudal de la hipótesis de 1 bomba. El volumen bombeado anual (VBA, m3año-1) se calcula determinando las horas de potencia disponible (HPD, h) para cada hipótesis (donde Potencia neta (Pnet, W)>Potencia requerida (Pb, W)) para todos los días del año para conocer la variación del VBA. Seguidamente, se utilizan distintas hipótesis de factor potencia (FP) (Cociente entre Pp y Pb) con el fin de estudiar el mínimo número de placas solares requeridas. Por último, se selecciona el número de bombas por criterio económico. Como principales resultados se obtiene un mayor aprovechamiento de la irradiancia, para la hipótesis con 1 bomba la potencia mínima requerida para que arranque la misma es de 24,4 kW, lo que equivale a un umbral de irradiancia de 336,2 Wm-2 para el mes más desfavorable. Sin embargo, para que comience el bombeo con la hipótesis de 5 BFP, solo se requiere de 4,9 kW, siendo el umbral de irradiancia, para el mes más desfavorable es de 65,2 Wm-2. Al aumentar el número de bombas se aumenta el VBA hasta casi un 27%, y viendo los incrementos de bombeo a lo largo de este año en relación con las necesidades de volumen a bombear se determina que para el número óptimo de bombas que sería 5, en este caso de estudio, el FP se disminuye en un 50,7%. La función económica nos indica el número de BFP a seleccionar, siendo la hipótesis de 5 bombas la que menor coste tiene

Evaluación del uso de predicciones climáticas para la operación de bombeos mediante energía fotovoltaica de inyección directa

Este trabajo presenta una propuesta donde se reduce la incertidumbre en el riego fotovoltaico (FV) directo de oportunidad mediante predicciones meteorológicas (PM), pudiendo estimar con una semana de ventana temporal (VT) la irradiancia (Wm-2), la temperatura (oC), la velocidad del viento (ms 1) y la humedad (%) y con ello la Potencia Neta generada por día y hora (PnetD,h, W) y la evapotranspiración de referencia (ETo). Las PM son corregidas con un filtro del Kalman para el cálculo de las horas de potencia disponible (donde PnetD,h>Potencia requerida (PbD,h)) y de las necesidades de riego (Nr) y se compara frente a la forma tradicional de operar con los datos históricos y reemplazando la ETo sucedida en un periodo temporal. Además, se ha incorporado un modelo suelo-planta-agua el cual permite conocer el estado de humedad del suelo para establecer la programación del riego dentro de unos umbrales de humedad que no perjudiquen al cultivo. El objetivo es evaluar, en instalaciones con suministro energético FV, una metodología de programación de riego que utiliza las PM en lugar de los datos históricos manteniendo la humedad del suelo por encima de una humedad mínima. Se aplica en un caso real de estudio de la red de riego Camí Albalat, compuesta por 4 sectores y es gestionada por la comunidad de regantes de Massalet, próximo al término municipal de Carlet (Valencia), en el este de España. El uso de las PM a 7 días permite estimar con mayor precisión la PnetD,h y las Necesidades de riego (Nr) de los cultivos, pudiendo programar con antelación el funcionamiento de la instalación. Para el caso de estudio, el error relativo diario cometido para la época de mayores Nr (1 de abril a 30 de septiembre) de la estimación de la Pnet y de la ETo ha sido para las PM de un 26,3 % y un 6,3 % respectivamente, frente a un error utilizando los datos históricos del 50 % en la Pnet y del 15,2 % para la ETo. La humedad en el sector de máximos requerimientos de Pb no suele alcanzar la humedad mínima establecida (es el 25% menos de la Capacidad de Campo), esto es debido a que es el sector que aprovecha primero las horas de energía disponible. En contraposición está el sector de mínimo requerimiento de Pb que sí alcanza la humedad mínima establecida debido a que es el último sector en regarse a lo largo de la semana y por ello este sector es el que más energía eléctrica requiere. Con esto, el uso de PM ha permitido mejorar el consumo de energía FV de un 68,7 % a un 79,3 % y pasar del uso de energía disponible de un 11.64 % a un 13.37 % para el caso de estudio. No obstante, toda predicción está sometida a una incertidumbre y en caso de que no se cumpla se necesita una fuente de energía adicional

PID controller based on a self-adaptive neural network to ensure qos bandwidth requirements in passive optical networks

Producción CientíficaIn this paper, a proportional-integral-derivative (PID) controller integrated with a neural network (NN) is proposed to ensure quality of service (QoS) bandwidth requirements in passive optical networks (PONs). To the best of our knowledge, this is the first time an approach that implements a NN to tune a PID to deal with QoS in PONs is used. In contrast to other tuning techniques such as Ziegler-Nichols or genetic algorithms (GA), our proposal allows a real-time adjustment of the tuning parameters according to the network conditions. Thus, the new algorithm provides an online control of the tuning process unlike the ZN and GA techniques, whose tuning parameters are calculated offline. The algorithm, called neural network service level PID (NNSPID), guarantees minimum bandwidth levels to users depending on their service level agreement, and it is compared with a tuning technique based on genetic algorithms (GASPID). The simulation study demonstrates that NN-SPID continuously adapts the tuning parameters, achieving lower fluctuations than GA-SPID in the allocation process. As a consequence, it provides a more stable response than GA-SPID since it needs to launch the GA to obtain new tuning values. Furthermore, NN-SPID guarantees the minimum bandwidth levels faster than GA-SPID. Finally, NN-SPID is more robust than GA-SPID under real-time changes of the guaranteed bandwidth levels, as GA-SPID shows high fluctuations in the allocated bandwidth, especially just after any change is made.Ministerio de Ciencia e Innovación (Projects TEC2014-53071-C3-2-P and TEC2015-71932-REDT

Aplicación de la espectroscopía ultrasónica resonante para la determinación del estado hídrico de cítricos en campo: base teórica y montaje. Póster

En este estudio se presentan los últimos datos experimentales en campo en hojas de Clemenules x carrizo. Se comparan los datos tomados con la tradicional cámara de presión y con la novedosa técnica de Espectroscopía Ultrasónica Resonante mediante sensores sin contacto (NC-RUS). Las plantas fueron sometidas a tres tratamientos de riego: T100, plantas regadas al 100% de la evapotranspiración de cultivo (ETc); T50, riego al 75% de la ETc; y T25, riego al 50% de la ETc.Al Ministerio de Ciencia e Innovación por el contrato postdoctoral ‘Juan de la Cierva’ de L. Fariñas (FJCI-2017-34759). A la Conselleria de Educación, Investigación Cultura y Deporte de la Comunitat Valenciana por el proyecto GV/2019/037

Desafíos de las metrópolis: Efectos ambientales y sociales. Tendencias geográficas II

El libro está conformado de estudios realizados por profesores-investigadores de la Universidad Autónoma del Estado de México, de la Universidad de Varsovia, así como de la Universidad Pedagógica Comisión de Educación Nacional de Cracovia. En esta obra se exponen algunas investigaciones sobre los cambios en los factores sociales, naturales, económicos y ambientales como principales desafios que presentan las zonas de México, Polonia y de contextos de Sudamérica, tales como Sao Paulo, Quito y Bogotá y ciudades medias y pequeñas.Universidad Autónoma del Estado de Méxic

Mapeo de áreas regadas usando datos geoespaciales y teledetección en el municipio de Caudete de las Fuentes (Valencia)

Las políticas de control del uso agrícola de aguas subterráneas mediante la inspección de contadores se han demostrado caras y poco eficientes, mientras que en algunos estudios se ha obtenido resultados prometedores mediante la teledetección. El rápido progreso de las tecnologías de teledetección ha hecho posible su aplicación para la identificación de áreas regadas, y los nuevos sensores y técnicas de inteligencia artificial abren nuevas oportunidades a mejorar su eficacia y precisión. Nuestro trabajo propone una metodología de bajo coste y eficiente para detectar viña en riego a escala de parcela con el fin de mejorar la gestión colectiva de aguas subterráneas. A partir de información oficial se ha distinguido la superficie regada con técnicas de análisis de aprendizaje automático, empleando variables que condicionan el estado hídrico de la planta para la temporada de riego 2019. La metodología calcula la humedad del suelo con el método OPTRAM (OPtical TRApezoid Model) de análisis multitemporal de imágenes procedentes de plataformas satelitales. Estos datos son integrados en un SIG junto a información climática, topográfica e información propia del cultivo. Finalmente, en base a inventarios de verdad-terreno se aplica un clasificador de aprendizaje automático para estimar la superficie regada con agua procedente del acuífero. Los resultados obtenidos presentan una precisión general del 94.7%. Su evaluación aporta un error medio cuadrático de 0.163 y R-cuadrado de 0.874. La alta precisión y los bajos niveles de error obtenidos permiten validar la metodología empleada, que presenta potencial de mejora mediante una mayor alimentación del proceso de aprendizaje automático, que se aplicará en breve a otros cultivos leñosos

Radiation and Dust Sensor for Mars Environmental Dynamic Analyzer Onboard M2020 Rover

32 pags., 26 figs., 3 tabs. -- This article belongs to the Section Remote SensorsThe Radiation and Dust Sensor is one of six sensors of the Mars Environmental Dynamics Analyzer onboard the Perseverance rover from the Mars 2020 NASA mission. Its primary goal is to characterize the airbone dust in the Mars atmosphere, inferring its concentration, shape and optical properties. Thanks to its geometry, the sensor will be capable of studying dust-lifting processes with a high temporal resolution and high spatial coverage. Thanks to its multiwavelength design, it will characterize the solar spectrum from Mars' surface. The present work describes the sensor design from the scientific and technical requirements, the qualification processes to demonstrate its endurance on Mars' surface, the calibration activities to demonstrate its performance, and its validation campaign in a representative Mars analog. As a result of this process, we obtained a very compact sensor, fully digital, with a mass below 1 kg and exceptional power consumption and data budget features.This work has been funded with the help of the Spanish National Research, Development and Innovation Program, through the grants RTI2018-099825-B-C31, ESP2016-80320-C2-1-R and ESP2014-54256-C4-3-R. DT acknowledges the financial support from the Comunidad de Madrid for an “Atracción de Talento Investigador” grant (2018-T2/TIC10500). ASL is supported by Grant PID2019-109467GB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ and by Grupos Gobierno Vasco IT1366-19. The US co-authors performed their work under sponsorship from NASA’s Mars 2020 project, from the Game Changing Development program within the Space Technology Mission Directorate, and from the Human Exploration and Operations Directorate.Peer reviewe