Caracterización y mejora de la eficiencia energética del transporte de agua a presión

[EN] The urban water cycle, from source to its return to the natural environment, consumes energy. Each stage of the cycle (collection, treatment, transportation, distribution, use, treatment and discharge into the natural environment) has a specific need for energy (kWh / m3). This value depends on the circumstances of each case: the availability and quality of raw water, topography, etc. This thesis is particularly concerned with one of these stages, the transport of pressurized water, essential in any water supply system, whether urban or irrigation. This type of transport (as an alternative to natural, free surface) not only preserves better water quality. It also allows the rationalization of its use, making possible to meet the growing water demand by the population. However, the energy used to move the pressurized water is remarkable, hence the importance of developing strategies to minimize it. This scenario demands to be much more efficient in the use of both water and energy, as according to the current trend, the population will keep growing and the resources decreasing. It is crucial, therefore, to minimize the negative impacts of transporting pressurized water which requires the study and improvement of the efficiency of these systems from a global perspective. The growing concern about the current situation has led to numerous studies on the reduction of both energy and water consumption in distribution systems. Most of them have been aimed at improving specific parts of these systems, such as increasing efficiency of pumping stations, decreasing the friction in pipes, reducing leakage or energy recovery. This paper tries to be a guide and compendium of these previous studies, grouping them into a protocol for analysing and improving the system from a general perspective. Therefore it is proposed a process for improving the efficiency that can be standardized and become a methodology to be applied for any water supply utility. This method is applicable to any system, regardless of its use (irrigation or urban) and their topography (flat or irregular networks). The process is divided into four stages: diagnosis, analysis of the system (audits), evaluation of the possible actions and decision-making (cost-benefit analysis). The starting point is the diagnosis which establishes benchmarks for the energy efficiency evaluation. In this stage is defined a realistic minimum energy consumption taking into account the particularities of each system, such as available raw water sources, service standards required, topographical features and network configuration. Comparing the actual consumption with the minimum required by the same system, it can be estimated the margin of improvement. Once made the diagnosis, a depth study is required for the water and energy flows. Different tools have been developed throughout this work that perform both the water and energy audit. These audits provide with a precise view of the major inefficiencies in the system. In order to reduce them, it has been established a set of actions. To do so, it has been conducted an analysis and review of the several structural and operational measures that can contribute to the improvement of the energy efficiency in the transport of pressurized water.[ES] El ciclo urbano del agua, desde la fuente hasta su retorno al medio natural, consume energía. Cada etapa del ciclo (captación, tratamiento, transporte, distribución, utilización, depuración y vertido al medio natural) tiene una necesidad específica de energía (kWh/m3). Este valor depende de las circunstancias de cada caso: de la disponibilidad y calidad del agua en origen, de la topografía del terreno, etc. Esta tesis se ocupa particularmente de una de esas etapas, del transporte de agua a presión, fundamental en cualquier suministro de agua, bien sea urbano o de riego. Este tipo de transporte (como alternativa al natural, en lámina libre) no sólo preserva mejor la calidad del agua. También posibilita la racionalización de su uso, lo que permite satisfacer la creciente exigencia de demanda de agua por parte de la población. Sin embargo, la energía utilizada para mover el agua a presión, es notable, de ahí la importancia de desarrollar estrategias que permitan minimizarla. El presente escenario exige ser mucho más eficientes en el uso de estos dos bienes: agua y energía, si tal como indica la tendencia actual, la población sigue creciendo y los recursos disponibles menguando. Es crucial, por tanto, minimizar los impactos negativos del transporte de agua a presión, lo que requiere el estudio y la mejora de la eficiencia de estos sistemas, desde una perspectiva global. La creciente preocupación por la situación actual ha propiciado numerosos estudios sobre la reducción tanto del consumo de energía como de agua en los sistemas de distribución. La mayoría de ellos orientados a mejorar partes concretas de estos sistemas, como el aumento de eficiencia de los grupos de presión, la disminución de fricción en las tuberías, la reducción de fugas o la recuperación de energía. El presente trabajo trata de ser una guía y compendio de estos estudios precedentes, agrupándolos dentro de un protocolo de actuación que permita analizar y mejorar el sistema desde una óptica general. Se propone, por tanto, un proceso de mejora de la eficiencia que pueda ser estandarizado y convertirse en una metodología a seguir por cualquier suministro de agua. Un procedimiento que sea aplicable a todo sistema, independientemente de su uso (riego o urbano) y sea cuál sea su topografía (redes planas o muy irregulares). Este proceso se divide en cuatro etapas: diagnóstico, análisis del sistema (auditorías), evaluación de acciones, y toma de decisiones (análisis coste-beneficio). El punto de partida es el diagnóstico. Éste establece referencias para la evaluación de la eficiencia energética, mediante la definición de consumos mínimos realistas de energía que tengan en cuenta las particularidades de cada sistema, tales como fuentes de agua disponibles, estándares de servicio requeridos, características topográficas y configuración de la red. Comparando el consumo actual con el mínimo requerido por ese mismo sistema, puede estimarse el margen de mejora existente. Realizado el diagnóstico, se requiere un estudio en profundidad de los flujos de agua y de energía. Se han desarrollado a lo largo del presente trabajo herramientas que permiten realizar tanto la auditoría hídrica como la energética. Éstas aportarán una visión precisa de las principales ineficiencias del sistema. Con el objetivo de minimizarlas, se ha establecido un catálogo de acciones que permite reducirlas. Para ello, se ha realizado un análisis y revisión de las diferentes medidas estructurales y operacionales que pueden contribuir a mejorar la eficiencia energética en el transporte de agua a presión.[CA] El cicle urbà de l'aigua, des de la font fins al seu retorn al medi natural, consumeix energia. Cada etapa del cicle (captació, tractament, transport, distribució, utilització, depuració i abocament al medi natural) té una necessitat específica d'energia (kWh/m3). Aquest valor depén de les circumstàncies de cada cas: de la disponibilitat i qualitat de l'aigua en origen, de la topografia del terreny, etc. Aquesta tesi s'ocupa particularment d'una d'eixes etapes, del transport d'aigua a pressió, fonamental en qualsevol subministrament d'aigua, bé siga urbà o de reg. Aquest tipus de transport (com a alternativa al natural, en làmina lliure) no sols preserva millor la qualitat de l'aigua. També possibilita la racionalització del seu ús, la qual cosa permet satisfer la creixent exigència de demanda d'aigua per part de la població. No obstant això, l'energia utilitzada per a moure l'aigua a pressió, és notable, d'ací la importància de desenvolupar estratègies que permeten minimitzar-la. El present escenari exigeix ser molt més eficients en l'ús d'estos dos béns: aigua i energia, si tal com indica la tendència actual, la població continua creixent i els recursos disponibles minvant. És crucial, per tant, minimitzar els impactes negatius del transport d'aigua a pressió, la qual cosa requereix l'estudi i la millora de l'eficiència d'aquests sistemes, des d'una perspectiva global. La creixent preocupació per la situació actual ha propiciat nombrosos estudis sobre la reducció tant del consum d'energia com d'aigua en els sistemes de distribució. La majoria d'ells orientats a millorar parts concretes d'aquests sistemes, com l'augment d'eficiència dels grups de pressió, la disminució de fricció en les canonades, la reducció de fugues o la recuperació d'energia. El present treball tracta de ser una guia i compendi d'aquests estudis precedents, agrupant-los dins d'un protocol d'actuació que permeta analitzar i millorar el sistema des d'una òptica general. Es proposa, per tant, un procés de millora de l'eficiència que puga ser estandarditzat i convertir-se en una metodologia que es puga seguir per qualsevol subministrament d'aigua. Un procediment que siga aplicable a tots els sistemes, independentment del seu ús (reg o urbà) i siga quina siga la seua topografia (xarxes planes o molt irregulars). Aquest procés es divideix en quatre etapes: diagnòstic, anàlisi del sistema (auditories), avaluació d'accions, i presa de decisions (anàlisi cost-benefici). El punt de partida és el diagnòstic. Aquest estableix referències per a l'avaluació de l'eficiència energètica, per mitjà de la definició de consums mínims realistes d'energia que tinguen en compte les particularitats de cada sistema, com ara fonts d'aigua disponibles, estàndards de servici requerits, característiques topogràfiques i configuració de la xarxa. Comparant el consum actual amb el mínim requerit per eixe mateix sistema, pot estimar-se el marge de millora existent. Realitzat el diagnòstic, es requereix un estudi en profunditat dels fluxos d'aigua i d'energia. S'han desenvolupat al llarg del present treball ferramentes que permeten realitzar tant l'auditoria hídrica com l'energètica. Aquestes aportaran una visió precisa de les principals ineficiències del sistema. Amb l'objectiu de minimitzar-les, s'ha establit un catàleg d'accions que permet reduir-les. Per a això, s'ha realitzat una anàlisi i revisió de les diferents mesures estructurals i operacionals que poden contribuir a millorar l'eficiència energètica en el transport d'aigua a pressió.Gómez Sellés, E. (2016). Caracterización y mejora de la eficiencia energética del transporte de agua a presión [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/72637TESI

On the weaknesses and limitations of EPANET as regards energy

[EN] With more than 1,500 citations in ranked journals and hundreds of thousands of downloads, EPANET is the benchmark software for analysis and design of pressurized water distribution networks. Userfriendly, powerful and reliable, its public domain use has spread throughout the world. However, from an energy standpoint its capacity is limited to the point at which, in certain circumstances it can supply erroneous results. This is understandable because on the one hand its main aim was to model water quality, and on the other hand, because it was conceived and developed towards the end of the last century before people started talking about the water energy nexus. Increases in the cost of energy and the need to limit greenhouse gas emissions, however, have made energy efficiency a primary and inescapable objective. As the transport of pressurized water is a big consumer of energy, it seems convenient for EPANET users, particularly for those who applied this software to pressurized irrigation networks, to understand, as far as energy is concerned, its weaknesses and limitations which, in the end, is the aim of this paperGómez Sellés, E.; Cabrera Marcet, E.; Soriano Olivares, J.; Balaguer Garrigós, M. (2016). On the weaknesses and limitations of EPANET as regards energy. Water Science and Technology: Water Supply. 16(2):369-377. doi:10.2166/ws.2015.145S36937716

Strategies to improve the energy efficiency of pressurized water systems

[EN] As time goes by, the need to move water is greater and this water will be pressurized. Layout flexibility, security, quality care, control, lower environmental impact and higher efficiency justify pressurized transport rather than natural gravitational water transport. On the negative side, we find the enormous amount of energy pressurized systems require with the associated negative economic and environmental impacts. Therefore, it is crucial to minimize these impacts and that only can be achieved by improving the energy efficiency of these systems. To achieve that final goal, the first step is to perform an assessment to estimate the margin of improvement from the actual performance of the system to the maximum achievable level of efficiency [1]. The second step is to perform an energy audit in order to identify exactly how the energy is used and where it is lost [2], with the third step being identification of the different actions that can be implemented in practice in a system. The final step is to perform the cost benefit analysis of the selected actions to prioritize execution. The focus of attention of this paper is on the third step, actions that can be classified in operational actions (do not require investments) and structural actions (require investments).Cabrera Marcet, E.; Gomez Selles, E.; Espert Alemany, VB.; Cabrera Rochera, E. (2017). Strategies to improve the energy efficiency of pressurized water systems. Procedia Engineering. 186:294-302. doi:10.1016/j.proeng.2017.03.248S29430218

Discussion of Energy Metrics for Water Distribution System Assessment: Case Study of the Toronto Network by Rebecca Dziedzic and Bryan W. Karney

[EN] The paper under discussion presents a metric that allows auditing the energy performance of pressurized water networks. This same metric (except for the period used to perform the audit) was already presented by the discussers in this journal (Cabrera et al. 2010). In the discussers opinion, this poses a minor difference from a conceptual point of view. While in the discussers proposal integration was extended to longer periods (days or years) to gain a general understanding of the issue, the paper under discussion uses shorter periods of time similar to those used to analyze network behavior with extended period simulation. The increased time resolution allows delving into greater depth in the assessment as well as developing and comparing different scenarios (e.g., winter versus summer).Cabrera Marcet, E.; Gomez Selles, E.; Cabrera Rochera, E.; Arregui De La Cruz, F. (2016). Discussion of Energy Metrics for Water Distribution System Assessment: Case Study of the Toronto Network by Rebecca Dziedzic and Bryan W. Karney. Journal of Water Resources Planning and Management. 142(11):07016003-1-07016003-3. doi:10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000721S07016003-107016003-31421

Comparativa entre los resultados obtenidos mediante evaluación continua y evaluación final en materias técnicas online de posgrado. Influencia del factor tiempo y la puntuación de las actividades

[ES] La metodología empleada para la evaluación de los procesos de aprendizaje es clave para determinar la adquisición de las competencias. En docencia online, la autoevaluación y el feedback emergen como elementos indispensables que, combinados con distintas actividades de aprendizaje, trabajan en línea para conseguir que el alumnado alcance los objetivos marcados. Este trabajo analiza los resultados conseguidos por los alumnos de posgrado de la formación online Cursosagua a lo largo de cuatro cursos académicos, para determinar cuáles son los factores más influyentes y mejorar el sistema de evaluación actual.Del Teso March, R.; Estruch-Juan, E.; Gómez Sellés, E.; Soriano Olivares, J. (2021). Comparativa entre los resultados obtenidos mediante evaluación continua y evaluación final en materias técnicas online de posgrado. Influencia del factor tiempo y la puntuación de las actividades. En Proceedings INNODOCT/20. International Conference on Innovation, Documentation and Education. Editorial Universitat Politècnica de València. 469-477. https://doi.org/10.4995/INN2020.2020.11846OCS46947

Towards a paradigm shift in water network design

[EN] Pressurized water transport has a highly energy consumption and must be reduced to mitigate Climate Change impacts. This energy reduction can be achieved by optimizing the process: reducing the volume of water to be transported (managing water demand and reducing water losses), and adjusting pressure with an eco-layout. This work compares the traditional water distribution design (the objective of the current method, prevailing for more than one century, is to minimize the investment and to guarantee the supply), with an eco-layout, whose objective is to prioritize efficiency, adjusting the pressure as much as possible to the service needs. This is an alternative and logic approach in a new framework: Safer electrical networks, reliable electromechanics’ equipment and the imperative need to reduce energy consumption. The eco-layout is more convenient from an environmental point of view and, besides, it is more economic, if all expenses are considered.[ES] El transporte de agua a presión (producto del volumen por la presión) consume mucha energía y la amenaza del cambio climático exige reducirla. Ello se consigue optimizando el proceso, reduciendo el volumen a desplazar (gestionando la demanda y minimizando las fugas) y, por último, ajustando al máximo la presión con un ecotrazado. En este trabajo, se compara el tradicional diseño de redes, vigente más de un siglo y supeditado a minimizar la inversión y garantizar el suministro, con el ecotrazado cuyo objetivo es primar la eficiencia ajustando tanto como sea posible la presión a las necesidades del servicio. Un enfoque alternativo, lógico y necesario en un nuevo marco, con redes eléctricas más seguras, equipos electromecánicos más fiables y con la necesidad de reducir el gasto energético. El ecotrazado es ambientalmente más conveniente y, contabilizando todos los gastos, más económico.Del Teso March, R.; Cabrera Marcet, E.; Gómez Sellés, E.; Estruch Juan, E. (2022). Hacia un cambio de paradigma en el diseño de redes hidráulicas. Ingeniería del agua. 26(1):47-61. https://doi.org/10.4995/ia.2022.16672OJS4761261Brook, M. 2018. Building Decarbonization. IEPR Workshop on Achieving Zero Emission Buildings. California Energy Commission, Sacramento, California.Cabrera, E., Arregui, F. 2010. Water Engineering and Management through Time: Learning from History. CRC Press, Balkema.Cabrera, E., Gómez, E., Soriano, J., del Teso, R. 2019. Eco-layouts in water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 145(1), 04018088. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001024Canal de Isabel II. 2018. El agua en Madrid. Un recorrido con historia. Subdirección de Comunicación Área de Imagen y Publicaciones. Especial Historia del Canal, Madrid, España.Corominas, J. 2010. Agua y energía en el riego en la época de la sostenibilidad. Ingeniería del Agua, 17(3), 219-233. https://doi.org/10.4995/ia.2010.2977EPA (Environmental Protection Agency). 2000. The History of Drinking Water Treatment. US EPA, Office of Water, USA.Fernández, A. 2017. Mina, Aigües de Terrassa (1842-2017). Una crónica de 175 anys. Mina Pública de Terrassa, Aigües de Terrassa, Terrassa, España.Gómez, E., Cabrera, E., Balaguer, M., Soriano, J. 2015. Direct and indirect water supply: an energy assessment. Procedia Engineering Procedia Engineering, 119, 1088-1097.Gómez, E., Briones-Hidrovo, A., del Teso, R., Uche, F.J., Cabrera, E. 2021. Rigid versus Variable Energy Sources in WaterPressurized Systems: An Economic and Environmental Analysis. Water Resources Management, 35, 3203-3220. https://doi.org/10.1007/s11269-021-02885-5Guzmán, C.L. 2001. 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Alumnos de empresa vs alumnos por cuenta propia en la formación online. Análisis de su desarrollo y éxito aplicado a un curso a distancia en hidráulica

[EN] The training of active workers has been growing unstoppably in recent years. Companies are increasingly demanding qualified personnel and funding specific training for their employees. Within this framework, the demand for e-learning courses offered by the ITA can be divided into two types of students, those who register on a personal basis and those who do so through their company. The training received by both groups is identical, and they must achieve the same learning outcomes. In this paper we analyse different variables involved in the learning process of the course with more participants than any other offered by ITA: Analysis of water networks with EPANET. The aim of the study is to detect if there is a lack of motivation on the part of the students coming from companies, and determine the most significant differences between the students of both groups. Results will point the way to readapt and improve students' learning regardless of their type.[ES] La formación de trabajadores en activo está creciendo de forma imparable en los últimos años. Las empresas cada vez demandan más personal cualificado, apostando por ofrecer o costear una formación específica para el puesto de trabajo a desempeañar por sus empleados. Dentro de este marco, la demanda de formación a distancia ofrecida por el ITA, se puede dividir en dos tipos de alumnos, los que se inscriben de forma particular, y los que lo hacen a través de su empresa. La formación que reciben ambos grupos es idéntica, debiendo alcanzar los mismos resultados de aprendizaje. En este trabajo se analizan diferentes variables que intervienen en el proceso de aprendizaje del curso con más participantes de los ofertados por el ITA: Análisis de redes de agua con EPANET. El objetivo es detectar si existe una falta de motivación por parte de los alumnos provenientes de empresas, y de poder concluir las diferencias más significativas entre los alumnos de ambos grupos. Esto permitirá actuar de forma pertinente para readaptar y mejorar el aprendizaje de los estudiantes.Del Teso March, R.; Estruch Juan, ME.; Gómez Sellés, E.; Soriano Olivares, J. (2021). Alumnos de empresa vs alumnos por cuenta propia en la formación online. Análisis de su desarrollo y éxito aplicado a un curso a distancia en hidráulica. En IN-RED 2021: VII Congreso de Innovación Edicativa y Docencia en Red. Editorial Universitat Politècnica de València. 1540-1551. https://doi.org/10.4995/INRED2021.2021.13784OCS1540155

Metodología docente para la enseñanza técnica online. La experiencia Cursosagua

[ES] La enseñanza online ha llegado para quedarse. Su éxito se debe a que ha eliminado la barrera temporal y espacial, facilitando el acceso de estudiantes de todo el mundo. Sin embargo, un curso online de calidad no puede tratarse de una adaptación de una clase presencial a una clase online. Es necesario adecuar la metodología docente a este medio. Estre trabajo ilustra la metodología docente utilizada para la formación técnica online por CursosAgua, así como los resultados obtenidos.Estruch Juan, ME.; Del Teso March, R.; Gómez Sellés, E.; Soriano Olivares, J. (2020). Metodología docente para la enseñanza técnica online. La experiencia Cursosagua. Editorial Universitat Politècnica de València. 527-535. https://doi.org/10.4995/INN2019.2019.10101OCS52753

Role of age and comorbidities in mortality of patients with infective endocarditis

[Purpose]: The aim of this study was to analyse the characteristics of patients with IE in three groups of age and to assess the ability of age and the Charlson Comorbidity Index (CCI) to predict mortality. [Methods]: Prospective cohort study of all patients with IE included in the GAMES Spanish database between 2008 and 2015.Patients were stratified into three age groups:<65 years,65 to 80 years,and ≥ 80 years.The area under the receiver-operating characteristic (AUROC) curve was calculated to quantify the diagnostic accuracy of the CCI to predict mortality risk. [Results]: A total of 3120 patients with IE (1327 < 65 years;1291 65-80 years;502 ≥ 80 years) were enrolled.Fever and heart failure were the most common presentations of IE, with no differences among age groups.Patients ≥80 years who underwent surgery were significantly lower compared with other age groups (14.3%,65 years; 20.5%,65-79 years; 31.3%,≥80 years). In-hospital mortality was lower in the <65-year group (20.3%,<65 years;30.1%,65-79 years;34.7%,≥80 years;p < 0.001) as well as 1-year mortality (3.2%, <65 years; 5.5%, 65-80 years;7.6%,≥80 years; p = 0.003).Independent predictors of mortality were age ≥ 80 years (hazard ratio [HR]:2.78;95% confidence interval [CI]:2.32–3.34), CCI ≥ 3 (HR:1.62; 95% CI:1.39–1.88),and non-performed surgery (HR:1.64;95% CI:11.16–1.58).When the three age groups were compared,the AUROC curve for CCI was significantly larger for patients aged <65 years(p < 0.001) for both in-hospital and 1-year mortality. [Conclusion]: There were no differences in the clinical presentation of IE between the groups. Age ≥ 80 years, high comorbidity (measured by CCI),and non-performance of surgery were independent predictors of mortality in patients with IE.CCI could help to identify those patients with IE and surgical indication who present a lower risk of in-hospital and 1-year mortality after surgery, especially in the <65-year group