WaterPAT: Software para el análisis energético mediante PAT de sistemas de distribución de agua

Actualmente, la mejora de los indicadores de sostenibilidad es clave para el desarrollo de sistemas eficientes y comprometidos con la sociedad. Dentro de estos indicadores se encuentra la mejora energética en redes de distribución, incluyendo la instalación de sistemas de recuperación para aprovechar la energía disipada mediante válvulas reductoras, o la sustitución de las mismas. Los análisis de las posibles sinergias entre la recuperación de la energía y la regulación de los recursos hídricos son esenciales para lograr mejoras sostenibles en el rendimiento de las redes de distribución de agua. La mejora de la eficiencia energética mediante la recuperación de energía hidráulica se está convirtiendo en una tendencia inevitable para la reducción del consumo de energía no renovable, la reducción de las emisiones y el aumento de los márgenes de beneficio. Existen diversos procedimientos para recuperar esta energía, aunque el uso de bombas operando como turbinas es la mejor opción en términos de viabilidad económica. WaterPAT plantea una nueva metodología para maximizar la energía recuperada en redes de distribución de agua a presión considerando la viabilidad real de asignar bombas que funcionan como turbinas (PAT) dentro de este tipo de instalaciones. Este análisis está basado en el análisis energético de los sistemas a partir de las demandas de los puntos de consumo, que permiten estimar los caudales circulantes por línea en cada instante de tiempo de la red. A partir de estos caudales discretizados y las restricciones propias del sistema (por ejemplo: presión mínima en puntos de consumo, consigna de regulación u otras), el software optimiza la localización del sistema de recuperación para maximizar la energía recuperable y viabilidad económica, definiendo la máquina o máquinas a utilizar, estimando su curva de operación (caudal frente a altura, caudal frente a potencia) y estableciendo la regulación de la velocidad de las máquinas en cada instante de tiempo para obtener la máxima potencia recuperada. La comunicación con Epanet permite el uso de la interfaz de Epanet para el análisis hidráulico de la red y/o calibración del mismo. WaterPAT está implementado en Visual Basic para Aplicaciones en Microsoft Excel y consta actualmente de tres módulos de cálculo principales que funcionan de manera independiente y que analizan diferentes aspectos de los sistemas de recuperación energética mediante PATs en las redes de distribución. Estos son: 1) GenPAT: Módulo para el análisis y generación de curvas de funcionamiento de máquinas trabajando en modo turbina. Las curvas generadas son utilizadas posteriormente por TurbPAT y NetPAT, para el análisis energético. 2) TurbPAT: Este módulo permite el análisis de conjuntos de pares de puntos Caudal-Altura recuperable (Q-H), tanto en régimen a velocidad constante como a velocidad variable. 3) NetPAT: Se trata del módulo de análisis de redes de distribución, que permite tanto el análisis y diseño de sistemas de recuperación energética para cualquier tipo de sistema de distribución y cualquier número de líneas. El grupo ofrece auditorías energéticas de las redes de distribución de agua utilizando el software. Algunos estudios de los autores (Pérez-Sánchez et al., 2016, 2018; Ramos et al., 2019; Camilo et al., 2020) mostraron una mejora de la eficiencia de hasta un 30% en los estudios analizados.