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Informe sobre la evaluación experimental del sistema de cobertura flotante modular EVAPO-CONTROL-2
Autores: Dr. Ing. Victoriano Martínez Álvarez
Dr. Ing. Bernardo Martín Górriz Dr. Ing. Jose Francisco Maestre Valero
Sobre este informe Este informe ha sido promovido por la empresa ARANA Water Management, que ha contratado su realización a la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) con el fin evaluar experimentalmente la cobertura flotante modular EVAPO-CONTROL-2 como técnica mitigadora de la evaporación para balsas de riego y pequeños embalses. Se desarrollan los siguientes objetivos específicos: (1) Evaluar experimentalmente la eficiencia de la cobertura EVAPO-CONTROL-2 como tecnología para la reducción de la evaporación; y (2) Evaluar experimentalmente el efecto de la cobertura EVAPO-CONTROL sobre la calidad de agua almacenada para su aplicación en riego agrícola. Sobre el grupo de trabajo Los Drs. Victoriano Martínez Álvarez, Bernardo Martín Górriz y Jose Francisco Maestre Valero forman parte del personal docente e investigador del Grupo de Investigación “Diseño y Gestión en Agricultura de Regadío” de la UPCT. D. Victoriano Martínez Álvarez, investigador responsable de este trabajo, es Ingeniero Agrónomo por la Universidad Politécnica de Madrid, Doctor Ingeniero Agrónomo por la Universidad Politécnica de Madrid, Master en Hidrología General y Aplicada por el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas, Especialista en Sistemas de Información Geográfica y Teledetección por la Universidad de Castilla-La Mancha y Especialista en Fotointerpretación del Medio Natural para su Aplicación a los Estudios Agronómicos y Medioambientales por la Universidad Politécnica de Madrid. La evaporación en masas de agua y las técnicas aplicables para su mitigación se encuentran entre sus campos de investigación más destacados, habiendo participado en numerosos proyectos de ámbito europeo, nacional y regional en esta temática. Actualmente es Catedrático de Universidad y Director de la Cátedra Trasvase y sostenibilidad – Jose Manuel Claver Valderas. Informe realizado en Febrero de 2019
Índice
Página 1. Introducción y objetivos ......................................................................................... 1 2. Metodología y alcance del estudio ......................................................................... 2
2.1. Adquisición de datos y sensores instalados …….….……………………4 2.2. Modelización de la evaporación en la balsa descubierta ……….………6 2.3. Datos meteorológicos empleados en el modelo …………………..…..…8 2.4. Datos de calidad del agua ………………………………………………….…8
3. Comportamiento mecánico de la cobertura .......................................................... 9 4. Eficiencia de la cobertura como técnica reductora de la evaporación .............. 11 5. Relación del factor de reducción con las variables meteorológicas ................. 14 6. Efecto sobre la calidad de agua almacenada ...................................................... 16 7. Conclusiones ......................................................................................................... 21 Referencias ................................................................................................................ 22
1
1. Introducción y objetivos
En las regiones áridas y semiáridas, donde los recursos hídricos suelen ser deficitarios
e irregulares, las balsas de riego se han convertido en un elemento imprescindible
para la aplicación de sistemas de riego de alta frecuencia. Con la modernización de
regadíos, se ha producido un desarrollo generalizado de estas infraestructuras de
almacenamiento y regulación de agua. La proliferación de las balsas ha repercutido en
la eficiencia global de los sistemas de distribución de riego como consecuencia de las
importantes pérdidas de agua por evaporación que se producen en las mismas
(Maestre Valero et al., 2013).
Para mejorar la eficiencia global de los sistemas de riego resulta necesario mitigar las
pérdidas en balsas mediante técnicas reductoras de la evaporación. Son numerosas
las técnicas que se han experimentado con el fin de reducir la evaporación en masas
de agua, entre las que se encuentran la aplicación de sustancias químicas poco
volátiles (monolayers), la implantación de coberturas flotantes o suspendidas, la
desestratificación del cuerpo de agua, los cortavientos vegetales, etc. (Martínez et al.,
2006; Craig et al., 2005; Brown, 1988). Gran parte de las mismas resultan poco
atractivas para su empleo en balsas de riego como consecuencia de su baja eficiencia,
de su elevado coste, de la incompatibilidad con las características específicas de las
balsas y del uso posterior del agua, de la dificultad de instalación, etc.
En los últimos años las coberturas flotantes modulares de bajo coste se han
convertido en una alternativa atractiva para el sector del regadío, ya que sus costes
son competitivos en comparación con los de otras técnicas y no requieren obras o
actividades específicas para su instalación, ni tampoco mantenimiento a lo largo de su
vida útil. Acorde con esta tendencia tecnológica, la empresa Arana Water Management
está desarrollando una línea de coberturas flotantes modulares de polietileno,
denominados EVAPO-CONTROL, como técnica mitigadora de la evaporación para
balsas de riego y pequeños embalses. Para evaluar la efectividad de esta técnica se
desarrolló un ensayo experimental durante el año 2017 con el prototipo EVAPO-
CONTROL-1. Este ensayo permitió identificar aspectos de diseño a mejorar para
conseguir las especificaciones técnicas deseadas, especialmente el comportamiento
mecánico frente a la acción del viento, lo que ha dado lugar al desarrollo de un
segundo prototipo denominado EVAPO-CONTROL-2.
2
Este informe contiene los resultados obtenidos tras el ensayo experimental del
prototipo de la cobertura flotante modular EVAPO-CONTROL-2 durante un año (de
febrero 2018 a febrero de 2019) en condiciones reales de funcionamiento (balsa de
riego ubicada en el Campo de Cartagena). Se desarrollan los siguientes objetivos
específicos:
1. Evaluar experimentalmente la eficiencia de la cobertura EVAPO-CONTROL-2
como tecnología para la reducción de la evaporación.
2. Evaluar experimentalmente el efecto de la cobertura EVAPO-CONTROL-2
sobre la calidad de agua almacenada para su aplicación en riego agrícola.
2. Metodología y alcance del estudio
La caracterización técnica de la cobertura EVAPO-CONTROL-2 se ha basado en la
monitorización y análisis de datos de evaporación y calidad de agua durante un
periodo de 12 meses (del 19 de febrero de 2018 al 18 de febrero de 2019) en una
balsa de riego experimental ubicada en la Estación Experimental Agroalimentaria
Tomas Ferro, de 1500 m2 de superficie y capacidad máxima de 6700 m3.
El clima de la zona de estudio es mediterráneo-semiárido, caracterizado por veranos
cálidos e inviernos suaves. La pluviometría presenta una alta variabilidad estacional e
interanual, siendo durante el año experimental de 287,6 mm. La evaporación en
tanque Clase A varía entre 1.600 y 1800 mm año-1.
La balsa experimental está impermeabilizada con una geomembrana de polietileno de
alta densidad para prevenir infiltraciones por los taludes y el fondo. La profundidad de
agua en el embalse se mantuvo en torno a los 4 m durante todo el ensayo. En la balsa
experimental sólo se produjeron las entradas de agua correspondientes a la
precipitación, mientras que las únicas salidas de agua fueron las correspondientes a la
evaporación. Los días con lluvia se omitieron de la evaluación. La Fig. 1 muestra la
localización de la balsa experimental.
3
Figura 1. Ubicación de la balsa experimental.
Para evaluar la eficiencia de la cobertura EVAPO-CONTROL-2 como técnica reductora
de la evaporación se han comparado los registros de evaporación en la balsa cubierta
(Ec) cobertura con los correspondiente a la balsa descubierta (E), que se han estimado
con un modelo de evaporación en masas de agua desarrollado por el equipo
investigador (Martínez Alvarez, et al., 2007). Para la aplicación del modelo se han
utilizado registros diarios de las siguientes variables meteorológicas en las
inmediaciones de la balsa: radiación solar global, precipitación, velocidad del viento,
temperatura y humedad relativa del aire (registradas a una altura de 2 m sobre el
terreno). Además se ha registrado de forma continua el nivel de agua en la balsa,
mediante un sensor de presión de alta precisión sumergido y con compensación
atmosférica, y la temperatura sobre la cobertura EVAPO-CONTROL-2 y en el agua a
varias profundidades, con termopares.
Para evaluar el efecto de la cobertura EVAPO-CONTROL-2 sobre la calidad de agua
almacenada se han registrado con una frecuencia quincenal los siguientes parámetros
físico-químicos a lo largo del perfil del agua con una sonda multiparamétrica:
temperatura, pH, conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, turbidez y clorofila-a.
4
Durante los primeros meses del ensayo también se instaló una cámara wi-fi de exterior
con visión de 180º sobre mástil de 8 m para poder seguir on-line el comportamiento de
la cobertura ante eventos meteorológicos concretos, como fuertes rachas de viento.
A continuación se detallan distintos aspectos metodológicos sobre (1) el sistema de
adquisición de datos y los sensores instalados, (2) la estimación de la evaporación en
la balsa descubierta mediante la modelización de su balance de energía, (3) los datos
meteorológicos empleados en la modelización de la balsa descubierta, y (4) la
adquisición de datos de calidad de agua.
2.1. Adquisición de datos y sensores instalados
El registro de datos del embalse experimental se extendió desde el 1 de febrero 2018
al 18 de febrero de 2019. La cobertura EVAPO-CONTROL-2 se instaló el 19 de
febrero de 2018. La Fig. 2 presenta el diseño experimental para el registro la tasa de
evaporación, el perfil térmico y la velocidad del viento sobre la balsa:
• La tasa de evaporación en el embalse cubierto (Ec) se determinó a partir de
medidas de nivel de agua registradas con un sensor de presión (Druck,
PDCR1830, precisión ±0.06% en una escala de 75 mbar). El sensor se situó en el
interior del embalse unido a un lastre para evitar su movimiento (Fig. 3).
• La evolución del perfil térmico del embalse se registró mediante sondas de
temperatura (T-107, Campbell SCI) sumergidas en el cuerpo de agua, que se
anclaron a una cadena suspendida desde un flotador. Se registró la temperatura a
las siguientes profundidades: superficie, 1 m, 2,5 m y 4 m.
• La velocidad del viento en la balsa se registró con un anemómetro (A100R,
Campbell SCI) situado sobre el talud de la balsa a 2 m de altura.
Figura 2. Esquema del embalse experimental con (1) dataloger, (2) sensor de viento,
(3) sensores de temperatura del agua y (4) sensor de presión.
5
Los datos mencionados se registraron automáticamente cada 10 s, además de
obtener los valores medios horarios y diarios con un dataloger (CR1000, Campbell
CSI) (Fig. 4).
Figura 3. Punto de ubicación del sensor de presión y de los sensores de temperatura
en el embalse experimental.
Figura 4. Caja de registro con el dataloger (CR1000, Campbell SCI) ubicada en la
valla del embalse.
6
2.2. Modelización de la evaporación en la balsa descubierta
El balance de energía de un cuerpo de agua se determina como las ganancias menos
las pérdidas de calor en un intervalo de tiempo determinado. Basado en las principales
leyes físicas de la conservación de la energía, el balance de energía puede expresarse
del siguiente modo:
Rn + λE + Hs + Qw = 0
donde Rn es la radiación neta en la superficie, λE es el flujo evaporativo, Hs es el flujo
de calor sensible intercambiado con la atmósfera y Qw es la variación de calor
almacenado durante el intervalo de tiempo considerado. Todos los flujos están
expresados en Wm-2, E es la tasa de evaporación (kg m-2 s-1) y λ el calor latente de
vaporización (J kg-1). El criterio de signos es el siguiente: todos los flujos positivos
indican aporte de calor a la superficie (por tanto energía disponible para el proceso de
evaporación) y los negativos corresponden a las pérdidas de calor de la superficie. A
continuación se detalla el procedimiento de cálculo de cada uno de los términos del
balance para la balsa en estudio.
Radiación neta (Rn)
La radiación neta es la resultante el balance de radiación de onda corta y larga
recibida y perdida por la superficie de agua:
Rn = Rs – αRs + Ra – Rw
donde Rs es la radiación solar incidente (onda corta), α el albedo (porcentaje de Rs
reflejado por la superficie), Ra la radiación atmosférica (onda larga) y Rw el calor
emitido por la superficie en función de su temperatura (onda larga).
El valor medio anual de α para embalses en la latitud correspondiente al sur de
España puede considerarse igual a 0,06. Los términos de onda larga del balance se
han obtenido del siguiente modo: Ra se ha determinado con la metodología propuesta
por la FAO (Allen et al., 1998), a partir de las variables meteorológicas Ta, HR y Rs
registradas en la estación, mientras que Rw se ha calculado con la ecuación de
Stefan-Boltzman, considerando que el valor de la emisividad del agua es 0,97.
Evaporación (E)
La tasa de evaporación de la balsa descubierta (E, mm día-1) se ha calculado por
medio de la siguiente ecuación de transferencia de masa:
7
E=hv (es-ea)
donde es y ea son la presión de vapor de saturación a la temperatura de la superficie
del agua, Tw, y la presión de vapor actual a la temperatura del aire, Ta,
respectivamente, y hv es el coeficiente de transporte de vapor de agua. Generalmente
se asume que hv es proporcional a la velocidad del viento a 2 m de altura y
dependiente del área de la superficie evaporante (S, m2) a través de una función
empírica f(S). En la bibliografía pueden encontrarse diferentes expresiones de cálculo
de f(S), entre las cuales se ha seleccionado para este estudio la propuesta por
Martínez et al. (2007), que a su vez combina las funciones empíricas propuestas por
Molina et al. (2004), Brutsaert (1982) y Harbeck (1962), siendo válida para el rango de
superficie: 1m2 < S < 1010m2.
Flujo de calor sensible (Hs)
El calor sensible intercambiado en la interfase aire-agua viene dado por:
Hs = hc ρ Cp (Ta −Tw )
donde Cp es el calor específico del aire (J kg-1 K-1), ρ es la densidad del aire (kg m-3),
Ta y Tw son la temperatura del aire y de la superficie de agua, respectivamente, y hc
es el coeficiente de transferencia por convección agua-superficie. El coeficiente hc
puede aproximarse al valor del coeficiente empírico de transporte de vapor de agua, hc
(Analogía de Reynolds), utilizado en el cálculo de la tasa de evaporación:
hc =λ γ hv
donde γ es la constante psicrométrica (kPa K-1).
Calor almacenado (Qw)
El calor almacenado o cedido por el cuerpo de agua viene dado por la siguiente
ecuación:
Qw=Cw P ΔTw/Δt
donde Cw (J kg-1 m-3) es la capacidad calorífica volumétrica del agua, función de su
temperatura, P (m) es el espesor o profundidad del cuerpo de agua, y ΔTw/Δt es la
variación de la temperatura del agua durante el intervalo tiempo considerado. P se
determina a escala diaria en función del área y volumen de la balsa.
Todos los términos del balance de energía dependen de la temperatura de la
superficie de la superficie (= temperatura del cuerpo de agua, al asumirse
comportamiento isotermo). El algoritmo de cálculo empleado, consiste en la realización
8
de iteraciones hasta encontrar la temperatura objetivo para la cual se cumple la
condición de equilibrio, es decir el valor de temperatura que hace que la suma de los
términos del balance sea igual a cero. Una descripción más detallada del modelo
puede encontrarse en Martínez et al. (2007). El modelo ha sido validado con datos
experimentales para el cálculo de la evaporación en balsas de riego (Gallego et al.,
2009).
2.3. Datos meteorológicos empleados en el modelo Se han empleado los datos meteorológicos diarios registrados en la estación
agroclimatológica del Servicio de Información Agrario de Murcia (SIAM) CA-12,
denominada “Cartagena (La Palma)”. Esta estación se ubica a 200 metros de la balsa
experimental, por lo que es idónea para los fines con los que se va a utilizar su
información. La Fig. 5 recoge las principales características de esta estación.
Se tomaron datos diarios y horarios de las siguientes variables a 2 m de altura:
radiación solar (Rs), velocidad de viento (V), temperatura (Ta) y humedad relativa del
aire (RHa) y precipitación (P).
Figura 5. Principales características de esta Estación CA-12 “Cartagena (La Palma).
2.4. Datos de calidad del agua Para analizar la evolución de la calidad del agua en la balsa, se evaluaron, para el
perfil de profundidad de la balsa, los principales parámetros de calidad de agua
mediante una sonda multiparamétrica (OTT-DS5 - HYDROLAB): temperatura del agua
9
(Ta), la conductividad eléctrica (CE), la clorofila – a (Cl-a), Turbidez (Tr) y oxígeno
disuelto (OD). La concentración de clorofila-a es ampliamente usada como un método
estándar de estimación de la biomasa de fitoplancton (algas). El oxígeno disuelto en el
agua es otro de los parámetros más importantes de calidad del agua y puede llegar a
ser un factor limitante en algunos sistemas de agricultura intensiva. Los sondeos se
realizaron quincenalmente y aproximadamente a las 11:00 am hora local (Fig. 6). La
sonda multiparamétrica se calibró cada 6 meses. Valores discretos a las
profundidades de 0,2, 0,5, 1,5, 2,5, 3,5 m se seleccionaron del perfil continuo
registrado.
Figura 6. Toma de datos de calidad de agua durante el ensayo.
3. Comportamiento mecánico de la cobertura La cobertura ha presentado el comportamiento mecánico esperado, pudiendo
presentar dos configuraciones distintas: extendida y comprimida. La Fig. 7.A muestra
el estado extendido de la cobertura, situación en la que se extiende por toda la
superficie de agua en la balsa. La Fig. 7.B muestra el estado comprimido de la
cobertura, una vez que los módulos rotan 90º como consecuencia de la fuerza de
arrastre producida por el viento, situación en que la cobertura ocupa aproximadamente
10
el 50% de la superficie de agua en la balsa. El valor umbral de velocidad de viento en
el que comienzo el giro de los módulos se encuentra en torno a los 15 km/h,
observándose que una vez que el viento cesa la cobertura recupera progresivamente
su configuración extendida.
Figura 7. Configuracion extendida (A) y comprimida (B) de la cobertura. La Fig. 8 muestra distintas imágenes de la cobertura obtenidas desde la cámara
panorámica instalada en un mástil a 8 m de altura, donde se pueden observar las
distintas configuraciones que adquiere ante vientos de distintas direcciones e
intensidades.
19 octubre
A B
11
Figura 8. Configuración de la cobertura en distintos momentos del ensayo. 4. Eficiencia de la cobertura como técnica reductora de la evaporación La Fig. 9 recoge la evolución de la tasa de evaporación en la balsa experimental
medida durante el ensayo (Ec) y la tasa de evaporación modelizada para el embalse
descubierto (E), habiéndose eliminado los 37 días en los que ha habido
precipitaciones significativas o alguna incidencia en la adquisición de datos.
La evaporación total registrada en la balsa con la cobertura EVAPO-CONTROL-2 ha
sido de 358 mm, mientras que la evaporación de un embalse de las mismas
características y durante el mismo periodo hubiese alcanzado los 1502 mm. Estas
cifras indican que el factor de reducción anual (f), calculado mediante la expresión
100 * (E - Ec) / E, ha sido del 76,16%. Destacar también que la precipitación sobre la
balsa en el periodo ha sido de 287,6 mm, a los que han correspondidos unos
12
incrementos de nivel de 341 mm en la balsa (superiores debido a la forma
troncocónica de la balsa), por lo que se puede afirmar que la cobertura también
permite la recuperación integra de la precipitación sobre la balsa.
Figura 9. Evolución de la tasa de evaporación durante el ensayo. La Tabla 1 recoge el factor de reducción (f) para periodos de entre 6 y 25 días del
ensayo, definidos entre eventos de lluvias o cambios de profundidad del sensor de
presión. El factor de reducción en estos periodos ha oscilado entre el 70,5 y el 79,6%,
mejorando en los meses de verano. Es un rango de variación que se relaciona
principalmente con la temperatura del aire, como se muestra en el siguiente epígrafe.
Tabla 1. Factor de reducción de la evaporación por periodos de ensayo.
Periodo Ec (mm) E (mm) f (%)
24 febrero - 1 marzo 3,46 13,17 72,6
9 marzo - 17 marzo 8,55 34,86 75,1
21 marzo - 25 marzo 8,49 32,22 72,5
26 marzo - 10 abril 18,73 68,99 71,3
11 abril - 24 abril 19,50 79,21 75,0
25 abril - 30abril 6,60 26,58 74,7
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
160019
-feb
6-m
ar 21-…
5-ab
r20
-abr
5-m
ay 20-…
4-ju
n19
-jun
4-ju
l19
-jul
3-ag
o18
-ago
2-se
p17
-sep
2-oc
t17
-oct
1-no
v16
-nov
1-di
c16
-dic
31-d
ic15
-ene
30-e
ne
Evap
orac
ión
(mm
)
Medida (Ec) Modelo (E)
13
1 mayo - 15 mayo 18,87 81,22 77,0
16 mayo - 31 mayo 21,93 91,38 75,9
1 junio – 6 junio 8,25 36,88 78,3
7 junio – 28 junio 33,83 145,59 77,0
29 junio – 16 julio 32,54 143,67 77,9
17 julio – 31 julio 22,05 99,68 78,7
1 agosto – 26 agosto 39,07 181,64 79,6
27 agosto – 7 septiembre 15,52 70,50 78,8
9 sept. – 25 sept. 15,44 70,28 78,9
27 sept. – 13 octubre 14,44 60,64 76,2
17 octubre – 4 noviembre 17,50 64,21 71,1
6 noviembre – 13 noviembre 4,59 18,18 74,1
20 noviembre – 12 diciembre 11,41 43,69 72,8
14 diciembre – 28 diciembre 7,56 28,12 71,7
30 diciembre – 19 enero 9,10 32,89 70,5
21 enero – 18 febrero 20,57 78,02 72,5
TOTAL 24 feb – 18 febrero 357,99 1501,63 76,16
La Fig. 10 recoge el factor de reducción (f) mensual durante el ensayo, que oscila
desde el 70,4% en diciembre hasta el 79,4% en los meses de agosto y septiembre.
Figura 10. Evolución de la tasa de evaporación durante el ensayo.
71,4 72,8 73,0 73,9
76,5 77,6 78,0 79,4 79,4
73,5 72,3 70,4
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
75,0
80,0
f (%
)
14
5. Relación del factor de reducción con las variables meteorológicas Las Figs. 11, 12, 13 y 14 muestran la relación del factor mensual de reducción de la
evaporación con la radiación solar global (Rs), la temperatura del aire (Ta), la humedad
relativa del aire (HRa), y la velocidad del viento (V), respectivamente. La correlación
con Rs es de R2 = 0,65, y se observa un claro fenómeno de histéresis, ya que durante
los meses de primavera los puntos se localizan por encima de la curva de regresión y
durante los meses de otoño ocurre lo contrario. Este fenómeno es habitual en masas
de agua y se debe a la capacidad de almacenamiento de energía, lo que desfasa la
evaporación de la Rs. La correlación con Ta es de R2 = 0,89, por lo que se puede
afirmar que la temperatura del aire es la principal variable explicativa de la variación
mensual de f, evidenciando una relación robusto claramente lineal (Fig.12). La
correlación con HRa y V es prácticamente nula y la regresión lineal carece de
pendiente, lo que pone de manifiesto la inexistente relación de estas variables con el
factor mensual de reducción de la evaporación.
Figura 11. Relación entre el factor de reducción de la evaporación mensual y Rs.
y = 21,7x - 1407,9 R² = 0,65
050
100150200250300350400
68 70 72 74 76 78 80
R s (W
/m2 )
f (%)
Factor de reducción (f) vs rad. solar (Rs)
15
Figura 12. Relación entre el factor de reducción de la evaporación mensual y Ta.
Figura 13. Relación entre el factor de reducción de la evaporación mensual y HRa.
Figura 14. Relación entre el factor de reducción de la evaporación mensual y V.
y = 1,71x - 110,3 R² = 0,89
0
5
10
15
20
25
30
68 70 72 74 76 78 80
T a (º
C)
f (%)
Factor de reducción (f) vs t. aire (Ta)
y = -0,19x + 79,0 R² = 0,01
0,010,020,030,040,050,060,070,080,0
68 70 72 74 76 78 80
HRa (
%)
f (%)
Factor de reducción (fr) vs h. r. del aire (HRa)
y = 0,005x + 1,34 R² = 0,001
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
68 70 72 74 76 78 80
V (m
/s)
f (%)
Factor de reducción (f) vs vel. del aire (V)
16
6. Efecto sobre la calidad de agua almacenada
La Tabla 2 recoge los valores de temperatura del agua (Ta), conductividad
eléctrica (CE), clorofila – a (Cl-a), turbidez (Tr) y oxígeno disuelto (OD) a 5
profundidades del perfil de agua en la balsa entre febrero de 2018 y febrero de 2019.
Los resultados ponen de manifiesto que no se ha producido una estratificación térmica
en la balsa, como cabría esperar en el caso de haber conseguido una cubrición
completa y permanente de la misma. Por lo tanto, un valor medio de cada parámetro
para el perfil de profundidad representa de forma adecuada el comportamiento del
agua frente a la instalación de la cobertura flotante modular EVAPO-CONTROL-2. En
este sentido, la Figura 15 muestra la evolución de los valores medios de los
parámetros de calidad analizados durante el ensayo.
La conductividad eléctrica (CE) se ha mantenido prácticamente constante a lo largo
del ensayo como consecuencia de que la evaporación del agua desde la balsa (357,99
mm; Tabla 1) se ha visto compensada casi en su totalidad por la precipitación (287,6
mm de lluvia, que implicaron incrementos de nivel de 341 mm en la balsa).
Los niveles de oxígeno disuelto han presentado valores próximos a saturación, entre
5,3 ppm y 9,8 ppm, que son normales para aguas embalsadas. Como era de esperar,
los valores mínimos se han registrado en los meses más cálidos (Junio – Agosto)
como consecuencia de la reducción de la solubilidad del O2 atmosférico en el agua por
incremento de la temperatura.
La concentración de clorofila-a (proxy de presencia de algas en la balsa) ha
permanecido muy baja a lo largo del ensayo, entre 0,0 µg/L y 6,3 µg/L. Estas
concentraciones reducidas se han registrado incluso en los meses con temperaturas
de agua más elevadas (Fig. 15). Desde la instalación de los módulos flotantes, solo se
observó un incremento notable de la clorofila-a, registrado el 13 de marzo de 2018 (6,3
µg/L), que se atribuyó al relleno parcial de la balsa con aguas regeneradas
procedentes de la depuradora de La Palma. Este incremento en la concentración de
algas fue controlado absolutamente por la cobertura (ver siguiente registro el 26 de
marzo de 2018), manteniéndose el nivel de clorofila-a prácticamente nulo durante el
resto del ensayo.
17
Los valores reducidos de turbidez, entre 0 NTU y 2,0 NTU, registrada desde
septiembre de 2018 confirman los bajos valores observados de clorofila-a durante el
ensayo.
Por tanto, estos resultados confirman la eficiencia de la cobertura EVAPO-CONTROL-
2 como técnica de control de la concentración de microalgas en la balsa de riego.
Tabla 2. Parámetros físico-químicos del perfil de agua en la balsa.
Profundidad (m)
Tagua (ºC)
CE (mS / cm) pH Cl-a
(µg / L) OD
(mg / L) Tr
(NTU) 14/02/2018
0,2 11,0 8,8 9,1 0,19 - - 0,5 11,0 8,8 9,1 0,20 - - 1,5 10,9 8,8 9,1 0,21 - - 2,5 10,9 8,8 9,1 0,21 - - 3,5 - - - - - -
PROMEDIO 11,0 8,8 9,1 0,20 - - 13/03/2018
0,2 14,6 6,6 9,4 11,35 11,6 - 0,5 14,4 6,7 9,4 12,05 10,6 - 1,5 13,3 6,9 9,2 4,22 9,0 - 2,5 13,2 8,8 9,1 1,21 9,0 - 3,5 13,3 8,8 9,2 2,72 9,0 -
PROMEDIO 13,8 7,6 9,3 6,31 9,8 - 26/03/2018
0,2 13,2 6,8 9,2 0,12 8,3 - 0,5 13,2 6,8 9,2 0,12 8,2 - 1,5 13,3 6,8 9,2 0,11 5,9 - 2,5 13,8 8,8 9,1 0,11 5,7 - 3,5 - - - - - -
PROMEDIO 13,4 7,3 9,2 0,12 7,0 - 09/04/2018
0,2 15,7 7,0 9,2 0,26 8,6 - 0,5 15,6 7,0 9,2 0,16 8,2 - 1,5 15,5 7,0 9,1 0,09 7,2 - 2,5 14,9 9,0 8,9 0,08 2,0 - 3,5 14,9 9,0 8,9 0,10 2,0 -
PROMEDIO 15,3 7,8 9,0 0,14 5,6 - 24/04/2018
0,2 18,0 7,3 9,2 0,16 8,6 - 0,5 18,0 7,3 9,1 0,16 8,5 - 1,5 18,0 7,3 9,1 0,15 7,3 - 2,5 17,4 7,9 9,0 0,13 4,1 - 3,5 16,5 9,0 8,9 0,14 4,9 -
18
PROMEDIO 17,5 7,8 9,1 0,15 6,7 - 08/05/2018
0,2 19,5 7,4 9,2 0,00 9,2 - 0,5 19,4 7,4 9,2 0,00 9,1 - 1,5 18,5 7,4 9,2 0,00 9,1 - 2,5 18,3 7,5 9,2 0,00 3,6 - 3,5 18,2 9,1 9,1 0,00 3,1 -
PROMEDIO 18,8 7,8 9,2 0,00 6,8 - 23/05/2018
0,2 20,3 7,5 9,2 0,16 8,5 - 0,5 20,2 7,5 9,2 0,13 8,4 - 1,5 20,0 7,5 9,2 0,15 7,8 - 2,5 19,9 7,9 9,2 0,30 5,6 - 3,5 19,8 9,1 9,2 0,31 5,1 -
PROMEDIO 20,0 7,9 9,2 0,21 7,1 - 06/06/2018
0,2 22,2 7,6 9,3 0,13 7,5 - 0,5 22,1 7,6 9,3 0,12 7,2 - 1,5 21,9 7,6 9,3 0,12 6,7 - 2,5 21,6 7,7 9,4 0,20 4,0 - 3,5 21,4 9,2 9,4 0,21 4,4 -
PROMEDIO 21,9 7,9 9,3 0,16 6,0 - 25/06/2018
0,2 23,4 7,7 9,2 0,19 7,4 - 0,5 23,3 7,7 9,2 0,18 7,4 - 1,5 23,2 7,7 9,2 0,18 6,5 - 2,5 22,9 7,7 9,2 0,27 3,1 - 3,5 22,6 9,3 9,1 0,28 2,0 -
PROMEDIO 23,1 8,0 9,2 0,22 5,3 - 04/09/2018
0,2 26,7 7,9 8,8 0,34 7,5 0,0 0,5 26,7 7,9 8,8 0,34 7,5 0,0 1,5 26,6 7,9 8,8 0,32 7,2 0,0 2,5 26,6 7,9 8,8 0,35 6,1 0,0 3,5 26,6 9,0 8,5 0,91 1,8 0,0
PROMEDIO 26,6 8,1 8,7 0,45 6,0 0,0 14/09/2018
0,2 25,7 8,0 8,8 0,34 7,3 0,0 0,5 25,7 8,0 8,8 0,33 7,2 0,0 1,5 25,7 8,0 8,8 0,31 6,9 0,0 2,5 25,7 8,0 8,8 0,94 5,9 0,0 3,5 25,9 10,3 8,7 0,82 2,9 0,0
PROMEDIO 25,7 8,5 8,8 0,55 6,0 0,0 01/10/2018
0,2 24,4 8,0 8,7 0,17 7,9 0,0 0,5 24,4 8,0 8,7 0,17 7,9 0,0
19
1,5 24,4 8,0 8,7 0,19 7,8 0,0 2,5 24,4 8,0 8,7 0,25 7,7 0,0 3,5 24,4 8,0 8,7 1,28 7,7 0,0
PROMEDIO 24,4 8,0 8,7 0,41 7,8 0,0 15/10/2018
0,2 22,1 8,0 8,7 0,35 7,8 0,2 0,5 22,1 8,0 8,7 0,35 7,7 0,2 1,5 22,1 8,0 8,8 0,35 7,6 0,0 2,5 22,1 8,0 8,8 0,37 7,7 0,0 3,5 22,1 8,0 8,8 0,39 7,7 0,0
PROMEDIO 22,1 8,0 8,7 0,36 7,7 0,1 31/10/2018
0,2 18,9 8,1 8,9 0,05 8,0 0,0 0,5 18,9 8,1 8,9 0,04 8,1 0,0 1,5 18,9 8,1 8,9 0,04 8,1 0,0 2,5 18,9 8,1 8,9 0,06 8,3 0,0 3,5 18,9 8,1 8,9 0,11 8,3 0,0
PROMEDIO 18,9 8,1 8,9 0,06 8,2 0,0 15/11/2018
0,2 16,9 7,8 8,6 0,43 8,2 1,5 0,5 17,0 8,0 8,5 0,41 8,1 1,6 1,5 17,0 8,1 8,6 0,40 8,0 2,0 2,5 17,0 8,1 8,6 0,43 8,0 2,7 3,5 17,0 8,1 8,6 0,46 8,0 3,8
PROMEDIO 17,0 8,0 8,6 0,42 8,0 2,0 29/11/2018
0,2 15,6 7,8 8,7 0,38 8,3 2,2 0,5 15,6 7,8 8,7 0,37 8,1 0,9 1,5 15,7 7,7 8,7 0,39 7,8 1,5 2,5 15,9 8,0 8,7 0,49 7,8 1,5 3,5 16,0 8,0 8,7 0,64 8,0 4,3
PROMEDIO 15,8 7,9 8,7 0,45 8,0 2,1 12/12/2018
0,2 14,1 7,9 8,7 0,35 8,2 0,0 0,5 14,1 7,9 8,7 0,36 8,2 0,0 1,5 14,1 7,9 8,7 0,37 8,2 0,0 2,5 14,1 7,9 8,7 0,64 8,2 3,0 3,5 14,1 7,9 8,7 0,81 8,3 3,0
PROMEDIO 14,1 7,9 8,7 0,51 8,2 1,2 15/01/2019
0,2 13,6 7,9 8,6 0,3 8,3 1,5 0,5 13,8 7,9 8,6 0,35 8,3 0,3 1,5 13,9 7,9 8,6 0,45 8,3 0,2 2,5 13,8 7,9 8,6 0,45 8,3 0,2 3,5 13,9 7,9 8,6 0,48 8,3 0,3
PROMEDIO 13,8 7,95 8,6 0,4 8,3 0,5
20
18/02/2019 0,2 13,4 7,9 8,7 0,4 8,3 1,6 0,5 13,6 7,9 8,7 0,5 8,3 0,4 1,5 13,9 7,9 8,7 0,45 8,3 0,3 2,5 13,5 7,9 8,7 0,46 8,3 0,3 3,5 13,4 7,9 8,7 0,47 8,3 0,3
PROMEDIO 13,5 7,98 8,7 0,46 8,35 0,6
Figura 15. Evolución de los parámetros de calidad de agua analizados durante el
ensayo experimental.
7. Conclusiones Este informe contiene los resultados obtenidos tras el ensayo experimental de un año
de duración del prototipo de la cobertura flotante modular EVAPO-CONTROL-2. El
ensayo se ha realizado en una balsa de riego representativa de las existentes en las
explotaciones agrarias del sureste español, y bajo las condiciones climáticas del
Campo de Cartagena, también representativas del sureste español. Por tanto, los
resultados de este informe resultan extrapolables, en general, a balsas de riego
impermeabilizadas con geomembranas en el sureste español.
La cobertura ha presentado el comportamiento mecánico esperado, pudiendo
presentar dos configuraciones distintas: extendida y comprimida. El valor umbral de
velocidad de viento en el que comienzo el giro de los módulos se encuentra en torno a
los 15 km/h, observándose que una vez que el viento cesa la cobertura recupera
progresivamente su configuración extendida.
0
10
20
30
40
50
60
70
0
5
10
15
20
25
30
35
Precipitación (mm) Temperatura Agua (ºC) Cond elec (dS/m) pH Oxígeno disuelto (ppm) Clorofila-a (ug/L) Turbudez (NTU)
T agu
a, C
E, p
H, O
D, C
l-a, T
r
Prec
ipita
ción
21
La cobertura EVAPO-CONTROL-2 ha conseguido reducir la evaporación en un
76,16% durante el ensayo experimental de un año, por lo que se confirma como una
tecnología eficiente para la reducción de la evaporación en balsas de riego. El factor
de reducción de la evaporación no ha sido constante a lo largo del año, sino que ha
variado desde el 70,5% en el mes diciembre hasta el 79,4% en los meses de agosto y
septiembre. Esta variación del factor de reducción de la evaporación mensual ha
mostrado una clara correlación lineal (R2 = 0,89) con la temperatura del aire media
mensual.
Respecto a los efectos de la cobertura EVAPO-CONTROL-2 sobre la calidad del agua,
se ha mantenido la conductividad eléctrica prácticamente constante a lo largo del
ensayo, ya que la cobertura permite recuperar la práctica totalidad de la precipitación,
compensando las perdidas por evaporación y su posible efecto en la salinidad del
agua. La concentración de clorofila-a (proxy de presencia de algas en la balsa) y el
valor de turbidez también ha sido prácticamente nulos durante el ensayo experimental,
evidenciando la eficiencia de la cobertura como técnica de control de la concentración
de microalgas en la balsa de riego.
Como consecuencia de estos resultados experimentales, se puede afirmar que la
cobertura EVAPO-CONTROL-2 ha alcanzado unas especificaciones técnicas que la
hacen muy adecuada para el control de la evaporación y mantenimiento de la calidad
del agua en balsas de riego, presentando otras ventajas como sencillez en su
instalación y la ausencia de mantenimiento y riesgos climáticos.
Cartagena, a 22 de diciembre de 2019 Los autores del informe
Victoriano Martínez Alvarez
Dr. Ingeniero Agrónomo - Catedrático de la Universidad Politécnica de Cartagena Fdo.: Bernardo Martín Górriz
Dr. Ingeniero Agrónomo - Catedrático de la Universidad Politécnica de Cartagena Fdo.: José Francisco Maestre Valero
Dr. Ingeniero Agrónomo - Profesor Contratado Doctor de la Universidad Politécnica de
Cartagena
22
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