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Energía en la finca
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"Ahora tenemos agua de sobra y no gastamos un centavo". GEA y la turbobomba de Polcura

Para los pobladores de Polcura, en Chile, la situación cambió cuando lograron tener agua suficiente para el riego de sus parcelas mediante el aprovechamiento de la energía hidráulica potencial de las fuentes de agua locales. Ello fue posible gracias al trabajo conjunto entre los pobladores y los investigadores de GEA (Universidad Técnica de Santa María, sede Valparaíso) que lograron la instalación y funcionamiento de un modelo de bomba hidráulica, adaptada a las condiciones locales y a las exigencias de los usuarios.

Volumen 21, número 1, junio de 2005 - Energía en la finca

75441_211_1_5.jpgEl poblado de Polcura, en la comuna de Navidad, se ubica a 300 kilómetros al sur de Santiago de Chile. Es una zona que se dedica principalmente a la producción de trigo, lentejas y papa pero, debido a los bajos precios de venta, sólo produce para el autoconsumo. Hasta hace unos años, la actividad agrícola productiva presentaba un bajo desarrollo debido a la escasez de agua: el estero Coquimbo que atraviesa la comuna tiene poco caudal, por lo que era imposible regar gran parte de las parcelas. Económicamente, la población sobrevivía gracias a la extracción y recolección del cochayuyo (Duvillaea antarctica, de la familia de las Phaeophytas o algas pardas) y otras algas marinas de interés comercial.

En marzo del año 2001, la municipalidad de Navidad solicitó la asesoría de Generación de Energías Alternativas (GEA) para realizar los trámites necesarios con el fin de legitimar los derechos de agua en cinco comunidades del sector. GEA es una área del Departamento de Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María (con sede en Valparaíso), creada con la misión de desarrollar la investigación, aplicación y uso de las energías renovables que contribuyan a mejorar la calidad de vida de las personas, generar cultura ambiental y potenciar la utilización de los recursos locales de manera sostenible.

Está formada por profesores del área de energía (solar, hidráulica y eólica) de la universidad, ingenieros investigadores, tesistas y alumnos nacionales y extranjeros de distintas ramas ingenieriles (mecánica, eléctrica, electrónica y ambiental). GEA se relaciona con la población a través de organizaciones gubernamentales, ONGs y organizaciones comunitarias de base (juntas de vecinos, sindicatos, centros de adelanto comunitario), siempre que estas organizaciones tengan claro cuáles son sus problemas y necesidades (energéticas y ambientales) para que en conjunto (organización comunitaria y GEA) desarrollen e implementen soluciones tecnológicas apropiadas para el usuario. Con ello se busca que la solución técnica se adapte a la situación económica y cultural de la población.

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Ajustando la turbobomba. Foto: Autores

La llegada a Polcura

Al llegar a la zona y comenzar a trabajar con la población, GEA pudo reconocer rápidamente los problemas de abastecimiento de agua, así como las dificultades que enfrentaron los intentos anteriores por cambiar esta situación. En la localidad nos encontramos con cuatro sistemas convencionales para levantar agua, los cuales habían sido financiados por instituciones gubernamentales en los años anteriores. Había tres electrobombas sumergibles y una con un motor bencinero (gasolinero), pero ninguna estaba funcionando porque los costos operativos eran muy altos. Simplemente, los agricultores habían decidido no regar.

Según cuenta Jovino Moya, poblador de la zona, los agricultores tuvieron muchos problemas con la operación y el mantenimiento de los equipos convencionales de bombeo: «Con el equipo bencinero teníamos el problema de que estamos en una zona muy alejada y para comprar bencina teníamos que trasladarnos más de 30 kilómetros, cosa que en invierno es casi imposible por el barro que se forma. Además nuestros cultivos no producían mucho, y gastábamos mucha plata en bencina, la que muchas veces no podíamos pagar. Así, terminábamos bajando al estero con baldes a sacar agua para regar las plantas, las cuales necesitaban cada vez más agua…». Otras familias se beneficiaron con los equipos eléctricos, pero estos tampoco dieron el resultado esperado. Comenzaron a excavar y no encontraban agua -cuenta Moya- o una vez que la encontraron, se toparon con la dificultad de que al poco tiempo la vertiente se había secado.

Un diagnóstico realizado con participación de la población demostró que estos sistemas convencionales de bombeo de agua (con motores eléctricos o de combustibles fósiles) no son tan adecuados para el riego pues requieren de una inversión considerable y constante para su funcionamiento, algo que los campesinos, que cuentan con escasos recursos económicos, no están en capacidad de asumir. De allí la baja o nula utilización de los sistemas de bombeo que fueron instalados, los cuales en vez de incrementar la capacidad productiva de la zona, la disminuyeron, encerrando a los habitantes de la localidad de Polcura en un ciclo de pobreza.

Surgió entonces la idea de aprovechar la energía del propio estero Coquimbo para efectuar el bombeo. La propuesta de GEA consistía en utilizar directamente la energía potencial del agua (un salto de agua) para elevarla y almacenarla en lugares altos (de más altura que el cultivo o el lugar de consumo), para luego regar por gravedad. Como el caudal del estero es escaso y sólo llega a un máximo de 5 litros por segundo, necesitábamos caídas de agua de 1,5 metros de altura como mínimo. La gente del lugar nos llevó a los posibles puntos de utilización y llegamos a determinar que existían tres caídas de agua con potencial, dos de dos metros y una de diez metros de desnivel. Además se tomaron muestras del agua para determinar tipos de sedimentos y pureza de la fuente. Con estos datos se comenzó la investigación que tuvo como objetivo actualizar tecnológicamente los antiguos sistemas de bombeo.

La primera máquina en la que se pensó fue la bomba de ariete. Tomamos los modelos disponibles y nos dimos cuenta que era factible actualizarlos tecnológicamente, y construirlos con elementos más baratos y que se podían adquirir fácilmente en una ferretería. Adicionalmente, en los laboratorios y talleres de la universidad se diseñaron y probaron otras dos alternativas, la ríobomba y la turbobomba, básicamente con dos objetivos: demostrar de manera práctica a los habitantes del lugar que era posible bombear agua a 200 metros de altura ocupando sólo la energía del río, y evaluar el desempeño del mecanismo desarrollado (materiales constructivos, bomba, etc.) en condiciones reales.

Los equipos de bombeo

Todos los equipos de bombeo hidráulico poseen la misma configuración, y la utilización de uno u otro depende principalmente del caudal del estero y de la caída de agua a utilizar. El agua del estero o río es conducida a un desarenador o cámara de carga cuya misión es limpiar el agua de hojas y arena. De allí, el fluido se introduce a la tubería de carga que va a dar al equipo de bombeo (sea de ariete, ríobomba o turbobomba) que transforma la energía hidráulica en mecánica. Parte de esta agua es bombeada a través de la tubería de alimentación al estanque acumulador, de donde será distribuida a los puntos de consumo. La otra parte retorna al lecho del río.

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Bomba de ariete

Este es el equipo más simple y común, solicitado por todo aquel que necesita elevar una cantidad de agua para regar una pequeña huerta o para consumo domiciliario. El sistema se basa en el fenómeno conocido como golpe de ariete, el cual se observa cuando se interrumpe el flujo de agua cerrando bruscamente una tubería. La energía cinética que trae el agua en movimiento, al ser detenida, origina un aumento brusco o golpe de presión. Con el ariete hidráulico se producen estos golpes continuamente en un tubo que se alimenta con agua de una presa, de un río o cualquier desnivel, y se aprovechan los aumentos de presión para mandar una parte del agua que pasa por el tubo a una altura superior. Las condiciones ideales de operación del ariete incluyen un salto de agua de uno a 20 metros de altura, y un caudal de accionamiento de 20 a 90 litros por minuto.

Los modelos que se encuentran con frecuencia en el mercado son de metal fundido, lo que no siempre resulta conveniente. GEA desarrolló un nuevo modelo, adaptado a las piezas disponibles en el mercado y haciendo que el equipo resulte mucho más barato. Al inicio desarrollamos una bomba de una y media pulgadas, y luego, viendo la buena aceptación que tuvo, una de tres pulgadas, que bombea más agua y es más eficiente. Utilizando un salto hidráulico de seis metros para elevar el agua a 15 metros se pueden obtener rendimientos de hasta 28.000 litros diarios. Otra gran ventaja es que estas bombas pueden ser armadas localmente, lo que permite replicarlas más fácilmente.

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La ríobomba

El segundo modelo que diseñó GEA fue la ríobomba. Este modelo se diferencia del anterior al contener una rueda hidráulica sobre la cual cae el agua. El peso del agua la hace girar, transmitiendo el movimiento a una bomba de diafragma que crea la presión de bombeo. Esto le permite funcionar con saltos de agua menores, mostrando resultados satisfactorios con saltos de agua de sólo uno a 2,5 metros de altura, y con caudales de accionamiento de 120 a 3.600 litros por minuto.

La turbobomba

Este tercer modelo (Figura 3) fue pensado para transformar la energía hidráulica de un estero o río en energía mecánica, usando saltos de agua superiores a los cinco metros de altura y alcanzando alturas de bombeo más grandes. Esto se logra utilizando como elemento motor una bomba centrífuga en funcionamiento inverso, y junto a ello una bomba pistón-diafragma, dimensionada de acuerdo a las necesidades de bombeo y las características hidráulicas del estero (el caudal y el salto de agua). En el interior de la bomba centrífuga, el agua hace girar las paletas de su rodete hidráulico: este movimiento es transmitido a la bomba de pistones que eleva el agua por la cañería de llenado al estanque acumulador. Como se ha podido comprobar, las condiciones ideales de operación de la turbobomba consideran saltos hidráulicos de cinco a 30 metros de altura y caudales de accionamiento de 300 a 1.800 litros por minuto, elevando a 200 metros de altura de 12 a 145 metros cúbicos de agua diarios.

Resultados

Si bien las bombas de ariete dieron resultados satisfactorios, en Polcura requeríamos elevar el agua a unos 200 metros, muy por encima de los 70 metros que obteníamos con estas bombas. Es así que optamos por la ríobomba. Una vez diseñada, ésta fue instalada en un ‘mingaco’ (palabra derivada del quechua que describe el trabajo comunitario en beneficio de uno de sus miembros para luego ser retribuido de la misma forma), usando una antigua represa en desuso como desarenador, y reutilizando todos los materiales ocupados. Aprovechando saltos de agua bastante menores, logramos elevar hasta 3.000 litros diarios de agua, los que fueron utilizados para el consumo domiciliario de la comunidad (ducha, baño, cocina, animales y riego de pequeñas huertas). La población fue capacitada en cuanto al control y mantenimiento de la bomba, y durante un año se visitó periódicamente a los usuarios con miras a verificar la compatibilidad tecnológica y cultural de la máquina con las personas.

Pero los pobladores querían también agua para regar los nogales que habían instalado un par de años antes. Las turbobombas resultaron entonces la mejor opción para la localidad de Polcura, permitiendo la disponibilidad de agua para el riego, y beneficiando con ello a las 20 familias de la localidad. Una de las principales ventajas es que esta bomba fue instalada usando materiales que se encuentran fácilmente disponibles (piedras, arena, madera) o que son de fácil obtención en el mercado local (mangueras, tubos de PVC, etc.).

Se utilizaron también mangueras de los sistemas de bombeo convencionales anteriores, sin uso actual por la comunidad. Otra gran ventaja ha sido la versatilidad de los equipos: las versiones más pequeñas pueden ser usadas en saltos mínimos de agua, aprovechando saltos hidráulicos de tan sólo un metro de altura, con un mínimo de 20 litros por minuto de caudal (a modo de comparación, si se abre el caño del agua potable de una casa se obtienen aproximadamente 15 litros por minuto). Por otro lado, se pueden aprovechar al máximo los saltos de agua mayores: en Polcura estamos subiendo cerca de 15.000 litros diarios de agua a 200 metros de altura, utilizando un salto hidráulico de aproximadamente diez metros de alto.

El proyecto no demandó inversiones en dinero de la Junta de Vecinos de Polcura ni de la comunidad. La universidad y el municipio de Navidad donaron la máquina y la instalación, y la comunidad brindó la mano de obra. Más importante aún, el uso de estas bombas no significa ahora gasto alguno, asegurando la sostenibilidad de la disponibilidad del agua.

«Hoy tenemos agua suficiente»

Atrás quedaron los años en que los pobladores de Polcura iban a buscar agua al pequeño estero montados en una yunta de bueyes. Hoy el panorama para ellos asoma distinto, situación que hasta hace unos meses era impensable para los lugareños que toda la vida se han dedicado a la extracción del cochayuyo y otras algas de las playas de Puertecillo e Infiernillo.

Para estos pobladores, la situación es ahora distinta gracias a la turbobomba: disponen de agua para regar sus nogales que ya han producido los primeros frutos. Jovino Moya muestra orgulloso los cincuenta árboles que ya le dieron los primeros seis kilos de nueces, al mismo tiempo que cuenta que los riega día por medio, gastando 2.000 litros de agua por vez. «Son poquitos, pero ya el próximo año espero que produzcan más y poder vender». El ahorro en tiempo y esfuerzo, antes invertido en el traslado de agua, hoy es dedicado al cultivo y cuidado de las nueces, actividad mucho más productiva.

Tras los proyectos fallidos (motobombas eléctricas o con motores de bencina), la tarea de convencer a la gente de que este sistema funcionaba no fue fácil para GEA. «Hoy estamos contentos y satisfechos porque esta bomba es muy simple y funciona a las mil maravillas, no gastamos un centavo y tenemos agua en la parte alta, que es lo más importante. Es algo que nos cayó del cielo y que tenemos que cuidar y aprovechar muy bien», cuenta Jovino. Ahora están disfrutando de los buenos resultados del sistema: «incluso, no tenemos excusa para no bañarnos todos los días, porque tenemos agua de sobra y nuestras mujeres pueden plantar flores en el jardín.

También podemos plantar tomates, lechugas y otras hortalizas, que antes teníamos que salir a comprar. Esto ha sido muy bueno para nosotros. Ya no viviremos solamente del cochayuyo, y con el agua podemos ver otras formas de obtener recursos. Sólo depende de nosotros, ahora tenemos que trabajar duro, porque lo que nos faltaba, el agua, ya lo tenemos». Mejor aún, ahora más comunidades quieren sumarse a esta experiencia.

Rodrigo Pizarro y Gerardo Arancibia
GEA, Generación de Energías Alternativas
Departamento de Mecánica, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile
Correo electrónico: gea@mec.utfsm.cl
www.mec-gea.utfsm.cl

Referencias
- Espinosa, J., 2000. Aporte en el estudio y aplicación de bombas centrífugas como turbinas hidráulicas. Universidad Santa María, Valparaíso, Chile.
- Espinosa, J., 1994. Fuentes no convencionales y uso eficiente de la energía. Comisión Nacional de Energía, Santiago, Chile.

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