Comunicación presentada al II Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Aitor Albaina Vivanco, Técnico ambiental, Centro de Estudios Ambientales del Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz
- Asier Sarasua Garmendia, Técnico ambiental, Centro de Estudios Ambientales del Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz
Resumen
El proyecto LIFE11 ENV/ES/615 ha desarrollado un sistema de riego inteligente capaz de adaptar de forma autónoma el volumen de agua suministrado a las condiciones meteorológicas locales. El sistema, denominado GestDropper, se ha instalado en un total de 1.300.000 m2 de zonas verdes de Vitoria-Gasteiz, cubriendo alrededor del 50 % de la superficie de riego automático de la ciudad. GestDropper utiliza los datos de una serie de sensores y de estaciones meteorológicas repartidas por la ciudad para regular el riego de forma automática adaptando el consumo de agua a las condiciones meteorológicas locales (por ejemplo, ante precipitaciones o rachas de viento intensas que hacen el riego innecesario o ineficiente, respectivamente) y a contingencias como fugas o fallos en el sistema. El sistema se integra en el sistema de información geográfica (SIG) municipal desde donde también se puede controlar el riego de forma manual. El sistema ha demostrado su efectividad observándose en la campaña de riego 2015 un ahorro del 35 % frente a la gestión previa en las zonas donde se ha instalado GestDropper.
Introducción
Actualmente Vitoria-Gasteiz, European Green Capital 2012, cuenta con alrededor de 5.000.000 m2 de zonas verdes urbanas (sin contar zonas pavimentadas ni el Anillo Verde). Unos 20 m2/habitante (45 m2/hab. si incluimos el Anillo Verde). De las zonas verdes urbanas, aproximadamente la mitad son parques y jardines con riego automático utilizando la red de agua potable de la ciudad (con la excepción de unos pocos parques que incluyen sondeos al acuífero de la ciudad). Con anterioridad al proyecto LIFE11 ENV/ES/615 el volumen de riego suministrado era constante a lo largo de la totalidad de la campaña de riego (que típicamente engloba los meses de Junio, Julio y Agosto). Sin embargo esta gestión del riego de parques y jardines era ineficiente y no estaba alineaba con las políticas de ahorro de agua que, en la última década, han conseguido reducir el consumo de agua por habitante de unos 300 litros/día a menos de 210 litros/día en la ciudad de Vitoria-Gasteiz (207 litros/día en 2014 y con tendencia decreciente; Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz, 2015).
El desarrollo de sistemas de riego inteligente para optimizar el consumo de agua para el riego es una de las medidas tecnológicas propuestas por la comunidad internacional para favorecer la adaptación al cambio climático. Así, el riego eficiente es aquel que combina las necesidades reales de agua en parques y jardines con el uso responsable de los recursos hídricos de la ciudad, realizando programaciones de riego en las horas óptimas con los adecuados volúmenes de gasto hídrico. Esto requiere analizar en el momento del inicio del riego y durante su transcurso, las condiciones atmosféricas y las necesidades reales de agua en las plantas. En este sentido, el proyecto LIFE11 ENV/ES/615 ha desarrollado un sistema de riego inteligente capaz de adaptar de forma autónoma el volumen de agua suministrado a las condiciones meteorológicas locales. El proyecto se enmarca dentro de la estrategia de Vitoria-Gasteiz para reducir el consumo de agua tanto a nivel municipal, como a nivel industrial y residencial.
El proyecto LIFE11 ENV/ES/615
El consorcio del proyecto LIFE11 ENV/ES/615: ‘TELEMANAGEMENT NETWORK USING FREE CONTROLLERS CONNECTED TO A GIS FOR AN OPTIMIZED IRRIGATION IN VITORIA-GASTEIZ’ lo forman Perica Obras y Servicios (como coordinador y desarrollador principal del prototipo), Estudios GIS, el Centro de Estudios Ambientales (CEA) y el Departamento de Medio Ambiente y Espacio Público del Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz, Prysma Calidad y Medio Ambiente y, como asistencia externa, Ad Hoc Desarrollo Sostenible. El proyecto está apoyado por el programa LIFE de la Unión Europea y se enmarca dentro del compromiso de la ciudad, European Green Capital en 2012, con el desarrollo sostenible y la gestión eficiente de los recursos naturales y, en particular, del agua.
El principal objetivo del proyecto consistía en desarrollar un sistema de riego optimizado para la irrigación de parques y jardines urbanos, pero también adaptable a cualquier otro ámbito en el que sea necesaria una mejora en la gestión del riego.
Los objetivos específicos eran:
- Desarrollar un sistema de riego inteligente que consiga un ahorro significativo en el consumo de agua utilizada en el riego de los jardines de la ciudad.
- Desarrollar cuatro prototipos que permitan utilizar al máximo las infraestructuras de riego existentes en la ciudad.
- Integrar el sistema de riego en el SIG de la ciudad que permita la gestión del riego de forma eficiente por parte de los técnicos municipales.
- Demostrar la eficacia de un sistema de riego inteligente que se adapte a las necesidades reales basadas en mediciones de parámetros climáticos tomados a través de datos de sensores conectados al GIS municipal.
Metodología: el sistema GestDropper
Se ha desarrollado el sistema de riego inteligente denominado GestDropper (Figura 1), que es capaz de utilizar la información suministrada por los elementos conectados al sistema para regular el riego de forma automática. Además el sistema es capaz de detectar averías y comunicarlas a los gestores en tiempo real.
El sistema GestDropper utiliza los datos de una serie de sensores y de estaciones meteorológicas repartidas por la ciudad para regular el riego de forma automática adaptando el consumo de agua a las condiciones meteorológicas locales (como lluvias o rachas de viento intensas que hacen, respectivamente, innecesario o ineficiente el riego) y a contingencias como fugas o fallos en el sistema. GestDropper consta de 3 componentes principales:
- Las estaciones meteorológicas que suministran datos locales de lluvia, viento y temperatura
- Las electroválvulas que abren o cierran el paso al agua a los elementos de riego e incluyen sensores de caudal y consumo eléctrico para detectar fugas y fallos eléctricos (y sensores para medir la humedad de suelo en el caso del riego por goteo)
- Los programadores, que son básicamente mini-ordenadores que integran la información recibida por los componentes anteriores y realizar la corrección automática del riego.
Se han creado cuatro prototipos de programadores de riego: autónomo (alimentado por placa solar), multicable, decodificadores y mixto (deco-multicable). Estos programadores regulan el riego interaccionando de forma automática con el resto de los elementos incluyendo el sistema de información geográfica (SIG) municipal desde donde también se puede monitorizar el proceso y controlar el mismo de forma manual. La evapotranspiración (ETP) del terreno se calcula en tiempo real y las necesidades hídricas se actualizan en consecuencia modificando el programa de riego de la zona en cuestión.
Durante 2014 se llevaron a cabo estudios de caracterización de las necesidades hídricas de cada parque/jardín para ajustar los volúmenes de riego diario a programar. Así, a través del análisis de las diferencias de temperatura e irradiación entre los jardines de sol y de sombra, se han calculado las diferencias que existen en los valores de ETP diaria.
Así para la campaña de riego 2015 se instalaron en la ciudad de Vitoria-Gasteiz un total de 100 programadores cubriendo un total de 1.300.000 m2 de zonas verdes, alrededor del 50 % de la superficie de riego automático de la ciudad. Aproximadamente la mitad de los programadores (46) son alimentados por placa solar, lo que ahonda en el objetivo de incrementar la sostenibilidad del sistema de riego de la ciudad.
El sistema GestDropper optimiza la gestión del riego en las zonas verdes de la ciudad de Vitoria-Gasteiz mediante el telecontrol adaptando el volumen de riego a las condiciones ambientales locales de forma automática.
Resultados y discusión
Se ha observado que entre un jardín al sol y otro a la sombra, para el día más caluroso del verano de 2014, hay una reducción de la ETP entre un 15% y un 25% en los jardines que están en la sombra. Estos resultados permiten incluir un valor de corrección en el algoritmo que utiliza el SIG para adaptar las necesidades de riego al grado de exposición al sol de cada jardín. Así, para la campaña 2015 se adaptaron los volúmenes de riego de campañas anteriores a las necesidades reales de cada parque o jardín.
El sistema ha demostrado su capacidad para adaptarse a las condiciones meteorológicas locales observándose un ahorro significativo en el agua destinada a riego. Así, durante la campaña de riego del año 2015, el ahorro de agua para los 100 programadores instalados fue de un 35 %. Para calcular el ahorro se ha tenido en cuenta el modo de gestión previo donde:
- (a) el volumen de riego no estaba optimizado a las necesidades hídricas de cada zona
- (b) el sistema no era capaz de adaptarse a las condiciones metereológicas locales (la programación y volumen de riego era constante e independiente de las mismas).
Así, tras la instalación del sistema GestDropper se ha pasado de un gasto de 421 l/m2 a 273 l/m2, ahorrándose un total de 192 millones de litros de agua en la campaña de riego 2015. La figura 2 muestra los consumos de agua previos (barras azules) en el riego de las zonas verdes donde se ha instalado el sistema y el gasto real en esas mismas áreas para la campaña 2015 (barras verdes).
La tabla muestra la comparativa entre los consumos de agua (litros) antes y después de la instalación del sistema GestDropper en las zonas verdes de la ciudad de Vitoria-Gasteiz donde se ha llevado a cabo el estudio. Se agrupan los parques y jardines por su localización geográfica en la ciudad (zonas que se corresponden con las de las cinco estaciones meteorológicas integradas en el sistema).
A este ahorro hay que sumar el gasto de agua que se ha evitado por la optimización del tiempo de respuesta ante fugas por medio de la detección y alerta en tiempo real de las mismas.
En la figura 3 se ilustran los resultados de la campaña 2015 mostrando los datos para un único programador situado en la zona norte de la ciudad (controlando un total de 14 electroválvulas para una superficie total de 5146 m2). Se aprecia tanto el ahorro de agua producido por la reprogramación del volumen de agua a suministrar así como el ajuste automático en el volumen regado debido a la adaptación del riego a las condiciones meteorológicas locales que permite GestDropper (en este caso destaca el efecto de las precipitaciones).
Se muestra el consumo de agua diario (litros) durante la temporada de riego 2015 en un programador del sistema GestDropper instalado en la zona Norte de la ciudad de Vitoria-Gasteiz y regando un total de 5146 m2 (líneas y símbolos rojos). Para ilustrar el ahorro frente al sistema anterior y el funcionamiento del sistema se muestran también los consumos teóricos con el sistema de gestión previa (líneas y símbolos azules) y la precipitación (l/m2; líneas y símbolos verdes) medida en la estación meteorológica correspondiente.
Conclusiones
La caracterización y posterior reprogramación de las necesidades hídricas específicas de los distintos jardines según su grado de insolación (jardines de sol, sombra y semi-sombra) permite mejorar la eficiencia del riego.
La integración de sensores y estaciones meteorológicas en un sistema de control automático permite adaptar, en tiempo real, el riego a las condiciones meteorológicas locales produciéndose un ahorro significativo de agua.
La georeferenciación de los elementos de riego y el telecontrol mediante el SIG municipal permite una rápida respuesta a las contingencias, reduciendo las pérdidas de agua por fugas y la necesidad de mano de obra de mantenimiento.
Al estar enteramente basado en elementos libres de licencia, el sistema GestDropper es completamente transferible asegurando la replicabilidad del mismo en otras ciudades o ámbitos (cultivos agrícolas, campos de golf, etc) interesados.
Agradecimientos
Agradecemos al personal de Perica Obras y Servicios y a Iranzu Sanz de Galdeano (Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz) por la información suministrada para la elaboración de esta comunicación.
Referencias
- Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz, 2015, Agenda 21 Boletín 2015