Fundamentos de la Hidronomía Física:
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Fundamentos de la Hidronomía Física:Propuesta de metodología del enfoque termoeconómico para el cálculo de los costes ambientales de reposición del deterioro del agua asociado a los usos
Costos i comptes de l'aigua a Catalunya en Costos i comptes de l'aigua a Catalunya en relació amb la Directiva marc de l'aigua (DMA)relació amb la Directiva marc de l'aigua (DMA)
SEMINARI
Barcelona, 18 i 19 de juny de 2007
Antonio Valero, Javier Uche, Alicia Valero, Amaya Martínez
Fundamentos de la Hidronomía Física
Contenido
ObjetoIntroduccionLa exergía del aguaCostes FísicosConclusiones
Fundamentos de la Hidronomía Física
Objeto
Presentar una nueva disciplina , la “Hidronomía Física” basada en la aplicación del Segundo Principio de la Termodinámica, como una forma rigurosa, objetiva y universal para evaluar los costes físicos del agua.
Propuesta de metodología del enfoque termoeconómico para el cálculo de los costes ambientales de reposición del deterioro del agua asociado a los usos
Podría la Hidronomía Física ayudar a determinar los costes
ambientales incluídos en la DMA?
Fundamentos de la Hidronomía Física
Introduccion
La Física del agua está sometida a dos leyes:
La conservación de la masa y la de la energía (Primer Principio de la Termodinámica): mediante el balance de flujos de entrada y de salida en un sistema dado.
La ley de la Entropía (Segundo Principio de la Termodinámica): Cuantifica todas las degradaciones de un sistema a través de cambios de estado: composición química, temperatura, altura, etc, que tienen lugar en el ciclo hidrológico.
Fundamentos de la Hidronomía Física
Introduccion
Con el análisis exergético se puede describir la pérdida de capital natural y en particular la degradación de cualquier masa de agua.
La Exergoecología (Valero, 1998), es la aplicación del análisis exergético en la evaluación de los flujos naturales y recursos de la Tierra. El consumo de recursos naturales implica la destrucción de sistemas organizados y su dispersión, es decir, la generación de entropía.
Llamamos Hidronomía Física a ésta aplicación de la Exergoecología al recurso natural agua.
Fundamentos de la Hidronomía Física
La exergía de las aguas
El valor termodinamico de un recurso natural caracterizado por sus propiedades físicas y químicas como altura, temperatura, composición, estructura, escasez, etc, se define como “el mínimo trabajo (exergía) que se necesita para producirlo a partir de las sustancias presentes en el ambiente de referencia (AR)”
A mayor exergía, mayor es el desequilibrio con el ambiente, y mayor es su capacidad de producir trabajo. Es decir, la exergía refleja el potencial termodinámico generalizado de un sistema por estar en desequilibrio con el ambiente.
Fundamentos de la Hidronomía Física
La exergía de las aguas. El ambiente de referencia
Se toma como ambiente de referencia el Agua del Mar. Tiene exergía cero.
El agua dulce pierde su utilidad cuando se mezcla con la marina. Además el agua marina es un enorme reservorio del que se puede obtener cualquier cantidad y calidad de agua con la tecnología apropiada y suficiente cantidad de energía primaria.
Fundamentos de la Hidronomía Física
Exergía absoluta, B (kW)
B Es el producto entre la exergía específica y el flujo másico:
)/()/()/()/()/()( kgkJbskgmkgkJblkgslqkWB w
• Perfil exergético teórico de un río
– Nacimiento: Máxima elevación, estado de máxima pureza => Max. b
– Desembocadura: Dilución con el mar y elevación cero => Min. B
– Nacimiento: Min. q– Desembocadura: Max. q
– Nacimiento: Min. B– Desembocadura: Min. B
River Course, km
Mouth (sea)
Source Specific exergy, b (kJ/l)
b, kJ/l
q, l/s
Mouth (sea)
River course, km
Source
Flow, q (l/s)
B, kW
River Course, km
Mouth (sea)
Source
Total, B (kW)
• Perfil Ideal Exergético de un río
Es decir, como B=m*b, en el nacimiento m->0 y en la desmbocadura b-> 0. Por ello
Bnac=Bdes=0
Esta es la: “Ley Fundamental de la Hidronómica Física”
Muga
Fluvià
TerDaró
Llobregat
Cardener
Tordera
BesòsAnoia
Foix
Gaià
Francolí
Riundecanyes
Siurana
Ebre
•Perfil Exergético Real del río Ter
Perfil exergético del río Ter
Total specific exergy of the TER riverYear 2003-2004
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 50 100 150 200 250km
bt, k
J/l
Flow of the Ter river Year 2003-2004
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 50 100 150 200 250km
q,m
3 l/s
Total exergy of the TER riverYear 2003-2004
0
100
200
300
400
500
600
700
0 50 100 150 200 250km
Bt,M
J
Dams and catchments
Dams and catchments
Ba
Ba
GES
t
ERCt
n
iiibERCmkWB )(*
Bombeo, desalación
ERCl l
Reutilización del agua y su tratamiento
Bp
Bp
River Course (km)
River Source
Mouth
Exergy (kW)
Bt
Bl
• Como calcular los costes físicos?
*** tl BBB
• Costes Físicos
– La conversión de los costes físicos a los monetarios es muy simple:
– Se obtienen multiplicando la demanda energética (kWh) por su precio (€ or €/kWh), y sumando
– Los costes financieros de amortización, de mantenimiento y gastos generales Costes Totales (Full costs).
km
MRC
Collectionthrough tariffs
(by sectors)
MRCt
MRCl
Industry
Urban
Agriculture
Subsidies
mouth
sourcekm
MRC
Collectionthrough tariffs
(by sectors)
MRCt
MRCl
Industry
Urban
Agriculture
Subsidies
mouth
source
• Cuando se suman los costes de amortización, mant. y gastos generales en cada punto del río, se obtienen los costes monetarios (MRCt y MRCl)
• Se puede analizar así el cumplimiento del principio de Recuperación de Costes (FCR) de la DMA, desagregado para los distintos sectores económicos de actividad e identificando en cada punto los subsidios necesarios para compensar los costes
• Conclusiones
– La HF es una metodología de análisis de costes de los recursos hídricos basada en conceptos que vienen de la termodinámica. Y NO intenta sustituir a otras metodologías sino complementarlas.
Ventajas
• Objectivos• Transparentes• Capacidad de ser Agregados / Desagregados •Unidades universales : energía •Fácil conversión a unidades monetarias a través de los precios de la energía y las materias primas utilizadas
Inconvenientes
• Se necesita una gran cantidad de información • No todo es cuantificable (Costes Biologicos ecoexergía Jorgensen)
• Conclusiones
– La HF abre el camino de la conexión entre la física y la economía siguiendo el principio de la DMA: Full Recovery Costs.
– Sigue la huella física del río con todos sus avatares, tanto en adiciones o detracciones físicas como variaciones en su calidad.
– Los costes se hacen sensibles a la tecnología y a la naturaleza
– El mayor reto es la falta sistemática de datos físicos suficientemente contrastados
– Los costes de tratamiento de las aguas son función de la cantidad y de la calidad del agua, no sólo de la cantidad. Y en el futuro lo serán cada vez mas.
Fundamentos de la Hidronomía Física
Gracias por su atención