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TITULO DEL PROYECTO CONTROL AUTOMATICO INTEGRADO
DE CANALES DE RIEGO
DATOS BÁSICOS DEL PROYECTO Investigador
Principal Manuel Gómez Valentín Organismo
UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA Centro ETS
Ing. Caminos, Canales y Puertos Subvención
concedida 73700 Personal 0 Otros
Costes 26400 Fecha Inicio 1-10-2002 Fecha
finalización 30-9-2005
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PARTICIPANTES Entidades Públicas UPC Entidades
Privadas Investigadores 6 de la Universitat
Politècnica de Catalunya EHMA MA III ESAII
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BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Desarrollar y
verificar en una instalación experimental,
algoritmos de control para definir los
movimientos de las compuertas de los canales de
riego, con el objetivo de que el canal pueda
suministrar las demandas de caudal que se
impongan por parte de los regantes, tanto en el
caso de demandas conocidas con anticipación
(riego programado) como en caso de demandas
inmediatas o perturbaciones sobre el canal no
deseadas (riego a la demanda)
OBJETIVO DEL PROYECTO Desarrollo de modelos de
simulación en canales de riego Desarrollo de los
algoritmos de control previstos Construcción de
la infraestructura de laboratorio para la
verificación experimental
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Organización del riego

• Rotación caudal de suministro constante, regando
  los usuarios por turnos
• Riego programado el usuario pide con
  anticipación unos ciertos caudales
• Riego a la demanda el usuario toma el agua en
  cualquier momento, sin comunicarlo al control de
  riego

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Organización del riego II

• Riego por rotación excesiva rigidez. Turnos
  horarios de día y noche. Excesiva servidumbre
  para el agricultor
• Riego programado prever con anticipación (24 ó
  48 horas) las necesidades hídricas del cultivo
• Riego a la demanda máxima flexibilidad del
  usuario, mayor dificultad de cumplirlo. Habitual
  en riego a presión.

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Diseño de canales

• Criterios basados en una explotación estática
• Cálculo de escenario pésimo de demandas de caudal
• Cálculo del perfil de lámina de agua asociado a
  ese escenario
• Añadir un resguardo de operación

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Por qué un control automático

• Mejor aprovechamiento del recurso
• Ahorro de importantes volúmenes de agua (10 a
  15) en ocasiones
• Mejor conocimiento, explotación y mantenimiento
  de los canales y demás infraestructuras de riego
• Creación de una cultura de explotación dinámica
  del canal

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• TAREAS Y ACCIONES DEL PROYECTO
• Tarea 1 Formulación de algoritmos avanzados de
  control en lazo abierto y lazo cerrado (1 año)
• 1.1 Revisión de estrategias de gestión de
  canales de riego. Modelo numérico de un canal de
  riego
• 1.2 Formulación de algoritmos de control
  automático
• Tarea 2Formular un modelo numérico de simulación
  de un canal de riego (9 meses)
• 2.1 Desarrollo de un modelo de simulación del
  flujo en canales de riego (Fortran y Visual C).
  Comparación con modelos comerciales (SIC,
  Cemagref) y con datos experimentales
• Tarea 3Desarrollo de una instalación para
  verificar los algoritmos empleados (2 años)
• 3.1. Diseño y construcción de un canal de ensayos

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• Tarea 4 Verificación experimental de los
  algoritmos desarrollados (6 meses)
• 4.1 Comprobación de algoritmos de control, tanto
  en lazo abierto como en lazo cerrado (Canal de 5
  tramos y 250 m de longitud)

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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 1 Formulación de algoritmos avanzados de
control en lazo abierto y lazo cerrado En esta
tarea se revisan los algoritmos más habituales de
control utilizados en la gestión de canales de
riego. Nosotros utilizamos como estrategia una
formulación de control de tipo predictivo, tanto
en el diseño de control en lazo abierto, aquel
que se usa conocidas las demandas de caudal a
suministrar por el canal y con el que se definen
los movimientos de las compuertas del canal, como
los algoritmos de control en lazo cerrado, que
operan en tiempo real y permiten reaccionar a las
compuertas del canal ante cambios de demanda de
caudal no previstos, o ante perturbaciones en la
operación del canal (averías, extracciones de
caudal de riego no autorizadas, etc)
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Matriz de influencia o Jacobiana

• ? y y ( 1, ... , n)
• ??
• ? u u ( 1, ... , m)
• La matriz de influencia se puede interpretar como
  una medida de la influencia que sobre el resto
  del canal tendría una acción realizada en una
  sección concreta, por ejemplo a través de una
  compuerta
• La matriz Jacobiana puede obtenerse a partir de
  ensayos
• numéricos o de manera analítica a partir de las
  ecuaciones de Saint Venant, mediante un esquema
  numérico de solución

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Proceso de cálculo

• ? y
• ? y ?? ? u
• ? u
• estimada la matriz de influencia (jacobiana) y
  definidos los incrementos de calado o caudal a
  imponer, se trata de obtener las trayectorias de
  compuerta
• Se trata de resolver una especie de problema
  inverso, lo que en el caso del flujo en lámina
  libre presenta problemas de inestabilidad

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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 2 Formular un modelo numérico de
simulación de un canal de riego Para estudiar la
aplicabilidad de los algoritmos de control se
estudian primero en modelo numérico que simule el
comportamiento hidráulico de un canal. Para ello,
se desarrollan una serie de modelos con diferente
nivel de detalle. La versión definitiva se
comprueba frente a modelos de referencia, así
como frente a datos de campo existentes en la
bibliografía
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 4 Verificación experimental de los
algoritmos desarrollados Una vez finalizada la
construcción del canal de ensayos se iniciará la
tanda de experimentos conducentes a comprobar la
bondad de los algoritmos de control
desarrollados. Esta fase aún no se ha iniciado al
no haberse finalizado la construcción e
instrumentación del canal.
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Ejemplo de aplicación

• Casos de prueba definidos por el ASCE Task
  Committee on Canal Control
• Canales Corning y Maricopa-Stanfield

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Canal Corning

• Características del canal conocidas y definidas
  por el ASCE Task Committee
• Cambio de caudales de extracción en dos puntos,
  Extremos aguas abajo tramos 5 y 6
• 5 paso de 1 a 2.5 m3/s
• 6 paso de 1 a 2 m3/s

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Calados iniciales y finales
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Caudales iniciales y finales
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Trayectorias de compuerta
Compuertas 1 a 5
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Tarea 3 Desarrollo de una instalación para
verificar los algoritmos empleados La
verificación experimental es compleja pues no es
fácil disponer de un canal de riego en el que te
permitan mover las compuertas de control. Más
aún, cuando son muy pocos los canales en España
instrumentados convenientemente para poder ser
operados en tiempo real. Para solventar el
problema se ha diseñado y construido (en fase de
finalización) un canal de la mayor longitud
posible (cerca de 250 m) para estudiar la
aplicación de estos algoritmos. El canal se
encuentra en el laboratorio hidráulico de la ETS
de Ing. de Caminos de Barcelona
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Construcción del canal de ensayos
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COMENTARIOS / RESUMEN FINAL DEL SEGUIMIENTO
El desarrollo del proyecto ha sido satisfactorio
en las fases de revisión de algoritmos
existentes, desarrollo de nuevos controladores y
formulación del modelo de simulación del flujo
en el canal. Se ha producido un retraso en la
finalización de la instalación experimental de
ensayo, pero creemos que en 3 meses se estará en
condiciones de iniciar la fase de verificación
Experimental Tesis finalizadas 2, y 3 más en
proceso Tesinas de Especialidad 2 Artículos en
revistas internacionales 2, 1 en
nacionales Comunicaciones a Congresos, 4 Jornadas
Nacionales, 2 Incorporación de resultados a
actividad docente Curso de Doctorado