En redes de distribución de agua de riego a presión es necesario garantizar un caudal determinado y una presión mínima a todos los hidrantes. En la práctica, esto implica que la regulación de la altura manométrica en los bombeos se haga en función de los hidrantes más desfavorables, ocasionando un exceso de presión en el resto. Por esto, se hace necesaria la instalación de válvulas reguladoras de presión que permitan proteger las infraestructuras hidráulicas y los sistemas de riego de las sobrepresiones existentes en gran parte de la red.
Además, es habitual que este tipo de redes se organicen a la demanda, lo que significa que el agua está continuamente disponible para el regante. Esto implica que los agricultores pueden abrir y cerrar sus hidrantes según sus necesidades, lo que hace que los caudales circulantes en la red sean muy variables y difíciles de predecir. Por otro lado, dado el carácter estacional del riego, mientras que en unos meses las demandas de agua son muy altas en otros son prácticamente nulas.
El aprovechamiento de los excesos de presión en redes de distribución de agua para la producción de energía eléctrica ha dado lugar a muchos estudios y propuestas de soluciones. Estas propuestas están basadas en la incorporación de turbinas que habitualmente reemplazan válvulas reguladoras de presión y aprovechan las condiciones de caudal y presión para producir electricidad. Dada la situación actual del regadío, en el que la dependencia energética es muy elevada y la electricidad consumida en los bombeos representa por término medio el 40% de los costes del agua, cualquier iniciativa encaminada a reducir la demanda de energía es de máximo interés. La recuperación de energía hidráulica podría conducir a diversos beneficios ambientales y económicos tales como la reducción de los costes asociados a la producción de alimentos y de las emisiones de gases de efecto invernadero.
No obstante, las turbinas convencionales presentan el inconveniente de su alto coste, especialmente para pequeñas potencias (dentro del rango de la energía microhidráulica 5 a 100 kW, habitual en este tipo de redes), lo que dificulta la instalación y amortización de los equipos.
Una alternativa para dicho aprovechamiento es el uso de las bombas funcionando como turbinas o PATs (del inglés Pump as Turbines), las cuales consisten en bombas hidráulicas funcionando de forma inversa a la convencional. La gran ventaja de las PATs como tecnología rentable para las soluciones micro-hidráulicas reside en su bajo coste. Las PATs ofrecen un alto rendimiento bajo condiciones de máxima eficiencia (caudal y presión), pero su rendimiento cae notablemente cuando los caudales varían del óptimo. Esto contrasta con las situaciones habituales de las redes de distribución de agua de riego en las que las oscilaciones de caudales circulantes son frecuentes. Por ello las condiciones de trabajo de las PATs deben ser reguladas para asegurar que siempre funcionan en puntos de máxima eficiencia.
Para regular las condiciones de trabajo, en los últimos años se han realizado diversos estudios que básicamente proponen dos tipos de regulación: eléctrica e hidráulica. La regulación hidráulica usa un esquema en by-pass, gracias al cual se deriva parte del flujo en la tubería y se regulan las condiciones de entrada a la PAT mediante válvulas de control. La PAT funcionaría en paralelo a una válvula reductora de presión, que se encarga de regular la presión de salida del by-pass. Este esquema es muy adecuado para redes donde se encuentren válvulas reductoras previamente instaladas. Por el contrario, mediante la regulación eléctrica, se regula la velocidad de rotación del generador, adaptándose en cada momento a las condiciones existentes en la red.
Por tanto, la instalación de una PAT permitiría lograr dos objetivos: por un lado, se reducirían los excesos de presión en la red y por otro, se genera electricidad que puede ser usada para alimentar diversos dispositivos (sensores, sistemas de control, inyectoras de fertilizante, etc.) e incluso, en caso de que sea posible, verter a la red eléctrica y obtener un beneficio económico por la venta de energía.
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