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