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SEMINARI
Costos i comptes de l'aigua a Catalunya en
relació amb la Directiva marc de l'aigua (DMA)
Barcelona, 18 i 19 de juny de 2007
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
Antonio Valero, Javier Uche, Alicia Valero, Amaya Martínez
Fundamentos de la Hidronomía Física
Contenido
Objeto
Introduccion
La exergía del agua
Costes Físicos
Conclusiones
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:
 (kg / s)  b (kJ / kg)
B (kW )  q (l / s)   w (kg / l )  b (kJ / kg)   m
• Perfil exergético
teórico de un río
b, kJ/l
q, l/s
– Nacimiento: Máxima
elevación, estado de
máxima pureza => Max. b
– Desembocadura: Dilución
con el mar y elevación
cero => Min. B
Specific
exergy,
b (kJ/l)
Source
Mouth
(sea)
River Course, km
Flow, q
(l/s)
Mouth
(sea)
– Nacimiento: Min. q
– Desembocadura: Max. q
Source
River course, km
Total, B
(kW)
B, kW
– Nacimiento: Min. B
– Desembocadura: Min. B
Source
Mouth
(sea)
River Course, km
• 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”
•Perfil Exergético Real del río Ter
Muga
Fluvià
Llobregat
Ter
Cardener
Tordera
Anoia
Gaià
Francolí
Siurana
Riundecanyes
Ebre
Foix
Besòs
Daró
Total specific exergy of the TER river
Year 2003-2004
Perfil exergético del río
Ter
16
bt, kJ/l
14
12
10
8
6
Total exergy of the TER river
Year 2003-2004
4
2
700
Dams and catchments
0
0
50
100
150
200
600
250
km
Bt,MJ
Flow of the Ter river
Year 2003-2004
90
3
q,ml/s
500
400
300
200
80
Dams and catchments
70
100
0
60
0
50
50
100
150
200
250
km
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
km
• Como calcular los costes físicos?
DB*  DBl * DBt *
Exergy
(kW)
n
  ERC i bi
B * (kW )  m
Bombeo,
desalación
DB*t
i
GES
ERCt
D Bt
DB
B
a
ERCl
D Bl
B
DB*l
p
Mouth
River Source
River Course (km)
Reutilización
del agua y su
tratamiento
• 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).
•
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
MRC
MRCt
mouth
MRCl
source
km
Agriculture
Urban
Industry
Collection
through tariffs
(by sectors)
Subsidies
• 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