Tesis por compendio / [ES] La emisión de gases de efecto invernadero de manera desmesurada, ha generado la degradación de la capa de ozono, provocando variaciones en los procesos ambientales que afectan a los organismos vivientes en el planeta Tierra. En los últimos años debido al cambio climático, los seres humanos buscamos enfatizar en el cuidado del medio ambiente y la preservación de los recursos naturales. Por lo que, en la mayoría de los casos, el avance tecnológico se enfoca en alcanzar las metas de desarrollo sostenible planteadas por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). El mundo del agua no queda atrás, al tener que utilizar equipos energéticamente cada vez más consuntivos para suplir la demanda hídrica, se determina que existe una relación entre la emisión de GEI y el consumo de agua. Existen numerosos estudios que demuestran que, al optimizar las redes de distribución de agua: 1) se reduce la cantidad de energía requerida en las redes de agua; 2) se reduce la emisión de GEI; 3) se aumenta el tiempo de vida útil de una red de abastecimiento; 4) se mejora el aprovechamiento del agua; 5) se logra disminuir el coste relacionado con la operación, entre otros. El desarrollo del objetivo de esta tesis conllevó consigo la creación de tres (3) artículos científicos publicados en revistas JCR de alto impacto, con lo que se consiguió: 1)Contextualización del estudio, estableciendo las diferencias existentes en los sistemas de distribución de agua desde el punto de vista de la sostenibilidad. 2)Optimización de redes de riego en busca de un sistema híbrido que persiga una configuración de utilización nula de energía neta. 3)La aplicación y la optimización de una red de abastecimiento aislada que suple la demanda urbana, turística y paisajística. En el capítulo 2 se muestran distintos métodos de optimización de redes mediante la modelación, calibración y análisis hidráulicos donde varios estudios presentan tecnologías y herramientas que permiten estimar la cantidad de energía utilizada por el uso del agua en suministros de distintas envergaduras, exponiendo datos de las redes como son volumen inyectado, presión de abastecimiento, energía suministrada, regulación de los sistemas, entre otros. La revisión del estado del arte pone de manifiesto que tras la instalación de PAT se logra tener una recuperación energética desde un valor nulo hasta conseguir 0.042 kWh/m3. De igual manera se pudo estimar que tras la instalación de PFV para suministrar energía en las estaciones de bombeo se logra una reducción anual en la emisión de GEI de 16571 tCO2. A su vez, se pudo determinar que, tras la modificación en la operación del sistema, se consigue modificar el consumo inicial anual de 11651 a 2100 MWh. En el capítulo 3, se propone una metodología de optimización que muestra cómo se puede realizar la optimización de una red de riego real ubicada en Aspe (Alicante, España). Esta metodología emplea el método de optimización de "simulated annealing", tanto para conocer la mejor ubicación para instalar sistema micro hidroeléctricos como definir la regulación. El estudio muestra alternativas que alcanzan una reducción anual de emisión de GEI de hasta 2838 tCO2, y, de igual manera, se aprecia la posibilidad anual de vender hasta 283 MWh al sistema de abastecimiento de energía local. La metodología propuesta, asimismo fue aplicada en un sistema de abastecimiento de una ciudad aislada (Bahamas), mostrado en el capítulo 4. Se puede apreciar que al realizar modificación en la regulación del sistema se puede reducir el consumo energético anual de una estación de bombeo en un 32% y una reducción de la emisión de GEI en un 40%, esto se consiguió tras realizar un método de optimización basado en la búsqueda de los mejores puntos de funcionamiento de las bombas. / [CA] L'emissió de gasos d'efecte d'hivernacle de manera desmesurada, ha generat la degradació de la capa d'ozó, provocant variacions en els processos ambientals que afecten els organismes vivents en el planeta Terra. En els últims anys a causa del canvi climàtic, els éssers humans busquem emfatitzar en la cura del medi ambient i la preservació dels recursos naturals. Pel que, en la majoria dels casos, l'avanç tecnològic s'enfoca a aconseguir les metes de desenvolupament sostenible plantejades per l'Organització de les Nacions Unides (ONU). El món de l'aigua no queda arrere, en haver d'utilitzar equips energèticament cada vegada més consumptius per a suplir la demanda hídrica, es determina que existeix una relació entre l'emissió de *GEI i el consum d'aigua. Existeixen nombrosos estudis que demostren que, en optimitzar les xarxes de distribució d'aigua: 1) es redueix la quantitat d'energia requerida en les xarxes d'aigua; 2) es redueix l'emissió de *GEI; 3) s'augmenta el temps de vida útil d'una xarxa de proveïment; 4) es millora l'aprofitament de l'aigua; 5) s'aconsegueix disminuir el cost relacionat amb l'operació, entre altres. El desenvolupament de l'objectiu d'aquesta tesi va comportar amb si la creació de tres (3) articles científics publicats en revistes *JCR d'alt impacte, amb el que es va aconseguir: 1)Contextualització de l'estudi, establint les diferències existents en els sistemes de distribució d'aigua des del punt de vista de la sostenibilitat. 2)Optimització de xarxes de reg a la recerca d'un sistema híbrid que perseguisca una configuració d'utilització nul·la d'energia neta. 3)L'aplicació i l'optimització d'una xarxa de proveïment aïllada que supleix la demanda urbana, turística i paisatgística. En el capítol 2 es mostren diferents mètodes d'optimització de xarxes mitjançant el modelatge, calibratge i anàlisis hidràuliques on diversos estudis presenten tecnologies i eines que permeten estimar la quantitat d'energia utilitzada per l'ús de l'aigua en subministraments de diferents envergadures, exposant dades de les xarxes com són volum injectat, pressió de proveïment, energia subministrada, regulació dels sistemes, entre altres. La revisió de l'estat de l'art posa de manifest que després de la instal·lació de *PAT s'aconsegueix tindre una recuperació energètica des d'un valor nul fins a aconseguir 0.042 kWh/m³. D'igual manera es va poder estimar que després de la instal·lació de *PFV per a subministrar energia en les estacions de bombament s'aconsegueix una reducció anual en l'emissió de *GEI de 16571 *tCO2. Al seu torn, es va poder determinar que, després de la modificació en l'operació del sistema, s'aconsegueix modificar el consum inicial anual de 11651 a 2100 *MWh. En el capítol 3, es proposa una metodologia d'optimització que mostra com es pot realitzar l'optimització d'una xarxa de reg real situada a Aspe (Alacant, Espanya). Aquesta metodologia empra el mètode d'optimització de "*simulated *annealing", tant per a conéixer la millor ubicació per a instal·lar sistema micro hidroelèctrics com definir la regulació. L'estudi mostra alternatives que aconsegueixen una reducció anual d'emissió de *GEI de fins a 2838 *tCO2, i, d'igual manera, s'aprecia la possibilitat anual de vendre fins a 283 *MWh al sistema de proveïment d'energia local. La metodologia proposada, així mateix va ser aplicada en un sistema de proveïment d'una ciutat aïllada (Bahames), mostrat en el capítol 4. Es pot apreciar que en realitzar modificació en la regulació del sistema es pot reduir el consum energètic anual d'una estació de bombament en un 32% i una reducció de l'emissió de *GEI en un 40%, això es va aconseguir després de realitzar un mètode d'optimització basat en la cerca dels millors punts de funcionament de les bombes. / [EN] The disproportionate emission of greenhouse gases has led to the degradation of the ozone layer, causing variations in environmental processes that affect living organisms on planet Earth. In recent years, due to climate change, human beings seek to emphasize the care of the environment and the preservation of natural resources. Therefore, in most cases, technological progress is focused on achieving the sustainable development goals set by the United Nations (UN). The world of water is not left behind, as it is necessary to use more and more energy-consuming equipment to meet the demand for water, and it has been determined that there is a relationship between GHG emissions and water consumption. There are numerous studies that show that, by optimizing water distribution networks: 1) the amount of energy required in water networks is reduced; 2) GHG emissions are reduced; 3) the useful life of a supply network is increased; 4) the use of water is improved; 5) the cost related to operation is reduced, among others. The development of the objective of this thesis entailed the creation of three (3) scientific articles published in high impact JCR journals, thus achieving: 1)Contextualization of the study, establishing the existing differences in water distribution systems from the point of view of sustainability. 2)Optimization of irrigation networks in search of a hybrid system that pursues a configuration of zero net energy use. 3)The application and optimization of an isolated supply network that meets urban, tourist and landscape demand. Chapter 2 shows different methods of network optimization through modeling, calibration and hydraulic analysis where several studies present technologies and tools that allow estimating the amount of energy used by the use of water in supplies of different sizes, exposing network data such as volume injected, supply pressure, energy supplied, regulation of the systems, among others. The review of the state of the art shows that after the installation of PAT it is possible to have an energy recovery from a null value to 0.042 kWh/m3. Likewise, it was estimated that after the installation of PFV to supply energy to the pumping stations, an annual reduction in GHG emissions of 16571 tCO2 was achieved. At the same time, it was determined that, after the modification in the operation of the system, it was possible to modify the initial annual consumption from 11651 to 2100 MWh. In Chapter 3, an optimization methodology is proposed that shows how the optimization of a real irrigation network located in Aspe (Alicante, Spain) can be carried out. This methodology uses the "simulated annealing" optimization method, both to know the best location to install micro hydroelectric systems and to define the regulation. The study shows alternatives that achieve an annual GHG emission reduction of up to 2838 tCO2, and, likewise, the annual possibility of selling up to 283 MWh to the local energy supply system. The proposed methodology was also applied in a supply system of an isolated city (Bahamas), shown in Chapter 4. It can be seen that by modifying the regulation of the system, the annual energy consumption of a pumping station can be reduced by 32% and GHG emissions can be reduced by 40%, this was achieved after performing an optimization method based on the search for the best operating points of the pumps. / Fundings: Grant PID2020-114781RA-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 / Mercedes García, ÁV. (2023). Metodología de análisis para la mejora de los indicadores de sostenibilidad en las redes de distribución presurizadas mediante el uso de sistemas híbridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192475 / Compendio

[ES] Un aprovechamiento racional y ajustado de los recursos hídricos disponibles en el regadío implica la necesidad de disponer de infraestructuras que mediante conducciones a presión permitan llevar desde captación hasta la planta los volúmenes requeridos. Los sistemas de riego a presión, tanto a nivel colectivo como en parcela, permiten un alto control sobre el agua aplicada y garantizan una alta eficiencia de aplicación. La adopción de estos sistemas de riego ha llevado en los últimos 30 años a la construcción y puesta en marcha de numerosas redes colectivas de riego a presión. En el marco mediterráneo donde el modelo productivo se basa en una agricultura intensiva de parcelas de tamaño pequeño y medio (superficies medias no superiores a 0,5 ha), el sistema de distribución del agua desde la red a la parcela se realiza normalmente a través de hidrantes denominados multiusuario. La localización y capacidad hidráulica de estos elementos es un tema poco estudiado hasta la fecha. Tradicionalmente su localización y definición de los elementos que lo componen ha corrido a cargo de la propia experiencia en estos campos de los ingenieros, desconociendo en muchos casos como afectan estos parámetros al funcionamiento final de la instalación y a los costes que supone dicha inversión. Esta Tesis aborda el estudio de estos aspectos con el objetivo de obtener una metodología de cálculo basada en la utilización de los SIG que optimice tanto la ubicación de los hidrantes como el trazado de conducciones entre los mismos desde el punto de alimentación. Como punto de partida, se definió la capacidad hidráulica de los mismos en cuanto a caudal y número de tomas que pueden abastecer, dando unas recomendaciones basadas en estudios hidráulicos de las características finales que deben tener los mismos en cada caso y de las tomas individuales a parcela. Seguidamente, se abordó la problemática de la localización, relacionada directamente con el anterior punto. En este caso, mediante la utilización de distintas herramientas de geoprocesos que ofrecen los softwares basados en SIG, se obtuvieron las localizaciones que minimizan tanto los costes energéticos como los de inversión. Finalmente, obtenida la ubicación, se estableció el trazado de las conducciones desde la toma hasta cada uno de los hidrantes. En este caso, los criterios a tener en cuenta fueron función del tipo de vía por el que se pretenden trazar (camino rural, carretera, cauce, etc) llevándose a cabo mediante la elaboración de un mapa ráster de resistencias donde la solución óptima fue aquella que menos resistencia acumulada ofrecía. Para su elaboración se requirió del apoyo de metodologías de análisis Multicriterio como AHP. Toda la metodología de trabajo fue aplicada sobre doce casos de estudio reales y se comparará con el diseño de ingenieros proyectistas especialistas en el campo de la modernización de regadíos. Los resultados obtenidos mediante el uso de la metodología planteada arrojaron unos ahorros en los costes totales de hasta el 15 % respecto al dimensionado externo. En todos ellos se obtuvo la misma tendencia, pese a obtener mayor número de hidrantes multiusuario, se redujeron los costes totales de instalación de la red. Como conclusión puede decirse que la metodología aportada redujo considerablemente los costes y planteó unos criterios objetivos a la hora del diseño y dimensionado de las redes. De este modo se redujo la subjetividad aportada por el proyectista. / [CA] Un aprofitament racional i ajustat dels recursos hídrics disponibles en el regadiu implica la necessitat de disposar d'infraestructures que mitjançant conduccions a pressió permeten portar des de captació fins a la planta els volums requerits. Els sistemes de reg a pressió, tant a nivell col·lectiu com en parcel·la, permeten un alt control sobre l'aigua aplicada i garanteixen una alta eficiència d'aplicació. L'adopció d'aquests sistemes de reg ha portat en els últims 30 anys la construcció i posada en marxa de nombroses xarxes col·lectives de reg a pressió. En el marc mediterrani on el model productiu es basa en una agricultura intensiva de parcel·les de grandària petita i mitjana (superfícies mitjanes no superiors a 0,5 ha), el sistema de distribució de l'aigua des de la xarxa a la parcel·la es realitza normalment a través d'hidrants denominats multiusuari. La localització i capacitat hidràulica d'aquests elements és un tema poc estudiat fins hui. Tradicionalment la seua localització i definició dels elements que ho componen ha sigut a càrrec de la pròpia experiència en aquests camps dels enginyers, desconeixent en molts casos com afecten aquests paràmetres al funcionament final de la instal·lació i als costos que suposa aquesta inversió. Aquesta Tesi aborda l'estudi d'aquests aspectes amb l'objectiu d'obtindre una metodologia de càlcul basada en la utilització dels SIG que optimitze tant la ubicació dels hidrants com el traçat de conduccions entre els mateixos des del punt d'alimentació. Com a punt de partida, es va definir la capacitat hidràulica dels mateixos quant a cabal i nombre de tomes que poden proveir, donant unes recomanacions basades en estudis hidràulics de les característiques finals que han de tindre els mateixos en cada cas i de les preses individuals a parcel·la. Seguidament, es va abordar la problemàtica de la localització, relacionada directament amb l'anterior punt. En aquest cas, mitjançant la utilització de diferents eines de geoprocesos que ofereixen els softwares basats en SIG, es van obtindre les localitzacions que minimitzen tant els costos energètics com els d'inversió. Finalment, obtinguda la ubicació, es va establir el traçat de les conduccions des de la presa fins cadascun dels hidrants. En aquest cas, els criteris a tindre en compte van ser funció del tipus de via pel qual es pretenen traçar (camí rural, carretera, llit, etc) duent-se a terme mitjançant l'elaboració d'un mapa ráster de resistències on la solució òptima va ser aquella que menys resistència acumulada oferia. Per a la seua elaboració es va requerir del suport de metodologies d'anàlisi Multicriteri com AHP. Tota la metodologia de treball va ser aplicada sobre dotze casos d'estudi reals i va comparar amb el disseny d'enginyers projectistes especialistes en el camp de la modernització de regadius. Els resultats obtinguts mitjançant l'ús de la metodologia plantejada van llançar uns estalvis en els costos totals de fins al 15% respecte al dimensionament extern. En tots ells es va obtindre la mateixa tendència, malgrat obtindre major nombre d'hidrants multiusuari, es van reduir els costos totals d'instal·lació de la xarxa. Com a conclusió pot dir-se que la metodologia aportada va reduir considerablement els costos i va plantejar uns criteris objectius a l'hora del disseny i dimensionament de les xarxes. D'aquesta manera es va reduir la subjectivitat aportada pel projectista. / [EN] Rational and adjusted use of the water resources available in irrigation implies the need to have infrastructures that, by means of pressure pipes, can carry out the required volumes from the catchment to the plant. Pressurized irrigation systems, both at the collective level and on the plot, allow high control over the water applied and guarantee high application efficiency. The adoption of these irrigation systems has led in the last 30 years to the construction and start-up of numerous collective pressurized irrigation networks. In the Mediterranean framework, where the production model is based on intensive agriculture of small and medium-sized plots (average surfaces not exceeding 0.5 ha), the water distribution system from the network to the plot is normally carried out through of -called multi-user hydrants. The location and hydraulic capacity of these elements is a subject little studied to date. Traditionally, its location and definition of the elements that compose it have been carried out by the engineers' own experience in these fields, in many cases unaware of how these parameters affect the final operation of the installation and the costs involved in said investment. This thesis deals with the study of these aspects to obtain a calculation methodology based on the use of GIS that optimizes both the location of the hydrants and the layout of the pipes between them from the point of supply. As a starting point, their hydraulic capacity was defined in terms of flow rate and number of intakes they can supply, giving recommendations based on hydraulic studies of the final characteristics that they should have in each case and of the individual intakes on a plot. Next, the problem of location, directly related to the previous point, was addressed. In this case, by using different geoprocessing tools offered by GIS-based software, locations that minimize both energy and investment costs were obtained. Finally, once the location was obtained, the layout of the pipes from the intake to each of the hydrants was established. In this case, the criteria to be taken into account were a function of the type of road along which it is intended to be traced (rural road, highway, riverbed, etc.) carried out by preparing a raster map of resistances where the optimal solution was that that offered less accumulated resistance. For its elaboration, the support of Multicriteria analysis methodologies such as AHP was required. The entire work methodology was applied to twelve real case studies and will be compared with the design of specialist project engineers in the field of irrigation modernization. The results obtained through the use of the proposed methodology showed savings in total costs of up to 15% compared to external dimensioning. The same trend was obtained in all of them, despite obtaining a greater number of multi-user hydrants, the total costs of installing the network were reduced. In conclusion, it can be said that the methodology provided considerably reduced costs and proposed objective criteria when designing and sizing the networks. In this way, the subjectivity provided by the designer was reduced. / González Pavón, C. (2023). Optimización de la localización de hidrantes multiusuario y trazado de redes de riego a presión mediante la utilización de SIG [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192926