BOMBEAMENTO DE ÁGUA A Alternativa Solar Grupo: Bianca de Castro Leyen Ricardo Cerbino Salles Principais Tópicos: • Comparação entre bombas manuais, a diesel e solares. • Principais vantagens e desvantagens do sistema de bombeamento de água movido a energia solar FV, e suas características. • Tipos de bombas mais utilizadas. • Tipos de motores. • Balanço eletromecânico do sistema. • Exemplo de aplicação. Principais Métodos para o Fornecimento de Água • EM LOCAIS ACESSÍVEIS: – Bombas Mecânicas ligadas à rede. • EM LOCAIS DE DIFÍCIL ACESSO: – Desvio da água da chuva ou de um rio próximo por escoamento gravitacional. – Bombas Hidráulicas manuais. – Bombas Mecânicas acionadas por motores a óleo diesel. – Bombas mecânicas acionadas por energia solar. Bombas Manuais • VANTAGENS: – Baixo custo. – Tecnologia simples. – Fácil manutenção. – Não requer combustível. – Limpeza. • DESVANTAGENS: – Manutenção constante. – Baixo fluxo de água. – Demanda de muito tempo e energia humana para a sua utilização. – Profundidade do poço limitada em 15 metros. PRINCIPAL APLICAÇÃO: Consumo residencial. Bombas Diesel • VANTAGENS: – Custo inicial baixo. – Portáteis. – Larga experiência de utilização. – Fácil instalação. • DESVANTAGENS: – Ruído. – Poluição. – Fumaça. – Custo operacional elevado Preço alto do combustível. – Difícil manutenção. – Na maioria das vezes são subaproveitadas - Baixo rendimento. PRINCIPAL APLICAÇÃO: Irrigação de grandes áreas. Bombas Solares • VANTAGENS: – – – – – – – – – Pequena necessidade de Manutenção. Limpeza e não agressão ambiental. Não requer combustível. Fácil instalação. Durabilidade e Confiabilidade. Operação desassistida. Baixos custos recorrentes. Sistema modular. Perfeita adequação das épocas de maior recurso energético e maior demanda de água. Bombas Solares • DESVANTAGENS: – Custo inicial elevado. – Baixa produtividade em dias nublados. – Não-familiaridade da maioria dos usuários com o sistema. – Necessidade de existência de recursos solares adequados. Bombas Solares • PRINCIPALMENTE UTILIZADA EM APLICAÇÕES INTERMEDIÁRIAS: – Pequenas cidades (100 - 1000 habitantes). – Necessidades agrícolas moderadas. Profundidade de Bombeamento (m) Regiões de aplicabilidade de diversas opções de bombeamento Fluxo Diário (m3/dia) Bombas Solares RECURSOS SOLARES ADEQUADOS DEMANDA DE ÁGUA MODERADA CASO DO NORDESTE BRASILEIRO Bombas Solares • LIMITES: – Radiação Média Global Local 2.8 KWh/m2. – Vazão X Profundidade do poço entre 600 e 1200 m4. – Altura Manométrica (profundidade do poço) entre 15 e 60 metros. Bombeamento de Água por Energia Solar • Diagrama de blocos: Sol Arranjo Fotovoltáico Inversor Motor Bomba Bomba Poço Bombeamento de Água por Energia Solar • Configuração Esquemática: Tipos de Bombas • Centrífuga: • Volumétrica: Bomba Centrífuga 25 pés ou menos Nível de Água durante o bombeamento Impulsores Revestimento Bomba Centrífuga • Características: – – – – – Grandes Volumes de água (1 a 1000m3/dia). Pequenas alturas manométricas (1 a 6 m). Comumente disponíveis no mercado. Tolera quantidades limitadas de detritos. Existem em dois tipos: Superficiais e Submersas. Bomba Centrífuga • Superficial: Bomba Centrífuga • Submersa: Bomba Volumétrica Bomba Volumétrica • Características: – Pequenos ou médios volumes de água (0.3 a 40 m3/dia). – Grandes alturas manométricas (10 a 500m). – Necessitam de MPPT. – Funcionam com pouca insolação. Comparação entre Bombas Quantidade de água mensal (% da média anual) 1.25 Bomba Volumétrica (Saída Anual Normalizada = 1.00) 1.00 0.75 Bomba Centrífuga (Saída Anual Normalizada = 0.89) 0.50 0.25 1 2 3 4 5 6 7 8 Meses do ano 9 10 11 12 Tipos de Motores: • Corrente contínua. • Corrente alternada. Motores CC • Características: – Somente fabricados em potências a baixo de 15 HP. – Compatíveis com os arranjos FV. – Alto custo comparado ao motor CA. – Possuem escovas. Motores CC • Aplicação: – Ligação direta com o arranjo FV, funciona na superfície e em pequenas alturas. Motores CA • Características: – Necessitam de inversor. – Baixo custo. – Recomendados para potências maiores que 15 HP. Motores CA • Aplicação: – Em grandes profundidades, trabalham como motor de indução, com inversores trifásicos, que possuem variação da freqüência para controle da velocidade. Bomba Volumétrica Prof. Poço x Vazão = 200m4 Turbina CA ou CC Submersa Com múltiplos estágios Bomba CA ou CC Submersa Bomba Manual Bomba CC Superficiais VAZÃO (m3/dia) Sistema de Bombeamento • Balanço eletromecânico: – Energia hidráulica (kWh/dia) EH = DhTg onde: D = demanda diária de água (m3/dia). hT = altura total de bombeamento (m). = densidade da água (1000kg/m3). g = aceleração da gravidade (9.8 m/s2). Sistema de Bombeamento • Balanço eletromecânico: – Potência do arranjo FV (kW) PFV = EH/imbHdiário onde: imb = eficiência do sistema inversor-motorbomba. Hdiário = radiação solar diária incidente nos módulos FV(kWh//dia). Sistema de Bombeamento • Balanço eletromecânico: Vazão bombeada máxima (m3/dia) Vbmáx = 367 x PFV imb/hT • Nota: Este valor é importante porque define qual deve ser a capacidade mínima do poço para que o sistema de bombeamento não provoque o seu secamento. Exemplo de Aplicação: • Bombeamento solar de água instalado no sertão do Ceará - capacidade: 11.9 m3/dia (5.4kWh/m2). Item Módulos fotovataicos Inversor CC/CA de 1.5kW Moto-bomba submersa de 0.55kW Suportes e materiais diversos Poço com profundidade de 50 m Reservatório e canalização Instalação Total Custo (dólares) 5600 2000 1800 900 3500 1500 3000 18300 Exemplo de Aplicação: • Comparação entre sistemas de abastecimento: 2.29 dólares/m3. – Moto-Bomba Diesel: 0.99 dólares/m3. – Caminhão-pipa: – Bombeamento Solar FV: 0.72 dólares/m3. Conclusões: – Bombeamento Solar FV é ideal para necessidades moderadas de água e recursos solares abundantes. – Perfeitamente adequado ao nordeste brasileiro. – Bomba Centrífuga: Maior volume d’água. Menores alturas. – Bomba Volumétrica: Menor volume d’água. Maiores alturas. – Motor CC: Menor potência Pequenas alturas. Maior custo e eficiência. – Motor CA: Maior potência Grandes alturas. Necessita Inversor.