Transcript BOMBEAMENTO DE ÁGUA A Alternativa Solar Grupo: Bianca de Castro Leyen

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 = DhTg
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.