BOMBEAMENTO DE ÁGUABOMBEAMENTO DE ÁGUAA Alternativa SolarA Alternativa Solar

Grupo: Bianca de Castro LeyenRicardo Cerbino Salles

Grupo: Bianca de Castro LeyenRicardo Cerbino Salles

Principais Tópicos: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.

• 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

Principais Métodos para o Fornecimento de Água

• EM LOCAIS ACESSÍVEIS:– Bombas Mecânicas ligadas à rede.

• 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.

• 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 ManuaisBombas Manuais

• VANTAGENS:– Baixo custo.– Tecnologia simples.– Fácil manutenção.– Não requer

combustível.– Limpeza.

• 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.

• 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.PRINCIPAL APLICAÇÃO: Consumo residencial.

Bombas DieselBombas Diesel• VANTAGENS:

– Custo inicial baixo.– Portáteis.– Larga experiência de

utilização.– Fácil instalação.

• 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.

• 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.PRINCIPAL APLICAÇÃO: Irrigação de grandes áreas.

Bombas SolaresBombas 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.

• 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 SolaresBombas 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.

• 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 SolaresBombas Solares

• PRINCIPALMENTE UTILIZADA EM APLICAÇÕES INTERMEDIÁRIAS:– Pequenas cidades (100 - 1000 habitantes).– Necessidades agrícolas moderadas.

• PRINCIPALMENTE UTILIZADA EM APLICAÇÕES INTERMEDIÁRIAS:– Pequenas cidades (100 - 1000 habitantes).– Necessidades agrícolas moderadas.

Regiões de aplicabilidade de diversas opções de bombeamento

Regiões de aplicabilidade de diversas opções de bombeamento

Fluxo Diário (m3/dia)

Pro

fund

idad

e de

Bom

beam

ento

(m

)

Bombas SolaresBombas Solares

RECURSOS SOLARES ADEQUADOSRECURSOS SOLARES ADEQUADOS

CASO DO NORDESTE BRASILEIROCASO DO NORDESTE BRASILEIRO

DEMANDA DE ÁGUA MODERADADEMANDA DE ÁGUA MODERADA

Bombas SolaresBombas 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.

• 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.

• Diagrama de blocos:• Diagrama de blocos:

Bombeamento de Água por Energia Solar

Bombeamento de Água por Energia Solar

Arranjo

Fotovoltáico

Arranjo

FotovoltáicoInversorInversor MotorMotor BombaBomba

SolSol

PoçoPoço

MotorMotor BombaBomba

• Configuração Esquemática:• Configuração Esquemática:

Bombeamento de Água por Energia Solar

Bombeamento de Água por Energia Solar

Tipos de BombasTipos de Bombas

• Centrífuga:• Centrífuga: • Volumétrica:• Volumétrica:

Bomba CentrífugaBomba Centrífuga

Revestimento

Impulsores

Nível de Água durante o bombeamento

25 pés ou menos

Bomba CentrífugaBomba 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.

• 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 CentrífugaBomba Centrífuga• Superficial:• Superficial:

Bomba CentrífugaBomba Centrífuga• Submersa:• Submersa:

Bomba VolumétricaBomba Volumétrica

Bomba VolumétricaBomba 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.

• 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 Comparação entre Bombas

Meses do ano

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Qua

ntid

ade

de á

gua

men

sal (

% d

a m

édia

anu

al) 1.00

1.25

0.75

0.50

0.25

Bomba Centrífuga

(Saída Anual Normalizada = 0.89)

Bomba Volumétrica

(Saída Anual Normalizada = 1.00)

Tipos de Motores:Tipos de Motores:

• Corrente contínua.

• Corrente alternada.

• Corrente contínua.

• Corrente alternada.

Motores CCMotores CC

• Características:– Somente fabricados em potências a baixo de 15

HP.– Compatíveis com os arranjos FV.– Alto custo comparado ao motor CA.– Possuem escovas.

• Características:– Somente fabricados em potências a baixo de 15

HP.– Compatíveis com os arranjos FV.– Alto custo comparado ao motor CA.– Possuem escovas.

Motores CCMotores CC

• Aplicação: – Ligação direta com o arranjo FV, funciona na

superfície e em pequenas alturas.

• Aplicação: – Ligação direta com o arranjo FV, funciona na

superfície e em pequenas alturas.

Motores CAMotores CA

• Características:– Necessitam de inversor.– Baixo custo.– Recomendados para potências maiores que 15

HP.

• Características:– Necessitam de inversor.– Baixo custo.– Recomendados para potências maiores que 15

HP.

Motores CAMotores CA

• Aplicação:– Em grandes profundidades, trabalham como

motor de indução, com inversores trifásicos, que possuem variação da freqüência para controle da velocidade.

• 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 SubmersaCom múltiplos estágios

Bomba CA ou CC Submersa

Bomba CC SuperficiaisBomba Manual

VAZÃO (m3/dia)

PR

OF

UN

DID

AD

E D

E B

OM

BE

AM

EN

TO

(m

)

Sistema de BombeamentoSistema 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).

• 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 BombeamentoSistema de Bombeamento

• Balanço eletromecânico:– Potência do arranjo FV (kW)

PFV = EH/imbHdiário

onde:

imb = eficiência do sistema inversor-motor-bomba.

Hdiário = radiação solar diária incidente nos módulos FV(kWh//dia).

• Balanço eletromecânico:– Potência do arranjo FV (kW)

PFV = EH/imbHdiário

onde:

imb = eficiência do sistema inversor-motor-bomba.

Hdiário = radiação solar diária incidente nos módulos FV(kWh//dia).

Sistema de BombeamentoSistema 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.

• 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.

Item Custo (dólares)Módulos fotovataicos 5600Inversor CC/CA de 1.5kW 2000Moto-bomba submersa de 0.55kW 1800Suportes e materiais diversos 900Poço com profundidade de 50 m 3500Reservatório e canalização 1500Instalação 3000Total 18300

Exemplo de Aplicação:Exemplo de Aplicação:• Bombeamento solar de água instalado no sertão do Ceará - capacidade: 11.9 m3/dia

(5.4kWh/m2).• Bombeamento solar de água instalado no sertão do Ceará - capacidade: 11.9 m3/dia

(5.4kWh/m2).

Exemplo de Aplicação:Exemplo de Aplicação:• Comparação entre sistemas de abastecimento:

– Caminhão-pipa: 2.29 dólares/m3.

– Moto-Bomba Diesel: 0.99 dólares/m3.

– Bombeamento Solar FV: 0.72 dólares/m3.

• Comparação entre sistemas de abastecimento:

– Caminhão-pipa: 2.29 dólares/m3.

– Moto-Bomba Diesel: 0.99 dólares/m3.

– Bombeamento Solar FV: 0.72 dólares/m3.

Conclusões: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.

– 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.