BOMBEAMENTO DE ÁGUA

1. BOMBEAMENTO DE ÁGUA A Alternativa Solar Grupo: Bianca de Castro Leyen Ricardo Cerbino Salles

2. 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.

3. 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.

4. 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. Bombas Manuais PRINCIPAL APLICAÇÃO: Consumo residencial.

5. 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. Bombas Diesel PRINCIPAL APLICAÇÃO: Irrigação de grandes áreas.

6. 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.

7. 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.

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

9. Regiões de aplicabilidade de diversas opções de bombeamento Profundidade de Bombeamento (m) Fluxo Diário (m3/dia)

10. Bombas Solares RECURSOS SOLARES ADEQUADOS DEMANDA DE ÁGUA MODERADA CASO DO NORDESTE BRASILEIRO

11. 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.

12. Diagrama de blocos: Sol Inversor Motor Motor Bomba Bomba Arranjo Fotovoltáico Poço Bombeamento de Água por Energia Solar

13. Configuração Esquemática: Bombeamento de Água por Energia Solar

14. Centrífuga: Volumétrica: Tipos de Bombas

15. Bomba Centrífuga 25 pés ou menos Nível de Água durante o bombeamento Impulsores Revestimento

16. 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.

17. Bomba Centrífuga • Superficial:

18. Bomba Centrífuga • Submersa:

19. Bomba Volumétrica

20. 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.

21. 1.25 Bomba Volumétrica (Saída Anual Normalizada = 1.00) 1.00 0.75 Bomba Centrífuga (Saída Anual Normalizada = 0.89) Quantidade de água mensal (% da média anual) 0.50 0.25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano Comparação entre Bombas

22. Tipos de Motores: • Corrente contínua. • Corrente alternada.

23. 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.

24. Motores CC • Aplicação: • Ligação direta com o arranjo FV, funciona na superfície e em pequenas alturas.

25. Motores CA • Características: • Necessitam de inversor. • Baixo custo. • Recomendados para potências maiores que 15 HP.

26. Motores CA • Aplicação: • Em grandes profundidades, trabalham como motor de indução, com inversores trifásicos, que possuem variação da freqüência para controle da velocidade.

27. Bomba Volumétrica Prof. Poço x Vazão = 200m4 Turbina CA ou CC Submersa Com múltiplos estágios Bomba CA ou CC Submersa PROFUNDIDADE DE BOMBEAMENTO (m) Bomba Manual Bomba CC Superficiais VAZÃO (m3/dia)

28. 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).

29. Sistema 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).

30. 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.

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

32. 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.

33. 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.