ANÁLISE DE UM SISTEMA DE BOMBEAMENTO ALIMENTADO POR GERADOR FOTOVOLTAICO
Publicado em 20 de janeiro de 2021 por Reinaldo Fernandes de Macedo
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA DE ENERGIA RENOVÁVEL I - MEC3204
ANÁLISE DE UM SISTEMA DE BOMBEAMENTO ALIMENTADO POR GERADOR FOTOVOLTAICO
Aluno:
Breno Cézar Franklin de Farias Gomes.
Reinaldo Fernandes de Macedo.
Natal - RN
Dezembro / 2016
RESUMO
As mudanças climáticas fazem o semiárido brasileiro conviver com ausência de chuvas, contrapondo com a elevação da radiação solar direta. O presente trabalho tem como objetivo geral desenvolver sistema .através de energia solar que acione uma bomba para levar a água de uma cisterna para uma caixa de água, para pessoas que vivem em localidades remotas que não tem acesso à energia elétrica possam ter uma alternativa para abastecer suas casas. Quando a metodologia adotada foi utilizado como procedimento a pesquisa experimental em laboratório no qual usou-se os seguintes materiais: uma placa solar, um controlador de cargas e duas baterias. Os resultados apontaram que o sistema é eficiente para o seu uso em casas populares. Então, conclui-se que uso da energia solar, como fonte renovável, no dia a dia das populações rurais, para o bombeamento de água de cisternas, pode aumentar o bem-estar social, saúde, dignidade e qualidade de vida das comunidades nordestinas.
Palavras-chaves: Bombeamento solar, Energia solar, Eficiência Energética.
ABSTRACT
Climate change causes the Brazilian semiarid to coexist with no rainfall, as opposed to the rise in direct solar radiation. The objective of the present work is to develop a system through solar energy that activates a pump to carry water from a cistern to a water box, for people living in remote locations that do not have access to electric power can have an alternative to supply Their homes. When the adopted methodology was used as procedure the experimental research in laboratory in which the following materials were used: a solar plate, a charge controller and two batteries. The results pointed out that the system is efficient for its use in popular homes. Therefore, it is concluded that the use of solar energy, as a renewable source, in the daily lives of the rural populations, for the pumping of cistern water, can increase the social welfare, health, dignity and quality of life of the Northeastern communities.
Key words: Solar Pumping, Solar Energy, Energy Efficiency
1 – INTRODUÇÃO.
A população do Nordeste brasileiro convive com vários problemas, dentre eles, a seca, a desertificação, o aumento da temperatura, a degradação do meio ambiente, a fome, falta de emprego, e outros. O governo federal, juntamente com estados e municípios, investe milhões de reais em programas, planos, projetos e ações, a fim de mitigar ou resolver a problemática, mas muitas vezes a ineficiência e má gestão não trazem bons frutos para o povo.
Para Barbosa (2010) as políticas brasileiras para resolver a problemática do Nordeste frente a realidade do clima semiárido iniciam em 1891, quando foi incluído na Constituição um artigo que obriga o Estado a socorrer áreas atingidas por desastres naturais, entre eles a seca. O combate aos efeitos da seca (construção de açudes e barragens; perfuração de poços; construção de estradas) e de assistência à população (distribuição de alimentos; formação de “frentes de trabalho” para, por exemplo, cavar poços, visando a absorver a mão de obra excedente do campo; controle do preço de gêneros alimentícios; estocagem de alimentos; fomento da emigração) foi realizado em caráter emergencial, ao longo de anos, por órgãos do governo, como o Departamento Nacional de Obras Contra as Secas – DNOCS (BARBOSA, 2010).
O Semiárido brasileiro abrange 1.133 municípios localizados em nove estados da Federação, sendo oito deles localizados na região Nordeste do país. Sua população é de mais de 20 milhões de pessoas, distribuídas em uma área geográfica de 969.589,4 km2 (ANA, 2006). Pela dimensão, percebe-se que as ações emergenciais do governo não conseguem atender toda a população.
O tamanho do semiárido associado as “velhas” práticas políticas fizeram com que os indicadores sociais e econômicos da região não aumentassem satisfatoriamente. Assim, o conceito de “Convivência com o Semiárido” emerge da sociedade civil na década de 90, apresentando formas de aprender a lidar o ambiente, fazendo pequenos produtores viverem e produzirem com dignidade. O governo adere algumas ideias criando projetos relevantes.
A Operação Pipa é um Programa de distribuição de água potável no semiárido brasileiro, implementado há 15 anos pelo governo federal, que tem o objetivo de realizar abastecimento de água potável para consumo humano (EXÉRCITO, 2016). Outro importante, o Programa Cisternas, é considerado uma tecnologia social para armazenamento de água, combate à extrema pobreza, inclusão social e produtiva rural (PORTAL BRASIL, 2016). As Figuras 01 e 02 mostram imagens dos dois programas.
Figura 01 e 02 – Imagens da operação Carro Pipa e do Projeto Cisternas.
Fonte: Exército Brasileiro (2016).
Fonte: Portal Brasil (2016).
O abastecimento emergencial por meio da Operação Carro Pipa recebeu investimentos de R$ 778 milhões do Ministério da Integração Nacional – MI, entre janeiro e setembro 2016. Já para construção de cisternas, o Ministério de Desenvolvimento Social e Combate contra Fome – MDS destinou R$ 230 milhões aos parceiros executores até abril 2016, e ainda previstos mais R$ 125 milhões para ações desta natureza ao longo do ano (PORTAL BRASIL, 2016).
O investimento do governo federal nos Programas, e o maior potencial de radiação solar do país, proveniente do clima semiárido somado a baixa precipitação e cobertura de nuvens, com valores médios anuais de 4,8 a 6,0 kWh/m2 (SUDENE, 2016), podem ser aproveitados para trazer um desenvolvimento sustentável, dignidade, saúde e bem-estar social para as populações.
A utilização da madeira como fonte de energia representa 35% da matriz energética da região semiárida. Em contrapartida, a energia solar, abundante na região, conforme Figura 03, é uma alternativa viável e econômica, social e ecologicamente sustentável no e para o semiárido brasileiro (INSA, 2016).
Figura 03 - Radiação Solar (média anual) na área de atuação da SUDENE.
Fonte: SUDENE (2016).
O aproveitamento do potencial solar da região semiárida para produzir eletricidade e alimentar um sistema de bombeamento de água, oriundas de cisternas abastecidas por carro pipa ou por chuva, foi o caminho adotado para a realização do estudo.
2 – OBJETIVOS.
Em virtude das questões apresentadas pela introdução deste trabalho, buscamos entender essa abordagem para identificar uma maneira de utilizar equipamentos de custo baixo, para solucionar o problema do bombeamento de água encanada em residências localizadas no interior do Brasil, que apresentam o problema de escassez de água.
É nosso interesse que esses conceitos sejam ampliados e que possamos continuar esse estudo, para avançar a nossa pesquisa em desenvolvimentos de medidas estratégicas a custo baixo, para continuar possibilitando melhores condições de acessibilidade de água potável, a população do campo. Nesta pesquisa, analisaremos essa problemática de forma linear, primeiramente buscando distribuir a água das cisternas, bombeando para a residências já abastecidas pelas águas pluviais ou por caminhões pipa. Buscaremos então, convergir o nosso conhecimento abordado pela disciplina, com o desenvolvimento da nossa pesquisa.
Nesse sentido, iremos realizar medidas de desempenho de uma bomba de pequeno porte, abastecida por energia fotovoltaica advindas de uma placa, observando a catalogando os resultados em campo.
3 – METODOLOGIA.
O presente trabalho apresenta uma alternativa de utilização de um sistema solar para bombeamento de água potável abastecida ou proveniente de chuvas, a fim de alimentar uma caixa d’água doméstica ou um sistema de irrigação. Mais busca representar, principalmente as populações isoladas que não possuem acesso ao fornecimento de energia elétrica.
Iremos realizar algumas experiências utilizando equipamentos que podem ser manuseados mais facilmente pelos pesquisadores. Esses equipamentos serão utilizados para representar as instalações de uma residência popular de baixa renda. Para identificação do objetivo proposto nesta pesquisa, não teremos resultados comprometidos por utilizar essa representação, já que as condições estão bem próximas da realidade apresentada.
3.1. Materiais e Equipamentos:
Foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos:
3.1.1. Equipamentos Principais:
-
(01) Uma placa solar PW500-12V, 1042 x 462 x 45mm, potência de 45W:
Figura 04 – Representação do Painel Solar
Os “wafers” são tratados quimicamente e transformados nas células fotovoltaicas que compõe os painéis. Neste processo o silício se torna condutor de elétrons que são desprendidos com a luz do sol e se acumulam em uma corrente elétrica.
-
(01) Um controlador de Carga Solar 10i-ec, 30A - 12/24V;
Figura 05 – Imagem do Controlador
-
(02) Duas baterias de tipo nobreak, 12V-7Ah;
Figura 06 – Imagem das Baterias
-
(01) Uma bomba submersível, 12V-1,2A, vazão de 600L/h e potência de 15W;
Figura 07 – Imagem da Bomba submersa
3.1.2. Materiais auxiliares:
-
(01) Um Multímetro Minipa, modelo ET-2042C;
-
Diversas ferramentas como: (01) uma mangueira de ½”, (01) um recipiente de 10L e (01) um de 2L, (01) um cronômetro, entre outros.
3.2. Desenvolvimento da Pesquisa.
Utilizamos o ambiente externo do Laboratório de Máquinas Hidráulicas e Energias Renováveis da UFRN, para desenvolver a nossa pesquisa e através de experimentos manuais, poder aplicar os conceitos da bibliografia e das observações realizadas pelo orientador.
O Primeiro procedimento adotado foi montar o sistema representativo com os equipamentos mencionados no item 3.1. Para identificar a infraestrutura já encontrada nas residências: Utilizamos (01) um recipiente de tamanho médio contendo 10 litros, para representar um reservatório inferior ou uma cisterna; (01) Um recipiente de 2 litros, para representar um reservatório superior ou uma caixa de água comum; (01) uma mangueira de diâmetro ½”, identificada como as tubulações dado experimento.
Para representar a nossa proposta de modelo de experimental, utilizamos (01) uma placa solar PW500-12V, com dimensões de 1042 x 462 x 45 mm e potência de 45W; (01) Um controlador de Carga Solar 10i-ec, 12/24V, para fazer a automação entre as cargas da placa com as baterias e a chave de ligação da bomba; (02) Duas baterias de tipo nobreak, 12V-7Ah e (01) uma bomba submersível, 12V-1,2A, com vazão de 600L/h e potência de 15W.
Figura 08 – Esquema do sistema montado.
A placa foi fixada em uma mesa de metal, com inclinação variável mediante movimentação manual. Utilizamos o posicionamento de duas formas, conforme indicação do Sol. As medições realizadas pela tarde, a placa ficou orientada em 45 ° à Oeste, e pela manhã, à 45° Leste.
Foi construído um quadro para o comando do sistema. Utilizamos duas baterias interligadas de 12 volts, com automação de 7 horas. Estas baterias eram alimentadas pelas células de silício do sistema da placa fotovoltaica. A automação do quadro contava com um controlador que recebe a ligação de energia da placa, e direciona para o carregamento das baterias. Também libera, através de chave de comando, a movimentação de corrente elétrica para acionamento da bomba.
O sistema de placa/quadro, estabelece uma forma de conversão em transformação de energia solar, que é captada pelas células de silício na forma de calor, e transformada em energia elétrica pela variação de fluxo no circuito da placa. As baterias servem para acionamento do sistema, de acordo com as condições de demandas solicitadas.
A utilização de um reservatório inferior, como uma cisterna, foi representado por um recipiente de 10 litros. No nosso experimento, estava atribuído apenas a função de armazenamento de água. Utilizamos também um recipiente de 2 litros graduado, para fazer as medições de vazão, acompanhando o tempo de enchimento do recipiente. Foi utilizado uma bomba de 12 volts, submersa no recipiente de 10 Litros. Sempre que acionada, transporta água pelas tubulações da residência. Com a montagem finalizada, iniciamos os testes do protótipo, simulando as instalações em uma residência.
Foram escolhidos dois dias pare serem realizados os testes em campo. A realização dos ensaios pela tarde, aconteceram na Quinta-feira, dia 08 de Dezembro de 2016, no período de 13:00 às 17:00 horas, praticamente com a tarde ensolarada. A realizados dos ensaios pela manhã, foram realizados na Quinta-feira da semana seguinte, dia 15 de Dezembro de 2016, também com praticamente a manhã toda de sol aberto. Nesta última data, os ensaios aconteceram iniciando às 7:00 horas, com finalização do procedimento, ao meio dia.
Utilizamos a orientação de acompanhar as medições em uma frequência de (01) uma hora. E utilizando o direcionamento da placa de acordo com o posicionamento do nascente e poente, para direcionar a maior incidência visual do sol. A bomba submersível foi instalada na saída de carga do controlador, ainda sem energização, enquanto não houvesse o comando do botão, habilitando a alimentação de saída.
As medições foram realizadas utilizando as duplas de colaboradores, com o reservatório inferior abastecido. Primeiramente, foram medidas as tensões das baterias de das placas, antes de cada experimento. O primeiro colaborador, era o responsável em ligar o sistema, para direcionar o fluxo de água do reservatório inferior, para a caixa de água, representada pelo reservatório de (dois) 2 litros. Utilizamos a metodologia de medir o tempo de enchimento do reservatório, utilizando como parâmetro, a medição de 1,5 L. Este colaborador, portava de um cronômetro manual para medir o tempo de enchimento do volume do recipiente. Todos os dados eram anotados em uma tabela orientada pelas condições do estudo.
Utilizamos o segundo colaborador para variar as alturas do reservatório superior do nosso sistema. Nesse sentido, eram realizados três medições para cada altura de coluna de água. Este colaborador, estava em porte do reservatório e orientava as três medições variando em cinco alturas. Eram realizadas as medias iniciais com a utilização do reservatório no nível zero. Em seguida eram variadas as alturas de metro em metro, realizando os ensaios em 1,00 m, 2,00 m, 3,00 m , 4,00 m e 5,00 metros. Em seguida iremos verificar os dados catalogados em campo, conforme tabelas abaixo:
|
Dada de Verificação: Quinta, 15/12/2016. |
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|
Horário |
Coluna |
Volume |
3 medições de Tempo em (Seg) |
Tempo (Seg) |
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|
(hs) |
d'água (m) |
Recip.(L) |
1º medida |
2º medida |
3º medida |
Média |
|
08:00 |
0,00 |
1,50 |
12,54 |
12,32 |
12,34 |
12,40 |
|
08:00 |
1,00 |
1,50 |
13,52 |
13,94 |
13,53 |
13,66 |
|
08:00 |
2,00 |
1,50 |
15,19 |
15,68 |
15,22 |
15,36 |
|
08:00 |
3,00 |
1,50 |
18,02 |
18,38 |
17,88 |
18,09 |
|
08:00 |
4,00 |
1,50 |
22,50 |
22,34 |
22,40 |
22,41 |
|
08:00 |
5,00 |
1,50 |
32,38 |
33,32 |
34,63 |
33,44 |
|
09:00 |
0,00 |
1,50 |
13,12 |
12,88 |
13,45 |
13,15 |
|
09:00 |
1,00 |
1,50 |
14,00 |
13,58 |
13,92 |
13,83 |
|
09:00 |
2,00 |
1,50 |
15,67 |
15,72 |
16,01 |
15,80 |
|
09:00 |
3,00 |
1,50 |
19,12 |
19,32 |
19,56 |
19,33 |
|
09:00 |
4,00 |
1,50 |
21,65 |
21,13 |
21,90 |
21,56 |
|
09:00 |
5,00 |
1,50 |
30,02 |
29,34 |
27,25 |
28,87 |
|
10:00 |
0,00 |
1,50 |
13,31 |
12,62 |
12,94 |
12,96 |
|
10:00 |
1,00 |
1,50 |
14,47 |
13,58 |
14,14 |
14,06 |
|
10:00 |
2,00 |
1,50 |
16,25 |
16,69 |
16,88 |
16,61 |
|
10:00 |
3,00 |
1,50 |
19,03 |
20,22 |
19,78 |
19,68 |
|
10:00 |
4,00 |
1,50 |
20,22 |
21,65 |
22,09 |
21,32 |
|
10:00 |
5,00 |
1,50 |
30,53 |
31,00 |
29,25 |
30,26 |
|
11:00 |
0,00 |
1,50 |
13,84 |
12,78 |
13,06 |
13,23 |
|
11:00 |
1,00 |
1,50 |
14,72 |
14,13 |
14,19 |
14,35 |
|
11:00 |
2,00 |
1,50 |
16,22 |
16,06 |
16,31 |
16,20 |
|
11:00 |
3,00 |
1,50 |
20,19 |
19,94 |
19,63 |
19,92 |
|
11:00 |
4,00 |
1,50 |
25,03 |
23,62 |
23,72 |
24,12 |
|
11:00 |
5,00 |
1,50 |
33,91 |
34,09 |
34,28 |
34,09 |
|
12:00 |
0,00 |
1,50 |
13,53 |
12,44 |
13,44 |
13,14 |
|
12:00 |
1,00 |
1,50 |
13,75 |
13,50 |
13,97 |
13,74 |
|
12:00 |
2,00 |
1,50 |
15,78 |
15,53 |
15,81 |
15,71 |
|
12:00 |
3,00 |
1,50 |
18,09 |
17,53 |
17,91 |
17,84 |
|
12:00 |
4,00 |
1,50 |
22,28 |
22,07 |
22,50 |
22,28 |
|
12:00 |
5,00 |
1,50 |
29,10 |
28,97 |
28,25 |
28,77 |
|
Dada de Verificação: Quinta, 08/12/2016. |
||||||
|
Horário |
Coluna |
Volume |
3 Medições de Tempo em (Seg) |
Tempo (Seg) |
||
|
(hs) |
d'água (m) |
Recip.(L) |
1º medida |
2º medida |
3º medida |
Média |
|
13:00 |
0,00 |
1,50 |
13,12 |
13,17 |
13,13 |
13,14 |
|
13:00 |
1,00 |
1,50 |
15,27 |
15,24 |
15,26 |
15,26 |
|
13:00 |
2,00 |
1,50 |
18,19 |
18,15 |
18,16 |
18,17 |
|
13:00 |
3,00 |
1,50 |
21,52 |
21,55 |
21,52 |
21,53 |
|
13:00 |
4,00 |
1,50 |
23,42 |
23,44 |
23,44 |
23,43 |
|
13:00 |
5,00 |
1,50 |
26,12 |
26,15 |
26,15 |
26,14 |
|
14:00 |
0,00 |
1,50 |
13,92 |
13,95 |
13,94 |
13,94 |
|
14:00 |
1,00 |
1,50 |
15,06 |
15,08 |
15,04 |
15,06 |
|
14:00 |
2,00 |
1,50 |
17,91 |
17,93 |
17,91 |
17,92 |
|
14:00 |
3,00 |
1,50 |
22,70 |
22,68 |
22,72 |
22,70 |
|
14:00 |
4,00 |
1,50 |
24,75 |
24,73 |
24,78 |
24,75 |
|
14:00 |
5,00 |
1,50 |
26,45 |
26,44 |
26,49 |
26,46 |
|
15:00 |
0,00 |
1,50 |
13,35 |
13,40 |
13,38 |
13,38 |
|
15:00 |
1,00 |
1,50 |
14,98 |
14,95 |
14,96 |
14,96 |
|
15:00 |
2,00 |
1,50 |
17,19 |
17,22 |
17,20 |
17,20 |
|
15:00 |
3,00 |
1,50 |
20,96 |
20,94 |
20,98 |
20,96 |
|
15:00 |
4,00 |
1,50 |
23,93 |
23,95 |
23,97 |
23,95 |
|
15:00 |
5,00 |
1,50 |
27,02 |
26,97 |
26,98 |
26,99 |
|
16:00 |
0,00 |
1,50 |
13,57 |
13,62 |
13,59 |
13,59 |
|
16:00 |
1,00 |
1,50 |
15,00 |
15,02 |
15,06 |
15,03 |
|
16:00 |
2,00 |
1,50 |
17,70 |
17,67 |
17,68 |
17,68 |
|
16:00 |
3,00 |
1,50 |
21,30 |
21,28 |
21,31 |
21,30 |
|
16:00 |
4,00 |
1,50 |
25,94 |
25,90 |
25,95 |
25,93 |
|
16:00 |
5,00 |
1,50 |
27,12 |
27,15 |
27,13 |
27,13 |
|
17:00 |
0,00 |
1,50 |
14,15 |
14,19 |
14,19 |
14,18 |
|
17:00 |
1,00 |
1,50 |
15,39 |
15,37 |
15,36 |
15,37 |
|
17:00 |
2,00 |
1,50 |
16,24 |
16,27 |
16,29 |
16,27 |
|
17:00 |
3,00 |
1,50 |
19,80 |
19,78 |
19,82 |
19,80 |
|
17:00 |
4,00 |
1,50 |
26,63 |
26,65 |
26,62 |
26,63 |
|
17:00 |
5,00 |
1,50 |
29,12 |
29,12 |
29,15 |
29,13 |
Tabela 01 – Tempos e Volumes (Reservatório).
Foram verificados três medias de tempo para cada altura, essas medidas seguiram o mesmo procedimento de hora em hora. Estas observações foram sugeridas pelo como orientação, analisadas mediante a informação de que as medições eram realizadas de forma experimental. Portanto, utilizamos as médias para atribuir o valor do tempo de medição final.
Como todos os cálculos de medições de tempo catalogados, foram inseridos em outras planilhas, acrescentando os valores das tensões da placa e das baterias, para analisar as condições das vazões de água e das variações de tensão do sistema, bem como as autonomias das baterias no decorrer do dia. Segue abaixo a representação destas planilhas.
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Dada de Verificação: Quinta, 15/12/2016. |
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Horário |
Coluna |
Vazão |
Tensão da Placa |
Tensão das Baterias |
Corrente da |
Corrente das |
Potência da |
|
(hs) |
d'água (m) |
(L/h) |
Fotovolt. (Volts) |
(Volts) |
Placa (A) |
Baterias (A) |
Bomba (A) |
|
08:00 |
0,00 |
435,484 |
16,70 |
14,14 |
1,20 |
1,06 |
14,99 |
|
08:00 |
1,00 |
399,113 |
16,70 |
14,14 |
1,20 |
1,06 |
14,99 |
|
08:00 |
2,00 |
351,486 |
16,70 |
14,14 |
1,20 |
1,06 |
14,99 |
|
08:00 |
3,00 |
298,452 |
16,70 |
14,14 |
1,20 |
1,06 |
14,99 |
|
08:00 |
4,00 |
240,928 |
16,70 |
14,14 |
1,20 |
1,06 |
14,99 |
|
08:00 |
5,00 |
161,467 |
16,70 |
14,14 |
1,20 |
1,06 |
14,99 |
|
09:00 |
0,00 |
410,646 |
18,18 |
13,29 |
1,20 |
1,13 |
15,02 |
|
09:00 |
1,00 |
387,931 |
18,18 |
13,29 |
1,20 |
1,13 |
15,02 |
|
09:00 |
2,00 |
341,772 |
18,18 |
13,29 |
1,20 |
1,13 |
15,02 |
|
09:00 |
3,00 |
279,310 |
18,18 |
13,29 |
1,20 |
1,13 |
15,02 |
|
09:00 |
4,00 |
250,464 |
18,18 |
13,29 |
1,20 |
1,13 |
15,02 |
|
09:00 |
5,00 |
187,045 |
18,18 |
13,29 |
1,20 |
1,13 |
15,02 |
|
10:00 |
0,00 |
416,774 |
18,30 |
13,32 |
1,20 |
1,13 |
15,05 |
|
10:00 |
1,00 |
381,895 |
18,30 |
13,32 |
1,20 |
1,13 |
15,05 |
|
10:00 |
2,00 |
325,171 |
18,30 |
13,32 |
1,20 |
1,13 |
15,05 |
|
10:00 |
3,00 |
274,437 |
18,30 |
13,32 |
1,20 |
1,13 |
15,05 |
|
10:00 |
4,00 |
253,283 |
18,30 |
13,32 |
1,20 |
1,13 |
15,05 |
|
10:00 |
5,00 |
178,453 |
18,30 |
13,32 |
1,20 |
1,13 |
15,05 |
|
11:00 |
0,00 |
408,266 |
18,80 |
13,25 |
1,20 |
1,13 |
14,97 |
|
11:00 |
1,00 |
380,550 |
18,80 |
13,25 |
1,20 |
1,13 |
14,97 |
|
11:00 |
2,00 |
333,402 |
18,80 |
13,25 |
1,20 |
1,13 |
14,97 |
|
11:00 |
3,00 |
271,084 |
18,80 |
13,25 |
1,20 |
1,13 |
14,97 |
|
11:00 |
4,00 |
223,850 |
18,80 |
13,25 |
1,20 |
1,13 |
14,97 |
|
11:00 |
5,00 |
158,389 |
18,80 |
13,25 |
1,20 |
1,13 |
14,97 |
|
12:00 |
0,00 |
411,063 |
19,50 |
13,2 |
1,20 |
1,14 |
15,05 |
|
12:00 |
1,00 |
386,543 |
19,50 |
13,2 |
1,20 |
1,14 |
15,05 |
|
12:00 |
2,00 |
343,803 |
19,50 |
13,2 |
1,20 |
1,14 |
15,05 |
|
12:00 |
3,00 |
302,634 |
19,50 |
13,2 |
1,20 |
1,14 |
15,05 |
|
12:00 |
4,00 |
242,334 |
19,50 |
13,2 |
1,20 |
1,14 |
15,05 |
|
12:00 |
5,00 |
187,674 |
19,50 |
13,2 |
1,20 |
1,14 |
15,05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dada de Verificação: Quinta, 08/12/2016. |
|||||||
|
Horário |
Coluna |
Vazão |
Tensão da Placa |
Tensão das Baterias |
Corrente da |
Corrente das |
Potência da |
|
(hs) |
d'água (m) |
(L/h) |
Fotovolt. (Volts) |
(Volts) |
Placa (A) |
Baterias (A) |
Bomba (A) |
|
13:00 |
0,00 |
410,959 |
14,10 |
13,36 |
1,20 |
1,12 |
14,96 |
|
13:00 |
1,00 |
353,866 |
14,10 |
13,36 |
1,20 |
1,12 |
14,96 |
|
13:00 |
2,00 |
297,248 |
14,10 |
13,36 |
1,20 |
1,12 |
14,96 |
|
13:00 |
3,00 |
250,813 |
14,10 |
13,36 |
1,20 |
1,12 |
14,96 |
|
13:00 |
4,00 |
230,441 |
14,10 |
13,36 |
1,20 |
1,12 |
14,96 |
|
13:00 |
5,00 |
206,580 |
14,10 |
13,36 |
1,20 |
1,12 |
14,96 |
|
14:00 |
0,00 |
387,467 |
13,26 |
13,17 |
1,20 |
1,14 |
15,01 |
|
14:00 |
1,00 |
359,043 |
13,26 |
13,17 |
1,20 |
1,14 |
15,01 |
|
14:00 |
2,00 |
301,395 |
13,26 |
13,17 |
1,20 |
1,14 |
15,01 |
|
14:00 |
3,00 |
237,885 |
13,26 |
13,17 |
1,20 |
1,14 |
15,01 |
|
14:00 |
4,00 |
218,152 |
13,26 |
13,17 |
1,20 |
1,14 |
15,01 |
|
14:00 |
5,00 |
204,082 |
13,26 |
13,17 |
1,20 |
1,14 |
15,01 |
|
15:00 |
0,00 |
403,688 |
13,40 |
13,28 |
1,20 |
1,13 |
15,01 |
|
15:00 |
1,00 |
360,963 |
13,40 |
13,28 |
1,20 |
1,13 |
15,01 |
|
15:00 |
2,00 |
313,893 |
13,40 |
13,28 |
1,20 |
1,13 |
15,01 |
|
15:00 |
3,00 |
257,634 |
13,40 |
13,28 |
1,20 |
1,13 |
15,01 |
|
15:00 |
4,00 |
225,470 |
13,40 |
13,28 |
1,20 |
1,13 |
15,01 |
|
15:00 |
5,00 |
200,074 |
13,40 |
13,28 |
1,20 |
1,13 |
15,01 |
|
16:00 |
0,00 |
397,254 |
13,12 |
13,11 |
1,20 |
1,14 |
14,95 |
|
16:00 |
1,00 |
358,566 |
13,12 |
13,11 |
1,20 |
1,14 |
14,95 |
|
16:00 |
2,00 |
305,372 |
13,12 |
13,11 |
1,20 |
1,14 |
14,95 |
|
16:00 |
3,00 |
253,561 |
13,12 |
13,11 |
1,20 |
1,14 |
14,95 |
|
16:00 |
4,00 |
208,253 |
13,12 |
13,11 |
1,20 |
1,14 |
14,95 |
|
16:00 |
5,00 |
199,017 |
13,12 |
13,11 |
1,20 |
1,14 |
14,95 |
|
17:00 |
0,00 |
380,908 |
12,95 |
12,92 |
1,20 |
1,16 |
14,99 |
|
17:00 |
1,00 |
351,563 |
12,95 |
12,92 |
1,20 |
1,16 |
14,99 |
|
17:00 |
2,00 |
331,967 |
12,95 |
12,92 |
1,20 |
1,16 |
14,99 |
|
17:00 |
3,00 |
272,727 |
12,95 |
12,92 |
1,20 |
1,16 |
14,99 |
|
17:00 |
4,00 |
202,753 |
12,95 |
12,92 |
1,20 |
1,16 |
14,99 |
|
17:00 |
5,00 |
185,376 |
12,95 |
12,92 |
1,20 |
1,16 |
14,99 |
Tabela 02 – Vazões, Tensões e Potência (Placa, Baterias e Bomba).
4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES.
Após a montagem do sistema de micro geração de energia através de um painel fotovoltaico foram feitas medições para verificar o seu funcionamento. No caso da pesquisa em questão analisou-se a produção diária de energia da placa solar, a capacidade de absorção da bateria e o desempenho da vazão de acordo com a altura que se posicionou a mangueira de abastecimento.
Dois testes foram propostos, alimentação da bomba usando as duas baterias, que evita flutuações na ausência ou diminuição de irradiância solar, e alimentação direta no controlador sem usar as baterias, que reduz o custo da implantação do sistema por completo, sendo as baterias consideradas itens de alto valor financeiro.
Nesse contexto, devido a variação de energia do sistema, apenas com a utilização da placa, não há estabilidade no fluxo de corrente elétrica. Portanto, o sistema só funciona com a utilização do controlador e das baterias, para otimizar a viabilidade do nosso sistema.
4.1 – Tempo médio de duração da bateria.
Quanto ao tempo médio de funcionamento das baterias, como elas estão colocadas em paralelo, a voltagem da soma das duas permanece a mesma (12V) e a corrente será a soma das duas correntes, ou seja 14Ah = (7Ah + 7Ah), então para saber o tempo de duração das baterias tem-se:
-Capacidade da bateria:
14 Ah
-Consumo da bomba:
1,2 A
-Duração das baterias:
Pela observação das tabelas, analisamos que as baterias continuam sendo carregadas durante a incidência de sol, o dia todo. Mesmo que seja utilizado o sistema, acionando a bomba. A placa ainda continua transformando energia, e carregando as baterias. Como o tempo médio de duração das baterias gira em torno de 12 horas, em um dia de sol, o funcionamento desse sistema, pode ser considerado como de praticamente 24 horas, levando em consideração que as baterias estão sendo carregadas até as 17:00 horas, conforme ultima medição analisada. Provavelmente para dias com chuvas ou com tempos fechados, esse questionamento não foi analisado.
4.2 – Conferência da Tensão da Placa e das Baterias.
Também foram catalogadas os dados de tensão na placa e nas baterias, de acordo com as variações de horários, nos dois dias em que foram realizados das medições em campo. E analisando os dados obtidos conforme tabela 02, temos:
GRÁFICO 01 – Tensões na Placa e nas Baterias
Analisando o gráfico acima, observamos que a variação das tensões de placa ocorrem de forma desordenada, não há uma padronização dessa grandeza. As primeiras medias foram realizadas pela tarde, em um dia de sol, mas visivelmente estava com muitas nuvens, parcialmente nublado. Já no segundo dia de medição, que foi realizado pela manhã, em um dia de céu mais aberto. Podemos observar a tangibilidade no crescimento da tensão na placa, aumento com a aproximação do meio dia. Horário em que alcançamos o pico de tensão, na placa. O maior valor de tensão apresentado nas baterias, aconteceu na medição as 8:00 horas da manhã.
4.3 – Conferência da Potência na bomba.
Conforme orientação da metodologia, realizamos a verificação da potência conforme observação do produto entre as correntes e a tensão das baterias, medidas da mesma forma que as outras grandezas analisadas. Vamos verificar conforme tabela abaixo.
GRÁFICO 02 – Potência nas Baterias
Os cálculos de potência da bomba levaram em consideração as grandezas de tensões e correntes apenas das baterias. A potência de projeto fornecida pelo fabricante da bomba é de 15 W. O nossos estudos analisaram que a bomba esteve bem próxima da sua capacidade máxima em boa parte dos ensaios.
4.4 – Conferência das vazões da bomba.
Analisando os dados da tabela 02, utilizamos o artifício de reduzir os dados catalogados para apresentar a uma tabela, apenas com os dados a serem analisador nesse item. De acordo com os dados da tabela 03, podemos verificar que a vazão da bomba diminui à medida que aumenta a altura da coluna de água, e a tensão da placa fotovoltaica e da bateria é maior no período da manhã do que pela tarde. Apesar deste comportamento, observamos uma menor geração de energia durante o período da tarde.
|
Horário |
0 m - Vazão (L/H) |
1 m - Vazão (L/H) |
2 m - Vazão (L/H) |
3 m - Vazão (L/H) |
4 m - Vazão (L/H) |
5 m - Vazão (L/H) |
|
08:00 |
435,484 |
399,113 |
351,486 |
298,452 |
240,928 |
161,467 |
|
09:00 |
410,646 |
387,931 |
341,772 |
279,310 |
250,464 |
187,045 |
|
10:00 |
416,774 |
381,895 |
325,171 |
274,437 |
253,283 |
178,453 |
|
11:00 |
408,266 |
380,550 |
333,402 |
271,084 |
223,850 |
158,389 |
|
12:00 |
411,063 |
386,543 |
343,803 |
302,634 |
242,334 |
187,674 |
|
13:00 |
410,959 |
353,866 |
297,248 |
250,813 |
230,441 |
187,674 |
|
14:00 |
387,467 |
359,043 |
301,395 |
237,885 |
218,152 |
204,082 |
|
15:00 |
403,688 |
360,963 |
313,893 |
257,634 |
225,470 |
200,074 |
|
16:00 |
397,254 |
358,566 |
305,372 |
253,561 |
208,253 |
199,017 |
|
17:00 |
380,908 |
351,563 |
331,967 |
272,727 |
202,753 |
185,376 |
Tabela 03 – Vazões da Bomba.
Nesse contexto, verificamos que houve uma conformidade nos valores de vazões medidas com a variação dos horários de análise. Mesmo variando um pouco, as outras grandezas, a utilização das baterias quase que completamente carregadas, sendo diretamente associadas com a geração de energia pela placa fotovoltaica, possibilitaram que em analisar o sistema, quase que com a sua potência total.
GRÁFICO 03 – Vazões da Bomba
Como as variações mais substanciais aconteceram mediante as variações de altura de coluna de água, fizemos as médias dos valores 10 (dez) valores de vazões catalogadas, e analisamos apresentando apenas pelas variações de altura.
|
Alturas |
0 m |
1 m |
2 m |
3 m |
4 m |
5 m |
|
Vazões(L/H) |
367,84 |
337,46 |
295,33 |
245,81 |
210,08 |
168,23 |
Tabela 04 – Média de Vazões da Bomba.
5 - CONCLUSÃO
Conclui-se que a geração de energia fotovoltaica estudado no laboratório de mecânica da UFRN é de extrema relevância para ser instalação em casa populares em regiões afetadas pela seca. Visto que os elementos componentes do sistemas possuem fácil manutenção, o custo relativamente baixo, pois a bomba escolhida necessita de pouca geração de energia, podendo compor o sistema com equipamentos mais acessíveis.
Entendemos que podemos utilizar como um valor médio de reservatório superior de 500 Litros, considerando a maior altura de coluna de água e vazão mínima da bomba, temos que aguardar aproximadamente três horas para encher a caixa de água na cobertura de uma residência. Esta seria pior situação encontrada na nossa pesquisa.
O sistema se mostrou eficiente durante todo o horário analisado, mostrando que esse protótipo pode ser usado para o propósito de abastecer uma caixa de água de uma residência pequena, pois o sistema tem autonomia para ser usado durante todo o dia, visto que possui duas baterias com duração média de 11,67 horas, que seria suficiente para atender turno da noite, caso o usuário venha a precisar encher sua caixa de água.
Assim, é necessário estudar fontes alternativas de geração de energias, de modo a reduzir os impactos ambientais e as demanda totais das concessionárias de eletricidade. Com isso, moradores de localidades remotas, sem acesso a rede elétrica, teriam a possibilidade de utilizar o sistema de micro geração de energia fotovoltaica para acionar o bombeamento de água da cisterna para caixa de água.
REFERÊNCIAS
_____. Agência Nacional de Águas (ANA). Atlas nordeste: abastecimento urbano de água. Alternativas de oferta de água para as sedes municipais da Região Nordeste do Brasil e do Norte de Minas Gerais: resumo executivo. / Agência Nacional de Águas; Fórum de Secretários de Recursos Hídricos do Nordeste e Minas Gerais. Brasília: ANA, 2006. 154 p.
_____. BARBOSA, I. A. V. A Governamentalidade e o Desenvolvimento internacional: Um Estudo de Caso do Acordo do Nordeste de 1962. (Dissertação de Mestrado). Programa de Pós-graduação em Relações Internacionais do Instituto de Relações Internacionais da PUC-Rio. Rio de Janeiro. 2010. 92 p.
_____. Exército Brasileiro (EB). Operação Pipa. http://www.28bc.eb.mil.br/index.php/en/operacao-pipa. Acessado em: 04/11/2016.
_____. Instituto Nacional do Semiárido (INSA). Relatório Popularizado 2015: consolidando o pensar e o fazer ciência no semiárido brasileiro. Campina Grande: INSA, 2016. 66 p.
_____. Portal Brasil . Programa Cisternas democratiza acesso à água no Semiárido. http://www.brasil.gov.br/cidadania-e-justica/2016/05/programa-cisternas-democratiza-acesso-a-agua-no-semiarido. Acessado em: 04/11/2016.
_____. Portal Brasil . Governo aumenta em 14% recursos a carros-pipa. http://www.brasil.gov.br/infraestrutura/2016/11/governo-aumenta-em-14-recursos-a-carros-pipa. Acessado em: 04/11/2016.
_____. Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE). Nordeste em números 2015. Recife: SUDENE, 2016. 268 p.