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78
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA USO DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO PARA IRRIGAÇÃO DE UNIDADES DE PRODUÇÃO AGRÍCOLA DE PEQUENO PORTE FORTALEZA 2014

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Page 1: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA

USO DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO PARA IRRIGAÇÃO DE U NIDADES

DE PRODUÇÃO AGRÍCOLA DE PEQUENO PORTE

FORTALEZA

2014

Page 2: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA

USO DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO PARA IRRIGAÇÃO DE U NIDADES

DE PRODUÇÃO AGRÍCOLA DE PEQUENO PORTE

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Cesar Marques de Carvalho.

FORTALEZA

2014

Page 3: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará

Biblioteca de Ciências e Tecnologia

S697u Sousa, Marysol Lilian de Araújo. Uso de bombeamento fotovoltaico para irrigação de unidades de produção agrícola de pequeno

porte / Marysol Lilian de Araújo Sousa. – 2014. 78 f. : il., color., enc. ; 30 cm. Monografia (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia,

Departamento de Engenharia Elétrica, Graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2014. Orientação: Prof. Dr. Paulo Cesar Marques de Carvalho. 1. Energia solar. 2. Energia - Fontes alternativas. 3. Engenharia elétrica. 4. Agricultura. 5. Energia solar na agricultura. 6. Irrigação. I. Título.

CDD 621.3

Page 4: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

MARYSOL LILIAN DE AR

USO DE BOMBEAMENTO F

DE PRODUÇÃO AGRÍCOLA DE

Aprovada em: 10/11/2014.

Prof. Dr.

Universidade Pedagógica de Moçambique

MARYSOL LILIAN DE AR AÚJO SOUSA

USO DE BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO PARA IRR IGAÇÃO DE UNIDADES

RODUÇÃO AGRÍCOLA DE PEQUENO PORTE

Trabalho de conclusão de cursoCurso de graduação em Engenharia Elétrica Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do grau Engenharia Elétrica.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Paulo Cesar Marques de Carvalho (Orientador)

Universidade Federal do Ceará (UFC)

Prof. Dr. Sérgio Daher

Universidade Federal do Ceará (UFC)

Profa. Rosa Jacob Chilundo

Universidade Pedagógica de Moçambique (UP)

IGAÇÃO DE UNIDADES

PEQUENO PORTE

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará, como requisito

grau de Bacharel em

(Orientador)

Page 5: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

A Deus e aos meus pais.

Page 6: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

AGRADECIMENTO

Aos meus pais por todo incentivo e compreensão, por se empenharem ao máximo

para que eu pudesse concluir minha formação acadêmica. E à minha irmã que sempre foi uma

referência e inspiração em meus estudos.

À Universidade Federal do Ceará, seu corpo docente, direção e administradores

que me conduziram à formação profissional, em especial ao Prof. Dr. Paulo Cesar Marques de

Carvalho que se dispôs a me orientar e auxiliar na elaboração desta monografia e ao Prof. Dr.

Sérgio Daher, participante da banca examinadora, pelo tempo, colaboração e sugestões.

À Profa. Rosa Chilundo pelo incentivo, pelas dúvidas esclarecidas, por sua valiosa

colaboração neste trabalho.

Ao Laboratório de Energias Alternativas pelo acesso as suas instalações e uso de

seus equipamentos permitindo assim o desenvolvimento deste projeto.

À Petrobras pelo patrocínio parcial das instalações usadas na presente pesquisa.

Ao Núcleo de Ensino e Pesquisa em Agricultura Urbana da UFC, coordenado

pelo Prof. Antônio Marcos Esmeraldo, pelo espaço e ajuda profissional.

Por fim, a todos os meus colegas de curso pelas parcerias em trabalhos, pelos

materiais e livros emprestados, por todo o incentivo e amizade ao longo desses anos.

Page 7: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

“A imobilidade das coisas que nos cercam

talvez lhes seja imposta por nossa certeza de

que essas coisas são elas mesmas e não

outras, pela imobilidade de nosso pensamento

perante elas.”

Marcel Proust

Page 8: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

RESUMO

A energia solar constitui uma opção limpa e renovável de produção de energia elétrica, sendo

o bombeamento de água uma das tecnologias mais difundidas quanto ao emprego de energia

solar fotovoltaica. A presente monografia consiste na utilização de sistemas de bombeamento

fotovoltaico aplicados à irrigação de pequenas unidades agrícolas, em especial àquelas

instaladas em regiões secas e carentes de água, que são geralmente as mais favoráveis em

termos de insolação, como é o caso da área rural do Nordeste do Brasil. Para tanto é feito um

estudo sobre a tecnologia fotovoltaica focado nos aspectos mais pertinentes à aplicação em

sistemas de bombeamento. Em seguida, a partir do desenvolvimento experimental de um

sistema de irrigação acionado por painéis fotovoltaicos, instalado no Campus do Pici (UFC),

foram coletados dados de irradiância solar, pressão e volume de água bombeada, além de

valores de tensão e corrente do painel, durante o período de cultivo de um tipo de hortaliça, o

coentro. Com os dados foram geradas curvas e assim foi possível analisar o comportamento

elétrico do motor-bomba e sua capacidade de bombeamento, ao longo de um dia, em função

da irradiância e também avaliar esse comportamento ao variar a carga imposta ao sistema, que

se dá ao ativar as linhas de irrigação. O potencial de utilização da tecnologia fotovoltaica se

mostrou relevante na irrigação de pequenas unidades agrícolas de subsistência, tanto devido

ao potencial energético na localidade onde o experimento foi instalado, quanto devido à

capacidade de volume de água bombeado adequado à produção agrícola.

Palavras-chave: Sistemas de bombeamento fotovoltaico. Energia solar. Irrigação.

Page 9: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

ABSTRACT

Solar energy is a clean and renewable option of production of electrical energy, and water

pumping is one of the most widespread technologies regarding the use of photovoltaic solar

energy. This monograph is the use of photovoltaic pumping systems applied to irrigation of

small agricultural units, especially those installed in dry and poor regions of water, that are

generally more favorable in terms of sunshine, as is the case in rural areas of Northeast Brazil.

So a study is made on photovoltaic technology focused on the most relevant application in

pumping systems aspects. Then from the experimental development of an irrigation system

powered by photovoltaic panels installed on the campus of the Pici (UFC), irradiance,

pressure and volume of pumped water data were collected in addition to voltage and current

of the panel during the cultivation period of one type of vegetable, the coriander. With data

curves were generated and it was possible to analyze the electrical behavior of the motor-

pump and its pumping performance, over a day, according on irradiance and also evaluate this

behavior to vary the load on the system, which gives to activate the irrigation lines. The

potential use of photovoltaic technology was also relevant to irrigate small agricultural units

for subsistence, both because of the energy potential in the locality where the experiment was

installed, as due to the volume capacity of pumped water adequate for agricultural production.

Keywords: Photovoltaic pumping systems. Solar power. Irrigation.

Page 10: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 2.1 – Diagrama do sistema fotovoltaico de bombeamento ....................................... 20

Figura 2.2 –

Figura 2.3 –

Figura 2.4 –

Figura 2.5 –

Figura 2.6 –

Figura 2.7 –

Figura 2.8 –

Figura 2.9 –

Figura 2.10 –

Figura 2.11 –

Figura 2.12 –

Figura 2.13 –

Figura 2.14 –

Figura 2.15 –

Figura 2.16 –

Figura 2.17 –

Figura 3.1 –

Figura 3.2 –

Figura 3.3 –

Figura 3.4 –

Figura 3.5 –

Figura 3.6 –

Figura 3.7 –

Figura 3.8 –

Figura 3.9 –

Figura 3.10 –

Figura 3.11 –

Figura 3.12 –

Figura 3.13 –

Figura 3.14 –

Região de aplicação para bombeamento fotovoltaico......................................

Tipos de motobombas ......................................................................................

Esquema simplificado da célula fotovoltaica...................................................

Desenvolvimento das células fotovoltaicas .....................................................

Curvas típicas da célula fotovoltaica ...............................................................

Curvas I x V (100 W/m² e temperaturas diferentes) ........................................

Curvas I x V (25 ºC e radiações diferentes) .....................................................

Bomba centrífuga .............................................................................................

Bomba volumétrica tipo diafragma .................................................................

Energia elétrica em função da taxa de fluxo com variação da altura ..............

Curva característica vazão x potência elétrica CC ...........................................

Relação entre potência e vazão.........................................................................

Relação entre potência e irradiação..................................................................

Potência elétrica em função da irradiação solar..............................................

Volume de água bombeado em função da irradiação solar..............................

Volume de água bombeado em função da potência ........................................

Unidade experimental desenvolvida ................................................................

Diagrama de blocos .........................................................................................

Estrutura e dimensões ......................................................................................

Reservatório de água ........................................................................................

Sistema de irrigação localizado .......................................................................

Microaspersores ...............................................................................................

Sistema de bombeamento fotovoltaico ............................................................

Perfil do sistema ..............................................................................................

Módulo solar ....................................................................................................

Curva característica do módulo .......................................................................

Conjunto motobomba ......................................................................................

Caixa de aquisição de dados .......................................................................

Sensor de vazão ...............................................................................................

Sensor de pressão .............................................................................................

20

21

22

23

24

24

25

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30

31

31

32

32

33

33

34

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36

36

37

37

38

39

39

40

41

42

43

43

Page 11: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

Figura 3.15 –

Figura 3.16 –

Figura 3.17 –

Figura 3.18 –

Figura 3.19 –

Figura 3.20 –

Figura 3.21 –

Figura 3.22 –

Figura 3.23 –

Figura 3.24 –

Figura 3.25 –

Figura 3.26 –

Figura 3.27 –

Figura 3.28 –

Figura 3.29 –

Figura 3.30 –

Figura 3.31 –

Figura 3.32 –

Figura 3.33 –

Figura D.1 –

Figura E.1 –

Figura E.2 –

Aquisição de dados ..........................................................................................

Modem wifi ......................................................................................................

Sistema supervisório ........................................................................................

Chave-bóia .......................................................................................................

Válvula de pé ...................................................................................................

Área útil para cultivo de hortaliças ..................................................................

Plantio em 06/08 ..............................................................................................

Colheita em 19/09 ............................................................................................

Vazão e irradiância, dia 15/09 .........................................................................

Vazão e irradiância, dia 09/09 ........................................................................

Potência elétrica em função da irradiância, dia 15/09......................................

Vazão em função da irradiância, dia 15/09......................................................

Vazão em função da potência elétrica, dia 15/09 ............................................

Vazão, pressão e potência em função de uma carga de 20 m ..........................

Vazão, pressão e potência em função de uma carga de 40 m ..........................

Vazão, pressão e potência em função de uma carga de 60 m ..........................

Vazão, pressão e potência em função de uma carga de 80 m ..........................

Perfil do consumo de água diário do sistema, em 18/08 .................................

Perfis de consumo de água e da irradiação no período de cultivo ...................

Esquema de instalação se um sistema de irrigação localizada ........................

Exemplo de gráfico fornecido por fabricante para determinação de potência

do módulo FV...................................................................................................

Exemplo de gráfico fornecido por fabricante para determinação de potência

do motor-bomba ...............................................................................................

43

43

44

45

45

45

46

46

47

48

48

49

49

50

51

51

52

53

53

66

70

71

Page 12: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Condições determinantes na escolha de um sistema de irrigação.................... 17

Tabela 3.1 –

Tabela 3.2 –

Tabela 3.3 –

Tabela 3.4 –

Tabela 3.5 –

Tabela B.1 –

Tabela B.2 –

Tabela C.1 –

Características elétricas da placa .....................................................................

Desempenho típico SHURFLO 8000 ..............................................................

Variação de carga ............................................................................................

Valores médios em função da carga ................................................................

Médias diárias ..................................................................................................

Materiais elétricos ............................................................................................

Materiais hidráulicos .......................................................................................

Valores da ETpc (mm/dia) e Kc do coentro...................................................

40

41

50

52

54

61

62

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Page 13: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

IBGE

MME

ANEEL

EMBRAPA

CRESESB

EPE

ONG

C.C.

C.A.

FV

NEPAU

LEA

UTM

UFC

STC

PIC

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

Ministério de Minas e Energia

Agência Nacional de Energia Elétrica

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito

Empresa de Pesquisa Energética

Organização Não Governamental

Corrente Contínua

Corrente Alternada

Fotovoltaico

Núcleo de Ensino e Pesquisa em Agricultura Urbana

Laboratório de Energias Alternativas

Universal Transversa de Mercator

Universidade Federal do Ceará

Standard Test Conditions

Peripheral Interface Controller

Page 14: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

SUMÁRIO

1

1.1

1.2

1.3

1.4

2

INTRODUÇÃO ................................................................................................

Justificativa do Tema Selecionado ..................................................................

Objetivo geral ...................................................................................................

Objetivos específicos ........................................................................................

Estrutura do trabalho ......................................................................................

TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA NA IRRIGAÇÃO …………….......…

13

14

14

14

15

16

2.1 Irrigação ............................................................................................................ 16

2.1.1 Tipos de sistemas de irrigação .......................................................................... 17

2.1.2 Escolha do sistema de irrigação........................................................................ 17

2.1.3 Manejo da irrigação ………………………..…..…......…….………….….…. 18

2.2

2.3

2.3.1

2.3.1.1

2.3.1.2

2.3.1.3

2.3.2

2.3.2.1

2.3.2.2

2.3.2.3

2.3.2.4

2.4

2.4.1

2.4.2

Tecnologia fotovoltaica ....................................................................................

Elementos de um sistema de bombeamento fotovoltaico ..............................

Painéis fotovoltaicos ..........................................................................................

Efeito Fotovoltaico .............................................................................................

Células fotovoltaicas ..........................................................................................

Características elétricas ....................................................................................

Bombas e Motores ............................................................................................

Bomba centrífuga ...............................................................................................

Bomba volumétrica ............................................................................................

Motor c.c. ...........................................................................................................

Motor c.a. ...........................................................................................................

Estado da arte dom bombeamento fotovoltaico ............................................

Histórico de sistemas de bombeamento fotovoltaico na irrigação ..................

Pesquisas em sistemas de bombeamento fotovoltaicos ....................................

18

19

21

21

22

23

25

25

26

27

28

28

28

29

3

3.1

3.2

3.2.1

3.2.2

3.2.2.1

3.2.2.2

3.2.2.3

SISTEMA DE IRRIGAÇÃO ACIONADO POR PAINÉIS F V ..................

Localização do experimento ............................................................................

Descrição do experimento ................................................................................

Área de cultivo e sistema de irrigação ..............................................................

Sistema de bombeamento fotovoltaico ..............................................................

Painel fotovoltaico .............................................................................................

Conjunto motobomba .........................................................................................

Aquisição e transmissão de dados .....................................................................

34

34

35

35

38

39

40

42

Page 15: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

3.2.2.4

3.3

3.4

3.4.1

3.4.2

3.2.3

4

Proteção .............................................................................................................

Desenvolvimento do plantio ............................................................................

Análise de resultados .......................................................................................

Comportamento do motor-bomba em função da irradiâcia ............................

Comportamento do motor-bomba com variação da carga ..............................

Consumo do sistema de irrigação .....................................................................

CONCLUSÃO ..................................................................................................

44

45

46

47

50

52

55

REFERÊNCIAS ...............................................................................................

APÊNDICE A - ACOMPANHAMENTO DO CULTIVO DO COENTRO ..

APÊNDICE B - MATERIAIS UTILIZADOS ..................................................

APÊNDICE C - CÁLCULO SIMPLIFICADO DA DEMANDA HÍDRICA .

APÊNDICE D - DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO SISTEMA

IRRIGAÇÃO ....................................................................................................

APÊNDICE E - DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE GERAÇÃO E

GRUPO MOTOBOMBA ....................................................................................

ANEXO A - CATÁLOGOS TÉCNICOS DOS PRINCIPAIS

EQUIPAMENTOS ................................................................................................

56

59

61

64

66

69

72

Page 16: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

13

1 INTRODUÇÃO

Os índices de pobreza de uma região são determinados a partir da avaliação de

algumas componentes, como o acesso à água e à energia elétrica (KRETER, 2011). A

insuficiência ou ausência desses serviços atinge de forma mais intensa às realidades

singulares, como é o caso das áreas rurais e, em especial, do Nordeste brasileiro.

A região possui clima semiárido, caracterizado por baixos índices pluviométricos.

Essa característica causa uma forte dependência da intervenção do homem sobre a natureza,

no sentido de garantir, por meio de obras de infra-estrutura hídrica, uma melhor forma de

utilização da água. Um bom gerenciamento da água na irrigação é essencial para a economia

rural nordestina, segundo CASTRO (2012), 82,9% da mão de obra do campo, nessa região,

equivalem à agricultura familiar. A agricultura familiar, hoje, é responsável por 75% dos

alimentos que vai para mesa do brasileiro (EMBRAPA, 2014).

O êxito de fornecimento de água está diretamente associado à disponibilidade de

recursos energéticos. A matriz energética brasileira, hoje, é altamente dependente das

hidroelétricas e, em casos de emergência, das termoelétricas, porém a eficiência de um

planejamento energético se dá com a diversificação, um sistema é mais seguro se há várias

fontes de energia (GOMES, 2014). Segundo GOMES (2014), o Brasil precisa trabalhar com

as regionalidades no setor energético, ou seja, explorar os recursos energéticos característicos

de cada região, como o recurso solar no Nordeste.

A tecnologia fotovoltaica se mostra bastante promissora, devido tanto à

autonomia quanto a abundancia do recurso energético solar no Nordeste do Brasil. Conforme

estudo do Plano Nacional de Energia 2030, o Nordeste possui irradiação solar comparável às

melhores regiões do mundo nessa variável, como a cidade de Dongoda, no deserto do Sudão,

e a região de Dagget, no Deserto de Majave, California. Segundo a Empresa de Pesquisa

Energética (EPE, 2008) essa irradiação varia entre 5 a 6,1 kWh/m²/dia.

A tecnologia fotovoltaica se encontra tecnicamente consolidada e vem sendo

adotada para eletrificação rural, tendo como uma das principais aplicações o bombeamento de

água (FEDRIZZI, 2003).

Outros fatores positivos são a alta confiabilidade técnica, vida útil superior a 20

anos, renovabilidade da fonte, reduzida manutenção, sem emissão de ruídos e poluentes na

operação. Seu custo inicial ainda é elevado, porém à medida que as aplicações dessa

tecnologia crescem os preços decrescem.

Page 17: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

14

O Ministério de Minas e Energia coordena o programa “Luz para Todos” que tem

como meta levar o acesso a energia elétrica, gratuitamente, para a população rural nas

localidades de menor índice de desenvolvimento humano. Para as áreas mais remotas foram

estabelecidos critérios técnicos e financeiros, segundo o “Manual de Projetos Especiais”, a

serem aplicados com o uso de fontes alternativas de energia elétrica, dentre as opções

tecnológicas está a solar fotovoltaica (MME, 2014).

1.1 Justificativa do Tema Selecionado

Conforme foi dito, a agricultura familiar, hoje, é responsável por 75% dos

alimentos que vai para mesa do brasileiro, portanto é imprescindível o continuo fornecimento

de energia elétrica para os sistemas de irrigação que atendam a essas unidades agrícolas.

Assim, a partir do contexto apresentado, a principal motivação para a escolha do

presente tema é colaborar na diversificação da matriz energética, em locais, em especial no

Nordeste brasileiro devido à singularidade do seu clima, que exerçam a agricultura familiar

como fonte de renda e subsistência.

1.2 Objetivo geral

Analisar o uso de bombeamento fotovoltaico para irrigação de unidades de

produção agrícola de pequeno porte.

1.3 Objetivos específicos

a) Realizar um estudo sobre uso da geração fotovoltaica para acionamento de

sistemas de bombeamento;

b) Instalar um sistema de bombeamento solar no Campus do Pici - UFC;

c) Analisar os resultados obtidos.

Page 18: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

15

1.4 Estrutura do Trabalho

Esta monografia é composta por quatro capítulos. Neste primeiro capitulo é feita

uma apresentação geral do assunto abordado evidenciando os objetivos e a motivação do

trabalho.

No capitulo 2 é discutido o aproveitamento de recursos visando o aumento da

produtividade agrícola. Apresenta informações relacionadas aos sistemas de bombeamento

fotovoltaico, além dos aspectos importantes da energia fotovoltaica. Em seguida é feito um

histórico da aplicação desse tipo de sistema na irrigação, bem como uma revisão bibliográfica

de alguns trabalhos, sobre o tema, realizados por pesquisadores.

No capitulo 3 é descrito o experimento realizado e é feita uma análise dos dados

obtidos a fim de mensurar o quanto foi necessário investir em recursos na geração de

alimentos.

No capitulo 4 são feitas conclusões e sugestões.

Page 19: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

16

2 TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA NA IRRIGAÇÃO

Data do final da década de 1970 a comercialização de sistemas de bombeamento

fotovoltaico (FV), vinte anos depois das primeiras aplicações, porém é difícil dizer

precisamente quando essa tecnologia passou a ser aplicada para a irrigação (FEDRIZZI,

2003).

A aplicação de sistemas de bombeamento FV consiste numa tecnologia

sustentável bastante promissora, principalmente quando aplicada em regiões secas e carentes

de água, que são geralmente as mais favoráveis em termos de insolação. Outro aspecto muito

favorável dessa aplicação refere-se à possibilidade de armazenamento da água bombeada em

vez do armazenamento da eletricidade produzida pelos módulos FV. Isso diminui a

importância de um fator limitante do uso da energia solar que é sua variabilidade no tempo e a

necessidade de sistemas de armazenamento para tê-la de forma contínua (ALVARENGA,

2001). Os reservatórios de água substituem as baterias elétricas a um custo muito menor.

Além dessas vantagens, esse tipo de sistema é de fácil instalação, possui baixo

nível de manutenção, que é uma necessidade para áreas ermas, longa vida útil dos painéis FV,

bombeamento sem emitir ruídos ou poluição e o agricultor não está sujeito a aumento do

preço da eletricidade ou combustível.

A seguir são introduzidos conceitos sobre sistemas de irrigação e posteriormente

são apresentados os elementos que formam um sistema de bombeamento FV bem como o

estado da arte desse tipo de sistema.

2.1 Irrigação

Na agricultura, as perdas de água ocorrem devido ao baixo rendimento de

sistemas de irrigação e falta de um monitoramento da quantidade de água necessária e

aplicada. Todavia, estas causas não justificam as perdas, visto que estas podem ser

minimizadas pelo uso de um sistema de irrigação mais eficiente e de técnicas de manejo

adequadas (COELHO; OLIVEIRA, 2005).

A melhora de 1% na eficiência do uso da água de irrigação, nos países em

desenvolvimento de clima semi-árido, significaria uma economia de 200 mil litros de água,

por agricultor, por hectare/ano. A irrigação utilizada de forma racional pode promover uma

economia de aproximadamente 20% da água e 30% da energia consumida. Do valor relativo à

Page 20: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

17

energia, a economia de 20% seria devido à não aplicação excessiva da água e 10% devido ao

redimensionamento e otimização dos equipamentos utilizados (LIMA; FERREIRA;

CHRISTOFIDIS, 1999).

2.1.1 Tipos de sistemas de irrigação

Os sistemas de irrigação são classificados em MELLO & SILVA ( 2007):

a) Irrigação por superfície: compreende os métodos de irrigação nos quais a

condução da água do sistema de distribuição (canais e tubulações) até

qualquer ponto de infiltração, dentro da parcela a ser irrigada, é feita

diretamente sobre a superfície do solo;

b) Irrigação por aspersão: é o método de irrigação em que a água é aspergida

sobre a superfície do terreno, assemelhando-se a uma chuva, por causa do

fracionamento do jato d’água em gotas;

c) Irrigação localizada: é o método em que a água é aplicada diretamente sobre a

região radicular, com pequena intensidade e alta freqüência. Portanto é um

sistema que usa a água de forma racional.

2.1.2 Escolha do sistema de irrigação

A escolha de um tipo de sistema de irrigação depende tanto da viabilidade técnica

e econômica quanto às condições favoráveis ao desenvolvimento das culturas, a Tabela 2.1

mostra condições que devem ser satisfeitas na escolha.

Tabela 2.1 - Condições determinantes na escolha de um sistema de irrigação

Fator/Tipo Superficial Aspersão Localizada Preço da água Baixo Intermediário Alto Fornecimento da água Irregular Regular Contínuo Disponibilidade da água Abundante Médio Limitada Pureza da água Não limita Sem sólidos Elevada Capacidade de infiltração do solo

Alta Intermediária a baixa

Qualquer

Fonte: PEREIRA;TROUT, 1999

Page 21: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

18

Tabela 2.1 (continuação) - Condições determinantes na escolha de um sistema de irrigação

Fator/Tipo Superficial Aspersão Localizada Capacidade de armazenamento do solo

Alta Intermediária a baixa

Não limitada

Topografia Plana e uniforme Relevo moderado

Irregular

Sensibilidade ao déficit hídrico

Baixa Moderada Alta

Valor da produção Baixo Moderado Alto Custo de mão de obra Baixo Moderado Alto

Custo de energia Alto Baixo Moderado Disponibilidade de capital Baixo Médio e alto Alto Exigência de tecnologia Limitada Média e alta Elevada

Fonte: PEREIRA;TROUT, 1999

2.1.3 Manejo da irrigação

O manejo da irrigação contempla a aplicação de água no momento correto e na

quantidade demandada pela cultura para aquele momento. O manejo da irrigação deve ser

adequado aos sistemas de irrigação de forma a se obter elevadas eficiências. Não adianta ter

um sistema de irrigação de alta eficiência se o manejo da irrigação é deficiente.

Após a instalação do sistema de irrigação, o produtor deve realizar o manejo

inicial de irrigação (ver apêndice C) que é normalmente baseado em turnos de rega calculados

com base em valores da evapotranspiração da cultura e da irrigação real necessária

(COELHO; SILVA, 2013).

2.2 Tecnologia fotovoltaica

O Sol é responsável pela origem de praticamente todas as fontes de energia na

Terra. A energia gerada pelo Sol é fonte de calor e luz e é inesgotável na escala terrestre de

tempo. Através de sistemas de captação pode ser convertida em outras formas de energia, de

forma simplificada, para fins de engenharia, em energia solar térmica e energia solar

fotovoltaica. Nesta monografia é abordada a conversão direta da luz em eletricidade, ou seja,

a conversão fotovoltaica.

O setor de telecomunicações foi o primeiro a impulsionar o desenvolvimento da

tecnologia FV, buscava fontes de energia que se comportassem bem em localidades remotas.

Page 22: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

19

Posteriormente se deu o uso espacial, com entendimento de que a célula solar é o meio mais

adequado para fornecer a quantidade de energia necessária para longos períodos de

permanência no espaço e a necessidade de energia para satélites (CRESESB, 2014).

O interesse em ampliar as aplicações terrestres se deu com a crise energética de

1973, modificando-se assim o perfil das empresas envolvidas no setor. A partir daí foram

disponibilizados fundos em todo o mundo voltados à pesquisa e desenvolvimento dessa

tecnologia (CRESESB, 2014).

O custo inicial dos sistemas FV ainda é o principal empecilho para sua difusão em

larga escala. No entanto, a tecnologia está se tornando cada vez mais competitiva, tanto

porque seus custos estão decrescendo, quanto porque a avaliação dos custos das outras formas

de geração está se tornando mais real, levando em conta fatores que eram anteriormente

ignorados, como a questão dos impactos ambientais.

As principais aplicações terrestres podem ser agrupadas nas seguintes categorias

(BORGES NETO; CARVALHO, 2012):

a) Produtos de consumo: calculadoras, relógios, brinquedo, entre outros.

b) Interligação com a rede elétrica: nessa aplicação são encontrados sistemas

centralizados e descentralizados.

c) Modo híbrido: conectados a outros tipos de geração, notadamente geradores

diesel, para o abastecimento de consumidores não conectados à rede elétrica.

d) Modo autônomo: conjuntos motobombas em unidades de bombeamento de

água, fornecimento de eletricidades para baterias para uso em casas e escolas.

2.3 Elementos de um sistema de bombeamento fotovoltaico

Um sistema de bombeamento FV é constituído de módulos FV, mecanismo de

condicionamento de potência (inversor, controlador, seguidor do ponto de máxima potência),

grupo motobomba, sistema de armazenamento (opcional) e sistema de distribuição

(FEDRIZZI, 2003), conforme ilustra a Figura 2.1.

Page 23: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

20

Figura 2.1 – Diagrama sistema fotovoltaico de bombeamento

Fonte: Modificado de FRAINDENRAICH, 2002

A Figura 2.2 representa o gráfico da vazão vs. profundidade. Através desses

termos é classificado o sistema de bombeamento FV como viável ou não. A faixa ótima para a

aplicação de sistemas de bombeamento FV encontra-se entre 50 e 2.000 ��/���.

Figura 2.2 – Região de aplicação para bombeamento fotovoltaico

Fonte: Adaptado de TIBA, 1998.

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21

Para aplicações de até 250Wp são utilizadas bombas de deslocamento positivo de

diafragma ou bombas centrifugas de estágio único ou poucos estágios. Acima desta potência

são adotadas bombas centrifugas de multiestágio e as de deslocamento positivo helicoidal

(CRESESB, 2014).

As bombas de deslocamento positivo atuam de forma mais eficiente para alturas

manométricas elevadas e pequenas vazões. Pequenas alturas manométricas e maiores vazões é

o perfil indicado para bombas centrifugas. A Figura 2.3 apresenta as faixas de operação para

os tipos motobombas de sistemas de bombeamento FV.

Figura 2.3 – Tipos de motobombas

Fonte: TIBA, 1998.

2.3.1 Painéis fotovoltaicos

A principal forma de geração de energia elétrica através da energia do Sol se dá

pelo uso de painéis FV. Para entender como acontece esse processo a seguir é explicado o

efeito FV e as características elétricas das células que constituem o painel.

2.3.1.1 Efeito Fotovoltaico

O efeito FV, relatado por Edmond Becquerel, em 1839, é a diferença de potencial,

produzida pela absorção da luz, entre os extremos do material semicondutor (CRESESB,

Page 25: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

22

2014). A célula FV é a unidade fundamental do processo de conversão, a Figura 2.4 mostra

seu esquema simplificado.

O efeito se dá a partir da dopagem de um material semicondutor, geralmente o

silício, com outro elemento, como boro ou fósforo. No processo de dopagem do silício, o

silício dopado com fósforo é denominado de silício tipo N (negativamente carregado) e o

silício dopado com boro é chamado de silício tipo P (positivamente carregado).

Os dois elementos, P e N, juntos compõem a célula, fazendo que haja a criação de

uma junção pn e formando um campo elétrico que impede que elétrons do silício tipo N

migrem para o tipo P. Essa neutralidade elétrica é rompida no momento que fótons, presentes

na irradiação solar, com energia superior à banda de energia incidirem nessa junção, onde o

campo elétrico seja diferente de zero, havendo assim uma excitação dos elétrons presentes

neste material e, consequentemente, o surgimento de uma corrente através da junção.

(BRAGA, 2008).

Figura 2.4 – Esquema simplificado da célula fotovoltaica

Fonte: EPE, 2012.

2.3.1.2 Células fotovoltaicas

A produção de células é dividida em três gerações. A Figura 2.5 apresenta a

evolução em termos de eficiência das tecnologias (CRESESB, 2014). A primeira geração

utiliza silício policristalino (p-Si) e monocristalino (m-Si), tecnologia consolidada, confiável e

com eficiência entre 16 a 25%.

A segunda geração utiliza filmes finos, pode ser aplicado em diversos substratos,

com as seguintes cadeias produtivas: silício amorfo (a-Si), disseleneto de cobre e índio (CIS),

índio e gálio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe). Esta geração é menos eficiente, de 8 a 20%.

Page 26: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

23

Figura 2.5 – Desenvolvimento das células fotovoltaicas

Fonte: CRESESB, 2014.

A terceira geração, ainda em fase de pesquisa, é constituída pelas células

fotovoltaicas multijunção (MJ) e células fotovoltaicas para concentração (CPV - Concentrad

Photovoltaics), células sensibilizada por corante (DSSC – Dye-Sensitized Solar Cell) e células

orgânicas e poliméricas (OPV – Organic Photovoltaics).

2.3.1.3 Características elétricas

Para que sejam empregadas na produção de energia elétrica, as células solares se

associam eletricamente em diferentes combinações que permitem que se obtenham valores da

corrente e voltagem necessária, uma única célula produz diferença de potencial entre 0,5 e

0,6V e potência entre 1,0 e 1,5W, para uma aplicação com fim determinado e são, para tanto,

envoltas por materiais que as protegem dos efeitos causados pelo tempo (LORENZO, 1994).

Para o aproveitamento da energia do sol são utilizados as células, os módulos e o gerador FV.

O módulo é formado por um conjunto de células, enquanto o gerador é constituído por vários

módulos (FIORENTINO, 2004).

O módulo FV é composto de células conectadas em arranjos produzindo tensão e

corrente em nível suficiente para o aproveitamento da energia elétrica gerada. O módulo

fotovoltaico é a unidade básica comercialmente disponível, proporcionando proteção

mecânica e ambiental às células e permitindo a sua utilização exposta às intempéries. O

módulo de baixa potência é composto de células encapsuladas e conectadas eletricamente em

série e/ou em paralelo, produzindo até 250 W, com tensão de 12 ou 24 V. O arranjo série-

paralelo de módulos permite o atendimento a cargas maiores (LORENZO, 1994).

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24

As curvas corrente (I) x tensão (V) e potência (P) x tensão (V) típicas e o ponto

de operação de máxima produção de potência são mostrados na Figura 2.6.

Figura 2.6 – Curvas típicas da célula fotovoltaica

Fonte: EPE, 2012.

A eficiência da célula ou do painel FV é definida, em condições de referência

(“Standard Test Conditions – STC”), pela relação entre a potência máxima de saída da célula

normalizada pela área da célula em m² e o padrão de massa de ar de 1,5, 1.000 W/m² e

temperatura da célula de 25°C (BORGES NETO; CARVALHO, 2012).

Figura 2.7 – Curvas I x V (100W/m² e temperaturas diferentes)

Fonte: CRESESB, 2014.

Os dois fatores principais que afetam a eficiência da conversão são a temperatura

(Figura 2.7) ambiente de operação e a intensidade da irradiância solar (Figura 2.8) incidente

sobre a célula. Este último fator é afetado tanto pela nebulosidade local quanto pelo ângulo de

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25

inclinação da célula em relação ao sol. A eficiência da conversão se reduz ao longo da vida

útil das células a taxa próxima de 1% ao ano (CRESESB, 2014).

Figura 2.8 – Curvas I x V (a 25ºC e irradiâncias diferentes)

Fonte: CRESESB, 2014.

2.3.2 Bombas e Motores

As bombas mais comuns em sistemas FV de bombeamento são as centrífugas e

volumétricas. A escolha de uma bomba ou grupo motobomba deve ser em fator da máxima

eficiência, sob as condições de vazão e altura manométrica. Tais bombas são acionadas por

motores de corrente alternada (c.a.) ou corrente contínua (c.c.).

A escolha do motor adequado está interligada aos seguintes fatores: potência

requerida para atingir a altura manométrica necessária, volume de água, eficiência, custo,

submersão ou não do motor, confiabilidade e manutenção.

O grupo motobomba é o acoplamento destes dois mecanismos distintos, a

eficiência desse sistema dependente em grande parte desse acoplamento. Atualmente existem

grupos motobombas fabricados diretamente para aplicação FV.

2.3.2.1 Bomba centrífuga

São bombas que usam a força centrífuga, resultante do movimento circular do

rotor, para deslocar água através delas, os elementos que compõe a bomba são mostrados na

Figura 2.9.

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26

As pás do rotor giram em alta velocidade, criando pressão e forçando o fluxo. Há

o incremento da energia cinética do fluido a qual é transformada gradualmente em energia

potencial em forma de pressão.

As bombas centrífugas atendem a aplicações que exigem grandes vazões e

pequenas alturas manométricas, a altura é mantida constante ao projetar esse tipo de bomba.

O afastamento do ponto ótimo de funcionamento, obtido no projeto, implica perdas

significativas na eficiência.

A potência de partida desse tipo de bomba deve ser próxima da potência de

funcionamento normal devido a sua mecânica, sendo essa característica bem adequada ao

sistema de bombeamento FV.

Existem duas configurações principais, as submersíveis que trabalham “afogadas”

e as de superfície que necessitam de um tubo de sucção, cuja altura máxima de sucção

recomendável é de aproximadamente 6 metros (CRESESB, 2014).

As bombas centrífugas são adequadas a uma ampla faixa de valores de vazão.

Existem sistemas instalados com capacidades que vão até cerca de 1000 m³/h (CRESESB,

2014).

Figura 2.9: Bomba Centrífuga

Fonte: VIANA E NOGUEIRA, 1990.

2.3.2.2 Bomba volumétrica

Também conhecidas como bombas de deslocamento positivo, tem por

característica, que justifica esta segunda denominação, o comportamento do deslocamento do

fluido. Onde o fluido na entrada do sistema tem aproximadamente a mesma direção que no

ponto de saída do mesmo.

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27

Esse tipo de bomba é adequado quando se quer atingir grandes alturas

manométricas, com pequenos volumes de água, sem perder em eficiência. Mesmo com

variação na irradiação solar o sistema continua alcançando a altura necessária, porém com

menor vazão.

Os tipos de bombas volumétricas mais usadas são as de diafragma, para pequenas

alturas, e as de pistão com contrapeso ou de cavidade progressiva para grandes alturas

manométricas. A Figura 2.10 mostra um exemplo de bomba de deslocamento positivo do tipo

diafragma.

As bombas de deslocamento positivo são adequadas a uma faixa de valores de

vazão que vai de 0,3 a 40 m³/dia a alturas de 10 a 500 metros (CRESESB, 2014).

Figura 2.10: Bomba volumétrica tipo diafragma

Fonte: < http://www.sera.de/pt/>.

2.3.2.3 Motor c.c.

A eletricidade fornecida por módulos FV é na forma de corrente contínua. Assim

os motores em c.c. são os mais adequados para o sistema FV. Estes motores são geralmente

de menor potência, não sendo comercializado com valores maiores que 10 CV.

A eficiência deste tipo de motor é mais elevada se comparada aos motores de

corrente alternada, porém seu custo inicial é maior além da necessidade de manutenção. A

manutenção é periódica e ocorre devido ao desgaste das escovas que operam na comutação.

Existem motores c.c sem escovas que reduzem consideravelmente a sua taxa de

manutenção. Em locais mais remotos é importante que se utilize motores sem escovas, graças

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28

à queda na manutenção. Entretanto os equipamentos eletrônicos que os constituem devem ser

de alta confiabilidade, para que não se transfira a necessidade de manutenção devido às

escovas para possíveis fontes de falhas destes equipamentos (CRESESB, 2014).

2.3.2.4 Motor c.a.

Os motores em corrente alternada são mais baratos e são facilmente encontrados

no mercado em comparação aos motores em corrente contínua.

O conjunto motor bomba utilizando c.a não pode ser acoplado diretamente ao

gerador fotovoltaico, pois deve haver um inversor que converta a corrente contínua gerada em

alternada.

Os motores em c.a. são usados em conjunto com bombas submersíveis, atuando

assim em grandes profundidades. Mostram-se adequados quando a aplicação requer grandes

potências, pois atende a uma ampla faixa (CRESESB, 2014).

2.4 Estado da arte do bombeamento fotovoltaico

Nesta seção são apresentados alguns projetos que contribuíram para o atual

cenário da tecnologia FV aplicada ao bombeamento de água, a maioria deles implantados em

zonas rurais de países em desenvolvimento, cuja motivação está na necessidade de adaptação

às condições de campo. São também apresentados alguns trabalhos desenvolvidos por

pesquisadores com o intuito de analisar o comportamento desse tipo de sistema.

2.4.1 Histórico de aplicação de sistemas de bombeamento fotovoltaico na irrigação

Durante a década de 1960, na antiga União Soviética, foi montado com êxito um

sistema FV de irrigação em uma área remota do semiárido do sudeste do país. Entre 1979 e

1981, foi realizado um projeto piloto para avaliação de pequenos sistemas de bombeamento

fotovoltaico (de 100 a 300 Wp) usados em pequenas propriedades rurais de Mali, Filipinase

Sudão, uma parceria entre o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD),

o Banco Mundial (BM) e a ONG Intermediate Technology Development Group (ITDG)

(HALCROW, 1981).

Entre 1998 e 2002, através do PVP (Irrigation Pilot Project), da Agência de

Cooperação Alemã Deutsche Gesellschaft furTechnische Zusammenarbeit (GTZ), foram

Page 32: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

29

instalados dez sistemas de irrigação com tecnologia fotovoltaica no Chile, Egito e Jordânia

(GTZ, 2003). A experiência mostrou a aceitação da tecnologia pelos usuários e a viabilidade

desse tipo de sistema. Cinco anos depois de finalizado o projeto foi observado que um dos

quatro sistemas instalados no Chile estava funcionando em perfeitas condições, dois

continuavam em operação, mas não em toda sua capacidade, e outro havia sido soterrado por

um terremoto (GTZ, 2008).

Em 2003, o maior sistema de irrigação do mundo foi instalado, com 36 kWp, no

Vale de San Joaquin, Estados Unidos, uma parceria entre a companhia Shell e a WorldWater

& Power Corporation. Esse sistema tem fins demonstrativos e não comerciais (KELLEY;

GILBERTSON, 2010). Na Argentina, ONGs argentinas em parceria com ONGs alemãs, entre

2002 e 2004, instalaram seis sistemas de bombeamento fotovoltaico para a irrigação de

campos de cultivos para produção de batata, cenoura, milho e outros grãos (MÜLLER, 2004).

Na Mauritânia, a ONG Dentistas Sobre Ruedas instalou um sistema piloto, de 425 Wp em

2009 (DENTISTAS SOBRE RUEDAS, 2009).

No Brasil foram instalados vários sistemas FV de bombeamento, porém, são

poucas se sabe sobre seu uso para irrigação. Alguns projetos foram executados,

principalmente no Nordeste do país, através de parcerias entre ONGs, companhias

fornecedoras de eletricidade e institutos de pesquisa.

2.4.2 Pesquisas em sistemas de bombeamento fotovoltaicos

Hamidat e Benyoucef (2008) fizeram testes de eficiência de sistemas de

bombeamento FV para bombas centrifugas e bombas de deslocamento positivo. Para tanto

utilizaram uma instalação composta por um conjunto de placas solares, circuito hidráulico

fechado e equipamento para medição e aquisição de dados.

A instalação de teste permitia uma variação de carga de 0 a 120 m e variação de

vazão de 0 a 30 m³/h. Foram feitos testes variando essas taxas e foi observado que a bomba

centrifuga é mais eficiente em grandes vazões e pequena altura, trabalha a altas potências,

enquanto a bomba de deslocamento positivo se comporta de forma contrária, conforme Figura

2.11.

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30

Figura 2.11 – Energia elétrica em função da taxa de fluxo com variação da altura: (a) e (b) bomba centrifuga; (c) e (d) bomba de deslocamento positivo.

Fonte: HAMIDAT E BENYOUCEF, 2008.

Fraidenraich e Vilela (2010) determinaram as curvas características de um

sistema de bombeamento FV com base em dois tipos de curvas: vazão vs. potência elétrica

CC - obtidas com uma fonte de alimentação ajustada de forma a simular o funcionamento do

painel FV, e potência CC vs. irradiância - obtidas com ensaios com módulos FV em

condições reais. Esses testes foram feitos a fim de verificar se dessas duas formas eram

obtidas as mesmas grandezas.

A bancada para ensaios de sistemas FV de bombeamento implementa alturas

manométricas reais por meio de tubulações de 2” instaladas em uma torre. A motobomba em

teste é instalada em uma cisterna de 10.000 L (simulando um poço com vazão ilimitada), e a

água bombeada é desviada por meio de um conjunto de registros para a tubulação da altura

manométrica desejada, retornando posteriormente à cisterna. Os testes foram feitas para duas

configurações com alturas de 40 m (a) e 60 m (b).

Pode-se observar (Figura 2.12) que a curva da fonte representa a envolvente dos

valores máximos de vazão obtidos com o painel FV. Este resultado é devido à estabilidade da

potência suprida pela fonte o que não ocorre com o painel devido à passagem de nuvens que

se traduzem em variações bruscas da irradiância e consequente dispersão dos pontos

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31

observados. Constata-se claramente que a curva obtida com a fonte pode ser entendida como

o limite superior da vazão do sistema.

Figura 2.12 - Curva característica vazão x potência elétrica CC para a configuração (C1) operando com fonte e com gerador fotovoltaico.

Fonte: FRAIDENRAICH; VILELA, 2010.

Verifica-se na Figura 2.13 que as curvas obtidas com três configurações de painel

apresentam comportamentos similares, portanto a relação entre vazão e potência CC fornecida

independe da fonte de alimentação do gerador FV.

Figura 2.13 - Relação entre potência e vação para diferentes configurações de painéis.

Fonte: FRAIDENRAICH; VILELA, 2010.

Uma verificação de que a relação entre potência CC e irradiância independe da

altura de recalque, CE = 30 m e C1 = 40 m, ambas as configurações apresentam resultados

bastante similares, e que as retas ajustadas por regressão são praticamente indistinguíveis na

Figura 2.14.

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32

Figura 2.14 - Relação entre potência e irradiância

Fonte: FRAIDENRAICH; VILELA, 2010.

Niedzialkoski (2012) fez uma avaliação de um sistema FV utilizado para

bombeamento de água através de um experimento onde a eletricidade era gerada por três

painéis policristalinos de 50 Wp cada com inclinação de 35º para o norte geográfico.

Figura 2.15 – Potência elétrica em função da irradiância solar

Fonte: NIEDZIALKOSKI, 2012.

Foi utilizada uma bomba de deslocamento positivo e duas caixas d’água (100 L

cada) compunham um circuito hidráulico fechado, uma delas à 2,50 m elevada em relação a

outra. Um hidrômetro lia o volume de água bombeado diariamente, os dados de irradiância

solar foram obtidos através de um piranômetro e o registro desses dados coletados por um

equipamento de aquisição de dados. Foram utilizados equipamentos de medição para a

obtenção de tensão e corrente e consequente da potência.

Irradiância (W/m²)

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33

Na Figura 2.15 é observado que até aproximadamente 450 W/m² a potência

elétrica cresce à medida que os níveis de irradiância aumentam. A partir deste ponto a

potência elétrica se mantém mais estável em relação ao aumento dos níveis de irradiância.

É observado na Figura 2.16 que o volume de água bombeado cresce à medida que

os níveis de irradiância aumentam. O sistema FV de bombeamento só começou a bombear

água quando a irradiância solar incidente atingiu 50 W/m².

Figura 2.16 – Volume de água bombeado em função da irradiância solar.

Fonte: NIEDZIALKOSKI, 2012.

Verifica-se que o acréscimo na potência elétrica provocou aumento no volume de

água bombeado pelo sistema, conforme Figura 2.17.

Figura 2.17 – Volume de água bombeado em função da potência

Fonte: NIEDZIALKOSKI, 2012.

Irradiância (W/m²)

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34

3. SISTEMA DE IRRIGAÇÃO ACIONADO POR PAINÉIS FOTOVO LTAICOS

Os capítulos anteriores evidenciam a escolha do sistema fotovoltaico (FV) de

bombeamento como tema; cabe a este capítulo apresentar e discutir o experimento

desenvolvido que tem por objetivo atender a irrigação de uma unidade agrícola de

subsistência com acionamento FV. A nível deste projeto, podem-se gerar soluções para

pequenos espaços agrícolas urbanos situados em escolas, quintais, etc., ou contribuir como

alternativa a fim de solucionar questões ambientais e energéticas do semiárido atendendo às

necessidades dos pequenos proprietários rurais.

3.1 Localização do experimento

O projeto descrito neste capitulo (Figura 3.1) foi instalado no Núcleo de Ensino e

Pesquisa em Agricultura Urbana (NEPAU) e desenvolvido através do Laboratório de Energias

Alternativas (LEA) da Universidade Federal do Ceará (UFC). O equipamento está localizado

nas coordenadas UTM (latitude: 3º 44’ 15” S e longitude: 38º 34' 23'' W ), em Fortaleza,

capital do Ceará, cuja irradiação global média anual é de 5,56 kWh/m2.dia (CRESESB).

Figura 3.1 – Unidade experimental desenvolvida

Fonte: o próprio autor, 2014.

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35

3.2 Descrição do experimento desenvolvido

O sistema desenvolvido é composto por um conjunto motobomba alimentado

diretamente por um gerador FV com potência de 150 W, a esta estrutura cabe atender a

irrigação de uma unidade agrícola.

Dados de tensão, corrente, pressão e vazão são obtidos através de um sistema de

aquisição e são transmitidos via wifi. O sistema é descrito através de diagrama de blocos na

Figura 3.2. Paralelo a isto um supervisório obtém os valores de irradiância solar (watts por

metro quadrado) diários.

Figura 3.2 – Diagrama de blocos

Fonte: o próprio autor, 2014.

3.2.1 Área de cultivo e sistema de irrigação

A área de cultivo foi realizada em formato circular. A escolha desse tipo de

topologia se deu pelas suas vantagens para a agricultura de subsistência, como a necessidade

de uma pequena área para sua instalação e a eficiência do uso de água na irrigação.

A estrutura é composta por quatro canteiros concêntricos divididos em deltas,

conforme pode se visto na Figura 3.3. A área útil dos canteiros é de aproximadamente 134,50

m².

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36

Figura 3.3- Estrutura e dimensões �� = 0,6�;�� = 1�;�� = 1�; � = 9,5�; � = 2�.

Av. Mister Hull

N

LO

S

r

R

D1

D2

D3

Fonte: o próprio autor, 2014.

No centro, o reservatório de água, que pode ser visto na Figura 3.4, possui 2 m de

raio com um perfil cônico e profundidade central de 1,5 m; a capacidade de armazenamento é

o próprio volume do cone, ou seja, 3.5343 m³ ou 3.534,3 litros.

Figura 3.4- Reservatório de água

Fonte: o próprio autor, 2014.

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37

Conforme exposto no capitulo anterior, a escolha do sistema de irrigação leva em

conta a sua viabilidade técnica, econômica e as condições favoráveis ao desenvolvimento das

culturas. Portanto, foi adotado na presente pesquisa o sistema de irrigação localizado,

composto de uma linha principal circundando a borda do tanque de água, quatro linhas de

derivação sendo uma para cada delta e oito linhas laterais, duas para cada delta acionadas

através de válvulas (Figura 3.5).

Figura 3.5- Sistema de irrigação localizado

Fonte: o próprio autor, 2014.

Cada linha lateral contém três emissores do tipo microaspersor com pressão de

aproximadamente 16 mca. A Figura 3.6 mostra os emissores instalados em funcionamento.

Figura 3.6- Microaspersores

Fonte: o próprio autor, 2014.

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38

3.2.2 Sistema de bombeamento fotovoltaico

Conforme dito anteriormente, e melhor visualizado na Figura 3.7, o sistema é

composto por um conjunto motobomba alimentado diretamente por um gerador FV. O

conjunto motobomba, protegido por chave-bóia, foi instalado sobre uma estrutura de apoio, à

margem do reservatório de água, e enclausurado em uma pequena casa de bombas.

Figura 3.7 - Sistema de bombeamento fotovoltaico

Fonte: o próprio autor, 2014.

Próximo ao conjunto, sobre um poste, foi posicionado o painel FV; na Figura 3.8

é mostrado este perfil, onde também podem ser vistas as alturas de recalque (Hr) e de sucção

(Hs), a profundidade do reservatório (h) e o percurso do cano de alimentação do sistema de

irrigação.

Verifica-se que a tubulação faz um desvio em direção a uma caixa no poste que

sustenta o painel fotovoltaico, a caixa contém um disjuntor, os sensores e o equipamento de

aquisição e transmissão de dados.

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39

Figura 3.8 – Perfil do sistema conjunto motobomba alimentado diretamente por um gerador FV �� = 1,5�;�� = 0,5�; ℎ = 1,5�

Hs

Hr

h

Fonte: o próprio autor, 2014.

3.2.2.1 Painel fotovoltaico

Foi utilizado um único módulo solar de células monocristalinas CSUN 150M com

potência de 150 W, Figura 3.9. A placa possui 1480 mm de comprimento, 670 mm de largura

e pesa 12,5 kg.

Figura 3.9 – Módulo Solar

Fonte: o próprio autor, 2014.

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40

Figura 3.10 – Curva característica do módulo FV (1000 W/m²; temperatura da célula de 25ºC; AM 1,5)

Fonte: Modificado de Exxa Global, 2014.

Conforme fabricante, o painel possui alto grau de eficiência (18%) e vida útil de

20 anos. A tabela 3.1 e a Figura 3.10 mostram as especificações elétricas do módulo, testadas

nas condições padrões de teste: 1000 W/m², temperatura da célula de 25°C e AM 1,5.

Tabela 3.1 – Características elétricas da placa FV

Potência máxima 150 W Tensão de circuito aberto 22,7 V Corrente de curto-circuito 8,75 A Tensão de máxima potência 18,70 V

Corrente de máxima potência 8,02 A

Fonte: Modificado de Exxa Global, 2014.

3.2.2.2 Conjunto motobomba

Conforme visto no capítulo 2, a escolha de um grupo motobomba leva em

consideração, como principais fatores, a potência requerida para atingir a altura manométrica

necessária, vazão e eficiência. Também foi visto, e comprovado por HAMIDAT;

BENYOUCEF (2008), que bombas do tipo centrífuga são eficazes a pequenas alturas e

grandes vazões, e que bombas de deslocamento positivo são indicadas para pequenas vazões e

grandes alturas manométricas

O valor da altura manométrica do experimento depende dos elementos que estão

na vertical como alturas de recalque e sucção e outros elementos como tubos na horizontal e

conexões são considerados perdas. A fim de garantir que a água chegue até o último emissor

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41

de água foi adotada uma bomba de deslocamento positivo do tipo diafragma, ou seja, uma

bomba à alta pressão.

Portanto, foi utilizado no projeto um conjunto motobomba SHURFLO 8000, ver

Figura 3.11, cuja bomba é do tipo deslocamento positivo com três câmaras de diafragma e o

motor de imã permanente funciona a 12 VCC. O motor apresenta assim a vantagem de não

necessitar de conversor/inversor, sendo possível a conexão direta entre motor e painel FV. A

Tabela 3.2 mostra o desempenho típico do grupo motobomba.

Figura 3.11 – Conjunto motobomba

Fonte: o próprio autor, 2014.

Tabela 3.2 – Desempenho típico SHURFLO 8000

Recalque (m) Litros.hora Corrente (A)

Aberto 400 3,1 7,04 378 3,7 14,08 354 4,4 21,12 336 5,1 28,15 312 5,8 35,20 294 6,5

42,25 276 7,2

Fonte: SHURFLO, 2014.

Page 45: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

42

3.2.2.3 Aquisição e transmissão de dados

Como descrito anteriormente, a saída do conjunto motobomba faz um desvio para

uma caixa fixada ao poste que sustenta o painel FV. Essa caixa contém elementos que fazem a

aquisição e a transmissão de dados de vazão, pressão e tensão e corrente fornecida ao grupo

motobomba, conforme pode ser visto na Figura 3.12.

Figura 3.12 – Caixa de aquisição de dados

Fonte: o próprio autor, 2014.

Para a obtenção de valores de vazão, um sensor de fluxo volumétrico SU7000,

detalhe na Figura 3.13, foi interligado à saída do grupo motobomba, fornecendo um sinal de

saída entre 0 e 10 V (ou 4 e 20 mA). Segundo o fabricante, este sensor necessita de uma

alimentação entre 18 e 30 VCC.

Para o monitoramento da pressão, também na saída do grupo motor bomba, um

sensor de pressão PN2024 foi instalado, ver detalhe na Figura 3.14. Semelhantemente ao

sensor de vazão, fornece um sinal de saída entre 0 e 10 V (ou 4 e 20 mA) e necessita de uma

alimentação entre 18 e 30 VCC.

Page 46: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

43

Figura 3.13 – Sensor de vazão Figura 3.14 – Sensor de pressão

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014.

Também foram monitorados os valores de tensão e corrente fornecidos pelo

painel FV ao motor que foram obtidos através de um divisor resistivo e um sensor de corrente

respectivamente (Figura 3.15). O divisor resistivo atenua o valor de tensão para que o sistema

de aquisição possa ler esta variável.

Também na Figura 3.15 está representado o sistema de aquisição e transmissão

dos dados. Através da ferramenta SanUSB (GRUPO SANUSB, 2014) o microcontrolar, PIC

18F2550, recebe os dados em sinais de tensão e fornece em suas saídas esses sinais

digitalizados para que possam ser transmitidos em vários meios, como o Bluetooth e o Wifi.

Optou-se pela transmissão via wifi pela facilidade na coleta dos dados, para tanto foi utilizado

o modem RN171-XV ligado às saídas do microcontrolador, conforme Figura 3.16.

Figura 3.15 – Aquisição de dados Figura 3.16 – Modem Wifi

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014.

Page 47: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

44

Paralelamente, através de um piranômetro, foram feitas as medições

da irradiância solar. Os valores são coletados através de um sistema supervisório instalado no

LEA, Figura 3.17, que utiliza o controlador lógico programável como protocolo de

comunicação e em seguida, o software ELIPSE é responsável por capturar e armazenar todas

as informações a cada segundo gerando relatórios.

Figura 3.17 – Sistema supervisório

Fonte: o próprio autor, 2014.

3.2.1.4 Proteção

No desenvolvimento do projeto, foi percebida a necessidade de incorporar alguns

elementos para a proteção do conjunto motobomba, como a válvula de pé e a chave-bóia

elétrica.

Para evitar que o motor trabalhe a vazio, quando o nível de água for insuficiente

no reservatório de água, foi instalada uma chave-bóia elétrica, ver Figura 3.18. A chave-boia

foi ligada em série com o motor-bomba, assim funciona como uma chave abrindo e fechando

o circuito elétrico. Quando a água fica abaixo do nível mínimo, o contato interno é

desconectado, abrindo o circuito e desligando o motor.

A válvula de pé ou de retenção, que pode ser vista na Figura 3.19, é um tipo de

válvula que permite que os fluidos escoem em uma direção, porém, fecha-se automaticamente

para evitar fluxo na direção oposta. Portanto, esse equipamento foi instalado na entrada de

sucção do grupo motobomba, a fim de reter a coluna d’água quando houver paralisação da

bomba, facilitando dessa forma sua reativação.

Page 48: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

45

Figura 3.18 – Chave-bóia Figura 3.19 – Válvula de pé

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014.

3.3 Desenvolvimento do plantio

Na presente pesquisa, os dois primeiros círculos foram utilizados para o cultivo

de hortaliças; os canteiros foram ocupados conforme Figura 3.20. A área útil para este plantio

é de aproximadamente 42,46 m², assim não é necessária a ativação de todo o sistema de

irrigação, o número de microaspersores ativos diminui pela metade e a linha lateral passa a ser

a própria linha de derivação.

Figura 3.20 - Área útil para cultivo de hortaliças

Fonte: o próprio autor, 2014.

Page 49: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

46

A cultura desenvolvida nesta etapa foi a do coentro. Esse tipo de cultura necessita

de solo úmido, porém não encharcado, para seu desenvolvimento; portanto, foram

estabelecidas duas irrigações diárias com duração de uma hora cada. O plantio foi feito no dia

6 de agosto de 2014, conforme Figura 3.21.

Figura 3.21 – Plantio em 06/08 Figura 3.22 – Colheita em 19/09

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014.

O estado ótimo para a colheita se deu no dia 19 de setembro de 2014, conforme

Figura 3.22. Ao final deste processo, foi realizada a pesagem do produto; assim, foram

obtidos 230 molhos contendo 100 g de coentro cada. O acompanhamento das fases desse

cultivo pode ser visto no apêndice A.

3.4 Análise de resultados

Nesta seção são apresentados os resultados obtidos em função dos testes

realizados e da aplicação do sistema desenvolvido no cultivo do coentro.

Os resultados são apresentados em forma de gráficos e tabelas, onde é analisado o

comportamento do grupo motobomba em relação à variação de carga, o perfil do

comportamento da bomba ao longo do dia bem como as características elétricas do motor em

relação à variação da irradiação. São apresentados os perfis de consumo de água e de energia

elétrica ao longo de um dia e do período total do cultivo do coentro.

Page 50: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

47

3.4.1 Comportamento do motor-bomba em função da irradiância

O objetivo dessa subseção é traçar o perfil da vazão oferecida pelo conjunto

motobomba ao longo do dia, relacionando-o com a variação da irradiância.

A Figura 3.23 mostra médias de 10 em 10 minutos das curvas de vazão e

irradiância ao longo do dia 15 de Setembro de 2014, um dia ensolarado. Naquele dia a

irradiação era de 7,14 kWh/m² e conforme o gráfico é verificada pouca variação da vazão,

notadamente no período entre 7:30 e 15:30 hs. O sistema, naquele dia, foi capaz de bombear

em torno de 3250 L de água.

Figura 3.23 – Curvas vazão e irradiância, dia 15/09

Fonte: o próprio autor, 2014.

O mesmo gráfico foi levantado em um dia parcialmente nublado (09 de Setembro

de 2014), conforme Figura 3.24. São verificadas reduções abruptas nos níveis de vazão

devido à presença de quantidade significativa de nuvens naquele dia, com irradiação de 4,22

kWh/m². O sistema, naquele dia, foi capaz de bombear em torno de 2500 L de água.

0

200

400

600

800

1000

1200

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

Irra

diâ

nci

a (

W/m

²)

Va

zão

(L/

min

)

Tempo (hh:mm)

Vazão (L/min) Irradiância (W/m²)

Page 51: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

48

Figura 3.24 – Curvas vazão e irradiância, dia 09/09

Fonte: o próprio autor, 2014.

A Figura 3.25 representa a variação da potência elétrica fornecida pelo painel FV

em função da irradiância solar. Verifica-se que até aproximadamente 450 W/m² a potência

cresce à medida que os níveis de irradiância aumentam. A partir desse ponto a potência se

mantém mais estável em relação ao aumento dos níveis de irradiância. A função y representa

a curva de tendência dos dados cujo coeficiente de determinação é igual a 0,9669.

Figura 3.25 – Potência elétrica em função da irradiância solar, dia 15/09

Fonte: o próprio autor, 2014.

0

200

400

600

800

1000

1200

0

1

2

3

4

5

6

7

8

6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

Irra

diâ

nci

a (

W/m

²)

Va

zão

(L/

min

)

Tempo (hh:mm)

Vazão (L/min) Irradiância (W/m²)

y = -9E-05x2 + 0.1452x + 2.8743

R² = 0.9669

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1000 1200

Po

tên

cia

(W

)

Irradiância (W/m²)

Page 52: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

49

A Figura 3.26 relaciona a vazão com a irradiância solar incidente. A vazão cresce

à medida que os níveis de irradiância aumentam. Observa-se também que o inicio do

bombeamento só se dá a partir de 50 W/m². A função y representa a curva de tendência dos

dados cujo coeficiente de determinação é igual a 0,9688.

Figura 3.26 – Vazão em função da irradiância solar, dia 15/09

Fonte: o próprio autor, 2014.

Figura 3.27 mostra a relação entre vazão e potência entregue pelo painel FV. O

inicio do bombeamento só se dá quando a potência atinge valores em torno de 9 W. A função

y representa a curva de tendência dos dados cujo coeficiente de determinação é igual a

0,9946. Os três últimos gráficos apresentam resultados semelhantes aos encontrados por

NIEDZIALKOSKI (2012).

Figura 3.27 – Vazão em função da potência elétrica, dia 15/09

Fonte: o próprio autor, 2014.

y = -1E-05x2 + 0.0185x - 0.1052

R² = 0.9688

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 200 400 600 800 1000 1200

Va

zão

(L/

min

)

Irradiância (W/m²)

y = 0.0005x2 + 0.0947x - 0.2738

R² = 0.9946

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30 40 50 60 70

Va

zão

(L/

min

)

Potência (W)

Page 53: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

50

3.4.2 Comportamento do motor-bomba com variação da carga

Os gráficos das Figuras 3.28, 3.29, 3.30 e 3.31 mostram o resultado do estudo

do comportamento do motor ao variar a carga, o estudo foi feito no dia 15 de Agosto de 2014.

A variação é feita com a ativação das linhas de irrigação, conforme Tabela 3.3. Os valores de

carga são dados em metros horizontais.

Tabela 3.3 - Variação de carga

Linhas ativas Carga 1 20 m 2 40 m 3 60 m

4 80 m

Fonte: o próprio autor, 2014.

Os gráficos mostram os valores de vazão, pressão e potência do motor para os

quatro casos. Observa-se que o motor exige uma maior potência com o aumento da carga, e

enquanto que a vazão aumenta devido ao aumento do número de micro-aspersores de água a

pressão diminui.

Figura 3.28 – Valores de pressão e potência em função vazão para carga de 20 m

Fonte: o próprio autor, 2014.

0

10

20

30

40

50

60

3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5

Vazão (L/min)

Potência (W)

Pressão (psi)

Page 54: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

51

Figura 3.29 – Valores de pressão e potência em função vazão para carga de 40 m

Fonte: o próprio autor, 2014.

Figura 3.30 – Valores de pressão e potência em função vazão para carga de 60 m

Fonte: o próprio autor, 2014.

0

10

20

30

40

50

60

6.65 6.7 6.75 6.8 6.85 6.9 6.95 7 7.05 7.1 7.15

Vazão (L/min)

Potência (W)

Pressão (psi)

0

10

20

30

40

50

60

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8

Vazão (L/min)

Potência (W)

Pressão (psi)

Page 55: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

52

Figura 3.31 – Valores de pressão e potência em função vazão para carga de 80 m

Fonte: o próprio autor, 2014.

A pequena variação na vazão de cada caso isolado, por exemplo, na Figura

3.28, de 3,5 a 4,5 L/min, se dá devido à variação da irradiância no instante em que foram

coletados os dados; valores médios de vazão, pressão, potência FV em função da carga são

listados na Tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Valores médios de vazão, pressão e potência FV em função da carga

Carga (m) Vazão (L/min) Pressão (psi) Potência (W)

20 3,96 22,77 46,59 40 7,03 17,03 52,77 60 7,69 10,66 54,40 80 8,12 6,28 61,88

Fonte: o próprio autor, 2014.

3.4.3 Consumo do sistema de irrigação

Nesta subseção são expostos os perfis de consumo de água e de energia

disponível no período do cultivo do coentro.

Figura 3.32 representa o padrão de consumo de água diário, onde se observa

dois períodos de irrigação (com duração de uma hora cada) com vazão média entre 6 e 7

L/minuto. Esse estudo foi feito no dia 18 de Agosto de 2014, cuja irradiação era de 6,96

kWh/m².

0

10

20

30

40

50

60

70

80

7.6 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

Vazão (L/min)

Potência (W)

Pressão (psi)

Page 56: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

53

Figura 3.32 – Perfil do consumo de água diário do sistema, em 18/08.

Fonte: o próprio autor, 2014.

A Figura 3.33 mostra o volume de água consumido e a irradiação disponível

dia a dia durante o período do cultivo do coentro.

Figura 3.33 – Perfis do consumo de água e da irradiação no período de cultivo.

Fonte: o próprio autor, 2014.

0

200

400

600

800

1000

1200

0

1

2

3

4

5

6

7

8

96

:00

6:2

1

6:4

2

7:0

3

7:2

4

7:4

5

8:0

6

8:2

7

8:4

8

9:0

9

9:3

0

9:5

1

10

:12

10

:33

10

:54

11

:15

11

:36

11

:57

12

:18

12

:39

13

:00

13

:21

13

:42

14

:03

14

:24

14

:45

15

:06

15

:27

15

:48

16

:09

16

:30

16

:51

Irra

diâ

nci

a (

W/m

²)

Va

zão

(L/

min

)

Tempo (hh:mm)

Vazão (L/min) Irradiância (W/m²)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

6/8

8/8

10

/8

12

/8

14

/8

16

/8

18

/8

20

/8

22

/8

24

/8

26

/8

28

/8

30

/8

1/9

3/9

5/9

7/9

9/9

11

/9

13

/9

15

/9

Irra

dia

ção

(K

Wh

/m²)

Vo

lum

e (

L)

Dias (dd/mm)

Volume (L/min) Radiação (KWh/m²)Volume (L) Irradiação (kWh/m²)

Page 57: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

54

Observa-se que o volume de água acompanha os níveis de irradiação. Foi

consumida uma média de 5200 litros de água por semana, assim, ao longo dessas seis

semanas foram utilizados na irrigação do coentro em torno de 31200 litros de água.

Segundo CARNEIRO (2009), a energia produzida durante um dia por módulos

FV é obtida a partir da seguinte expressão:

���� = !. "#�$%. &'á)(1) Onde:

���� é energia produzida por módulos ao longo de um dia, em kWh;

! é o fator de correção de temperatura;

Ir é o valor de irradiação solar incidente, em kWh/m²;

G é o valor de irradiância incidente de referência, 1000 W/m²;

&'á) é a potência máxima do painel solar, em W.

Sendo que ! = [1 − 0,005 x (T- 25º C)], onde T é a temperatura média do

painel ao longo do dia.

A média diária de irradiação obtida, conforme pode ser visto na Figura 3.33, é

de 6,5 kWh/m²; a temperatura média do módulo solar, medida em laboratório durante o

período de cultivo, foi de 43º C; e, segundo o fabricante, a potência máxima do painel

utilizado é de 150 W. De posse destes dados e da equação (1), obtém-se que a energia diária

disponível era de 0,887 kWh.

A energia consumida pelo motor foi obtida através das medições de tensão e

corrente durante um intervalo de tempo, conforme seção 3.2.2.3.

A Tabela 3.5 mostra as médias diárias de energia disponível e consumo de

água e energia do sistema.

Tabela 3.5 – Médias diárias

Volume de água consumido 750 L Irradiação 6,5 kWh/m² Energia disponível 0,887 kWh

Energia consumida 0,09 kWh

Fonte: o próprio autor, 2014.

Page 58: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

55

4. CONCLUSÃO

O potencial de utilização da tecnologia FV se mostrou relevante na irrigação de

pequenas unidades agrícolas de subsistência. Com a realização da presente monografia foi

possível constatar que o sistema de bombeamento FV é tecnicamente viável.

O uso dessa tecnologia apresenta uma característica muito favorável, a associação

perfeita entre a fonte energética, a irradiação solar e a necessidade de água. Uma região seca,

como a que foi implantada o experimento desenvolvido, possui altos níveis de irradiância, e

em épocas que esses níveis diminuem a necessidade de água se mostra menor, pois o solo

permanece úmido por mais tempo devido à ocorrência de chuvas.

Constatou-se que à medida que o nível de irradiância aumenta, há um acréscimo

tanto no volume de água bombeado quanto na potência elétrica gerada, até o limite de

irradiância de 450 W/m² a partir daí estes valores passam a ser estáveis; e que ao aumentar a

carga o motor exige uma maior potência de alimentação.

Ao fazer um balanço sobre o consumo de água e energia no desenvolvimento do

cultivo do coentro, verificou-se que eram utilizados diariamente 750 L de água com um

consumo de energia 0,09 kWh, porém com a eletricidade gerada diariamente seria possível

bombear um volume de água bem maior, em torno de 3250 L em um dia ensolarado, pois a

geração média diária era de 0,887 kWh . Portanto, o sistema se mostra apto a atender a outras

culturas que, diferentemente do coentro, exijam uma maior quantidade de água.

Como possíveis trabalhos futuros que podem ser realizados nesta área de estudo,

podem-se citar os seguintes:

a) Fazer uma análise financeira. Confrontar custos do sistema de bombeamento

FV com o uso de um sistema de bombeamento convencional elétrico, como o

hidráulico no Brasil. Essa comparação deve levar em conta não apenas o

investimento inicial, mas também os gastos de operação e manutenção e

também as características específicas do local;

b) Automatização do sistema de irrigação. Acionamento da motobomba a partir

do monitoramento da umidade do solo;

c) Estudo sobre formas de utilização ou armazenamento da energia solar

produzida quando não estiver sendo usada na irrigação.

Page 59: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

56

REFERÊNCIAS

KRETER, A.; VECCHIO, R; STADUTO, J., Pobreza rural no nordeste brasileiro: problemas e opções metodológicas. Texto para Discussão n. 45, Rio de Janeiro: Centro de Estudos Sobre Desigualdade e Desenvolvimento, Universidade Federal Fluminense, 2011. CASTRO, C. N., A agricultura no nordeste brasileiro: oportunidades e limitações ao desenvolvimento. Texto para Discussão n. 1786. Rio de Janeiro: Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada, 2012. EMBRAPA, A Embrapa no Ano Internacional da Agricultura Famil iar . Disponível em: <https://www.embrapa.br/2014-ano-internacional-da-agricultura-familiar>. Acesso em: 01 nov 2014. GOMES, K., Para evitar crise, Brasil precisa diversificar matriz energética. Disponível em: <http://dw.de/p/1B3Fq>. Acesso em: 01 nov 2014. FEDRIZZI, M. C., Sistemas de abastecimento de água para uso comunitário: Lições aprendidas e procedimentos para potencializar sua difusão. 2003. 201 p. Tese (Doutorado em Energia) - Programa Interunidades de Pós Graduação em Energia, Universidade de São Paulo, São Paulo. 2003.

MME, Manual de Projetos Especiais. Disponível em: <http://luzparatodos.mme.gov.br/luzparatodos/asp/>. Acesso em: 05 mar 2014. ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL. 3. ed. Brasília: ANEEL, 2008. RELATÓRIO SOBRE O DESENVOLVIMENTO MUNDIAL DE 2008 Nova Iorque: Banco Mundial, 2008. COELHO, E; FILHO, M. C.; OLIVEIRA, S. Agricultura irrigada: eficiência de irrigação e de uso de água. Bahia Agrícola. 2005; 7(1): 57-60. LIMA, J. E. F. W.; FERREIRA, R. S. A.; CHRISTOFIDIS, D. O uso da irrigação no Brasil: O estado das águas no Brasil. Brasília: ANEEL, 1999. MELLO, J. P.; SILVA, L. B. Irrigação. Rio de Janeiro: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 2007. PEREIRA, L. S.; TROUT, T. J. Irrigation methods. In: VAN LIER, H. N.; PEREIRA, L. S.; STEINER, F. R. CIGR Handbook of Agricultural Engineering , vol. I: Land and Water. St. Joseph, Michigan: ASAE, 1999. COELHO, E. F; SILVA, A. P. Manejo, eficiência e uso da água em sistemas de irrigação. Cruz das Almas: Mandioca e Fruticultura, EMBRAPA, 2013.

Page 60: MARYSOL LILIAN DE ARAÚJO SOUSA.pdf

57

NOGUEIRA, C. U. Utilização de sistemas solar e eólico no bombeamento de água para uso a irrigação. 2009. 102 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) - Programa de Pós Graduação em Engenharia de Produção, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2009. ALVARENGA, C. A. Bombeamento de água com energia solar fotovoltaica. Disponível em: <http:// www.solenerg.com.br >. Acesso em: 07 abr. 2014. CRESESB. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaícos. Rio de Janeiro: CEPEL, 2014, 530 p. BORGES NETO, M.; CARVALHO, P., Geração de energia elétrica: Fundamentos. 1ª ed. São Paulo: Érica Ltda, 2012. BRAGA, R. P. Energia solar fotovoltaica: fundamentos e aplicações. 2008. 80 p. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) - Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. EPE, Análise da inserção solar na matriz energética brasileira . Nota técnica. Rio de Janeiro, 2012. LORENZO, E. Eletricidade Solar: Ingenieria de los Sistemas Fotovoltaicos. Espanha: Artes Gráficas Galas, 1994. FIORENTINO, J. de J. Análise do Desempenho de um Conjunto de Módulos Fotovoltaicos Aplicados para Energização Rural. Tese (Doutorado em Agronomia) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2004. HALCROW, W. Small-Scale Solar Powered Irrigation Pumping Systems Phase 1 Project Report, UNDP Project GLO/78/004. Banco Mundial; ITDG. Londres. 1981. GTZ. Resource-Conserving Irrigation with Photovoltaic Pumping Systems (PVP) in Chile. In: IEA 16 Case Studies on the Deployment of Photovoltaic Technologies in Developing Countries, REPORT IEA PVPS T9-07: 2003. GTZ. Ex-post Evaluation 2007 Resource-conserving Irrigation with Photovoltaic Pumping Systems, Chile Brief Report. GTZ. Frankfurt, 2008. KELLEY, L. C.; GILBERTSON, E. On the feasibility of solar-powered irrigation. Elsevier, 2010. MÜLLER, C. Aprovechamiento de la energía solar para el mejoramiento de lãs condiciones de vida en el altiplano argentino, 2004. Disponivel em: <http://www.hcsolar.de/Argentina%202003.pdf>. Acesso em: 06 jun. 2014. DENTISTAS SOBRE RUEDAS. Proyeto Huerto solar. Fase 1: Huerto Experimental Área Desarrollo de DSR. ONG Dentistas sobre ruedas. Barcelona, 2009. HAMIDAT, A.; BENYOUCEF, B., Systematic procedures for sizing photovoltaic pumping system, using water tank storage. Energy Policy. 2008; 37(4): 1489-1501.

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58

VILELA, O. C.; FRAIDENRAICH, N. e GALDINO, M. A., Metodologia de levantamento de características de sistemas fotovoltaicos de bombeamento d’água utilizando fonte de alimentação CC. III Congresso Brasileiro de Energia Solar; 2010 Set 21-24; Belém.

NIEDZIALKOSKI, R. K.; NOGUEIRA, C. C. Avaliação de um sistema fotovoltaico utilizado para o bombeamento de água em Cascavel/PR. Acta Iguazu. 2010; 1(3):44-49.

CELPE, Sistemas de Bombeamento de Água com Sistemas Fotovoltaicos e Tecnologia de Bombeamento Nacional: Zona Rural de Pernambuco. Pernambuco, 2012. JUCÁ, Sandro; CARVALHO, Paulo. Métodos de dimensionamento de sistemas fotovoltaicos: Aplicações em dessanilização. 1ª ed. Rio de Janeiro: Espaço Científico Livre, 2013.

NEGRISOLI, M. E. M. Instalações Elétricas: Projetos Prediais. 3a ed., Editora: Edgar Blucher, 1987.

POZA, F. Contibución AL diseño de procedimientos de control de calidad para sistemas de bombeo fotovoltaico. Madri, 2008. Tese (Doutorado em Engenharia) Universidad POlitecnica de Madrid. Madrid. 2008.

REDDY, K. Y.; SATYANARAYANA, T. V. Solar Powered Micro-irrigation for Sandy Tracts os Coastal Andhra Pradesh. The Institution of Engineers (India) Journal AG, n. 89, Dez. 2008. GRUPO SANUSB, Ferramenta SanUSB. Disponível em: https://br.groups.yahoo.com/neo/groups/GrupoSanUSB. Acesso em: 10 de Agosto de 2014. CARNEIRO, J., Dimensionamento de sistemas fotovoltaicos. Guimarães: Universidade do Minho, 2009.

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59

APÊNDICE A - ACOMPANHAMENTO DO CULTIVO DO COENTRO

Figura A.1 – Plantio do coentro em 06/08 Figura A.2 – Estagio inicial em 15/08

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014

Figura A.3 – Estágio inicial em 21/08 Figura A.4 – Seleção de mudas em 22/08

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014

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60

Figura A.5 – Estágio intermediário em 03/09 Figura A.6 – Estágio intermediário em 08/09

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014

Figura A.7 – Estágio final em 15/09 Figura A.8 – Colheita em 19/09

Fonte: o próprio autor, 2014. Fonte: o próprio autor, 2014

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APÊNDICE

ITEM

CSUN 150M Módulo fotovoltaico 150 W

Shurflo 8000-443-136

Motobomba de des

Chave de nível MG

Chave de nível inferior tipo bóia,

IFM SU8000

IFM PN3007

Disjuntor Alumbra

Disjuntor termomagnético

PIC 18F2550 Placa SanUS

Wifly Rn171xv

ACS712

Divisor de tensão

Placa genérica de divisor de

Fonte Fonte de tensão 12 V

APÊNDICE B – MATERIAIS UTILIZADOS

Tabela B.1 – Materiais Elétricos

LISTA DE MATERIAIS DESCRIÇÃO QUANT.

Módulo fotovoltaico 150 W 1

Motobomba de deslocamento positivo, 12 VCC

1

Chave de nível inferior tipo bóia, 15 A/250 V.

1

Sensor de vazão 1

Sensor de pressão 1

Disjuntor termomagnético tripolar, 20 A

1

Placa SanUSB PIC 18F2550 1

Modem wifi 1

Sensor de corrente, 5A 1

Placa genérica de divisor de tensão

1

Fonte de tensão 12 V - 5 V 1

61

MATERIAIS UTILIZADOS

IMAGEM

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ITEM

Emissor Microaspersor bailarina, pressão de 25

mca e vazão de 0,02L/s

Registro Registro para bloqueio de vazão, bitola de

Joelho Joelho interno duplo, bitola de 1/2"

Tê Tê PVC soldável com bucha de latão, 1/2"

Joelho Joelho PVC 90º soldável, 1"

Luva Luva PVC soldável, 1"

Luva Luva PVC soldável, 1/2"

Redução Redução PVC soldável, 1"

Adaptador Adaptador rosca soldável, 1/2"

Tubo Tubo PVC soldável, 1/2"

Tubo Tubo agropecuário PVC, 1"

Tabela B.2 – Material Hidraúlico

LISTA DE MATERIAIS

DESCRIÇÃO QUANT.

Microaspersor bailarina, pressão de 25 mca e vazão de 0,02L/s

24

Registro para bloqueio de vazão, bitola de 1"

4

Joelho interno duplo, bitola de 1/2" 16

Tê PVC soldável com bucha de latão, 1/2" 1

elho PVC 90º soldável, 1" 11

Luva PVC soldável, 1" 4

Luva PVC soldável, 1/2" 2

Redução PVC soldável, 1" - 1/2" 2

Adaptador rosca soldável, 1/2" 2

Tê PVC soldável, 1" 6

Tubo PVC soldável, 1/2" -

Tubo agropecuário PVC, 1" -

62

IMAGEM

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ITEM

Tubo Tubo agropecuário PE, 1/2"

Mangueira

Abraçadeira Abraçadeira metálica para tubos

Valvula de retenção

Válvula de pé metálica, 1/2"

Adaptador

Tabela B.2 (continuação) – Material Hidraúlico

LISTA DE MATERIAIS

DESCRIÇÃO QUANT.

Tubo agropecuário PE, 1/2" -

Em borracha, 1" -

Abraçadeira metálica para tubos 37

Válvula de pé metálica, 1/2" 1

Adaptador metálico, 1/2" 1

63

IMAGEM

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APÊNDICE C - CÁLCULO SIMPLIFICADO DA DEMANDA HÍDRIC A

A metodologia a seguir é uma versão simplificada da demanda hídrica a ser

aplicada ao dimensionamento de um sistema de irrigação fotovoltaica (MORALES, 2011).

A evapotranspiração da cultura de interesse é estimada por (C.1).

�./0 =ET3xK6 (C.1)

Onde,

ET3 é evapotranspiração de referencia (mm/unidade de tempo);

K6 é o coeficiente de cultura.

O valor de ET3 pode ser obtido através de vários métodos, entre eles a evaporação

do tanque classe A. Já o K6 é estimado através de (C.1). A Tabela C.1 mostra valores de �./0 obtidos de forma experimental para a cultura do coentro.

C.1 Valores da ETpc (mm/dia) e Kc do coentro.

Fases do coentro Balanço hídrico

Kc ETpc Inicial 0,82 3,9

Desenvolvimento 1,03 4,7 Médio 1,07 5,1 Final 0,93 4,7 Média 0,96 4,6

Fonte: SILVA; TAVARES, 2013.

O valor da necessidade de irrigação liquida, em mm/d, é dada conforme a equação

(C.2), em que Pe é a precipitação efetiva.

7#8 = �./0 − &9 (C.2)

O consumo mensal, em m³/mês, é obtido através da equação (C.3).

(C.3)

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Em que,

A é a área irrigada por hectares;

NIL é a necessidade de irrigação líquida, (mm/mês);

Ei é a eficiência da irrigação.

A eficiência de irrigação varia entre 75 – 90% para microasperssão, para

gotejamento entre 85 – 90% e para tubos perfurados entre 65 – 80% (Pozzebon, 2003).

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APÊNDICE D - DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO SISTEMA IRRIGAÇÃO

O dimensionamento a seguir é específico para irrigação localizada por

microaspersão, cujo esquema de instalação convencional é dado pela Figura D.1.

Figura D.1 – Esquema de instalação de um sistema de irrigação localizada

Fonte: MELLO; SILVA, 2007.

O critério para dimensionamento de uma linha lateral é que a variação de vazão

entre o primeiro e o último microaspersor não poderá ser maior que 10%. Para essa condição,

a perda de carga ao longo da linha lateral não poderá exceder à 20% da pressão de serviço do

gotejador (MELLO; SILVA, 2007).

As perdas das linhas laterais (em mca) são obtidas a partir da equação de Hazen-

Williams em (D.1).

ℎ:;; = 10,64. (= >? )�,@A�. (8 ��,@B)? .F (D.1)

Onde,

Q: vazão da linha;

C: coeficiente de rugosidade, 140;

L: comprimento da linha;

D: diâmetro da linha;

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F: fator de Christiansen.

O fator de Christiansen depende do número de microaspersores da linha lateral, N,

e do expoente da vazão na equação de Hazen-Williams (m=1,852). Isto pode ser visto na

equação (D.2):

(D.2)

A pressão no inicio da linha lateral, &�C;; em mca, é dada pela equação (D.3):

&�C;; = &D + 0,75ℎ:;; + 0,4�7;; (D.3)

Onde,

PS: pressão no microaspersor;

ℎ:;;: perdas na linha lateral;

�7;;: diferença de nível da linha lateral;

O critério de dimensionamento de uma linha de derivação é que o limite das

perdas na linha lateral somado ao limite na linha de derivação não poderá ultrapassar a 30%

da pressão do microaspersor. Caso, no dimensionamento, seja utilizado um limite de hf

inferior a 20% na linha lateral, esta diferença deverá ser transferida para a linha de derivação,

de tal sorte que, a soma entre os dois limites não ultrapasse 30% da pressão do microaspersor

(MELLO; SILVA, 2007).

As perdas das linhas de derivação (em mca) também são obtidas conforme

equação (D.1).

A pressão no inicio da linha de derivação é dada por (D.4):

&�C;� = &�C;; + ℎ:;� + �7;� (D.4)

Onde,

&�C;;, pressão no inicio da linha lateral;

ℎ:;�: perdas na linha de derivação;

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68

�7;�: diferença de nível da linha de derivação;

As perdas da linha principal são dadas também pela equação (D.1). Deve-se

considerar que a velocidade média nos diferentes trechos da linha principal deve se situar

entre 1,0 e 2,5 m/s. Para determinar a velocidade média, calcula-se a perda de carga unitária,

conforme equação (D.5), pela equação de Hazen-Williams, ou seja:

(D.5)

Assim, calcula-se a velocidade conforme (D.6):

G = 0,355I>I�J,K�ILJ,A� (D.6)

De posse de todos esses dados é possível calcular a altura manométrica em (D.7).

Com a altura manométrica é possível calcular a energia necessária para alimentar o sistema de

bombeamento de água, bem como dimensionar o conjunto motobomba. O fator 1,05 equivale

às perdas de carga localizadas, ou seja, consideram-se essas perdas como sendo 5% de todas

as outras.

�' = (�M + �� + ℎ:M ++ℎ:;/ + ℎ:00 + &�C;�)I1,05 (D.6)

ℎN;/: perda de carga na linha principal, em (mca);

ℎ:M : perda na sucção, em (mca);

��: altura de recalque, em (m);

�M: altura de sucção, em (m);

&�C;�: pressão no inicio da linha de derivação, em (mca);

ℎ:00: perdas no cabeçal de controle, em (mca) (informação dada pelo fabricante).

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APÊNDICE E - DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE GERAÇÃO E GRUPO

MOTOBOMBA

Para dimensionar sistemas de bombeamento fotovoltaico são necessárias as

seguintes variáveis: altura manométrica e vazão, além do recurso solar. De posse desses dados

é possível identificar a motobomba mais adequada e a potência necessária para o painel

fotovoltaico.

De posse da vazão e da altura manométrica total, em metros, a energia hídrica

mínima necessária para o bombeamento, �O, é dada, em Wh/dia, pela equação (E.1)

(CRESESB, 2014).

(E.1)

Onde,

g é a aceleração da gravidade (m/s²);

P� é a massa específica da água (1.000 kg/m³);

�' é a altura manométrica total (m);

= é a vazão (m³/dia).

A energia elétrica diária necessária, �QR em Sℎ/���, para o processo de

bombeamento, em Wh, é obtida entre a eficiência da energia hidráulica e a eficiência do

conjunto motobomba (T), como mostra a equação (E.2) (CRESESB, 2014).

(E.2)

Por fim, a potência do gerador fotovoltaico (&UV), em Wp, é calculada a partir da

equação (E.3), considerando-se o número de horas de sol pleno (HSP em h/dia) médio anual

de irradiação no plano do gerador (CRESESB, 2014).

(E.3)

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O número HSP é a quantidade de horas em que a irradiância deve permanecer

constante e igual a 1 kW/m², de forma que a energia resultante seja equivalente à energia

disponibilizada pelo sol no local em questão, acumulada ao longo de todo o dia

O próximo passo é a escolha dos equipamentos a serem utilizados. O método de

dimensionamento pode ser confirmado através de gráficos fornecidos pelos fabricantes.

Tomando como exemplo o gráfico da Figura E.1 é possível fazer a confirmação, de posse da

vazão em m³/dia e da altura manométrica em metros.

Figura E.1: Exemplo de gráfico fornecido por fabricante para determinação de potência módulo FV

Fonte: Grundfus, 2014.

O dimensionamento da motobomba é feito através do calculo da potência elétrica

demandada pelo sistema, em cv, que pode ser obtida através da equação (E.4) (NEGRISOLI,

1987).

(E.4)

Onde,

TW é o rendimento da bomba;

T' o rendimento do motor;

P� é a massa específica da água (1.000 kg/m³);

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�' é a altura manométrica total (m);

= é a vazão (m³/dia).

Portanto, deve-se escolher uma bomba com valor comercial superior ao calculado.

Tomando como exemplo o gráfico da Figura E.2 é possível confirmar o dimensionamento, de

posse da vazão em m³/dia e da altura manométrica em mca.

Figura E.2: Exemplo de gráfico fornecido por fabricante para determinação de potência do motor-bomba

Fonte: Schneider Electric, 2014

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ANEXO A – CATÁLOGOS TÉCNICOS DOS PRINCIPAIS EQUIPAM ENTOS

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