bombeo solar

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CAPITULO 14

BOMBEO DEAGUA

Escacez mundial de agua potableCreo que muchos de los lectores desconocen la magnitud del problema de la escacez

de agua potable en todo el mundo. Aún asumiendo que no existiera polución en las fuentesde agua potable, el gráfico de la Figura 14.1 muestra que la mayor parte del volumen deagua en este planeta (97,5% del total) es agua salada.

Figura 14.1- Recursos mundiales de agua

2

1

34

5

6

7

1-Título: Un Mundo Salado

2- Subtítulo: Reservas Globales de Agua Salada y Dulce

4- Aguas subterráneas (Incluye humedad en el suelo y pantanos

5- Glaciares y Nieves Permanentes

6- Agua Dulce: 2,5%

3- En Lagos y Ríos

7- Aguas Saladas: 97,5%

Traducción

158 CAPITULO 14- BOMBEO DE AGUA SOLAR

Sistemas debombeo solar

El volumen de agua potable representa sólo un 2,5% del total. De estacantidad, el 68,9% es en forma de hielo en los polos, o nieves permanentes en lasaltas cumbres. Un 30.5% se encuentra bajo tierra, en forma de napas (ríossubterráneos), como humedad en el terreno, o como pantanos líquidos o congelados(permafrost). El volumen de agua “fácil de utilizar” (lagos y ríos) es el menor detodos, ya que representa el 0,3% del total de agua potable.

MENOS DEL 1% DEL VOLUMEN TOTAL DE AGUA EN EL PLANETAES POTABLE

Si a estos números substraemos el volumen que es inusable debido a lapolución, y tomamos en cuenta el aumento exponencial de la población mundial,no es difícil entender porqué los expertos hablan de una crisis mundial hacia el2030.

Factores adicionales, como la ineficiencia de los métodos de riego para lasexplotaciones agrícolas, la desforestación, la falta de conciencia de los usuarios queposeen servicios de aguas corrientes, y los cambios climatéricos, contribuyen adisminuir sensiblemente el volumen de las napas subterráneas. Nuevos pozos debenperforarse a mayor profundidad, elevando el costo de los sistemas de bombeo,independientemente del tipo que se use.

Un tema del que se habla poco en este momento es la adquisición, por partede consorcios internacionales, de fuentes de agua potable no contaminadas endiversos países. La ambición de estos gigantes es convertirse en vendedores casiexclusivos de un elemento tan vital para la vida en este planeta. Algunos expertosvisualizan guerras (militares o económicas) entre países que comparten una fuentede agua potable. Este es el caso en ríos que atraviesan varios países entre su lugar denacimiento y su desembocadura (el Nilo en Africa) o lagos compartidos por dos (omás países), como los grandes lagos en la frontera entre EEUU y el Canadá.

El agotamiento parcial o total de las napas subterráneas es un problemapreponderante en el presente.

Ventajas:☺ No dependen de la existencia de una red distribuidora de energía eléctrica

para ser puestos en funcionamiento.☺ No dependen de generadores eléctricos portátiles que consumen

combustibles que poluten el ambiente, o son caros o difíciles de obtener.☺ Su diseño es simple, ya que no requieren un banco de baterías (uso

diurno).☺ Sistemas de bombeo para profundidades moderadas pueden ser

acarreados entre locaciones.☺ Las bombas modernas pueden operar a grandes profundidades y son

más durables y eficientes.☺ En muchos lugares los vientos que hacen funcionar el típico bombeador

a viento, cesan durante el verano, cuando la radiación solar alanza sumáximo.

159CAPITULO 14 - BOMBEO DE AGUA SOLAR

Rentabilidad

Leyesfísicas

Pérdidas

Desventajas:L El volumen extraído por hora es menor que el de una bomba de varios

HP. El criterio de diseño para un equipo de bombeo solar sólo considerael volumen diario requerido, como se verá más adelante.

L El costo inicial del sistema es alto, debido al costo de los paneles. Sinembargo, la sencillez del mismo y la duración de las nuevas bombas,permiten la amortización del costo de un sistema solar en tiemposrelativamente cortos.

L Necesita un tanque de acumulación para compensar por los días conradiación solar baja o nula.

Respecto a este tema se puede usar un argumento de contenido extrictamentehumano y justificar el costo de un sistema solar de bombeo como despreciablefrente al costo de no tener agua para sobrevivir.

Si este argumento no es válido (explotación industrial) la rentabilidad dependede factores que son característicos del lugar en donde el sistema de bombeo solarserá instalado. Por ejemplo, ¿El nuevo sistema es el único que se utilizará, ocomplementará a otro en uso? ¿Existe más de un pozo perforado? ¿El sistema enuso comienza a tener serios problemas de mantenimiento? ¿Ha aumentado el costoo la dificultad de conseguir combustibles para el generador eléctrico auxiliar quealimenta las (la) bombas ya instaladas? Etc, etc.

Estudios realizados años atrás por el Sandia National Laboratory de los EEUUmuestran que cuando la potencia instalada oscila entre un mínimo de 100 y unmáximo de 700W, el sistema solar resulta económicamente viable.

No existe duda alguna que en el futuro los combustibles derivados del petróleopermanecerán con costo altos y sin estabilidad de precios. Este factor esextremadamente importante si se tiene en cuenta que un sistema de bombeo solartiene una vida útil de unos 20 años. La reparación o el mantenimiento preventivo demotores de menor tamaño (sistemas solares) son más factibles de ser hechos en ellugar de utilización, ahorrándose el costo de transporte.

El bombeo de un líquido entre dos elevaciones, profundidad de extracción yboca de salida (o entrada al tanque de reserva), necesita de una energía mecánicaigual al trabajo (fuerza x distancia) que debe realizarse para elevar el peso de unvolumen de ese líquido (agua en nuestro caso) entre la altura de extracción y la decolección. Si recordamos que la potencia mecánica está dada por el cociente entreel trabajo y el tiempo en que éste toma lugar, es fácil comprender que si queremosmantener el valor de la potencia al mínimo, para una dada diferencia de altura,debemos extraer solamente el volumen diario que satisfaga la necesidad de uso,más un porciento de reserva, para compensar los días sin sol.

El valor de la potencia eléctrica (número y tipo de paneles FVs) deberá sertal que satisfaga el de la potencia mecánica, más el de las pérdidas mecánicas yeléctricas del sistema.

Las mayores pérdidas mecánicas se encuentran en la fricción del agua dentrode la cañería. Estas dependen, a su vez, de la velocidad de extracción (volumen/unidad de tiempo), la longitud de la cañería, el material con el que está construida(metal o plástico), así como el número de “codos” (deflexiones a 90 o 45°).


Bomba sumergible

Cisterna

Pe

Pd

Cañería

Puntodesucción

Hc

Di

Nivel estático del espejo de agua

Nivel dinámico del espejo de agua

Dh

Las pérdidas eléctricas están asociadas con las pérdidas de calor en losconductores que alimentan la bomba. Cuando este valor se incrementa, suelerecurrirse, como en los sistemas FVs domésticos, a la elevación del voltaje de CC oa su transformación a un voltaje de CA de mayor valor que los de CC.

Para poder entender las especificaciones técnicas, así como el uso apropiadode un modelo de bomba, debe entenderse los parámetros básicos que definen unsistema de bombeo. Recurriré para este propósito a la Figura 14.2.

Figura 14.2- Definición de parámetrosHc: Altura de cisterna Dh: Distancia horizontalPe: Profundidad estática Pd: Profundidad dinámica

Di: Distancia de inmersión

Para llevar a cabo un diseño, se necesita calcular el valor de la alturadinámica (Ad) del sistema a instalarse. Este valor representa la suma de todos losvalores que deben ser tenidos en cuenta cuando la bomba está en actividad, a fin dedeterminar la potencia a instalarse.

Uno de ellos es la produndidad dinámica del pozo (Pd). Este valor es siempresuperior al del valor estático (Pe), ya que el espejo de agua se hace más profundo alextraerse el agua. Dependiendo del caudal de la napa, y la velocidad de extracción,esta variación puede ser despreciable o apreciable.

Otra componente en el cálculo de la altura dinámica es la distancia entre elnivel dinámico y el punto de succión (Di) de la bomba. Esta altura ayuda a cargar labomba, de manera que en la suma toma un valor negativo.

La altura de cisterna (Hc) incrementa el valor total. Las pérdidas por fricciónen la cañería, a fin de reducir todos los valores a una unidad común, se dan comouna “altura equivalente” (Hequiv). Las Tablas al final de este capítulo proporcionanalgunos de estos valores. La “altura equivalente” para los codos, si se usan, dependendel ángulo y de su diámetro. La distancia horizontal (Dh), de existir, debe considerarsesólo para calcular las pérdidas por fricción, pero no contribuye, siendo horizontal, aincrementar el valor de la Ad.

Terminología


Se tiene entonces que:

Altura dinámica (Ad) = Hc + Pd - Di + Hequiv

El valor para Di suele ser despreciable, comparado con los restantes.

La terminología en inglés para el valor Ad es (total dynamic head) y para Hequiv(friction head). La palabra head (cabeza) debe ser interpretada como altura. Estole facilitará la lectura de gráficos incorporados en este capítulo o en especificacionesque lea en la internet.Bombas Centrífugas

Estas bombas son útiles cuando la Ad tiene bajos valores, y por ello se lasutilizan para extraer agua de ríos, arroyos o lagos. Incrementos substanciales en elvalor de la Ad requieren valores muy elevados para la potencia a instalarse (verFigura 14.4). Algunos modelos son flotantes, mientras que otros operan en lasuperficie (orilla).

A no ser que estén diseñadas especialmente (auto-cebantes), estas bombasnecesitan ser “cebadas”, es decir que se necesita mantener una columna continuade agua entre la toma y la boca de entrada. La Figura 14.3a muestra una bomba deeste tipo fabricada por CONERGY™ bajo la marca SunCentric®.

Nota:

Tipos debombas

Figura 14.3a- Bomba centríguga

La Figura 14.3b muestra el diseño típico de una bomba de este tipo, asícomo su montaje. Un motor eléctrico hace girar, a alta velocidad, un sistema depaletas, las que, al rotar dentro de una cavidad cerrada, “expulsan el agua” hacia lasalida. Para aumentar el volumen de expulsión, las paletas tienen forma en espiral,forzando al agua a ir hacia el borde exterior, donde la velocidad alcanza su mayorvalor. Si se usa una cisterna de acumulación ésta no podrá ser muy alta.

Figura 14.3b- Diseño y montaje de una bomba centrífuga típica


La Figura 14.4 muestra la relación entre la altura dinámica máxima (Ad) yel caudal a extraerse para varios modelos de la marca SunCentric™ . La tablainsertada en el gráfico, relaciona cada una de ellas con el valor de la potencia mínimaa instalarse.Observe que las curvas de rendimiento, para cualquier tipo de bomba, tienen tresvariables: Ad, caudal y potencia a instalarse. Para simplificar la presentación, lapotencia se especifica, a veces, como parámetro fijo (1, 2 ,4 paneles, etc.) o comofunción de las otras dos variables.

Nota:

Figura 14.4- Rendimiento de una bomba centrífugaEjemplo

Si asumimos que Ad tiene un valor de 5m, y que el caudal a extraerse es de40 L/min, la Figura 14.4 muestra que estas dos variables (punto de intersección)sólo puede ser satisfecho por la curva No 20, lo que implica que la potencia FV ainstalarse no puede ser inferior a los 205W.Bombas de desplazamiento positivoA diafragma

Estas bombas desplazan, dentro de la cañería de extracción, un volumen deagua igual al succionado de la napa. El movimiento de extracción abre la válvula deentrada a la primera cámara de retensión. Con la siguiente succión, el nuevo volumenfuerza al precedente hacia arriba, abriendo la válvula de salida. Estas bombas tienenun mínimo de tres cavidades, a fin de que la primera soporte sólo la diferencia depresión con la siguiente. La repetición de este proceso llena el largo de la cañeríaque conecta la bomba con la salida. A partir de ese momento se alcanza el estado deequilibrio, y la bomba proveerá un caudal constante, igual al de extracción.

Litros por minuto

Ad

en m

etro

s


El mecanismo traditional para la succión es un diafragma elástico, el quecambia su forma de cóncavo a convexo, con la acción del motor. La Figura 14.5muestra tres modelos de la serie SD de la compañía Kyocera®, los que usan estediseño.

Figura 14.5- Bombas a diafragma

La Figura 14.6a, b y c dá la relación entre Ad, caudal y potencia a instalarsepara cada uno de los modelos ilustrados (SD 12-30, SD 6-35 y SD 3-70).

Figura 14.6a- Ad, caudal y potencia instalada


Este tipo de bomba es más económico que las de tornillo en espiral, peronecesitan de un mayor mantenimiento. El diafragma así como las escobillas(carbones) del motor, debe ser reemplazado a intervalos recomendados por elfabricante. Debe cuidarse que el filtro de entrada no se tape cuando se detecta lapresencia de arena en el fondo del pozo. Para algunos modelos optar por un filtroexterior significa agrandar el diámetro del pozo de 4 a 5” de diámetro.

Figura 14.6b- Ad, caudal y potencia instalada

Figura 14.6c- Ad, caudal y potencia instalada


A tornillo helicoidalLas bombas de desplazamiento positivo más modernas han reemplazado al

diafragma con tornillos helicoidales (tornillos de Arquímedes). El desplazamientoes continuo y no necesitan válvulas, ya que el volumen atrapado en cada vuelta de laespiral no puede escapar debido al hermetismo de su cierre con la sección deextracción. Este diseño permite la extraccción de agua aún en la posición horizontal.

La Figura 14.7 ilustra un modelo de la marca Lorentz™, el PS200 Mini, elque bombea hasta 50m de profundidad. El modelo de mayor alcance llega a bombearen pozos de hasta 230m de profundidad.

Estas bombas son más caras que las anteriores pero necesitan un menormantenimiento e incorporan otros adelantos, los que son descriptos en la secciónAvances tecnológicos, que las hacen más eficientes que las bombas a diafragma.

Figura 14.7- Bomba con tornillo en espiral con control electrónico

La Figuras 14.8a y b muestran las curvas de rendimiento para esta bombacuando se usan paneles FVs con voltajes nominales de salida entre 24 y 48 V, enlugar de baterías.


Figura 14.8- Tablas de rendimiento (Lorentz PS200 Mini)


Bombas pump JackEsta es una bomba volumétrica, conocida en algunos países latinos como

“burro de bombeo”. Se la vé en campos petrolíferos, donde se las utilizan para sacarpetróleo de napas relativamente profundas. El mecanismo de bombeo consiste devarias secciones de barras plásticas pulidas (menor peso y fricción contra laempaquetadura superior) las que son unidas hasta alcanzar un pistón que operadentro de un cilindro sumergido dentro de la napa.

La acción de un mecanismo oscilatorio vertical, accionado por un motoreléctrico, permite un amplio desplazamiento del pistón dentro del cilindro. Dosválvulas, ubicadas dentro del mismo, permiten la entrada y salida del agua extraídade la napa, la que es forzada a ascender por la cañería conectada a la salida delcilindro. La Figura 14.9 ilustra este tipo de bomba.

Figura 14.9- Bomba pump Jack (Burro de bombeo)

La ilustración de la Figura 14.9 puede diferir, mecánicamente, de la versiónofrecida por un determinado fabricante, pero no el diseño básico. Para este tipo debomba el caudal a extraerse depende de la “cilindrada” elegida (diámetro del cilindroy recorrido del pistón). Se las utilizan para bombear agua a grandes profundidadespero están sufriendo la competencia de las bombas con tornillos helicoidales lasque ahora llegan a bombear desde los 230m. La Figura 14.10 ilustra la relación Advs. caudal para dos modelos Solar Jacks®, el SJ-24-47-JA (curva A) y el SJ-36-47-JA (curva B).


Figura 14.10- Rendimiento a gran profundidadDiámetro del pozo

El diámetro a perforarse incide en el costo de perforación. Muchas de lasbombas solares pueden usar un pozo de 4” (10cm) de diámetro. Para evitar elderrumbe, la perforación requiere un encamisado metálico.

El diámetro del pozo para algunos modelos con tornillos helicoidales es de5” (12,5cm). Otros modelos requieren este diámetro cuando se adopta el uso de unamalla de filtro exterior. La bomba tipo Pump Jack requiere diámetros más grandesdebido a las dimensiones del cilindro de extracción.

A

B


La cupla de arranque en un motor de CC con escobillas depende del valor dela corriente que circula por el mismo, la que, a su vez, depende del voltaje de entrada.Al comenzar el día, el voltaje proporcionado por los paneles solares limita el valorde la corriente de arranque.

Para compensar este problema se usa un controlador. Este aparato es unconversor de CC a CC. Como las pérdidas internas en el controlador son muy bajasrespecto a la potencia que manejan, los valores para las potencias de entrada ysalida son prácticamente iguales.

Al comenzar el día el controlador ofrece un bajo valor de resistencia interna(menor caída de voltaje), permitiendo incrementar el valor de la corriente a la salida.La cupla de arranque se incrementa y el motor comienza a girar lentamente hastaque los paneles incrementan el voltaje de salida (mayor radiación solar). Cuando elmotor recibe el voltaje nominal de trabajo, el controlador cesa de funcionar. Estosmotores de CC usan imanes permanentes en el estator, eliminándose la necesidadde alimentar un bobinado additional (mínimo valor de corriente).

Debido a su menor costo inicial, la mayoría de las bombas de desplazamientopositivo utilizadas en la actualidad usan el movimiento de un diafragma parasuccionar el agua, el que debe ser reemplazado, dependiendo del uso, entre 1 y 5años. Uno de los avances tecnológicos ha sido el reemplazo del diafragma portornillos helicoidales, lo que extiende considerablemente la vida útil de la bomba.El otro es la intruducción de un nuevo motor eléctrico, el que tiene mayor durabilidady eficiencia (menor consumo). A este tipo de motor se lo conoce como motor de CCsin escobillas (carbones). En inglés, DC brushless motor.

El tipo de motor usado en bombas a diafragma tiene un imán permanente enel estator y bobinados en el rotor. Para conectar estos bobinados al voltaje exterior,el motor usa un conmutador mecánico, el que gira concéntrico con el rotor. Losextremos de estos bobinados terminan en delgas (secciones metálicas aisladas entresí que rodean el cilindro del conmutador). El voltaje a aplicar a un determinadobobinado establece contacto con las respectivas delgas, en forma secuencial, usandoun par de escobillas (carbones), los que rozan estas delgas.

La corriente establecida permite iniciar, y mantener, la rotación del eje delrotor. Las escobillas de contacto sufren un desgaste constante, y la conmutación secaracteriza por la generación de arcos eléctricos que se manifiestan al abrirse unbobinado (carga inductiva). Estas chispas generan ruido eléctrico.

En el nuevo diseño la posición del imán permanente y la de los bobinados“están invertidas”, siendo el estator el que tiene los bobinados y el rotor el imánpermanente. La Figura 14.11 ilustra el estator de un motor sin escobilladas de dos(2) fases, usado en un ventilador para computadora. Las dos piezas (N-S) quecomponen el imán permanente del rotor, giran alrededor del estator, y por ello los“dientes” del mismo tienen forma redondeada.

Controladores

Avancestecnológicos

Motor de CCtradicional

Motor de CCsin escobillas


Figura 14.11- Estator de un motor de CC sin carbones de 2 fases

Los bobinados del estator reciben, secuencialmente, su voltaje a través deFETs de potencia, los que actúan como llaves entre el voltaje externo y el bobinadocorrespondiente. La secuencia es determinada por un microprocesador, el que usasensores del tipo Hall, ubicados en el estator, para establecer, en todo momento, laposición del rotor respecto a los bobinados fijos.

Para el motor de 2 fases se usan 3 sensores, cada uno proveyendo un voltajede control (1 ó 0), el que varía cuando el imán del rotor pasa frente al sensor. Elmicroprocesador genera tres voltajes de control, desfasados entre sí, los que en undeterminado momento, toman uno de tres valores digitales: 1, 0 ó -1.

Las seis señales (tres voltajes posicionales y tres voltajes de activación),permiten generar un código digital. Un decodificador usa esta información paramandar una señal a la gate de uno de los FETs, activando una de las bobinas delestator. Esto asegura que el bobinado energizado es el que corresponde a la posiciónrelativa entre el campo magnético del rotor y el bobinado próximo a su paso.

Cuando se quiere un mayor control para la velocidad de rotación el númerode bobinados aumenta. Esto fuerza el aumento del número de imanes en el rotor.Para un motor de 4 fases se tienen 6 bobinados en el estator y dos imanes en el rotor.

Un motor sin carbones:

� Puede girar a mayor velocidad que el modelo con escobillas, y ser mássilencioso.

� No produce chispas (ruido eléctrico).� Trabaja a más baja temperatura, ya que el estator puede ser montado sobre

un “heat sink” (disipador de calor).� Puede variar la velocidad de rotación variando el tiempo de conducción

(variación del ancho de pulso que activa la gate), en lugar de la magnituddel voltaje aplicado.

� Permite optimizar el desfasaje entre el voltaje y el campo magnético,obteniéndose un arranque más fácil y una rotación de menor consumo.

Motor de CCsin escobillas


Otros avances en el diseño de las bombas están relacionado con el grado detolerancia que las bombas sumergibles tienen con respecto a la presencia de arenaen el fondo del pozo y con la posibilidad de funcionar, sin dañarse, cuando el nivelde la napa baja bruscamente, dejando la bomba fuera del agua.

Si la bomba puede dañarse al quedar sin agua, el fabricante ofrece un detector queapaga a la misma cuando el nivel dinámico del pozo alcanza el máximo permisible.

En esta sección doy una idea de los pasos que se requieren al diseñarse unbombeador de agua solar. El proceso fuerza al diseñador a una serie de estimacionesque superan, en número, a las que se necesitan al diseñar un sistema FV. Tomemoscomo ejemplo el de la perforación.

Este paso del diseño es el más difícil, pues aún cuando se pueda tener accesoa un estudio hidrológico de la zona, sólo se puede tener una idea del área que tienela mayor posibilidad de tener una napa abundante y no muy profunda. La mejor guíasuele ser la empresa o persona que ha perforado otros pozos en la zona, los quepodrán dar, asimismo, la mejor aproximación respecto a la capacidad de la napas.La mayor contradicción se presenta cuando se va a comenzar la perforación, yaque quien haga este trabajo necesita saber que diámetro debe tener el pozo. Estedato depende del modelo a elegirse, el que, a su vez, depende de la profundidaddinámica que va a tener el pozo y del consumo diario.

Esto significa que el diseñador debe buscar la mejor información posiblepara la profundidad del pozo y seguir los pasos que enumero a continuación paradeterminar, con la mayor certeza, el modelo de bomba a instalarse.

Para llegar a este valor se recurre a tablas de consumo promedio, como laque incorporo a continuación.

TABLA DE CONSUMO PROMEDIOActividades humanas

Tipo de Consumo Litros por día Litros por minuto Litros por vez

Persona: 284Baño de ducha (sin restrictor de salida): 11,5 a 19Manguera de ½” abierta: 13.0Manguera de ¾” abierta: 19.0Excusado: 12 -18Lavatorio (llenado): 6 - 8Regar unos 5mm un predio 610de 10m2 con cesped

Nota:

Pasosdel

diseño

Perforación

Caudaldiario


TABLA DE CONSUMO PROMEDIOAnimales de granja

Tipo Litros por día Tipo Litros por díaCaballo: 45 Cabra: 8Bobino: 45 Oveja: 8Vaca lechera: 133 Chancho (puerco): 15Burro: 23 Cada 100 pollos: 15

TABLA DE CONSUMO PROMEDIOCultivos

Tipo M3/hectárea Tipo M3/hectárea (1 M3 = 1,000 ltrs)

Arroz 100 Cereales 45Caña de azúcar 66 Algodón 55

Frutales: 150 Lts por árbol/día

Notas:

Selecciónde la

bomba

El número de litros/día requeridos por persona dado en la tabla toma enconsideración todo tipo de uso, como agua para hygiene personal, sanitarios, etc.Cuando una casa no posee un sistema de aguas corrientes, esta cantidad se reduceapreciablemente.Los valores dados para los animales varían cuando la temperatura ambiente eselevada

Asumo que con la ayuda de las tablas Ud ha determinado el valor del caudaldiario. A este valor deberá agregarle un caudal de reserva, el que le permitirá teneragua en reserva durante los días sin sol.

Siguiendo un razonamiento similar al del cálculo de la batería de reservapara un sistema FV, el caudal de reserva estará dado por el producto de los días sinsol (más uno) por el caudal diario estimado. La porción diaria que Ud deberáadicionar depende de la cantidad de días de “reposición” que puede permitirse. Unaguía es aceptar entre 5 y 6 veces el número de días promedio sin sol. El caudal dereserva, dividido por este número de días, le dará una mejor aproximación para elcaudal diario a bombearse.

La selección del modelo de bomba necesita la mejor aproximación para elvalor de la altura dinámica. Ya ha estimado el valor de la del pozo. La otra componentees la altura de la cisterna de reserva. El uso que se le dará a esta agua determina laaltura de la misma. Por ejemplo, si el agua sólo se destinará a llenar los bebederospara los bobinos, la necesidad de presurización es mínima y una altura de unos 5metros es más que suficiente, sobre todo si el caño de salida tiene un amplio diámetro.

Si, en cambio, el agua va a ser usada en un sistema doméstico básico, sinlavadores de platos o ropa del tipo automático, los que requieren alta presión delínea, un valor de 18 psi (vea el Apéndice 3) es suficiente. Para obtener este valor senecesita una altura 2,307 veces mayor (en pies) o 41,5’ (~13m). La altura del aguadentro de la cisterna contribuirá a compensar las pérdidas de fricción.

Por último, desconocemos las pérdidas por fricción. Sin embargo, podemoshacer una primera selección de modelo asignando un valor para la alturaequivalente del 5% de la altura estimada entre el espejo de agua y el punto dedescarga a la cisterna.


Recién ahora Ud podrá efectuar la selección del modelo y, consecuentemente,el diámetro requerido para el pozo.

Cuando éste funcione Ud tendrá una mejor idea del valor de su alturadinámica y rendimiento. Este es el momento de decidir la posición y altura de lacisterna y reveer el valor de la altura equivalente que asumió. En la práctica, alelegir el modelo de bomba el fabricante determina el tipo de salida, en general de½”, y recomienda el tipo de tubería (PVC).

Para facilitarle el cálculo de la altura equivalente he incluido varias tablas,las que dan valores para cañerías de plástico (de cualquier tipo) o de metal.

Antes de instalar la cañería que une la salida del pozo con la cisterna, verifique siel fabricante pide el uso de una válvula unidirectional a la salida. Este requerimientosuele ser necesario cuando la altura entre estos dos puntos es substantial, la querepresenta un alto valor de presión estática cuando la bomba permanence inactiva,pudiendo dañar las empaquetaduras.

Los valores de “altura equivalente” (Aequiv) están dados en función del caudalque circulará por la cañerías, y su diámetro en pulgadas, y están dados en pies porcada 100’ de longitud (30,4m). Si se adicionan todas las alturas equivalentes en piesy luego se convierte el valor final a metros, creo que se simplifica el problema. Lastablas, debido a su origen (EEUU) dan los caudales en galones (1G = 3,7854 ltrs ~ 4ltrs/G).

En mi búsqueda he verificado que existen diferentes valores de altura equivalentepara el mismo caudal y material, de manera que no se extrañe que los valoresdados difieran de otros que Ud pueda conseguir.

VALORES DE AequivPlástico

pies por cada 30,4m de longitudDiámetro interior del tubo plástico en pulgadas

Galones/ Lts/ 1/2 3/4 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ min min

2 7,57 3,54 0,90 0,28 0,07 0,03 *4 15,14 12,79 3,26 1,01 0,26 0,13 0,04 *6 22,71 27,10 6,90 2,13 0,56 0,27 0,08 0,038 30,28 46,17 11,75 3,63 0,96 0,45 0,13 0,06

10 37,85 69,80 17,77 5,49 1,45 0,68 0,20 0,09 12 45,42 97,84 24,90 7,69 2,03 0,96 0,28 0,12 15 56,78 ** 37,65 11,63 3,06 1,45 0,43 0,18 20 75,71 ** 64,14 19,81 5,22 2,46 0,73 0,31 25 94,63 ** ** 29,95 7,89 3,73 1,10 0,47

1’ = 0,3040m. 1 galón = 3,7854lts

Verificación

Alturasequivalentes

Nota:

Nota:


VALORES DE AequivMetal (acero o hierro)

pies por cada 30,4m de longitudDiámetro interior del tubo metálico en pulgadas

Galones/ Lts/ 1/2 3/4 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ min min 2 7,57 7,51 1,91 0,59 0,16 0,07 0,02 * 4 15,14 27,10 6,90 2,13 0,56 0,27 0,08 0,03 6 22,71 57,43 14,62 4,52 1,19 0,56 0,17 0,07 8 30,28 97,84 24,90 7,69 2,03 0,96 0,28 0,12

10 37,85 147,91 37,65 11,63 3,06 1,45 0,43 0,18 12 45,42 207,32 52,77 16,30 4,29 2,03 0,60 0,25 15 56,78 ** 79,77 24,64 6,49 3,07 0,91 0,38 20 75,71 ** 135,91 41,99 11,06 5,22 1,55 0,65 25 94,63 ** ** 63,47 16,71 7,89 2,34 0,99

Para todas las tablas:Valores en verde: valores recomendados para ese caudal* Excesivo diámetro para el caudal (Pérdida negligible)** Excesivo caudal para el diámetro en consideración

VALORES DE Aequiv en piesCodos, uniones, etc

Tipo Aequiv (pies) para un diámetro nominalde terminal 1/2 3/4 1 1 ¼ 1 ½ 2Codo 90° 1,6 2,1 2,6 3,5 4.0 5,2Codo 45° 0,8 1,1 1,4 1,8 2,2 2,8T (flujo pasante) 1,0 1,4 1,8 2,3 2,7 3,5T (flujo a 90°) 3,1 4,1 5,3 6,9 8,1 10,3Válvula unidir. 5,2 6,9 8,7 11,5 13,4 17,2

Observe que si se desea colocar la cisterna en un lugar que no está en líneacon la salida del pozo, el uso de dos codos de 45° es equivalente a uno de 90°. Laventaja en el uso de los primeros es que acortan la distancia horizontal que debecubrirse para llegar a la altura de vaciado en la cisterna.

Considero que este tema ha sido cubierto con amplitud. La recomendaciónmás importante es el alargue de la duración del día solar, a fin de reducir el caudalpor hora (minuto) a bombearse. Para ello debe contemplar el uso de un seguidorautomático, preferentemente el de dos ejes y de un controlador del tipo MPPT.Estas consideraciones pueden traducirse en un menor número de paneles FVs, comoya se explicó en los capítulos de diseño.

De ser posible, utilice el mayor voltaje permisible, a fin de disminuir laspérdidas por calor en los conectores.

Sistemaeléctrico

bombeo solar

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