2. SISTEMA TÍPICO DE BOMBEO
DE AGUA
NIVEL DE SUELO
TANQUE DE
ALMACENAMIENTOEnergía Eléctrica
NIVEL FREATICO
BOMBA
ALTURA DE
DESCARGA
Profundidad del pozo
3. CARGAS HIDRÁULICAS
CARGA ESTATICA TOTAL = Altura de descarga + Nivel estático.
CARGA DINAMICA TOTAL = Carga estática total + Abatimiento +
Pérdidas por fricción.
“ Camisa” del Pozo
4. UNAM
TÉRMINOS HIDRÁULICOS
CARGA HIDRÁULICA: Es la distancia que se debe de elevar
el agua desde el nivel de abatimiento hasta la altura de descarga.
Se mide en METROS.
CARGA ESTÁTICA: Es la distancia desde el nivel del espejo de agua
(nivel estático) hasta el borde superior del tanque de almacenamiento.
Está dada por la suma del nivel estático con la altura de descarga.
NIVEL ESTÁTICO: Es la distancia desde la superficie al nivel del
espejo de agua.
NIVEL DINÁMICO: Es la distancia desde la superficie al nivel que
adquiere el espejo de agua durante el proceso de bombeo.
NIVEL DE ABATIMIENTO: Es la diferencia de alturas entre el nivel
dinámico y el nivel estático.
ALTURA DE DESCARGA: Es la distancia vertical a la que hay que
subir el agua medida desde el nivel del suelo hasta el borde superior del
tanque de almacenamiento.
5. UNAM
TÉRMINOS HIDRÁULICOS
RÉGIMEN DE BOMBEO: Es la cantidad de agua que la bomba debe de
proporcionar, medido en Litros/hr para satisfacer la demanda diaria de agua.
Ejemplo: Si se requiere de 20,000 Litros por día, y se tiene una bomba que
trabajará solamente 4 hrs al día, entonces el régimen de bombeo exigido
para la bomba es de 20,000/4 = 5,000 L/hr
CAPACIDAD DEL POZO: La cantidad de agua que el pozo es
capaz de suministrar a largo plazo.
Esta se expresa comúnmente en GPM; GPH; LPS; LPH
Factor de Conversión: 1 Galón americano = 3.785 Litros
REQUERIMIENTO DE AGUA: Es el volumen de agua que se requiere
extraer diariamente para satisfacer la demanda.
Se expresa en Litros por Día
6. ALTURA DE SUCCIÓN O ASPIRACIÓN: Término usado en bombas
superficiales. Es la distancia, medida en metros, desde el centro de la
bomba hasta el nivel estático del agua.
TÉRMINOS HIDRÁULICOS
FACTOR DE TIEMPO DE BOMBEO: Se obtiene al dividir
las horas de funcionamiento de la bomba por las horas-pico del
Recurso Solar. Para un sistema de bombeo fotovoltaico directo
este factor vale 1.
AFORO: Es el procedimiento mediante el cuál se cuantifica la
capacidad del pozo o fuente de agua. Este se debe de realizar con un
régimen de bombeo igual al requerido para satisfacer la demanda de
agua. Al mismo tiempo, permite conocer el nivel de abatimiento.
Se recomienda realizarlo en el mes más seco
NIVEL DE DESCENSO: Es la distancia vertical desde el nivel estático
hasta el nivel del agua cuando el pozo esta en producción.
Este valor se determina durante el procedimiento de aforo.
ADEME: Es el diámetro del pozo
7. FACTORES DE CONVERSIÓN HIDRÁULICOS
Ciclo Hidráulico diario o Energía Hidráulica
1 l x m = 367 W-h
1 ft= 0.3048 m; 1 m = 3.281 ft (ft significa píe; m significa m).
Una columnade agua de 1 píe de altura es igual a 0.433 psi
psi significa: libras por pulgada cuadrada
1 psi= 2.31 píes de altura
1 psi= 0.0703 kg/cm2
1 galón US= 3.785 l
Unidad de flujo: galones por minuto (GPM); ó litros por minuto (lPM)
1 GPM = 3.785 lPM
8. El bombeo de agua es clave para la operación del
rancho
Sea confiable.
Sea adecuado a las necesidades de su
Rancho.
Sea de bajo mantenimiento.
Cuya operación requiera poca mano de
obra.
Y cuyo costo sea el menor posible a largo
plazo.
El productor requiere un sistema
de bombeo de agua que:
9. Sistemas de Bombeo Solar
Tipos de bombas UNAM
SISTEMA EÓLICO OPERANDO
SOBRE UNA BOMBA DE CILINDRO
Requiere mantenimiento anual.
Depende del viento para bombear
No es fácil predecir y controlar el
volumen de agua.
SISTEMA DE COMBUSTIÓN INTERNA
OPERANDO A UNA BOMBA
Requiere mantenimiento periódico
Depende de la disponibilidad del
.combustible en el sitio.
El bombeo y control depende del
operador.
TECNOLOGÍAS TRADICIONALES
PARA ZONAS RURALES
10. Comparando Sistemas Solares y
Motobombas
(Estos datos son generales y aproximados.)
Sistema Solar Motobomba
Costo inicial: alto bajo
Combustible: energía solar (gratis) gas/diesel (caro)
Operación: automática manual (costo de mano de obra)
Mantenimiento:
motor
bomba
módulo solar
controlador
bajo
bajo (motor es eléctrico)
bajo
lavar
no
alto
alto mantenimiento
bajo
no tiene
no tiene
Vida útil de componentes:
módulo solar
controlador
bomba/motor
20 años, o más
6-8 años, o más
4-12 años
no tiene
no tiene
2-4 años
Factores que generalmente favorecen los sistemas solares.
Factor que generalmente favorece las motobombas.
Centro de Investigación
en Energía- U.N.A M.
11. UNAM
COMPONENTES PRINCIPALES EN UN SISTEMA
DE BOMBEO DE AGUA FOTOVOLTAICO
TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
ARREGLO
FOTOVOLT.
ACONDICIONADOR
DE ENERGÍA
NIVEL FREATICO
BOMBA
TIERRA FISICA
NIVEL DEL SUELO
INTERRUPTOR
♣ARREGLO FV
♣ESTRUCTURA PARA EL ARREGLO
♣ACONDICIONADOR DE ENERGÍA
♣TIERRA FÍSICA
♣MOTOR ELÉCTRICO
♣BOMBA DE AGUA
♣SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA
♣ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
12. Arreglo
Fotovoltaico
Sistema de Generación
de Energía Eléctrica
Sol
Sistema de Control de Energía
Controlador
de Carga
DC =AC
Sistema de acondicionamiento de
Energía
Inversor
Bomba
Carga
Arreglo
Fotovoltaico
Sol
Bomba
Carga
Sistema de Control de Energía
Controlador
de Carga
Arreglo
Fotovoltaico
Sistema de Generación
de Energía Eléctrica
Sol
Bomba
Carga
UNAM
Sistemas Fotovoltaicos
Diagramas tipicos para Sistemas de
Bombeo
13. Sistemas de Bombeo Solar
Componentes: El arreglo FV
UNAM
Los módulos Fotovoltaicos producen
la energía eléctrica para la bomba
Las características de un módulo
individual típico:
17 Volts (hasta 15 Volts cuando
está a 60ºC)
3 - 5 Amperios
Los módulos se combinan en serie y en
paralelo para dar cualquier voltaje y
potencia que requiere la bomba.
módulo individual
14. UNAM
ESTRUCTURAS: Generalmente pueden ser de dos tipos: fijas o con seguimiento.
Las Estructuras Fijas pueden anclarse al suelo o bien colocarse sobre un poste.
Las Estructuras con seguimiento producen del 20% al 30% más energía que un
sistema fijo.
Estas pueden ser con seguimiento en dos direcciones:
-seguimiento horario diario al Sol a un ángulo fijo.
-seguimiento horario diario y con seguimiento ángular diario al Sol.
COMPONENTES
ATERRIZADO: El aterrizaje del sistema de Bombeo a través de una Tierra Física
proporciona un sistema de seguridad tanto para el sistema como para el personal.
El aterrizaje reduce el ruido para los componentes del sistema y circuitos de control.
Se tiene mejor control de los voltajes picos. Facilita la protección contra sobrecargas.
Las corrientes transitorias inducidas debido a los rayos se desvian a Tierra.
REGLAS DE ATERRIZADO:
-Use varillas metálicas sólidas o electrodos para formar la Tierra Física.
-Interconecte usando alambres o cintas metálicas sólidas.
-Todos los doblajes de tubería deben de tener un mínimo de 20 cm de radio.
-Use protección contra corrientes transitorias de baja impedancia hacia tierra (tubos de
descarga, varistores).
-Evite metales disimilares o recúbralos adecuadamente
15. Sistemas de Bombeo Solar
Componentes: La estructura
UNAM
Hay 2 tipos de estructura para los arreglos:
FIJA y MÓVIL Con rastreador
el sistema produce 20%-30%
más energía eléctrica por día.Estructura fija
Estructura
montada en seguidor (rastreador).
16. ACONDICIONADOR DE ENERGIA Y DESCONECTORES
.
Bombas con motores en CD: En estos casos, el sistema acondicionador de energía es un
CONTROLADOR ELECTRÓNICO.
Su función es mantener trabajando a la bomba en el punto de máxima potencia del
arreglo FV.
Incorpora funciones tales como: encendido y apagado de la bomba, rastreo del punto de
potencia máxima del AFV, apagado por obstrucción de la bomba, o bombeo en seco, o
exceso de agua en el tanque de almacenamiento (función que se logra por medio de
electroniveles tanto en el pozo como enel tanque de almacenamiento).
Pueden ser del tipo: Igualación de Impedancias, protectores, interruptores y arrancadores
INTERRUPTORES O DESCONECTORES: Su función es la de proveer un sistema
de seguridad tanto a la bomba como al usuario y facilitar las labores de mantenimiento.
Debe dimensionarse según las normas eléctricas establecidas.
El acondicionador de energía tiene la función de acoplar el arreglo FV y
el motor eléctrico de la bomba con el objeto de maximizar el
rendimiento de la bomba.
Bombas con motores en CA: Én este caso, el acondicionador de energía funciona
como un INVERSOR CD/CA de alta eficiencia, el cuál permite el funcionamiento de
la bomba aún en casos de baja irradiancia.
17. Sistemas de Bombeo Solar
Componentes: El controlador
UNAM
Acondiciona la energía eléctrica del arreglo solar para maximizar la producción de la bomba.
Para bombas de corriente directa: Optimiza la corriente eléctrica para maximizar el
tiempo de bombeo
Para bombas de corriente alterna:Es un inversor/controlador.
18. Lo recomendable es tener un almacenamiento de agua que puede ser
un tanque elevado o cisterna. La ventaja del tanque elevado es que
proporciona un presión de salida que es de vital importancia si se tiene
sistemas de distribución. En el caso de cisternas, el agua sólo puede ser
usada en dicho sitio con aplicaciones tales como abrevaderos
El volumen del tanque elevado o cisterna debe de garantizar cierta
autonomía, definida ésta como el tiempo en que el sistema de bombeo
estará fuera de operación por razones de nublados cerrados , o bien, en
el caso de mantenimiento del sistema.
AUTONOMÍA: Las condiciones locales del clima y uso de agua definen el
tamaño óptimo de la reserva de agua. Se considera adecuada una reserva
de 3 días (demanda diaria multiplicada por 3).
19. UNAM
MOTORES
Corriente Directa sin Escobillas:
Son eficientes y no requieren mantenimiento. Su desventaja es que requieren
un controlador electrónico muy complejo y muy caro.
Los motores usados en Sistemas de Bombeo Fotovoltaico son diseñados
especialmente para que su eficiencia se mantenga constante aún cuando
las condiciones de corriente y voltaje cambien durante el día.
Existen tres tipos de motores usados en Sistemas de Bombeo Fotovoltaico:
Corriente Directa con Escobillas (carbones):
Es sencillo y eficiente en aplicaciones pequeñas y no necesita circuitos
complejos de control. Su desventaja radica en que hay que cambiar
frecuentemente las escobillas, lo que resulta muy inconveniente en bombas
sumergibles
Corriente Alterna: Gran variedad de motores para todo tipo de carga con un costo
inferior a los de Corriente Directa. Son menos eficientes que los de CD. Requieren
de un Inversor con lo que se incrementa el precio del sistema y el riesgo de
descompostura.
20. UNAM
TIPOS DE MOTORES EN SISTEMAS
DE BOMBEO
MOTORES EN C.D. MOTORES EN A.C.
Motores con carbones
Requieren reemplazo regular de los
......carbones y limpieza.
Mantenimiento regular en baleros.
El desempeño depende del
acoplamiento .....entre motor y f.e.m. (arreglo
FV).
No es aplicable a mas de 30 m de
.....profundidad.
Motores sin carbones
Rodamientos pueden necesitar
reemplazo ......periódico.
Necesita un circuito electrónico para la
.....conmutación.
No es aplicable a mas de 90 m de
.....profundidad.
Pueden ser de una, dos, o tres fases.
Pueden requerir
mantenimiento ......periódico en los
baleros.
Pueden ser sumergidos a mas
de ......90 m de profundidad.
Disponibilidad con y sin carbones.
Aplicados en SFV,
requieren .......inversor CD/CA
21. UNAMLas bombas son diseñadas para uso Exclusivo
de sistemas solares (fotovoltáicos)
La Bomba trabaja solo cuando hay energía solar, 6 a 10 horas por día.
Por consecuencia la bomba de sistemas FV puede ser más pequeña que una moto-
bomba.
Por lo general es común usar bombas centrífugas y bombas de desplazamiento
positivo.
La Bomba
23. BOMBAS CENTRÍFUGAS
Son muy comunes.
Pueden tolerar aguas sucias con sólidos
disueltos.
Usan el agua misma como lubricante.
Cargas dinámicas variables y grandes, a través
de pasos múltiples de bombeo.
Se les encuentra tanto para superficie como
para profundidad.
Las superficiales son de fácil mantenimiento y
reparación.
Repuestos de fácil adquisición.
Tienen una eficiencia pequeña con
respecto a la velocidad del impulsor.
.Se dañan cuando operan en seco.
Las sumergibles se necesitan sacar del
pozo para su servicio de
mantenimiento.
Las corazas se corren cuando la calidad
del agua es corrosiva.
En medios abrasivos los impulsores se
desgastan reduciendose la eficiencia
de bombeo.
Las superficiales tienen limitada la
succión, necesitan “purgarse” y
pueden congelarse con las heladas.
VENTAJAS. DESVENTAJAS
UNAM
Tipos de Bombas
Sistemas de Bombeo Solar
25. BOMBAS DE DIAFRAGMA
La acción de bombeo es muy eficiente
en un amplio rango para la velocidad del
motor.
Puede tolerar sedimentos.
Su diseño permite mantenimientos
sencillos con herramientas manuales.
Su tamaño pequeño y ligero peso
permiten su fácil remoción del pozo.
Hay modelos tanto para superficie como
para profundidad. En ambos casos
puede ser usadas en aplicaciones
temporales.
El diafragma requiere de reemplazos
periódicos.
Muchos diseños usan motores con
carbones por lo que su reemplazo debe
ser periódico.
Los sellos de las corazas tiene límites
de profundidad.
Estan diseñadas para cargas dinámicas
moderadas (menos de 30 m).
Algunos modelos no se pueden
reconstruir.
VENTAJAS DESVENTAJAS
UNAM
Tipos de bombas
Sistemas de Bombeo Solar
27. BOMBAS DE CILINDRO
Son eficientes en un amplio rango de
velocidad motor o propela.
Pueden extraer agua a grandes
profundidades.
Tecnología muy simple y disponible.
En algunos modelos la producción
puede controlarse ajustando el pistón
Requiere de cambios periódicos en los
sellos del pistón.
No tolera arena ni sedimentos.
La eficiencia decrece con el
envejecimiento de los sellos del pistón.
Es necesario extraer el cilindro y el
pistón para el servicio de
mantenimiento.
VENTAJAS DESVENTAJAS
UNAM
Tipos de Bombas
Sistemas de Bombeo Solar
34. SISTEMAS DE BOMBEO PEQUEÑOS
Tamaño del arreglo FV: del orden de 160
W-p; de 1 a 4 módulos.
CARACTERÍSTICAS:
-Se requiere mantenimiento regular.
-Producción típica: 1000- 5000 LPD.
-Con control automático se regula el
volumen diario.
-Ideales para un solo sitio.
-Sistemas portátiles.
SISTEMAS DE BOMBEO MEDIANOS Y
GRANDES.
Tamaño del arreglo FV mayor de 200 W-p;
desde 4 módulos.
CARACTERÍSTICAS:
-Requieren mínimo mantenimiento.
-producen mas de 4000 LPD.
-Puede dar servicio a sitios múltiples.
-Con control automático se regula la producción
a los sitios de consumo.
Los sistemas pueden ser portátiles.
EJEMPLOS DE APLICACIONES DE BOMBEO
FOTOVOLTAICO EN ZONAS RURALES
UNAM
35. Estimación de sistemas de bombeo FV.
UNAM
Información necesaria:
La recopilación de datos es
fundamental para el diseño .
Uno de los factores que propician el
mal desempeño de un SBFV es la
falta de información o datos
específicos necesarios para el
dimensionamiento del sistema.
Mala Información produce mal
desempeño del sistema de Bombeo.
DATOS IMPORTANTES:
Ubicación, Acceso.
Fuente de Agua: , Pozo, Arroyo
Profundidad, Nivel estático
Abatimiento
Capacidad de Almacenamiento.
Altura de Descarga
Carga dinámica total
Demanda de Agua por día
Rendimiento de la fuente.
36. CONSIDERE UN SISTEMA
DE ENERGIA SOLAR
Abastecimiento de Agua para
consumo Humano y Animal
Distancia de la
red Eléctrica
Dotación
Hidráulica
Insolación
Promedio
diaria
CONSIDERE UN SISTEMA
CONVENCIONAL DE ENERGIA
Más de 0.5 KmMenos de 0.5 Km
Más de 3 Hrs-p
Más de 1500 m4
Menos de 3 Hrs-p
Menos de 1500 m4
