Bomba Solar - Tudo para Bombeamento de Água

A bomba solar é uma bomba de água com alimentação proveniente de energia solar fotovoltaica. A bomba de água pode ser ligada diretamente ao sistema fotovoltaico, ou ter a intermediação de um drive de controle. Neste texto será possível conhecer mais sobre esta tecnologia que vem sendo largamente utilizada devido a sua economia e confiabilidade.



Introdução

A importância da água engloba a disponibilidade e maneiras de preservação desse recurso tão importante para a vida dos seres vivos. A água está presente na estrutura corporal dos seres humanos, ocupa mais da metade de todo o Planeta Terra e é o principal meio de vida de animais, vegetais e humanos.

A água é o elemento base para a fabricação de diversos produtos e em alguns casos na área industrial, o volume de água utilizado chega ser maior que o volume de bens produzidos.

Na agricultura, por exemplo, a água é imprescindível para o abastecimento mundial de alimentos, sendo que no Brasil 72% da água potável disponível é usada na agricultura e pecuária.  O agronegócio é responsável por um quinto do PIB brasileiro, o que mantém a tradição da agricultura brasileira ser um setor que continuamente cresce mesmo em períodos de recessão na economia.

Para levar a água de rios, represas, lagos ou poços para o uso de pessoas, animais ou plantas é necessário utilizar energia, no entanto a rede elétrica nem sempre está próxima ou disponível.

Pensando nesta relevância que a água tem em nosso dia a dia, novas tecnologias para sua captação foram criadas. Uma delas é a bomba de água com energia solar, que auxiliam na irrigação da plantação, mesmo em tempos de estiagem, o que poderia comprometer o abastecimento de alimentos.

Nestes casos a energia solar fotovoltaica é a opção mais econômica e confiável para bombeamento de água, gerando economia significativa na instalação e operação, além da geração limpa, renovável, silenciosa e inesgotável.


O que é uma bomba solar

Uma bomba solar é uma bomba de água que é alimentada pela energia do sol extraída por um painel solar fotovoltaico. As bombas de água convencionais, geralmente, são alimentadas pela energia da rede elétrica ou gerador.


Como funciona uma bomba de água solar

A placa solar fotovoltaica recebe a energia proveniente do sol nas células fotovoltaicas e transformam a radiação solar diretamente em energia elétrica pelo chamado “efeito fotovoltaico”. Após a conversão da energia solar em elétrica, o painel alimenta a bomba de água com energia elétrica em corrente contínua.


Como funciona o bombeamento de água com energia solar

Os painéis fotovoltaicos concentram toda a energia captada através do Sol e alimentam diretamente a bomba solar, não necessitando de energia elétrica e dispensando o uso de bateria estacionária. A bomba em funcionamento consegue realizar o trabalho de captar água do poço, reservatório, cisternas e até mesmo aquíferos e bombear para um local desejado – imagem abaixo.

Sistema de Bombeamento de Água com Energia Solar


Este tipo de sistema é muito usado em lugares de difícil acesso e/ou remotos, onde a energia elétrica não é convencional. Mesmo nos centros urbanos, as bombas solares vêm sendo bastante utilizadas para diversos fins como reutilização da água da chuva, abastecimento de caixas d’água e bombeamento de água em jardins e açude de chácaras, sítios e fazendas.

A NeoSolar possui kits de bomba solar já dimensionados para atender as mais diferentes aplicações.


Tipos de sistema com uso de Bomba Solar

Submersa 

É instalada dentro da água seja em um poço, reservatório ou até mesmo água corrente. Geralmente é longa e cilíndrica para facilitar a instalação em poços, mas pode igualmente ser instalada em reservatórios. Com refrigeração facilitada, são eficientes, robustas e duráveis, com baixíssima manutenção;

Superfície

Ficam localizadas próximo a superfície da água, puxando a água da fonte e deslocando para o uso ou reservatório. Estas bombas de água são econômicas e de fácil manutenção, podem ser encontradas em pequeno e médio portes e geralmente utilizadas para alturas manométricas menores ou aplicações de baixa vazão de água;

Gerador para bombas de Corrente Alternada

Para grandes potências de bombeamento, é possível utilizar bombas de Corrente Alternada (CA) convencionais, acopladas a um gerador de energia solar especialmente desenvolvido para isso. Da mesma forma como as bombas solares, o sistema não precisa de baterias ou geradores, funcionando normalmente na presença do sol.


Tipo de motor e alimentação

Um fator importante é o tipo de solução e motor a ser utilizado e que gera uma das perguntas mais frequentes no meio: É melhor usar uma bomba solar de verdade, em Corrente Contínua (CC) ou uma bomba solar convencional em Corrente Alternada (CA) com um inversor de frequência?

A resposta técnica é bem direta: a bomba solar CC é melhor que uma bomba CA convencional. Porém a escolha também depende do porte, custo de cada solução e se já existe ou não uma bomba CA instalada no local.

As bombas solares CC com motor de imã permanente sem escovas (PM-BLDC) e controlador integrado são fáceis de instalar, de baixíssima manutenção e com sinal elétrico estável mesmo a grandes distâncias e profundidades. Além disso são as mais eficientes para esse tipo de aplicação. Geralmente são a melhor opção em qualidade e em custo-benefício para sistemas até 5 ou 10 HP de potência.

Para pequenas distancias, até 70 ou 80m, também existem bombas PM-BLDC com controlador externo e que são mais baratas, sem grandes prejuízos na estabilidade do sinal elétrico.

Já as bombas CA são melhores em duas situações, e sempre pelo fator custo:

  1. Em sistemas já existentes onde deseja-se apenas trocar a alimentação a diesel (CA) por alimentação solar (CC), sem substituir a bomba em si;
  2. Para sistemas grandes (acima de 5 ou 10HP) quando as bombas CA começam a custar bem menos que as bombas PM-BLDC, justificando sua escolha.


Existem ainda bombas solares híbridas (CC/CA). Estas são, na verdade, bombas PM-BLDC, mas que permitem, por meio de sua avançada tecnologia, que ela também seja alimentada por uma fonte CA (Rede ou gerador).

Este tipo de bomba é recomendado para quem quer bombear água no dia a dia com energia solar, mas deseja manter a alimentação CA como backup (fonte reserva), ou ainda para aplicações especiais onde também seja preciso bombear durante a noite.

Na tabela abaixo é possível ver a comparação entre a geração de bombas, suas vantagens e desvantagens.


 

1a Geração

2a Geração

3a Geração

4a Geração

TecnologiaCC com EscovaCA + InversorCC sem Escova + Controlador ExternoControlador Integrado
VantagemBaixo custoFácil para substituir sistemas já instaladosFácil manutenção

Sinal estável

Maior confiabilidade ao sistema

Desvantagem

Vida útil curta

Baixa eficiência

Baixa eficiência (10%)

Sinal instável

Sinal instável

Menor confiabilidade do sistema

Manutenção mais difícil


Portanto, para que seu sistema de bombeamento solar opere com maior eficiência e confiabilidade a recomendação será sempre pelas bombas PM-BLDC com controlador integrado, seguidas por aquelas de controlador externo desde que para pequenas distâncias ou por fim as bombas CA para sistemas já existentes (retrofit) ou de maior porte, onde a diferença de custo se justifique.


Aspectos importantes na escolha da bomba solar

Outro ponto importante na hora de adquirir uma bomba solar é entender suas características construtivas relevantes. São aquelas que fazem com que, a bomba opere com mais eficiência e, principalmente, que reduza a necessidade de manutenção e aumente a vida útil, gerando o maior benefício e menor custo total ao longo de sua vida.

Abaixo algumas das características mais importantes em bombas submersas, que são as mais utilizadas com energia solar:

Prefira bombas com rolamento Axial: Muitas bombas solares de baixo custo utilizam rolamentos de esferas e que são o principal ponto de quebra mecânica. A bomba precisa suportar a rotação, mas também faz um grande esforço axial para deslocar a água com pressões que chegam a dezenas ou centenas de MCA.

Utilize bombas com lubrificação à água: Novamente fica o alerta para bombas de baixo custo que utilizam lubrificação a óleo nos rolamentos, com vedação mecânica. A falha na vedação dessas bombas causa contaminação dos poços e quebra nos rolamentos. O ideal é utilizar bombas lubrificadas com filme fino de água que além de mais eficientes evitam quebras e contaminações indesejadas.

Tenha atenção com o material das bombas: Tanto o corpo da bomba como o bombeador devem ser de aço inox de boa qualidade, considerando também o tipo de líquido ou as características da água. Algumas bombas utilizam bombeadores de plástico devido ao baixo custo, mas esses são recomendados apenas para líquidos muito corrosivos, onde podem apresentar vantagens. Atenção também ao corpo da bomba que deve ter uma espessura mínima para evitar vibrações e ter qualidade para durar muitos anos embaixo da água. Muitas vezes aquele aço bonito, que brilha, não é o melhor material.

Utilize motores PM BLDC: Evite a todo custo utilizar bombas com escovas, que duram pouco e são pouco eficientes. Prefira motores CC com imã permanente e sem escovas que aumentam a durabilidade, reduzem reparos e aumento muito a eficiência.

Confira mais acessando este link.


Como calcular a bomba solar correta para bombeamento de água

Para saber qual a melhor bomba solar para o seu tipo de bombeamento de água, veja alguns fatores que influenciam na escolha:

  • O líquido que será transportado;
  • O local de onde o líquido será retirado;
  • Vazão necessária em L/dia;
  • Altura manométrica total em metros.

Para o cálculo da altura manométrica, em metros de coluna d’água (mca), você deve ter em mente que ela representa a energia que a bomba deverá transferir ao líquido para transportar desde o reservatório ou poço, até o local desejado.

No entanto, o cálculo da altura manométrica para sistema de bombeamento com bomba de superfície é diferente do cálculo para sistema com bomba submersa.


Nas bombas de superfície, a altura manométrica total é calculada a partir da soma do desnível entre a superfície do reservatório/poço e o ponto de entrega da água (altura de sucção + altura de elevação), com as perdas de carga da tubulação. A perda de carga é calculada através de tabelas específicas, no entanto para valores aproximados considera-se cerca de 10% do comprimento total da tubulação.

Por exemplo, se a tubulação tem 30 metros de comprimento, a perda de carga será 10% deste valor, resultando em 3 metros de acréscimo. Assim, a altura manométrica total será: altura de sucção da bomba + altura de elevação + 3 metros da perda de carga. 

Em caso de dificuldades para calcular a altura manométrica para a bomba de superfície, use como referência nossa Tabela de Altura Manométrica.

Cálculo da altura manométrica - Bomba Solar de Superfície

*Exemplo do cálculo da altura manométrica para bomba solar de superfície. Para mais detalhes, confira o manual do produto.


Já para as bombas submersas, a altura manométrica total é a soma da distância total na vertical entre a superfície do poço/reservatório até o ponto de entrega da água, com as perdas de carga da tubulação. A perda de carga é calculada através de tabelas específicas, no entanto para valores aproximados considera-se cerca de 10% do comprimento total da tubulação.

Por exemplo, se a tubulação tem 30 metros de comprimento, a perda de carga será 10% deste valor, resultando em 3 metros. Assim, a altura manométrica total será a distância da saída da bomba até o ponto de entrega de água, com o acréscimo dos 3 metros.

Em caso de dificuldades para calcular a altura manométrica para a bomba submersa, use como referência nossa Tabela de Altura Manométrica.

Cálculo da altura manométrica - Bomba Solar Submersa

*Exemplo do cálculo da altura manométrica para bomba solar submersa. Para mais detalhes, confira o manual do produto.


Para um valor mais preciso, existe uma pequena diferença no cálculo da altura manométrica para bombas helicoidais e centrífugas:

• Bomba helicoidal, vibratória e diafragma: considera-se a altura desde a saída de água da bomba até o ponto de entrega;

• Bomba centrífuga: considera-se a altura desde o nível dinâmico do poço ou reservatório até o ponto de entrega.


Com o valor de altura manométrica em mãos e sabendo a vazão por dia necessária para sua aplicação, basta escolher a bomba solar mais adequada.

Na imagem a seguir é possível verificar a vazão de água em L/dia que as bombas solares conseguem bombear de acordo com cada altura manométrica

Tabela de Performance - Bomba Solar - NeoSolar

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Aplicações para bombeamento de água com energia solar fotovoltaica

A bomba de água com energia solar permite uma gama de aplicações para bombeamento de água, como por exemplo, na agricultura, pecuária, residencial e comunidades, reservatório e armazenamento, dessalinização e purificação de água.

• Agricultura: o uso da bomba solar na irrigação permite um aumento da produtividade de até cinco vezes mesmo sem rede elétrica ou geradores;

• Pecuária: bombeamento de água para alimentação de animais com ganho de produtividade, confiabilidade e proteção das fontes de água;

• Residencial e Comunidades: permite acesso a água de forma limpa e silenciosa, mesmo em locais remotos e com difícil acesso;

• Reservatórios e armazenamento: abastecimento e transferência de água entre tanques de forma confiável e eficiente;

• Dessalinização e Purificação: permite retirar água e tratar em locais remotos de forma simples e econômica para irrigação ou consumo.


Tipos de bombas solares

Existem diversos tipos de bombas fotovoltaicas que podem auxiliar nas mais variadas situações e, a escolha delas irá depender de sua necessidade ao usar um sistema de bombeamento solar.

Bomba Volumétrica

Esta é uma bomba solar onde a água é transportada pela força centrífuga gerada pelo rotor ou impulsor, instalado no interior da bomba d’água.

Tipo de bomba volumétrica:

  • Bomba Centrifuga – o princípio deste tipo de bomba solar é impulsionar a água através da força centrifuga.
    • o Principais características:
      • Vazão: alta
      • Pressão: moderada
      • Manutenção: mínima
      • Modo de Operação: não opera a seco


Bomba de Deslocamento Positivo

Este tipo de bomba solar funciona através de pistões, helicoides que impulsionam por ação direta a água.

Tipos de bomba solar de deslocamento positivo:

  • Bomba Helicoidal – operam comprimindo a água entre o rotor e o estator para passar pela bomba.
    • o Principais características:
      • Vazão: moderada
      • Pressão: alta
      • Manutenção: mínima
      • Modo de Operação: não opera a seco
  • Bomba de Pistão – a água é pressurizada por pistões, que são acionados através de um eixo excêntrico.
    • o Principais características:
      • Vazão: moderada/alta
      • Pressão: alta/extremamente alta
      • Manutenção: mínima
      • Modo de Operação: não opera a seco
  • Bomba de Diafragma – opera de maneira a impulsionar a água através do movimento que o diafragma faz.
    • o Principais características:
      • Vazão: baixa/moderada
      • Pressão: baixa/moderada
      • Manutenção: mínima
      • Modo de Operação: pode operar a seco

Obs: Este tipo é indicado a operar com líquidos viscosos e abrasivos.

  • Bomba Vibratória – funciona através de eletroímãs, que criam trepidações e acionam as válvulas no interior do corpo da bomba para impulsionar a água.
    • o Principais características:
      • Vazão: baixa/moderada
      • Pressão: baixa
      • Manutenção: mínima
      • Modo de Operação: não opera a seco


Tipos de Bombas Solares


Cuidados necessários para instalação da bomba de água com energia solar

Na hora de instalar a bomba de água solar é recomendado que se tenha alguns cuidados básicos. E estes cuidados também variam de acordo com o tipo de bomba.

Para a bomba de superfície, certifique-se que a bomba seja instalada em um local protegido da chuva e intemperes. Ela deve estar acima da superfície da água, mas atente-se com a altura máxima de sucção e leve em consideração os períodos de alta e baixa do reservatório na hora da instalação. Evite tocar no corpo da bomba com ela funcionando, com a operação ela fica quente. Recomenda-se a utilização de um filtro na entrada da tubulação para não danificar o equipamento com sujeiras.

E para as bombas submersas, esteja atento ao isolamento necessário da conexão do cabo a fim de evitar infiltrações e danificar o equipamento. Ao submergir a bomba solar de água, utilize uma corda ou cabo de aço para descê-la ao poço artesiano ou reservatório, evitando o uso do cabo elétrico da bomba, pois pode romper. A bomba de água deve ficar pelo menos 5 metros do nível dinâmico do poço, mas mantenha uma certa distância do fundo.


Glossário e conceitos básicos de bombeamento de água

Se você está pensando em criar seu sistema de bombeamento e começar a economizar na captação de água de forma sustentável, é necessário aprender alguns conceitos básicos.

Vazão – Quantidade de água que se desloca em um intervalo de tempo, sendo medida geralmente em L/min, L/dia e também gpm. Para maiores vazões usa-se m³/h.

Altura Estática - É a altura do nível da água - com a bomba de energia solar desligada - até o ponto mais alto de seu sistema de bombeamento.

Altura Dinâmica - É a altura do nível da água - com a bomba de energia solar ligada - até o ponto mais alto de seu sistema de bombeamento.

Altura Manométrica – É a altura dinâmica somada com as perdas de carga da tubulação, registros etc., mais a pressão que se pretende obter.

Perda de Carga - A perda de carga depende de alguns fatores: o tipo de água que é bombeada, turvação da água, se o encanamento possui rugosidades, tipos de conexões e curvas ou “T”.

Altura de Sucção – É a distância entre o nível dinâmico da captação e o bocal de sucção da bomba.


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