PROYECTO DE SISTEMA DE BOMBEO FOTOVOLTAICO.docx

8/10/2019 PROYECTO DE SISTEMA DE BOMBEO FOTOVOLTAICO.docx

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PROTOTIPO DE SISTEMA DE BOMBEO FOTOVOLTAICO

NDICE

1- Objetivos

2- Introduccin a los sistemas de bombeo fotovoltaico.

2.1 Descripcin de un sistema de bombeo FV..

2.2 Configuraciones tpicas de bombeo FV.

2.2.1 Sistemas de pequea potencia (50-400 Wp).2.2.2 Sistemas de mediana potencia (400-1500 Wp).2.2.3 Con motor DC sin escobillas.2.2.4 Con convertidores de frecuencia.

2.3 Dimensionado de un sistema de bombeo fotovoltaico.

2.3.1 Determinacin de necesidades hidrulicas.2.3.2 Requerimientos hidrulicos de la bomba.2.3.3 Determinacin de la altura hidrulica de bombeo.2.3.4 Recurso solar2.3.5 Generador2.3.6 Seleccin motor-bomba2.3.7 Uso de bateras de acumulacin2.3.8 Tuberas

2.4 Consideraciones en el montaje e instalacin.

2.6 Mantenimiento.

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23

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4

5

5

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3- Sistemas de bombeo FV con tecnologas apropiadas.

3.13.23.33.4

Las tecnologas apropiadas.Requerimientos y caractersticas locales.Criterios de seleccin.Informacin previa a recopilar.

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4-Anlisis de un Prototipo de Bombeo Fotovoltaico. 28

282829

29

Aplicacin prctica.

4.1 Hiptesis de partida.4.2 Descripcin general del sistema.4.3 Descripcin de los componentes.

4.3.1 MotorBomba.4.3.2 Grupo generador.

4.3.2.1 Previsin de consumo paneles fotovoltaicos.4.3.2.2 Regulador.

4.3.2.3 Inversor.

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4.3.2.4 Batera de acumuladores.4.3.2.5 Cuadro de conmutacin a bombeo directo.4.3.2.6 Conductores.

4.3.3 Resto de accesorios

4.3.3.1 Tuberas.

4.3.3.2 Manmetro.

4.3.3.3 Vlvula estranguladora.4.3.3.4 Contador de agua.

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4.4 Imgenes del prototipo terminado

4.5 Presupuesto de materiales

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5- Puesta en marcha del prototipo.

5.1 Verificaciones previas5.2 Problemas encontrados durante la ejecucin.

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6- Pruebas realizadas y resultados

6.1 Ensayos con bateras

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6.1.1 Determinacin de la relacin de la Potencia y altura manomtrica conel caudal suministrado.6.1.2 Rendimientos del sistema

6.1.3 Tiempo de carga de bateras (con la bomba desconectada)6.1.4 Autonoma de las bateras sin sol

6.2 Ensayos en bombeo directo. Sin bateras. 62

6.2.1 Determinacin de la relacin Potencia y altura manomtrica con elcaudal obtenido con la bomba.6.2.2 Determinacin caracterstica Irradiancia solar-Potencia en bomba eIrradianciacaudal.6.2.3 Rendimientos del sistema.6.2.4 Simulacin de funcionamiento continuo. Volumen de agua

bombeado en 14h.

7- Conclusiones finales y propuestas de mejora

8- Bibliografa

9- Anexos :, del inversor y de la bomba SQFlex

Anexo I:Anexo II:

Anexo III:

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Documentacin del reguladorDocumentacin del inversorDocumentacin de la bomba SQFlex de Grundfos

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PROTOTIPO DE SISTEMA DE BOMBEO FOTOVOLTAICOPARA PROYECTOS DE COOPERACIN AL DESARROLLO

CON TECNOLOGAS APROPIADAS

1- Objetivos

Con el presente estudio se pretende exponer de manera clara y ejemplificada buenaparte de la informacin necesaria para la puesta en marcha y simulacin de un sistema

de bombeo autnomo con bomba sumergible alimentado por una instalacin solar

fotovoltaica.

Con aspectos tales como mtodos numricos de clculo, aclaraciones sobrefuncionamiento y montaje, ensayos en un prototipo, etc... este estudio se plantea a modode gua para facilitar la implantacin de sistemas que contribuyan a mejorar tanto lascondiciones de vida como la formacin de la poblacin de los pases con menor nivel dedesarrollo tecnolgico en cuanto a materia de abastecimiento de agua.

Este estudio se inscribe dentro de las labores del Grupo de Tecnologas Apropiadas[GTA] de la UC3M y en particular en el desarrollo de equipos y sistemas del

Laboratorio de Tecnologas Apropiadas destinado al desarrollo de proyectos deCooperacin del Desarrollo.

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A esta cooperacin se le aaden las acciones de solidaridad desde la universidadhacia los pases con dificultades econmicas o en situaciones de conflicto blico. Entrelas metas y objetivos de la universidad destacan:

1. La mejora de las condiciones de vida y trabajo en los pases menosdesarrollados.

2. El desarrollo del sentimiento de solidaridad y los hbitos de consumo,comercio y produccin justos y responsables, desde una perspectiva

sostenible del desarrollo.3. La coordinacin de actuaciones entre agentes de la cooperacin al

desarrollo.


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4. La puesta en marcha de programas propios de Cooperacin al Desarrollo.

Desde esta base, es creciente el papel y reconocimiento de las Universidades comoagentes no estatales de desarrollo, que posibilitan y contribuyen decisivamente a lasostenibilidad de los procesos de desarrollo, desempeando un papel complementarioclave para las acciones de desarrollo realizadas por el resto de agentes, tanto estatalescomo no estatales .

2- Introduccin a los sistemas de bombeo fotovoltaico.

La energa solar y elica se denominan renovables debido a que son un recursoinagotable respecto del ciclo de vida humano. Adems, presentan la caracterstica de serabundantes y limpias. Las fuentes renovables de energa tienen un gran potencial para la

generacin de energa. As por ejemplo, la tecnologa fotovoltaica que transformadirectamente la luz solar en electricidad, ha mostrado ser de gran utilidad para la

generacin de energa elctrica en lugares apartados y remotos. Hoy en da, latecnologa fotovoltaica disponible comercialmente es una alternativa real para suaplicacin en diversas tareas domsticas, industriales y agropecuarias. Sin embargo esnecesario un anlisis de viabilidad econmica y factibilidad tcnica para determinar sies la ms apropiada para tal fin. Las aplicaciones ms comunes en el sectoragropecuario son bombeo de agua, cercos elctricos, calentadores de agua, congeladoresy sistemas de secado de productos agrcolas, adems de la electrificacin bsica parafines domsticos.

El bombeo de agua en pequea escala es una aplicacin de mucha trascendencia enel mundo; tiene especial impacto en comunidades rurales donde no hay suministro deenerga elctrica convencional. Los sistemas de bombeo fotovoltaicos se caracterizanpor ser de alta confiabilidad, larga duracin y mnimo mantenimiento, lo cual se traduceen un menor costo a largo plazo si se le compara con otras alternativas. Adems norequiere del empleo de un operador y tienen un bajo impacto ambiental (no contaminanel aire o el agua y no producen ruido). Otra ventaja es que los sistemas son modulares,de manera que pueden adecuarse para satisfacer las necesidades especficas del usuarioen cualquier momento. Estos sistemas son muy sencillos en su operacin. Para realizarun proyecto con xito es necesario entender conceptos como la energa solarfotovoltaica, la hidrulica del sistema y el funcionamiento del conjunto motor-bomba[1].

2.1 Descripcin de un sistema de bombeo fotovoltaico.

Un sistema FV de bombeo de agua consta, en general, de un generador FV, un sistema motor/bomba, un sistema de acondicionamiento de potencia (opcional) deacoplo entre el generador FV y el motor, un sistema de acumulacin, un pozo y un sistema de tuberas, figura (1). A pesar de que se instalan bombas de superficie y

flotantes, la configuracin ms habitual es un sistema motobomba sumergible instalada

en un pozo de sondeo tal y como ensayaremos en nuestro prototipo.

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Figura 1.

El generador FV est compuesto por un conjunto de mdulos FV conectados enserie y/o en paralelo hasta alcanzar la potencia necesaria dentro de los mrgenes detensin y corriente de operacin. Es habitual que el generador FV se instale sobre unaestructura fija. No obstante comienzan a utilizarse estructuras con seguimiento solar eincluso con baja concentracin (2X), en los que el porcentaje ganancia en volumen deagua bombeada es incluso superior a la ganancia en captacin solar debido a losumbrales de bombeo. La tecnologa de generador FV est ampliamente dominada por el

silicio mono y policristalino.

Las bombas pueden ser centrfugas multiestado o de desplazamiento positivofigura 2). Las bombas de desplazamiento positivo presentan mayores rendimientos quelas centrfugas para similares niveles de potencia nominal. Por contra tienen un elevadopar de arranque por lo que, en general, necesitan dispositivos de acondicionamiento de potencia, aunque estn accionadas por motores DC.

(

Figura 2. Bombas centrfugas y volumtricas

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Los motores elctricos pueden ser DC, AC o DC sin escobillas. Es habitual que elmotor y la bomba formen una nica unidad compacta que denominaremos motobombao simplemente bomba. Aunque la mayor parte de las instalaciones de bombeo enaplicaciones FV se realizan con motobombas sumergibles, existen tambin unidades

flotantes o de superficie.

El sistema de acondicionamiento de potencia o controlador de bombeo est formado por aquellos elementos, inversores DC/AC, convertidores DC/DC ocontroladores de motor, que adaptan las caractersticas de la energa producida por elgenerador FV (DC a tensin y corriente variables) a las requeridas por el motor.

Los inversores DC/AC son necesarios cuando se utilizan motores AC.Habitualmente, suelen incorporar seguimiento del punto de mxima potencia (SPMP)del generador FV y varan la frecuencia de operacin del motor con el objeto de operar

a niveles de potencia inferiores a la potencia nominal para disminuir el umbral dearranque y maximizar el nmero de horas de operacin a lo largo de un da.

Los convertidores DC/DC se utilizan como dispositivo de acoplo entre elgenerador FV y el motor DC. Aunque podran disponer de SPMP, habitualmenteoperan a tensiones constantes de generador FV. Su utilizacin es recomendable porque aumentan el rendimiento diario del sistema. En el caso de bombas de desplazamientopositivo puede incrementar en un 30% el volumen diario de agua bombeada. Esteincremento es menor en el caso de motores DC accionando bombas centrfugas.

Cuando se utilizan motores DC sin escobillas es necesario usar un dispositivoelectrnico para la conmutacin del motor denominado controlador de motor, que

tambin lleva incorporado un sistema de SPMP del generador FV. El controlador delmotor puede estar incorporado en el motor o ser externo a l.

El sistema de acumulacin suele ser un depsito de un volumen adecuado paraproporcionar la autonoma necesaria, en general de 2 o 3 das para sistemas de aguapotable y de hasta 10 das para sistemas de riego. Se suele evitar la utilizacin debateras para acumular energa, a no ser que sea estrictamente necesario por otrasrazones de diseo de una instalacin en concreto.

La fuente de agua para bombear puede ser de ros, lagos o pozos. En

instalaciones de bombeo FV es ms habitual la extraccin de agua de pozos que,aunque pueden ser abiertos, en la mayor parte de los casos son pozos de sondeo en losque se instala una motobomba sumergible junto con las sondas de nivel u otrosdispositivos de control para evitar la operacin en vaco, que daara la bombairreversiblemente. El descenso del nivel del agua en el pozo de bombeo, o abatimiento,puede incrementar la altura manomtrica total y ha de ser cuidadosamente analizado enfuncin del tipo de acufero para lograr un correcto dimensionado del sistema [1].

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Adems de un correcto dimensionado del cableado de la instalacin, sonnecesarios un conjunto de elementos y medidas adoptadas para garantizar la seguridad del propio sistema de bombeo FV y de las personas. Cabe destacar la utilizacin devaristores, fusibles seccionadores y una correcta puesta a tierra del sistema. Es habitualla instalacin de estos elementos de seguridad en un armario intemperie que sirveadems como centro de conexionado entre el generador FV, el acondicionamiento de

potencia y el motor [1].

2.2 Configuraciones tpicas de bombeo FV. [1]

Los elementos de un sistema de bombeo FV se han de disear para operarconjuntamente acoplados, maximizando el rendimiento global del sistema. Es posibleadoptar distintas soluciones para bombear un determinado volumen de agua a unadeterminada altura en funcin de los rangos de potencia (producto altura por caudal)

requeridos en una aplicacin especfica. A pesar de que se instalan bombas de

superficie y flotantes, la configuracin ms habitual, es una motobomba sumergible

instalada en un pozo de sondeo, figura 3.

Figura 3. Elementos de un sistema de bombeo FV

La configuracin de un sistema de bombeo FV viene determinada por ladefinicin del tipo de generador FV, tipo de bomba y tipo de motor; as como tipo deacondicionamiento de potencia. Se pueden distinguir los siguientes tipos de sistemas debombeo FV:

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2.2.1 Sistemas de pequea potencia (50-400 Wp).

Utilizan principalmente un motor DC accionando una bomba centrifuga o de desplazamiento positivo. Entre el generador FV y el motor se instala un convertidorDC/DC para mejorar su acoplo. En general son aplicaciones en el rango de los 150m3/da.

Los componentes fundamentales de estos sistemas son:

Generador FotovoltaicoConvertidor DC/DC (opcional)Motor DCBombaDepsito de almacenamiento (opcional)

2.2.2 Sistemas de mediana potencia (400-1500 Wp).

Compuestos bsicamente por una bomba centrfuga sumergible multiestado accionadapor un motor AC de induccin y un inversor AC/DC de frecuencia variable y conSPMP.

Son sistemas caracterizados por su elevada fiabilidad y amplia utilizacin desde lasprimeras instalaciones de bombeo FV. Su ciclo hidrulico est en el rango de 150 a1.500 m4/da.

Los componentes fundamentales de estos sistemas son:

Generador FotovoltaicoConvertidor DC/ACMotor ACBombaDepsito de almacenamiento (opcional)

2.2.3 Con motor DC sin escobillas.

Sistemas formados por un motor DC sin escobillas operando una bomba helicoidal de desplazamiento positivo. El mayor rendimiento del motor DC sin escobillas, comparadocon motores DC o AC de induccin, y el mayor rendimiento de las bombas helicoidalesrespecto de las centrfugas permiten obtener un sistema de mayor rendimiento global.No obstante su introduccin en el mercado es muy reciente y todava han de demostrarsu fiabilidad de operacin y experimentar una disminucin de costes.

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2.2.4 Con convertidores de frecuencia.

Un nuevo tipo de sistemas de bombeo FV basado en la utilizacin deconvertidores de frecuencia (FC) estndar industriales. El nmero de sistemas debombeo FV que han demostrado tanto un elevado grado de fiabilidad como buenrendimiento de operacin no son muy numerosos: muchos tienen diseos especiales(como puede ser por ejemplo la utilizacin de motores trifsicos a 68V) y resultan caros

comparados con el coste del bombeo convencional. Adems existe una limitacin encuanto a la potencia disponible (los mayores no superan los 1600Wp). Los volmenesde agua demandados, especialmente para aplicaciones de riego agrcola, son cada vez mayores lo que implica a su vez un aumento de la potencia instalada de los sistemas.

La utilizacin de convertidores de frecuencia de tipo industrial, alternativos a losinversores especiales usados hasta ahora en aplicaciones de bombeo FV, junto conbombas centrfugas sumergibles y motores AC de induccin ofrecen una solucinviable, eficiente y econmica.

El acoplo de cada uno de los componentes del sistema de bombeo fotovoltaico(generador, motor, bomba) puede adoptar diferentes configuraciones dependientes de latecnologa de los productos disponibles en el mercado y de las especificaciones ynecesidades particulares de cada aplicacin.

Las cuatro configuraciones mas comnmente instaladas son:

1. Motobomba sumergible, con motor DC o AC y bomba centrfuga multiestado.

El nmero de estados es funcin de la altura requerida.2. Motobomba sumergible de desplazamiento positivo.3. Motobomba flotante con motor DC y bomba centrfuga.4. Unidades motor-bomba instaladas en la superficie. La bombas pueden ser

centrfugas o de desplazamiento positivo.

Los sistemas de bombeo con motores AC incluyen un inversor. Las bombascentrfugas con motores DC suelen acoplarse directamente al generador FV, mientrasque las bombas de desplazamiento positivo con motores DC suelen acoplarse al generador FV mediante un convertidor DC/DC.

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2.3 Dimensionado de un sistema de bombeo fotovoltaico.

El dimensionado de sistemas de bombeo fotovoltaico se puede abordarmediante diferentes mtodos, dependiendo su complicacin, del nmero de variablesconsideradas y del grado de optimizacin en la obtencin de los resultados. En general,

existen tres pasos que es necesario seguir:

Evaluacin de la energa hidrulica necesaria.Anlisis del recurso fotovoltaico.Definicin de los equipos necesarios.

El mtodo de dimensionado expuesto a continuacin est basado en clculos sobre valores medios mensuales de la energa hidrulica necesaria y de la radiacin solardisponible, as como en las definiciones de rendimiento pico del subsistema motor-

bomba y rendimiento energtico diario. Una vez determinadas las energas medias

mensuales se calcula el balance energtico de cada mes para obtener el mes en el cual lademanda de agua es mayor en relacin con la energa solar disponible. Este mes ser elmes de dimensionado. El dimensionado de los elementos del sistema se calcula parasatisfacer la demanda en este mes de dimensionado que es el mas desfavorableasegurando un excedente de agua en el resto del ao. Al disear un sistema de bombeo hay dos importantes aspectos que deben tener en cuenta:

La seleccin de los componentes del sistema es crucial para proporcionar al sis-tema un bajo mantenimiento, larga vida til y alta fiabilidad.

El acoplo de los componentes del sistema requiere un elevado conocimiento y

experiencia, y de l depender el rendimiento final del sistema.

Para poder continuar en el proceso hemos de suponer que se ha realizado un estudioprevio del sondeo de donde se extraer el agua. Algunas de los puntos a comprobarsern:

Fiabilidad del sondeo: teniendo en cuenta tiempos de reposicin del agua,abatimientos, pocas de lluvia....Calidad del aguaEtc...

2.3.1 Determinacin de necesidades hidrulicas.

En primer lugar hay que conocer el volumen de agua diario medio mensualnecesario para satisfacer la demanda de la aplicacin. Las diferentes demandas puedenser [1]:

Agua para consumo humano.Agua para consumo de animales domsticos.Agua para riego de cultivos.

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Para seleccionar el sistema adecuado hay que tener en cuenta el tipo de consumoque se va a realizar. El consumo diario depende mucho del contexto. Idealmente sepuede realizar medidas y discutir con la poblacin. En caso de que no sea posible,pueden servir para orientarse los valores mnimos de la tabla 1:

Tabla . 1

En segundo lugar hay que discriminar la demanda en cuanto a su uniformidad en el tiempo. Podemos distinguir [2]:

Consumo continuo o demanda diaria, como es el caso de abastecimiento deagua para casas de campo o chalets, en las que el consumo puede ser tanto por el da como por la noche, en invierno o en verano. En este caso es necesariodeterminarlas necesidades diarias por persona y, en su caso, por cada animal que vaya a consumir agua del sistema y la capacidad del depsito de almace-namiento. Para asegurar un suministro continuo es necesario contar con un

depsito de acumulacin y un sistema de bateras para garantizar el suministro

en cualquier situacin.

Consumo estacional, como en el caso de los sistemas de riego, en los que lasnecesidades de agua son aproximadamente proporcionales a la intensidad de la radiacin solar, y habitualmente localizadas en el verano. No es necesario el usode bateras.

2.3.2 Requerimientos hidrulicos de la bomba.

Del apartado anterior obtendremos un caudal diario expresado en m3/da que dividindolo entre 24 horas obtendremos el caudal medio horario (Qd). El caudal que deber suministrar la bomba (Qb) lo obtendremos con la expresin 2.1.

QB= Qd x 1.8 (Expresin 2.1) [2]

Este caudal ser el caudal mnimo que nos deber suministrar la bomba y queutilizaremos para seleccionarla mas adelante en tablas del fabricante una vez sepamos la

potencia del motor que lleva acoplado. Es un valor aproximado para las necesidadespico en cada instalacin, con lo cual su valor es flexible.

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2.3.3 Determinacin de la altura hidrulica de bombeo.

La altura hidrulica de bombeo es la presin efectiva que debe vencer la bomba. Para sucorrecta determinacin es necesario tener en cuenta los siguientes conceptos [1]:

La altura total. hy es la suma de la altura esttica, la altura dinmica y el abatimientodel pozo.

h=Hd+Hg+Sw (expresin 2. 2)

La altura esttica o geomtrica, H , es la distancia geomtrica desde el nivel del aguaen el pozo hasta el punto ms elevado, hasta donde debe bombearse el agua. Hay que considerar que el del agua en el pozo desciende al producirse el bombeo hasta unaprofundidad en la cual la salida del caudal del pozo se iguala con la entrada de caudal al mismo.

La altura dinmica, H es resultado de la cada de presin cuando un lquido circula porel interior de una tubera (friccin). Estas prdidas de carga dependen de la longitud dela tubera, de su dimetro y del coeficiente de friccin, el cual depende a su vez de la ru-gosidad de la superficie interior del tubo y de las caractersticas de la corriente (rgimenlaminar o turbulento). La altura dinmica puede estimarse mediante la expresin 2.3(Frmula de HazenWilliams):

Hd = 10,643 Q1,852

C-1,852

D-4,87

L (expresin 2.3)

donde:

Hd=prdida por friccin interna (m).

Hd=prdida por friccin interna (m).

Q=caudal (m3/s).

C=coeficiente "C" de Hazen-Williams

d= dimetro interno de la tubera (m).

L = longitud de la tubera (m).

El coeficiente "C" depende del material de fabricacin de la tubera, entre mslisa sea, el coeficiente ser mayor (C del PVC = 150). Tuberas de hierro muy viejas(40 aos o ms) tienen un coeficiente C en tronco a 80 90. Otros coeficientes C sepueden consultar en la tabla 2.1.

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Material de la tubera

r.

Coeficiente C(H-W)

150

140

140

120

120

85

.Cloruro de Polivinilo (PVC)

Poiietileno (PE)

Asbestos

Acero nuevo

Aluminio en uniones

Acero viejo (40 aos)

Tabla 2.1 Coeficientes C. [1]

Se define el abatimiento como el descenso del nivel del agua en el espacio interiordel pozo desde un nivel estacionario, en el que el caudal extrado es nulo (y no se est

en ningn proceso de recuperacin), hasta un determinado nivel, cuando el caudal

extrado es Q. Se puede obtener una relacin matemtica entre el abatimiento producidoen un pozo, el caudal bombeado y el tiempo transcurrido desde el inicio del bombeo. Aesta relacin se le denomina ecuacin caracterstica del pozo (2.4):

(Expresin 2.4)

donde:

S w , abatimiento dentro del pozo de bombeo.Kfr constante que representa la suma de los coeficientes de las componentes li-neales constantes del abatimiento debidas a las caractersticas del acufero noalterado, los efectos de la zona de desarenado, los efectos del empaque de gravay los efectos de las prdidas de carga en la rejilla y la camisa.D w constante que representa la suma de los coeficientes constantes de lascomponentes cuadrticas (no lineales o turbulentas) del abatimiento, debidas alos mismos efectos que se han sealado para KwT, es el coeficiente de trasnmisividad del acuferot, es el tiempo de bombeo

Q, es el caudal

Una vez definidas las necesidades de volumen de agua para cada mes del ao y la altura hidrulica total se puede calcular la energa hidrulica diaria necesaria mediante laexpresin 2.5:

EH =

K

Qd

H TE

M(expresin 2.5)

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Donde:

K=2,725:

Qd =caudal requerido en m3/dia

EH en Wh/ da

HTE(m)= altura total equivalente, altura hdrica de bombeo, o carga dinmica total.

m=rendimiento del conjunto motor-bomba

O si se prefiere la expresin 2.6:

EH = pgVhE f j = energa hidrctulica (Julios)

V = Volumen de agua h = altura total (metros cbicos)

p = densidad del agua (Kg/ m3)

g = aceleracin de la gravedad (m/ s^2)

(expresin 2.6)

2.3.4. Recurso solar.

La potencia suministrada por el generador fotovoltaico depende de la radiacin solarincidente disponible. Esta vara para cada lugar y para cada da del ao, consecuenciadel cambio de estacin y de las condiciones climticas y geogrficas especficas. Paraproceder al dimensionado de un sistema fotovoltaico mediante el mtodo aqu utilizadose necesitan datos medios mensuales de radiacin solar del lugar donde se desee realizarla instalacin.

La cantidad de energa solar incidente sobre una superficie depende de su orienta-cin relativa al sur y del ngulo que forma con los rayos del sol. Es, por tanto, necesario

determinar la orientacin y el ngulo de inclinacin que optimicen la relacin entre laenerga incidente y la energa hidrulica demandada a lo largo de todo el ao.

Para ello es necesario estimar la radiacin global incidente sobre una superficie adistintos ngulos de inclinacin y orientada al sur a partir de los datos de radiacinglobal sobre superficie horizontal. Se suele obtener a partir de alguna de las siguientesfuentes:

NASA: http://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/sse.cgi?+s1#s1

Instituto Nacional de MeteorologaOrganismo autonmico oficial

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Una vez que se dispone de la energa hidrulica y de la energa solar incidente sobresuperficies inclinadas a diferentes ngulos para cada mes, el ngulo de inclinacin delgenerador fotovoltaico se obtiene optimizando el cociente entre la energa hidrulicanecesaria y la energa solar disponible para cada mes y para cada inclinacin.

El mes de dimensionado y el ngulo ptimo de inclinacin del generador fotovol-taico, son aquellos en los cuales el cociente entre la energa hidrulica y la energa solar

es mximo. Es, por tanto, el mes ms desfavorable energticamente para satisfacer lademanda de agua.

Este ltimo paso nos lo podemos ahorrar ya que existen estudios realizados porregiones en los que podemos consultar cual es el ngulo de inclinacin ptimo en laregin donde queremos implantar nuestro sistema. Una vez tenemos ese ngulo tambin se nos ofrece la posibilidad de consultar cual es el mes que menos irradiancia diariamedia recibe para realizar nuestros clculos con el mes mas desfavorable.

Una pgina web donde se puede consultar es:http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=en&map=europe

2.3.5 Generador [4]

El dimensionado mnimo del generador, en primera instancia, se realiza suponiendoque opera en condiciones estndar (CEM: 25 C y 1000 W/m2) y que el punto detrabajo coincide con el de mxima potencia todo el da. Esto no es cierto en la prctica yhabr que corregirlo con diferentes factores.

La potencia pico de salida de un generador FV en CEM es (2.7):

Pp=A . GCEM .g (espresin 2.7)

Donde:

AGCEMg

rea de paneles FV1 kW/m2el rendimiento del generador a 25 C.

El rea de paneles necesaria para suministrar una energa Ee es (2.8):

A=

Donde:

Gdm(,)fvoperacin.Ec

Irradiacin media diaria del mes en el plano del generador (kWh/m2/da)Rendimiento medio diario del generador en las condiciones REALES de

Es la energa elctrica diaria necesaria expresada en kWh

EeGdm ( , ) g (expresin 2.8)

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El rendimiento medio diario del generador en las condiciones REALES de operacin sehalla con la expresin 2.9:

fv= Fm . (1-(Tm-25)).g (expresin 2.9)

Donde:

Fm el factor de acoplo medio: cociente entre la energa elctrica generada y la

que se generara si se trabajase en el PMP. Fm=0,95 en sistemas con seguidor,Fm=0,9 para bombas centrfugas y Fm=0,8 para otras bombas. es el coeficiente de variacin de la potencia con la temperatura de las clulas;vale entre 0,004 y 0,005 1/C para Si monocristalino.Tm= temperatura media diaria de los mdulos

La energa elctrica se relacionar con la hidrulica a travs del rendimiento mediodiario de la motobomba (2.10):

EMB= EH/ MB (expresin 2.10)

Este rendimiento medio diario tiene el valor estimado, obtenido a partir de laexperiencia y que depende del tipo instalacin; en la tabla 2.2 se indica MB para 3casos :

Tabla 2.2 Rendimientos[4]

Sustituyendo las ecuaciones anteriores en la siguiente expresin (2.11) se encuentra

que la potencia pico necesaria, en funcin de la energa hidrulica, de la radiacinincidente y del rendimiento medio diario del subsistema motor-bomba:

PP =Eh

mb

GCEMFm (1 (Tc TCRM )) Gdm (expresin 2.11)[1]

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Donde:

Pp= Potencia pico necesariaEh= energa hidrulica necesaria(Wh/da)

mb= Rendimiento del grupo motor-bomba

Gcem= Radiaccin media diaria CEM 1000W/m^2

Fm= Factor de acoplo medio (0,9 para bombas centrfugas)= coeficiente de variacin de la potencia con la temperaturaTc= Temperatura media diaria de los mdulos durante las horas de solTcem= 25 CGdm=Radiaccin media diaria en un mes dado (mas desfavorable) en el plano delgenerador

Con esta potencia podemos seleccionar los paneles fotovoltaicos que se instalarn y

el nmero de ellos mirando las tablas de caractersticas que nos aportan los fabricantes.La potencia pico del generador seleccionado deber ser mayor o igual a la potencia pico

requerida por la instalacin.

Una vez que se elija el motor se puede realizar la configuracin del generador foto-voltaico, esto es, el nmero de mdulos en serie y paralelo.

Nmdulos en serie = Voltaje nominal del motor/ Voltaje nominal del mdulos.

N mdulos en paralelo = Potencia pico del generador / (N mdulos en serie x

Potencia pico de un mdulo).

Para poder calcular esto ltimo hay que contar con las caractersticas del motorque se seleccionar en el apartado siguiente.

2.3.6 Seleccin Motor-bomba.

El motor debe ser capaz de soportar la potencia pico del generador fotovoltaico, portanto, el valor de su potencia elctrica de entrada debe ser al menos la potencia

pico (Pp calculada en el apartado anterior) del generador fotovoltaico.

La configuracin del generador, esto es, el nmero de mdulos fotovoltaicosconectados en serie y en paralelo, debe adaptarse a las limitaciones de corriente yvoltaje del motor (o del sistema de acondicionamiento de potencia), procurando acoplarbien ambos elementos para optimizar las relaciones de mxima potencia.

Por ltimo es importante sealar que en la actualidad, en muchos modeloscomerciales, el motor est acoplado a la bomba de fbrica con lo que deberemosseleccionar un motor-bomba que cumpla el requisito anterior y las necesidades decaudal mencionadas en el apartado 2.3.2 para una altura total h dada.

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2.3.7 Uso de bateras de acumulacin.

En el caso de querer dotar a la instalacin de una cierta autonoma defuncionamiento en el caso de fallo del recurso solar ( utilizacin nocturna, danublado...) o por utilizacin de otros quipos conectados a nuestro generador se puedeinstalar una batera de acumuladores. En este caso una vez se sepa con certeza el

autoconsumo del grupo motor-bomba y dems equipos (incluidas instalacin dealumbrado, toma de fuerza si fuese requerida) debemos calcular la energa media diaria consumida por todo nuestro sistema. La siguiente tabla (2.3) pude servir a modo de ejemplo [4]:

Tabla 2.3. Consumos medios diarios

Conocido el valor medio mensual de la irradiacin diaria sobre el plano delgenerador, se estima a partir del rendimiento energtico aprox. de la instalacin la

potencia mnima del generador FV con la expresin 2.12:

(expresin 2.12)

Donde:

GCEM = 1 kW/m2 irradiancia en condiciones estndar de medidaPmp= Potencia pico del generador (kWp)ED= Consumo expresado en kWh/da.Gdm (a,b)= Valor medio mensual de la irradiacin diaria sobre el plano del generador

en kWh/(m2.da) y en el que se hayan descontado las prdidas por sombreado

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Un valor tpico de partida de PR para el diseo de sistemas con inversor y bateraes PR = 0,6 y de 0,7 para bombeo directo sin batera.

Se define como Rendimiento energtico de la instalacin o performance ratio,PR, como la eficiencia de la instalacin en condiciones reales de trabajo para el

perodo de diseo

El instalador podr elegir el tamao del generador y del acumulador en funcin de:

- las necesidades de autonoma del sistema- la probabilidad de prdida de carga requerida.

Respetando los lmites estipulados en el Pliego de Condiciones Tcnicascorrespondiente; en Espaa:

La potencia nominal del generador ser, como mximo, un 20 % superior alvalor Pmp, min para el caso general .Como caso general, la capacidad nominal de la batera no exceder en 25 vecesla corriente de cortocircuito en CEM del generador fotovoltaico.La autonoma mnima del sistema ser de 3 das.

Teniendo en cuenta lo anterior la batera de acumulacin se seleccionar de acuerdoa la siguiente expresin (2.13):

(expresin 2.13)

Donde:

A = Autonoma del sistema en dasC20 = Capacidad del acumulador en Ah (*)PDmax = Profundidad de descarga mximah inv = Rendimiento energtico del inversorhrb = Rendimiento energtico del acumulador + reguladorLD = Consumo diario medio de la carga en Ah (2.14)

(expresn 2.14)

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2.3.8 Tuberas.El dimetro de las tuberas ha de ser calculado de acuerdo con las prdidas de carga

o altura dinmica, especificadas cuando se obtiene la energa hidrulica necesaria y conla longitud real de tubera sumada a la "longitud equivalente" de los accesorios de la

instalacin. Para unas prdidas admisibles y una longitud total L (incluidos los acceso-

rios del circuito) el dimetro de las tuberas se puede estimar mediante tablas o grficos

que expresen las prdidas de carga en funcin del caudal para cada dimetro de latubera, teniendo en cuenta el tipo de material del que est construida.

Se recomienda que el dimetro de la tubera y accesorios sea superior a un valor talQue las perdidas hidrulicas no superan el 10% de la altura hidrulica de bombeo,Preferentemente un 2%.

2.4 Consideraciones en el montaje e instalacin.

La mayora de los fallos en las instalaciones de bombeo provienen del inversor,controlador o de la bomba. La realizacin de una instalacin, operacin y mantenimiento adecuados reducirn estos problemas.

Algunas consideraciones importantes a la hora de realizar una instalacin de bombeofotovoltaico son [2]:

Respetar la normativa y reglamentos electrotcnicos aplicables a instalacioneselctricas.Realizar un plan detallado de la instalacin, asegurndose la disponibilidad detodos los materiales y herramientas. Como mnimo se han de seguir lossiguientes pasos:Verificacin del pozo de agua (capacidad de produccin) . oObra civil: cimientos, tuberas y depsito de almacenamientoMontaje de los componentes mecnicos y elctricos del sistemao Verificacin de la operacin del sistemaEntregar un manual de operacin y mantenimiento al usuario del sistema, ascomo instruirle, acerca del funcionamiento del sistema.

Los niveles de agua pueden variar estacionalmente, y en algunos casos en un

periodo de horas. El nivel de agua en zonas rocosas vara mucho durante elbombeo. La bomba debe estar sumergida en el agua. Si las variaciones del niveldel agua hacen que la bomba pueda trabajar en vaco es necesario tomarprecauciones como la instalacin de sondas de nivel en el pozo. Tambin esnecesario instalar una sonda de nivel en el depsito para evitar el desperdicio delagua.Proteger la entrada de la bomba de la posible entrada de suciedad o arena mediante filtros adecuados en cada caso. Tener en cuenta las posibles prdidas de carga de estos filtros.

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Es necesario poner correctamente a tierra todo el equipo. Las bombas de aguaatraen los rayos por la excelente tierra que proporcionan. Poner a tierra el marcodel generador FV, todas las cajas de equipos. Las tuberas nunca deben serutilizadas como tierra, ya que sta puede ser interrumpida en operaciones demantenimiento. Utilizar varistores para proteger ios equipos contra sobrecargasinducidas por fenmenos atmosfricos.

Evitar tuberas muy largas. Las prdidas de carga pueden aumentar considera-blemente la altura total de bombeo y por tanto el tamao del generador FV.

Utilizar tuberas de acero inoxidable o de PVC adecuadas para resistir una ope-racin de al menos la vida til del generador (>20 aos) de dimetros adecuadospara minimizar las prdidas de carga. Evitar la formacin de pares galvnicos que puedan corroer partes del sistema.Proteger los equipos electrnicos en cajas intemperie. El cableado de la instala-cin debe cumplir con la normativa elctrica vigente, minimizando las cadas detensin. Los cables utilizados para bombas sumergibles deben ser apropiadospara tal fin.Proteger el pozo de la entrada de suciedad, sobre todo en instalaciones de bom-beo de agua para uso potable.

El generador puede ser una estructura fija o con seguimiento solar. Las estructu-ras fijas son ms baratas y resistentes. Sin embargo los seguidores solares

pueden incrementar en un 30%-40% el volumen bombeado durante el verano.La utilizacin de seguidores puede disminuir el tamao del generador para bombear el mismo volumen de agua, pero aaden complej idad al sistema ynecesitan mayor mantenimiento.La mayor parte de los fabricantes de sistemas de bombeo de agua para energasolar FV incluyen algn tipo de dispositivo de acoplo de impedancia para que elsistema opere cerca del punto de mxima potencia, acoplando las caractersticaselctricas del motor y del generador. Adems algunos tipos de bombas conelevado par de arranque, como las bombas de desplazamiento positivo, necesitan un dispositivo para suministrar estos picos de corriente de arranque.

En instalaciones de suministro de agua potable, preveer la construccin de un

sistema de saneamiento que evite la formacin de agua estancada en el entorno

del punto de distribucin.Se debe utilizar un cableado que minimice las cadas de tensin, especialmente en los de baja tensin donde unas pequeas cadas pueden ocasionar perdidassignificativas. Los cables utilizados deben ser adecuados, p.e. resistentes al sol,sumergibles, etc... El cable para la sujeccin de la bomba debe ser aislado paraevitar fenmenos de corrosin por formacin de pares galvnicos.Mantener las medidas de seguridad adecuadas: puesta a tierra de los conducto-res, la estructura del generador y los equipos, montar los interruptoresnecesarios (entre el generador y el inversor), colocar fusibles o interruptores enlos conductores no puestos a tierra y utilizar cables con secciones adecuadas.Verificar las conexiones elctricas que se realizarn en cajas adecuadas que

permitan su inspeccin y revisin.

En la instalacin de bombas superficiales se ha de tener en cuenta la altura m-xima de succin (


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La instalacin de bombas sumergibles es en general ms difcil, requiriendo degras en bombas muy pesadas. Instalar la camisa de la bomba para mejorar larefrigeracin del motor. La sujecin de la bomba ha de soportar el peso de la misma y de la tubera llena de agua. Se ha de disponer de un cable o cuerda de sujecin y otro adicional de seguridad. El peso ha de ser soportado por lasujecin y no por la tubera o los cables elctricos. La bomba ir provista de una

vlvula antirretorno.

2.5 Mantenimiento.

Los sistemas de bombeo FV requieren muy poco mantenimiento, aunque se ha derealizar un mantenimiento preventivo explicitado en el manual de operacin ymantenimiento de la instalacin. El sistema ha de arrancar y parar automticamente enfuncin de la demanda y la disponibilidad de radiacin solar mediante las sondas denivel en el pozo y en el depsito de acumulacin. En general los sistemas FV debombeo de agua bien diseados y adecuadamente instalados son muy sencillos de operar y mantener.

El instalador del sistema debe proveer un Manual de Operacin y Mantenimiento,estableciendo los principios de operacin del sistema, el mantenimiento de rutina y losrequerimientos de servicio. En l tambin debe estar incluida informacin referente aseguridad y a los problemas que comnmente se presentan es esta clase de instalaciones.

La manera ms efectiva para maximizar los beneficios de los sistemas de bombeo deagua es llevando a cabo un mantenimiento preventivo. El programa de mantenimiento preventivo debe estar diseado para maximizar el costo de vida til del sistema. Por

supuesto, cada tipo de sistema tiene diferentes requisitos de mantenimiento. Lascondiciones especficas de operacin impondrn requisitos adicionales. En general, el

mantenimiento de un sistema fotovoltaico de bombeo requiere lo siguiente [2]:

Mantenimiento de rutina y reparaciones menores.

Se incluye el monitoreo de desempeo del sistema, el nivel agua y su calidad. Unainspeccin visual puede detectar ruidos o vibraciones inusuales, corrosin, invasin deinsectos, componentes o conexiones elctricas sueltas, fugas de agua, algas, etc. Lamayora de estos problemas pueden ser corregidos en el campo. El operador del sistema (tpicamente el propietario) debe ser capaz de realizar todo el mantenimiento de rutina y

las reparaciones menores. El mantenimiento rutinario ayudar a detectar y corregir lamayora de los pequeos problemas que con el tiempo se pueden convertir en mayores

problemas que pueden dejar inoperable el equipo.

Reparaciones preventivas y correctivas.

Se incluyen los reemplazos o reparacin de componentes tales como, reemplazo deldiafragma o impulsores, y reemplazo de los componentes defectuosos. Este tipo demantenimiento puede requerir herramientas especiales y conocimiento. En la mayorade los casos, es necesario que personal capacitado haga las reparaciones.

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Los paneles FV

Los requerimientos en los sistemas FV de agua son bajos comparados con las otrastecnologas. Uno de los puntos ms importantes de los FVs es prevenir las sombras enlos paneles. Hierbas y rboles cercanos pueden sombrear al paso del tiempo. No esnecesario limpiar los mdulos, e incluso cuando hay exceso de polvo la eficiencia de lospaneles FV disminuye solamente un 2 a 4%. Si la estructura de los paneles lo permite,

los paneles pueden ser ajustados dos veces al ao para obtener mejor rendimiento. Elmantenimiento en campo de los controladores consiste en asegurar un buen sellado para evitar polvos, agua o insectos.

Bombas y motores

Desde el punto de vista operacional, el requisito ms importante es evitar laoperacin de una bomba en seco debido a que el motor se sobrecalentar y se quemar. El agua es necesaria para la lubricacin y disipacin de calor. En el caso de las bombas

centrfugas superficiales, es necesario comprobar que no existan fugas en la tubera de

succin o en la vlvula check si la bomba necesita cebado. Del mismo modo, el

operador nunca debe permitir que la bomba trabaje contra una descarga obstruida, lo cual puede provocar un sobrecalentamiento en el motor, y excesiva tensin mecnica.Las bombas centrfugas (superficiales o sumergibles) requieren de poco mantenimiento. La mayora de los problemas que se presentan son debidos al exceso de arena, aguacorrosiva y con alto contenido de mineral. Estos agentes atacan los impulsores o lacubierta de la bomba. Puede darse el caso que la bomba no falle completamente, pero surendimiento s puede disminuir bastante. Algunas bombas pueden ser reconstruidas alremplazar los impulsores y los sellos de agua; no obstante, el remplazo de la bombacompleta puede ser ms econmico. El monitoreo adecuado de la produccin de aguapermite al propietario determinar cuando se debe reemplazar la bomba. Algas y otra materia orgnica pueden obstruir la entrada de la bomba. Las bombas sumergibles son de acero inoxidable y deben durar operando ms tiempo. Las bombas de desplazamiento

positivo usan ms componentes sujetos a desgaste. Por esta razn, se le debeproporcionar ms mantenimiento que a otras clases de bombas. Bajo condicionesapropiadas de operacin, los diafragmas necesitan ser reemplazados cada 2 a 3 aos (ms frecuente en aguas arenosas). Los sellos de las bombas de pistn pueden durarentre 3 y 5 aos. Los diafragmas y sellos fallan prematuramente cuando hay exceso dearena lo cual desgasta ms rpido los componentes y cuando trabajan a presiones msaltas. La mayora de las bombas de desplazamiento positivo pueden ser reconstruidasvarias veces en el campo antes de desecharlas.

Los motores ac y dc sin escobillas no requieren de mantenimiento en el campo y puedendurar entre 10 y 20 aos bajo condiciones ideales de operacin. Los motores conescobillas requieren reemplazo peridico de las escobillas. Esta es una operacin muysencilla en la mayora de los diseos. Las escobillas deben ser reemplazadas concomponentes abastecidos por el fabricante para garantizar el buen desempeo delequipo. Los motores pequeos con escobillas pueden durar entre 4 y 8 aosdependiendo del uso.

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3. Sistemas de bombeo FV con tecnologas apropiadas.

3.1 Las tecnologas apropiadas.

Las necesidades y problemas que encontramos en pases en vas de desarrollo sonmuy diferentes a los que presentan los pases desarrollados. Consecuentemente, lassoluciones para ambos escenarios van a ser tambin muy diferentes. Por esa razn, enun pas en desarrollo no podemos automticamente usar una tecnologa que ha sido originalmente desarrollada para un pas desarrollado. Esto ha sido un error tradicionalen muchos programas de desarrollo y hace referencia de manera directa al concepto detecnologa apropiada [7].

Decimos que una tecnologa es apropiada si tiene en cuenta las necesidades eintereses de los usuarios finales para los que esa tecnologa va dirigida. En otraspalabras, va ms all de la tecnologa en s misma y considera factores tanto humanos,

sociales como econmicos.

Dado que la tecnologa es un factor esencial de la produccin, la introduccin denuevas tecnologas o el desarrollo de las existentes en una sociedad constituye uno de los medios para contribuir a su desarrollo. De ah la importancia de la cooperacintcnica, en sus mltiples variantes, como parte de la cooperacin al desarrollo,incluyendo la realizada por las ONG y Universidades en proyectos de tipo productivo.

Las tecnologas tradicionales suelen estar muy adaptadas a las condicionesmedioambientales, econmicas y sociales del lugar, gracias a que se han desarrollado y utilizado durante largos perodos de tiempo. Adems, suelen emplear materiales locales,lo que facilita el mantenimiento y reparacin del equipamiento. Sin embargo, con

frecuencia se trata de tecnologas que, en un contexto de cambios econmicos en elmercado nacional o internacional, ofrecen una produccin y unos ingresos insuficientes.

El enfoque de la tecnologa apropiada surge en los 70 como una alternativa a esaconcepcin de la transferencia de tecnologa moderna y a sus problemas, y es el tipo detecnologa ms habitualmente utilizada por las ONG en sus proyectos de desarrollo ylucha contra la pobreza [9].

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3.2 Requerimientos y caractersticas locales.

Este tipo de tecnologas son adecuadas a las condiciones locales, caracterizadas porsu bajo costo, la no importacin de insumos, su pequea escala, su fcil utilizacin porla poblacin y su sostenibilidad, por lo tanto estos factores de deben tener en cuenta a lahora de plantear el proyecto.

Con el tiempo, como reflejo de los cambios habidos en el pensamiento sobre eldesarrollo, el significado de la tecnologa apropiada ha ido evolucionando eincorporando sobre todo tres principios [9]:

a) La importancia de los conocimientos de la poblacin rural. Inicialmente, estastecnologas se diseaban sobre todo en laboratorios de los pases occidentales, por loque a veces no eran realmente adecuadas a los contextos en los que se introducan. Sinembargo, con el tiempo los programas se han centrado crecientemente en la mejora detcnicas y tecnologas ya empleadas por la poblacin local.

b) La participacin de la poblacin, que se ha asumido como imprescindible para poderdesarrollar una tecnologa realmente apropiada a sus necesidades, gracias a la influenciaejercida por las metodologas y enfoques participativos, gestados en el campo deldesarrollo tambin desde los 70. Todos los usuarios y beneficiarios de nuevastecnologas deben ser consultados, a fin de analizar cules son sus necesidades, si lanueva tecnologa es realmente adecuada, quin se beneficiar, quin la controlar yvelar por su mantenimiento, y qu impacto socioeconmico tendr. Especial atencindebe prestarse a las mujeres, evitando que su voz quede silenciada a pesar de serfrecuentemente el colectivo ms afectado. De este modo, el enfoque de la tecnologaapropiada se orienta a apoyar a los pobres para que tomen sus propias decisiones en

cuanto a la adopcin de tecnologas, ofrecindoles el acceso a la informacin queprecisen.

c) La sostenibilidad medioambiental es una tercera condicin a la que se prestacreciente atencin en el diseo de las tecnologas apropiadas. Por consiguiente, stasdeben reducir los residuos, incrementar la eficiencia en el uso de los recursos, y sustituirlos productos y procesos dainos para el medio.

3.3 Criterios de seleccin.

A la hora de seleccionar los materiales que sern utilizados en una determinadainstalacin se debern seguir las siguientes premisas:

La instalacin tiene que ser robusta y sencilla de usar, ya que los usuarios van aser poco cualificados y no van a contar con el apoyo continuado de asesorespreparados.Los materiales deben de ser fciles de obtener en el lugar donde se implante lainstalacin.

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Tiene que requerir poco o ningn mantenimiento de tcnicos especializados, yaque estos van a estar lejos y va a resultar caro y difcil atraerlos para laresolucin de los problemas.Debe ser de bajo consumo, ya que frecuentemente tendr que depender deinstalaciones fotovolticas que encarecen las instalaciones y aumentan lasnecesidades y costes de mantenimiento.

No debe ser cara de desplegar, y a dems debe tener costes de operacin muybajos o nulos. Esto excluye las redes cableadas, las de telefona mvil y las redes

satlite, y desaconseja las redes radio en que la banda de frecuencias requierelicencias costosas.Los materiales no deben ser perjudiciales para el medio ambiente.

3.4 Informacin previa a recopilar para nuestro caso.

Como base indispensable sobre la que trabajar, ya sea un sondeo nuevo o larehabilitacin de uno antiguo, se necesitar tener disponible la siguiente informacin

previa antes de comenzar el estudio [2]:

1. Un ensayo de bombeo. Te permitir determinar la capacidad de produccinque tiene el sondeo y la profundidad de bombeo.

2.Detalles de construccin del sondeo. El dimetro condiciona el tamaomximo de la bomba que cabe dentro dejando suficiente espacio para larefrigeracin. Como la bomba se instala en tramos de camisa, la disposicin entrecamisa y filtros determina dnde puede instalarse. Finalmente, la profundidad del

primer filtro determina la cada mxima del nivel del agua antes de que quededescubierto.

3.Anlisis del agua para comprobar la seguridad y anticipar la corrosin.

4.Acceso a la energa. El punto ms cercano de suministro elctrico si lo hay y latensin. Si se necesita un generador hay que prever dnde albergarlo.

5.Condiciones tcnicas de funcionamiento. La potencia de la bomba a instalardepender entre otras cosas de la longitud de tubera y la altura de bombeo.

6.Condiciones organizativas de funcionamiento. Determinan la necesidad deprever alojamiento para un operario/guarda.

7.Normativa del pas.

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4-Anlisis de un Prototipo de Bombeo Fotovoltaico. Aplicacinprctica.

4.1 Hiptesis de partida.

Para poder simular en nuestro laboratorio un sistema de bombeo FV hemosplanteado una serie de hiptesis iniciales como base al clculo de la instalacin. Lafinalidad es poder aproximarnos a unas condiciones reales prefijadas para el posterioranlisis de los resultados.

Los datos de partida son los siguientes:

El sistema abastecer de agua potable a una aldea de 90 habitantes.La extraccin de agua se har mediante bomba sumergible.Se prev que el sondeo tendr una profundidad mxima de 25 m (30 m.c.a con

las prdidas y subida del agua a un tanque de almacenamiento)La ubicacin de la instalacin ser en el Municipio de Legans (Comunidad deMadrid)

4.2 Descripcin general del sistema.

El prototipo a construir en el laboratorio estar formado a grandes rasgos por los

siguientes componentes:

1.2.3.4.5.6.7.8.9.

Generador fotovoltaico.ReguladorSistema de bateras de acumulacin.Sistema de acondicionamiento de potencia. Conversor DC/AC.Motor-bomba.Depsito de agua (donde ir sumergida la bomba y simular el sondeo).Sistema de tuberas.Cuadro de conmutacin (Bomba-Regulador)Accesorios para simular diferentes alturas manomtricas y elementos demedicin.

Mediante una vlvula estranguladora de caudal simularemos diferentes alturas manomtricas para ensayar el sistema. Tales alturas equivalentes en metros columna deagua (mca) las determinaremos en nuestros ensayos a partir de expresiones de mecnica de fluidos.

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La ubicacin de los elementos en el laboratorio se puede ver en la figura 4.1.

Figura 4.1

4.3 Descripcin de los componentes

En los apartados siguientes se detallan las caractersticas de cada uno de loscomponentes as como los condicionantes para su eleccin.

4.3.1 Motor-Bomba

Previsin de consumo hidrulico

En primer lugar vamos a calcular las necesidades hidrulicas para nuestra bomba. Una vez sepamos los requerimientos mnimos de caudal iremos a modelos defabricantes para seleccionar una bomba adecuada a las necesidades del sondeo.

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Para una poblacin de habitantes rurales se requieren aproximadamente 30 l de aguapara abastecimiento por persona y da.

El hecho de que nuestra aldea cuente con 90 habitantes hace que el volumen deagua bombeado necesario al da sea de 2700 litros lo que equivale a aproximadamente2,7 m3 de agua al da (0,12 m3/h)

El caudal mnimo que se requerir a la bomba en el mes de irradiacin masdesfavorable ser de 0,12 x 1,8 = 0,21 m3/h . Si la bomba es capaz de suministrareste caudal se garantizan las necesidades hidrulicas de 2,7 m3 al da dosificadaspoco a poco, es decir, segn los habitantes lo van necesitando. Alsobredimensionar el caudal mnimo contamos con un pequeo margen paramomentos de poca irradiacin solar ( pensando en bombeo directo).

Buscando el mayor compromiso tcnicoeconmico para llevar a cabo lainstalacin, y de acuerdo con la altura de bombeo (30m), seleccionamos en primera

instancia una bomba GRUNDFOS SQF 2.5-2 sumergible centrfuga de la queconocemos datos de altura-potencia-caudal hasta una altura de 100 m (tenemos un

margen para jugar con las prdidas de carga en la instalacin). Ver figura 4.2.

Figura 4.2

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4.3.2 Grupo generador

4.3.2.1 Previsin de consumo. Paneles fotovoltaicos.

Previsin de consumo

Conocido el rendimiento medio diario de la motobomba seleccionada (hMB) se evaluar la energa elctrica que consumir como:

Ee =2,725 2,7 30

= 630,6 Wh/da (expresin 2.5)0,35

A este valor de energa debemos sumarle el consumo del regulador y del inversor:

-Consumo regulador: Las prdidas de energa diarias causadas por el autoconsumo del regulador en condiciones normales de operacin deben ser inferiores al 3 % delconsumo diario de energa. Su autoconsumo ser de 5,76 wh/da.

-Consumo del inversor: El inversor consumir como mximo 28,8 Wh/da segnespecificaciones del fabricante.

Con lo cual, el consumo total de energa de la instalacin ser de 665 Wh/da.

Dimensionado del generador. Bombeo con bateras

En primer lugar recurriremos a algn medio en el que podamos conocer datos deirradiacin media en la zona donde se ubica la instalacin. Los datos encontrados sepueden ver en la figura 4.3 [14].

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Figura 4.3. Valores de irradiacin media diaria.

Ojeando los valores y la grfica vemos que el mes mas desfavorable es Diciembrecon una irradiacin media diaria de 2696 Wh/m2/da para un ngulo de inclinacin de34 grados orientacin Sur. Este ngulo de inclinacin nos lo dice directamente la fuente de donde hemos obtenido los datos de irradiacin y adems es el ngulo ptimode inclinacin para el lugar donde instalaremos los paneles.

Conocido el valor medio mensual de la irradiacin diaria sobre el plano delgenerador, se estima a partir del rendimiento energtico aprox. de la instalacin lapotencia mnima del generador FV

Pmp = 0,665 11000 = 411 Wp

2,696 0,6

(expresin 2.12)

La potencia pico del generador seleccionado deber ser mayor o igual a la potenciapico requerida por la instalacin por lo tanto se escogen tres paneles colocados en seriede 12v y 150 Wp.

150 x 3 Wp > 411 Wp

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Se dotar a la instalacin de 3 paneles fotovoltaicos conectados en serie instalados sobreuna estructura fija (configuracin 3S). Dicha configuracin es compatible con el rangode tensiones de entrada del regulador seleccionado.

Las caractersticas de los paneles seleccionados se muestran en la tabla 4.1.

Tabla 4.1. Caractersticas de los paneles instalados.

Dimensionado del generador. Bombeo directo (sin uso de bateras)

Ya que nuestro prototipo a estudiar llevar un cuadro de conmutacin para poderensayar el sistema sin uso de bateras, el siguiente paso es comprobar que los panelessolares seleccionados anteriormente sern suficientes para tal fin.

Utilizando la expresin 2.11:

1= 0,280 kWp (expresin 2.11)

2,696 0,9 (1 0,005 (40 25))

PP = 0,630

*Para una temperatura de funcionamiento de los paneles de 40 C y una variacin dela potencia con la temperatura de 0,005 W/C

Con lo cual queda comprobado que la potencia de nuestro generador ( 450 Wp) es mayor que la requerida por nuestro sistema en bombeo directo y es vlido.

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Ya podemos verificar que nuestra instalacin nos garantiza el caudal mnimonecesario. En la siguiente grfica se puede apreciar la curva caracterstica de la bomba.Fijndonos en la interseccin de la curva de 30 metros con la recta de caudal mnimoque anteriormente habamos establecido (0,27 m3 /h - 90 w) vemos como se encuentramuy por debajo de la potencia que aporta nuestro generador (450 Wp). Ver figua 4.3.

Por lo tanto, queda satisfecho el requisito de caudal mnimo y se puede considerarque el modelo de Bomba GRUNDFOS SQF 2.5-2 es vlida para suministrar el caudalnecesario a los habitantes de nuestra aldea ficticia con un buen margen de seguridad. Este margen es muy importante sobre todo en el bombeo directo donde no podemosgarantizar un caudal constante debido a sombras, das nublados... En ocasiones el caudalpuede llegar a ser incluso nulo vindose compensado en determinados momentos concaudales mas abundantes coincidiendo con las horas centrales del da en las que nuestro grupo bomba-generador podr compensarlo con creces debido precisamente a este granmargen de seguridad con el que contamos.

Figura 4.3.

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Tambin se puede verificar que la potencia de nuestro generador no exceder enbombeo directo la potencia mxima del motor acoplado a la bomba (900 W).

4.3.2.2 Regulador

El regulador seleccionado corresponde a la lnea VMS. Son reguladores que seencargan de proteger a la batera contra sobrecarga y sobredescarga, con el fin deprolongar la vida de la batera. Figura 4.4 [8]

Figura 4.4. Regulador VMS 40A

Sus caractersticas son las siguientes (tabla 4.1):

Tabla 4.1 Caractersticas del regulador

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4.3.2.3 Inversor

Las caractersticas del inversor seleccionado para nuestro sistema son (tabla 4.2) [8]:

Tabla 4.2. Caractersticas del inversor

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4.3.2.4 Bateras de acumuladores

Cuando de trata de abastecimiento de agua para consumo humano, como tratamosde simular en nuestro prototipo, es conveniente dotar a la instalacin de al menos 5 dasde autonoma con uso de bateras.

Para simplificar, y reducir costes de material, en nuestro prototipo hemos decididodimensionar la batera para una autonoma de 1 da y medio. Este tiempo es mas quesuficiente en nuestro caso para poder realizar los ensayos que se pretenden llevar acabo.

La batera de acumulacin se seleccionar de acuerdo con la expresin anteriormentevista 2.13:

A LD

PDmax hinv hrb

66512

== 150 Ah0,8 0,85 0,81

1,5 C 20 =

Atendiendo a la capacidad de batera mnima, se ha seleccionado un modelo debatera Monoblock Solar EW C-100 de 168 Ah de capacidad y 12 V.

Se colocarn 4 unidades en paralelo. Este valor de tensin nos da una autonomasuficiente y es perfectamente compatible con las caractersticas del inversorseleccionado.

4.3.2.5 Cuadro de conmutacin a Bombeo directo.

El sistema incorpora un pequeo cuadro con envolvente metlica desde el cual sepermite la conmutacin del sistema de baterias/regulador a un sistema de bombeodirecto (alimentacin de la bomba directamente con los paneles).

En la tapa del cuadro existe un interruptor rotativo con dos posiciones:

Posicin 1: El sistema trabaja tomando su alimentacin de la salida en corriente alternadel Inversor (controlado la alimentacin en corriente continua de este ltimo por el

regulador y alimentado por el sistema paneles/bateras).

Posicin 2. Es este caso se alimenta la bomba directamente con la lnea que llega alcuadro de los paneles fotovoltaicos (bombeo directo).

En el cuadro de conmutacin se encuentran las protecciones de la lnea de la bombay de la lnea del inversor. A continuacin se puede ver un esquema multifilar delcuadro. (Figura 4.5)

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Figura 4.5. Esquema multililar del cuadro de conmutacin.

Los contactores son para cambiar las conexiones de los paneles de paralelo (cuando vanal regulador) a serie (para bombeo directo).

Se deber tener en cuenta que en bombeo directo la bomba funcionar en corriente

continua por lo tanto el interruptor automtico que protege su lnea se deber

seleccionar para tal fin y teniendo en cuanta la corriente de pico de arranque del motor.

4.3.2.6 Conductores

Los conductores deben, por una parte, soportar la intensidad que circula por ellos yno provocar una cada de tensin excesiva. Por otra ser la eleccin ms rentableeconmicamente hablando para lo cual se har necesario determinar para cada parte dela instalacin la seccin econmica del conductor.

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Criterio de intensidad..La intensidad que circula por los conductores se obtiene de la expresin 4.1 :

Monofsico I =P

y en corriente continua I=P/V

V cos

(expresin 4.1)

Donde:

PVCos

Potencia de clculo de la lneaTensin simple fase-neutro.Factor de potencia de la instalacin

Criterio de cada de tensin.

Para calcular la seccin mnima que garantiza una cada de tensin lmite previamenteestablecida podemos aplicar las formulas simplificadas siguientes (4.2):

Monofsica y CC2 Pl

(expresin 4.2) v V f

* teniendo en cuenta que en corriente alterna hay que aplicar un factor de potencia.

s=

Donde:

LLongitud ms desfavorable de la lnea.PPotencia instalada.SSeccin del conductor en mm 2

VTensin fase-neutro: 230V para suministros monofsicos, 400 para

trifsicos.

Conductividad del cable. Dependiente de la temperatura y del material:

MATERIALCobreAluminioTemperatura

20

563520 C

70

483070 C

90

442890 C

Tabla 4.2 Guia apl. RBT Anexo 2. tabla 3

Criterio de corrientes de cortocircuito.

Como simplificacin del proceso de clculo podemos utilizar la frmula 4.3 :

Icc =

0 .8 U

R

(expresin 4.3)

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Siendo

I ccIntensidad de cortocircuito mxima en el punto consideradoUTensin de alimentacin fase-neutro (230V)

RResistencia del conductor de fase entre el punto considerado y laalimentacin. O dos veces la resistencia del conductor en caso de corrientecontinua.

Se debe comprobar que las protecciones que se seleccionarn mas adelante soncapaces de detectar e interrumpir las corrientes de cortocircuito que se pueden dar enlas diferentes partes de la instalacin.

Seleccin y verificacin de la protecciones

Fusibles

El calibre de la proteccin de cada una de las lneas se llevar a cabo segn el siguientecriterio 4.4 :

I B I N I Zcable (expresin 4.4)

Donde:

IB

INIZ

Intensidad de carga

intensidad nominal del fusibleIntensidad mxima admisible por el conductor

Una vez seleccionada la proteccin haremos la siguientes verificaciones (4.5):

Verificacin por sobrecarga:

Donde:

IB

IN

IZ

I N 0,92 I Z (expresin 4.5)

Intensidad de carga

Intensidad mxima admisible por el conductorintensidad nominal del fusible

Y verificaciones por cortociruito: teniendo en cuenta el contenido de las tablas de lanorma UNE 20460:

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Magnetotrmicos

La proteccin contra sobrecargas segn norma UNE 60898 deber cumplir (4.6):

I B I N I Zcable

Donde:

IBIN

IZ

(expresin 4.6)

Intensidad de cargaIntensidad mxima admisible por el conductorintensidad nominal del calibre del PIA

Adems:

I 2 1,45 I z (expresin 4.7)

Donde:

I2IZ

Intensidad mxima admisible por el conductorIntensidad nominal del calibre del PIA

Para comprobar que el PIA s capaz cortar las corrientes de cortocircuito que se puedenpresentar ( para un tiempo < 0,1 s ):

I

Siendo

cc =

0 .8 U

R

(expresin 4.8)

I ccIntensidad de cortocircuito mxima en el punto consideradoUTensin de alimentacin fase-neutro (230V)RResistencia del conductor de fase entre el punto considerado y laalimentacin.

Una vez conocido este valor de intensidad de cortocircuito se escoge la curva dedisparo del magnetotrmico ( B: 3 y 5 veces la I n , C: 5 y 10 veces I n o D: 10 y 20

veces I n )

Adems el dispositivo de proteccin tendr que garantizar que la energa disipada enel tiempo de cortocircuito no daa los conductores. Para ello averiguamos mediante lasiguiente expresin (4.9) el tiempo que tardara en quemarse el aislante en caso decortocircuito y se comprobara posteriormente que no es inferior al tiempo de disparo de la proteccin:

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K2 S2(expresin 4.9)t=

2I CCdonde:

KSI cct

Constante trmica del aislanteSeccin del conductorintensidad en caso de cortocircuitotiempo ( en segundos)

A modo de resumen tenemos la siguiente tabla (4.3) donde se especifican todosy cada uno de los clculos que se han realizado cada lnea de acuerdo con las

expresiones anteriores:

Conductores

TensiIntensidad

n(Voltios mxima

)

(Amperios)

PANELES-

CUADRO

Int. Adm.(Amperios

)

Aislamiento Seccin2(mm )

Cada de Tensin

LNEA Longitud(metros)Proteccin

(V - %)

(3 lneasindividuales)

BOMBA

12 CC* 12,5 15 450/750V 44 10 Propia del regulador 0,66V5,5%

230 CA36 CC

8,4(consumomximo)

5 450/750V 21 2,5Automtico

CC 50 0,27V0,001%

BATER AS-REGULADOR 12 CC

40(mxima

que admiteel regulador)

150

(paraconsumo

nominal de1800w)

7,82(consumonominal

37,5(3 panelesenserie-bombeodirecto)

1 450/750V 44 10 Propia del regulador 0,07v0,002%

BATER AS-INVERSOR (CC) 12 CC 1 450/750V 175

50(de serie

eninversor)

Autoproteccininversor 0,04V0,001%

INVERSOR-CUADRO (CA) 230 CA 1 450/750V 21 2,5

Autoproteccininversor 0,01-0,001%

CUADRO-REGULADOR 12 CC 1 450/750V 44 10

Propia del regulador 0,037v0,003%

Tabla 4.3 Cuadro resumen de clculos

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*Calculado para el caso mas desfavorable ya que el panel dar tensiones en cargade alrededor de 17 V.

4.3.3 Resto de accesorios

Los elementos del sistema que se describen a continuacin completan el prototipopara dotarlo de funcionalidad. Entre ellos destacan los instrumentos de medida que se

utilizarn para la extraccin de datos y poder as caracterizar el prototipo.

4.3.3.1 Tuberas

Los criterios fundamentales para seleccionar una tubera son:

CostePresin

TemperaturaCorrosin

En nuestro caso los criterios de temperatura y corrosin se han despreciado debido aque el experimento se realizar a una temperatura constante (interior de un laboratorio)y no est pensado para perdurar en el tiempo. No obstante estos dos criterios sonfundamentales para seleccionar el material de la tubera y su correcta seleccin.

La tuberas que se han seleccionado para el prototipo para la conduccin del agua

son de PVC. El PVC es un material fcil de encontrar en cualquier pas del mundo a uncoste relativamente bajo con lo que conseguimos seguir la lnea de nuestro proyectoseleccionando tecnologas apropiadas.

El conjunto de motor-bomba seleccionado lleva en su parte superior un huecocilndrico de 40 mm de dimetro que es la seccin de tubera que nos obliga a utilizarpara entrar a la bomba. En nuestro caso ficticio no ser necesario atender a un cambiode seccin debido a la poca longitud de tuberas que tendremos. Por otro lado las alturasmanomtricas que simularemos en nuestro sistema para posteriormente ensayarlo producirn aumentos de presin en las tuberas que si deberemos tener en cuenta.

La presin mxima que suministra la bomba son 15 Bar. En base a esta presinnecesitamos seleccionar una tubera de PVC que soporte como mnimo esa presin. A una seccin dada lo que marca la presin a soportar por la tubera es el grosor de susparedes.

En la siguiente tabla suministrada por un fabricante de tuberas de PVC se puede vercomo la presin comercial inmediatamente superior a la que suministra nuestra bombason 16 Bar y que para un dimetro de 40 mm el grosor del tubo a de ser de 3mm. Vertabla 4.4 [11].

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Figura 4.4. Presiones admisibles en tubos de PVC

De acuerdo con lo anterior nuestras tuberas, as como accesorios (codos, derivaciones

en T...) sern del tipo 40 X 3.0 (denominacin comercial).

4.3.3.2 Manmetro

El manmetro que utilizaremos ser un manmetro de Bourdon como el mostradoen la figura 4.6. Es sencillo y de fcil lectura. Su misin ser mostrarnos la presinaguas arriba de la vlvula estranguladora que simula las prdidas de carga de nuestrosondeo ficticio.

Figura 4.6. Manmetro de Bourdon

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El principio de medida en el que se basa este instrumento es el sensor conocidocomo tubo Bourdon. El sistema de medida est formado por un tubo aplanado de bronceo acero, cerrado , en forma de C de de circunferencia para la medicin de bajaspresiones, o enrollado en forma de espiral para la medicin de altas presiones y quetiende a enderezarse proporcionalmente al aumento de la presin; este movimiento setransmite mediante un elemento transmisor y multiplicador que mueve la aguja

indicadora sobre una escala graduada. La forma , el material y el espesor de las paredesdependen de la presin que se quiera medir.

El conjunto de medida est formado por un tubo Bourdon soldado a un racord de conexin. ste a su vez ir introducido de fbrica en un manguito de PVC de laseccin que vamos a utilizar (40 mm de dimetro) e ir colocado en serie con nuestrainstalacin.

La lectura mxima de manmetro seleccionado es de 10 Bar ya que en ningn casollegaremos a valores mayores simulando alturas manomtricas.

La exactitud de este tipo de manmetros depende en gran parte del tubo, por esarazn slo deben emplearse tubos fabricados con las normas ms estrictas.

4.3.3.3 Vlvula estranguladora

Como ya se adelant en apartados anteriores la vlvula estranguladora tendr lamisin de estrangular el paso del agua simulando de esa manera las diferentes prdidasde carga que simulen diferentes alturas manomtricas.

La vlvula seleccionada es una vlvula de compuerta metlica con sus accesorios

correspondientes para poder acoplarla a la tubera de 40 mm de nuestra instalacin.

Es una vlvula que abre mediante el levantamiento de una compuerta o cuchilla (lacul puede ser redonda o rectangular) y as permitir el paso del fluido.

Lo que distingue a una vlvula de compuerta es el sello, el cul se hace medianteel asiento del disco en dos reas distribuidas en los contornos de ambas caras del disco.Las caras del disco pueden ser paralelas o en forma de cua. Las vlvulas de compuertano son empleadas para regulacin pero en nuestro caso nos servir para su cometido de

estrangulacin.

Ventajas:

Alta capacidad.Cierre hermtico.Bajo costo .Diseo y funcionamiento sencillos.Poca resistencia a la circulacin.

Desventajas:

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Control deficiente de la circulacin.Se requiere mucha fuerza para accionarla.Produce cavitacin con baja cada de presin.Debe estar cubierta o cerrada por completo.La posicin para estrangulacin producir erosin del asiento y del disco.

Figura 4.7 Vlvula estranguladora

4.3.3.4 Contador de agua

Para poder llevar a cabo diferentes experimentos necesitamos conocer el volumende agua que bombea nuestra instalacin FV, y poder as caracterizar su funcionamiento.

Se ha instalado para tal fin un contador de agua domstico. Es de los del tipo Corromltiple. Lleva una esfera hmeda de rodillos protegidos. Con dispositivo decompensacin de la presin entre interno y externo de la cpsula. Transmisin desde laturbina a la relojera completamente mecnica. Homologados clase B o la msrestringida clase C. Este tipo de contador es muy preciso pudiendo detectar inclusogoteos. Vase figura 4.7

Figura 4.8 Contador de agua domstic

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4.4 IM GENES DEL PROTOTIPO

A continuacin se muestran algunas imgenes tomadas del prototipo ya terminado en ellaboratorio:

Figura 4.9 Visin global de los elementos en el laboratorio.

Figura 4.10 Sistemas hidrulico y FV

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Figura 4.11 Primer plano del cuadro de conmutacin

Figura 4.12 Bateras de acumulacin

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Figura 4.13 Visin general del sistema FV

Figura 4.14 Instalacin de los paneles solares

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4.5 Presupuesto de materiales

Antes de poner en marcha el prototipo resulta de vital importancia conocer el costede la instalacin con el fin de determinar la viabilidad econmica del mismo. Hay que

tener en cuenta que hay gran nmero de distribuidores de material elctrico condiferentes catlogos y que este precio es orientativo. Por otro lado a una instalacin real

no cuenta con dos depsitos de agua (con uno de almacenaje es suficiente). Acontinuacin se muestra el desglose de precios de todos los componentes que forman nuestro prototipo (excluida mano de obra):

Como se puede observar en el desglose se pueden ahorrar algo mas de 2000 euros en costes de material haciendo que el sistema funcione solo en bombeo directo.

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5- Puesta en marcha del prototipo.

Llegados a este punto , tras haber ubicado y montado todos los elementos en ellaboratorio , el siguiente paso es realizar las conexiones elctricas para realizar unas

pruebas de funcionamiento previas a la realizacin de los ensayos.

Secuencia de puesta en marcha

Antes de dar tensin a la bomba es conveniente haber ledo primero los manuales defuncionamiento de los diferentes equipos que conforman el sistema. La finalidad espoder establecer una secuencia de operaciones a la hora de realizar el conexionado delosequipos. Para nuestro prototipo algunas consideraciones de conexin han sido lassiguientes:

1. Conexin de inversor a las bateras. Primero el polo negativo seguido delpositivo.

2. Conexin del regulador. Primero conectar las bateras y posteriormente la lneade paneles.

3. Activar el inversor.4. Primero debemos energizar el cuadro de conexin y por ltimo subir el

automtico que da alimentacin a la bomba.

5.1 Verificaciones previas

Antes de poner en marcha el prototipo por primera vez hay que verificar la

instalacin con el fin de evitar contratiempos y minimizar al mximo posibles fallos quese puedan dar durante el funcionamiento futuro.

Los siguientes puntos de chequeo estn adaptados a nuestro prototipo. Cada tipo de instalacin requerir diferentes puntos de comprobacin en funcin de su topologa ycomplejidad.

Instalacin elctrica

Se debe verificar:

Que los puentes de las bateras estn correctamente conectados. Verificar la

polaridad y unin firme del conductor con las bornas de conexin de la batera.La batera de acumuladores no debe estar al alcance de posibles fugas de agua.Revisin visual de el circuito elctrico con un esquema unifilar en el que sepueda verificar que las conexiones se han realizado correctamente. Se debenrespetar polaridades.La unin de los conductores con los diferentes elementos (inversor, regulador...)y dispositivos de proteccin ha de ser firme para garantizar un buen contactoelctrico. Tirando un poco de los cables se puede comprobar si estn sueltos.Verificar tambin que no sobresalen hilillos de cobre pertenecientes alconductor que puedan entrar en contacto con otras partes de la instalacin.

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Verificar el estado general del cableado comprobando que ningn conductorpueda quedar pinzado por canaletas u otros elementos.

Instalacin hidrulica

Se debe verificar:

La solidez del sistema. Comprobar que las tuberas han quedado firmementeunidas a la pared para evitar posibles vibraciones.Verificar el estado general de las uniones encoladas.Reapretar uniones roscadas con el fin de evitar fugas de agua por las juntas.

5.2 Problemas encontrados durante la ejecucin.

Tras haber seguido meticulosamente los pasos anteriormente sealados, se ha puesto elsistema en marcha encontrndose los siguientes inconvenientes:

Al conectar por primera vez la bomba, sta no funciona. El motivo ha sido quela sonda de nivel (mecanismo de deteccin de funcionamiento en vaco) noestaba correctamente sumergida. Esto inhabilitaba la bomba para sufuncionamiento mediante esta proteccin que lleva incorporada.

Fugas de agua por las juntas. El problema se solucion reapretando las juntasroscadas y aadiendo cinta de tefln a las roscas.

Vibraciones. El problema se solucion colocando arandelas insonorizadas degoma y espuma de pvc en las partes donde la tubera tocaba directamente eldepsito.

Al conmutar a bombeo directo no se energizan las bobinas de los contactoresque ponen los paneles en serie. El cuadro de conmutacin est alimentado por labatera a travs del inversor. El inversor necesita una potencia mnima (40 W)para poder funcionar a la cual no es capaz de llegar alimentando solo las bobinasde los contactores. La solucin ha sido poner una bombilla incandescente de 40W en paralelo con las bobinas de los contactores. De este modo al conmutar a

bombeo directo el inversor ve como cargas la bombilla y las bobinas de loscontactores llegando a su potencia mnima de funcionamiento. Tambin existe la

posibilidad de desprogramar la proteccin de mnima carga del inversor, aunqueel fabricante no lo recomienda porque distorsiona la onda.

6 Pruebas realizadas y resultados

Con el fin de caracterizar el prototipo que se ha construido en el laboratorio hemospropuesto una serie de ensayos llevados a cabo mediante mediciones con aparatos de

medicin comunes que se detallarn mas adelante. Nuestro objetivo es analizar el

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prototipo en funcionamiento intentando acercarnos lo mximo posible a lo que podranser unas condiciones de trabajo normales.

Para realizar los ensayos hemos de distinguir entre el funcionamiento con y sin (bombeo directo) las bateras de acumulacin ya que las condiciones de trabajo y los equipos involucrados son muy diferentes en cada caso y por lo tanto la eficiencia delsistema.

6.1. Ensayos con bateras.

En este caso el sistema tiene una configuracin del tipo de la figura 6.1. Como yasabemos, el regulador es el encargado de gestionar el nivel de carga de las bateras. Parafuncionar el modo bateras el conmutador del cuadro de conmutacin debe estar en la

posicin 0.

Figura 6.1

Como ya se trat en su momento, el cuadro de conmutacin es el encargado deponer los paneles en paralelo e interconectarlos con el regulador. Es muy interesante

saber de qu manera lo hace y por ese motivo a continuacin se muestra el esquemamultifilar de conexionado interior del cuadro de conmutacin. Ver figura 6.1

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Figura 6.1 Multifilar del cuadro de conmutacin

Clculo de la altura manomtrica de bombeo:

La expresin (6.1) para calcular la altura equivalente conociendo la presin aguas arriba de la vlvula y con vertido a presin atmosfrica es:

Pmanmetro = Patmos + g H

Donde:

PmanmetroPatmos

gH

Lectura del manmetro en BaresPresin atmosfrica

Presin equivalente a una columna de agua de H metros.

(expresin 6.1)

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Utilizando la expresin anterior, la lectura del manmetro para una alturamanomtrica de 30 m.c.a (nuestro caso de partida) debe ser de 3,9 Bar

6.1.1 Determinacin de la relacin de la Potencia y altura manomtrica con elcaudal suministrado.

El objetivo de este ensayo es determinar las curvas que relacionan caudal, potencia yaltura manomtrica. En este montaje es importante sealar que la bomba seralimentada a una tensin constante de 230 V AC a travs del inversor con lo que nosotros iremos variando la carga jugando con las diferentes alturas manomtricas quenos permite la vlvula estranguladora.

Figura 6.2

El inversor instalado nos proporciona datos de potencias tensiones e intensidades asu entrada y a su

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