Bombagem solar a pressão constante:
aspersor, canhão e pivô
Uma rampa de aspersão, um canhão ou um pivô exigem um caudal e uma pressão estáveis durante toda a duração do turno de rega. O LE LAB dimensiona o ponto de funcionamento, a bomba, o campo fotovoltaico e a fonte de apoio necessária quando a potência solar deixa de ser suficiente.
Um caudal, a uma pressão, durante uma duração
Na bombagem ao ritmo do sol, a encomenda é uma quantidade: tantos metros cúbicos por dia, elevados quando a irradiação o permite e guardados num tanque. A aspersão coloca outra equação. O aparelho tem uma pressão de serviço e um caudal nominal, e só rega corretamente nesse par de valores. Sessenta metros cúbicos a repartir por seis horas de turno de rega leem-se, portanto, assim: dez metros cúbicos por hora a manter em contínuo, sob três bar no ponto de entrega. O objetivo do cálculo deixa de ser a quantidade medida ao fim do dia e passa a ser a manutenção do ponto de funcionamento durante toda a janela.
A pressão exigida pelo material de rega converte-se em altura de água e acrescenta-se ao que a bomba já tem de vencer: a profundidade de captação, o desnível até à parcela e as perdas por atrito na conduta. Um bar equivale a 10,2 metros de coluna de água doce. Uma consigna de 3,0 bar pesa, portanto, 30,6 metros, tanto como um furo adicional de trinta metros.
O caudal a manter governa também a conduta. Um diâmetro escolhido para um enchimento lento de tanque torna-se estreito assim que o mesmo volume passa em poucas horas: a velocidade sobe, os atritos com ela, e cada metro perdido reaparece na altura que a bomba tem de fornecer. O dimensionamento da canalização faz-se, portanto, sobre o caudal regulado, não sobre uma média diária.
Uma consigna mantida por regulação e apoio
Um sensor de pressão instala-se à saída da conduta, depois do filtro, o mais perto possível do ponto de entrega. O regulador lê essa medição e adapta a velocidade da bomba. Esta malha limita o efeito das variações de potência solar sobre a pressão entregue à rede de rega.
Enquanto o campo fotovoltaico fornece a potência necessária, a bombagem funciona a solar. Quando essa potência baixa, a rede ou um gerador traz o complemento pela entrada alternada prevista na arquitetura escolhida. O regulador mantém então a consigna de pressão e de caudal definida para o projeto.
Duas famílias suportam esta entrada alternada: o PSk3 integra-a no seu regulador, ao passo que o PSk2 a recebe de um quadro separado, o smartPSUk2. O LE LAB dimensiona a pressão constante nestas duas famílias; o detalhe das duas arquiteturas consta da ficha LORENTZ PSk híbrido.
O arranque do gerador pode ser confiado ao próprio sistema: o smartStart fecha um contacto seco assim que o apoio é chamado e liga a máquina pela sua função de arranque à distância a dois fios, sem qualquer manobra na parcela.
A página solar e gerador detalha a escolha e as exigências da fonte de apoio. A ficha LORENTZ PSk híbrido apresenta a arquitetura dos reguladores, o smartPSUk2 e o smartStart.
Sessenta metros cúbicos por dia em Granada, sob 3,0 bar
Uma parcela de horticultura de 1,2 hectare na Andaluzia, regada por aspersão. A necessidade de ponta atinge 60 m³ por dia, a janela dura seis horas e a pressão exigida no ponto de entrega é de 3,0 bar. A água vem de um furo a 55 metros, a cabeceira de rega fica 5 metros acima, e trinta metros de conduta separam os dois pontos. Eis o estudo tal como a aplicação o devolve.
| Dado de entrada | Valor | O que se torna no cálculo |
|---|---|---|
| Necessidade diária | 60 m³/dia | com seis horas de rega: 10 m³/h a manter em contínuo |
| Pressão no ponto de entrega | 3,0 bar | 30,6 m acrescentados à altura manométrica |
| Profundidade de bombagem | 55 m | a parte fixa da altura |
| Altura de chegada | 5 m | o desnível até ao ponto de entrega |
| Conduta | 30 m | diâmetro exterior 63 mm em PN 16, velocidade de 1,33 m/s ao caudal regulado |
| Perdas de carga | 5,4 m | 3,4 m por atrito, 2 m em curvas e válvulas, ou seja, 6 % do total |
| Altura manométrica total | 96 m | a altura a fornecer a 10 m³/h, em contínuo |
Os seis valores que resumem o estudo, tal como aparecem na aplicação.
A solução escolhida é uma bomba submersível LORENTZ PSk3-15 associada a uma hidráulica C-SJ17-18, capaz de 22 m³/h e de 180 metros no máximo do seu intervalo. A 10 m³/h contra 96 metros, exige 4,3 kW ao motor. O campo conta 17 módulos de 515 Wp numa única cadeia, ou seja, 8 755 Wp, inclinados a 34 graus. O grupo eletrogéneo aconselhado para o apoio atinge 6,5 kW em carga contínua. Deduz-se da regra do fabricante, que multiplica por 1,5 a potência exigida no ponto de funcionamento: os 4,26 kW exigidos dão 6,39 kW, arredondados ao meio quilowatt superior. O dimensionamento é detalhado na página dedicada ao gerador em apoio da bombagem solar.
Repartição entre solar e apoio, mês a mês
O cálculo confronta a janela de rega com dezasseis anos de irradiação real, hora a hora. A potência pedida mantém-se constante durante a janela, enquanto a produção fotovoltaica varia. O apoio fornece a diferença necessária para manter o caudal e a pressão; a repartição entre as duas fontes evolui consoante a hora e a estação.
O volume mensal e a sua repartição pelas duas fontes.
| Mês | Volume bombeado | Quota solar | Parte do apoio |
|---|---|---|---|
| Janeiro | 1 860 m³ | 83 % | 17 % |
| Fevereiro | 1 680 m³ | 83 % | 17 % |
| Março | 1 860 m³ | 85 % | 15 % |
| Abril | 1 800 m³ | 87 % | 13 % |
| Maio | 1 860 m³ | 91 % | 9 % |
| Junho | 1 800 m³ | 97 % | 3 % |
| Julho | 1 860 m³ | 99 % | 1 % |
| Agosto | 1 860 m³ | 98 % | 2 % |
| Setembro | 1 800 m³ | 94 % | 6 % |
| Outubro | 1 860 m³ | 90 % | 10 % |
| Novembro | 1 800 m³ | 83 % | 17 % |
| Dezembro | 1 860 m³ | 85 % | 15 % |
No conjunto do ano, 90 % do volume bombeado vem do sol e 10 % do apoio, concentrados de novembro a abril. Traduzido em energia, isso representa cerca de 965 kWh por ano a fornecer pela segunda fonte, e perto de 570 horas de funcionamento. O contraste entre julho, onde o apoio pesa 1 %, e os meses de inverno, onde sobe a 17 %, deve-se a duas causas que jogam no mesmo sentido: o dia é mais curto e a irradiação mais fraca.
O dia tipo de novembro
O campo fotovoltaico dimensiona-se sobre o mês menos soalheiro da estação de bombagem. Em Granada, com rega durante todo o ano, esse mês é novembro. O dia tipo desse mês mostra onde se situa o esforço do complemento, hora a hora, ao longo das seis horas da janela.
Todas as barras têm a mesma altura: o caudal é constante, só a repartição muda.
A janela vai das 10 horas às 16 horas em hora solar. O sol assegura 79 % do caudal na primeira e na última hora, 86 % em torno do meio-dia solar; o apoio faz o resto. Estes valores são médias do mês: no detalhe dos dias, o sol cobre sozinho a totalidade da janela dezasseis dias em trinta, e nos outros dias a segunda fonte vem completar.
| Hora solar | Caudal mantido | Quota solar média |
|---|---|---|
| 10 h às 11 h | 10 m³/h | 79 % |
| 11 h às 12 h | 10 m³/h | 84 % |
| 12 h às 13 h | 10 m³/h | 86 % |
| 13 h às 14 h | 10 m³/h | 86 % |
| 14 h às 15 h | 10 m³/h | 84 % |
| 15 h às 16 h | 10 m³/h | 79 % |
Limites e casos fora do padrão
Três constatações acompanham o estudo e merecem ser colocadas antes da encomenda do material.
Os volumes pequenos podem levar a um equipamento sobredimensionado
A pressão constante impõe uma máquina capaz de manter o ponto de funcionamento durante toda a duração declarada. No mesmo local de Granada, com 20 m³ por dia e seis horas de rega, o conjunto compatível mais pequeno fornece 3,3 m³/h com um campo de 5 850 Wp: um terço do volume do exemplo principal exige ainda dois terços da sua potência fotovoltaica. A aplicação mostra as soluções disponíveis e assinala-o no ecrã: abaixo de cerca de 40 m³ por dia, a gama mais pequena capaz de manter uma pressão constante ultrapassa largamente a necessidade, e o preço também.
A janela situa-se em torno do meio-dia solar
A janela de rega usada pelo cálculo está centrada no meio-dia solar do local, ou seja, no melhor ponto da curva. Um intervalo deslocado para a manhã ou para a tarde continua tecnicamente possível, com os mesmos componentes, e aumenta a parte da segunda fonte. A hipótese está escrita sob o gráfico e retomada no relatório, para que o valor anunciado se refira a um horário conhecido.
A rega gota a gota segue outra lógica
Uma rega localizada trabalha a baixa pressão e aceita um caudal variável: enche um tanque ou rega ao ritmo do recurso, e continua a ser o modo mais económico em energia. O percurso de dimensionamento mantém-se idêntico, com uma produção mensal e uma autonomia de reserva. O aparelho de rega declarado na etapa 3 comanda, portanto, todo o cálculo a jusante.
A pressão constante no LE LAB
Na etapa 3, a aplicação pergunta o tipo de aparelho de rega. A escolha de um aspersor, de um canhão ou de um pivô faz aparecer a duração diária e a pressão exigida no ponto de entrega; o caudal a manter é então calculado e apresentado com a necessidade diária.
A etapa 3 com um aspersor escolhido: a duração, a pressão e o caudal que daí resulta.
A duração diária introduz-se entre uma e dezasseis horas. A pressão vem pré-preenchida conforme o aparelho e continua modificável de 0,5 a 10 bar: 3,0 bar para um aspersor, 5,5 bar para um canhão de rega e 2,5 bar para um pivô, com o intervalo habitual recordado sob o campo. O ecrã apresenta em conjunto o volume diário, o caudal regulado e a consigna no ponto de entrega.
Na etapa 6, a fonte de apoio fica assinalada por defeito e assim permanece enquanto o aparelho sob pressão estiver escolhido, com a razão escrita no cartão. Os resultados substituem então a produção mensal habitual pelos dois blocos vistos acima, a repartição mês a mês e o dia tipo do mês de conceção. O relatório profissional acrescenta uma secção dedicada: a consigna com o seu mínimo e o seu máximo a meio bar, a posição do sensor, o caudal a manter com a sua janela, depois o grupo eletrogéneo aconselhado, a quota solar anual, a energia e o tempo de funcionamento pedidos à segunda fonte.
Os conjuntos de velocidade variável alimentados em corrente contínua respondem a outras necessidades, nomeadamente os grandes caudais em furo profundo: a página dedicada aos conjuntos SPE e RSI detalha a sua lógica de dimensionamento.
De onde vêm estes números
- Nota de aplicação «Hybrid Irrigation in Spain», LORENTZ: conceção de um sistema de caudal e pressão constantes com apoio, posição do sensor de pressão depois do filtro, dimensionamento do grupo eletrogéneo pela potência do motor multiplicada por 1,5.
- Nota de aplicação «Automatic flow control», LORENTZ: manutenção de uma consigna por regulação da velocidade, chamada da fonte alternada apenas quando é necessária, temporização de arranque regulada na colocação em serviço.
- Nota de aplicação «PSk2, smartPSUk2 hybrid system layout and design», LORENTZ: comutação e mistura das duas fontes, especificações dos geradores admitidos, contacto seco do smartStart e função de arranque à distância a dois fios.
- Manual do regulador PSk3, LORENTZ: entrada em corrente alternada integrada, combinação das duas fontes de energia, corrente de entrada não sinusoidal do retificador, instalação do sensor de pressão.
- Curvas caudal-altura e curvas de potência das fichas de produto LORENTZ para a hidráulica citada como exemplo.
- Dados de irradiação horários do local, dezasseis anos de histórico para Granada, e ficha oficial do módulo fotovoltaico escolhido para os seus coeficientes de temperatura.
Valores retirados da documentação oficial dos fabricantes, nas versões em vigor à data de publicação; o manual continua a ser a referência. Uma página editada pela SINES.