Cómo calcular un sistema de bombeo solar
El bombeo solar es una solución eficiente y sostenible para extraer agua en zonas rurales, agrícolas e industriales. En esta guía, aprenderás cómo calcular un sistema de bombeo solar desde una perspectiva hidráulica y energética.
El bombeo solar es una solución eficiente y sostenible para extraer agua en zonas rurales, agrícolas e industriales. En esta guía, aprenderás cómo calcular un sistema de bombeo solar desde una perspectiva hidráulica y energética.
1. Definir los Requerimientos del Sistema
Antes de calcular el bombeo, es fundamental conocer:
Cuanta agua necesitas y para qué la necesitas
Es importante definir el volumen diario de agua requerido en m³/día o L/s, dependiendo del uso:
Riego: Tipo de cultivo, sistema de riego (goteo, aspersión, gravedad).
Ganadería: Cantidad de cabezas de ganado y consumo estimado.
Abastecimiento de agua potable: Consumo por persona y almacenamiento requerido.
Industrial: Procesos específicos que requieren agua.
| Cultivo | Consumo de agua (m³/ha/día) |
|---|---|
| Limón, Ciclo anual (365 días) | 16.4 - 24.6 m³ |
| Aguacate, Ciclo anual (365 días) | 19.2 - 27.4 m³ |
| Berries, Ciclo de 180 días (aproximado). | 22.2 - 33.3 m³ |
| Pepino, Ciclo de 90 días (aproximado) | 33.3 - 55.5 m³ |
| Sandía, Ciclo de 100 días (aproximado) | 40 - 60 m³ |
| Maíz, Ciclo de 120 días (aproximado) | 41.6 - 66.6 m³ |
| Tipo de ganado | Consumo directo (m³/día) | Consumo total* (m³/día) |
|---|---|---|
| Vacuno de carne | 0.03–0.05 m³ | 15–20 m³ |
| Vacuno lechero | 0.08–0.15 m³ | 20–25 m³ |
| Cerdo | 0.015–0.02 m³ | 3–6 m³ |
| Oveja/Cabra | 0.005–0.01 m³ | 1.5–4 m³ |
| Ave (pollo) | 0.0002–0.0004 m³ | 2–3 m³ |
Elevación Total del Agua o Carga Dinámica Total (CDT)
Hay tres cosas principales que hacen que la bomba tenga que esforzarse más:
Altura: Cuanto más alto esté el tanque, más tendrá que empujar la bomba el agua hacia arriba.
Distancia: Cuanto más largo sea el camino que tiene que recorrer el agua por las tuberías, más tendrá que esforzarse la bomba para empujarla.
Fricción: El agua roza con las paredes de las tuberías, lo que hace que se frene un poco. Esto es como cuando intentas empujar un carrito por un suelo rugoso, cuesta más trabajo.
¿Cómo calculamos la carga dinámica total?
Para calcular la carga dinámica total, sumamos esas tres "dificultades":
Carga Dinámica Total = Altura + Distancia + Fricción
Condiciones de la Fuente de Agua:
Pozos: Profundidad estática y dinámica, nivel freático.
Ríos o lagos: Variaciones de nivel, calidad del agua, métodos de captación.
Almacenamiento en cisternas o tanques elevados: Estrategia para autonomía en horas sin sol.
Espacio para la Colocación de Paneles Solares
Superficie disponible: Debe permitir la instalación segura de paneles sin sombras.
Asoleamiento: Aproximadamente 5 horas de sol directo al día.
Mantenimiento: Accesibilidad para limpieza y ajuste de inclinación según la latitud.
Tiempo de Uso del Bombeo
Horario de operación:
Verano: De 8:00 AM a 6:00 PM.
Invierno: De 9:00 AM a 4:00 PM.
Para bombeo nocturno, se recomienda almacenamiento en tanque elevado en lugar de baterías, por ser más eficiente y económico.
2.- ¿Qué tipo de bombas se utilizan para el bombeo solar?
Para el sector de bombeo solar se utilizan 2 principales tipos de bombas: sumergibles 85% y superficiales 15%.
El principio es el mismo en ambas transformar el suministro eléctrico en desplazamiento de agua.
Por praticidad utilizamos bombas sumergibles las cuales están compuestas por un motor en la parte inferior y una bomba en la parte superior, acopladas por una flecha.
Cabe la pena mencionar que a pesar de que se habla de potencia en las bombas y los motores no es lo mismo.
La transformación de potencias en un motor sumergible y su sistema de bombeo implica tres etapas clave: potencia eléctrica → potencia mecánica → potencia hidráulica, con pérdidas en cada etapa.
a). De potencia eléctrica a potencia mecánica (en el motor)
El motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica (rotación del eje).
Pérdidas en el motor:
Pérdidas en el cobre (resistencia de los devanados).
Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas).
Pérdidas mecánicas (fricción en cojinetes y sellos).
Potencia mecánica útil del motor = P. eléctrica × 𝛈 motor
b). De potencia mecánica a potencia hidráulica (en la bomba)
La bomba convierte la energía mecánica del eje en energía hidráulica (caudal y presión).
Pérdidas en la bomba:
Fricción interna (turbulencia en impulsores).
Fugas (pérdidas volumétricas).
Eficiencia hidráulica (diseño del impulsor).
c). De potencia hidráulica al sistema de tubería
La potencia hidráulica se usa para vencer dos fuerzas:
Altura vertical (carga estática): 100 m.
Pérdidas por fricción en la tubería: Dependen del caudal, diámetro y material.
3.- Determinación de la potencia solar fotovoltaica.
Como vimos hay un proceso de pérdidas para convertir la energía solar en movimiento hidraulico.
Para determinar la potencia solar debemos considerar que para mover un motor a 220V, el voltaje Vmp suministrado al variador por parte de los panele solares tiene que estar un 25% arriba del voltaje nominal de nuestro motor. Esto es: 220V x 1.25 = 275, con este valor de voltaje lo siguiente que queda es compensar la corriente eléctrica para estar por encima del valor de consumo de corriente del motor. Por ejemplo un motor de 5hp a 220V consume 18 Amperes, se necesitarían 7 paneles en serie, en paralelo con otros 7 paneles.
Cómo Calcular un Sistema de Bombeo Solar: Guía Técnica Paso a Paso
El bombeo solar es una solución eficiente y sostenible para extraer agua en zonas rurales, agrícolas e industriales. En esta guía, aprenderás cómo calcular un sistema de bombeo solar desde una perspectiva hidráulica y energética.
1. Definir los Requerimientos del Sistema
Antes de calcular el bombeo, es fundamental conocer:
Cuanta agua necesitas y para qué la necesitas
Es importante definir el volumen diario de agua requerido en m³/día o L/s, dependiendo del uso:
Riego: Tipo de cultivo, sistema de riego (goteo, aspersión, gravedad).
Ganadería: Cantidad de cabezas de ganado y consumo estimado.
Abastecimiento de agua potable: Consumo por persona y almacenamiento requerido.
Industrial: Procesos específicos que requieren agua.
Ejemplos:
| Cultivo | Consumo de agua (m³/ha/día) |
|---|---|
| Limón, Ciclo anual (365 días) | 16.4 - 24.6 m³ |
| Aguacate, Ciclo anual (365 días) | 19.2 - 27.4 m³ |
| Berries, Ciclo de 180 días (aproximado). | 22.2 - 33.3 m³ |
| Pepino, Ciclo de 90 días (aproximado) | 33.3 - 55.5 m³ |
| Sandía, Ciclo de 100 días (aproximado) | 40 - 60 m³ |
| Maíz, Ciclo de 120 días (aproximado) | 41.6 - 66.6 m³ |
| Tipo de ganado | Consumo directo (m³/día) | Consumo total* (m³/día) |
|---|---|---|
| Vacuno de carne | 0.03–0.05 m³ | 15–20 m³ |
| Vacuno lechero | 0.08–0.15 m³ | 20–25 m³ |
| Cerdo | 0.015–0.02 m³ | 3–6 m³ |
| Oveja/Cabra | 0.005–0.01 m³ | 1.5–4 m³ |
| Ave (pollo) | 0.0002–0.0004 m³ | 2–3 m³ |
Elevación Total del Agua o Carga Dinámica Total (CDT)
Hay tres cosas principales que hacen que la bomba tenga que esforzarse más:
Altura: Cuanto más alto esté el tanque, más tendrá que empujar la bomba el agua hacia arriba.
Distancia: Cuanto más largo sea el camino que tiene que recorrer el agua por las tuberías, más tendrá que esforzarse la bomba para empujarla.
Fricción: El agua roza con las paredes de las tuberías, lo que hace que se frene un poco. Esto es como cuando intentas empujar un carrito por un suelo rugoso, cuesta más trabajo.
¿Cómo calculamos la carga dinámica total?
Para calcular la carga dinámica total, sumamos esas tres "dificultades":
Carga dinámica total = Altura + Distancia + Fricción
Condiciones de la Fuente de Agua
Pozos: Profundidad estática y dinámica, nivel freático.
Ríos o lagos: Variaciones de nivel, calidad del agua, métodos de captación.
Almacenamiento en cisternas o tanques elevados: Estrategia para autonomía en horas sin sol.
Espacio para la Colocación de Paneles Solares
Superficie disponible: Debe permitir la instalación segura de paneles sin sombras.
Asoleamiento: Mínimo 6 horas de sol directo al día.
Mantenimiento: Accesibilidad para limpieza y ajuste de inclinación según la latitud.
Tiempo de Uso del Bombeo
Horario de operación:
Verano: De 8:00 AM a 6:00 PM.
Invierno: De 9:00 AM a 4:00 PM.
Para bombeo nocturno, se recomienda almacenamiento en tanque elevado en lugar de baterías, por ser más eficiente y económico.
2.- ¿Qué tipo de bombas se utilizan para el bombeo solar?
Para el sector de bombeo solar se utilizan 2 principales tipos de bombas: sumergibles 85% y superficiales 15%.
El principio es el mismo en ambas transformar el suministro eléctrico en desplazamiento de agua.
Por praticidad utilizamos bombas sumergibles las cuales están compuestas por un motor en la parte inferior y una bomba en la parte superior, acopladas por una flecha.
Cabe la pena mencionar que a pesar de que se habla de potencia en las bombas y los motores no es lo mismo.
La transformación de potencias en un motor sumergible y su sistema de bombeo implica tres etapas clave: potencia eléctrica → potencia mecánica → potencia hidráulica, con pérdidas en cada etapa.
a). De potencia eléctrica a potencia mecánica (en el motor)
El motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica (rotación del eje).
Pérdidas en el motor:
Pérdidas en el cobre (resistencia de los devanados).
Pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes parásitas).
Pérdidas mecánicas (fricción en cojinetes y sellos).
Potencia mecánica útil del motor: Pmecánica = Potencia eléctrica x eficiencia de motor.
b). De potencia mecánica a potencia hidráulica (en la bomba)
La bomba convierte la energía mecánica del eje en energía hidráulica (caudal y presión).
Pérdidas en la bomba:
Fricción interna (turbulencia en impulsores).
Fugas (pérdidas volumétricas).
Eficiencia hidráulica (diseño del impulsor).
c). De potencia hidráulica al sistema de tubería
La potencia hidráulica se usa para vencer dos fuerzas:
Altura vertical (carga estática): 100 m.
Pérdidas por fricción en la tubería: Dependen del caudal, diámetro y material.
3.- Determinación de la potencia solar fotovoltaica.
Como vimos hay un proceso de pérdidas para convertir la energía solar en movimiento hidraulico.
Para determinar la potencia solar debemos considerar que para mover un motor a 220V, el voltaje Vmp suministrado al variador por parte de los panele solares tiene que estar un 25% arriba del voltaje nominal de nuestro motor. Esto es: 220V x 1.25 = 275, con este valor de voltaje lo siguiente que queda es compensar la corriente eléctrica para estar por encima del valor de consumo de corriente del motor. Por ejemplo un motor de 5hp a 220V consume 18 Amperes, se necesitarían 7 paneles en serie, en paralelo con otros 7 paneles.