UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE
BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
DANIEL LUCAS CABRAL BESERRA
NATAL/RN
2017
DANIEL LUCAS CABRAL BESERRA
AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE BOMBEAMENTO
POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-graduação em Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte para obtenção do
título de Mestre em Engenharia.
Área de concentração: Maquinas de fluxo/Energias Renováveis
Orientador: Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros
NATAL/RN
2017
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Beserra, Daniel Lucas Cabral.
Avaliação de desempenho de um kit comercial de bombeamento por energia solar fotovoltaica / Daniel Lucas Cabral Beserra. -
2017.
44 f.: il.
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica. Natal, RN, 2017.
Orientador: Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros.
1. Bombas centrífugas - Dissertação. 2. Bombas de deslocamento
positivo - Dissertação. 3. Energia solar - Dissertação. I.
Medeiros, João Telésforo Nóbrega de. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 621.65
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
DANIEL LUCAS CABRAL BESERRA
Esta dissertação foi julgada adequada para obtenção do título de
MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA
sendo aprovada em sua forma final.
___________________________________________________________________
Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros - Orientador
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________________________
Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros – Presidente
___________________________________________________________________
Prof. Dr Moises Vieira De Melo – Examinador Interno
___________________________________________________________________
Profª. Drª. Juliana Ricardo de Souza – Examinador Interno
___________________________________________________________________
Prof. Dr. Manoel Fernandes De Oliveira Filho – Examinador Externo
NATAL/RN
2017
iv
DEDICATÓRIA
À minha família e amigos pelo apoio e a todos que estiveram
envolvidos neste projeto.
v
AGRADECIMENTOS
A Deus, fonte de vida, crescimento, reflexão e luz;
A Nossa Senhora, mãe intercessora, pelas bênçãos alcançadas;
Aos meus pais, Maria do Socorro e Antônio Carlos, pelo suporte, dedicação e pela
batalha desde o início da minha educação até agora;
A minha irmã, Ariane Cabral, a grande colaboração enquanto aluna do bacharelado
em Ciência e Tecnologia, pelo carinho e pelos momentos felizes que sempre me
proporcionou;
A minha Tia e Madrinha Maria de Lourdes e meus primos Talita e Junior pelo apoio
durante toda a jornada;
A toda família Lucas que nunca deixaram de torcer e acreditar em mim;
Aos meus avós por toda a confiança depositada em mim e pela força que sempre
me deram;
A minha namorada, Marília, por toda a força e apoio que sempre me passou, desde
momentos difíceis que superei até momentos fáceis que fracassei, estando sempre
ao meu lado, sendo fonte inspiradora e motivadora deste trabalho;
Aos meus sogros e a toda Família Guimarães pelo incentivo, pelo carinho e pelos
valores passados.
Ao Mestre em Engenharia Mecânica, Antônio Roberto Augusto, pelas inúmeras
lições sobre sistemas de bombeamento, danos em bombas, amizade e apoio;
vi
A Juliana Ricardo por ser uma das maiores responsáveis pelo meu crescimento no
tempo em que passei desenvolvendo esse e outros trabalhos no GET (Grupo de
Estudos de Tribologia);
Aos colegas do Grupo de Estudos em Tribologia pelo incentivo e pelas conversas
engrandecedoras que tivemos durante esse tempo que se passou;
À colega Mestranda Juli Sergine Tavares Teixeira, pelo apoio, aquisição do painel
PV, discussões e companheirismo;
A todos os meus amigos que acompanharam minha batalha nos estudos, pela
torcida e incentivo;
Aos alunos de graduação de Engenharia Mecânica Guilherme Bezerra Monteiro,
Diandra Caroline Xavier Silveira de Melo, pelo auxílio decisivo em diversas etapas
desta dissertação;
Aos professores Manoel Fernandes de Oliveira Jr, Moisés Vieira de Melo e, mais
uma vez, Dra. Juliana Ricardo de Sousa, pelas inúmeras sugestões no Exame de
Qualificação;
Ao professor João Telésforo Nóbrega de Medeiros, por toda sua dedicação como
orientador, professor e educador.
vii
RESUMO
BESERRA, D. L. C. - AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE
BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. Natal/RN, 2017.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
No mundo em que vivemos existem duas demandas humanas que vêm sendo
exploradas de forma irracionalmente nos levando a situação atual onde todas as
nações buscam energia, para impulsionar suas economias ou oferecer qualidade de
vida a seus habitantes, e água, elemento necessário a vida como um todo, em
nosso planeta. Pensando nessas necessidades hoje em dia estão disponíveis para
comprar kits de bombeamento por energia solar, permitindo a captação de águas
subterrâneas utilizando energia renovável. Atualmente temos uma grande gama de
bombas hidráulicas que funcionam por energia solar ou eólica. Dentre essas
destacam-se as centrífugas por possuírem hoje uma boa parte do mercado. Porém
com os recursos escassos de energia, alternativas de bombeamento estão sendo
encontradas, como por exemplo, uma bomba de diafragma, com baixa necessidade
energética sendo perfeitamente acoplada a uma placa fotovoltaica. Com o
crescimento dessa área surgem dúvidas em relação ao custo benefício e aos riscos
de danos ao longo dos anos. Os dados apresentados atualmente mostram que uma
bomba operando nas circunstancias normais de um dia, perde muito de eficiência
por fatores climáticos e não se sabe ao certo quais problemas mecânicos resultarão
dessa constante variação da frequência de trabalho.
Palavras Chave: Bombas de Deslocamento Positivo; Bombas Centrífugas; Energia
Solar;
viii
ABSTRACT
BESERRA, D. L. C. – EVALUATION OF PERFORMANCE OF A COMMERCIAL
PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY PUMPING KIT. Natal/RN, 2017. Masters
Dissertation – Federal University of Rio Grande do Norte.
In the world we live in, there are two human demands that are being explored
irrationally, leading us to the current situation where all nations seek energy, to boost
their economies or provide quality of life to its inhabitants, and water, element
necessary to life as an Everything on our planet. Thinking about these needs,
nowadays are available to buy solar pumping kits, allowing the withdraw of
groundwater using renewable energy. We currently have a wide range of hydraulic
pumps that work by solar or wind power. Among these, the centrifuges stand out
because they now have a large part of the market. But with the scarce energy
resources, pumping alternatives are being found, for example, a diaphragm pump,
with low energy needs being perfectly coupled to a photovoltaic plate. With the
growth of this area arise doubts in relation to the cost benefit and the risks of
damages over the years. The data presented today show that a pump operating
under the normal circumstances of a day loses to much efficiency due to climatic
factors and it is not known which mechanical problems will result from this constant
variation of the working frequency.
Keywords: Positive Displacement Pumps; Centrifugal Pumps; Solar Energy;
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Estações multimodais em aeroportos internacionais e fluxo de passageiros
em 2014 .................................................................................................................... 13
Figura 2. Estação ferroviária integrada ao aeroporto de Shangai Hongqiao, China
............................................................................................................................. ...... 14
Figura 3. Tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaic Technology): Painel
Fotovoltaico de Terceira Geração como teto de um terminal de ônibus para gerar a
energia de uso local ................................................................................................. 14
Figura 4. Opções Tecnológicas de Células Fotovoltaicos disponíveis em 2017...... 15
Figura 5. Painéis Fotovoltaicos comercialmente disponíveis em 2017 ................... 15
Figura 6. Instalação do protótipo em zona rural na Tailândia .................................. 18
Figura 7. Medidas da temperatura (), tensão (x) e corrente elétrica (o) na saída do
painel (locus 1 da medição) e entrada da bateria (locus 2) ..................................... 19
Figura 8. Diagrama de blocos de um sistema de bombeamento de água fotovoltaico
.................................................................................................... ............................... 20
Figura 9. Esquema de dois sistemas de bombeamento de água utilizando painéis
solares fotovoltaicos e respectivos circuitos eletroeletrônicos ................................. 21
Figura 10. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e
Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes irradiações ............................. 22
Figura 11. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e
Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes temperaturas ......................... 22
Figura 12. Quadro com as principais características das técnicas MPPT (Maximum
Power Point Tracking) para seleção de um sistema fotovoltaico (PV) em sua máxima
potência .................................................................................................................... 23
Figura 13. Respostas hidráulicas da Potência, Altura Manométrica e Rendimento de
uma bomba centrífuga bombeando água (linhas contínuas) e lama (slurry) (linhas
tracejadas) ................................................................................................................ 24
Figura 14. Instalibilidade de um sistema de bombeamento que transporta lama
(slurry) que se comporta como um fluido não-newtoniano ....................................... 24
Figura 15. Variação da taxa relativa de desgaste ao longo da carcaça de uma
bomba ....................................................................................................................... 25
x
Figura 16. Esboço esquemático para a investigação experimental do desempenho
hidráulico e avaliação do desgaste em um sistema de bombeamento de lama (slurry)
...................................................................................................... ............................. 25
Figura 17. Aspecto visual do Céu sobre o Campus da UFRN, Natal, 8 agosto 2017,
14horas ..................................................................................................................... 28
Figura 18. Painel fotovoltaico policristalino, potência nominal de 100 Watts .......... 28
Figura 19. Bomba de corrente contínua (DC) Pentair SHURFLO, 12 V, 7 A (máx) e
sistema eletroeletrônico a ela acoplado ................................................................... 29
Figura 20. Bancada do sistema de bombeamento de água utilizado ...................... 30
Figura 21. Diagrama de Moody ............................................................................... 31
Figura 22. Desenho esquemático da bancada ........................................................ 32
Figura 23. Arduino UNO R3 ..................................................................................... 32
Figura 24. Sensor de fluxo de água ......................................................................... 33
Figura 25. Módulo de sensor de tensão .................................................................. 33
Figura 26. Sensor de corrente ................................................................................. 33
Figura 27. Fonte MINIPA MPC – 303 DI ................................................................. 34
Figura 28. Gráfico tensão e corrente por hora.......................................................... 35
Figura 29. Representação gráfica da relação hora, temperatura e vazão............... 35
Figura 30. Representação gráfica do desempenho da bomba em relação a vazão
............................................................................................................................. ...... 36
Figura 31. Representação gráfica da tensão gerada pela placa ............................. 37
Figura 32. Representação gráfica da corrente gerada pela placa .......................... 37
Figura 33. Representação gráfica potência elétrica x vazão ................................... 37
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Dados da Temperatura (oC), Tensão (V) e Corrente Elétrica(A) na saída
do painel solar fotovoltaico (locus 1) e após o controlador (locus 2) do carregador da
bateria. .......................................................................................................................19
Tabela 2. Tabela de comprimentos equivalentes..................................................... 31
xii
SUMÁRIO
DEDICATÓRIA ......................................................................................................... iv
AGRADECIMENTOS ................................................................................................. v
RESUMO ................................................................................................................. vii
ABSTRACT .............................................................................................................. viii
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. ix
LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xi
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 13
2. HIPÓTESE E OBJETIVOS ................................................................................ 17
2.1 Hipótese ......................................................................................................... 17
2.2 Objetivos ........................................................................................................ 17
2.2.1 Geral ........................................................................................................... 17
2.2.2 Específicos.................................................................................................. 17
3. REVISÃO DA LITERATURA.............................................................................. 18
4. METODOLOGIA ................................................................................................ 28
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 35
6. CONCLUSÃO .................................................................................................... 40
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................... 41
13
1. INTRODUÇÃO
Os fluxos urbanos contemporâneos nas grandes metrópoles têm demandado
aeroportos gigantescos e sistemas multimodais de fluxo de passageiros envolvendo
trens, metrôs, ônibus, taxis e veículos.
Tais sistemas têm sido concebidos para proporcionar soluções
ambientalmente amigáveis, otimizando-se mobilidade humana, condições sanitárias
e consumo de água e energias renováveis compatíveis com o fluxo de passageiros e
as populações nativas das grandes cidades, cada vez mais colapsadas neste início
do Século XXI.
Tais sistemas multimodais de integração demandam estudos sistemáticos de
desempenho, como o desenvolvido por CHEN e LIN, 2016 no Shangai Hongqiao
Integrated Transport Hub, cujo nível de integração foi considerado por esses
pesquisadores como sendo, ainda, baixo ou moderado, cinco anos após iniciar o seu
funcionamento.
A Figura 1 apresenta um quadro sintético relativo a 2014 de grandes
aeroportos internacionais e fluxo de passageiros em 2014. Destes, o Integrated
Transport Hub de Shangai Hongqiao, na China, Figura 2, inclui uma geração de
energia elétrica de 6,6 MegaWatts e 10.000 painéis solares fotovoltaicos
(https://pt.slideshare.net/jefsahayam/tbea-solar-panels/7).
Figura 1. Estações multimodais em aeroportos internacionais e fluxo de passageiros em 2014
Fonte: https://www.torontopearson.com/uploadedFiles/Pearson/Content/About_Pearson/Economic_Impact/Regional_Growth/PearsonConnects_20160225.pdf
14
Figura 2. Estação ferroviária integrada ao aeroporto de Shangai Hongqiao, China
Fonte: TBEA SunOasis CO, Ltd. https://pt.slideshare.net/jefsahayam/tbea-solar-panels/7
Esses milhares de painéis solares fotovoltaicos foram distribuídos utilizando-
se a tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaic Technology) nos 420 metros
de comprimento por 200 metros de largura do prédio de 70 metros de altura do hub
de Shangai Hongqiao, China, inaugurado em 2010
(https://en.wikipedia.org/wiki/Shanghai_Hongqiao_Railway_Station)
Sistemas fotovoltaicos para suprimento de energia elétrica em terminais
remotos de passageiros começam a integrar a paisagem do Reino Unido. A Figura 3
é uma fotografia de um Painel Fotovoltaico de Terceira Geração utilizado como teto
de um terminal de passageiros.
Figura 3. Tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaic Technology): Painel Fotovoltaico de Terceira Geração como teto de um terminal de ônibus para gerar a energia de uso local
Fonte: https://pt.slideshare.net/gavindjharper/building-integrated-photovoltaics-39562857
Painéis solares de primeira geração utilizam o Silício monocristalino ou
policristalino. A segunda geração é constituída por filmes cerâmicos finos de telureto
15
de cadmio, disseleneto de cobre-índio-gálio ou de arseneto de gálio. A terceira
geração é a das nanopartículas de dióxido de titânio revestidas com tinta orgânica
fotossensível, Figuras 4 e 5.
Figura 4. Opções Tecnológicas de Células Fotovoltaicos disponíveis em 2017
Fonte: https://pt.slideshare.net/gavindjharper/building-integrated-photovoltaics-39562857
Figura 5. Painéis Fotovoltaicos comercialmente disponíveis em 2017
PV Silício monocristalino
Rendimento 15 a 20%
Custo elevado
PV Silício policristalino
Rendimento 13 a 16%
Custo menor que PV de silício
monocristalino
Painéis fotovoltaicos
de filmes finos
Rendimento 7 a 13%
Custo menor que PV de silício
16
Fonte: http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/
Painéis solares fotovoltaicos têm sido utilizados, igualmente, em zonas rurais,
em acampamentos e em locais onde o custo da energia elétrica gerada por motores
que utilizam energia fóssil ou derivada da biomassa torna atrativo o seu uso.
Esta dissertação se propõe a investigar aspectos tribológicos e da mecânica
do dano de um sistema de bombeamento de água acionado por um painel
fotovoltaico de primeira geração. O presente trabalho é teórico-experimental.
Tribologia é a ciência que investiga o atrito, o desgaste, a lubrificação e a vida
em sistemas. Associa-se então a diversas áreas de conhecimento da ciência e da
tecnologia, inclusive quando queremos avaliar a eficiência energética e a
possibilidade de ocorrência dos mecanismos de dano em diferentes sistemas, que
são as duas proposições desse estudo.
Dentre tais sistemas, na Engenharia incluem-se os sistemas de geração de
energia elétrica e de bombeamento de água, uns mais eficientes ou demandando
mais manutenção do que outros. O cenário atual da geração de energia elétrica
utilizando energia solar no estado do Rio Grande do Norte é embrionário, apesar da
abundância da radiação solar em todo o estado, nos doze meses do ano. Por outro
lado, há uma extrema carência de água em algumas regiões do estado, como no
Seridó, onde algumas cidades estão passando por um processo de desertificação.
Políticas públicas já foram desenvolvidas em outros países, como
Bangladesh, para resolução de um problema muito parecido com o que ocorre
nesse estado, ausência de água na superfície, mas com aquíferos subterrâneos.
Nesse caso, foi incentivado a compra e utilização de painéis solares para diminuir o
consumo de energia elétrica ou substituir bombas que funcionavam por um motor a
diesel em locais remotos. (ISLAM, et al.)
O capítulo 2 inclui a hipótese e os objetivos desta dissertação. No capítulo 3
apresenta uma sintética revisão bibliográfica. A metodologia é descrita no capítulo 4.
Seguem-se resultados e discussão no capítulo 5, a conclusão no capítulo 6 e,
finalmente, citam-se as referências bibliográficas.
17
2. HIPÓTESE E OBJETIVOS
2.1 Hipótese
Sistemas de bombeamento de água de 100W utilizando painéis solares
comerciais disponibilizam entre 250 e 2500 litros de água por dia a uma altura
manométrica total entre 1 e 10 metros de coluna de água.
2.2 Objetivos
2.2.1 Geral
Discutir a eficiência e principais mecanismos de dano de sistemas de
bombeamento de água utilizando painéis fotovoltaicos.
2.2.2 Específicos
2.2.2.1 Elaborar uma revisão bibliográfica sobre sistemas de
bombeamento de água utilizando painéis fotovoltaicos de potência inferior a 4 KW,
sugeridos para uso em substituição aos motores diesel de até 10 CV
2.2.2.2 Elaborar uma revisão bibliográfica sobre bombas e mecanismos
de dano em bombas hidráulicas
2.2.2.3 Avaliar um sistema de bombeamento de água utilizando painel
fotovoltaico de 100 W.
18
3. REVISÃO DA LITERATURA
Os asiáticos têm se motivado a deixarem um legado de contribuições
científicas relevantes ao desenvolvimento das tecnologias energéticas urbanas e
rurais, ambas bastante importante naquela e nas regiões mais populosas do planeta.
Atento a tais avanços, o IEEE, Instituto dos Engenheiros Elétricos e
Eletrônicos dos Estados Unidos, disponibilizou no seu sítio eletrônico IEEE Xplore
desde 02 de fevereiro de 2017, um trabalho de dois pesquisadores de Bangkok,
SREEWIROTE e LEELAJINDAKRAIRERK, em que avaliam a eficiência energética
elétrica de um protótipo implantado, na Tailândia, de um sistema de bombeamento
de água, utilizando painéis solares, desenvolvido por esses autores.
As Figuras 6 e 7 e a tabela 1 contêm fotos, dados e esboço da arquitetura
projetada e desenvolvida por esses dois pesquisadores, dados relativos ao circuito
elétrico, aos locais de medições da temperatura, tensão e corrente elétrica em dois
pontos identificados do sistema, constando, respectivamente, dessa importante
contribuição que despertou a atenção do IEEE.
Figura 6. Instalação do protótipo em zona rural na Tailândia
19
Apesar de não mencionarem a altura manométrica total, as fotografias do
trabalho insinuam uma altura de sucção superior a 1,0 metro e inferior a 10,0
metros. A julgar os planos altimétricos envolvidos nas fotografias, as dimensões das
alturas das pessoas e o leito da água represada e o nível dos reservatórios de água
na edificação, a altura de recalque deve ser igual ou inferior a 6,0 metros, ainda que
a distância física entre a fonte de água e o destino seja cotada em 300 metros
lineares.
Tabela 1. Dados da Temperatura (oC), Tensão (V) e Corrente Elétrica(A) na saída do painel solar fotovoltaico (locus 1) e após o controlador (locus 2) do carregador da bateria.
Fonte: Baseado em SREEWIROTE e LEELAJINDAKRAIRERK, IEEE-Xplore, 2017.
Como se constatam dos dados inseridos na Tabela 1, bem como as curvas
expostas na Figura 7, as medidas da temperatura () variaram entre 27 e 40oC,
entre 6 e 10 horas, esboçadas nas regiões nomeadas como A1 (coletadas no ponto
de medição 1, reportado como estando à saída do painel fotovoltaico) e A2
(coletadas no ponto de medição 2, à saída do controlador do carregador da bateria
elétrica).
Figura 7. Medidas da temperatura () , tensão (x) e corrente elétrica (o) na saída do painel (locus 1 da medição) e entrada da bateria (locus 2)
20
Atingiram seus picos entre 10 e 15 horas (regiões B1 e B2) e declinaram nas
regiões C1 e C2, entre 15 e 18 horas. Essas três regiões A, B. C, não foram
discretizadas pelos autores, mas nesta dissertação, em função dos resultados das
inequações associadas às correntes elétricas, Quadro 2.
SHAIKH e JAIN, 2015, publicaram em evento do IEEE um artigo de revisão
de literatura (survey) sobre sistemas de bombeamento de água utilizando células
solares fotovoltaicas. O primeiro destes conjuntos de células fotovoltaicas converte
diretamente energia solar em energia elétrica como fonte de corrente contínua e a
bomba, que possui um motor elétrico (AC ou DC) para acioná-la e esse conjunto
requer uma demanda de trabalho da Engenharia Hidráulica para obter o melhor
desempenho, associado à velocidade, altura manométrica, dimensões da bomba e
rendimento do sistema. Se o sistema utilizar um motor AC (corrente alternada), mais
facilmente acessível, há necessidade do uso de um inversor de frequência, o qual
melhorará a coordenação entre o painel solar e a bomba. O motor de corrente
contínua (DC) mais eficaz é um motor de magneto permanente, considerado
elemento chave em um sistema de bombeamento de água utilizando energia solar.
A Figura 8 contém um exemplo de conFiguração de um sistema fotovoltaico
aplicado ao bombeamento de água. Compõe-se de (1) painéis PV, fotovoltaicos, (2)
conversor elétrico de corrente contínua DC/DC, (3) inversor de corrente contínua em
corrente alternada, DC/AC, (4) um motor de indução e (5) uma bomba centrífuga.
Figura 8. Diagrama de blocos de um sistema de bombeamento de água fotovoltaico.
Fonte: VITORINO et al., 2011, citados por SHAIKH e JAIN, 2015
Um outro artigo de Review foi publicado por três pesquisadores da
Universidade Rahshahi de Engenharia e Tecnologia de Bangladesh. ISLAM,
SARKER e GHOSH, 2017, do Departamento de Engenharia Elétrica & Eletrônica,
tomando como base o fato da energia ser a força motriz para o desenvolvimento de
um país, mostraram que a matriz fóssil de Bangladesh é escassa e ao mesmo tempo
estão enfrentando uma grave crise energética e graves problemas de desertificação
21
nas áreas rurais. Problemas esses que são similares àqueles que vêm acontecendo
no interior do Nordeste brasileiro em especial, no sertão do Seridó Norte-rio-
grandense.
No artigo em questão, os autores apresentaram diferentes esquemas de
sistemas de irrigação funcionando por energia solar.
Esses sistemas são constituídos basicamente por um painel fotovoltaico, uma
bomba, um motor DC ou AC com conversor de energia, podendo também utilizar um
controlador. Na Figura 9, observam-se os esquemas disponibilizados.
Figura 9. Esquema de dois sistemas de bombeamento de água utilizando painéis solares fotovoltaicos e respectivos circuitos eletroeletrônicos
Fonte: ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017
Nesse artigo, ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017 analisam os principais
dispositivos componentes dos sistemas de geração de energia por radiação solar,
seu modo de funcionamento, composição e os principais tipos encontrados no
mercado. Afirmam que as células fotovoltaicas são geralmente feitas com duas
camadas semicondutoras. Quando a luz solar brilha em uma célula fotovoltaica
ocorre a liberação de elétrons da camada negativa. Se houver um circuito externo,
os elétrons livres seguem a camada positiva e produzem corrente elétrica no
circuito.
22
Esses autores destacam que, dos modelos comercializados atualmente, dois
tipos detêm a maior parcela do mercado mundial. No primeiro, as células feitas de
silício monocristalino ou policristalino (c -Si), enquanto que no segundo, elas são
baseadas em um filme fino (TF, thin film) que é feito de telureto amorfo ou telureto
de cádmio (CdTe), seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS). Embora as células TF
sejam bem mais baratas do que as baseadas em silício, elas são significativamente
menos eficientes, requerendo uma maior área para gerar a mesma quantidade de
energia, como se depreende das curvas inseridas nas Figuras 10 e 11.
Figura 10. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes irradiações
Fonte: ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017
Figura 11. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes temperaturas
Fonte: ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017
Reforçando esse aspecto da fabricação e materiais que compõem as placas
fotovoltaicas, SHAIKH e JAIN, 2015, relatam que, atualmente, dispositivos
fotovoltaicos comerciais (PV) usam silício como material base, basicamente como
células mono ou multicristalinas, bem como em estrutura amorfa. Com o intuito de
reduzir custos e melhorar eficiências, vêm sendo desenvolvidos diferentes materiais,
como, por exemplo, disseleneto de índio e telureto de cádmio. Painéis solares são
23
disponíveis comercialmente em módulos desde 10W ou menos a bancos
imensuráveis de alguns quiloWatts ou mesmo MegaWatts.
As pesquisas nesse campo buscam levar a uma maior eficiência de métodos
e sistemas. SHAIK e JAIN, 2015, destacam que o controle da velocidade e
economia de energia do bombeamento de água eficaz torna-se mais complexo pela
ampla variedade de motores, conversores e inversores, como discutido no artigo de
ARRIBAS e GONZALEZ, 2002, publicado no IEEE Transactions on Industrial
Electronics.
ESRAM e CHAPMAN, 2007, apresentam o quadro inserido na Figura 12, em
que se busca associar cada aplicação de painéis fotovoltaicos e características
técnicas associadas utilizando-se o método denominado de MPPT (Maximum Power
Point Tracking), como discutido no artigo de ARRIBAS e GONZALEZ, 2002,
publicado no IEEE Transactions on Industrial Electronics.
Figura 12. Quadro com as principais características das técnicas MPPT (Maximum Power Point Tracking) para seleção de um sistema fotovoltaico (PV) em sua máxima potência
Fonte: ESRAM e CHAPMAN, 2011, citados por SHAIKH e JAIN, 2015
24
Bombas utilizando paineis solares tendem a ser usadas na agricultura em
sistemas fluídicos contaminados com partículas sólidas, por exemplo, água com
partículas de areia. Há necessidade de se considerarem tais combinações, como
destacam WILSON, ADDIE e CLIFT, 1992, em artigo citado por TARODIYA e
GANDHI, 2017. É desses três autores as curvas de Potência, Altura Manométrica e
rendimento de uma bomba centrífuga bombeando água e lama (slurry) contidas
esquematicamente na Figura 13.
Figura 13. Respostas hidráulicas da Potência, Altura Manométrica e Rendimento de uma bomba centrífuga bombeando água (linhas contínuas) e lama (slurry) (linhas tracejadas)
Fonte: Livro da Elsevier sobre Transporte de Lama utilizando Bombas Centrífugas da autoria de K.C. WILSON, G.R. ADDIE, R. CLIFT, 1992, citado por TARODIYA e GANDHI, 2017
Bombear água com partículas sólidas que fazem o fluido assumir um
comportamento fluídico não-newtoniano gera instabilidades, Figura 14. A sequência
de tais instabilidades leva a danos.
Figura 14. Instalibilidade de um sistema de bombeamento que transporta lama (slurry) que se comporta como um fluido não-newtoniano
Fonte: Artigo de C.J. WALKER e A. GOULAS, 1984, citado por TARODIYA e GANDHI, 2017
25
Na carcaça de uma bomba centrífuga, seu perfil evolvental (“volutas”),
enquanto otimiza o escoamento, por um lado, induz a taxas de desgaste
diferenciadas, por outro. A Figura 15 contém um esboço das zonas discretizadas
para investigação e taxas de desgaste medidas experimentalmente.
Figura 15. Variação da taxa relativa de desgaste ao longo da carcaça de uma bomba
Fonte: Artigo de A.S. ROUDNEV, R.J. BOURGEOIS e R.J. KOSMICKI, 2009, citado por TARODIYA e
GANDHI, 2017
A Figura 16 apresenta um esboço esquemático utilizado por GHANDI em sua
Tese de doutorado.
Figura 16. Esboço esquemático para a investigação experimental do desempenho hidráulico e avaliação do desgaste em um sistema de bombeamento de lama (slurry)
Fonte: Tese de doutorado de Gandhi, 1998, citada por TARODIYA e GANDHI, 2017
26
Tarodiya e Gandhi, 2017, publicaram uma revisão teórica e experimental após
investigarem o desempenho e o desgaste erosivo de bombas centrífugas utilizadas
no transporte hidráulico de sólidos, bombeamento de esgotos e fluidos
contaminados por partículas sólidas. Um melhor desempenho do sistema hidráulico
foi associado a um menor consumo de energia para acioná-lo, enquanto a redução
na taxa de desgaste erosivo associou-se à melhoria na vida em serviço bem como à
seleção dos materiais da bomba, as propriedades das partículas sólidas
transportadas, as caracterísiticas do fluido concernentes à lama bombeada e a
concentração de sólidos inserida nessa lama.
Investigações científicas que consideram eficiência energética geralmente
consideram os sistemas na condição de novo, como adquiridos comercialmente.
Painéis solares fotovoltaicos e equipamentos de bombeamento de água a eles
acopladas, cedo ou tarde falham. Esta dissertação inclui uma discussão, baseada no
ASM Handbook, volume 11, publicado em 2002, relativa aos principais modos e
mecanismos de danos que podem determinar causas de raiz das falhas desses
sistemas eletromecânicos de conversão de energia solar em elétrica, elétrica em
mecânica e de energia mecânica em energia hidráulica.
Segundo DEBBIE ALIYA, da Alyia Analytical, USA, em seu capítulo do ASM
Handbook, volume 11, publicado em 2002, análise de falha é um processo realizado
para determinar as causas ou fatores que têm levado componentes, subconjuntos
ou conjuntos estruturais a uma perda indesejável de funcionalidade.
Nesse volume 11 do ASM Handbook, 2002, AARON TANZER, da Siemens
Westinghouse, em seu capítulo intitulado Determinação e Classificação de Dano,
associa a minimização de falhas futuras à determinação das causas de raiz e à
classificação e identificação dos danos observados em falhas. Para isso, considera
essencial distinguirem-se mecanismos de dano e modos de dano, assim definidos
por esse autor:
Modo de dano: é a descrição das características físicas do dano observado.
TANZER cita alguns exemplos de modos de dano a flambagem, marcas de praia
transgranulares, fratura intergranular e pites. TANZER afirma: modo de dano
descreve qual dano está presente.
Mecanismos de dano concernem às séries de eventos que descrevem como
tais eventos incorrem em dano bem como as consequências desses danos.
27
TANZER cita exemplos de mecanismos de dano: a fragilização pelo hidrogênio, a
corrosão sob tensão, a sulfetação, creep a alta temperatura. Uma vez mais TANZER
dirime dúvidas: mecanismo de dano descreve como o dano se desenvolve e passa a
estar presente.
TANZER, 2002, considera que a principal tarefa de uma análise de falha é
descrever os mecanismos de dano associados, devidamente comprovados com
evidências, ou seja, demonstrar a sequência de eventos envolvidos na falha
investigada. Para isto, afirma o autor, uma análise de falha é um processo interativo
que converge ao elencar possíveis explicações para a falha e eliminar aquelas
explicações que não se ajustam às observações, através de oito etapas que
consistem em: (1) coletar dados, (2) identificar modos de dano presentes, (3)
identificar possíveis mecanismos de dano presentes, (4) promover ensaios para
identificar os mecanismos reais que ocorreram, (5) discernir entre mecanismos
primários e secundários que levaram à falha, (6) identificar possíveis causas de raiz
(7) promover ensaios para determinar causas de raiz reais, (8) Avaliar e implementar
ações corretivas.
TANZER, 2002, assegura que o analista de falha deve repetidamente
elaborar as quatro seguintes questões à medida que a investigação avança rumo a
possíveis explicações para eventos reais: (1) quais características estão presentes
no componente danificado/falho? (2) quais características estão presentes no
componente que não foi danificado? (3) quais são as possíveis explicações das
diferenças consideradas entre os componentes danificados e os não danificados?
(4) que ensaios podem ser realizados para confirmar ou eliminar possíveis
explicações e refinar o conhecimento sobre o dano observado?
28
4. METODOLOGIA
A energia solar incidente sobre a cidade do Natal, estado do rio Grande do
Norte, Brasil, em 08 de agosto de 2017, às 14 horas, pode ser avaliada a partir da
foto do céu, sem nuvens, naquela ocasião, Figura 17. A partir da energia irradiada,
utilizou-se um coletor solar fotovoltaico comercial marca Neosolar, de potência
nominal de 100Watts, Figura 18.
Esse coletor é constituído por células fotovoltaicas da primeira geração, à
base de Silício policristalino e é acoplado a uma bomba de diafragma, de
procedência mexicana, Figura 19.
Figura 17. Aspecto visual do Céu sobre o Campus da UFRN, Natal, 8 agosto 2017, 14horas
Figura 18. Painel fotovoltaico policristalino, potência nominal de 100 Watts
29
Figura 19. Bomba de corrente contínua (DC) Pentair SHURFLO, 12 V, 7 A (máx) e sistema eletroeletrônico a ela acoplado
A fotografia da bancada experimental com a hidrocanalização de tubos e
conexões de PVC de 20 mm, os baldes para confinamento da água de sucção e
recalque, o reservatório utilizado para recomposição manual da água de sucção e a
instrumentação utilizada encontra-se na Figura 20.
As medições de vazão eram feitas utilizando-se baldes de 15 litros e
cronômetro digital marca Sony em janelas temporais de dez minutos: (1) 08h20-08-
30h, (2) 09h20-9h30, (3) 10h20-10-30h, (4) 11h20-11h30, (5) 12h20-12h30, (6)
13h20-13h30, (7) 14h20-14-30h, (8) 15h20-15h30, (9) 16h20-16h30.
As medições de temperatura eram feitas 5 minutos antes de cada uma das
nove tomadas de vazão. A temperatura ambiente era medida a 20 cm do painel e a
temperatura do painel era feita no centro do painel PV utilizando-se termopares de
cromel-alumel (tipo K).
As medições de corrente e tensão elétrica eram feitas com um alicate
amperimétrico digital de marca Minipa, fabricação nacional, modelo ET-4090.
30
Figura 20. Bancada do sistema de bombeamento de água utilizado
Partindo dos dados coletados por essa bancada e dos dados fornecidos pelo
fabricante foi feito o dimensionamento da tubulação visando um comparativo mais
real com os dados disponibilizados. Para o cálculo da perda de carga utilizou-se a
tabela contida no manual de instruções da bomba, a qual fornecia a vazão
volumétrica da bomba em função da altura manométrica. O valor da vazão para a
altura manométrica de 7m é 455 l/h, sendo assim, calculou-se a velocidade
esperada pela bomba para tal condição, a partir da área circular da tubulação. Com
esses valores é possível calcular o valor de Reynolds para o sistema.
�̇� 𝐴 = 𝑣⁄
𝑅𝑒 = 𝜌𝑣𝐷 𝜇⁄
𝑅𝑒 = 12668,758
Usando o valor de rugosidade média do pvc igual a 4,18*10^(-6) m, segundo
Kellner e Akutsu (2016), calcula-se a rugosidade relativa, como razão entre a
rugosidade media e o diâmetro da tubulação.
𝜀
𝐷= 4,18 ∗ 10−4
O fator de atrito por sua vez é em função do valor de Reynolds e da
rugosidade relativa, sendo assim, o diagrama de Moody (Figura 21) foi utilizado para
a definição do fator de atrito.
31
Figura 21. Diagrama de Moody
Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Moody-es.png
𝑓 = 0,03
Com o valor do fator de atrito foi possível calcular o comprimento equivalente
para a altura manométrica de 7m, utilizando a equação de Bernoulli.
𝐻𝑚 = 𝐻𝑝
7𝑚 =𝑓∗𝐿𝑒∗𝑣2
2∗𝐷∗𝑔
Com todos os valores definidos nessa equação é possível determinar o
comprimento equivalente da tubulação.
𝐿𝑒 = 58,405𝑚
A partir do comprimento equivalente foi definido os materiais necessários para
obter esse comprimento equivalente por meio de perdas de carga localizadas, a
tabela utilizada foi a do livro FOX.
Tabela 2. Tabela de comprimentos equivalentes
32
Fonte: FOX, 2006, p.357
Com a definição dos materiais o projeto de tubulação foi idealizado de forma a
aproveitar de forma eficiente o espaço utilizado, sendo assim foi-se pensado essa
configuração para o sistema (Figura 22).
Figura 22. Desenho esquemático da bancada.
Após montagem dessa estrutura, a nova bancada foi instrumentada utilizando
um Arduino tipo UNO R3 (Figura 23); sensor de fluxo de água YF-S201(Figura 24);
Módulo Sensor de Tensão 0-25V(DC) (Figura 25); e sensor de Corrente ACS712 -
30A a +30A(Figura 26). O código utilizado em todo o ensaio estará disponível no
anexo.
Figura 23, Arduino UNO R3
33
Figura 24. Sensor de fluxo de água
Figura 25. Modulo de sensor de tensão
34
Figura 26. Sensor de corrente
Por último, foi necessário a calibração dos sensores. O primeiro foi o de fluxo
de água onde utilizamos recipientes de volumes conhecidos e através do código
encontramos um fator de correção onde os resultados ficaram muito próximos do
valor correto. Já para os sensores de tensão e corrente utilizou-se uma fonte DC,
ajustável, para ligar a bomba com correntes e tensões pré-determinadas
comparando-as com os resultados entregues pelos sensores. Os ajustes dos
sensores de tensão e corrente também foram feitos por meio de programação. A
fonte utilizada foi uma MINIPA MPC – 303 DI (Figura 27).
Figura 27. Fonte MINIPA MPC – 303 DI
35
Em seguida iniciou-se os ensaios que ocorreram durante 11 dias, 9 horas por
dia, com os mesmos 10 minutos de janelas temporais e medição de temperatura
também 5 minutos antes do início do ensaio. Durante esse período foram coletados
120 dados de cada parâmetro: vazão, tensão e corrente, além da vazão total ao fim
dos 10 minutos de ensaio.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na bancada montada para ensaiar a bomba acionada por uma célula
fotovoltaica obtivemos dados que nos permitem avaliar a eficiência da placa
utilizada, partindo da coleta de dados de corrente e tensão. A potência entregue pela
placa durante o período das 10 às 13 horas, horário de maior incidência de radiação
solar, nos retorna uma potência em torno de 80 Watts de potência, sendo essa 16%
menor do que os 95 Watts afirmados pelo fabricante.
Figura 28. Gráfico tensão e Corrente por hora
36
Quanto ao desempenho da bomba em relação a temperatura obtivemos o
resultado de que não houve acréscimo da quantidade de litros bombeados com o
aumento da temperatura, como podemos ver no gráfico da Figura 29.
Figura 29. Representação gráfica da relação hora, temperatura e vazão
Analisando esses dados observamos que a eficiência da placa fotovoltaica
pouco varia com alterações de temperatura, medida na superfície da mesma. Um
ponto interessante é que a maior faixa de vazão não está ligada a mais alta
temperatura, nos levando a crer que um sistema de resfriamento da placa poderia
aumentar ainda mais sua eficácia.
Atualmente, para o nosso sistema, dispomos de apenas 8 horas efetivas de
bombeamento, podendo esse ser aprimorado para maior uso diurno, utilizando
sistemas sun tracking, fazendo com que a placa fique sempre voltada para o sol,
obtendo assim, energia por todo o tempo em que o sol estiver disponível.
No final da tarde a temperatura se iguala a do início da manhã, onde
observou-se o ponto máximo de eficiência, porém, o desempenho não foi o mesmo.
0
5
10
15
20
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
TENSÃO E CORRENTE POR HORA
TENSÃO CORRENTE
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Vazão x Temperatura
Temperatura da Placa (°C) Temperatura Ambiente (°C) Vazão (L/10m)
37
Isso se deve a uma possível taxa de radiação solar menor neste período, sendo a
temperatura mantida pela umidade do ar, que impede que a mesma caia
bruscamente.
Os gráficos a seguir, Figuras 30, 31 e 32, são representações das vazões,
tensões e correntes coletadas ao longo dos 11 dias de ensaio.
Figura 30. Representação gráfica do desempenho da bomba em relação a vazão
No gráfico da Figura 30 podemos observar que a vazão segue um padrão de
crescimento e decaida ao longo do dia. Esse comportamento é muito parecido ao
encontrado nos graficos de tensão e corrente que vêm a seguir.
Nas Figura 31 e 32 podemos analisar a potência elétrica por hora do dia.
Essa potêcia nada mais é do que o produto entre os dois gráficos, dessa forma,
vemos que a tendencia de comportamento do sistema elétrico, possuiu uma certa
similariedade com o gráfico resultante da vazão. Dessa forma, fica demonstrado
mais uma vez que o funcionamento da placa fotovotaica é cíclico ao longo do dia e a
temperatura interfere muito pouco em sua eficiencia.
Figura 31. Representação gráfica da tensão gerada pela placa
0
2
4
6
8
10
12
DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 DIA 8 DIA 9 DIA 10 DIA 11
Vazão
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
38
Figura 32. Representação gráfica da corrente gerada pela placa
Na Figura 33 podemos ver mais claramente a relação entre potência elétrica e
vazão, desse sistema. O gráfico mostra que a vazão é mais constante ao longo do
dia do que a energia fornecida pela placa, tendo essa uma queda mais brusca com a
diminuição da incidência de raios solares.
Figura 33. Representação gráfica potência elétrica x vazão
0
5
10
15
20
25
DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 DIA 8 DIA 9 DIA 10 DIA 11
Tensão
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
0
1
2
3
4
5
6
7
DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 DIA 8 DIA 9 DIA 10 DIA 11
Corrente
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
0
20
40
60
80
100
08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Potência Elétrica x Vazão
Potência Elétrica (W) Vazão (L/10m)
39
Por fim, analisando esses gráficos, encontramos algo incomum no dia 7, onde
obtivemos um pico de tensão sem geração de corrente e bombeio de fluido. Isso
deve-se a um problema de fiação encontrado na chave que liga a bomba, sendo
corrigido e obtendo valores comuns a seguir.
O valor da vazão as 10 horas da manhã pode ter sido alterado devido a coleta
do segundo dia, onde ocorreram picos enormes das taxas de vazão, estes picos
ainda estão sem respostas que motivem o ocorrido, já que a tensão e corrente se
mantiveram normais.
Outro ponto importante para ser citado é a baixa no funcionamento do
sistema do último dia de ensaio. Esse fenômeno foi causado por um dia
característico de verão, onde o dia começou ensolarado, mas ao longo do dia
ocorreram pancadas de chuva. Algo muito interessante é que o sistema funcionou
mesmo durante períodos de chuva, mostrando assim que a bomba opera
entregando uma razoável quantidade de fluido bombeado, mesmo recebendo
pouquíssima energia. Isso se deve, principalmente, ao fato do sistema ser montado
com uma bomba de diafragma, a qual sua principal característica é a pouca variação
da vazão com aumento da altura manométrica ou diminuição da energia fornecida.
Quanto as perdas de carga temos que a vazão média as 8h é de 0,11 l/s, que
tem velocidade média de 0,876 m/s, possui um Re=11128,147, se aproximando
bastante do valor fornecido pelo fabricante e esperado. O cálculo de perda de carga
deu igual a 7,39m de altura manométrica, sendo o esperado para esse caso. O
menor valor de vazão obtido foi o das 15h, que teve em média vazão de 3,281 l/min,
tendo uma perda de carga que se iguala a 2,88m, (o que na verdade se alterou foi a
quantidade de massa bombeada e não a perda de carga, sendo esse dado usado
apenas para efeito comparativo) expondo assim que o funcionamento do sistema é
igual ao esperado pela curva da bomba somente entre 10h e 13h.
40
6. CONCLUSÃO
Utilizou-se um painel fotovoltaico policristalino, de potência nominal de 100
Watts, e uma bomba de diafragma a ele acoplado, constituinte de um sistema
Neosolar comercialmente disponível, recém-adquirido.
Através da metodologia desenvolvida nesta dissertação, verificou-se que:
1. Entre 10 e 13 horas, bombeou-se até 1.800±100 litros de água a uma
altura manométrica de 7 metros de coluna d’água, constatando-se perda
de eficiência progressiva, hora a hora, entre 11 e 17 horas.
2. A temperatura do painel fotovoltaico variou de 25 a 53oC, identificando-se
os limites inferiores às 8h e 16h e o superior às 11h00.
3. A corrente elétrica gerada pelo painel fotovoltaico variou de 0,21 a 6,25
Ampères, identificando-se os limites inferiores às 9h e 16h e o superior às
11h00.
4. Às 16h00, mesmo estando o céu sem nuvens, o sistema PV de
bombeamento de água já não conseguia mais bombear água, isso indica
que o rendimento do sistema está mais relacionado ao ângulo de
incidência dos raios solares.
5. No 11° dia de ensaio, mesmo com nuvens densas e ocorrência de chuvas,
o sistema conseguiu funcionar, mostrando assim que funcionaria também
em locais chuvosos.
6. Identificou-se que o superaquecimento do painel PV e não gera aumento
da eficiência de bombeamento de água.
7. Ratificaram-se os resultados da temperatura do painel PV obtidos por
SREEWIROTE e LEELAJINDAKRAIRERK, 2017, mas não se observou o
mesmo para os valores da corrente e da tensão elétrica, atribuindo-se isto
aos diferentes componentes eletroeletrônicos utilizados em ambos os
sistemas.
41
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALIYA, Debbie The Failure Analysis Process: An Overview. In: ASM Handbook Failure Analysis and Prevention. vol. 11. 2002. ARRIBAS, J. e GONZALEZ, C. Optimal vector controlo f pumping and ventilation induction motor drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 49(Aug. 2002), pp. 889-895. ASM Handbook Failure Analysis and Prevention. vol. 11. 2002. CATON, Patrick Design of rural photovoltaic water pumping systems and the potential of manual array tracking for a West-African village. Solar Energy, 103(May 2014), pp. 288-302. CHEN, Xueming, LIN, Lin The Integration of Air and Rail Technologies: Shanghai's Hongqiao Integrated Transport Hub. Journal of Urban Technology, 23 (2016) Issue 2. ESRAM, T., CHAPMAN, P. Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22(June 2007), pp. 439-449. FOX, Robert W., Introdução à Mecânica dos Fluidos / Tradução da 6ª ed. americana, Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2006. GANDHI, B.K. Studies on Performance and Wear Characteristics of Centrifugal Slurry Pump Handling Concentrated Multi-sized Particulate Slurries. PhD Thesis. Indian Institute of Technology at Delhi, India, 1998. ISLAM, Rabiul, SARKER, Pejush Chandra, GHOSH, Subarto Kumar Prospect and advancement of solar irrigation in Bangladesh: A review. Renewable ans Sustainable Energy Reviews, 77 (2017), pp. 406-422. KELLNER, E., AKUTSU, J. e REIS, L. F. R. Avaliação da rugosidade relativa dos tubos de PVC com vistas ao dimensionamento das redes de distribuição de água. Eng Sanit Ambient, abr/jun 2016, v.21 n.2, pp. 347-355. ROUDNEV, A.S., BOURGEOIS, R.J. e KOSMICKI, R.J. Slurry pump casing wear prediction using numerical multi-phase flow simulation. ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting, 2009, pp. 513-523. SHAIKH, S.R., JAIN, A.M. A literature survey of Photovoltaic Water Pumping System. 2015 ICCICCT, International Conference on Control, Instrumentation, Communication and Computational Technology. IEEE, 2015. SHORT, T.D., MUELLER, M.A. Solar powered water pumps: problems, pitfalls and potential. International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, 2002. IEEE Xplore: 07 November 2002
42
SREEWIROTE, B., LEELAJINDAKRAIRERK, M. Design and Development of Solar Water Pump. Proc. of 9th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS 2016). Chiba, Japan, Nov 3-16, 2016. Artigo disponibilizado no IEEE Xplore desde 02 feb 2017. TANZER, Aaron Determination and Classification of Damage. In: ASM Handbook Failure Analysis and Prevention. vol. 11. 2002. TARODIYA, Rahul, GANDHI, Bhupendra K. Hydraulic performance and erosive wear of centrifugal slurry pumps – A Review. Powder Technology, 305(2017) 27-38. VITORINO, M.; BELTRÃO de ROSSIER CORREA, M.; JACOBINA, C.; LIMA, A. An effective induction motor control for photovoltaic pumping. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58 (April 2011), pp. 1.162-1.170. WALKER, C.J. e GOULAS, A. Performance characteristics of centrifugal pumps when handling non-Newtonian homogeneous slurries. Proc. Instn. Mech. Eng. 198A (1) (1984), 41-49. WILSON, K.C., ADDIE, G.R. e CLIFT, R. Slurry Transport Using Centrifugal Pumps. Elsevier Science, New York, 1992.
43
ANEXOS
float vazao; //Variável para armazenar o valor em L/min
float media=0; //Variável para tirar a média a cada 1 minuto
int contaPulso; //Variável para a quantidade de pulsos
int i=0; //Variável para contagem
float leitura;
float volts; //Armazenar o cálculo
volatile byte pulseCount;
float sensorValue = 0;
float currentValue = 0;
float voltsporUnidade = 0.0048875855327468;
float ruido =0.00;
float ovazao= 0;
float total=0;
void setup()
{
Serial.begin(9600); //Inicia a serial com um baud rate de 9600
pinMode(2, INPUT);
attachInterrupt(0, incpulso, RISING); //ConFigura o pino 2(Interrupção 0) para
trabalhar como interrupção
Serial.println("\n\nInicio\n\n"); //Imprime Inicio na serial
}
void loop ()
{
leitura = analogRead(A0);
volts= ((leitura*0.00489)*5);
44
// leitura input no analog pin 0:
//aqui a leitura é mostrada entre 0 e 1023
float sensorValue = analogRead(A1);
//podemos fazer transformações para mostrar em Amperes
//O código a seguir diz para o Arduino que o valor lido pelo sensor deve ser
transformado de 0 a 1023 para -30 a +30.
float outputValue =-30 + (60*sensorValue)/1023;
// mostrar valor lido pelo sensor:
contaPulso = 0; //Zera a variável para contar os giros por segundos
sei(); //Habilita interrupção
delay (1000); //Aguarda 1 segundo
cli(); //Desabilita interrupção
vazao = contaPulso / 5.5; //Converte para L/min
ovazao= vazao/60;
total=total + ovazao;
media=media+vazao; //Soma a vazão para o calculo da media
i++;
if ((i%5)==1) {
Serial.print(i);
Serial.print(" ");
Serial.print(vazao);
Serial.print(" ");
Serial.print(total);
Serial.print(" ");
45
Serial.print(volts);
Serial.print(" ");
Serial.print(outputValue);
Serial.println(" ");
}
}
void incpulso ()
{
contaPulso++; //Incrementa a variável de contagem dos pulsos
