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Sistemas de Bombeo Solar

Cálculo y Presupuesto a Medida

Cálculo básico de bombeo solar fotovoltaico

¿Cómo se calcula un proyecto de bombeo con energía solar?

Veamos un ejemplo paso a paso para que cada uno pueda estimar cuál es el kit de bombeo solar directo más adecuado.

Lo primero que debemos saber para una correcta configuración de un kit de bombeo:

  • Caudal diario que deseamos suministrar (m3/día).
  • Altura total de bombeo (altura manométrica) en metros.
  • Localización del proyecto.
  • Periodo de funcionamiento (si es anual o estacional).

Esquema bombeo solar

Supongamos entonces que en este caso real queremos un caudal diario de 24m3/día , salvando una altura de 50m (estática + dinámica) y el sistema de bombeo de agua con energía solar se instalaría en la zona Norte de Italia.

Una vez que ya sabemos la localización del proyecto de bombeo solar, debemos averiguar las Horas Solar Pico (kWh/m2) que tenemos en esa zona.

Para ello debemos ayudarnos de alguna herramienta como el PVGIS que nos puede fácilmente dar esa información.

En este caso, sería:

Radiación media Bombeo

Bien, ahora es cuando vamos a calcular cuál sería el kit más adecuado para este caso particular. En función del caudal horario (m3/hora) que necesitemos, se eligirán las potencias de las bombas solares de agua y en función de la potencia de la bomba, el número de módulos solares necesarios.

Supondremos dos casos, uno para funcionamiento anual y otro para funcionamiento estacional.

Cálculo para un Funcionamiento Anual:

Al ser anual, tomamos la media de HSP (Horas Sol Pico) anual, que en este caso son 3,85. Es decir, la bomba funcionaría a pleno rendimiento 3,85 horas cada día de media.

Entonces, sabiendo esto, ya podemos calcular el caudal horario (Qh): Qh = 24m3/día / 3,85HSP = 6,23 m3/h

Ya tenemos todos los datos importantes, es decir:

Necesitamos tipos de bomba solares de agua que en las condiciones de nuestra zona sea capaz de mover un caudal horario de 6,23 m3/h y salvar una altura de 50m. Ahora solo hay que recurrir a las tablas de la bomba para saber el modelo y potencia que necesitamos.

En este caso:

Tabla bomba-4HS bombeo solar

Así pues, mirando la tabla, vemos claramente que para la línea de los 50m de altura de aspiración y 6,23 m3/hora nos da una P1 (potencia de la bomba) de 2400W aproximadamente.

Entonces, el kit que necesitaríamos constaría de una bomba 4HS 06/04 de 2400W de potencia, con 2400W de paneles fotovoltaicos.

Para el caso de funcionamiento estacional de verano:

Al ser estacional, tomamos la media de HSP (Horas Sol Pico) de los meses de verano, que en este caso son 6,05 HSP. Es decir, la bomba funcionaría a pleno rendimiento 6,05 horas cada día de media en los meses de verano.

Entonces, sabiendo esto, ya podemos calcular el caudal horario (Qh): Qh = 24m3/día / 6,05HSP = 3,96 m3/h

Ya tenemos todos los datos importantes, es decir, necesitamos una bomba que en las condiciones de nuestra zona sea capaz de mover un caudal horario de 3,96 m3/h y salvar una altura de 50m.

Ahora solo hay que recurrir de nuevo a las tablas de la bomba que más se acerque a ese requisito para saber el modelo y potencia que necesitamos.

En este caso:

tabla bomba-4HS bombeo solar verano

Así pues, mirando la tabla, vemos claramente que para la línea de los 50m de altura de aspiración y 3,96 m3/hora nos da una P1 (potencia de la bomba) de 1800W aproximadamente. Por lo tanto, el kit de bombeo solar que necesitaríamos constaría de una bomba 4HS 04/03 de 1800W de potencia, con 1800W de potencia instalada de placas fotovoltaicas.

También es muy importante tener en cuenta que el caudal diario que puede bombearse nunca puede sobrepasar los recursos hidráulicos disponibles, es decir, no sobrepasar la capacidad de regeneración de agua de la fuente, para evitar la reducción del nivel del agua de la fuente/pozo, que puede provocar que la bomba quede fuera del agua, o aún peor, secar la fuente/pozo.

¿Cómo se calcula la altura total (estática+dinámica) en los bombeos solares?

La altura dinámica total o carga dinámica total, que en nuestro caso eran 50m, se calcula siempre en función de la suma de la carga estática + carga dinámica.

altura de bombeo solar

La carga o altura estática, medida en metros, es la distancia en vertical desde la superficie del agua hasta el nivel de descarga. La carga dinámica, medida en metros, son las cargas que se generan por fricción al recorrer el agua la tubería.

Hay muchas fórmulas para calcularlo, una de ellas sería la de Hazen-Williams: CD = 10,674 * [Q1,852/(C1,852* D4,871)] * L

Siendo:

  • CD: pérdida de carga o de energía dinámica (m)
  • Q: caudal (m3/s)
  • C: coeficiente de rugosidad (adimensional)
  • D: diámetro interno de la tubería (m)
  • L: longitud de la tubería (m)
  • El coeficiente de rugosidad (C), es adimensional, y va en función del material utilizado en la tubería, por ejemplo, para los materiales más habituales como el hierro, cobre, plomo o plástico (PE, PVC) está entre 130 y 140.

Ya solamente habría que sustituir los datos, en la fórmula, calcular la carga dinámica y sumarlo con la carga estática calculada anteriormente para obtener la altura o carga dinámica total de nuestro sistema.

¿Es necesario el uso de baterías en un sistema de bombeo solar?

Lo cierto es que no, aunque pueden usarse baterías solares no es lo más recomendable, pues encarecen enormemente el sistema. Simplemente, si necesitamos bombear agua en horas nocturnas, la solución es incorporar un depósito elevado de agua para almacenarla y poder utilizarla en momentos sin sol. Al final, no es más que almacenar energía, en este caso, sería un bombeo solar con almacenamiento con depósito.  

Manual redactado por: José A. Alonso (SunFields Europe)

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