github.io Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo · Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo Oscar Perpiñán...

SistemasFotovoltaicos de

Bombeo

Oscar PerpiñánLamigueirohttp://

oscarperpinan.github.io

Introducción

Motobombas

Acoplamientogenerador-motobomba

CircuitoHidráulico

Sistemas Fotovoltaicos de BombeoConceptos Generales y Componentes

Oscar Perpiñán Lamigueirohttp://oscarperpinan.github.io

1 / 38

http://oscarperpinan.github.io




Introducción

Motobombas

Acoplamiento generador-motobomba

Circuito Hidráulico


Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

Agua y ESF

I Las curvas de generación fotovoltaica y de consumode agua están bien adaptadas: las épocas de mayorcalor y radiación solar son de mayor consumo deagua.

I Se puede utilizar el agua como medio deacumulación de energía, evitando baterías con elconsiguiente ahorro de costes, a la vez que aumentala seguridad, eficiencia y fiabilidad.

I El bombeo de agua directo fotovoltaico es limpio: nopresenta los riesgos de una contaminación del pozoa causa de posibles derrames de combustible.Asimismo, se evitan los problemas logísticos desuministro y transporte de carburante.

3 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

Composición

4 / 38




Introducción

Motobombas




Bombeo



Introducción

MotobombasMotores eléctricos en ESF

Bombas


CircuitoHidráulico

Definición

I Un motor eléctrico es una máquina eléctrica quetransforma energía eléctrica en energía mecánicapor medio de interacciones electromagnéticas.

I Una bomba es una máquina hidráulica generadoraque transforma la energía mecánica con la que esaccionada en energía hidráulica del fluido (agua).

6 / 38




Introducción

MotobombasMotores eléctricos en ESFBombas




Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Motor DC

I Estator-Inductor alimentado por corriente DC (oimanes permanentes).

I El colector de delgas transforma la frecuencia dealimentación (DC) en alterna.

I Rotor-Inducido gira sincronizado con la frecuencia«transformada».

I Los motores DC con escobillas están sometidos adesgaste. Necesitan mantenimiento y por tantodeben evitarse con bombas sumergidas.

I Existen motores DC sin escobillas, donde laconmutación se realiza mediante un circuitoelectrónico.

I No necesitan inversor (pero si adaptador), tienenbuen rendimiento, pero están indicados parapotencias bajas.

8 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Motor asíncrono o de inducción

I Estator-inductor alimentado por una corrientetrifásica alterna. Produce un campo giratorio.

I Rotor-inducido constituido por espirascortocircuitadas (jaula de ardilla).

I Son los más comunes, y más baratos que los DC.I Tienen pares de arranque muy bajos, adecuados

para bombas que requieren bajo par de arranque,como las centrífugas.

9 / 38




Introducción

MotobombasMotores eléctricos en ESFBombas




Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Ecuación de Bernouilli

Conservación de energía

∆pρ

+∆v2

2+ g · ∆h = cte.

I ∆p: presión (bombas de desplazamiento positivo)I ∆v2: velocidad (bombas rotodinámicas)I ∆h: altura (objetivo)

11 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas de desplazamiento positivo

Principio: cambio de presión

I El aumento de presión se realiza por el empuje de lasparedes de las cámaras que varían su volumen.

I Bombas oscilantes, compartimentos fijos devolumen variable por el movimiento de un pistón opor la deformación de un diafragma.

I Bombas rotatorias, compartimentos que sedesplazan desde la zona de entrada (de baja presión)hasta la zona de salida (de alta presión) de lamáquina. (p.ej. bomba de tornillo o helicoidal).

12 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas de membrana

13 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas helicoidales

14 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas helicoidales y de membrana

I Son apropiadas para altos incrementos de presión ybajos caudales.

I Necesitan un elevado par de arranque (por tanto nopueden ser acopladas directamente al generador).

I Las bombas de diafragma, más económicas,requieren el reemplazo de los diafragmas cada dos otres años, dependiendo del fabricante.

15 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas rotodinámicas

Principio: añadir cantidad de movimiento

I En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes conálabes que giran generando un campo de presionesen el fluido.

I Radiales o centrífugasI El fluido entra por el centro del rodete cuyos álabes

conducen el fluidoI Por la fuerza centrífuga es impulsado hacia el

exterior y es recogido por la carcasaI Es conducido hacia la salida o hacia el siguiente

rodete (bombas multietapa)

16 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas centrífugas

17 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Bombas centrífugas

I Están diseñadas para vencer una presión más omenos constante,

I Proporcionan elevados caudales para bajas alturasmanométricas.

I Se puede aumentar la altura añadiendo etapas enserie en la misma bomba (bomba multietapa)

I Son bombas simples y robustas, de bajo coste.I Funcionan bien con pequeños pares de arranque.

18 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Según la disposición

I Bombas sumergiblesI Pozos profundos de pequeño diámetroI Normalmente ensambladas con el motor.

I Bombas flotantesI Instalación en ríos, lagos o pozos de gran diámetro

en flotación.I Mucho caudal pero poca altura manométrica

I Bombas de superficieI Instaladas a nivel de suelo (fácil mantenimiento)I Tienen un límite en el nivel de succión (8 metros).I Si utilizan agua como lubricante, no deben operar en

seco para evitar el sobrecalentamiento.

19 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

Configuraciones típicas

I Sistemas de baja potencia (50 a 400 Wp)I Motor DC accionando una bomba de membrana

I Sistemas de media potencia (400-1500 Wp)I Bomba sumergible centrífuga multietapa con motor

asíncronoI Motor DC sin escobillas accionando una bomba

helicoidal

I Potencia superior a 1 kWpI Bomba sumergible centrífuga multietapa con motor

asíncrono

20 / 38





Bombeo



Introducción


Bombas


CircuitoHidráulico

21 / 38




Introducción

Motobombas




Bombeo



Introducción

Motobombas

Acoplamientogenerador-motobombaConvertidores

Protecciones

CircuitoHidráulico

23 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


Protecciones

CircuitoHidráulico

Motivo

I La potencia y tensión suministrada por ungenerador FV varían con la radiación y latemperatura.

I Las condiciones de funcionamiento no se adaptansiempre a todos los requerimientos de lamotobomba.

I Es necesario adaptar las condiciones defuncionamiento de la motobomba al punto detrabajo del generador FV.I Motor AC: variador de frecuenciaI Motor DC: convertidor DC-DC

24 / 38




Introducción

Motobombas

Acoplamiento generador-motobombaConvertidoresProtecciones



Bombeo



Introducción

Motobombas


Protecciones

CircuitoHidráulico

Convertidor DC-DC

I Dispositivo que transforma corriente continua deuna tensión a otra.I Suelen ser reguladores de conmutación, dando a su

salida una tensión regulada.

I Se utiliza para alimentar motores DC con generadorFV.

I Normalmente no incorporan buscador de MPP.

26 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


Protecciones

CircuitoHidráulico

Variador de frecuencia

27 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


Protecciones

CircuitoHidráulico

Variador de frecuenciaI El variador de frecuencia transforma una señal

alterna de una frecuencia en otra señal alterna deotra frecuencia.

I Está compuesto por un rectificador y un inversor confrecuencia variable.

I Eficiencia cercana al 95%.I Habitualmente sin seguidor de MPP.

28 / 38




Introducción

Motobombas

Acoplamiento generador-motobombaConvertidoresProtecciones



Bombeo



Introducción

Motobombas


Protecciones

CircuitoHidráulico

Pozo vacío

I Control de frecuencia de salida del variador.I Cuando el motor trabaja en vacío, la corriente

consumida baja y el variador debe subir la frecuenciapara alcanzar la tensión de referencia.

I Si se supera la frecuencia de 55 Hz se para el sistemay se marca un intervalo de espera para permitir queel pozo vuelva a llenarse.

30 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


Protecciones

CircuitoHidráulico

Deposito lleno

I Presostáto en la tubería combinado con una boyaen el depósito.

I Cuando en el depósito se alcanza un niveldeterminado, la boya acciona el cierre de la entradaal depósito.

I Sin embargo, la bomba sigue elevando agua. De estaforma, la presión dentro de la tubería aumenta hastaaccionar el presostato.

I Se pone en marcha un temporizador para permitirque baje el nivel del depósito.

31 / 38




Introducción

Motobombas




Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

Circuito hidráulico

I Tubería de impulsiónI Boca de pozoI Tubería de distribución y valvuleríaI Depósito

33 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

34 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

Tubería de Impulsión

I Es la tubería instalada a la salida de la bomba.I Polietileno de alta densidad y calidad alimentaria

I Coste menorI Tendencia a enrollarse.

I Tuberías autoportantes flexiblesI Coste mayorI Requiere terminales específicos fabricados en acero

inoxidable

35 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

36 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

Depósito elevado

I Tamaño adecuado para 1 o 2 días de consumoI Para depósitos pequeños (20 a 1.000 l) debe elegirse

un depósito plástico de color negro para evitaraparición de algas y otros contaminantes.

I El plástico puede ser polietileno de alta densidadpara uso alimentario.

37 / 38





Bombeo



Introducción

Motobombas


CircuitoHidráulico

38 / 38




github.io Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo · Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo Oscar Perpiñán...

Documents

Transcript of github.io Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo · Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo Oscar Perpiñán...