bomba de Água automatizada sensor icos

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  • 8/3/2019 Bomba de gua Automatizada Sensor Icos

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    UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA "JLIO DE MESQUITA FILHO"

    FACULDADE DE CINCIAS AGRONMICASCMPUS DE BOTUCATU

    DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CONTROLE PARA

    AVALIAO DE FONTES DE ENERGIAS RENOVVEIS NOBOMBEAMENTO DE GUA

    JOS FERNANDO PRESENO

    Tese apresentada Faculdade de CinciasAgronmicas da UNESP - Campus deBotucatu, para obteno do ttulo de Doutorem Agronomia - rea de Concentrao emEnergia na Agricultura.

    BOTUCATU - SPSetembro de 2007

  • 8/3/2019 Bomba de gua Automatizada Sensor Icos

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    UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA "JLIO DE MESQUITA FILHO"

    FACULDADE DE CINCIAS AGRONMICASCMPUS DE BOTUCATU

    DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CONTROLE PARA

    AVALIAO DE FONTES DE ENERGIAS RENOVVEIS NOBOMBEAMENTO DE GUA

    JOS FERNANDO PRESENO

    Orientador : Prof. Dr. Odivaldo Jos Seraphim

    Tese apresentada Faculdade de CinciasAgronmicas da UNESP - Campus deBotucatu, para obteno do ttulo de Doutorem Agronomia - rea de Concentrao emEnergia na Agricultura.

    BOTUCATU - SPSetembro de 2007

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    FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA SEO TCNICA DE AQUISIO E TRATAMEN-TO DA INFORMAO SERVIO TCNICO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAO - UNESP -FCA - LAGEADO - BOTUCATU (SP)

    Preseno, Jos Fernando, 1958-P933d Desenvolvimento de um sistema de controle para avalia-

    o de fontes de energias renovveis no bombeamento de -gua / Jos Fernando Preseno. Botucatu : [s.n.], 2007.

    x, 141 f. : il. color., grfs., tabs.

    Tese (Doutorado) -Universidade Estadual Paulista, Fa-culdade de Cincias Agronmicas, Botucatu, 2007

    Orientador: Odivaldo Jos SeraphimInclui bibliografia

    1. Energia - Fontes alternativas. 2. Bombas hidrulicas.3. Controladores programveis. 4. Bombeamento de gua. I.Seraphim, Odivaldo Jos. II. Universidade Estadual Paulis-ta Jlio de Msquita Filho (Campus de Botucatu). Facul-dade de Cincias Agronmicas. III. Ttulo.

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    SUMRIO

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    1 RESUMO.........................................................................................................................................01

    1.1 SUMMARY..............................................................................................................................03

    2 INTRODUO...............................................................................................................................04

    3 REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................................................................07

    3.1 Energia renovvel e no renovvel ...........................................................................................08

    3.2 Fontes renovveis......................................................................................................................09

    3.3 Energia elica...........................................................................................................................093.3.1 Tipos de aerogeradores .......................................................................................................11

    3.3.2 Velocidade do vento .........................................................................................................13

    3.3.3 Variao da velocidade do vento com a altura .................................................................13

    3.3.4 Influncia da superfcie do terreno na velocidade do vento .............................................14

    3.3.5 Disponibilidade de energia ...............................................................................................15

    3.3.6 Fator de capacidade...........................................................................................................15

    3.3.7 Medio da velocidade do vento.......................................................................................173.4 Energia solar .............................................................................................................................18

    3.4.1 Gerao fotovoltaica .........................................................................................................19

    3.4.2 Silcio monocristalino .......................................................................................................19

    3.4.3 Silcio policristalino..........................................................................................................21

    3.4.4 Silcio amorfo....................................................................................................................22

    3.4.5 Mdulo fotovoltaico..........................................................................................................23

    3.4.6 Caractersticas eltricas dos mdulos fotovoltaicos .........................................................233.4.7 Eficincia do mdulo fotovoltaico....................................................................................25

    3.4.8 Configurao dos sistemas fotovoltaicos..........................................................................26

    3.4.9 Medio da radiao solar ................................................................................................26

    3.4.10 Piranmetros .....................................................................................................................27

    3.5 Baterias ......................................................................................................................................28

    3.5.1 Tenses em uma bateria......................................................................................................28

    3.6 Controlador lgico programvel...............................................................................................29

    3.6.1 Partes constituintes de um CLP ..........................................................................................32

    3.7 Sistemas hbridos ......................................................................................................................33

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    3.8 Bombeamento de gua com sistemas elicos...........................................................................34

    3.8.1 Avaliao do potencial elico............................................................................................35

    3.8.2 Equipamentos e mecanismos elicos para bombeamento de gua....................................37

    3.9 Bombeamento de gua com sistema fotovoltaico.....................................................................38

    3.9.1 Equipamentos para sistemas fotovoltaicos de bombeamento.............................................41

    4 MATERIAL E MTODOS.............................................................................................................44

    4.1 Material.....................................................................................................................................44

    4.1.1 Localizao fsica...............................................................................................................44

    4.1.2 Sistema hidrulico..............................................................................................................45

    4.1.3 Aerogerador .......................................................................................................................49

    4.1.4 Painis solares....................................................................................................................50

    4.1.5 Equipamentos de medies meteorolgicas ......................................................................53

    4.1.6 Equipamentos do sistema de controle................................................................................58

    4.2 Mtodos.....................................................................................................................................59

    4.2.1 Sistema automatizado de operao com CLP....................................................................59

    4.2.2 Avaliao das caractersticas hidrulicas e energticas do sistema painel

    solar-bomba Shurflo em ligao direta ..............................................................................61

    4.2.3 Avaliao do potencial elico no local do experimento ....................................................64

    5 RESULTADOS E DISCUSSO.....................................................................................................65

    5.1 Sistema automatizado com CLP ...............................................................................................65

    5.1.1 Comandos para monitorao de dados ...............................................................................70

    5.2 Avaliao do sistema painel solar-bomba Shurflo em ligao direta .......................................71

    5.3 Desempenho do sistema elico.................................................................................................82

    5.4 Horrios de efetivo funcionamento...........................................................................................83

    6 CONCLUSO.................................................................................................................................846.1 Automatizao com controlador lgico programvel...............................................................84

    6.2 Avaliao hidrulico energtica do painel solar ligado na bomba Shurflo ..............................85

    6.3 Avaliao do sistema elico......................................................................................................86

    7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................................................88

    APNDICE 01 Programa em linguagem Ladder aplicado no sistema de automao ......................97

    APNDICE 02 Dados meteorolgicos e hidrulicos semanais registrados .....................................106

    APNDICE 03 Horrios de efetivo funcionamento do sistema solar direto....................................133APNDICE 04 Mtodo para determinao da altura manomtrica .................................................136

    APNDICE 05 Valor de correntes, temperatura e ndice pluviomtrico mensal.............................139

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    LISTA DE FIGURAS

    Pgina

    Figura 1 Aerogerador Savonius .......................................................................................................11

    Figura 2 Aerogerador Darrieus ........................................................................................................11

    Figura 3 Aerogerador de eixo horizontal.........................................................................................12

    Figura 4 Aerogerador de ps mltiplas............................................................................................12

    Figura 5 Silcio Monocristalino .......................................................................................................20

    Figura 6 - Silcio Policristalino...........................................................................................................21Figura 7 - Curva caracterstiva V x I ..................................................................................................24

    Figura 8 - Curva caracterstica Potncia x Voltagem .........................................................................24

    Figura 9 Partes constituintes do CLP...............................................................................................32

    Figura 10 Laboratrio de Energizao Rural , FCA, Unesp............................................................45

    Figura 11 Bomba Shurflo 8000.....................................................................................................46

    Figura 12 - Hidrmetro Eletrnico .....................................................................................................46

    Figura 13 - Layout do Sistema Hdrulico (Elevao) ........................................................................47

    Figura 14 Sistema Hidrulico ..........................................................................................................48

    Figura 15 Caixa Superior com Sensores e Solenide ......................................................................48

    Figura 16 Aerogerador AIR X , 400 W ........................................................................................49

    Figura 17 Painl Policristalino , S 70 , Shel ....................................................................................51

    Figiura 18 - Painel Heliodinmica, 45 W ...........................................................................................52

    Figura 19 Painel Siemens , SP65 .....................................................................................................52

    Figura 20 Torre para instalao de equipamentos meteorolgicos..................................................53

    Figura 21 Anemmetro RM-Young Winder Monitor .....................................................................53

    Figura 22 - Sonda Termo Higrmetro HMP45C ................................................................................56

    Figura 23 Datalogger CRX 22 , Campbel........................................................................................57

    Figura 24 Dispositivos eltricos utilizados......................................................................................58

    FIgura 25 Caixas de Acondicionamento do Equipamento Eltrico.................................................58

    Figura 26 Fontes de energia utilizada..............................................................................................59

    Figura 27 - Medio de corrente com resistor Shunt ..........................................................................62

    Figura 28 Sistema de alimentao das bombas................................................................................66Figura 29 Mapa de utilizao do CLP ............................................................................................66

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    Figura 30 Volume bombeado x Radiao mdia por perodo .........................................................73

    Figura 31 Relao entre radiao mdia x volume bombeado ........................................................73

    Figura 32 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms abril/2006..................................................74

    Figura 33 Volume bombeado x Energia Consumida, ms abril/2006.............................................74

    Figura 34 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms maio/2006................................................74

    Figura 35 Volume bombeado x Energia Consumida, ms maio/2006 ............................................74

    Figura 36 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms jnho/2006 ..................................................75

    Figura 37 Volume bombeado x Energia Consumida, ms junho/2006..........................................75

    Figura 38 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms julho/2006.................................................75

    Figura 39 Volume bombeado x Energia Consumida, ms julho/2006...........................................75

    Figura 40 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms aagosto/2006.............................................76

    Figura 41 Volume bombeado x Energia Consumida, ms agosto/2006..........................................76

    Figura 42 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms setembro/2006...........................................76

    Figura 43 Volume bombeado x Energia Consumida, ms setembro/2006.....................................76

    Figura 44 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms outubro/2006............................................77

    Figura 45 Volume bombeado x Energia Consumida, ms outubro /2006.......................................77

    Figura 46 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms novembro/2006........................................77

    Figura 47 Volume bombeado x Energia Consumida, ms novembro/2006....................................77

    Figura 48 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms dezembro/2006 ........................................78

    Figura 49 Volume bombeado x Energia Consumida, ms dezembro /2006...................................78

    Figura 50 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms janeiro/2007..............................................78

    Figura 51 Volume Bombeado x Energia Consumida, ms janeiro/2007.........................................78

    Figura 52 Radiao Mdia x Volume bombeado, ms fevereiro/2007 ...........................................79

    Figura 53 Volume Bombeado x Energia Consumida, ms fevereiro/2007.....................................79

    Figura 54 Radiao Mdia x Volume Bombeado, ms maro/2007 ...............................................79Figura 55 Volume Bombeado x Energia Consumida, ms maro/2007..........................................79

    Figura 56 - Coeficiente mensal r (l/w/m2.).........................................................................................80

    Figura 57 Coeficiente K (wh/l)........................................................................................................81

    Figura 58 Velocidade mdia do vento por ms ...............................................................................82

    Figura 59 Esquema para determinao do horrio de efetivo funcionamento.................................83

    Figura 60 Dados caractersticos da bomba Shurflo 8000 ...............................................................138

    Figura 61 Correntes mximas registradas por semana ...................................................................140Figura 62 Temperaturas mdias mensais........................................................................................141

    Figura 63 ndice pluviomtrico mensal ..........................................................................................141

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    LISTA DE TABELAS

    PginaTabela 1 Fator de rugosidade do terreno..........................................................................................14

    Tabela 2 - Classificao da velocidade dos ventos por Beaufort........................................................35

    Tabela 3 Caractersticas da Bomba Shurflo 8000............................................................................45

    Tabela 4 Especificaes Tcnicas do Aerogerador .........................................................................50

    Tabela 5 Caractersticas Eltricas do mdulo fotovoltaico Shell- 1000W/m2................................50

    Tabela 6 - Caractersticas Eltricas mdulo fotovoltaico Heliodinmica -1000W/m2 ......................51

    Tabela 7 Caractersticas Eltricas do mdulo fotovoltico Siemens, SP65.....................................52Tabela 8 - Especificaes tcnicas do anemmetro............................................................................54

    Tabela 09 - Especificaes tcnicas do piranmetro ..........................................................................55

    Tabela 10 Especificaes tcnicas da sonda termo higrmetro.......................................................56

    Tabela 11 - Especificaes tcnicas do datalogger.............................................................................57

    Tabela 12 Seleo de modo de operao .........................................................................................67

    Tabela 13 Operao do sistema em modo automtico.....................................................................67

    Tabela 14 Determinao da fonte, conforme prioridade .................................................................68

    Tabela 15 Acionamento de sada real no modo automtico ............................................................68

    Tabela 16 Comandos para reincio de escaneamento .....................................................................68

    Tabela 17 Comandos utilizados para modo manual ........................................................................69

    Tabela 18 Comando para reset geral................................................................................................69

    Tabela 19 Comandos para nveis mximo e mnimo.......................................................................69

    Tabela 20 Comandos para determinao de fluxo...........................................................................70

    Tabela 21 - Valores das variveis hidrulicas e energticas por ms .................................................72

    Tabela 22 Relao Volume Bombeado x Radiao Mdia Mensal................................................80

    Tabela 23 Relao entre energia consumida e volume bombeado ..................................................81

    Tabela 24 Velocidade do vento no local de teste.............................................................................82

    Tabela 25 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 2 a 4,2006..................................107

    Tabela 26 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 9 a15/4,2006 ...........................107

    Tabela 27 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 16 a 22/4,2006 ........................108

    Tabela 28 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 23 a 29/4,2006 ........................108

    Tabela 29 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 30 a 6/5,2006 ..........................109Tabela 30 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 7 a 13/5,2006 ..........................109

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    Tabela 31 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 14 a 20/5,2006 .........................110

    Tabela 32 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 21 a 27/5,2006 ...........................110

    Tabela 33 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 28 a3/6,2006 ............................111

    Tabela 34 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 4 a10/6,2006 ...........................111

    Tabela 35 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 11 a17/6,2006 .........................112

    Tabela 36 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 18 a24/6,2006 .........................112

    Tabela 37 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 25 a 1/7,2006 ..........................113

    Tabela 38 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 2 a 8/7,2006 ............................113

    Tabela 39 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 9 a 15/7,2006 ...........................114

    Tabela 40 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 16 a 22/7,2006 ........................114

    Tabela 41 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 23 a29/7,2006 .........................115

    Tabela 42 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 30 a5/8,2006 ...........................115

    Tabela 43 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 6 a12/8,2006 ...........................116

    Tabela 44 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 13 a 19/8,2006 ..........................116

    Tabela 45 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 20 a 26/8,2006 ...........................117

    Tabela 46 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 27 a 2/9,2006 ..........................117

    Tabela 47 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 3 a 9/9,2006 ............................118

    Tabela 48 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 10 a16/9,2006 .........................118

    Tabela 49 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 17 a23/9,2006 .........................119

    Tabela 50 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 24 a 30/9,2006 ........................119

    Tabela 51 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 1 a 7/10,2006 ..........................120

    Tabela 52 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 8 a 14/10,2006 ........................120

    Tabela 53 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 15 a 21/10,2006 .........................121

    Tabela 54 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 22 a 28/10,2006 ........................121

    Tabela 55 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos,29 a 4/11,2006 ................................122Tabela 56 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 5 a 11/11,2006 ..........................122

    Tabela 57 - Dados energticos,Meteorolgicos,Hidrulicos de 12 a 18/11,2006 ...........................123

    Tabela 58 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 19 a25/11,2006 ..........................123

    Tabela 59 - Dados energticos, Meteorolgicos,Hidrulicos de 26 a 2/12,2006 ...........................124

    Tabela 60 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 3 a 9/12,2006 ..........................124

    Tabela 61 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 10 a 16/12,2006 ........................125

    Tabela 62 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 17 a 23/12,2006 .........................125Tabela 63 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 24 a 30/12,2006 .........................126

    Tabela 64 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de31/12 a 6/1,2007 .........................126

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    Tabela 65 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 7 a 14/1,2007 ..........................127

    Tabela 66 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 15 a 21/1,2007 ...........................127

    Tabela 67 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 22 a 27/1,2007 ........................128

    Tabela 68- Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 4 a 10/2,2007 ............................128

    Tabela 69 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de11 a 17/2,2007 ..........................129

    Tabela 70 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 18 a 24/2,2007 .........................129

    Tabela 71 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 25/2 a 3/3,2007 ..........................130

    Tabela 72 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 4 a 10/3,2007 ...........................130

    Tabela 73 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de11 a17/3,2007 ...........................131

    Tabela 74 - Dados energticos , Meteorolgicos, Hidrulicos de 18 a 24/3,2007 .........................131

    Tabela 75 - Dados energticos, Meteorolgicos, Hidrulicos de 26/3 a 1/ 4,2007 .........................132

    Tabela 76 - Horrios de efetivo funcionamento, 2 a 8/4 de 2006......................................................134

    Tabela 77 Horrios de efetivo funcionamento, 9 a 15/4 de 2006 ...................................................134

    Tabela 78 Horrios de efetivo funcionamento,16 a 22/4 de 2006 ..................................................135

    Tabela 79 Horrios de efetivo funcionamento,23 a 29/4 de 2006 ..................................................135

    Tabela 80 - Valores das correntes mximas, em amperes, registradas por semana..........................140

    Tabela 81 Potncia mdia gerada, em Watts, pelo painel solar......................................................141

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    1 RESUMO

    A utilizao de sistemas energticos alternativos, nos dias atuais, uma

    necessidade de carter urgente devido aos problemas que o planeta vem enfrentando como o

    aquecimento global, efeito estufa e a perda da camada de oznio.A limitao das fontes de energias convencionais outro problema que ter

    de ser equacionado para o futuro da humanidade; deve-se considerar que as pessoas esto habitando,

    cada vez mais, locais afastados e desprovidos de infra-estrutura energtica.

    Aplicando-se tecnologias como as de automao e controle podemos

    solucionar esse problema; portanto, o trabalho visou a aplicao de um equipamento de uso

    industrial, o Controlador Lgico Programvel, em sistemas de energia renovveis, notadamente o

    sistema de gerao elica e a gerao fotovoltaica, usados para bombeamento de gua, objetivando-se um controle automtico e mais eficiente nos locais onde haja disponibilidade simultnea dessas

    fontes, baseados em critrio de prioridade pr-estabelecido.

    Fez-se, tambm, uma avaliao do potencial hidrulico e energtico dos

    sistemas de energia fotovoltaico e elico utilizados no sistema automtico de bombeamento de gua

    no local de realizao do experimento para as condies fsicas pr-estabelecidas.

    Os resultados mostraram que o sistema de controle utilizando o CLP

    vivel, possui confiabilidade e o programa desenvolvido em linguagem Ladder pode ser adaptado

    para a utilizao com vrias fontes de energia disponveis em um determinado local.

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    2

    O sistema fotovoltaico de bombeamento direto, que utilizou um painel solar

    policristalino de 70 Watts ligado a uma bomba Shurflo 8000, mostrou-se eficiente com vazes

    significativas em quase todos os meses.

    O sistema elico de bombeamento indireto, utilizando um mini aerogerador

    de 400 Watts alimentando uma bateria ligada bomba Shurflo, no demonstrou capacidade

    energtica suficiente para utilizao nesse tipo especfico de aplicao.

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    3

    DEVELOPMENT OF A CONTROL SYSTEM FOR EVALUATION OF RENEWABLEPOWER PLANTS IN THE WATER PUMPING. Botucatu, 2003. 141p.

    Tese (Tese em Agronomia, rea de concentrao Energia na Agricultura) Faculdade de Cincias

    Agronmicas, Universidade Estadual Paulista.

    Author: JOS FERNANDO PRESENO

    Adviser: PROF. DR. ODIVALDO JOS SERAPHIM

    SUMMARY

    The use of alternative energy systems in the current days is an urgent

    necessity due to the problems that the planet is facing as the heating and loss of ozone layer. The

    scarcity of conventional energy is another problem that must be solved for the future of humanity. It

    must be considered that the people are inhabiting places moved away not always with available

    energy. The application of technologies as automation and control can help us to solve this problem.

    Therefore, this work aimed at apply an equipment of industrial usage, the Programmable Logical

    Controller, PLC, in alternative energies systems, as eolic generation and fotovoltaic generation usedfor water pumping, aiming the automatic control and the efficiency in the places where it has

    simultaneous availability of these sources, based in criterion of priority that previously established

    itself between them. It was made a hydraulic and energetic evaluation of the energy system, eolic

    and fotovoltaic, used in the automatic control system of pumping, in the place of accomplishment of

    the experiment, according to previously established physical conditions. The results have shown that

    the control system using the PLC is practicable and has trustworthiness. The program developed can

    be adapted for the use with several power plants in a specific application place. The fotovoltaic

    system of pumping, using a polycrystalline of 70 Watts connected to a pump Shurflo 8000, showed

    to be efficient with significant flows in almost all the months. The eolic system of pumping, using an

    eolic generator of 400 Watts assembled in place of experiment, did not demonstrate energetic

    capacity for use in this specific type of application.

    Keywords: Automatic system, renewable energy, water pumping.

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    2 INTRODUO

    H aproximadamente 750.000 anos at a Revoluo Industrial, houve pouca

    evoluo na maneira de se utilizar a energia. Com a industrializao, a necessidade de se ter energia

    aumentou e novas fontes foram introduzidas. Disseminou-se o uso do carvo mineral e uma era de

    combustveis fsseis foi iniciada. A inveno de mquinas, no sculo XIX, lanou a base para a

    introduo da moderna sociedade de consumo, caracterizada por uma intensidade energtica nuncavista na histria da humanidade. Logo, foi estabelecido o fim da era representada por

    aproveitamentos hidrulicos, elicos e queima de madeira em pequena escala. Assim, foram

    necessrios novos combustveis com maior poder energtico, sendo o petrleo aquele que reuniu o

    maior potencial. Iniciou-se a chamada fase lquida, que se mantm at os dias de hoje. Aps a

    Segunda Guerra Mundial, a energia nuclear parecia ser uma alternativa promissora, mas com

    problemas de armazenamento dos resduos radioativos e com o acidente nuclear na Ucrnia, na

    Usina de Chernobyl , em 1986 , ela sofreu vrios questionamentos.

    Mas, todas as atividades humanas sobre a Terra levam a mudanas no meio

    ambiente. E, sem dvida, muitos desses impactos so provenientes da gerao e uso de energia.

    Avaliaes estatsticas sobre o uso de energia nos tempos atuais mostram que 86% do consumo

    provem de fontes no renovveis, Petrleo, Gs Natural, Energia Nuclear e os restantes 14% de

    fontes renovveis sendo que 53% desse consumo ocorre em 24 pases chamados de desenvolvidos.

    Esta enorme dependncia de fontes no renovveis tem acarretado preocupao permanente com o

    esgotamento destas fontes e com a emisso de dixido de carbono - CO2 - na atmosfera.

    Especialistas acreditam que o aumento da temperatura mdia da biosfera terrestre seja devido a este

    acrscimo de CO2 e outros gases, efeito conhecido como efeito estufa.

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    Vrios pases j se comprometeram com algum tipo de controle destas

    emisses, mesmo que at o momento, estas aes tenham ficado mais ao nvel da retrica do que de

    aes efetivas. O Protocolo de Kyoto, que entrou em vigor no incio deste ano, exige que os pases

    mais desenvolvidos reduzam suas emisses de gases do efeito estufa em aproximadamente 5% at

    2012, com bases nas emisses de 1990. Os Estados Unidos da Amrica, responsveis por mais de

    35% das emisses de CO2 entre os pases industrializados, esto fora do acordo por acreditar que ele

    prejudicial para sua economia e injusto por no impor metas de reduo tambm aos pases em

    desenvolvimento, como o Brasil. Os EUA propem, como alternativa, o investimento em novas

    tecnologias, capazes de reduzir as emisses sem prejudicar o crescimento econmico Imaginando-se

    que os 47% dos pases ditos subdesenvolvidos ou em desenvolvimento possam atingir maiores

    nveis de desenvolvimento na economia mundial, o consumo de energia e a emisso de CO2

    acabaro inviabilizando a vida na Terra, a menos que se explorem e se desenvolvam outras fontes,

    preferencialmente fontes renovveis de energia tais como Solar, Elica e Biomassa .

    Dentro desse ponto de vista, para podermos desenvolver pases ou regies

    subdesenvolvidas, a aplicao dessas fontes renovveis se faz necessrio e imprescindvel, no s

    para a populao desses locais, mas para toda a humanidade.

    Uma necessidade bsica dessas pessoas o consumo de gua, de forma

    individual ou coletiva, para higiene, consumo ou irrigao. Em regies afastadas, isoladas, no

    providas de energia eltrica, a obteno deste bem difcil e, muitas vezes, feito de forma arcaica, a

    partir de rios e poos. Para poder-se aproveitar melhor esse bem e dar melhor qualidade de vida s

    pessoas, devem ser instalados dispositivos que so usados em regies desenvolvidas, como bombas

    de gua e chuveiros. Acontece que nem sempre h interesse por parte das companhias de

    distribuio de energia eltrica em levar essa energia a essas comunidades. Logo, o melhor

    aproveitamento da gua fica comprometido. A alternativa tecnolgica a aplicao de energia

    renovvel, tais como a energia solar, a energia elica e a biomassa. A aplicao de forma individualde cada uma dessas fontes renovveis j bem difundida e estudada. Cada uma possui caractersticas

    prprias de desempenho. A combinao delas formando um sistema chamado de hbrido para

    abastecer essas comunidades uma alternativa relevante, pois na falta de uma dessas fontes, outra

    pode suprir o abastecimento aumentando a capacidade energtica do sistema; para isso, o momento

    de interveno de cada fonte no pode ocorrer de modo aleatrio, mas de modo programado,

    baseado na fonte com maior eficincia em um determinado momento do dia. Isto conseguido com

    a aplicao de sistemas automatizados de controle, que por sua vez, devem ser energizados pelasmesmas fontes alternativas renovveis que sero aplicadas no abastecimento da comunidade.

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    Com a aplicao de varias fontes renovveis, combinadas com um sistema

    automatizado de controle, como um CLP, a disponibilidade de gua atingir uma boa eficincia

    durante todo perodo do dia. Logo, a qualidade de vida pode aumentar de forma significativa.

    Portanto, este trabalho tem como objetivos:

    I) Desenvolver um sistema automatizado, usando Controlador Lgico

    Programvel, aplicvel em sistemas com mais de uma fonte de energia, que deve escolher entre

    fontes de energia renovveis disponveis no local de aplicao, qual a que acrescenta maior

    eficincia para um determinado momento, baseado num sistema de tomada de deciso com critrio

    de prioridade pr-definido.

    II) Avaliar o potencial energtico e hidrulico da fonte solar e da fonte elica

    utilizada no sistema de automao desenvolvido.

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    3 REVISO BIBLIOGRFICA

    de conhecimento que cada indivduo tem um padro de consumo. Da

    comida que comemos at os automveis que conduzimos afetam nossa vida; logo, quanto mais

    pessoas vivem na Terra, maior ser o consumo de energia, de gua e consequentemente maiores

    sero as emisses de gases para produzirmos esses bens. Talvez essas sejam as trs variveis de umaequao que ter de ser resolvida para no inviabilizarmos a vida na Terra.

    Segundo BEN (2005), o Produto Interno Bruto Mundial dever crescer a uma

    taxa de 2,92% ao ano (aa.) no perodo de 2000 a 2025. Os pases industrializados devero crescer a

    uma taxa de 2,36 % aa., os em desenvolvimento, a 4,5% aa. e pases em reestruturao, a 4,21% aa.

    A populao mundial ter um crescimento mdio de 1,03% aa. e atingir 7.840 milhes de

    habitantes em 2025. Os pases desenvolvidos apresentam taxas de 0,46% aa., os em

    desenvolvimento de 1,23% aa. e os em estruturao de -0,24% aa. Os pases em desenvolvimento,com as maiores taxas de crescimento econmico, chegaro em 2025 com 28% do PIB mundial e

    com uma renda per capta de US$ 2871. Os pases industrializados, com uma renda per capta de US$

    41.984 representaro ainda 68% do PIB mundial em 2025. Ainda, segundo BEN 2005, nesse

    cenrio, a demanda mundial de energia- referncia 2004 chega a 15.697 milhes de toneladas

    equivalentes de petrleo no ano de 2025, apresentando taxa mdia de crescimento de 1,09% aa. no

    perodo, pois h um maior esforo de racionalizao do uso da energia em relao a perodos

    anteriores. So pequenas as variaes na estrutura de participao das fontes de energia na oferta

    mundial. O gs natural aumentou a participao fazendo com que o carvo mineral tivesse seu uso

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    diminudo. O petrleo e a energia nuclear apresentam pequena perda de participao e as fontes

    renovveis, hidrulica, biomassa, elica e solar mantm a participao.

    As emisses de CO2 - Dixido de Carbono - chegam a 37.127 milhes de

    toneladas em 2025. Para os pases em desenvolvimento esperada uma reduo neste indicador de

    0,05% aa. Os pases em estruturao reduzem em 0,15% aa. Os industrializados, espera-se que

    mantenham os nveis atuais de emisso. Para o Brasil previsto um crescimento de 3,63% aa; a

    populao deve crescer a uma taxa de 0,96% 0,96% aa. e o PIB brasileiro deve atingir 3,2% do PIB

    mundial nesse perodo, com uma renda per capta de US$ 9.611 para uma populao de 216 milhes

    de pessoas. O consumo de energia estimado para 2025 de 346 milhes de tep, com taxa de

    crescimento de 2,42% aa.; o pas chega a 2025 consumindo 2,2% da energia mundial, mas com

    apenas 1,93 % das emisses totais de CO2 pela utilizao de energia. A ONU prev que em 2050

    mais de 45% da populao mundial no poder contar com a poro mnima individual de gua para

    necessidades bsicas. Segundo dados estatsticos existem hoje 1,1 bilho de pessoas praticamente

    sem acesso gua doce. Estas mesmas estatsticas projetam o caos em pouco mais de 40 anos. Os

    dados que so utilizados pela mdia mundial so: De toda a gua disponvel na Terra, 97,6% est

    concentrada nos oceanos. A gua fresca corresponde aos 2,4% restantes; destes 2,4%, somente

    0,31% no esto concentrados nos plos na forma de gelo. Resumindo: de toda a gua na superfcie

    da terra, menos de 0,02% est disponvel em rios e lagos na forma de gua fresca pronta para

    consumo. (Jacobi, 2002)

    O principal uso de gua na agricultura. As guas pblicas, que precisam

    tratamento e transporte tm uma distribuio diferente; aproximadamente 60% desta gua ser usada

    para fins domsticos, 15% para fins comerciais e 13% em indstrias. O restante para fins pblicos e

    outras necessidades.

    3.1 Energia Renovvel e No Renovvel

    Considera-se fonte de energia toda substncia como

    petrleo, carvo, urnio e biomassa, capaz de produzir energia em processos de transformao,

    combusto, fisso nuclear, como tambm as formas de energia solar, gravitacional, energia das

    ondas, hidrulica, e dos gases; energia elica, energia geotrmica, cuja transformao em outras

    formas de energia pode ser realizada em larga escala. Considerando-se as fontes de energia hoje

    conhecidas, podemos classific-las em dois tipos: fontes primrias, originadas de processosfundamentais da natureza, como a energia dos ncleos dos tomos ou a energia gravitacional e,

    secundrias, derivadas das primeiras, representando apenas transformaes ou diferentes formas

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    daquelas, tais como a energia da biomassa, energia solar, a das mars e energia gravitacional.

    (Silva & Cavaliero, 2003)

    As fontes geradoras de energia atualmente conhecidas e exploradas, so

    dividida em renovveis e no renovveis:

    Energia renovvel: aquela que, num prazo de tempo muito longo, no esgota a sua reserva:

    Energias no renovveis: so aquelas originadas de fontes fsseis como o petrleo.

    As energias renovveis so cada vez mais utilizadas porque permitem um

    desenvolvimento mais sustentvel, so menos poluentes e evitam a dependncia de energticos

    fsseis esgotveis. Esta dependncia dos combustveis fsseis alm de aumentar o efeito estufa do

    planeta nos torna mais vulnerveis com relao ao maior reservatrio mundial: o Oriente Mdio

    (Palz, 2002).

    3.2 Fontes Renovveis

    Os sistemas convencionais de fornecimento de energia, desenvolvidos

    principalmente atravs de unidades de produo e distribuio altamente centralizadas nem sempre

    apresentam a melhor opo para satisfazer as necessidades dos consumidores, principalmente as do

    setor rural. Isto se deve em parte elevada disperso das populaes das zonas rurais e s baixas

    demandas de energia, j que as atividades econmicas destas populaes, em geral, so muito

    reduzidas. O fornecimento de energia para o setor rural atravs de mtodos convencionais pode ter

    custo elevado, pois o transporte e a distribuio acabam se tornando mais dispendiosos do que a

    prpria gerao de energia.

    Com a escassez das fontes convencionais de produo de energia outras

    opes devem ser consideradas, como a utilizao de recursos energticos renovveis, que

    apresentam mltiplas vantagens: possibilitam o uso da mo de obra local, no degradam o meioambiente e facilitam a possibilidade econmica de energia til em pequena escala para aplicaes

    como a ligao de aparelhos eltricos tais como TV, Rdio e tambm para o bombeamento de gua,

    tanto para consumo prprio como para irrigao. (Silva, 2003)

    As fontes renovveis esto sendo utilizadas e seu emprego est cada vez mais

    difundido. Cabe destacar a Energia Elica e Energia Solar.

    3.3 Energia ElicaO uso de energia elica no mundo tem crescido muito nos ltimos anos, em

    virtude de uma srie de fatores, entre os quais se destacam a disseminao da tecnologia, o

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    aperfeioamento das mquinas, os custos decrescentes de investimentos e em particular a procura

    por fontes energticas limpas e renovveis cuja explorao resulte em pequenos impactos

    ambientais. Em vrias regies do mundo, rgos governamentais e a iniciativa privada tm

    investindo fortemente nessa fonte de energia, desde a produo em larga escala, at a produo de

    energia eltrica para atender pequenas comunidades ou fazendas individuais.

    No Brasil, a utilizao de energia elica, assim como de outras fontes de

    energia renovvel, tem sido impulsionada, alm dos fatores j mencionados, pela necessidade do

    aumento da oferta de energia eltrica para atender a demanda provocada pelo crescimento

    econmico. Comparada com outras fontes de gerao renovveis, o aproveitamento da energia

    elica, em locais com evidncias objetivas de ventos de rpida implantao, podendo ser,

    inclusive, uma alternativa a demandas de curto prazo.

    As medies j realizadas indicam que o Brasil possui um grande potencial

    elico com caractersticas que contribuem para melhorar a qualidade de nossa matriz energtica. Em

    regies do Norte e do Nordeste brasileiro, onde j existam outros sistemas de gerao de energia

    eltrica, as hidreltricas, o comportamento dos ventos facilita a sua complementariedade, visto que o

    perodo em que o volume de gua das represas menor aquele em que obtemos os melhores

    ventos. Por outro lado, existem regies que no so assistidas por qualquer outra forma de gerao

    de energia ou sistemas de gerao para os quais os custos de transporte de combustvel ou de

    implantao de linhas de transmisso muito elevado, mas que apresentam bons indicativos de

    vento, podendo a energia elica ser usada como fonte principal de energia A energia elica poder

    ser usada para atender a duas finalidades : o bombeamento de gua e a gerao de eletricidade.

    (S e Lopes, 2001).

    O combustvel do sistema de energia elica o vento, movimento do ar na

    atmosfera terrestre. Esse movimento do ar gerado principalmente pelo aquecimento da superfcie

    da Terra nas regies prximas ao Equador e pelo resfriamento nas regies prximas aos plos; dessaforma, os ventos das superfcies frias circulam dos plos em direo ao Equador para substituir o ar

    quente tropical que, por sua vez, desloca-se para os plos. O vento influenciado pela rotao da

    Terra, provocando variaes sazonais na sua intensidade e direo, e pela topografia do local. Para

    se utilizar a energia dos ventos de forma eficiente na gerao, necessrio medir-se a intensidade e a

    direo desses ventos. Essas medies so feitas com anemmetros instalados a 10 metros do solo.

    O conhecimento da velocidade mdia do vento fundamental para a estimativa da energia

    produzida, pois os aerogeradores comeam a girar numa determinada velocidade de vento, cut-in, eparam de girar quando a velocidade ultrapassa determinado valor de segurana, cut-out; tambm se

    utiliza a velocidade do vento para dimensionar o sistema de armazenamento. Qualquer corpo

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    exposto ao vento absorve parte de sua energia. No entanto, para um aerogerador, necessrio que

    este absorva o mximo de energia possvel com um mnimo de massa e que haja um meio de retirar

    essa energia. A porcentagem de energia dos ventos que pode ser transformada em energia eltrica

    muito baixa. Mesmo os sistemas mais modernos no conseguem converter mais de 59,3% da energia

    total dos ventos. (Albad, 2002)

    3.3.1 Tipos de aerogeradores

    Figura 1 Aerogerador Savonius

    Aerogeradores de eixo vertical: Esse tipo de aerogerador possui um eixo vertical e aproveita o

    vento que vem de qualquer direo. So mais indicados para moagem de gros, recargas de baterias

    e irrigao. Entre os aerogeradores com eixo vertical, o Savonius, figura 1 e o Darrieus, figura 2, so

    os mais usados ( CERPCH,2006)

    Figura 2 Aerogerador Darrieus

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    Aerogeradores de eixo horizontal : So utilizados para bombeamento de gua e gerao de

    eletricidade. Dependem da direo do vento e podem ter uma a quatro ps. Para funcionar, a

    velocidade tem que variar de 35 a 30 km.h-1 e estar livre de obstculo a uma altura de 5 m do

    cho.(CERPCH,2006)

    Figura 3 Aerogerador eixo horizontal.

    Aerogeradores de ps mltiplas ou cata-ventos: Possuem de 16 a 32 ps e chegam a ter 15 m de

    altura. So bastante encontrados em fazendas americanas, por isso tambm so conhecidos comomoinhos americanos. So mais usados para o bombeamento de gua e produzem baixa potncia

    devido ao nmero elevado de ps, conforme figura 4.

    Figura 4 Aerogerador de ps mltiplas.Fig.

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    3.3.2 Velocidade do vento

    As turbinas atuais comeam a funcionar quando o vento alcana uma

    velocidade de 5,2 m.s-1 e atingem rendimento mximo com ventos entre 11,1 m.s -1 e 13,3 m.s-1;

    param de funcionar quando os ventos atingem 27,7 m.s-1 . Os lugares ideais para instalao de

    aerogeradores so aqueles que apresentam ventos com velocidade mdia anual de no mnimo 5,8

    m.s-1. (Albad,2002)

    Por ser um fenmeno natural, o vento pode variar dependendo do dia e da

    estao do ano. Para um bom aproveitamento do vento no se deve ter nenhum obstculo, tais como

    morros, mata fechada, prdios, etc. Os ventos que sopram em escala global e aqueles que se

    manifestam em pequena escala so influenciados por diferentes aspectos entre os quais se destacam

    a altura, a rugosidade, os obstculos e o relevo.

    3.3.3 Variao da velocidade do vento com a altura

    Analisando-se o perfil da velocidade dos ventos, desde a superfcie do solo

    at uma determinada altura, percebe-se que estes se tornam mais uniformes medida que se afastam

    da superfcie e atingem maiores velocidades; conhecendo-se a velocidade do vento a uma

    determinada altura em relao ao solo, possvel estimar qual seria a velocidade do vento a uma

    nova altura, como mostrado na equao 1:

    Vel ( z ) = [ Vel (zo) x ( H(z) / H(zo) ] (1)n

    onde :

    Vel (z) - Velocidade do vento a ser estimada na altura desejada, em m.s-1

    Vel (zo) - Velocidade do vento medida a uma altura conhecida, em m.s-1

    H(z) - Altura em que se deseja estimar a velocidade do vento, em metros

    H(zo) - Altura na qual foi medida a velocidade do vento, em metros

    n - Parmetro relacionado com a rugosidade da superfcie local.

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    3.3.4 Influncia da rugosidade da superfcie e dos obstculos do terreno na

    velocidade do vento.

    Segundo S e Lopes (2001), a rugosidade refere-se ao conjunto de elementos

    formado por rvores, arbustos, vegetao rasteira e pequenas construes sobre a superfcie do solo,

    que, em conjunto, oferecem resistncia a passagem do vento alm de desviar a trajetria; portanto, o

    valor do coeficiente de rugosidade de uma superfcie depender da altura e da forma como esses

    elementos encontram-se distribudos em uma determinada rea. So considerados obstculos a

    passagem do vento os elementos de dimenses conhecidas que causam reduo na sua velocidade.

    As pedras e as rochas de grandes dimenses, os morros, as edificaes, as torres macias e as

    agrupamentos de rvores de grandes alturas podem ser considerados, entre outros, como obstculos.

    Tabela 1 Fator de rugosidade do terreno

    DESCRIO DO TERRENO FATOR DE RUGOSIDADE ( n )

    Terreno sem vegetao 0,10

    Terreno gramado 0,12

    Terreno cultivado 0,19

    Terreno com poucas rvores 0,23Terreno com muitas rvores 0,26

    Florestas 0,28Zonas urbanas sem edifcios altos 0,32

    Fonte : Energia Elica, Artliber, 2002

    Os obstculos no apenas obstruem o movimento dos ventos, como tambm

    atuam modificando a distribuio de sua velocidade. Os obstculos causam perturbaes no vento,

    tanto no sentido horizontal como vertical. Pode-se dizer que o vento incidente em um rotor elico,instalado na altura do obstculo e a uma distncia igual a dez vezes a altura do mesmo, ter a sua

    velocidade reduzida entre 50 e 60%. Se o mesmo rotor elico for instalado na mesma altura do

    obstculo, mas a uma distncia igual a 30 vezes a sua altura, o vento incidente ter a sua velocidade

    reduzida entre 15 e 20 % . Mantendo-se essa posio e elevando-se o rotor a uma altura igual a 3

    vezes a altura do obstculo , as perdas sero de 5%. O relevo tambm tem influncia marcante na

    velocidade do vento. Assim sendo, recomenda-se, sempre que possvel, instalar os sistemas elicos

    em locais mais elevados, onde os ventos ocorrem de maneira mais concentrada.

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    3.3.5 Disponibilidade de energia

    A disponibilidade de energia elica est relacionada a vrios fatores fsicos e

    geolgicos, dependendo da hora, do dia, estao do ano e de outros aspectos climticos. Sabemos

    que o ar mais quente sobe na atmosfera e seu lugar ocupado por uma massa de ar mais frio, com

    maior densidade. Essa diferena proporciona um deslocamento de massas denominado correntes de

    conveco. A esse movimento das massas est associada uma energia denominada Energia Cintica.

    Segundo Palz (2002), a energia cintica dada pela equao nmero 2,

    2

    . 2vm

    E (2)

    onde:

    m - massa de ar que atravessa a rea A (m2 ) de varredura das ps em rotao

    v velocidade do vento (m.s-1 ).

    A massa m pode ser definida pela equao nmero 3:

    m = A . . v (3)

    onde a densidade do ar ( Kg . m-3).

    A potncia elica total (P) da massa de ar com velocidade v(m.s -1),atravessando uma rea A (m2), pode ser calculada pela equao 4, sendo a potncia dada em

    Watts (W ).

    2

    .. 3vaP

    (4)

    Deve-se notar que a potncia elica disponvel proporcional ao cubo da

    velocidade do vento. Assim, se a velocidade do vento cai de 20 % , a potncia de sada reduzida de

    quase 50 % . Considerando-se 0,3 o rendimento total do sistema eltrico e mecnico do aerogerador,

    teremos que aproximadamente 30% da potncia disponvel convertida em potncia eltrica, dada

    em Watts. (Albad, 2002)

    .

    3.3.6 Fator de Capacidade ( Cp )

    Cp chamado de fator de capacidade; um nmero adimensional. um

    dos elementos na medio da produtividade da gerao de energia. Ele compara a produo atual do

    sistema num determinado perodo de tempo com a quantidade de energia que o sistema poderia ter

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    produzido em plena capacidade, para o mesmo perodo de tempo. (Albad, 2002). Como a potncia

    elica proporcional ao cubo da velocidade, locais distintos com mesma velocidade mdia anuais

    podem apresentar valores anuais de potncia ou energia muito diferentes se tiverem diferentes

    freqncias de distribuio de velocidades do vento. Isto determina o Fator de Capacidade da

    potncia instalada, importante conceito para dimensionar o gerador elico. Como exemplo extremo,

    compara-se um local que tem metade do tempo, V = 0 e, durante a outra metade, V = 20m.s -1, com

    outro stio onde a velocidade sempre constante de 10m.s-1. Ambos tm a mesma velocidade mdia

    anual, mas extraem valores diferentes de energia durante o ano, para cada Kw instalado.

    Assim, instalada uma mquina de 1 Kw, que tem velocidade nominal de 10

    m.s-1 como mdia anual , ter-se-ia no primeiro caso fator de capacidade de 0,5, pois durante metade

    do tempo no h gerao de energia. Na outra metade do tempo, h sempre gerao de 1 Kw,

    embora fosse possvel estar gerando oito vezes mais energia, o que mostraria um erro de

    dimensionamento da velocidade nominal de gerao, j que se poderia estar gerando com velocidade

    nominal de 20 m.s-1 No segundo caso, o Fator de Capacidade seria igual a 1, sem desperdcio de

    energia. Quanto mais uniforme for a velocidade do vento, mais prximo de 1 ser o Fator de

    Capacidade. importante salientar que sistemas de gerao de energia elica e solar tm em comum

    o fato de possurem fatores de capacidade inferiores aos dos sistemas ditos convencionais, hdricos,

    trmicos, uma vez que, alm de enfrentarem os mesmos tipos de paradas das convencionais, como

    manutenes preventivas e corretivas, faltas e falhas, so suscetveis s contingncias

    meteorolgicas. (Campos, 2004). O Fator de Capacidade fortemente influenciado pela velocidade

    mdia do vento. Quando Cp utilizado para calcular a estimativa de energia gerada anualmente,

    importante considerar o Cp na velocidade mdia do vento no local da instalao. A produo anual

    de energia calculada pela equao 6 :

    EG = Pi . Cp . 8760 h / ano (5)onde:

    EG a energia gerada em Wh

    Cp o fator de capacidade

    Pi a potncia instalada (W).

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    17

    3.3.7 Medio da velocidade do vento

    Para Castro (2004), idealmente, a caracterizao do recurso elico num local

    deve ser feita com base em medies realizadas em vrios pontos da regio de interesse para o

    aproveitamento da energia elica e ao longo de um nmero significativo de anos. Na prtica, a falta

    de tempo e de recursos financeiros leva a que as decises sejam muitas vezes baseadas num nico

    registro medido ao longo de apenas um ano.

    Conforme a DWIA (2004), as medies das velocidades do vento se realizam

    normalmente usando um anemmetro de canecas. Estes anemmetros tm um eixo vertical e trs

    canecas que capturam o vento. O nmero de revolues por segundo pode ser registrado

    eletronicamente. Normalmente, o anemmetro provido de um cata-vento para detectar a direo do

    vento.

    Para Mastranglo et al. (2004), os registros dirios da direo vento

    permitem estabelecer para cada lugar um diagrama que permite conhecer os tempos relativos

    expressos em porcentagem, durante os quais o vento tem soprado em uma direo determinada.

    Comenta, ainda, que a direo recebe a designao do ponto cardeal de onde sopra. Chama-se

    direo oeste se a corrente de ar vem da regio oeste.

    Com relao aos equipamentos para medio da velocidade e direo dovento, Castro (2004) informa que essencial que a instrumentao esteja bem exposta a todas as

    direes do vento, isto , os obstculos devem estar situados a uma distncia de, pelo menos, dez

    vezes a sua altura. A medio do vento deve ser efetuada a uma altura prxima da altura a que vai

    ficar o cubo do rotor da turbina. De forma a permitir correlacionar os dados do local com os registros

    existentes em estaes meteorolgicas prximas, desejvel uma medida adicional altura

    normalizada de 10 metros. A DWIA (2004) sugere que a freqncia de amostragem dos dados de

    vento seja feita com mdias em intervalos de 10 minutos para que seja compatvel com os programasutilizados para anlise de dados. Na avaliao do potencial elico para bombeamento de gua na

    Fazenda Lageado com uma velocidade mdia mensal do vento de 3,1m.s-1, suficiente para produzir

    diretamente energia mecnica atravs de cataventos para bombear um volume dirio na faixa de

    110,09 litros a 6,61m3, em funo da altura manomtrica variando de 2 a 20m, respectivamente,

    devido a potncia hidrulica gerada e do dimetro das ps do rotor. O rotor de 3,28 m capaz de

    bombear um volume dirio de 110,09 litros a 11,01 m3. O volume de gua a ser bombeado

    suficiente para uso direto do consumo humano ou de animais, para pequenos sistemas de irrigao

    ou ainda armazenado em reservatrios para uma posterior utilizao por gravidade, dependendo

    sempre da altura manomtrica e da quantidade de gua solicitada pelo usurio.

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    18

    3.4 Energia Solar

    A Terra recebe anualmente 1,5 x 1018 Kwh de energia solar, o que

    corresponde a 10.000 vezes o consumo mundial de energia neste perodo, constituindo-se, desta

    forma , numa enorme fonte energtica (CRESESB, 1999). Considerando-se que o Sol est localizado

    a uma distncia de aproximadamente 149 x 10 6 Km da Terra, a radiao solar definida pela

    chamada constante solar, e tem valor de 1400 W / m2 . A potncia que atinge o solo naturalmente

    menor, por causa da absoro operada pela atmosfera, que varia com a altura do Sol sobre o

    horizonte e, com condies atmosfricas, bem com a latitude sobre o nvel do mar do local da

    medida. A espessura de atmosfera atravessada pelos raios solares varia entre um mnimo de 100 Km

    com o sol alto a cerca de 1130 Km com o Sol sobre o horizonte . Com relao latitude, pode-se

    dizer que, quanto mais ela cresce, tanto mais o Sol permanece distante do znite, ou seja, da vertical

    do local de observao, e tanto maior a espessura mnima da atmosfera que os raios devero

    atravessar, e maior a absoro atmosfrica. Quanto altura acima do nvel do mar, um fato muito

    conhecido, que o Sol no alto das montanhas muito mais eficaz que o Sol das plancies, porque os

    raios no devem atravessar as camadas mais baixas da atmosfera, que so as mais densas.

    (Commeta, 2004). O ideal seria recolher a radiao solar fora da atmosfera.

    Para Tomalsquim (2003), o sol como fonte de calor e luz, uma das fontes de

    energia mais promissoras para se enfrentar as crises energticas deste milnio, uma vez que existem

    vrias tcnicas disponveis para o aproveitamento desta fonte energtica. Para Oliveira (1997), uma

    considerao que pode ser feita, a comparao entre a energia solar disponvel e a rea utilizada

    por uma usina hidreltrica para gerar eletricidade. No caso de Itaipu, considerada uma usina

    hidreltrica eficiente, em uma rea alagada de 1,46109 m2, foi instalada uma potncia de 12,6 GW,

    que gerou cerca de 57,4 TWh de eletricidade no ano de 1993. Nesta mesma rea, incide 2,4103

    TWh de energia solar radiante. Assumindo que a eficincia de converso dos sistemas fotovoltaicosseja de 10%, a energia eltrica fotogerada por esta mesma rea seria de 240 TWh, aproximadamente

    4 vezes maior que a energia gerada por toda a Itaipu. Ainda, para o CEPEL/CRESESB (1995), o

    aproveitamento da energia gerada pelo Sol, inesgotvel na escala terrestre de tempo, tanto como

    fonte de calor quanto de luz, hoje, sem sombra de dvidas, uma das alternativas energticas mais

    promissoras para se enfrentar os desafios do novo milnio.

    Antes de atingir o solo, as caractersticas da radiao solar (intensidade,

    distribuio espectral e angular) so afetadas por interaes com a atmosfera devido aos efeitos deabsoro e espalhamento. Estas modificaes so dependentes da espessura da camada atmosfrica,

    tambm identificada por um coeficiente denominado massa de ar (AM), e, portanto, do ngulo

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    Zenital do Sol, da distncia Terra-Sol e das condies atmosfricas e meteorolgicas

    (CEPEL/CRESESB, 2005).

    3.4.1 Gerao Fotovoltaica

    A converso direta da energia solar, gratuita, no poluente e inesgotvel em

    energia eltrica, feita atravs de mdulos fotovoltaicos e denominada Energia Solar Fotovoltaica.

    Para Green et al.(2001), o efeito fotovoltaico, relatado pela primeira vez por Edmond Becquerel em

    1839, decorre da excitao dos eltrons de alguns materiais semicondutores na presena da luz,

    constituindo-se no aparecimento de uma diferena de potencial nos extremos da uma estrutura do

    material. Entre os materiais mais usados para a converso da radiao solar em energia eltrica

    destaca-se o silcio. O efeito fotovoltaico d-se em materiais denominados semicondutores, que se

    caracterizam pela presena de eltrons em duas bandas de energia, denominadas de banda de

    valncia e de banda de conduo, separadas por uma banda vazia denominada gap de energia. O

    semicondutor mais usado para clulas fotovoltaicas o Silcio (Si), sendo que clulas fotovoltaicas

    so essencialmente junes pn de Silcio de grande rea. A juno pn a estrutura bsica da

    microeletrnica, a partir a qual so construdos os diodos retificadores, transistores e circuitos

    integrados.

    Quando a juno pn excitada por ftons com energia superior do gap,

    estes ftons transmitem a sua energia para eltrons da banda de valncia, fazendo-os saltar para a

    banda de conduo. Os eltrons excitados so arrastados pelo campo eltrico inerente junopn,

    de forma a produzir uma corrente eltrica atravs da juno. (CRESESB,2005 )

    As clulas fotovoltaicos podem ser construdas de Silcio Monocristalino

    (mono-Si), Silcio policristalino (poly-Si) ou Silcio amorfo (a-Si), sendo que as duas primeiras

    tecnologias so as mais empregadas atualmente. Existem ainda outros materiais e tecnologiasempregados na construo de clulas fotovoltaicas, mas estes so at o presente momento utlilizados

    em escala experimental ou muito reduzida.

    3.4.2 Silcio Monocristalino

    O silcio monocristalino, conforme figura 5, o material mais usado

    atualmente na confeco de mdulos solares (Al-Ismaily & Probert, 1998 ). Esse material basicamente o mesmo utilizado na fabricao de circuitos integrados para microeletrnica. As

    clulas so formadas de fatias de um nico cristal, previamente crescidos e fatiadas. A grande

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    experincia na sua fabricao e pureza garante alta confiabilidade do produto e altas eficincias.

    Enquanto o limite terico de converso de luz solar em energia eltrica, para esta tecnologia de

    27%, valores na faixa de 12 a 16 % so encontrados em produtos comerciais. Devido s quantidades

    de material utilizado e a energia envolvida na sua fabricao, esta tecnologia apresenta srias

    barreiras para reduo de custos, mesmo em grandes escalas de produo. (CRESESB,1999). As

    clulas de silcio monocristalino produzidas em laboratrio atingiram eficincia de 22,8%, sob luz

    ordinria, chegando a 28,2%. (ELETROBRS, 1994). O recorde de converso para clulas solares

    de silcio monocristalino em laboratrio de 24 % , bastante prximo do mximo rendimento terico

    Os melhores mdulos disponveis no mercado, porm, tm eficincia mxima de 15 %; a diferena

    entre a eficincia da melhor clula de laboratrio e mdulos comerciais incluem perdas de

    interconexo entre as clulas no mdulo fotovoltaico, rea ativa do mdulo fotovoltaico entre

    rendimento do processo produtivo. (Montenegro, 1999 ). A primeira clula de silcio foi fabricada

    pelos laboratrios Bell nos incio dos anos 40, juntamente com a descoberta do transistor bipolar em

    1948 , seguida pela rpida evoluo do silcio nos anos 50 , fechando a eficincia de converso em

    energia em 15 % nos anos 60. O prximo grande passo nessa atividade ocorreu no incio dos anos

    70, com a incorporao de novas tecnologias desenvolvidas na rea de microeletrnica , bem como

    desenvolvimento no designer, a textura na superfcie das clulas e a passividade dos contatos em

    alumnio. Na metade da dcada de 70, a eficincia fechou em 17 %. (Green et al.,2001). Progressos

    significativos foram alcanados recentemente com placas fotovoltaicas de silcio, onde

    pesquisadores e fabricantes utilizam uma estrutura de tripla-juno; estes alcanam de incio 15,2 %

    de eficincia e estabilizam em 13% em clulas de pequena rea. J a eficincia nas placas de 10,2

    % e em escala comercial a eficincia estabiliza em 8 % (Deng et al., 2000)

    De acordo com Suzuki e Pereira (2000), a clula monocristalina, que

    preparada a partir de um monocristal de silcio, apresenta a maior eficincia de converso

    fotovoltaica chegando, na atualidade, a um valor mximo de 27 % , sendo os valores tpicos dentrodo intervalo de 12 a 15 %.

    Figura 5 - Silcio monocristalino

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    21

    3.4.3 Silcio Policristalino

    O silcio policristalino, tambm conhecido por multicristalino, so clulas

    fabricadas a partir do mesmo material que, ao invs de formar um nico grande cristal, solidificado

    em forma de um bloco composto de muitos pequenos cristais . A partir deste bloco so obtidas as

    fatias e fabricadas as clulas. Na prtica, os produtos disponveis alcanam eficincias muito

    prximas das oferecidas em clulas monocristalinas, mas a energia necessria para produzi las

    significativamente reduzida (CRESESB, 1999).

    O silcio policristalino, constitudo por um nmero muito elevado de

    pequenos cristais de espessura de um cabelo humano, dispe de uma cota de mercado de cerca de 30

    % . As descontinuidades da estrutura molecular dificultam o movimento de eltrons e encorajam a

    recombinao com as lacunas, o que reduz a potncia de sada . Por esse motivo, os rendimentos em

    laboratrio e em utilizao prtica no excedem a 18 %. Em contrapartida, o processo de fabricao

    mais barato do que o do silcio cristalino.(Castro, 2004 ).

    J se atinge com novas tcnicas de fundio de clulas policristalinas

    eficincias de 15 a 19 % , enquanto que para filmes finos, a eficincia encontra-se em torno de 7 %

    (ELETROBRS, 1994).

    Nos mdulos fotovoltaicos de silcio monocristalino e policristalino, se

    busca, hoje, aumentar o rendimento, que em laboratrio de 22% , em fabricao comercial de

    17,5 % em mdia; tambm diminuir a espessura da lmina de silcio usada para fabricar a clula e

    reduzir o custo de produo via novas tcnicas de produo (MME,2006). Atualmente, o silcio

    policristalino conta com 50 % das clulas fabricadas no mundo, a tecnologia fotovoltaica

    dominante (Oliveira,1997). Lorenzo (1994) comenta que, ao longo dos anos, o processo de

    fabricao das clulas de silcio policristalino tem alcanado eficincia mxima de 12,5% em escalas

    industriais, sendo que atualmente estas clulas so comercializadas em larga escala.

    Figura 6- Silcio Policristalino

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    22

    3.4.4 Silcio Amorfo

    De acordo com Castro (2004), o silcio amorfo no tem estrutura cristalina,

    apresentando defeitos estruturais que, em princpio, impediram a sua utilizao em clulas

    fotovoltaicas, uma vez que aqueles defeitos propiciavam a recombinao dos pares eltrons-lacunas.

    No entanto, se ao silcio amorfo for adicionada uma pequena quantidade de hidrognio, por um

    processo chamado de hidrogenizao, os tomos de hidrognio combinam-se quimicamente de

    forma a minimizar os efeitos negativos dos defeitos estruturais. O silcio amorfo absorve a radiao

    solar de uma maneira muito mais eficiente do que o silcio cristalino, pelo que possvel depositar

    uma fina pelcula de silcio sobre um substrato, metal, vidro, plstico. Este processo de fabricao

    ainda mais barato do que o do silcio policristalino. Os rendimentos em laboratrio so da ordem de

    13 %, mas as propriedades conservadoras do material se deterioram com a utilizao e os

    rendimentos descem para 6 % (Castro, 2004). Pesquisas tem sido feitas para estabilizar a

    performance deste material atravs de melhorias no desenho dos dispositivos, clulas multijuno e

    camadas mais finas. Com isso, a eficincia de converso de mdulos de silcio amorfo estabilizado

    ultrapassa a barreira dos 10 %, significativamente maior que os valores assumidos anteriormente,

    entre 5 e 6 % .

    Segundo Oliveira(1997), problemas relacionados com a estabilidade e

    performance dos geradores de silcio amorfo fizeram com que as instalaes fotovoltaicas , em geral

    , usassem o silcio cristalino . O silcio amorfo , agora, usado em equipamentos de baixo consumo e

    em instalaes de demonstraes.

    Enorme progresso tem sido feito em anos recentes no nmero de materiais

    fotovoltaicos e intervenes em termos de eficincia de converso. Eficincias na faixa de 18 a 24 %

    tm sido alcanadas na tradicional base de silcio fabricado de ambos os materiais mono e policristalino. Alta eficincia (> 30 %) em clulas fotovoltaicas tem sido alcanadas na base de

    Arseneto de Galliun (GaAs) e ligas como Gallium Indium Phosphide (GaInP2) . Grande avano em

    eficincia, tambm tem sido alcanado em varias clulas de filme fino baseado em Silcio amorfo

    (DEB, 1998).

    Segundo Silva (2000), um dos fatores que impossibilitava a utilizao de

    energia solar fotovoltaica em larga escala seria o alto custo das clulas. As primeiras clulas foram

    produzidas com o custo de US$ 600,00/Wp, para programa espacial. Para Montenegro (2000), com aimplementao do mercado e vrias empresas voltadas para produo de clulas, o preo tem

    reduzido ao longo dos anos podendo ser encontrado ao custo mdio de US$ 8,00/Wp.

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    3.4.5 Mdulo Fotovoltaico

    O mdulo fotovoltaico composto de clulas conectadas em arranjos

    produzindo tenso e corrente em nvel suficiente para o aproveitamento da energia eltrica gerada.

    Lorenzo (1994) comenta que, o mdulo fotovoltaico a unidade bsica comercialmente disponvel,

    proporcionando proteo mecnica e ambiental s clulas e permitindo a sua utilizao exposta s

    intempries, sendo, portanto, composto de clulas encapsuladas e conectadas eletricamente em srie

    e/ou em paralelo, produzindo nveis de tenso e corrente adequados utilizao. Fraidenraich (1995)

    explica que a fotoclula requer o encapsulamento por vrios motivos. Em primeiro lugar, para prover

    a necessria rigidez mecnica devido fragilidade das clulas e flexibilidade dos contatos que as

    interligam.

    Em segundo lugar, necessidade de proteger os contatos eltricos da

    umidade do ar. Alm disso, o encapsulamento representa uma proteo a danos mecnicos

    provocados por queda de objetos e de granizos, pssaros e at mesmo atos de vandalismo e ainda

    permite a necessria isolao eltrica da tenso gerada. Ainda para o autor, os mdulos esto

    disponveis em diversos nveis de tenso e potncia, sendo que as potncias so medidas em Watt-

    pico (Wp). Comercialmente esto disponveis mdulos na faixa de 10Wp a cerca de 300Wp. Os

    mdulos fotovoltaicos so dispositivos bastante confiveis e de grande durabilidade, sendo que a

    maioria dos fabricantes oferece uma garantia de 20 anos.

    3.4.6 Caractersticas eltricas dos mdulos fotovolticos

    Para o CEPEL/CRESESB (2005), as principais caractersticas eltricas dos

    mdulos fotovoltaicos so:- Tenso de Circuito Aberto (Voc): tenso entre os terminais de uma clula/mdulo ou gerador

    fotovoltaico, quando a corrente em seus terminais nula;

    - Corrente de Curto Circuito(Isc): corrente que circula por uma clula/mdulo ou gerador

    fotovoltaico, quando a tenso em seus terminais nula;

    - Potncia Mxima (Pmax): Ponto da curva I-V para o qual o produto tenso x corrente mximo;

    - Tenso de Potncia Mxima (Vmp): tenso que produz o ponto da curva I-V de mxima potncia;

    - Corrente de Potncia Mxima (Imp): a corrente que produz o ponto da curva I-V de mximapotncia.

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    Segundo Oliveira (1997), para avaliar e comparar o desempenho de mdulos

    fotovoltaicos so feitas medidas de seu comportamento sobre condies controladas, denominadas

    condies padronizadas. Controlando-se os parmetros de funcionamento dos mdulos, pode-se

    verificar se seu comportamento est de acordo com o esperado. Dessa forma, os mdulos

    fotovoltaicos so caracterizados atravs de medidas, nas condies padronizadas, da tenso de

    circuito aberto, Voc, da corrente de curto circuito, Isc e do ponto de mxima potncia, Pmp,

    caracterizado pela corrente e tenso no ponto de mxima potncia, Imp e Vmp, conforme as figuras

    7 e 8.

    Figura 7 Curva caracterstiva V x I

    Figura 8 - Curva caracterstica Potncia x Voltagem

    Lorenzo (1994) informa que as condies padro, STC, Standard Test

    Conditions, para se obter as curvas caractersticas dos mdulos so definidas como irradincia de

    1000Wm-2 , radiao solar recebida na superfcie da Terra em dia claro, ao meio dia, temperatura de

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    25

    25C na clula (a eficincia da clula reduzida com o aumento da temperatura), velocidade do

    vento de 1ms-1 e distribuio espectral (AM) 1,5. Entretanto, quando em operao, os mdulos no

    se encontram nesta condio. Assim, estabeleceu-se uma outra condio, chamada Temperatura

    Nominal de Operao da Clula (TONC), definida como a temperatura que a as clulas solares

    alcanam, quando se submete o mdulo irradincia de 800Wm -2, temperatura ambiente de 20 oC,

    velocidade do vento de 1ms-1 e distribuio espectral (AM) 1,5.

    3.4.7 Eficincia do Mdulo Fotovoltaico

    Conforme o Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia, (Grupo

    FAE-UFPE, 1993), a eficincia mxima de converso (max) do mdulo fotovoltaico calculada pela

    relao entre potncia mxima transferida do sistema para a carga e a densidade de radiao solar

    coletada pelos mdulos.

    Conforme Camargo (2000), a eficincia do mdulo fotovoltaico a relao

    entre a energia produzida pela energia recebida no local.

    Lorenzo (1994) cita que, a eficincia do mdulo fotovoltaico, sob condies

    particulares de irradincia e temperatura, calculada pela equao 7 :

    Gi)(

    )(

    A

    P GiMXGi

    (6)

    em que PMX(Gi) a potncia mxima do sistema , determinada para as condies particulares

    desejadas, A a rea da face ativa do mdulo, Gi a irradincia qual foi submetido o mdulo para

    fornecer o valor de potncia mxima utilizado.

    Segundo Silva(2000), o processo de determinao do potencial solar

    fotovoltaico para bombeamento de gua estima-se por :

    Recurso Solar: neste, se faz uma coletnea de dados da radiao solar mdia

    mensal diria fornecidos por uma estao meteorolgica do local ou prxima a este. Desenha-se ogrfico da radiao solar. Em seguida determina-se a potncia eltrica.

    A potncia eltrica de um sistema fotovoltaico formado por um mdulo

    fotovoltaico e um inversor pode ser expressa pelas equaes 8 ou 9 :

    IGREF

    dmNOMPVEL

    G

    GPP

    **

    ),(* (7)

    ou

    iGDM

    PVELNOM G

    PP

    **),( (8)

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    26

    onde:

    PEL-PV - Potncia eltrica do equipamento fotovoltaico (W);

    PNOM - Potncia dos mdulos fotovoltaicos (Wp). A potncia nominal determinada nas Condies

    Padro de Medida (CPM), dadas por uma irradincia de 1.000 W.m-2, a uma temperatura de clula

    de 25C;

    Gdm(,) - Irradincia incidente no plano do mdulo fotovoltaico (W.m-2),

    GREF - Irradincia de referncia em CPM (=1000 W.m-2);

    G - Eficincia do mdulo fotovoltaico;

    I - Eficincia do inversor.

    3.4.8 Configurao dos sistemas fotovoltaicos

    O CEPEL/CRESESB (2005) apresenta quatro configuraes possveis para

    um sistema fotovoltaico isolado, denominadas tipo A, B, C e D:

    Tipo A: alimentao de uma carga CC diretamente a partir de um banco de baterias, cuja carga

    controlada por um controlador de carga;

    Tipo B: alimentao de uma carga CA por meio de um inversor, conectado diretamente ao banco de

    baterias, cuja carga controlada por um controlador de carga;

    Tipo C: conexo direta de uma carga CC ao mdulo fotovoltaico, no caso, uma bomba dgua com

    motor CC;

    Tipo D: conexo de uma carga CA ao mdulo fotovoltaico por meio de um inversor, no caso uma

    bomba dgua com motor CA.

    O CEPEL/CRESESB(2005), informa ainda que os dois tipos de sistemas

    fotovoltaicos isolados, mais comuns, so os sistemas fotovoltaicos de gerao de energia eltrica e

    os sistemas fotovoltaicos de bombeamento de gua.

    3.4.9 Medio da radiao solar

    A medio da radiao solar, tanto a componente direta como a componente

    difusa na superfcie terrestre de maior importncia para os estudos das influncias das condies

    climticas e atmosfricas. Com um histrico dessas medidas, pode-se viabilizar a instalao desistemas trmicos e fotovoltaicos em uma determinada regio garantindo o mximo aproveitamento

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    27

    ao longo do ano onde as variaes da intensidade da radiao solar sofrem significativas alteraes

    (CEPEL/CRESESB, 2005).

    O CEPEL/CRESESB (2005) informa ainda que, de acordo com as normas

    preestabelecidas pela OMM (Organizao Mundial de Meteorologia), so determinados limites de

    preciso para quatro tipos de instrumentos: de referncia ou padro, instrumentos de primeira,

    segunda e terceira classe. As medies padres so: radiao global e difusa no plano horizontal e

    radiao direta normal.

    3.4.10 Piranmetros

    Segundo Oliveira (1997), os piranmetros fazem parte dos instrumentosdestinados para avaliar a radiao solar global incidente em uma dada superfcie. Denominados,

    eventualmente, como solarmetros, estes instrumentos medem a radiao solar global (direta +

    difusa). So instrumentos com os quais so feitas a maioria das medidas de radiao existentes.

    Existem basicamente dois tipos de piranmetros mais freqentemente utilizados: piranmetros

    fotovoltaicos e piranmetros termeltricos.

    O piranmetro fotovoltaico aquele que utiliza uma clula fotovoltaica de

    silcio monocristalino para coletar medidas solarimtricas. Estes piranmetros so largamenteutilizados pois apresentam baixos custos. Pelas caractersticas da clula fotovoltaica, este aparelho

    apresenta limitaes quando apresenta sensibilidade em apenas 60% da radiao solar incidente

    (CEPEL/CRESESB, 2005).

    Segundo Oliveira (1997), o piranmetro termeltrico aquele que utiliza

    como elemento sensvel uma pilha termeltrica, constituda por termopares em srie. Tais elementos

    geram uma tenso eltrica proporcional diferena de temperatura entre suas juntas. Portanto,

    possvel relacionar a diferena de potencial medida na sada do instrumento com a radiaoincidente. Os dois tipos de piranmetros termeltricos mais usados so:

    Piranmetro do tipo branco e preto que possui um receptor pintado,

    alternadamente, de preto e branco. Neste caso, as juntas quentes da termopilha esto em contato com

    as superfcies negras, altamente absorventes. As pontas frias esto em contato com as superfcies

    brancas, de grande refletividade;

    Piranmetro com toda a superfcie receptora pintada de preto onde esto

    conectadas as juntas quentes. As juntas frias so associadas a um bloco de metal de grande

    condutividade trmica, colocadas no interior do equipamento, resguardadas da radiao solar e tendo

    aproximadamente a temperatura do ar.

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    3.5 Baterias

    Segundo Albad (2002), as baterias para utilizao em sistemas de energia

    renovvel, solar, elico hdrico, so projetadas para ciclo de carga profunda. H muitas marcas e

    tipos de baterias apropriadas para esses sistemas e importante determinar a bateria correta

    conforme a configurao e a utilizao do sistema desejado. Seguindo as recomendaes

    apropriadas, o tempo de vida til da bateria de 5 a 10 anos, existindo alguns tipos que atingem 20

    anos. A capacidade da bateria medida em ampere-hora (Ah) e 1 Ah equivalente ao fornecimento de

    1 A de corrente pelo perodo de uma hora, ou 2 A por meia hora . Um sistema de baterias de 12 V,

    com capacidade de 800Ah pode drenar 100 amperes de corrente durante 8 horas. Isso equivale a

    1200 W de potncia por 2 horas. Os tipos mais comuns de baterias utilizadas em sistemas elicos so

    chumbo- cida e alcalina. A bateria alcalina pode ser do tipo nquel-cdmio ou nquel ferro. O tipo

    nquel-cdmio possui custo elevado e poluente quando descartada diretamente no lixo. A bateria

    alcalina do tipo nquel-ferro no muito utilizada com sistemas elicos devido a alta tenso

    necessria para realizar o processo de carga.

    O dimensionamento do banco de baterias depende da capacidade de

    armazenamento desejada, razo de descarga, razo de carga e a temperatura mnima do local onde a

    bateria ser usada. A temperatura um fator significativo para a bateria

    chumbo-cido: em 4 C elas possuem capacidade de 75% ; em 17 C , a capacidade de 50% .

    3.5.1 Tenses de uma Bateria

    A tenso de uma bateria depende somente das propriedades qumicas dos

    materiais das placas e do eletrlito, independente do volume ou quantidade do material ativo usadona confeco das placas. A maioria das baterias encontradas no mercado possui densidade de

    1,215 Kg . m -3 e tenso de 2,065 V. A tenso nominal a tenso que aparece nos terminais da

    bateria durante grande parte do tempo. A tenso de flutuao a tenso com valor pouco acima da

    tenso nominal, tendo como funo, manter a bateria em carga permanente, flutuao, para

    compensar a sua auto-descarga, manter carga plena e evitar a sulfatao das placas. A tenso de

    equalizao tem valor superior tenso de flutuao, com finalidade de compensar as diferenas de

    tenso ou densidade entre os elementos. A carga de equalizao substitui a carga profunda commuitas vantagens, apesar do maior tempo de durao, no sobrecarregando as baterias, como ocorre

    na carga profunda. O tempo mnimo recomendado de duas horas. A tenso de carga profunda

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    superior tenso de equalizao e s deve ser aplicada por pessoal qualificado e superviso

    permanente. No recomendvel a aplicao de carga profunda em baterias que se encontram em

    boas condies operacionais. A tenso final de descarga o valor da tenso de uma bateria, a partir

    da qual considerada tecnicamente descarregada. medida que a bateria se descarrega a tenso nos

    terminais diminui lentamente no incio da descarga e bruscamente no final da descarga

    Segundo Silva (2000), as baterias so utilizadas para armazenar energia

    gerada durante o perodo de insolao. Deste modo, tem-se energia durante 24 horas por dia,

    podendo ser usada a qualquer hora.

    As baterias tambm servem para partir motores em corrente contnua, j que

    tm a capacidade de fornecer corrente elevada por um curto perodo de tempo, que no possvel

    com ligao direta aos mdulos.

    As baterias automotivas de 12 Volts de Corrente Contnua com eficincia