Avaliação de desempenho de um kit comercial de bombeamento por energia solar fotovoltaica

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(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. DANIEL LUCAS CABRAL BESERRA. NATAL/RN 2017.

(2) DANIEL LUCAS CABRAL BESERRA. AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte para obtenção do título de Mestre em Engenharia.. Área de concentração: Maquinas de fluxo/Energias Renováveis. Orientador: Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros. NATAL/RN 2017.

(3) Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede Beserra, Daniel Lucas Cabral. Avaliação de desempenho de um kit comercial de bombeamento por energia solar fotovoltaica / Daniel Lucas Cabral Beserra. 2017. 44 f.: il. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Natal, RN, 2017. Orientador: Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros.. 1. Bombas centrífugas - Dissertação. 2. Bombas de deslocamento positivo - Dissertação. 3. Energia solar - Dissertação. I. Medeiros, João Telésforo Nóbrega de. II. Título. RN/UF/BCZM. CDU 621.65.

(4) UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. DANIEL LUCAS CABRAL BESERRA. Esta dissertação foi julgada adequada para obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA sendo aprovada em sua forma final.. ___________________________________________________________________ Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros - Orientador. BANCA EXAMINADORA. ___________________________________________________________________ Prof. Dr. João Telésforo Nóbrega de Medeiros – Presidente. ___________________________________________________________________ Prof. Dr Moises Vieira De Melo – Examinador Interno. ___________________________________________________________________ Profª. Drª. Juliana Ricardo de Souza – Examinador Interno. ___________________________________________________________________ Prof. Dr. Manoel Fernandes De Oliveira Filho – Examinador Externo. NATAL/RN 2017.

(5) iv. DEDICATÓRIA. À minha família e amigos pelo apoio e a todos que estiveram envolvidos neste projeto..

(6) v. AGRADECIMENTOS. A Deus, fonte de vida, crescimento, reflexão e luz;. A Nossa Senhora, mãe intercessora, pelas bênçãos alcançadas;. Aos meus pais, Maria do Socorro e Antônio Carlos, pelo suporte, dedicação e pela batalha desde o início da minha educação até agora;. A minha irmã, Ariane Cabral, a grande colaboração enquanto aluna do bacharelado em Ciência e Tecnologia, pelo carinho e pelos momentos felizes que sempre me proporcionou;. A minha Tia e Madrinha Maria de Lourdes e meus primos Talita e Junior pelo apoio durante toda a jornada;. A toda família Lucas que nunca deixaram de torcer e acreditar em mim;. Aos meus avós por toda a confiança depositada em mim e pela força que sempre me deram;. A minha namorada, Marília, por toda a força e apoio que sempre me passou, desde momentos difíceis que superei até momentos fáceis que fracassei, estando sempre ao meu lado, sendo fonte inspiradora e motivadora deste trabalho;. Aos meus sogros e a toda Família Guimarães pelo incentivo, pelo carinho e pelos valores passados.. Ao Mestre em Engenharia Mecânica, Antônio Roberto Augusto, pelas inúmeras lições sobre sistemas de bombeamento, danos em bombas, amizade e apoio;.

(7) vi. A Juliana Ricardo por ser uma das maiores responsáveis pelo meu crescimento no tempo em que passei desenvolvendo esse e outros trabalhos no GET (Grupo de Estudos de Tribologia);. Aos colegas do Grupo de Estudos em Tribologia pelo incentivo e pelas conversas engrandecedoras que tivemos durante esse tempo que se passou;. À colega Mestranda Juli Sergine Tavares Teixeira, pelo apoio, aquisição do painel PV, discussões e companheirismo;. A todos os meus amigos que acompanharam minha batalha nos estudos, pela torcida e incentivo;. Aos alunos de graduação de Engenharia Mecânica Guilherme Bezerra Monteiro, Diandra Caroline Xavier Silveira de Melo, pelo auxílio decisivo em diversas etapas desta dissertação;. Aos professores Manoel Fernandes de Oliveira Jr, Moisés Vieira de Melo e, mais uma vez, Dra. Juliana Ricardo de Sousa, pelas inúmeras sugestões no Exame de Qualificação;. Ao professor João Telésforo Nóbrega de Medeiros, por toda sua dedicação como orientador, professor e educador..

(8) vii. RESUMO BESERRA, D. L. C. - AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM KIT COMERCIAL DE BOMBEAMENTO POR ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. Natal/RN, 2017. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte.. No mundo em que vivemos existem duas demandas humanas que vêm sendo exploradas de forma irracionalmente nos levando a situação atual onde todas as nações buscam energia, para impulsionar suas economias ou oferecer qualidade de vida a seus habitantes, e água, elemento necessário a vida como um todo, em nosso planeta. Pensando nessas necessidades hoje em dia estão disponíveis para comprar kits de bombeamento por energia solar, permitindo a captação de águas subterrâneas utilizando energia renovável. Atualmente temos uma grande gama de bombas hidráulicas que funcionam por energia solar ou eólica. Dentre essas destacam-se as centrífugas por possuírem hoje uma boa parte do mercado. Porém com os recursos escassos de energia, alternativas de bombeamento estão sendo encontradas, como por exemplo, uma bomba de diafragma, com baixa necessidade energética sendo perfeitamente acoplada a uma placa fotovoltaica. Com o crescimento dessa área surgem dúvidas em relação ao custo benefício e aos riscos de danos ao longo dos anos. Os dados apresentados atualmente mostram que uma bomba operando nas circunstancias normais de um dia, perde muito de eficiência por fatores climáticos e não se sabe ao certo quais problemas mecânicos resultarão dessa constante variação da frequência de trabalho. Palavras Chave: Bombas de Deslocamento Positivo; Bombas Centrífugas; Energia Solar;.

(9) viii. ABSTRACT BESERRA, D. L. C. – EVALUATION OF PERFORMANCE OF A COMMERCIAL PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY PUMPING KIT. Natal/RN, 2017. Masters Dissertation – Federal University of Rio Grande do Norte.. In the world we live in, there are two human demands that are being explored irrationally, leading us to the current situation where all nations seek energy, to boost their economies or provide quality of life to its inhabitants, and water, element necessary to life as an Everything on our planet. Thinking about these needs, nowadays are available to buy solar pumping kits, allowing the withdraw of groundwater using renewable energy. We currently have a wide range of hydraulic pumps that work by solar or wind power. Among these, the centrifuges stand out because they now have a large part of the market. But with the scarce energy resources, pumping alternatives are being found, for example, a diaphragm pump, with low energy needs being perfectly coupled to a photovoltaic plate. With the growth of this area arise doubts in relation to the cost benefit and the risks of damages over the years. The data presented today show that a pump operating under the normal circumstances of a day loses to much efficiency due to climatic factors and it is not known which mechanical problems will result from this constant variation of the working frequency. Keywords: Positive Displacement Pumps; Centrifugal Pumps; Solar Energy;.

(10) ix. LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Estações multimodais em aeroportos internacionais e fluxo de passageiros em 2014 .................................................................................................................... 13 Figura 2. Estação ferroviária integrada ao aeroporto de Shangai Hongqiao, China ............................................................................................................................. ...... 14 Figura 3. Tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaic Technology): Painel Fotovoltaico de Terceira Geração como teto de um terminal de ônibus para gerar a energia de uso local ................................................................................................. 14 Figura 4. Opções Tecnológicas de Células Fotovoltaicos disponíveis em 2017...... 15 Figura 5. Painéis Fotovoltaicos comercialmente disponíveis em 2017 ................... 15 Figura 6. Instalação do protótipo em zona rural na Tailândia .................................. 18 Figura 7. Medidas da temperatura (), tensão (x) e corrente elétrica (o) na saída do painel (locus 1 da medição) e entrada da bateria (locus 2) ..................................... 19 Figura 8. Diagrama de blocos de um sistema de bombeamento de água fotovoltaico ................................................................................................................................... 20 Figura 9. Esquema de dois sistemas de bombeamento de água utilizando painéis solares fotovoltaicos e respectivos circuitos eletroeletrônicos ................................. 21 Figura 10. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes irradiações ............................. 22 Figura 11. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes temperaturas ......................... 22 Figura 12. Quadro com as principais características das técnicas MPPT (Maximum Power Point Tracking) para seleção de um sistema fotovoltaico (PV) em sua máxima potência .................................................................................................................... 23 Figura 13. Respostas hidráulicas da Potência, Altura Manométrica e Rendimento de uma bomba centrífuga bombeando água (linhas contínuas) e lama (slurry) (linhas tracejadas) ................................................................................................................ 24 Figura 14. Instalibilidade de um sistema de bombeamento que transporta lama (slurry) que se comporta como um fluido não-newtoniano ....................................... 24 Figura 15. Variação da taxa relativa de desgaste ao longo da carcaça de uma bomba ....................................................................................................................... 25.

(11) x. Figura 16. Esboço esquemático para a investigação experimental do desempenho hidráulico e avaliação do desgaste em um sistema de bombeamento de lama (slurry) ................................................................................................................................... 25 Figura 17. Aspecto visual do Céu sobre o Campus da UFRN, Natal, 8 agosto 2017, 14horas ..................................................................................................................... 28 Figura 18. Painel fotovoltaico policristalino, potência nominal de 100 Watts .......... 28 Figura 19. Bomba de corrente contínua (DC) Pentair SHURFLO, 12 V, 7 A (máx) e sistema eletroeletrônico a ela acoplado ................................................................... 29 Figura 20. Bancada do sistema de bombeamento de água utilizado ...................... 30 Figura 21. Diagrama de Moody ............................................................................... 31 Figura 22. Desenho esquemático da bancada ........................................................ 32 Figura 23. Arduino UNO R3 ..................................................................................... 32 Figura 24. Sensor de fluxo de água ......................................................................... 33 Figura 25. Módulo de sensor de tensão .................................................................. 33 Figura 26. Sensor de corrente ................................................................................. 33 Figura 27. Fonte MINIPA MPC – 303 DI ................................................................. 34 Figura 28. Gráfico tensão e corrente por hora.......................................................... 35 Figura 29. Representação gráfica da relação hora, temperatura e vazão............... 35 Figura 30. Representação gráfica do desempenho da bomba em relação a vazão ............................................................................................................................. ...... 36 Figura 31. Representação gráfica da tensão gerada pela placa ............................. 37 Figura 32. Representação gráfica da corrente gerada pela placa .......................... 37 Figura 33. Representação gráfica potência elétrica x vazão ................................... 37.

(12) xi. LISTA DE TABELAS. Tabela 1. Dados da Temperatura (oC), Tensão (V) e Corrente Elétrica(A) na saída do painel solar fotovoltaico (locus 1) e após o controlador (locus 2) do carregador da bateria. .......................................................................................................................19 Tabela 2. Tabela de comprimentos equivalentes..................................................... 31.

(13) xii. SUMÁRIO DEDICATÓRIA ......................................................................................................... iv AGRADECIMENTOS ................................................................................................. v RESUMO ................................................................................................................. vii ABSTRACT .............................................................................................................. viii LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. ix LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xi 1.. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 13. 2.. HIPÓTESE E OBJETIVOS ................................................................................ 17. 2.1. Hipótese ......................................................................................................... 17. 2.2. Objetivos ........................................................................................................ 17. 2.2.1. Geral ........................................................................................................... 17. 2.2.2. Específicos.................................................................................................. 17. 3.. REVISÃO DA LITERATURA.............................................................................. 18. 4.. METODOLOGIA ................................................................................................ 28. 5.. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 35. 6.. CONCLUSÃO .................................................................................................... 40. 8.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................... 41.

(14) 13. 1. INTRODUÇÃO Os fluxos urbanos contemporâneos nas grandes metrópoles têm demandado aeroportos gigantescos e sistemas multimodais de fluxo de passageiros envolvendo trens, metrôs, ônibus, taxis e veículos. Tais. sistemas. têm. sido. concebidos. para. proporcionar. soluções. ambientalmente amigáveis, otimizando-se mobilidade humana, condições sanitárias e consumo de água e energias renováveis compatíveis com o fluxo de passageiros e as populações nativas das grandes cidades, cada vez mais colapsadas neste início do Século XXI. Tais sistemas multimodais de integração demandam estudos sistemáticos de desempenho, como o desenvolvido por CHEN e LIN, 2016 no Shangai Hongqiao Integrated Transport Hub, cujo nível de integração foi considerado por esses pesquisadores como sendo, ainda, baixo ou moderado, cinco anos após iniciar o seu funcionamento. A Figura 1 apresenta um quadro sintético relativo a 2014 de grandes aeroportos internacionais e fluxo de passageiros em 2014. Destes, o Integrated Transport Hub de Shangai Hongqiao, na China, Figura 2, inclui uma geração de energia elétrica de 6,6 MegaWatts e 10.000 painéis solares fotovoltaicos (https://pt.slideshare.net/jefsahayam/tbea-solar-panels/7). Figura 1. Estações multimodais em aeroportos internacionais e fluxo de passageiros em 2014. Fonte: https://www.torontopearson.com/uploadedFiles/Pearson/Content/About_Pearson/Economic_Impact/R egional_Growth/PearsonConnects_20160225.pdf.

(15) 14. Figura 2. Estação ferroviária integrada ao aeroporto de Shangai Hongqiao, China. Fonte: TBEA SunOasis CO, Ltd. https://pt.slideshare.net/jefsahayam/tbea-solar-panels/7. Esses milhares de painéis solares fotovoltaicos foram distribuídos utilizandose a tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaic Technology) nos 420 metros de comprimento por 200 metros de largura do prédio de 70 metros de altura do hub de. Shangai. Hongqiao,. China,. inaugurado. em. 2010. (https://en.wikipedia.org/wiki/Shanghai_Hongqiao_Railway_Station) Sistemas fotovoltaicos para suprimento de energia elétrica em terminais remotos de passageiros começam a integrar a paisagem do Reino Unido. A Figura 3 é uma fotografia de um Painel Fotovoltaico de Terceira Geração utilizado como teto de um terminal de passageiros. Figura 3. Tecnologia BIPV (Building Integrated Photovoltaic Technology): Painel Fotovoltaico de Terceira Geração como teto de um terminal de ônibus para gerar a energia de uso local. Fonte: https://pt.slideshare.net/gavindjharper/building-integrated-photovoltaics-39562857. Painéis solares de primeira geração utilizam o Silício monocristalino ou policristalino. A segunda geração é constituída por filmes cerâmicos finos de telureto.

(16) 15. de cadmio, disseleneto de cobre-índio-gálio ou de arseneto de gálio. A terceira geração é a das nanopartículas de dióxido de titânio revestidas com tinta orgânica fotossensível, Figuras 4 e 5. Figura 4. Opções Tecnológicas de Células Fotovoltaicos disponíveis em 2017. Fonte: https://pt.slideshare.net/gavindjharper/building-integrated-photovoltaics-39562857 Figura 5. Painéis Fotovoltaicos comercialmente disponíveis em 2017. PV Silício monocristalino. Rendimento 15 a 20% Custo elevado. PV Silício policristalino. Rendimento 13 a 16% Custo menor que PV de silício monocristalino. Painéis fotovoltaicos de filmes finos. Rendimento 7 a 13% Custo menor que PV de silício.

(17) 16. Fonte: http://energyinformative.org/best-solar-panel-monocrystalline-polycrystalline-thin-film/. Painéis solares fotovoltaicos têm sido utilizados, igualmente, em zonas rurais, em acampamentos e em locais onde o custo da energia elétrica gerada por motores que utilizam energia fóssil ou derivada da biomassa torna atrativo o seu uso. Esta dissertação se propõe a investigar aspectos tribológicos e da mecânica do dano de um sistema de bombeamento de água acionado por um painel fotovoltaico de primeira geração. O presente trabalho é teórico-experimental. Tribologia é a ciência que investiga o atrito, o desgaste, a lubrificação e a vida em sistemas. Associa-se então a diversas áreas de conhecimento da ciência e da tecnologia, inclusive quando queremos avaliar a eficiência energética e a possibilidade de ocorrência dos mecanismos de dano em diferentes sistemas, que são as duas proposições desse estudo. Dentre tais sistemas, na Engenharia incluem-se os sistemas de geração de energia elétrica e de bombeamento de água, uns mais eficientes ou demandando mais manutenção do que outros. O cenário atual da geração de energia elétrica utilizando energia solar no estado do Rio Grande do Norte é embrionário, apesar da abundância da radiação solar em todo o estado, nos doze meses do ano. Por outro lado, há uma extrema carência de água em algumas regiões do estado, como no Seridó, onde algumas cidades estão passando por um processo de desertificação. Políticas públicas já foram desenvolvidas em outros países, como Bangladesh, para resolução de um problema muito parecido com o que ocorre nesse estado, ausência de água na superfície, mas com aquíferos subterrâneos. Nesse caso, foi incentivado a compra e utilização de painéis solares para diminuir o consumo de energia elétrica ou substituir bombas que funcionavam por um motor a diesel em locais remotos. (ISLAM, et al.) O capítulo 2 inclui a hipótese e os objetivos desta dissertação. No capítulo 3 apresenta uma sintética revisão bibliográfica. A metodologia é descrita no capítulo 4. Seguem-se resultados e discussão no capítulo 5, a conclusão no capítulo 6 e, finalmente, citam-se as referências bibliográficas..

(18) 17. 2. HIPÓTESE E OBJETIVOS. 2.1 Hipótese Sistemas de bombeamento de água de 100W utilizando painéis solares comerciais disponibilizam entre 250 e 2500 litros de água por dia a uma altura manométrica total entre 1 e 10 metros de coluna de água.. 2.2 Objetivos 2.2.1 Geral Discutir a eficiência e principais mecanismos de dano de sistemas de bombeamento de água utilizando painéis fotovoltaicos.. 2.2.2 Específicos 2.2.2.1. Elaborar. uma. revisão. bibliográfica. sobre. sistemas. de. bombeamento de água utilizando painéis fotovoltaicos de potência inferior a 4 KW, sugeridos para uso em substituição aos motores diesel de até 10 CV 2.2.2.2. Elaborar uma revisão bibliográfica sobre bombas e mecanismos. de dano em bombas hidráulicas 2.2.2.3. Avaliar um sistema de bombeamento de água utilizando painel. fotovoltaico de 100 W..

(19) 18. 3. REVISÃO DA LITERATURA Os asiáticos têm se motivado a deixarem um legado de contribuições científicas relevantes ao desenvolvimento das tecnologias energéticas urbanas e rurais, ambas bastante importante naquela e nas regiões mais populosas do planeta. Atento a tais avanços, o IEEE, Instituto dos Engenheiros Elétricos e Eletrônicos dos Estados Unidos, disponibilizou no seu sítio eletrônico IEEE Xplore desde 02 de fevereiro de 2017, um trabalho de dois pesquisadores de Bangkok, SREEWIROTE e LEELAJINDAKRAIRERK, em que avaliam a eficiência energética elétrica de um protótipo implantado, na Tailândia, de um sistema de bombeamento de água, utilizando painéis solares, desenvolvido por esses autores. As Figuras 6 e 7 e a tabela 1 contêm fotos, dados e esboço da arquitetura projetada e desenvolvida por esses dois pesquisadores, dados relativos ao circuito elétrico, aos locais de medições da temperatura, tensão e corrente elétrica em dois pontos identificados do sistema, constando, respectivamente, dessa importante contribuição que despertou a atenção do IEEE. Figura 6. Instalação do protótipo em zona rural na Tailândia.

(20) 19. Apesar de não mencionarem a altura manométrica total, as fotografias do trabalho insinuam uma altura de sucção superior a 1,0 metro e inferior a 10,0 metros. A julgar os planos altimétricos envolvidos nas fotografias, as dimensões das alturas das pessoas e o leito da água represada e o nível dos reservatórios de água na edificação, a altura de recalque deve ser igual ou inferior a 6,0 metros, ainda que a distância física entre a fonte de água e o destino seja cotada em 300 metros lineares. Tabela 1. Dados da Temperatura (oC), Tensão (V) e Corrente Elétrica(A) na saída do painel solar fotovoltaico (locus 1) e após o controlador (locus 2) do carregador da bateria.. Fonte: Baseado em SREEWIROTE e LEELAJINDAKRAIRERK, IEEE-Xplore, 2017.. Como se constatam dos dados inseridos na Tabela 1, bem como as curvas expostas na Figura 7, as medidas da temperatura () variaram entre 27 e 40oC, entre 6 e 10 horas, esboçadas nas regiões nomeadas como A1 (coletadas no ponto de medição 1, reportado como estando à saída do painel fotovoltaico) e A2 (coletadas no ponto de medição 2, à saída do controlador do carregador da bateria elétrica). Figura 7. Medidas da temperatura () , tensão (x) e corrente elétrica (o) na saída do painel (locus 1 da medição) e entrada da bateria (locus 2).

(21) 20. Atingiram seus picos entre 10 e 15 horas (regiões B1 e B2) e declinaram nas regiões C1 e C2, entre 15 e 18 horas. Essas três regiões A, B. C, não foram discretizadas pelos autores, mas nesta dissertação, em função dos resultados das inequações associadas às correntes elétricas, Quadro 2. SHAIKH e JAIN, 2015, publicaram em evento do IEEE um artigo de revisão de literatura (survey) sobre sistemas de bombeamento de água utilizando células solares fotovoltaicas. O primeiro destes conjuntos de células fotovoltaicas converte diretamente energia solar em energia elétrica como fonte de corrente contínua e a bomba, que possui um motor elétrico (AC ou DC) para acioná-la e esse conjunto requer uma demanda de trabalho da Engenharia Hidráulica para obter o melhor desempenho, associado à velocidade, altura manométrica, dimensões da bomba e rendimento do sistema. Se o sistema utilizar um motor AC (corrente alternada), mais facilmente acessível, há necessidade do uso de um inversor de frequência, o qual melhorará a coordenação entre o painel solar e a bomba. O motor de corrente contínua (DC) mais eficaz é um motor de magneto permanente, considerado elemento chave em um sistema de bombeamento de água utilizando energia solar. A Figura 8 contém um exemplo de conFiguração de um sistema fotovoltaico aplicado ao bombeamento de água. Compõe-se de (1) painéis PV, fotovoltaicos, (2) conversor elétrico de corrente contínua DC/DC, (3) inversor de corrente contínua em corrente alternada, DC/AC, (4) um motor de indução e (5) uma bomba centrífuga. Figura 8. Diagrama de blocos de um sistema de bombeamento de água fotovoltaico.. Fonte: VITORINO et al., 2011, citados por SHAIKH e JAIN, 2015. Um outro artigo de Review foi publicado por três pesquisadores da Universidade Rahshahi de Engenharia e Tecnologia de Bangladesh. ISLAM, SARKER e GHOSH, 2017, do Departamento de Engenharia Elétrica & Eletrônica, tomando como base o fato da energia ser a força motriz para o desenvolvimento de um país, mostraram que a matriz fóssil de Bangladesh é escassa e ao mesmo tempo estão enfrentando uma grave crise energética e graves problemas de desertificação.

(22) 21. nas áreas rurais. Problemas esses que são similares àqueles que vêm acontecendo no interior do Nordeste brasileiro em especial, no sertão do Seridó Norte-riograndense. No artigo em questão, os autores apresentaram diferentes esquemas de sistemas de irrigação funcionando por energia solar. Esses sistemas são constituídos basicamente por um painel fotovoltaico, uma bomba, um motor DC ou AC com conversor de energia, podendo também utilizar um controlador. Na Figura 9, observam-se os esquemas disponibilizados. Figura 9. Esquema de dois sistemas de bombeamento de água utilizando painéis solares fotovoltaicos e respectivos circuitos eletroeletrônicos. Fonte: ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017. Nesse artigo, ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017 analisam os principais dispositivos componentes dos sistemas de geração de energia por radiação solar, seu modo de funcionamento, composição e os principais tipos encontrados no mercado. Afirmam que as células fotovoltaicas são geralmente feitas com duas camadas semicondutoras. Quando a luz solar brilha em uma célula fotovoltaica ocorre a liberação de elétrons da camada negativa. Se houver um circuito externo, os elétrons livres seguem a camada positiva e produzem corrente elétrica no circuito..

(23) 22. Esses autores destacam que, dos modelos comercializados atualmente, dois tipos detêm a maior parcela do mercado mundial. No primeiro, as células feitas de silício monocristalino ou policristalino (c -Si), enquanto que no segundo, elas são baseadas em um filme fino (TF, thin film) que é feito de telureto amorfo ou telureto de cádmio (CdTe), seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS). Embora as células TF sejam bem mais baratas do que as baseadas em silício, elas são significativamente menos eficientes, requerendo uma maior área para gerar a mesma quantidade de energia, como se depreende das curvas inseridas nas Figuras 10 e 11. Figura 10. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes irradiações. Fonte: ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017 Figura 11. Curvas calculadas de Tensão (V) e Corrente (I) elétricas, Potência (P) e Tensão (V) elétrica calculadas para duas diferentes temperaturas. Fonte: ISLAM, SARKER E GHOSH, 2017. Reforçando esse aspecto da fabricação e materiais que compõem as placas fotovoltaicas, SHAIKH e JAIN, 2015, relatam que, atualmente, dispositivos fotovoltaicos comerciais (PV) usam silício como material base, basicamente como células mono ou multicristalinas, bem como em estrutura amorfa. Com o intuito de reduzir custos e melhorar eficiências, vêm sendo desenvolvidos diferentes materiais, como, por exemplo, disseleneto de índio e telureto de cádmio. Painéis solares são.

(24) 23. disponíveis comercialmente em módulos desde 10W ou menos a bancos imensuráveis de alguns quiloWatts ou mesmo MegaWatts. As pesquisas nesse campo buscam levar a uma maior eficiência de métodos e sistemas. SHAIK e JAIN, 2015, destacam que o controle da velocidade e economia de energia do bombeamento de água eficaz torna-se mais complexo pela ampla variedade de motores, conversores e inversores, como discutido no artigo de ARRIBAS e GONZALEZ, 2002, publicado no IEEE Transactions on Industrial Electronics. ESRAM e CHAPMAN, 2007, apresentam o quadro inserido na Figura 12, em que se busca associar cada aplicação de painéis fotovoltaicos e características técnicas associadas utilizando-se o método denominado de MPPT (Maximum Power Point Tracking), como discutido no artigo de ARRIBAS e GONZALEZ, 2002, publicado no IEEE Transactions on Industrial Electronics. Figura 12. Quadro com as principais características das técnicas MPPT (Maximum Power Point Tracking) para seleção de um sistema fotovoltaico (PV) em sua máxima potência. Fonte: ESRAM e CHAPMAN, 2011, citados por SHAIKH e JAIN, 2015.

(25) 24. Bombas utilizando paineis solares tendem a ser usadas na agricultura em sistemas fluídicos contaminados com partículas sólidas, por exemplo, água com partículas de areia. Há necessidade de se considerarem tais combinações, como destacam WILSON, ADDIE e CLIFT, 1992, em artigo citado por TARODIYA e GANDHI, 2017. É desses três autores as curvas de Potência, Altura Manométrica e rendimento de uma bomba centrífuga bombeando água e lama (slurry) contidas esquematicamente na Figura 13. Figura 13. Respostas hidráulicas da Potência, Altura Manométrica e Rendimento de uma bomba centrífuga bombeando água (linhas contínuas) e lama (slurry) (linhas tracejadas). Fonte: Livro da Elsevier sobre Transporte de Lama utilizando Bombas Centrífugas da autoria de K.C. WILSON, G.R. ADDIE, R. CLIFT, 1992, citado por TARODIYA e GANDHI, 2017. Bombear água com partículas sólidas que fazem o fluido assumir um comportamento fluídico não-newtoniano gera instabilidades, Figura 14. A sequência de tais instabilidades leva a danos. Figura 14. Instalibilidade de um sistema de bombeamento que transporta lama (slurry) que se comporta como um fluido não-newtoniano. Fonte: Artigo de C.J. WALKER e A. GOULAS, 1984, citado por TARODIYA e GANDHI, 2017.

(26) 25. Na carcaça de uma bomba centrífuga, seu perfil evolvental (“volutas”), enquanto otimiza o escoamento, por um lado, induz a taxas de desgaste diferenciadas, por outro. A Figura 15 contém um esboço das zonas discretizadas para investigação e taxas de desgaste medidas experimentalmente. Figura 15. Variação da taxa relativa de desgaste ao longo da carcaça de uma bomba. Fonte: Artigo de A.S. ROUDNEV, R.J. BOURGEOIS e R.J. KOSMICKI, 2009, citado por TARODIYA e GANDHI, 2017. A Figura 16 apresenta um esboço esquemático utilizado por GHANDI em sua Tese de doutorado. Figura 16. Esboço esquemático para a investigação experimental do desempenho hidráulico e avaliação do desgaste em um sistema de bombeamento de lama (slurry). Fonte: Tese de doutorado de Gandhi, 1998, citada por TARODIYA e GANDHI, 2017.

(27) 26. Tarodiya e Gandhi, 2017, publicaram uma revisão teórica e experimental após investigarem o desempenho e o desgaste erosivo de bombas centrífugas utilizadas no transporte hidráulico de sólidos,. bombeamento de esgotos e. fluidos. contaminados por partículas sólidas. Um melhor desempenho do sistema hidráulico foi associado a um menor consumo de energia para acioná-lo, enquanto a redução na taxa de desgaste erosivo associou-se à melhoria na vida em serviço bem como à seleção dos materiais da bomba, as propriedades das partículas sólidas transportadas, as caracterísiticas do fluido concernentes à lama bombeada e a concentração de sólidos inserida nessa lama. Investigações científicas que consideram eficiência energética geralmente consideram os sistemas na condição de novo, como adquiridos comercialmente. Painéis solares fotovoltaicos e equipamentos de bombeamento de água a eles acopladas, cedo ou tarde falham. Esta dissertação inclui uma discussão, baseada no ASM Handbook, volume 11, publicado em 2002, relativa aos principais modos e mecanismos de danos que podem determinar causas de raiz das falhas desses sistemas eletromecânicos de conversão de energia solar em elétrica, elétrica em mecânica e de energia mecânica em energia hidráulica. Segundo DEBBIE ALIYA, da Alyia Analytical, USA, em seu capítulo do ASM Handbook, volume 11, publicado em 2002, análise de falha é um processo realizado para determinar as causas ou fatores que têm levado componentes, subconjuntos ou conjuntos estruturais a uma perda indesejável de funcionalidade. Nesse volume 11 do ASM Handbook, 2002, AARON TANZER, da Siemens Westinghouse, em seu capítulo intitulado Determinação e Classificação de Dano, associa a minimização de falhas futuras à determinação das causas de raiz e à classificação e identificação dos danos observados em falhas. Para isso, considera essencial distinguirem-se mecanismos de dano e modos de dano, assim definidos por esse autor: Modo de dano: é a descrição das características físicas do dano observado. TANZER cita alguns exemplos de modos de dano a flambagem, marcas de praia transgranulares, fratura intergranular e pites. TANZER afirma: modo de dano descreve qual dano está presente. Mecanismos de dano concernem às séries de eventos que descrevem como tais eventos incorrem em dano bem como as consequências desses danos..

(28) 27. TANZER cita exemplos de mecanismos de dano: a fragilização pelo hidrogênio, a corrosão sob tensão, a sulfetação, creep a alta temperatura. Uma vez mais TANZER dirime dúvidas: mecanismo de dano descreve como o dano se desenvolve e passa a estar presente. TANZER, 2002, considera que a principal tarefa de uma análise de falha é descrever os mecanismos de dano associados, devidamente comprovados com evidências, ou seja, demonstrar a sequência de eventos envolvidos na falha investigada. Para isto, afirma o autor, uma análise de falha é um processo interativo que converge ao elencar possíveis explicações para a falha e eliminar aquelas explicações que não se ajustam às observações, através de oito etapas que consistem em: (1) coletar dados, (2) identificar modos de dano presentes, (3) identificar possíveis mecanismos de dano presentes, (4) promover ensaios para identificar os mecanismos reais que ocorreram, (5) discernir entre mecanismos primários e secundários que levaram à falha, (6) identificar possíveis causas de raiz (7) promover ensaios para determinar causas de raiz reais, (8) Avaliar e implementar ações corretivas. TANZER, 2002, assegura que o analista de falha deve repetidamente elaborar as quatro seguintes questões à medida que a investigação avança rumo a possíveis explicações para eventos reais: (1) quais características estão presentes no componente danificado/falho? (2) quais características estão presentes no componente que não foi danificado? (3) quais são as possíveis explicações das diferenças consideradas entre os componentes danificados e os não danificados? (4) que ensaios podem ser realizados para confirmar ou eliminar possíveis explicações e refinar o conhecimento sobre o dano observado?.

(29) 28. 4. METODOLOGIA A energia solar incidente sobre a cidade do Natal, estado do rio Grande do Norte, Brasil, em 08 de agosto de 2017, às 14 horas, pode ser avaliada a partir da foto do céu, sem nuvens, naquela ocasião, Figura 17. A partir da energia irradiada, utilizou-se um coletor solar fotovoltaico comercial marca Neosolar, de potência nominal de 100Watts, Figura 18. Esse coletor é constituído por células fotovoltaicas da primeira geração, à base de Silício policristalino e é acoplado a uma bomba de diafragma, de procedência mexicana, Figura 19. Figura 17. Aspecto visual do Céu sobre o Campus da UFRN, Natal, 8 agosto 2017, 14horas. Figura 18. Painel fotovoltaico policristalino, potência nominal de 100 Watts.

(30) 29. Figura 19. Bomba de corrente contínua (DC) Pentair SHURFLO, 12 V, 7 A (máx) e sistema eletroeletrônico a ela acoplado. A fotografia da bancada experimental com a hidrocanalização de tubos e conexões de PVC de 20 mm, os baldes para confinamento da água de sucção e recalque, o reservatório utilizado para recomposição manual da água de sucção e a instrumentação utilizada encontra-se na Figura 20. As medições de vazão eram feitas utilizando-se baldes de 15 litros e cronômetro digital marca Sony em janelas temporais de dez minutos: (1) 08h20-0830h, (2) 09h20-9h30, (3) 10h20-10-30h, (4) 11h20-11h30, (5) 12h20-12h30, (6) 13h20-13h30, (7) 14h20-14-30h, (8) 15h20-15h30, (9) 16h20-16h30. As medições de temperatura eram feitas 5 minutos antes de cada uma das nove tomadas de vazão. A temperatura ambiente era medida a 20 cm do painel e a temperatura do painel era feita no centro do painel PV utilizando-se termopares de cromel-alumel (tipo K). As medições de corrente e tensão elétrica eram feitas com um alicate amperimétrico digital de marca Minipa, fabricação nacional, modelo ET-4090..

(31) 30. Figura 20. Bancada do sistema de bombeamento de água utilizado. Partindo dos dados coletados por essa bancada e dos dados fornecidos pelo fabricante foi feito o dimensionamento da tubulação visando um comparativo mais real com os dados disponibilizados. Para o cálculo da perda de carga utilizou-se a tabela contida no manual de instruções da bomba, a qual fornecia a vazão volumétrica da bomba em função da altura manométrica. O valor da vazão para a altura manométrica de 7m é 455 l/h, sendo assim, calculou-se a velocidade esperada pela bomba para tal condição, a partir da área circular da tubulação. Com esses valores é possível calcular o valor de Reynolds para o sistema. 𝑉̇⁄𝐴 = 𝑣 𝑅𝑒 = 𝜌𝑣𝐷⁄𝜇 𝑅𝑒 = 12668,758 Usando o valor de rugosidade média do pvc igual a 4,18*10^(-6) m, segundo Kellner e Akutsu (2016), calcula-se a rugosidade relativa, como razão entre a rugosidade media e o diâmetro da tubulação. 𝜀 = 4,18 ∗ 10−4 𝐷 O fator de atrito por sua vez é em função do valor de Reynolds e da rugosidade relativa, sendo assim, o diagrama de Moody (Figura 21) foi utilizado para a definição do fator de atrito..

(32) 31. Figura 21. Diagrama de Moody. Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Moody-es.png. 𝑓 = 0,03 Com o valor do fator de atrito foi possível calcular o comprimento equivalente para a altura manométrica de 7m, utilizando a equação de Bernoulli. 𝐻𝑚 = 𝐻𝑝 7𝑚 =. 𝑓∗𝐿𝑒∗𝑣 2 2∗𝐷∗𝑔. Com todos os valores definidos nessa equação é possível determinar o comprimento equivalente da tubulação. 𝐿𝑒 = 58,405𝑚 A partir do comprimento equivalente foi definido os materiais necessários para obter esse comprimento equivalente por meio de perdas de carga localizadas, a tabela utilizada foi a do livro FOX. Tabela 2. Tabela de comprimentos equivalentes.

(33) 32. Fonte: FOX, 2006, p.357. Com a definição dos materiais o projeto de tubulação foi idealizado de forma a aproveitar de forma eficiente o espaço utilizado, sendo assim foi-se pensado essa configuração para o sistema (Figura 22). Figura 22. Desenho esquemático da bancada.. Após montagem dessa estrutura, a nova bancada foi instrumentada utilizando um Arduino tipo UNO R3 (Figura 23); sensor de fluxo de água YF-S201(Figura 24); Módulo Sensor de Tensão 0-25V(DC) (Figura 25); e sensor de Corrente ACS712 30A a +30A(Figura 26). O código utilizado em todo o ensaio estará disponível no anexo. Figura 23, Arduino UNO R3.

(34) 33. Figura 24. Sensor de fluxo de água. Figura 25. Modulo de sensor de tensão.

(35) 34. Figura 26. Sensor de corrente. Por último, foi necessário a calibração dos sensores. O primeiro foi o de fluxo de água onde utilizamos recipientes de volumes conhecidos e através do código encontramos um fator de correção onde os resultados ficaram muito próximos do valor correto. Já para os sensores de tensão e corrente utilizou-se uma fonte DC, ajustável, para ligar a bomba com correntes e tensões pré-determinadas comparando-as com os resultados entregues pelos sensores. Os ajustes dos sensores de tensão e corrente também foram feitos por meio de programação. A fonte utilizada foi uma MINIPA MPC – 303 DI (Figura 27). Figura 27. Fonte MINIPA MPC – 303 DI.

(36) 35. Em seguida iniciou-se os ensaios que ocorreram durante 11 dias, 9 horas por dia, com os mesmos 10 minutos de janelas temporais e medição de temperatura também 5 minutos antes do início do ensaio. Durante esse período foram coletados 120 dados de cada parâmetro: vazão, tensão e corrente, além da vazão total ao fim dos 10 minutos de ensaio.. 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na bancada montada para ensaiar a bomba acionada por uma célula fotovoltaica obtivemos dados que nos permitem avaliar a eficiência da placa utilizada, partindo da coleta de dados de corrente e tensão. A potência entregue pela placa durante o período das 10 às 13 horas, horário de maior incidência de radiação solar, nos retorna uma potência em torno de 80 Watts de potência, sendo essa 16% menor do que os 95 Watts afirmados pelo fabricante. Figura 28. Gráfico. tensão e Corrente por hora.

(37) 36. TENSÃO E CORRENTE POR HORA 20 15 10 5 0. 08:00. 09:00. 10:00. 11:00. 12:00. TENSÃO. 13:00. 14:00. 15:00. 16:00. CORRENTE. Quanto ao desempenho da bomba em relação a temperatura obtivemos o resultado de que não houve acréscimo da quantidade de litros bombeados com o aumento da temperatura, como podemos ver no gráfico da Figura 29. Figura 29. Representação gráfica da relação hora, temperatura e vazão. Vazão x Temperatura 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0. 0,0 08:00. 09:00. 10:00. 11:00. Temperatura da Placa (°C). 12:00. 13:00. 14:00. Temperatura Ambiente (°C). 15:00. 16:00. Vazão (L/10m). Analisando esses dados observamos que a eficiência da placa fotovoltaica pouco varia com alterações de temperatura, medida na superfície da mesma. Um ponto interessante é que a maior faixa de vazão não está ligada a mais alta temperatura, nos levando a crer que um sistema de resfriamento da placa poderia aumentar ainda mais sua eficácia. Atualmente, para o nosso sistema, dispomos de apenas 8 horas efetivas de bombeamento, podendo esse ser aprimorado para maior uso diurno, utilizando sistemas sun tracking, fazendo com que a placa fique sempre voltada para o sol, obtendo assim, energia por todo o tempo em que o sol estiver disponível. No final da tarde a temperatura se iguala a do início da manhã, onde observou-se o ponto máximo de eficiência, porém, o desempenho não foi o mesmo..

(38) 37. Isso se deve a uma possível taxa de radiação solar menor neste período, sendo a temperatura mantida pela umidade do ar, que impede que a mesma caia bruscamente. Os gráficos a seguir, Figuras 30, 31 e 32, são representações das vazões, tensões e correntes coletadas ao longo dos 11 dias de ensaio. Figura 30. Representação gráfica do desempenho da bomba em relação a vazão. Vazão 12 10 8 6 4 2 0 DIA 1. DIA 2 08:00. DIA 3 09:00. DIA 4. DIA 5. DIA 6. 10:00. 11:00. 12:00. DIA 7 13:00. DIA 8 14:00. DIA 9 15:00. DIA 10. DIA 11. 16:00. No gráfico da Figura 30 podemos observar que a vazão segue um padrão de crescimento e decaida ao longo do dia. Esse comportamento é muito parecido ao encontrado nos graficos de tensão e corrente que vêm a seguir. Nas Figura 31 e 32 podemos analisar a potência elétrica por hora do dia. Essa potêcia nada mais é do que o produto entre os dois gráficos, dessa forma, vemos que a tendencia de comportamento do sistema elétrico, possuiu uma certa similariedade com o gráfico resultante da vazão. Dessa forma, fica demonstrado mais uma vez que o funcionamento da placa fotovotaica é cíclico ao longo do dia e a temperatura interfere muito pouco em sua eficiencia. Figura 31. Representação gráfica da tensão gerada pela placa.

(39) 38. Tensão 25 20 15 10 5 0 DIA 1. DIA 2 08:00. DIA 3 09:00. DIA 4. DIA 5. DIA 6. 10:00. 11:00. 12:00. DIA 7. DIA 8. 13:00. 14:00. DIA 9 15:00. DIA 10. DIA 11. 16:00. Figura 32. Representação gráfica da corrente gerada pela placa. Corrente 7 6 5 4 3 2 1 0 DIA 1. DIA 2 08:00. DIA 3. DIA 4. 09:00. DIA 5. 10:00. 11:00. DIA 6. DIA 7. 12:00. 13:00. DIA 8 14:00. DIA 9 15:00. DIA 10. DIA 11. 16:00. Na Figura 33 podemos ver mais claramente a relação entre potência elétrica e vazão, desse sistema. O gráfico mostra que a vazão é mais constante ao longo do dia do que a energia fornecida pela placa, tendo essa uma queda mais brusca com a diminuição da incidência de raios solares. Figura 33. Representação gráfica potência elétrica x vazão. Potência Elétrica x Vazão 100. 80 60 40 20 0 08:00. 09:00. 10:00. 11:00. 12:00. Potência Elétrica (W). 13:00. 14:00. 15:00. Vazão (L/10m). 16:00.

(40) 39. Por fim, analisando esses gráficos, encontramos algo incomum no dia 7, onde obtivemos um pico de tensão sem geração de corrente e bombeio de fluido. Isso deve-se a um problema de fiação encontrado na chave que liga a bomba, sendo corrigido e obtendo valores comuns a seguir. O valor da vazão as 10 horas da manhã pode ter sido alterado devido a coleta do segundo dia, onde ocorreram picos enormes das taxas de vazão, estes picos ainda estão sem respostas que motivem o ocorrido, já que a tensão e corrente se mantiveram normais. Outro ponto importante para ser citado é a baixa no funcionamento do sistema do último dia de ensaio. Esse fenômeno foi causado por um dia característico de verão, onde o dia começou ensolarado, mas ao longo do dia ocorreram pancadas de chuva. Algo muito interessante é que o sistema funcionou mesmo durante períodos de chuva, mostrando assim que a bomba opera entregando uma razoável quantidade de fluido bombeado, mesmo recebendo pouquíssima energia. Isso se deve, principalmente, ao fato do sistema ser montado com uma bomba de diafragma, a qual sua principal característica é a pouca variação da vazão com aumento da altura manométrica ou diminuição da energia fornecida. Quanto as perdas de carga temos que a vazão média as 8h é de 0,11 l/s, que tem velocidade média de 0,876 m/s, possui um Re=11128,147, se aproximando bastante do valor fornecido pelo fabricante e esperado. O cálculo de perda de carga deu igual a 7,39m de altura manométrica, sendo o esperado para esse caso. O menor valor de vazão obtido foi o das 15h, que teve em média vazão de 3,281 l/min, tendo uma perda de carga que se iguala a 2,88m, (o que na verdade se alterou foi a quantidade de massa bombeada e não a perda de carga, sendo esse dado usado apenas para efeito comparativo) expondo assim que o funcionamento do sistema é igual ao esperado pela curva da bomba somente entre 10h e 13h..

(41) 40. 6. CONCLUSÃO Utilizou-se um painel fotovoltaico policristalino, de potência nominal de 100 Watts, e uma bomba de diafragma a ele acoplado, constituinte de um sistema Neosolar comercialmente disponível, recém-adquirido. Através da metodologia desenvolvida nesta dissertação, verificou-se que: 1. Entre 10 e 13 horas, bombeou-se até 1.800±100 litros de água a uma altura manométrica de 7 metros de coluna d’água, constatando-se perda de eficiência progressiva, hora a hora, entre 11 e 17 horas. 2. A temperatura do painel fotovoltaico variou de 25 a 53oC, identificando-se os limites inferiores às 8h e 16h e o superior às 11h00. 3. A corrente elétrica gerada pelo painel fotovoltaico variou de 0,21 a 6,25 Ampères, identificando-se os limites inferiores às 9h e 16h e o superior às 11h00. 4. Às 16h00, mesmo estando o céu sem nuvens, o sistema PV de bombeamento de água já não conseguia mais bombear água, isso indica que o rendimento do sistema está mais relacionado ao ângulo de incidência dos raios solares. 5. No 11° dia de ensaio, mesmo com nuvens densas e ocorrência de chuvas, o sistema conseguiu funcionar, mostrando assim que funcionaria também em locais chuvosos. 6. Identificou-se que o superaquecimento do painel PV e não gera aumento da eficiência de bombeamento de água. 7. Ratificaram-se os resultados da temperatura do painel PV obtidos por SREEWIROTE e LEELAJINDAKRAIRERK, 2017, mas não se observou o mesmo para os valores da corrente e da tensão elétrica, atribuindo-se isto aos diferentes componentes eletroeletrônicos utilizados em ambos os sistemas..

(42) 41. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALIYA, Debbie The Failure Analysis Process: An Overview. In: ASM Handbook Failure Analysis and Prevention. vol. 11. 2002. ARRIBAS, J. e GONZALEZ, C. Optimal vector controlo f pumping and ventilation induction motor drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 49(Aug. 2002), pp. 889-895. ASM Handbook Failure Analysis and Prevention. vol. 11. 2002. CATON, Patrick Design of rural photovoltaic water pumping systems and the potential of manual array tracking for a West-African village. Solar Energy, 103(May 2014), pp. 288-302. CHEN, Xueming, LIN, Lin The Integration of Air and Rail Technologies: Shanghai's Hongqiao Integrated Transport Hub. Journal of Urban Technology, 23 (2016) Issue 2. ESRAM, T., CHAPMAN, P. Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22(June 2007), pp. 439-449. FOX, Robert W., Introdução à Mecânica dos Fluidos / Tradução da 6ª ed. americana, Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2006. GANDHI, B.K. Studies on Performance and Wear Characteristics of Centrifugal Slurry Pump Handling Concentrated Multi-sized Particulate Slurries. PhD Thesis. Indian Institute of Technology at Delhi, India, 1998. ISLAM, Rabiul, SARKER, Pejush Chandra, GHOSH, Subarto Kumar Prospect and advancement of solar irrigation in Bangladesh: A review. Renewable ans Sustainable Energy Reviews, 77 (2017), pp. 406-422. KELLNER, E., AKUTSU, J. e REIS, L. F. R. Avaliação da rugosidade relativa dos tubos de PVC com vistas ao dimensionamento das redes de distribuição de água. Eng Sanit Ambient, abr/jun 2016, v.21 n.2, pp. 347-355. ROUDNEV, A.S., BOURGEOIS, R.J. e KOSMICKI, R.J. Slurry pump casing wear prediction using numerical multi-phase flow simulation. ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting, 2009, pp. 513-523. SHAIKH, S.R., JAIN, A.M. A literature survey of Photovoltaic Water Pumping System. 2015 ICCICCT, International Conference on Control, Instrumentation, Communication and Computational Technology. IEEE, 2015. SHORT, T.D., MUELLER, M.A. Solar powered water pumps: problems, pitfalls and potential. International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, 2002. IEEE Xplore: 07 November 2002.

(43) 42. SREEWIROTE, B., LEELAJINDAKRAIRERK, M. Design and Development of Solar Water Pump. Proc. of 9th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS 2016). Chiba, Japan, Nov 3-16, 2016. Artigo disponibilizado no IEEE Xplore desde 02 feb 2017. TANZER, Aaron Determination and Classification of Damage. In: ASM Handbook Failure Analysis and Prevention. vol. 11. 2002. TARODIYA, Rahul, GANDHI, Bhupendra K. Hydraulic performance and erosive wear of centrifugal slurry pumps – A Review. Powder Technology, 305(2017) 27-38. VITORINO, M.; BELTRÃO de ROSSIER CORREA, M.; JACOBINA, C.; LIMA, A. An effective induction motor control for photovoltaic pumping. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58 (April 2011), pp. 1.162-1.170. WALKER, C.J. e GOULAS, A. Performance characteristics of centrifugal pumps when handling non-Newtonian homogeneous slurries. Proc. Instn. Mech. Eng. 198A (1) (1984), 41-49. WILSON, K.C., ADDIE, G.R. e CLIFT, R. Pumps. Elsevier Science, New York, 1992.. Slurry Transport Using Centrifugal.

(44) 43. ANEXOS. float vazao; //Variável para armazenar o valor em L/min float media=0; //Variável para tirar a média a cada 1 minuto int contaPulso; //Variável para a quantidade de pulsos int i=0; //Variável para contagem float leitura; float volts; //Armazenar o cálculo volatile byte pulseCount; float sensorValue = 0; float currentValue = 0; float voltsporUnidade = 0.0048875855327468; float ruido =0.00; float ovazao= 0; float total=0;. void setup() { Serial.begin(9600); //Inicia a serial com um baud rate de 9600. pinMode(2, INPUT); attachInterrupt(0, incpulso, RISING); //ConFigura o pino 2(Interrupção 0) para trabalhar como interrupção Serial.println("\n\nInicio\n\n"); //Imprime Inicio na serial }. void loop () { leitura = analogRead(A0); volts= ((leitura*0.00489)*5);.

(45) 44. // leitura input no analog pin 0:. //aqui a leitura é mostrada entre 0 e 1023 float sensorValue = analogRead(A1);. //podemos fazer transformações para mostrar em Amperes. //O código a seguir diz para o Arduino que o valor lido pelo sensor deve ser transformado de 0 a 1023 para -30 a +30.. float outputValue =-30 + (60*sensorValue)/1023; // mostrar valor lido pelo sensor:. contaPulso = 0; //Zera a variável para contar os giros por segundos sei();. //Habilita interrupção. delay (1000); //Aguarda 1 segundo cli();. //Desabilita interrupção. vazao = contaPulso / 5.5; //Converte para L/min ovazao= vazao/60; total=total + ovazao; media=media+vazao; //Soma a vazão para o calculo da media i++; if ((i%5)==1) { Serial.print(i); Serial.print(" "); Serial.print(vazao); Serial.print(" "); Serial.print(total); Serial.print(" ");.

(46) 45. Serial.print(volts); Serial.print(" "); Serial.print(outputValue); Serial.println(" ");. }. }. void incpulso () { contaPulso++; //Incrementa a variável de contagem dos pulsos.

(47)