hora local, para la bomba de diafragma.
En la Tabla 6.1 se presentan los datos de los umbrales de irradiación de las curvas de la Figura6.24.
Como se ha visto en el Capítulo 5, el umbral o nivel crítico de irradiación corresponde a un valor mínimo por debajo del cual no se produce ningún bombeo. En este caso, el umbral de irradiación inicial corresponde al mínimo nivel de irradiación para iniciar el bombeo, así como el umbral de irradiación final corresponde al nivel mínimo, cuando termina el bombeo.
TABLA 6.1
DATOS DE LOS UMBRALES DE IRRADIACIÓN DE LAS CURVAS DE LA FIGURA 6.24 Umbral de irradiación ALTURA mca INICIAL FINAL HORA W/m2 HORA W/m2 16,30 08:40 430 16:16 341 20,60 09:16 627 16:26 331
La Figura 6.25 muestra las curvas de la irradiación y caudal en función de la hora local para la bomba centrífuga. En este caso, se analizan las situaciones de bombeo, en dos días, para alturas de 3,80 y 5,40 mca, respectivamente. Se observa que el cierre de la válvula de control del caudal, que se traduce en el aumento de la altura, causa una disminución significativa en el caudal suministrado por la bomba.
Figura 6.25 - Curvas de irradiación G y caudal Q, como una función de la hora local, para la bomba centrífuga.
En la Tabla 6.2 se presentan los datos de los umbrales de irradiación de las curvas de la Figura6.25.
TABLA 6.2
DATOS DE LOS UMBRALES DE IRRADIACIÓN DE LAS CURVAS DE LA FIGURA 6.25 Umbral de irradiación ALTURA mca INICIAL FINAL HORA W/m2 HORA W/m2 3,80 09:13 550 16:20 300 5,40 08:44 480 16:22 370
En un sistema de bombeo, la máxima eficiencia del conjunto motor y bomba se produce con la bomba que opera con una determinada velocidad, suministrando un determinado caudal para una altura especifica. Las condiciones para maximizar la eficiencia del conjunto motor y bomba o minimización de las pérdidas se asocian con las eficiencias de los diversos componentes, es decir, cada componente debe estar operando cerca del punto de su máxima eficiencia. Cuando esto ocurre, el sistema está bien equilibrado.
La eficiencia del conjunto motor y bomba se calcula como resultado de dividir la potencia hidráulica por la potencia eléctrica. Este cálculo se hace por medio de la ecuación 3.7.Cuando la eficiencia es calculada para un determinado momento de la operación, se llama eficiencia instantánea.
La Figura 6.26 muestra las curvas de las eficiencias de los conjuntos motores y bombas en función de la hora local, para las dos bombas y en diferentes alturas. Se observa que para la bomba centrífuga las mejores eficiencias se producen para la menor altura, mientras que para la bomba de diafragma las mejores eficiencias se producen para las mayores alturas. Para ambas bombas, las máximas eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas se producen alrededor del mediodía, hora en que la incidencia de radiación en el plano de los módulos fotovoltaicos es mayor. Mediante la comparación de las diferencias entre las eficiencias máximas alcanzadas por cada una de las bombas, en las diferentes alturas, se verifica que la diferencia es pequeña para la bomba de diafragma, del orden del 3%,mientras que esa diferencia es mayor para la bomba centrífuga, del orden del 16%.
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Figura 6.26 - Curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas, en función de la hora local, para las dos bombas en
diferentes alturas.
La Figura 6.27 muestra las curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas en función de la irradiación, para las dos bombas y en diferentes alturas. Se observa que para ambos conjuntos, a cualquier altura, el aumento de la irradiación corresponde a un aumento en las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas. Para el conjunto motor y bomba de diafragma, la variación de la eficiencia instantánea en la misma irradiación incidente y para diferentes alturas es menor que para el conjunto motor y bomba centrífuga.
Figura 6.27 - Curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas, en función de la irradiación, para las dos bombas a diferentes alturas.
En la Figura 6.28 los puntos de las curvas han sido reemplazados por sus respectivas líneas de tendencias. Para efectos puramente ilustrativos, las variaciones en las eficiencias se destacan por zonas coloreadas.
Figura 6.28 - Áreas representantes de las eficiencias instantáneas de los motores y bombas en función de la irradiación, para las dos bombas a
diferentes alturas.
La Figura 6.29 muestra las curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas en función de la altura, para las dos bombas en diferentes momentos o aberturas de la válvula de control del caudal. Se observa que para la bomba de diafragma, la eficiencia instantánea del conjunto motor y bomba depende de la altura desarrollada. Para la bomba centrífuga, las eficiencias instantáneas experimentan cambios significativos con la variación de la altura. Aún para la bomba centrífuga, las mejores eficiencias se verifican para la menor altura. El intervalo de variación de la altura es mayor para la bomba de diafragma que para la bomba centrífuga.
Figura 6.29 – Curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas en función de la altura, para las dos bombas a diferentes
alturas.
La Figura 6.30 muestra las curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas en función del caudal desarrollado, para las dos bombas, a diferentes alturas. Se verifica que la bomba centrífuga presenta una mejor eficiencia para una menor altura, mientras que la bomba de diafragma presenta su mejor eficiencia en la mayor altura.
En la bomba centrífuga, el caudal es altamente dependiente de la altura, es decir, cuanto mayor es la altura, menor será el caudal. En la bomba de diafragma, el caudal es poco dependiente de la altura desarrollada, es decir, los caudales poco varían con el cambio de la altura.
Figura 6.30 – Curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas, en función del caudal, para las dos bombas a diferentes
alturas.
La Figura 6.31 muestra las curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos de motores y bombas en función de la potencia, a diferentes alturas. Las eficiencias instantáneas verificadas son independientes de la potencia requerida, pero sí de la altura.
Figura 6.31 - Curvas de las eficiencias instantáneas de los conjuntos motores y bombas en función de la potencia, para las dos bombas a
diferentes alturas.
La eficiencia instantánea de la conversión fotovoltaica se define como el cociente entre la potencia eléctrica instantánea y la irradiación instantánea incidente en el generador fotovoltaico.
La potencia eléctrica instantánea, Pote se calcula por la ecuación 3.5.
La Irradiación instantánea incidente en el generador fotovoltaico Ggf se obtiene por:
𝐺𝑔𝑓 = 𝐴𝑔. 𝐺 (6.1)
Donde:
𝐺: Irradiación solar.
El cálculo de la eficiencia instantánea de la conversión fotovoltaica se obtiene por:
𝜂𝑓𝑣 =𝑃𝑜𝑡𝑒 𝐺𝑔𝑓
(6.2)
La Figura 6.32 muestra las curvas de la eficiencia instantánea de la conversión fotovoltaica en función del tiempo local, para las dos bombas y en diferentes alturas.
Figura 6:32 – Curvas de la eficiencia instantánea de la conversión fotovoltaica en función del tiempo local, para las dos bombas a diferentes
alturas.
La eficiencia diaria de la conversión fotovoltaica se define como el cociente entre la energía eléctrica diaria y la energía radiante diaria recibida en el generador fotovoltaico.
La energía eléctrica diaria Eed, J, se obtiene a través de la integración de la
potencia eléctrica instantánea Pote, a lo largo del tiempo t, es decir:
𝐸𝑒𝑑 = ∫ 𝑃𝑜𝑡𝑒. 𝑑𝑡 𝑑𝑖𝑎
(6.3)
La energía radiante diaria recibida por el generador fotovoltaico Edgf se obtiene por
medio de la integración de la irradiación instantánea incidente en el plano del arreglo fotovoltaico G, a lo largo del tiempo t, multiplicado por el área del generador de Ag, es decir:
𝐸𝑑𝑔𝑓 = 𝐴𝑔 ∫ 𝐺. 𝑑𝑡
𝑑𝑖𝑎
(6.4)
El cálculo de la eficiencia diaria de la conversión fotovoltaica se realiza del siguiente modo:
𝜂𝑓𝑣𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 = 𝐸𝑒𝑑 𝐸𝑑𝑔𝑓
(6.5)
Las Ecuaciones 6.3, 6.4, 6.6 y 6.7 se han resuelto con la ayuda de la fórmula de los trapecios.
Los valores de las alturas, la eficiencia de la conversión fotovoltaica, las instantáneas máximas y diarias, así como de la energía solar diaria recibida en el plano de los arreglos fotovoltaicos, están registrados en la Tabla 6.3.
TABLA 6.3
EFICIENCIA DE LA CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA Y ENERGÍA SOLAR