ISSN 1678-0701
Número 59, Ano XV.
Março-Maio/2017.
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10/03/2017UTILIZAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS NO SISTEMA DE IRRIGAÇÃO EM UMA PLANTAÇÃO DE PIMENTA DO REINO EM IGARAPÉ-AÇÚ – PA.  
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UTILIZAÇÃO DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS NO SISTEMA DE IRRIGAÇÃO EM UMA PLANTAÇÃO DE PIMENTA DO REINO EM IGARAPÉ-AÇÚ – PA.

 

Priscilla Pinheiro Veloso¹, Juliana Cristina Ferreira de Lima²,Odivany de Jesus Moraes ³, Waleria da Silva Pinheiro 4 , KamilaSindy Pinheiro da Cruz5,Carolina da Rocha dos Santos 6, Raquel Oliveira da Silva 7, Aldalice Rodrigues Dias8 e Glívea Caroline da Silva Souza9

 

Orientador:Msc. Eng. Mecânica Francisco Xavier Lima da Silva

 

1.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: priscillaveloso22@gmail.com

2.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: pbaju12@outlook.com

3.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: odivanymoraes@gmail.com

4.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: waleriapinheiro@hotmail.com

5.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: kamilasindy@gmail.com

6.Graduanda em Engenharia Mecânica pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: rochacarolinacrs@gmail.com

7.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: o.sraquel@yahoo.com.br

8.Graduanda em Engenharia Mecânica pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: aldalice.rd@gmail.com

9.Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade da Amazônia (UNAMA),Brasil. Email: gliveacaroline@hotmail.com

 

 

 

RESUMO: A utilização dos módulosfotovoltaicosnos sistemas de irrigação é um processo novo na agricultura brasileira. No entanto, é indispensável propornovas formas sustentáveis de energia. A energia solar vem ganhando notoriedade em meio aos agricultores. Pois é um investimento de longo prazo, que traz benefícios duradouros além de ser uma alternativa para o consumo de combustíveis derivados do petróleo, recurso que se torna mais escassos a cada dia.

Este projeto discutirá a utilização da energia fotovoltaica nos sistemas de irrigação e bombeamento de água em uma plantação de pimenta do reino com uma medição de 5.640m2.

 

Palavras-chave: Energia, módulo fotovoltaico, irrigação.

 

 

ABSTRACT

The use of photovoltaic modules in irrigation systems is a new process in Brazilian agriculture. However, it is essential to propose new sustainable forms of energy. The Solar energy is gaining notoriety among farmers. For it is a long-term investment that brings enduring benefits as well as being an alternative to the consumption of petroleum-derived fuels, a resource that becomes scarcer every day.

This project will discuss the use of photovoltaic energy in the irrigation and water pumping systems in a pepper plantation of the kingdom with a measurement of 5.640.

 

1.INTRODUÇÃO

A procura por novas formas de energia não poluentes e renováveis levou a descoberta do efeito fotovoltaico pelo físico experimental francês Edimund Becquerel em 1839 e posteriormente ao advento da tecnologia das células fotovoltaicas. A tecnologia atual possibilita apenas 15%, em média e máxima de 30% da conversão de fótons em energia elétrica (VALLÊRA,2006).

Visto pelo lado do desenvolvimento social, a energia solar fotovoltaica desempenha um importante papel em áreas afastadas do grande centro. A geração de energia elétrica a partir da conversão direta da luz em eletricidade garante o suprimento de água e luz para regiões que não tem acesso à rede de distribuição. Por outro lado, um sistema solar fotovoltaico pode ser usado de forma complementar para garantir o suprimento de energia elétrica nas regiões rurais caso ocorra uma interrupção no fornecimento, ou então, como ferramenta para economizar com a conta de luz.

A energia solar é inesgotável e gratuita. Entretanto, os equipamentos que permitem seu aproveitamento, principalmente na conversão em energia elétrica ainda são caros e inacessíveis à maioria da população. Mas, com o aumento da produção e utilização desses equipamentos, o custo total das instalações tende a diminuir, e assim, poderá beneficiar de forma direta um número maior de pessoas.

A pimenta-do-reino é considerada a mais importante especiaria consumida no mundo e um dos principais produtos agrícolas da pauta de exportações do Estado do Pará. Apresenta grande importância sócio-econômica, como geradora de renda para famílias rurais. (Manual segurança e qualidade para a cultura da pimenta do reino Brasília

Desta forma, a energia fotovoltaica apresenta-se como uma alternativa promissora para irrigação no plantio da pimenta-do-reino por gotejamento. O uso do sistema de gotejamento consiste na aplicação da água de forma localizada na zona radicular sem atingir a parte aérea das plantas, minimizando a ocorrência de doenças.

Esse projeto será apresentado através de uma aplicação de um sistema fotovoltaico para bombeamento de água, sendo assim, utilizados para irrigaçãocomo forma de substituição do motor a diesel.

 

1.1 JUSTIFICATIVA

A presente proposta apresenta o aproveitamento da energia gerada pela luz solar, para utilização no sistema de irrigação, que hoje utiliza uma fonte de combustíveis fósseis.

Uma das razões para o crescente desenvolvimento e investimento em sistemas fotovoltaicos é a elevação do custo para a extração de petróleo, carvão e gás. Com o aumento dos custos dos combustíveis fósseis, os sistemas de geração fotovoltaica podem se tornar mais interessantes e competitivos em relação às outras formas de geração de energia. Do ponto de vista técnico, a manutenção de sistema fotovoltaico é reduzida, sendo necessária somente a limpeza periódica dos módulos e conexões, não causa um grande impacto nas construções a quais são instaladas e ainda é passível de armazenamento de energia elétrica em bancos de baterias. No Brasil, existem excelente condições de irradiação solar para propiciar o uso desse tipo de sistema fotovoltaico.

 

2.DESENVOLVIMENTO

Visando apresentar uma alternativa de energia sustentável, como a energia solarpara irrigação de uma plantação de pimenta do reino em uma fazenda localizada na zona rural do município de Igarapé-Açú, no estado do Pará, com uma área total de 56.400m², um sistema solar fotovoltaico é um meio viável efundamentalpara garantir uma reserva de energia elétrica.

O processo de irrigaçãona fazenda já existe, e é realizado com energia gerada através de motor movido a diesel (energia proveniente de combustíveis fósseis), esse método apenas é utilizado no período do verão amazônico.

O projeto de utilização dos módulos fotovoltaicos foi realizado para 10% (dez por cento) da área total da plantação, resultando em 5.640 m2.

Esse sistema será utilizado durante o período de estiagem e no verão, a estiagem geralmente acontece durante os meses de outubro e novembro. A quantidade de água necessária para suprir a plantação é equivalente a 1 L/m² por dia.Neste período de estiagem, são realizadas duas irrigações ao dia, a primeira às 06:00 horas e a segunda às 16:30horas, sendo estes os horários propícios para a irrigação, são necessários 6.000Litros/dia de água,

O sistema será composto por um kit de bombeamento solar contendo, uma bomba solar de superfície flutuante Shurflo 2088 12v, que será alimentado por 4 painéis solares fotovoltaicos Yingli Yl005p 17b 2/5 (55Wp) cada,resultando em uma potência de 220Wp, que fornece uma vazão de até 3.960Litros/dia, um controlador de carga Morningstar Tristar-45e uma bateria Ssunlab 115. O kit funciona mesmo com pequenas radiações solares.

Os painéis podem ser trocados para atingirem maiores alturas de recalque. O calculo foi feito considerando 5 horas por dia de sol pleno.

A energia gerada pelo arranjo fotovoltaico alimentará a motobomba e o seu excedente será armazenado pelo banco de baterias e poderá ser usado caso a energia gerada nos terminais dos painéis não seja suficiente para acionar a carga.A captação de água será feita diretamente de um rio que passa perto da área a ser irrigada.(Sá, 2010)

 

2.1 REFERENCIAL TEÓRICO

 

2.1.1Energia Solar

 

O Sol é responsável direto pela manutenção da vida em nosso planeta; e é a origem de todas as formas de energia conhecidas. É uma enorme bola de gases incandescentes com um volume de cerca de 1,3 milhões de vezes o volume do nosso planeta. A energia que a Terra recebe do Sol anualmente é estimada em 1.7x1017 W. Este número representa correspondente a - 12 - cerca de 1000 vezes o consumo mundial de energia em todas as formas conhecidas. Comparado a outras energias, o sol é uma fonte inesgotável de energia.

Segundo Ítalo Tiradentes (2006), pelo menos 30% de toda a radiação solar que atinge a nossa atmosfera e a superfície do planeta são refletidos ao espaço. Outros 47% aproximadamente são absorvidos pela atmosfera e pela superfície do planeta – continentes e oceano gerando variações de temperatura, sendo também devolvidos ao espaço. Assim, de toda a energia que o Sol transmite a Terra, apenas 23% vão efetivamente ser utilizados na geração de algum tipo de trabalho, atuando no clima, nos ventos, ondas, correntes e até no ciclo da água em todo o planeta. Finalmente, apenas 0,22% - cerca de 4,0x1010 kW, vão penetrar no sistema biológico terrestre, por fotossíntese; isto é uma conversão de energia solar em energia química nos organismos vivos.

Resumindo, a energia solar é qualquer tipo de captação de radiação proveniente do sol e posterior transformação em alguma forma utilizável pelo homem. É a fonte de quase todos os recursos energéticos da Terra. Existem diversas maneiras de se converter a energia solar e uma delas é através do efeito fotovoltaico que ocorre em dispositivos que são chamados de células fotovoltaicas.

A energia solar fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico), sendo a célula fotovoltaica, um dispositivo fabricado com material semicondutor, a unidade fundamental desse processo de conversão.

 

2.1.2 Módulo fotovoltaico

 

As centrais fotovoltaicas, dotadas de células fotovoltaicas capazes de transformar o calor do sol em corrente elétrica, representam uma das mais promissoras de energia solar.

A construção das células solares é a montagem de pastilhas de semicondutores constituídos de cristais de silício nos quais se introduzem impurezas ou dopantes (pequenas porcentagens de boros, que também pode ser denominado dopante tipo “p” ou arsênio – dopante tipo “n”). Estas “impurezas” criam na pastilha semicondutora regiões com características opostas: regiões do tipo “n”, onde há excesso de elétrons enquanto na região “p” apresentam-se lacunas que podem ser preenchidas por elétrons. A luz, ao atingir o cristal, provoca uma excitação nos elétrons que passam a se deslocar pelo semicondutor e assim resulta uma corrente elétrica (corrente contínua).

Ainda há muitas dificuldades para utilização desta tecnologia em larga escala. O primeiro deles é o alto custo dos equipamentos como: placas coletoras e sistemas de armazenamento; e banco de baterias. Outra dificuldade continua sendo a baixa eficiência dos sistemas de captação que apresentam perdas elevadas em forma de calor. A título de exemplo, uma instalação fotovoltaica para operação de um aquecedor elétrico de 500 W deve ter no mínimo 2,5 m2 de área de captação (área das células) com aproveitamento máximo da radiação solar.

Entre várias formas de tecnologia existentes para o bombeamento de água, a opção fotovoltaica se mostra uma das mais promissoras para o abastecimento da população sem acesso a rede elétrica convencional e localizada em zonas remotas. A energia fotovoltaica apresenta vantagens em vários aspectos, iniciando pelo fato de o recurso solar ocorrer, com mais ou menos abundancia, em todo o globo terrestre, sendo sua utilização uma questão solucionável mediante dimensionamento. (Fedrizzi, 2003)

Mesmo o custo das células fotovoltaicas serem, ainda hoje, um grande desafio para a indústria e o principal empecilho para a difusão dos sistemas em larga escala. No entanto, a tecnologia fotovoltaica está se tornando cada vez mais competitiva, em razão, tanto dos custos decrescentes, quanto dos custos crescentes das demais formas de produção de energia, inclusive em função de internalização de fatores que eram antigamente ignorados, como questão dos impactos ambientais. (Pinho; Galdino, 2014)

 

2.2  ANÁLISE DOSRESULTADOS

Esse sistema de irrigação consiste em bombear a água de um reservatório para o cultivo em uma plantação de pimenta do reino, com o uso da energia solar. Os resultados do uso do sistema fotovoltaico são:

a)    Bombeamento sem emitir ruídos ou poluição ao meio ambiente;

b)    O agricultor não está sujeito a aumento do preço da eletricidade;

c)    Melhoria na alimentação, qualidade de vida e saúde das famílias;

d)    Melhoria de renda dos proprietários de terra;

 

A tabela 1, apresentada uma estimativa do custo inicial do projeto.

EQUIPAMENTO

QUANTIDADE

TOTAL (R$)

KIT BOMBEAMENTO SOLAR + BOMBA SHURFLO 2088 12v

 1 BOMBA

4 PAINES SOLARES

1.384,08

BATERIASSUNLAB 115

1

249,00

CONTROLADORES DE CARGA MORNINGSTAR TRISTAR-45

1

846,00

 

2.477,08

 

 

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

 

A utilização de placas fotovoltaicas no sistema de irrigação é uma alternativa viável para o desenvolvimento das plantações de pimentas, pois, a radiação solar disponível durante o dia gerar energiasuficiente para abastecer o campo a ser irrigado. É um investimento em longo prazo para os agricultores, porem, traz benefícios duráveis. Os módulos fotovoltaicos dispensam o uso de rede de energia elétrica e melhora a qualidade de vida da população.

 

REFERÊNCIAS

VALLÊRA, A. M. 2006, gazeta. Acesso em 10 de Abril de 2011, disponível em solar.fc.ul.pt: www.solar.fc.ul.pt/gazeta2006.pdf

Fedrizzi, M. Cristina; Sistemas Fotovoltaicos de abastecimento de Água para uso comunitário: Lições apreendidas e Procedimentos para Potencializar sua difusão. 2003. 174pg. Tese (Título de Doutorado em Energia) – Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo.

 

Pinho, T. João; Galdino,    M. Antonio. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos .530 pg. Grupo de Trabalho de Energia Solar- GTES. Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sergio da Silva Brito- CRESESB. Rio de Janeiro, RJ. 2014

 

Sá, A.P. Daniel; Sistemas Fotovoltaicos para abastecimento de água. Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro. 56pg.Rio de Janeiro- RJ. 2010.

 



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