Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaico

Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos 95 reduzida. Entretanto, os dispositivos eletrônicos que compõem os motores CC sem escovas, são possíveis fontes de defeitos e, por isso, devem ser projetados para alta confiabilidade em ambiente severos.

Aplicação dos motores CC

Para poços rasos e outras fontes superficiais de água, o motor e a bomba são combinados em uma única unidade (grupo moto-bomba), que pode flutuar na água. Nestes casos, geralmente o motor, alimentado por corrente contínua, possibilita a conexão direta com os arranjos fotovoltaicos. Além disso, não utilizandose motores com escovas (operação por comutação eletrônica), aumenta-se a confiabilidade e exige-se pouca manutenção. Um sistema de tamanho médio pode bombear cerca de 100 m3 por dia para uma altura manométrica de 4 metros.

5.3.2.2- Motores CA

Os motores CA adicionam complexidade ao sistema, pois exigem a inclusão de um inversor para transformar a corrente contínua, gerada pelo arranjo fotovoltaico, em corrente alternada, além de causar pequenas perdas de energia. Entretanto, possuem a vantagem de ter preços mais baixos e estão mais facilmente disponíveis no mercado.

Motores CA são geralmente melhores quando a aplicação necessita de potência acima de 10 HP (7500

Watts), embora alguns fabricantes recomendem o uso de motores CA para todas as faixas de potência.

Há inversores que podem aceitar uma extensa faixa de tensões, produzida pelo arranjo fotovoltaico, e serem conectados diretamente a um motor CA, sem o uso de baterias. Atualmente, encontram-se no mercado sistemas de bombeamento solares que utilizam um inversor especial para operar um motor CA, trifásico, acoplado diretamente ao arranjo. Os inversores podem usar, ainda, um controle seguidor do ponto de máxima potência, para otimizar o funcionamento do sistema.

Aplicação dos motores CA

Os motores CA são, geralmente, utilizados em Sistemas Fotovoltaicos de bombeamento de água submersos, adequados para grandes profundidades. Em sistemas projetados para poços profundos, o conjunto motobomba é colocado no interior do poço (submerso na água). O motor é de indução (corrente alternada) acionado por um inversor, especialmente projetado para dar partida no motor e possuir freqüência variável para “casar” a tensão de saída do arranjo com a carga do motor. Pelo fato do inversor estar combinado à bomba, geralmente alcançam eficiências superiores a 90%. Um sistema de tamanho médio pode bombear cerca de 20 m3 por dia através de uma altura manométrica de 30 metros.

5.4- Proteção Catódica

Sistemas Fotovoltaicos podem ser usados para proteção catódica de forma a impedir corrosão nas estruturas de metal enterradas. A corrosão dos metais ocorre devido a um processo de oxidação que desencadeia uma reação química e faz com que os elétrons fluam do metal para o eletrólito.

Nas situações práticas, o eletrólito é a água existente no solo, que possui impurezas e geralmente é ácida ou salgada. Pelo fato da densidade do eletrólito variar sazonalmente e, em alguns casos, até mesmo, diariamente, os projetos de sistemas para proteção catódica, tornam-se bastante complexos.

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A maioria dos metais corroem facilmente quando são colocados em ambientes úmidos. As únicas exceções são os metais nobres, tais como o ouro, que reagem somente quando estão em uma solução fortemente

ácida. Entretanto, os materiais que possuem ferro em sua composição estão sujeitos à corrosão.

O conceito básico da proteção catódica é simples, ou seja, se a perda de elétrons de um metal que está enterrado puder ser impedida, não haverá corrosão. Existem, basicamente, duas técnicas para interromper o fluxo dos elétrons. A primeira delas, utiliza uma fonte de energia externa que irá aplicar, entre o metal a ser protegido e o eletrólito, uma tensão ligeiramente maior do que o potencial de oxidação. A segunda técnica consiste em enterrar um metal com maior tendência a corroer do que o metal a ser protegido.

Neste caso, o anodo de sacrifício, geralmente de magnésio ou zinco, corroerá e protegerá o outro metal.

Entre estas duas técnicas de controle da corrosão, a mais eficaz é aplicar uma corrente, utilizando uma fonte de energia externa. Ela é quase sempre utilizada quando existe uma fonte de energia disponível no local.

O método do anodo de sacrifício não necessita de uma fonte de tensão externa. Entretanto, para sua eficácia, o material do anodo de sacrifício deverá corroer facilmente, reduzindo o potencial de oxidação entre o metal a ser protegido e o eletrólito. O anodo de sacrifício perde eficácia quando corrói e, por isso, possui vida limitada e deve ser substituído periodicamente.

No outro método onde uma fonte de energia externa de baixa tensão CC, é utilizada para “vencer” o potencial galvânico entre o metal enterrado e o anodo, um ou mais anodos são enterrados na proximidade e a fonte de tensão externa é conectada entre estes anodos e o metal a ser protegido. O anodo é feito de um material inerte, tal como o grafite, ferro com alta liga de silício ou um dos metais nobres (embora estes

últimos não sejam muito utilizados, devido ao seu alto custo).

Para minimizar ou interromper o movimento dos elétrons, que fluem do metal para o eletrólito, podem ser utilizados Sistemas Fotovoltaicos que fornecem a tensão necessária para reverter o fluxo de corrente, que passa a ser do anodo para o metal a ser protegido. Deve-se projetar um sistema que forneça uma corrente maior ou igual a corrente que causa a corrosão. Correntes excessivas devem ser evitadas pois elas podem resultar na formação de bolhas no revestimento que protege o metal. A corrente necessária dependerá de muitos fatores tais como: tipo de metal, área do metal em contato com o eletrólito (superfície exposta do metal), composição do eletrólito, eficácia do revestimento do metal, efeito da polarização, características do solo onde o metal está enterrado (resistividade), forma da superfície do metal (cilíndrica, plana), tipo e tamanho do anodo utilizado.

A tensão a ser aplicada pelo sistema depende da corrente necessária e da resistência total do circuito de proteção catódica. A corrosão começa na superfície exposta do metal e gradativamente penetra no mesmo.

A corrente necessária para proteger a superfície exposta do metal poderá ser reduzida, se o metal for revestido por uma camada protetora, antes da sua instalação.

A corrosão está inversamente relacionada com a resistividade do solo. Assim, em solos com pequena resistividade, o problema da corrosão pode ser crítico. Por outro lado, em solos com elevada resistividade, a corrosão é bastante reduzida e, portanto, a corrente necessária para a proteção catódica será baixa.

Entretanto, não é simples estimar a resistividade do solo. Em geral, solos secos e arenosos possuem maiores resistividades do que pântanos de água salgada. A resistividade do solo muda consideravelmente com as diferentes características do terreno, tais como: textura, composição orgânica, localização, profundidade etc.

Por isso, ao especificar um sistema para proteção catódica, necessita-se de muitos dados sobre as características do terreno. Recomenda-se fazer alguns testes, usando um anodo temporário e um gerador