Pesquisadores da Northwest A&F University da China desenvolveram um novo sistema de irrigação por gotejamento alimentado por solar fotovoltaica, que armazena energia na forma de ar comprimido. O uso de ar comprimido não apenas regula o desempenho do sistema, mas também garante uniformidade no fluxo de saída da irrigação e melhora o antientupimento dos tubos.
“Este modelo inovador de irrigação fotovoltaica aborda efetivamente as flutuações na saída fotovoltaica, que muitas vezes dificultam o fornecimento de energia estável e confiável para sistemas de irrigação por gotejamento. Além disso, os processos de armazenamento e liberação de energia geram uma pressão de água dinâmica pulsada que melhora o desempenho antientupimento dos sistemas de irrigação por gotejamento, ao mesmo tempo em que garante uniformidade na distribuição de água”, disse o autor correspondente Dr. Maosheng Ge à pv magazine. “Nossas descobertas indicam que recursos solares off-grid de pequena escala podem ser perfeitamente combinados com a tecnologia de irrigação por gotejamento por meio dessa abordagem direta.”
Para maximizar o equilíbrio entre água e energia do sistema, os pesquisadores utilizaram um tanque de pressão selado com uma mistura de ar e água. Esse tanque está localizado entre uma bomba e os tubos de gotejamento. O tanque é inicialmente preenchido com ar e, uma vez que a energia solar está disponível, a bomba empurra água para o tanque, comprimindo efetivamente o ar nele. Uma vez que uma certa pressão é atingida, uma válvula se abre, liberando a água armazenada em pulsos. Uma vez que a água é liberada, o ar se expande novamente, permitindo a repetição do ciclo.
“Durante o processo do ciclo, o volume de ar no tanque de pressão sofre expansão durante cada processo de irrigação por gotejamento de pulso, garantindo assim a consistência do tempo do jato de pulso e do fluxo de descarga”, disse o grupo. “Embora a saída do painel solar e o desempenho de elevação de água da bomba variem devido a variações na irradiação solar ou oclusão de nuvens durante diferentes períodos do dia, essas diferenças alteram apenas o tempo de elevação e injeção de água de cada período de pulso em diferentes horas do dia, sem afetar o processo do jato de pulso.”
Para testar o novo sistema, os cientistas construíram duas configurações experimentais em Yangling, China. Para a análise do desempenho hidráulico, eles usaram um painel fotovoltaico de 374 W que alimentava uma bomba de 16 L/min. A bomba conduzia água por um tubo central de 48 metros, ao qual oito tubos laterais eram conectados, cada um com seis metros de comprimento. Em cada bomba, seis emissores foram colocados, resultando em um total de 48 emissores em todo o sistema. Abaixo de cada um deles, um copo de medição foi colocado.
O segundo sistema experimental focou em desempenhos antientupimento. Para isso, água lamacenta com um teor de areia de 2 g/L estava fluindo em quatro fitas de gotejamento. Uma fita recebeu sua água diretamente do tanque de água contaminada usando uma bomba, enquanto as outras três tinham um tanque de pressão entre a bomba e a fita. Nas três últimas, o sistema usou a mesma técnica de pressão de água-ar da primeira configuração.
“O sistema opera no modo de irrigação por gotejamento de pulso cíclico intermitente, com a vazão do emissor variando como uma função de potência da pressão de pico para garantir uma uniformidade de vazão não inferior a 91,76%”, explicou o grupo. “Além disso, a pressão de pulso dinâmica gerada pelo sistema melhora significativamente o desempenho antientupimento do emissor. Durante os testes de entupimento intensificados, a deposição de sedimentos no tubo lateral foi reduzida em 78,95% – 93,36% em comparação com os sistemas de irrigação por gotejamento contínuo de pressão constante.”
Além disso, a equipe conduziu uma análise econômica do sistema, descobrindo que a implementação do sistema custará US$ 373,13, equivalente ao investimento inicial de US$ 103,84 na irrigação por gotejamento tradicional. No entanto, considerar apenas o consumo de energia operacional e os benefícios ambientais pode resultar em benefícios operacionais anuais de até US$ 19,41 por mu, que é a unidade tradicional chinesa de área terrestre, equivalente a aproximadamente 667 m2.
“O sistema oferece benefícios econômicos e ambientais substanciais sem aumentos significativos nos custos de investimento do sistema, ao mesmo tempo em que fornece energia limpa e prontamente disponível para operação eficiente de sistemas de irrigação por gotejamento, contribuindo assim positivamente para a segurança alimentar”, concluiu a equipe científica.
O sistema foi apresentado em “The incorporation of solar energy and compressed air into the energy supply system enhances the environmentally friendly and efficient operation of drip irrigation systems”, publicado em Agricultural Water Management.
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