Bomba solar para el sudeste asiático: los 10 metros que añades tú mismo

La respuesta corta: en el sudeste asiático el sol no es el problema y el agua suele estar poco profunda. El sudeste asiático recibe de 4.1 a 6.7 kWh/m2/day según el mes y la isla, más que suficiente para bombear, y las aguas subterráneas de las llanuras arroceras están a menudo a solo 5 a 15 m de profundidad. Lo que realmente rompe los sistemas aquí es la altura manométrica que tú mismo añades: dónde colocas la bomba, cuánta manguera tiendas, hasta qué altura empujas el agua, más el mes de la temporada de lluvias en que el sol cae y la sal costera. Baja esa altura y necesitarás una bomba más pequeña y más barata de lo que esperabas.

Envío equipos a Filipinas e Indonesia con regularidad, y el patrón de fallo es el opuesto al de África. En África el agua está honda y la bomba tiene que esforzarse. Aquí el agua es fácil y el comprador aun así se queda sin agua, porque una bomba de baja altura manométrica apenas tiene presión de reserva y cada metro que añades sale directamente del caudal.

Por qué el sudeste asiático es un problema distinto de África

Los compradores a menudo suponen que los dos mercados son iguales porque ambos son calurosos y ambos son tropicales. No lo son.

Lee con cuidado la cuarta fila. La geografía archipielágica es por qué el bombeo solar tiene aquí más sentido que casi en cualquier otro lugar: tender una línea de distribución hasta una isla pequeña o un barangay remoto cuesta más de lo que la bomba ahorrará jamás, y el diésel tiene que sobrevivir a un viaje en barco. Alrededor del 20 percent de los filipinos sigue viviendo sin acceso fiable a la red, sobre todo en las islas más pequeñas y en las tierras altas.

El mes que te sorprende es el de la temporada de lluvias, no el seco

Esto es exactamente lo opuesto al problema africano que escribí en la guía de África, y es por lo que no puedes reutilizar una plantilla.

Aquí tienes datos mensuales reales de la climatología NASA POWER, radiación solar media diaria en una superficie horizontal en kWh/m2/day:

Radiación solar media diaria en una superficie horizontal, kWh/m2/day, climatología NASA POWER.

Dos cosas destacan, y ninguna es obvia en un folleto de marketing.

Primero, la media anual no es el peligro. Manila promedia 5.10 y nunca baja de 4.15. Esa es una oscilación pequeña comparada con Nairobi cayendo 41 percent, y significa que la media anual es un punto de partida mucho más seguro aquí que en el este de África.

Segundo, el peor mes no es el que imaginarías. Mira Manila: el punto más bajo es diciembre con 4.15, con agosto muy cerca a 4.35. En Nueva Ecija es agosto con 4.27, el corazón del monzón del suroeste y el pico de la temporada de tifones. Cebu toca fondo en diciembre con 4.06. El suelo de Yakarta es febrero con 4.39.

Ahora pon eso junto al calendario del cultivo. El arroz de regadío en Asia necesita de 1,300 a 1,500 mm de agua por temporada, y según el IRRI, solo la preparación de la tierra - remojo y embasadura - puede consumir hasta un tercio del requerimiento total de agua. En gran parte de Filipinas el arroz de la temporada de lluvias se trasplanta en junio y julio y llega a la espigadura en agosto y septiembre. Así que el valle de sol y el pico de agua no están holgadamente separados como en un clima templado con invierno y verano. Pueden caer en el mismo mes.

Ese es el caso de diseño para una explotación arrocera del sudeste asiático, y casi nadie dimensiona para él. Dimensiona la bomba para un periodo seco en la semana de la espigadura, con el 4.27 de Nueva Ecija, no para la media anual de 5.08.

La degradación también es real aquí, pero por un motivo distinto

Los paneles pierden rendimiento al calentarse, aproximadamente 0.35 percent de tensión por grado por encima de 25 C, y un panel a pleno sol en los trópicos trabaja a 60-65 C. Añade humedad, polvo de caminos sin pavimentar y pérdidas del controlador, y la relación de rendimiento práctica es 0.75 a 0.80. Yo uso 0.78 aquí también.

Las horas de bombeo a caudal completo efectivas equivalen aproximadamente a GHI en kWh/m2/day x 0.78.

Para Nueva Ecija en agosto eso da 4.27 x 0.78 = 3.3 horas. En abril da 6.39 x 0.78 = 5.0 horas. Mismo conjunto de paneles, misma bomba, una diferencia del 50 percent en la producción entre los dos meses, y el mes mejor es el que probablemente usarías para diseñar si dimensionas sobre la media anual.

Los 10 metros que añades tú mismo

Esto es lo más útil de toda la página, así que léelo dos veces.

El agua poco profunda y la baja altura manométrica es el lugar más barato del mundo para bombear. También es donde los compradores cometen el error más caro, porque una bomba de baja altura está diseñada para caudal, no para presión. Apenas tiene altura de reserva, así que cada metro que añades sale directamente de tu caudal.

La mayoría supone que la relación es suave. No lo es. Aquí tienes la curva medida publicada de una de nuestras bombas de superficie reales, la DLP15-14-48-500, una unidad de 500 W y 48 V con un caudal nominal de 15 m3/h y una altura máxima de 14 m. Esta curva pertenece a ese único modelo, así que cada punto de abajo se le atribuye a él:

Mira las dos últimas filas. A 13 m esta bomba entrega absolutamente nada, porque su altura máxima es 14 m. El «15 m3/h» nominal es real, pero solo existe con una altura casi cero.

Ahora mira la forma de la curva entre 4 m y 10 m. Pierde más de la mitad de su caudal en 6 metros. Seis metros no es una gran distancia. Es un pequeño terraplén, una plataforma de bomba algo elevada, un tramo más largo de manguera insuficiente, o una boquilla que instalaste para ganar presión.

De dónde vienen esos metros, y cómo recuperarlos:

• Montar la bomba por encima del agua en lugar de a su nivel. Cada metro de aspiración te cuesta caudal. Pon la bomba en la orilla a la altura del agua, no encima del terraplén.
• Manguera de impulsión insuficiente. Los tramos largos de manguera estrecha suman altura por rozamiento rápidamente. Usa de 2 pulgadas o 3 pulgadas en una bomba de superficie, y mantén el tramo tan corto como permita la parcela. Nuestra cifra estándar de planificación es de unas 10 m de tubería por 1 m de altura, así que 30 m de manguera te cuestan 3 m.
• Empujar el agua hacia arriba hasta un tanque en lugar de al campo. Cada metro de altura del tanque es un metro de altura manométrica. Si quieres llenar un tanque, llénalo desde la acequia del campo, o acepta que el tanque es otro trabajo distinto.
• Un aspersor o una boquilla. Los aspersores necesitan presión, y la presión es exactamente lo que esta clase de bomba no puede dar. Si necesitas presión de rociado, sube a un modelo de mayor altura y acepta menor caudal.

La regla que doy a cada comprador en Filipinas: mantén la altura manométrica total por debajo de 8 m en una bomba de superficie, y compra la manguera más gruesa que puedas permitirte. La bomba es barata; el caudal es lo que realmente estás comprando. El método completo para sumarlo todo está en cómo calcular la altura manométrica total, y si quieres ver lo que te dice una curva, lee cómo leer una curva de bomba.

Lo que realmente necesita una parcela de arroz

El arroz es una planta semiacuática y es genuinamente sedienta de agua, así que los volúmenes aquí son mucho mayores que los de una superficie equivalente de hortalizas. Las cifras útiles proceden del IRRI, el Instituto Internacional de Investigación del Arroz:

• El aporte total de agua por temporada para el arroz de regadío en Asia es típicamente de 1,300 a 1,500 mm, desde tan solo 400 mm en arcillas pesadas con nivel freático poco profundo hasta más de 2,000 mm en suelos arenosos gruesos.
• La preparación de la tierra puede consumir hasta un tercio del total. El remojo y la embasadura se concentran al principio y ocurren en una ventana corta, lo que la convierte en el periodo de demanda máxima, no en la media.
• Tras el trasplante, la lámina encharcada debe empezar en torno a 3 cm, subir a 5-10 cm a medida que crecen las plantas, y mantenerse así hasta que la parcela se drena 7-10 días antes de la cosecha.
• Desde la espigadura hasta el final de la floración, el agua debe mantenerse en torno a 5 cm en todo momento. Esta etapa es muy sensible a la escasez, y la escasez aquí cuesta cosecha por esterilidad de las espiguillas.
• Una parcela sin nivelar necesita 80-100 mm de agua extra solo para lograr una cobertura uniforme, lo que es aproximadamente 10 percent de todo el requerimiento estacional. Nivelar es una decisión de bombeo, no solo agronómica.

De aquí se siguen dos conclusiones, y son la razón por la que el arroz y el bombeo solar encajan tan bien.

Primero, necesitas volumen, no presión. Un encharcado de 5-10 cm es una altura muy baja. Ese es exactamente el régimen donde una bomba solar de superficie es eficiente y barata.

Segundo, tu día crítico es un periodo seco durante la espigadura, no el día medio de la temporada. Ese es el día para el que debes dimensionar, y cae en agosto en Luzón.

Si además tienes un sistema de goteo en un bloque de hortalizas junto a la parcela de arroz, observa que los dos regímenes tiran en direcciones opuestas: el goteo quiere presión y filtración, la parcela quiere volumen con casi nada de altura. Una sola bomba rara vez hace bien las dos cosas.

Ejemplo resuelto: 0.5 ha de arroz, Nueva Ecija

Un caso real, resuelto como yo lo presupuestaría de verdad.

El terreno. 0.5 ha (5,000 m2) de arroz de la temporada de lluvias en Nueva Ecija. Un pozo poco profundo con la superficie del agua 1.5 m por debajo de la plataforma de la bomba, y la acequia del campo 1.5 m por encima. 30 m de manguera de impulsión de 2 pulgadas.

Altura. 1.5 (aspiración) + 1.5 (acequia del campo) + 3 (30 m de manguera, a nuestras 10 m estándar por 1 m) = 6 m de altura manométrica total.

Peor caso. Un periodo seco durante la espigadura en agosto: 4.27 x 0.78 = 3.3 horas efectivas.

Volúmenes. A 8 mm/día netos para la parcela, 0.5 ha necesita 40 m3/día. Junto el mes del valle de sol y la demanda máxima y dimensiono la bomba para 40 m3/día.

Punto de trabajo. 40 / 3.3 = 12.1 m3/h a 6 m.

Bomba. Una bomba de superficie nominal de 15 m3/h parece adecuada, pero su caudal real a 6 m está más cerca de 10 m3/h, lo que da solo 33 m3/día. Así que sube un modelo. La DCPM21-14-72-750 tiene un caudal nominal de 21 m3/h a 14 m de altura máxima con 750 W a 72 V, y en un punto de trabajo de 6 m le queda margen real. Esa es la respuesta honesta: la cifra de altura, no la de caudal, decide qué bomba puedes usar.

Paneles. 750 W x 1.3 = 975 W mínimo, así dos paneles de 550 W, 1,100 W. Ajusta el string a la ventana del controlador; el método está en cuántos paneles solares necesita una bomba de agua.

Almacenamiento. 40 m3/día x 1.5 = un embalse de 60 m3. En arroz a menudo puedes usar un embalse de campo o una canal en lugar de un tanque de acero, lo que es mucho más barato.

Qué pasa si te equivocas de altura. Supón que montas la misma bomba encima del terraplén, 4 m más alto, y tiendes 60 m de manguera insuficiente en lugar de 30 m de 2 pulgadas. Tu altura pasa de 6 m a unos 14 m. El caudal no cae un tercio; en una curva de esta forma colapsa hacia el punto de cierre y puede bajar más de la mitad. El agricultor concluye que el solar no es fiable. La bomba estaba bien. Cuatro metros de elevación y 30 metros de manguera fueron todo el problema.

Si quieres usar tus propios números en lugar de los míos, introduce tu nivel del agua, tu aspiración y la longitud de manguera en la herramienta de dimensionado y ella calculará la altura y el modelo para ti.

Sal, óxido y tifones: las tres cosas que acaban con los sistemas antes de tiempo

El diseño eléctrico en el sudeste asiático es fácil. El entorno no lo es.

Sal. Filipinas tiene 36,000 km de costa y el archipiélago se sitúa en una atmósfera que corroe el metal agresivamente. Según ISO 9223 e ISO 12944-2, las categorías de corrosividad van de C1 hasta C5-M para zonas costeras y marinas con alta salinidad, y C5-M significa una pérdida de espesor del acero de 80 a 200 micrones solo en el primer año. Luego lee la advertencia que lleva la propia norma: en zonas costeras cálidas y húmedas, las pérdidas pueden superar incluso C5-M. Ese es precisamente el lugar donde construyes.

La respuesta práctica no es comprar una versión «costera» de la misma cosa. Es cambiar los materiales:

• Estructura del conjunto: aluminio anodizado en lugar de acero pintado. Donde debas usar acero, usa galvanizado en caliente y acepta que el cinc es un consumible que habrá que reemplazar en la costa.
• Fijaciones: acero inoxidable 316, no 304 y nunca galvanizado simple. Un perno oxidado es cómo un panel se sale de la estructura en la primera tormenta. Si manejas agua en un entorno marino ya conoces este compromiso; es el mismo que se trata en impulsor de plástico vs acero inoxidable.
• Cable y terminaciones: cable con resistencia a los rayos UV, y prensaestopas o cajas de conexión que sean realmente IP65 y no solo que se vendan así. El fallo de campo más común que veo en sitios costeros es agua en el controlador.
• Impulsor: si el pozo es salobre - y muchos pozos costeros poco profundos en Indonesia y las islas filipinas lo son - usa acero inoxidable. El plástico está bien en agua dulce limpia y es una mala elección con cualquier cosa salada. El agua salobre también cambia tu método de riego, así que analiza el agua antes de comprar, no después.

Tifones. Unos 20 ciclones tropicales entran cada año en el área de responsabilidad filipina y de ocho a nueve tocan tierra. Esta es una entrada de diseño habitual, no un evento raro. La bomba suele estar a salvo, honda en el pozo y desconectada. El conjunto de paneles es la parte vulnerable, porque los paneles son grandes, ligeros y parecidos a una vela.

Diseña para que se pueda quitar, no para que resista:

• Elige una inclinación de montaje que puedas dejar casi plana en una hora.
• Usa pernos de liberación rápida para que los paneles se puedan apilar y guardar antes de la llegada a tierra. Los paneles que se pueden quitar se quitarán; los paneles atornillados permanentemente a un techo alto se perderán.
• Nunca montes el conjunto en un techo alto. La velocidad del viento sube bruscamente con la altura, y un conjunto en el techo también pone la parte más frágil del sistema en el lugar menos accesible.
• Prefiere el montaje en el suelo a 10-15 grados. Cerca del ecuador la penalización de rendimiento por una inclinación baja es pequeña, la lluvia sigue limpiando el cristal sola, y la estructura es fácil de alcanzar.

Polvo y suciedad. Aquí no es polvo de desierto, sino polvo de caminos sin pavimentar y ceniza volcánica en las Bisayas y Luzón. Un conjunto muy sucio pierde de 10 a 20 percent de su producción, y para un agricultor un conjunto sucio se ve exactamente igual que una bomba rota. Planifica un aclarado mensual y ponlo en la rutina de mantenimiento.

Algas, arena y agua lenta: proteger una bomba de agua poco profunda

El agua poco profunda, cálida y soleada es un problema distinto del agua de un pozo profundo, y ataca a una parte distinta del sistema.

• Algas y malas hierbas. El agua superficial cría cosas. Un filtro de aspiración o un pre-filtro de entrada es obligatorio, y en un sistema de goteo o aspersión el filtro no es una opción, es un componente. La lógica de diseño está en diseñar un sistema de riego solar por goteo.
• Arena y limo. El agua de río y de canal arrastra partículas abrasivas, y un impulsor de plástico bombeando arena no durará. La mecánica de esto está en bombas solares en pozos arenosos. Si tu fuente es un río o un pozo forrado de arena, los impulsores de acero inoxidable son la especificación, no una mejora.
• Bloqueos de aire. Una bomba de superficie que pierde su cebado no se recupera sola cuando vuelve el sol. Instala una válvula de pie, mantén la línea de aspiración estanca y corta, y mantén la bomba lo más cerca posible del nivel del agua según lo permita el diseño.
• Una altura baja y estable vence a una altura alta siempre. Si puedes disponer el terreno para que el agua tenga la distancia más corta posible que recorrer, puedes comprar una bomba más pequeña, un conjunto más pequeño y un controlador más pequeño. En este terreno ese es todo el juego.

Un número que vale la pena tener en cuenta: en la línea sumergible de 48 V, el caudal máximo en toda la gama es 6 m3/h, en las series 3DSC, 4DSC y 3DPC. Si tu punto de trabajo necesita más de 6 m3/h a baja altura, no intentes forzar a una sumergible de 48 V a hacerlo. O subes a 72 V o 110 V, o usas una bomba de superficie dedicada construida para caudal, que es para lo que sirven las familias DLP, DCPM y HJSN.

Una escalera de modelos real para agua poco profunda e islas

Estos son modelos reales de nuestras tablas de especificaciones publicadas, ordenados por el trabajo que convienen. Cada modelo y cada cifra de abajo se pueden encontrar en nuestro catálogo.

La progresión es coherente en toda la gama, y las letras son la clave: 2DPC, 3DPC y 4DPC para trabajos pequeños con impulsor de plástico en agua limpia, 3DSC y 4DSC cuando necesitas acero inoxidable o más altura, DLP, DCPM y HJSN cuando el trabajo es agua de superficie y volumen, y 6DSC y 8DSC cuando el cliente es un proyecto en lugar de una explotación. El extremo de alta altura de la gama, las 3DSS y los modelos de más de 100 m, está en gran parte desperdiciado en esta región; el agua poco profunda de aquí no lo necesita, y estarías pagando por altura que nunca usas. Ese mundo se trata en la guía de pozos profundos.

Si tu interés es específicamente el suministro comunitario en una isla, la lógica de dimensionado se orienta hacia la demanda del día pico y el almacenamiento en lugar de una sola parcela, lo que se trata en bomba solar para suministro de agua de aldea. El lado eléctrico, incluido el comportamiento MPPT de clima cálido donde el calor baja la tensión del string hacia el fondo de la ventana del controlador, está en el diagrama de cableado del controlador.

Las cinco cosas que deciden si el sistema sobrevive

En orden de cuán a menudo realmente matan un proyecto aquí:

1. La altura que añadiste tú mismo. Un terraplén, una plataforma elevada, un tramo extra de manguera, una boquilla. Esta es la causa número uno de una bomba solar que «no funciona» en el sudeste asiático, y está completamente bajo tu control. Mide tu altura con honestidad antes de comprar.
2. Dimensionar sobre el mes bueno. En Filipinas dimensiona para agosto o diciembre, no para la media anual de 5.1, y recuerda que el pico de agua y el valle de sol pueden coincidir en un cultivo de arroz.
3. Diseño frente a corrosión y tormentas. Estructura anodizada, fijaciones 316, un conjunto que puedas quitar, y nunca en un techo alto. Si tu sitio está a pocos cientos de metros del mar, asume C5-M y compra en consecuencia.
4. Filtración en agua de superficie. Las algas, la arena y el limo destruirán una bomba sin protección más rápido que cualquier fallo eléctrico, y filtrarlos cuesta casi nada. Dimensiona el pre-filtro y el filtro como parte del sistema, no como una idea de último momento.
5. Almacenamiento dimensionado para el periodo seco. De 1.5 a 3 veces el requerimiento diario. En un país de 7,641 islas donde los repuestos llegan en barco, un embalse también es tu amortiguador frente a una espera de reparación de dos semanas.

Todo lo demás - altura, manguera, número de paneles, ventana de tensión, volumen del tanque - es aritmética, y la aritmética está en este artículo.

¿Planeas un sistema en Filipinas, Indonesia, Vietnam o Tailandia? Introduce tu nivel del agua, tu aspiración y la longitud de tu manguera en la herramienta de dimensionado para ver tu altura real, o escríbeme por WhatsApp con tu nivel del agua, tu aspiración, la longitud de manguera y tu cultivo, y te responderé con un modelo, una cantidad de paneles y un tamaño de tanque dimensionados para tu peor mes.