Capítulo 28 / Chapter 28

Almacenamiento de Agua

28.1 Introducción al Almacenamiento de Agua

El almacenamiento de agua es un componente fundamental en los sistemas de bombeo solar, ya que permite almacenar el agua bombeada durante las horas de sol para su uso durante las horas sin sol o cuando la demanda es mayor que la producción. El almacenamiento actúa como un "buffer" que desacopla la producción del consumo.

Un adecuado dimensionamiento del almacenamiento es crucial para garantizar el suministro de agua durante todo el día, especialmente durante la noche o en días nublados cuando la producción solar es insuficiente.

Almacenamiento de Agua Solener - Diseño Óptimo - Suministro Garantizado

28.2 Tipos de Almacenamiento

Existen diferentes tipos de almacenamiento de agua según la aplicación y las necesidades:

Tipo	Capacidad	Material	Aplicación
Depósito elevado	1-100 m³	Polietileno, acero, hormigón	Abastecimiento, riego por gravedad
Depósito enterrado	5-1000 m³	Hormigón, polietileno	Grandes volúmenes, protección térmica
Depósito superficial	10-10000 m³	Geomembrana, hormigón	Grandes volúmenes, riego
Aljibe	5-50 m³	Hormigón	Agua de lluvia, almacenamiento
Depósito flexible	1-100 m³	PVC, PVC reforzado	Almacenamiento temporal, riego

28.3 Dimensionamiento del Almacenamiento

Volumen de almacenamiento necesario:
V_alm = V_consumo × Días_autonomía × Factor_seguridad

Donde:
V_alm = Volumen de almacenamiento (m³)
V_consumo = Consumo diario (m³/día)
Días_autonomía = Días de autonomía sin sol
Factor_seguridad = Factor de seguridad (1.1-1.3)

Días de autonomía recomendados:
- Zonas con buena radiación: 2-3 días
- Zonas con radiación media: 3-4 días
- Zonas con baja radiación: 4-5 días
- Aplicaciones críticas: 5-7 días

Ejemplo:
Consumo diario: 10 m³/día
Días de autonomía: 3 días
Factor de seguridad: 1.2
V_alm = 10 × 3 × 1.2 = 36 m³

28.4 Depósitos Elevados

Los depósitos elevados son los más comunes en sistemas de bombeo solar. Proporcionan presión por gravedad para la distribución del agua.

Materiales: Polietileno (PE), polietileno lineal, acero galvanizado, acero inoxidable, hormigón armado
Capacidades: Desde 500 litros hasta 100 m³
Alturas: Desde 2 hasta 12 metros
Presión: 0.2-1.2 bar según altura
Ventajas: Presión por gravedad, simple, económico

28.5 Depósitos Enterrados

Los depósitos enterrados son ideales para grandes volúmenes de almacenamiento y proporcionan protección térmica natural.

Materiales: Hormigón armado, polietileno de alta densidad
Capacidades: Desde 5 hasta 1000 m³
Ventajas: Gran capacidad, protección térmica, no ocupa espacio superficial
Desventajas: Requiere excavación, difícil acceso para mantenimiento
Aplicaciones: Grandes volúmenes, riego, almacenamiento estacional

28.6 Depósitos Superficiales

Los depósitos superficiales son ideales para grandes volúmenes de agua para riego.

Materiales: Geomembrana (PVC, PEAD), hormigón, tierra compactada
Capacidades: Desde 10 hasta 10000 m³
Ventajas: Gran capacidad, económico para grandes volúmenes
Desventajas: Ocupa espacio superficial, pérdidas por evaporación
Aplicaciones: Riego agrícola, almacenamiento estacional

28.7 Cálculo de la Presión de Distribución

Presión disponible por gravedad:
P = ρ × g × h

Donde:
P = Presión (Pa o bar)
ρ = Densidad del agua (1000 kg/m³)
g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/s²)
h = Altura del depósito sobre el punto de consumo (m)

Ejemplo:
Altura del depósito: 10 m
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 Pa = 0.98 bar

Presión mínima recomendada:
- Riego por goteo: 0.5-1.5 bar
- Riego por aspersión: 2-4 bar
- Abastecimiento doméstico: 1-3 bar

Altura mínima del depósito:
h = P_requerida / (ρ × g)
Ejemplo para riego por aspersión (3 bar):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 m

28.8 Pérdidas en el Almacenamiento

Las pérdidas en el almacenamiento pueden ser por evaporación, fugas o infiltraciones:

Evaporación: Depende de la temperatura, humedad y viento
Fugas: Dependen del material y calidad de construcción
Infiltraciones: En depósitos enterrados
Reducción: Cubrir depósitos, usar geomembranas de calidad

28.9 Protección del Agua Almacenada

El agua almacenada debe protegerse contra la contaminación:

Cubierta: Proteger contra contaminación exterior
Ventilación: Permitir ventilación con filtro
Acceso: Acceso seguro para limpieza y mantenimiento
Desbordamiento: Sistema de desbordamiento con protección
Limpieza: Limpieza periódica del depósito

28.10 Sistemas de Distribución

El sistema de distribución debe diseñarse considerando:

Presión: Presión suficiente en todos los puntos de consumo
Caudal: Caudal suficiente para todas las demandas
Velocidad: Velocidad del agua en tuberías (0.5-2 m/s)
Pérdidas: Minimizar pérdidas por fricción
Material: Material adecuado (PVC, PEAD, acero)

28.11 Cálculo de Tuberías

Diámetro de la tubería:
D = √(4Q / πv)

Donde:
D = Diámetro interior (m)
Q = Caudal (m³/s)
v = Velocidad del agua (m/s)

Velocidades recomendadas:
- Impulsión: 1-2 m/s
- Distribución: 0.5-1.5 m/s
- Riego por goteo: 0.5-1 m/s

Pérdidas por fricción (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Donde:
hf = Pérdidas por fricción (m)
L = Longitud de la tubería (m)
Q = Caudal (m³/s)
D = Diámetro interior (m)
C = Coeficiente de rugosidad
- PVC: 150
- PE: 150
- Acero nuevo: 130

28.12 Válvulas y Accesorios

El sistema de distribución requiere válvulas y accesorios:

Válvula de salida: Control del caudal de salida del depósito
Válvula de retención: Evitar retorno del agua
Válvula de desbordamiento: Evitar sobrecarga del depósito
Válvulas de seccionamiento: Permitir mantenimiento por sectores
Válvulas de regulación: Regular presión y caudal
Válvulas de purga: Eliminar aire de las tuberías

28.13 Sistemas de Riego

Los sistemas de riego más comunes son:

Tipo	Presión	Caudal	Eficiencia
Riego por goteo	0.5-1.5 bar	1-8 l/h por emisor	90-95%
Riego por aspersión	2-4 bar	500-2000 l/h	75-85%
Riego por superficie	0.1-0.3 bar	Variable	50-70%

28.14 Ejemplo de Dimensionamiento Completo

Datos del proyecto:
- Consumo diario: 20 m³/día
- Horas de sol: 6 horas/día
- Días de autonomía: 3 días
- Altura del depósito: 15 m
- Distancia al campo: 500 m
- Tipo de riego: Goteo

Cálculos:
- Caudal de bombeo: Q = 20/6 = 3.33 m³/h = 0.93 l/s
- Volumen de almacenamiento: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 m³
- Presión disponible: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 Pa = 1.47 bar
- Diámetro tubería: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 m = 34 mm
- Seleccionar: Tubería PVC 40 mm

Pérdidas en tubería:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 m
Presión en campo: 1.47 - 0.23 = 1.24 bar (suficiente para goteo)

28.15 Consideraciones Finales

Calidad del agua: Asegurar calidad del agua almacenada
Protección: Proteger contra contaminación y evaporación
Accesibilidad: Facilitar acceso para mantenimiento
Seguridad: Proteger contra accidentes
Documentación: Documentar diseño y mantenimiento

Resumen del Capítulo 28: El almacenamiento de agua es fundamental en sistemas de bombeo solar. El dimensionamiento depende del consumo diario, días de autonomía y factor de seguridad. Los depósitos elevados proporcionan presión por gravedad. El cálculo de tuberías debe considerar caudal, velocidad y pérdidas por fricción. Los sistemas de riego por goteo son los más eficientes (90-95%). Un adecuado dimensionamiento garantiza el suministro de agua durante todo el día.

28.1 Introduction au Stockage d'Eau

Le stockage d'eau est un composant fondamental dans les systèmes de pompage solaire, car il permet de stocker l'eau pompée pendant les heures de soleil pour son utilisation pendant les heures sans soleil ou lorsque la demande est supérieure à la production. Le stockage agit comme un "buffer" qui découple la production de la consommation.

Un dimensionnement adéquat du stockage est crucial pour garantir l'approvisionnement en eau pendant toute la journée, surtout pendant la nuit ou les jours nuageux lorsque la production solaire est insuffisante.

Stockage d'Eau Solener - Conception Optimale - Approvisionnement Garanti

28.2 Types de Stockage

Il existe différents types de stockage d'eau selon l'application et les besoins:

Type	Capacité	Matériau	Application
Réservoir surélevé	1-100 m³	Polyéthylène, acier, béton	Approvisionnement, irrigation par gravité
Réservoir enterré	5-1000 m³	Béton, polyéthylène	Grands volumes, protection thermique
Réservoir superficiel	10-10000 m³	Géomembrane, béton	Grands volumes, irrigation
Citerne	5-50 m³	Béton	Eau de pluie, stockage
Réservoir flexible	1-100 m³	PVC, PVC renforcé	Stockage temporaire, irrigation

28.3 Dimensionnement du Stockage

Volume de stockage nécessaire:
V_stock = V_consommation × Jours_autonomie × Facteur_sécurité

Où:
V_stock = Volume de stockage (m³)
V_consommation = Consommation journalière (m³/jour)
Jours_autonomie = Jours d'autonomie sans soleil
Facteur_sécurité = Facteur de sécurité (1.1-1.3)

Jours d'autonomie recommandés:
- Zones avec bonne radiation: 2-3 jours
- Zones avec radiation moyenne: 3-4 jours
- Zones avec basse radiation: 4-5 jours
- Applications critiques: 5-7 jours

Exemple:
Consommation journalière: 10 m³/jour
Jours d'autonomie: 3 jours
Facteur de sécurité: 1.2
V_stock = 10 × 3 × 1.2 = 36 m³

28.4 Réservoirs Surélevés

Les réservoirs surélevés sont les plus communs dans les systèmes de pompage solaire. Ils fournissent une pression par gravité pour la distribution de l'eau.

Matériaux: Polyéthylène (PE), polyéthylène linéaire, acier galvanisé, acier inoxydable, béton armé
Capacités: De 500 litres à 100 m³
Hauteurs: De 2 à 12 mètres
Pression: 0.2-1.2 bar selon hauteur
Avantages: Pression par gravité, simple, économique

28.5 Réservoirs Enterrés

Les réservoirs enterrés sont idéaux pour les grands volumes de stockage et fournissent une protection thermique naturelle.

Matériaux: Béton armé, polyéthylène haute densité
Capacités: De 5 à 1000 m³
Avantages: Grande capacité, protection thermique, n'occupe pas d'espace superficiel
Désavantages: Nécessite excavation, accès difficile pour maintenance
Applications: Grands volumes, irrigation, stockage saisonnier

28.6 Réservoirs Superficiels

Les réservoirs superficiels sont idéaux pour les grands volumes d'eau pour irrigation.

Matériaux: Géomembrane (PVC, PEAD), béton, terre compactée
Capacités: De 10 à 10000 m³
Avantages: Grande capacité, économique pour grands volumes
Désavantages: Occupe espace superficiel, pertes par évaporation
Applications: Irrigation agricole, stockage saisonnier

28.7 Calcul de la Pression de Distribution

Pression disponible par gravité:
P = ρ × g × h

Où:
P = Pression (Pa ou bar)
ρ = Densité de l'eau (1000 kg/m³)
g = Accélération de la gravité (9.81 m/s²)
h = Hauteur du réservoir sur le point de consommation (m)

Exemple:
Hauteur du réservoir: 10 m
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 Pa = 0.98 bar

Pression minimale recommandée:
- Irrigation par goutte-à-goutte: 0.5-1.5 bar
- Irrigation par aspersion: 2-4 bar
- Approvisionnement domestique: 1-3 bar

Hauteur minimale du réservoir:
h = P_requise / (ρ × g)
Exemple pour irrigation par aspersion (3 bar):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 m

28.8 Pertes dans le Stockage

Les pertes dans le stockage peuvent être par évaporation, fuites ou infiltrations:

Évaporation: Dépend de la température, humidité et vent
Fuites: Dépendent du matériau et qualité de construction
Infiltrations: Dans réservoirs enterrés
Réduction: Couvrir réservoirs, utiliser géomembranes de qualité

28.9 Protection de l'Eau Stockée

L'eau stockée doit être protégée contre la contamination:

Couverture: Protéger contre contamination extérieure
Ventilation: Permettre ventilation avec filtre
Accès: Accès sécurisé pour nettoyage et maintenance
Débordement: Système de débordement avec protection
Nettoyage: Nettoyage périodique du réservoir

28.10 Systèmes de Distribution

Le système de distribution doit être conçu en considérant:

Pression: Pression suffisante dans tous les points de consommation
Débit: Débit suffisant pour toutes les demandes
Vitesse: Vitesse de l'eau dans tuyauteries (0.5-2 m/s)
Pertes: Minimiser pertes par friction
Matériau: Matériau adéquat (PVC, PEAD, acier)

28.11 Calcul des Tuyauteries

Diamètre de la tuyauterie:
D = √(4Q / πv)

Où:
D = Diamètre intérieur (m)
Q = Débit (m³/s)
v = Vitesse de l'eau (m/s)

Vitesses recommandées:
- Impulsion: 1-2 m/s
- Distribution: 0.5-1.5 m/s
- Irrigation par goutte-à-goutte: 0.5-1 m/s

Pertes par friction (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Où:
hf = Pertes par friction (m)
L = Longueur de la tuyauterie (m)
Q = Débit (m³/s)
D = Diamètre intérieur (m)
C = Coefficient de rugosité
- PVC: 150
- PE: 150
- Acier neuf: 130

28.12 Vannes et Accessoires

Le système de distribution requiert vannes et accessoires:

Vanne de sortie: Contrôle du débit de sortie du réservoir
Vanne de retenue: Éviter retour de l'eau
Vanne de débordement: Éviter surcharge du réservoir
Vannes de sectionnement: Permettre maintenance par secteurs
Vannes de régulation: Réguler pression et débit
Vannes de purge: Éliminer air des tuyauteries

28.13 Systèmes d'Irrigation

Les systèmes d'irrigation les plus communs sont:

Type	Pression	Débit	Efficacité
Irrigation par goutte-à-goutte	0.5-1.5 bar	1-8 l/h par émetteur	90-95%
Irrigation par aspersion	2-4 bar	500-2000 l/h	75-85%
Irrigation par surface	0.1-0.3 bar	Variable	50-70%

28.14 Exemple de Dimensionnement Complet

Données du projet:
- Consommation journalière: 20 m³/jour
- Heures de soleil: 6 heures/jour
- Jours d'autonomie: 3 jours
- Hauteur du réservoir: 15 m
- Distance au champ: 500 m
- Type d'irrigation: Goutte-à-goutte

Calculs:
- Débit de pompage: Q = 20/6 = 3.33 m³/h = 0.93 l/s
- Volume de stockage: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 m³
- Pression disponible: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 Pa = 1.47 bar
- Diamètre tuyauterie: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 m = 34 mm
- Sélectionner: Tuyauterie PVC 40 mm

Pertes dans tuyauterie:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 m
Pression au champ: 1.47 - 0.23 = 1.24 bar (suffisant pour goutte-à-goutte)

28.15 Considérations Finales

Qualité de l'eau: Assurer qualité de l'eau stockée
Protection: Protéger contre contamination et évaporation
Accessibilité: Faciliter accès pour maintenance
Sécurité: Protéger contre accidents
Documentation: Documenter conception et maintenance

Résumé du Chapitre 28: Le stockage d'eau est fondamental dans les systèmes de pompage solaire. Le dimensionnement dépend de la consommation journalière, jours d'autonomie et facteur de sécurité. Les réservoirs surélevés fournissent pression par gravité. Le calcul des tuyauteries doit considérer débit, vitesse et pertes par friction. Les systèmes d'irrigation par goutte-à-goutte sont les plus efficaces (90-95%). Un dimensionnement adéquat garantit l'approvisionnement en eau pendant toute la journée.

28.1 Introduction to Water Storage

Water storage is a fundamental component in solar pumping systems, as it allows storing the pumped water during sun hours for use during hours without sun or when demand is greater than production. Storage acts as a "buffer" that decouples production from consumption.

Adequate storage sizing is crucial to guarantee water supply throughout the day, especially during the night or on cloudy days when solar production is insufficient.

Water Storage Solener - Optimal Design - Guaranteed Supply

28.2 Types of Storage

There are different types of water storage according to application and needs:

Type	Capacity	Material	Application
Elevated tank	1-100 m³	Polyethylene, steel, concrete	Supply, gravity irrigation
Buried tank	5-1000 m³	Concrete, polyethylene	Large volumes, thermal protection
Surface tank	10-10000 m³	Geomembrane, concrete	Large volumes, irrigation
Cistern	5-50 m³	Concrete	Rainwater, storage
Flexible tank	1-100 m³	PVC, reinforced PVC	Temporary storage, irrigation

28.3 Storage Sizing

Required storage volume:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days × Safety_factor

Where:
V_storage = Storage volume (m³)
V_consumption = Daily consumption (m³/day)
Autonomy_days = Days of autonomy without sun
Safety_factor = Safety factor (1.1-1.3)

Recommended autonomy days:
- Areas with good radiation: 2-3 days
- Areas with medium radiation: 3-4 days
- Areas with low radiation: 4-5 days
- Critical applications: 5-7 days

Example:
Daily consumption: 10 m³/day
Autonomy days: 3 days
Safety factor: 1.2
V_storage = 10 × 3 × 1.2 = 36 m³

28.4 Elevated Tanks

Elevated tanks are the most common in solar pumping systems. They provide gravity pressure for water distribution.

Materials: Polyethylene (PE), linear polyethylene, galvanized steel, stainless steel, reinforced concrete
Capacities: From 500 liters to 100 m³
Heights: From 2 to 12 meters
Pressure: 0.2-1.2 bar according to height
Advantages: Gravity pressure, simple, economical

28.5 Buried Tanks

Buried tanks are ideal for large storage volumes and provide natural thermal protection.

Materials: Reinforced concrete, high-density polyethylene
Capacities: From 5 to 1000 m³
Advantages: Large capacity, thermal protection, doesn't occupy surface space
Disadvantages: Requires excavation, difficult access for maintenance
Applications: Large volumes, irrigation, seasonal storage

28.6 Surface Tanks

Surface tanks are ideal for large water volumes for irrigation.

Materials: Geomembrane (PVC, HDPE), concrete, compacted earth
Capacities: From 10 to 10000 m³
Advantages: Large capacity, economical for large volumes
Disadvantages: Occupies surface space, evaporation losses
Applications: Agricultural irrigation, seasonal storage

28.7 Distribution Pressure Calculation

Available pressure by gravity:
P = ρ × g × h

Where:
P = Pressure (Pa or bar)
ρ = Water density (1000 kg/m³)
g = Gravity acceleration (9.81 m/s²)
h = Tank height above consumption point (m)

Example:
Tank height: 10 m
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 Pa = 0.98 bar

Minimum recommended pressure:
- Drip irrigation: 0.5-1.5 bar
- Sprinkler irrigation: 2-4 bar
- Domestic supply: 1-3 bar

Minimum tank height:
h = P_required / (ρ × g)
Example for sprinkler irrigation (3 bar):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 m

28.8 Storage Losses

Losses in storage can be due to evaporation, leaks, or infiltration:

Evaporation: Depends on temperature, humidity, and wind
Leaks: Depend on material and construction quality
Infiltration: In buried tanks
Reduction: Cover tanks, use quality geomembranes

28.9 Stored Water Protection

Stored water must be protected against contamination:

Cover: Protect against external contamination
Ventilation: Allow ventilation with filter
Access: Secure access for cleaning and maintenance
Overflow: Overflow system with protection
Cleaning: Periodic tank cleaning

28.10 Distribution Systems

The distribution system must be designed considering:

Pressure: Sufficient pressure at all consumption points
Flow: Sufficient flow for all demands
Velocity: Water velocity in pipes (0.5-2 m/s)
Losses: Minimize friction losses
Material: Adequate material (PVC, HDPE, steel)

28.11 Pipe Calculation

Pipe diameter:
D = √(4Q / πv)

Where:
D = Interior diameter (m)
Q = Flow (m³/s)
v = Water velocity (m/s)

Recommended velocities:
- Delivery: 1-2 m/s
- Distribution: 0.5-1.5 m/s
- Drip irrigation: 0.5-1 m/s

Friction losses (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Where:
hf = Friction losses (m)
L = Pipe length (m)
Q = Flow (m³/s)
D = Interior diameter (m)
C = Roughness coefficient
- PVC: 150
- PE: 150
- New steel: 130

28.12 Valves and Accessories

The distribution system requires valves and accessories:

Outlet valve: Control of tank outlet flow
Check valve: Avoid water return
Overflow valve: Avoid tank overload
Sectioning valves: Allow maintenance by sectors
Regulation valves: Regulate pressure and flow
Purge valves: Remove air from pipes

28.13 Irrigation Systems

The most common irrigation systems are:

Type	Pressure	Flow	Efficiency
Drip irrigation	0.5-1.5 bar	1-8 l/h per emitter	90-95%
Sprinkler irrigation	2-4 bar	500-2000 l/h	75-85%
Surface irrigation	0.1-0.3 bar	Variable	50-70%

28.14 Complete Sizing Example

Project data:
- Daily consumption: 20 m³/day
- Sun hours: 6 hours/day
- Autonomy days: 3 days
- Tank height: 15 m
- Distance to field: 500 m
- Irrigation type: Drip

Calculations:
- Pumping flow: Q = 20/6 = 3.33 m³/h = 0.93 l/s
- Storage volume: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 m³
- Available pressure: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 Pa = 1.47 bar
- Pipe diameter: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 m = 34 mm
- Select: PVC pipe 40 mm

Pipe losses:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 m
Pressure at field: 1.47 - 0.23 = 1.24 bar (sufficient for drip)

28.15 Final Considerations

Water quality: Ensure stored water quality
Protection: Protect against contamination and evaporation
Accessibility: Facilitate access for maintenance
Safety: Protect against accidents
Documentation: Document design and maintenance

Chapter 28 Summary: Water storage is fundamental in solar pumping systems. Sizing depends on daily consumption, autonomy days, and safety factor. Elevated tanks provide gravity pressure. Pipe calculation must consider flow, velocity, and friction losses. Drip irrigation systems are the most efficient (90-95%). Adequate sizing guarantees water supply throughout the day.

28.1 مقدمة عن تخزين المياه

تخزين المياه هو مكون أساسي في أنظمة الضخ الشمسي، حيث يسمح بتخزين المياه المضخوخة خلال ساعات الشمس لاستخدامها خلال ساعات بدون شمس أو عندما يكون الطلب أكبر من الإنتاج. يعمل التخزين كـ "عازل" يفصل الإنتاج عن الاستهلاك.

التحجيم المناسب للتخزين ضروري لضمان إمداد المياه طوال اليوم، خاصة خلال الليل أو في الأيام الغائمة عندما يكون الإنتاج الشمسي غير كافٍ.

تخزين المياه Solener - تصميم أمثل - إمداد مضمون

28.2 أنواع التخزين

توجد أنواع مختلفة من تخزين المياه حسب التطبيق والاحتياجات:

النوع	السعة	المادة	التطبيق
خزان مرتفع	1-100 م³	بولي إيثيلين، فولاذ، خرسانة	إمداد، ري بالجاذبية
خزان مدفون	5-1000 م³	خرسانة، بولي إيثيلين	أحجام كبيرة، حماية حرارية
خزان سطحي	10-10000 م³	غشاء أرضي، خرسانة	أحجام كبيرة، ري
صهريج	5-50 م³	خرسانة	مياه الأمطار، تخزين
خزان مرن	1-100 م³	PVC، PVC مقوى	تخزين مؤقت، ري

28.3 تحجيم التخزين

حجم التخزين المطلوب:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days × Safety_factor

حيث:
V_storage = حجم التخزين (م³)
V_consumption = الاستهلاك اليومي (م³/يوم)
Autonomy_days = أيام الاستقلالية بدون شمس
Safety_factor = عامل الأمان (1.1-1.3)

أيام الاستقلالية الموصى بها:
- المناطق ذات الإشعاع الجيد: 2-3 أيام
- المناطق ذات الإشعاع المتوسط: 3-4 أيام
- المناطق ذات الإشعاع المنخفض: 4-5 أيام
- التطبيقات الحرجة: 5-7 أيام

مثال:
الاستهلاك اليومي: 10 م³/يوم
أيام الاستقلالية: 3 أيام
عامل الأمان: 1.2
V_storage = 10 × 3 × 1.2 = 36 م³

28.4 الخزانات المرتفعة

الخزانات المرتفعة هي الأكثر شيوعًا في أنظمة الضخ الشمسي. توفر ضغطًا بالجاذبية لتوزيع المياه.

المواد: بولي إيثيلين (PE)، بولي إيثيلين خطي، فولاذ مجلفن، فولاذ مقاوم للصدأ، خرسانة مسلحة
السعات: من 500 لتر إلى 100 م³
الارتفاعات: من 2 إلى 12 مترًا
الضغط: 0.2-1.2 بار حسب الارتفاع
المزايا: ضغط بالجاذبية، بسيط، اقتصادي

28.5 الخزانات المدفونة

الخزانات المدفونة مثالية لأحجام التخزين الكبيرة وتوفر حماية حرارية طبيعية.

المواد: خرسانة مسلحة، بولي إيثيلين عالي الكثافة
السعات: من 5 إلى 1000 م³
المزايا: سعة كبيرة، حماية حرارية، لا يشغل مساحة سطحية
العيوب: يتطلب حفرًا، وصول صعب للصيانة
التطبيقات: أحجام كبيرة، ري، تخزين موسمي

28.6 الخزانات السطحية

الخزانات السطحية مثالية لأحجام المياه الكبيرة للري.

المواد: غشاء أرضي (PVC، PEAD)، خرسانة، أرض مضغوطة
السعات: من 10 إلى 10000 م³
المزايا: سعة كبيرة، اقتصادي للأحجام الكبيرة
العيوب: يشغل مساحة سطحية، خسائر بالتبخر
التطبيقات: ري زراعي، تخزين موسمي

28.7 حساب ضغط التوزيع

الضغط المتاح بالجاذبية:
P = ρ × g × h

حيث:
P = الضغط (باسكال أو بار)
ρ = كثافة الماء (1000 كجم/م³)
g = تسارع الجاذبية (9.81 م/ث²)
h = ارتفاع الخزان فوق نقطة الاستهلاك (م)

مثال:
ارتفاع الخزان: 10 م
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 باسكال = 0.98 بار

الضغط الأدنى الموصى به:
- الري بالتنقيط: 0.5-1.5 بار
- الري بالرش: 2-4 بار
- الإمداد المنزلي: 1-3 بار

الارتفاع الأدنى للخزان:
h = P_required / (ρ × g)
مثال للري بالرش (3 بار):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 م

28.8 خسائر التخزين

الخسائر في التخزين يمكن أن تكون بالتبخر، التسربات، أو التسرب:

التبخر: يعتمد على درجة الحرارة، الرطوبة، والرياح
التسربات: تعتمد على المادة وجودة البناء
التسرب: في الخزانات المدفونة
التقليل: تغطية الخزانات، استخدام أغشية أرضية عالية الجودة

28.9 حماية المياه المخزنة

يجب حماية المياه المخزنة ضد التلوث:

التغطية: الحماية ضد التلوث الخارجي
التهوية: السماح بالتهوية مع مرشح
الوصول: وصول آمن للتنظيف والصيانة
الفيضان: نظام فيضان مع حماية
التنظيف: تنظيف دوري للخزان

28.10 أنظمة التوزيع

يجب تصميم نظام التوزيع مع مراعاة:

الضغط: ضغط كافٍ في جميع نقاط الاستهلاك
التدفق: تدفق كافٍ لجميع الطلبات
السرعة: سرعة الماء في الأنابيب (0.5-2 م/ث)
الخسائر: تقليل خسائر الاحتكاك
المادة: مادة مناسبة (PVC، PEAD، فولاذ)

28.11 حساب الأنابيب

قطر الأنبوب:
D = √(4Q / πv)

حيث:
D = القطر الداخلي (م)
Q = التدفق (م³/ث)
v = سرعة الماء (م/ث)

السرعات الموصى بها:
- الدفع: 1-2 م/ث
- التوزيع: 0.5-1.5 م/ث
- الري بالتنقيط: 0.5-1 م/ث

خسائر الاحتكاك (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

حيث:
hf = خسائر الاحتكاك (م)
L = طول الأنبوب (م)
Q = التدفق (م³/ث)
D = القطر الداخلي (م)
C = معامل الخشونة
- PVC: 150
- PE: 150
- فولاذ جديد: 130

28.12 الصمامات والملحقات

يتطلب نظام التوزيع صمامات وملحقات:

صمام الخروج: التحكم في تدفق خروج الخزان
صمام الرجوع: تجنب رجوع الماء
صمام الفيضان: تجنب حمل الخزان الزائد
صمامات التقسيم: السماح بالصيانة حسب القطاعات
صمامات التنظيم: تنظيم الضغط والتدفق
صمامات التطهير: إزالة الهواء من الأنابيب

28.13 أنظمة الري

أنظمة الري الأكثر شيوعًا هي:

النوع	الضغط	التدفق	الكفاءة
الري بالتنقيط	0.5-1.5 بار	1-8 لتر/ساعة لكل باعث	90-95%
الري بالرش	2-4 بار	500-2000 لتر/ساعة	75-85%
الري السطحي	0.1-0.3 بار	متغير	50-70%

28.14 مثال تحجيم كامل

بيانات المشروع:
- الاستهلاك اليومي: 20 م³/يوم
- ساعات الشمس: 6 ساعات/يوم
- أيام الاستقلالية: 3 أيام
- ارتفاع الخزان: 15 م
- المسافة إلى الحقل: 500 م
- نوع الري: بالتنقيط

الحسابات:
- تدفق الضخ: Q = 20/6 = 3.33 م³/ساعة = 0.93 لتر/ث
- حجم التخزين: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 م³
- الضغط المتاح: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 باسكال = 1.47 بار
- قطر الأنبوب: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 م = 34 مم
- اختيار: أنبوب PVC 40 مم

خسائر الأنبوب:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 م
الضغط في الحقل: 1.47 - 0.23 = 1.24 بار (كافٍ للتنقيط)

28.15 الاعتبارات النهائية

جودة المياه: ضمان جودة المياه المخزنة
الحماية: الحماية ضد التلوث والتبخر
إمكانية الوصول: تسهيل الوصول للصيانة
السلامة: الحماية ضد الحوادث
التوثيق: توثيق التصميم والصيانة

ملخص الفصل 28: تخزين المياه أساسي في أنظمة الضخ الشمسي. يعتمد التحجيم على الاستهلاك اليومي، أيام الاستقلالية، وعامل الأمان. توفر الخزانات المرتفعة ضغطًا بالجاذبية. يجب أن يأخذ حساب الأنابيب في الاعتبار التدفق، السرعة، وخسائر الاحتكاك. أنظمة الري بالتنقيط هي الأكثر كفاءة (90-95%). يضمن التحجيم المناسب إمداد المياه طوال اليوم.

28.1 مقدمه‌ای بر ذخیره‌سازی آب

ذخیره‌سازی آب یک جزء اساسی در سیستم‌های پمپاژ خورشیدی است، زیرا اجازه می‌دهد آب پمپاژ شده در ساعات آفتاب برای استفاده در ساعات بدون آفتاب یا زمانی که تقاضا بیشتر از تولید است ذخیره شود. ذخیره‌سازی به عنوان یک "بافر" عمل می‌کند که تولید را از مصرف جدا می‌کند.

اندازه‌گیری مناسب ذخیره‌سازی برای تضمین تامین آب در طول روز، به ویژه در طول شب یا در روزهای ابری که تولید خورشیدی کافی نیست، ضروری است.

ذخیره‌سازی آب Solener - طراحی بهینه - تامین تضمین شده

28.2 انواع ذخیره‌سازی

انواع مختلفی از ذخیره‌سازی آب بر اساس کاربرد و نیازها وجود دارد:

نوع	ظرفیت	ماده	کاربرد
مخزن مرتفع	1-100 متر مکعب	پلی اتیلن، فولاد، بتن	تامین، آبیاری با جاذبه
مخزن مدفون	5-1000 متر مکعب	بتن، پلی اتیلن	حجم‌های بزرگ، حفاظت حرارتی
مخزن سطحی	10-10000 متر مکعب	غشای زمین، بتن	حجم‌های بزرگ، آبیاری
مخزن	5-50 متر مکعب	بتن	آب باران، ذخیره‌سازی
مخزن انعطاف‌پذیر	1-100 متر مکعب	PVC، PVC تقویت شده	ذخیره‌سازی موقت، آبیاری

28.3 اندازه‌گیری ذخیره‌سازی

حجم ذخیره‌سازی مورد نیاز:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days × Safety_factor

که در آن:
V_storage = حجم ذخیره‌سازی (متر مکعب)
V_consumption = مصرف روزانه (متر مکعب/روز)
Autonomy_days = روزهای خودمختاری بدون آفتاب
Safety_factor = فاکتور ایمنی (1.1-1.3)

روزهای خودمختاری توصیه شده:
- مناطق با تابش خوب: 2-3 روز
- مناطق با تابش متوسط: 3-4 روز
- مناطق با تابش کم: 4-5 روز
- کاربردهای بحرانی: 5-7 روز

مثال:
مصرف روزانه: 10 متر مکعب/روز
روزهای خودمختاری: 3 روز
فاکتور ایمنی: 1.2
V_storage = 10 × 3 × 1.2 = 36 متر مکعب

28.4 مخازن مرتفع

مخازن مرتفع رایج‌ترین در سیستم‌های پمپاژ خورشیدی هستند. آنها فشار با جاذبه برای توزیع آب فراهم می‌کنند.

مواد: پلی اتیلن (PE)، پلی اتیلن خطی، فولاد گالوانیزه، فولاد ضد زنگ، بتن مسلح
ظرفیت‌ها: از 500 لیتر تا 100 متر مکعب
ارتفاعات: از 2 تا 12 متر
فشار: 0.2-1.2 بار بر اساس ارتفاع
مزایا: فشار با جاذبه، ساده، اقتصادی

28.5 مخازن مدفون

مخازن مدفون برای حجم‌های بزرگ ذخیره‌سازی ایده‌آل هستند و حفاظت حرارتی طبیعی فراهم می‌کنند.

مواد: بتن مسلح، پلی اتیلن با چگالی بالا
ظرفیت‌ها: از 5 تا 1000 متر مکعب
مزایا: ظرفیت بزرگ، حفاظت حرارتی، فضای سطحی را اشغال نمی‌کند
معایب: نیاز به حفر دارد، دسترسی برای نگهداری دشوار است
کاربردها: حجم‌های بزرگ، آبیاری، ذخیره‌سازی فصلی

28.6 مخازن سطحی

مخازن سطحی برای حجم‌های بزرگ آب برای آبیاری ایده‌آل هستند.

مواد: غشای زمین (PVC، PEAD)، بتن، زمین متراکم
ظرفیت‌ها: از 10 تا 10000 متر مکعب
مزایا: ظرفیت بزرگ، برای حجم‌های بزرگ اقتصادی
معایب: فضای سطحی را اشغال می‌کند، تلفات تبخیر
کاربردها: آبیاری کشاورزی، ذخیره‌سازی فصلی

28.7 محاسبه فشار توزیع

فشار موجود با جاذبه:
P = ρ × g × h

که در آن:
P = فشار (پاسکال یا بار)
ρ = چگالی آب (1000 کیلوگرم/متر مکعب)
g = شتاب جاذبه (9.81 متر بر ثانیه²)
h = ارتفاع مخزن بالای نقطه مصرف (متر)

مثال:
ارتفاع مخزن: 10 متر
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 پاسکال = 0.98 بار

فشار حداقل توصیه شده:
- آبیاری قطره‌ای: 0.5-1.5 بار
- آبیاری پاششی: 2-4 بار
- تامین خانگی: 1-3 بار

ارتفاع حداقل مخزن:
h = P_required / (ρ × g)
مثال برای آبیاری پاششی (3 بار):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 متر

28.8 تلفات ذخیره‌سازی

تلفات در ذخیره‌سازی می‌تواند به دلیل تبخیر، نشت‌ها، یا نفوذ باشد:

تبخیر: به دما، رطوبت، و باد بستگی دارد
نشت‌ها: به ماده و کیفیت ساخت بستگی دارد
نفوذ: در مخازن مدفون
کاهش: پوشاندن مخازن، استفاده از غشاهای زمین با کیفیت

28.9 حفاظت آب ذخیره شده

آب ذخیره شده باید در برابر آلودگی محافظت شود:

پوشش: محافظت در برابر آلودگی خارجی
تهویه: اجازه تهویه با فیلتر
دسترسی: دسترسی امن برای تمیزکاری و نگهداری
سرریز: سیستم سرریز با حفاظت
تمیزکاری: تمیزکاری دوره‌ای مخزن

28.10 سیستم‌های توزیع

سیستم توزیع باید با در نظر گرفتن موارد زیر طراحی شود:

فشار: فشار کافی در تمام نقاط مصرف
جریان: جریان کافی برای تمام تقاضاها
سرعت: سرعت آب در لوله‌ها (0.5-2 متر بر ثانیه)
تلفات: به حداقل رساندن تلفات اصطکاک
ماده: ماده مناسب (PVC، PEAD، فولاد)

28.11 محاسبه لوله‌ها

قطر لوله:
D = √(4Q / πv)

که در آن:
D = قطر داخلی (متر)
Q = جریان (متر مکعب بر ثانیه)
v = سرعت آب (متر بر ثانیه)

سرعت‌های توصیه شده:
- تحویل: 1-2 متر بر ثانیه
- توزیع: 0.5-1.5 متر بر ثانیه
- آبیاری قطره‌ای: 0.5-1 متر بر ثانیه

تلفات اصطکاک (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

که در آن:
hf = تلفات اصطکاک (متر)
L = طول لوله (متر)
Q = جریان (متر مکعب بر ثانیه)
D = قطر داخلی (متر)
C = ضریب زبری
- PVC: 150
- PE: 150
- فولاد جدید: 130

28.12 شیرها و لوازم جانبی

سیستم توزیع به شیرها و لوازم جانبی نیاز دارد:

شیر خروجی: کنترل جریان خروجی مخزن
شیر برگشت: جلوگیری از بازگشت آب
شیر سرریز: جلوگیری از بار اضافی مخزن
شیرهای تقسیم: اجازه نگهداری بر اساس بخش‌ها
شیرهای تنظیم: تنظیم فشار و جریان
شیرهای تخلیه: حذف هوا از لوله‌ها

28.13 سیستم‌های آبیاری

رایج‌ترین سیستم‌های آبیاری عبارتند از:

نوع	فشار	جریان	کارایی
آبیاری قطره‌ای	0.5-1.5 بار	1-8 لیتر بر ساعت برای هر منتشرکننده	90-95%
آبیاری پاششی	2-4 بار	500-2000 لیتر بر ساعت	75-85%
آبیاری سطحی	0.1-0.3 بار	متغیر	50-70%

28.14 مثال اندازه‌گیری کامل

داده‌های پروژه:
- مصرف روزانه: 20 متر مکعب/روز
- ساعات آفتاب: 6 ساعت/روز
- روزهای خودمختاری: 3 روز
- ارتفاع مخزن: 15 متر
- فاصله تا مزرعه: 500 متر
- نوع آبیاری: قطره‌ای

محاسبات:
- جریان پمپاژ: Q = 20/6 = 3.33 متر مکعب/ساعت = 0.93 لیتر/ثانیه
- حجم ذخیره‌سازی: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 متر مکعب
- فشار موجود: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 پاسکال = 1.47 بار
- قطر لوله: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 متر = 34 میلی‌متر
- انتخاب: لوله PVC 40 میلی‌متر

تلفات لوله:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 متر
فشار در مزرعه: 1.47 - 0.23 = 1.24 بار (کافی برای قطره‌ای)

28.15 ملاحظات نهایی

کیفیت آب: تضمین کیفیت آب ذخیره شده
حفاظت: حفاظت در برابر آلودگی و تبخیر
دسترسی: تسهیل دسترسی برای نگهداری
ایمنی: حفاظت در برابر حوادث
مستندسازی: مستندسازی طراحی و نگهداری

خلاصه فصل 28: ذخیره‌سازی آب در سیستم‌های پمپاژ خورشیدی اساسی است. اندازه‌گیری به مصرف روزانه، روزهای خودمختاری، و فاکتور ایمنی بستگی دارد. مخازن مرتفع فشار با جاذبه فراهم می‌کنند. محاسبه لوله‌ها باید جریان، سرعت، و تلفات اصطکاک را در نظر بگیرد. سیستم‌های آبیاری قطره‌ای کارآمدترین هستند (90-95%). اندازه‌گیری مناسب تامین آب در طول روز را تضمین می‌کند.

28.1 Introdução ao Armazenamento de Água

O armazenamento de água é um componente fundamental nos sistemas de bombeamento solar, pois permite armazenar a água bombeada durante as horas de sol para seu uso durante as horas sem sol ou quando a demanda é maior que a produção. O armazenamento atua como um "buffer" que desacopla a produção do consumo.

Um dimensionamento adequado do armazenamento é crucial para garantir o fornecimento de água durante todo o dia, especialmente durante a noite ou em dias nublados quando a produção solar é insuficiente.

Armazenamento de Água Solener - Projeto Ótimo - Fornecimento Garantido

28.2 Tipos de Armazenamento

Existem diferentes tipos de armazenamento de água segundo a aplicação e as necessidades:

Tipo	Capacidade	Material	Aplicação
Reservatório elevado	1-100 m³	Polietileno, aço, concreto	Abastecimento, irrigação por gravidade
Reservatório enterrado	5-1000 m³	Concreto, polietileno	Grandes volumes, proteção térmica
Reservatório superficial	10-10000 m³	Geomembrana, concreto	Grandes volumes, irrigação
Cisterna	5-50 m³	Concreto	Água de chuva, armazenamento
Reservatório flexível	1-100 m³	PVC, PVC reforçado	Armazenamento temporário, irrigação

28.3 Dimensionamento do Armazenamento

Volume de armazenamento necessário:
V_arm = V_consumo × Dias_autonomia × Fator_segurança

Onde:
V_arm = Volume de armazenamento (m³)
V_consumo = Consumo diário (m³/dia)
Dias_autonomia = Dias de autonomia sem sol
Fator_segurança = Fator de segurança (1.1-1.3)

Dias de autonomia recomendados:
- Zonas com boa radiação: 2-3 dias
- Zonas com radiação média: 3-4 dias
- Zonas com baixa radiação: 4-5 dias
- Aplicações críticas: 5-7 dias

Exemplo:
Consumo diário: 10 m³/dia
Dias de autonomia: 3 dias
Fator de segurança: 1.2
V_arm = 10 × 3 × 1.2 = 36 m³

28.4 Reservatórios Elevados

Os reservatórios elevados são os mais comuns em sistemas de bombeamento solar. Proporcionam pressão por gravidade para a distribuição da água.

Materiais: Polietileno (PE), polietileno linear, aço galvanizado, aço inoxidável, concreto armado
Capacidades: Desde 500 litros até 100 m³
Alturas: Desde 2 até 12 metros
Pressão: 0.2-1.2 bar segundo altura
Vantagens: Pressão por gravidade, simples, econômico

28.5 Reservatórios Enterrados

Os reservatórios enterrados são ideais para grandes volumes de armazenamento e proporcionam proteção térmica natural.

Materiais: Concreto armado, polietileno de alta densidade
Capacidades: Desde 5 até 1000 m³
Vantagens: Grande capacidade, proteção térmica, não ocupa espaço superficial
Desvantagens: Requer escavação, difícil acesso para manutenção
Aplicações: Grandes volumes, irrigação, armazenamento estacional

28.6 Reservatórios Superficiais

Os reservatórios superficiais são ideais para grandes volumes de água para irrigação.

Materiais: Geomembrana (PVC, PEAD), concreto, terra compactada
Capacidades: Desde 10 até 10000 m³
Vantagens: Grande capacidade, econômico para grandes volumes
Desvantagens: Ocupa espaço superficial, perdas por evaporação
Aplicações: Irrigação agrícola, armazenamento estacional

28.7 Cálculo da Pressão de Distribuição

Pressão disponível por gravidade:
P = ρ × g × h

Onde:
P = Pressão (Pa ou bar)
ρ = Densidade da água (1000 kg/m³)
g = Aceleração da gravidade (9.81 m/s²)
h = Altura do reservatório sobre o ponto de consumo (m)

Exemplo:
Altura do reservatório: 10 m
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 Pa = 0.98 bar

Pressão mínima recomendada:
- Irrigação por gotejamento: 0.5-1.5 bar
- Irrigação por aspersão: 2-4 bar
- Abastecimento doméstico: 1-3 bar

Altura mínima do reservatório:
h = P_requerida / (ρ × g)
Exemplo para irrigação por aspersão (3 bar):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 m

28.8 Perdas no Armazenamento

As perdas no armazenamento podem ser por evaporação, fugas ou infiltrações:

Evaporação: Depende da temperatura, umidade e vento
Fugas: Dependem do material e qualidade de construção
Infiltrações: Em reservatórios enterrados
Redução: Cobrir reservatórios, usar geomembranas de qualidade

28.9 Proteção da Água Armazenada

A água armazenada deve ser protegida contra a contaminação:

Cobertura: Proteger contra contaminação exterior
Ventilação: Permitir ventilação com filtro
Acesso: Acesso seguro para limpeza e manutenção
Transbordamento: Sistema de transbordamento com proteção
Limpeza: Limpeza periódica do reservatório

28.10 Sistemas de Distribuição

O sistema de distribuição deve ser projetado considerando:

Pressão: Pressão suficiente em todos os pontos de consumo
Vazão: Vazão suficiente para todas as demandas
Velocidade: Velocidade da água em tubulações (0.5-2 m/s)
Perdas: Minimizar perdas por fricção
Material: Material adequado (PVC, PEAD, aço)

28.11 Cálculo de Tubulações

Diâmetro da tubulação:
D = √(4Q / πv)

Onde:
D = Diâmetro interior (m)
Q = Vazão (m³/s)
v = Velocidade da água (m/s)

Velocidades recomendadas:
- Impulsão: 1-2 m/s
- Distribuição: 0.5-1.5 m/s
- Irrigação por gotejamento: 0.5-1 m/s

Perdas por fricção (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Onde:
hf = Perdas por fricção (m)
L = Comprimento da tubulação (m)
Q = Vazão (m³/s)
D = Diâmetro interior (m)
C = Coeficiente de rugosidade
- PVC: 150
- PE: 150
- Aço novo: 130

28.12 Válvulas e Acessórios

O sistema de distribuição requer válvulas e acessórios:

Válvula de saída: Controle do vazão de saída do reservatório
Válvula de retenção: Evitar retorno da água
Válvula de transbordamento: Evitar sobrecarga do reservatório
Válvulas de seccionamento: Permitir manutenção por setores
Válvulas de regulação: Regular pressão e vazão
Válvulas de purga: Eliminar ar das tubulações

28.13 Sistemas de Irrigação

Os sistemas de irrigação mais comuns são:

Tipo	Pressão	Vazão	Eficiência
Irrigação por gotejamento	0.5-1.5 bar	1-8 l/h por emissor	90-95%
Irrigação por aspersão	2-4 bar	500-2000 l/h	75-85%
Irrigação por superfície	0.1-0.3 bar	Variável	50-70%

28.14 Exemplo de Dimensionamento Completo

Dados do projeto:
- Consumo diário: 20 m³/dia
- Horas de sol: 6 horas/dia
- Dias de autonomia: 3 dias
- Altura do reservatório: 15 m
- Distância ao campo: 500 m
- Tipo de irrigação: Gotejamento

Cálculos:
- Vazão de bombeamento: Q = 20/6 = 3.33 m³/h = 0.93 l/s
- Volume de armazenamento: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 m³
- Pressão disponível: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 Pa = 1.47 bar
- Diâmetro tubulação: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 m = 34 mm
- Selecionar: Tubulação PVC 40 mm

Perdas em tubulação:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 m
Pressão no campo: 1.47 - 0.23 = 1.24 bar (suficiente para gotejamento)

28.15 Considerações Finais

Qualidade da água: Assegurar qualidade da água armazenada
Proteção: Proteger contra contaminação e evaporação
Acessibilidade: Facilitar acesso para manutenção
Segurança: Proteger contra acidentes
Documentação: Documentar projeto e manutenção

Resumo do Capítulo 28: O armazenamento de água é fundamental em sistemas de bombeamento solar. O dimensionamento depende do consumo diário, dias de autonomia e fator de segurança. Os reservatórios elevados proporcionam pressão por gravidade. O cálculo de tubulações deve considerar vazão, velocidade e perdas por fricção. Os sistemas de irrigação por gotejamento são os mais eficientes (90-95%). Um dimensionamento adequado garante o fornecimento de água durante todo o dia.

28.1 储水简介

储水是太阳能泵送系统中的基本组成部分,因为它允许在日照时间储存泵送的水,以便在没有阳光或需求大于生产时使用。储水充当"缓冲器",将生产与消费解耦。

适当的储水尺寸对于保证全天的供水至关重要,特别是在夜间或阴天太阳能生产不足时。

储水 Solener - 最佳设计 - 保证供应

28.2 储水类型

根据应用和需求,存在不同类型的储水:

类型	容量	材料	应用
高架水箱	1-100 m³	聚乙烯、钢、混凝土	供应、重力灌溉
埋地水箱	5-1000 m³	混凝土、聚乙烯	大容量、热保护
地面水箱	10-10000 m³	土工膜、混凝土	大容量、灌溉
蓄水池	5-50 m³	混凝土	雨水、储存
柔性水箱	1-100 m³	PVC、增强PVC	临时储存、灌溉

28.3 储水尺寸确定

所需储水体积:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days × Safety_factor

其中:
V_storage = 储水体积(m³)
V_consumption = 每日消费(m³/天)
Autonomy_days = 无日照自主天数
Safety_factor = 安全系数(1.1-1.3)

推荐的自主天数:
- 辐射好的地区: 2-3天
- 辐射中等的地区: 3-4天
- 辐射低的地区: 4-5天
- 关键应用: 5-7天

示例:
每日消费: 10 m³/天
自主天数: 3天
安全系数: 1.2
V_storage = 10 × 3 × 1.2 = 36 m³

28.4 高架水箱

高架水箱在太阳能泵送系统中最常见。它们通过重力提供水压用于水分配。

材料: 聚乙烯(PE)、线性聚乙烯、镀锌钢、不锈钢、钢筋混凝土
容量: 从500升到100 m³
高度: 从2到12米
压力: 根据高度0.2-1.2 bar
优点: 重力压力、简单、经济

28.5 埋地水箱

埋地水箱对于大容量储存是理想的,并提供自然热保护。

材料: 钢筋混凝土、高密度聚乙烯
容量: 从5到1000 m³
优点: 大容量、热保护、不占用地表空间
缺点: 需要挖掘、维护访问困难
应用: 大容量、灌溉、季节性储存

28.6 地面水箱

地面水箱对于灌溉的大水量是理想的。

材料: 土工膜(PVC、HDPE)、混凝土、压实土
容量: 从10到10000 m³
优点: 大容量、对大容量经济
缺点: 占用地表空间、蒸发损失
应用: 农业灌溉、季节性储存

28.7 分配压力计算

重力可用压力:
P = ρ × g × h

其中:
P = 压力(Pa或bar)
ρ = 水密度(1000 kg/m³)
g = 重力加速度(9.81 m/s²)
h = 水箱在消费点上方的高度(m)

示例:
水箱高度: 10 m
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 Pa = 0.98 bar

推荐最小压力:
- 滴灌: 0.5-1.5 bar
- 喷灌: 2-4 bar
- 家庭供应: 1-3 bar

最小水箱高度:
h = P_required / (ρ × g)
喷灌示例(3 bar):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 m

28.8 储水损失

储水中的损失可能是由于蒸发、泄漏或渗透:

蒸发: 取决于温度、湿度和风
泄漏: 取决于材料和施工质量
渗透: 在埋地水箱中
减少: 覆盖水箱、使用高质量土工膜

28.9 储存水保护

储存的水必须受到保护以防止污染:

覆盖: 防止外部污染
通风: 允许带过滤器的通风
访问: 安全访问以进行清洁和维护
溢流: 带保护的溢流系统
清洁: 定期水箱清洁

28.10 分配系统

分配系统的设计必须考虑:

压力: 所有消费点的足够压力
流量: 所有需求的足够流量
速度: 管道中的水速度(0.5-2 m/s)
损失: 最小化摩擦损失
材料: 合适的材料(PVC、HDPE、钢)

28.11 管道计算

管道直径:
D = √(4Q / πv)

其中:
D = 内径(m)
Q = 流量(m³/s)
v = 水速度(m/s)

推荐速度:
- 输送: 1-2 m/s
- 分配: 0.5-1.5 m/s
- 滴灌: 0.5-1 m/s

摩擦损失(Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

其中:
hf = 摩擦损失(m)
L = 管道长度(m)
Q = 流量(m³/s)
D = 内径(m)
C = 粗糙度系数
- PVC: 150
- PE: 150
- 新钢: 130

28.12 阀门和配件

分配系统需要阀门和配件:

出口阀: 水箱出口流量控制
止回阀: 防止水回流
溢流阀: 防止水箱过载
分段阀: 允许按区域维护
调节阀: 调节压力和流量
排气阀: 从管道中排除空气

28.13 灌溉系统

最常见的灌溉系统是:

类型	压力	流量	效率
滴灌	0.5-1.5 bar	每个发射器1-8 l/h	90-95%
喷灌	2-4 bar	500-2000 l/h	75-85%
地面灌溉	0.1-0.3 bar	可变	50-70%

28.14 完整尺寸确定示例

项目数据:
- 每日消费: 20 m³/天
- 日照时数: 6小时/天
- 自主天数: 3天
- 水箱高度: 15 m
- 到田间的距离: 500 m
- 灌溉类型: 滴灌

计算:
- 泵送流量: Q = 20/6 = 3.33 m³/h = 0.93 l/s
- 储存体积: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 m³
- 可用压力: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 Pa = 1.47 bar
- 管道直径: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 m = 34 mm
- 选择: PVC管道40 mm

管道损失:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 m
田间压力: 1.47 - 0.23 = 1.24 bar(滴灌足够)

28.15 最终考虑

水质: 确保储存水的质量
保护: 防止污染和蒸发
可达性: 便于维护访问
安全: 防止事故
文档: 记录设计和维护

第28章摘要: 储水在太阳能泵送系统中是基本的。尺寸确定取决于每日消费、自主天数和安全系数。高架水箱提供重力压力。管道计算必须考虑流量、速度和摩擦损失。滴灌系统是最有效的(90-95%)。适当的尺寸确定保证全天的供水。

28.1 Введение в хранение воды

Хранение воды является фундаментальным компонентом в системах солнечного насоса, так как позволяет хранить накачанную воду в солнечные часы для использования в часы без солнца или когда спрос больше производства. Хранение действует как "буфер", который разъединяет производство от потребления.

Адекватное размерение хранения критично для гарантии снабжения водой в течение всего дня, особенно ночью или в облачные дни, когда солнечное производство недостаточно.

Хранение воды Solener - Оптимальный проект - Гарантированное снабжение

28.2 Типы хранения

Существуют различные типы хранения воды в зависимости от применения и потребностей:

Тип	Емкость	Материал	Применение
Поднятый резервуар	1-100 м³	Полиэтилен, сталь, бетон	Снабжение, орошение гравитацией
Закопанный резервуар	5-1000 м³	Бетон, полиэтилен	Большие объемы, термическая защита
Поверхностный резервуар	10-10000 м³	Геомембрана, бетон	Большие объемы, орошение
Цистерна	5-50 м³	Бетон	Дождевая вода, хранение
Гибкий резервуар	1-100 м³	ПВХ, усиленный ПВХ	Временное хранение, орошение

28.3 Размерение хранения

Необходимый объем хранения:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days × Safety_factor

Где:
V_storage = Объем хранения (м³)
V_consumption = Ежедневное потребление (м³/день)
Autonomy_days = Дни автономии без солнца
Safety_factor = Фактор безопасности (1.1-1.3)

Рекомендуемые дни автономии:
- Зоны с хорошей радиацией: 2-3 дня
- Зоны со средней радиацией: 3-4 дня
- Зоны с низкой радиацией: 4-5 дней
- Критические применения: 5-7 дней

Пример:
Ежедневное потребление: 10 м³/день
Дни автономии: 3 дня
Фактор безопасности: 1.2
V_storage = 10 × 3 × 1.2 = 36 м³

28.4 Поднятые резервуары

Поднятые резервуары наиболее распространены в системах солнечного насоса. Они обеспечивают давление гравитацией для распределения воды.

Материалы: Полиэтилен (PE), линейный полиэтилен, оцинкованная сталь, нержавеющая сталь, железобетон
Емкости: От 500 литров до 100 м³
Высоты: От 2 до 12 метров
Давление: 0.2-1.2 bar согласно высоте
Преимущества: Давление гравитацией, простое, экономичное

28.5 Закопанные резервуары

Закопанные резервуары идеальны для больших объемов хранения и обеспечивают естественную термическую защиту.

Материалы: Железобетон, полиэтилен высокой плотности
Емкости: От 5 до 1000 м³
Преимущества: Большая емкость, термическая защита, не занимает поверхностное пространство
Недостатки: Требует excavation, трудный доступ для обслуживания
Применения: Большие объемы, орошение, сезонное хранение

28.6 Поверхностные резервуары

Поверхностные резервуары идеальны для больших объемов воды для орошения.

Материалы: Геомембрана (ПВХ, ПЭНД), бетон, уплотненная земля
Емкости: От 10 до 10000 м³
Преимущества: Большая емкость, экономично для больших объемов
Недостатки: Занимает поверхностное пространство, потери от испарения
Применения: Сельскохозяйственное орошение, сезонное хранение

28.7 Расчет давления распределения

Доступное давление гравитацией:
P = ρ × g × h

Где:
P = Давление (Па или bar)
ρ = Плотность воды (1000 кг/м³)
g = Ускорение гравитации (9.81 м/с²)
h = Высота резервуара над точкой потребления (м)

Пример:
Высота резервуара: 10 м
P = 1000 × 9.81 × 10 = 98,100 Па = 0.98 bar

Минимальное рекомендуемое давление:
- Капельное орошение: 0.5-1.5 bar
- Спринклерное орошение: 2-4 bar
- Домашнее снабжение: 1-3 bar

Минимальная высота резервуара:
h = P_required / (ρ × g)
Пример для спринклерного орошения (3 bar):
h = 300,000 / (1000 × 9.81) = 30.6 м

28.8 Потери в хранении

Потери в хранении могут быть из-за испарения, утечек или инфильтрации:

Испарение: Зависит от температуры, влажности и ветра
Утечки: Зависят от материала и качества строительства
Инфильтрация: В закопанных резервуарах
Сокращение: Покрывать резервуары, использовать качественные геомембраны

28.9 Защита сохраненной воды

Сохраненная вода должна быть защищена от загрязнения:

Покрытие: Защищать от внешнего загрязнения
Вентиляция: Позволять вентиляцию с фильтром
Доступ: Безопасный доступ для чистки и обслуживания
Переполнение: Система переполнения с защитой
Чистка: Периодическая чистка резервуара

28.10 Системы распределения

Система распределения должна проектироваться с учетом:

Давление: Достаточное давление во всех точках потребления
Поток: Достаточный поток для всех спросов
Скорость: Скорость воды в трубопроводах (0.5-2 м/с)
Потери: Минимизировать потери от трения
Материал: Адекватный материал (ПВХ, ПЭНД, сталь)

28.11 Расчет трубопроводов

Диаметр трубопровода:
D = √(4Q / πv)

Где:
D = Внутренний диаметр (м)
Q = Поток (м³/с)
v = Скорость воды (м/с)

Рекомендуемые скорости:
- Подача: 1-2 м/с
- Распределение: 0.5-1.5 м/с
- Капельное орошение: 0.5-1 м/с

Потери от трения (Hazen-Williams):
hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Где:
hf = Потери от трения (м)
L = Длина трубопровода (м)
Q = Поток (м³/с)
D = Внутренний диаметр (м)
C = Коэффициент шероховатости
- ПВХ: 150
- ПЭ: 150
- Новая сталь: 130

28.12 Клапаны и аксессуары

Система распределения требует клапанов и аксессуаров:

Выходной клапан: Контроль потока выхода из резервуара
Обратный клапан: Избегать возврата воды
Клапан переполнения: Избегать перегрузки резервуара
Секционные клапаны: Позволять обслуживание по секторам
Регулирующие клапаны: Регулировать давление и поток
Продувочные клапаны: Удалить воздух из трубопроводов

28.13 Системы орошения

Наиболее распространенные системы орошения:

Тип	Давление	Поток	Эффективность
Капельное орошение	0.5-1.5 bar	1-8 л/ч на эмиттер	90-95%
Спринклерное орошение	2-4 bar	500-2000 л/ч	75-85%
Поверхностное орошение	0.1-0.3 bar	Переменный	50-70%

28.14 Полный пример размерения

Данные проекта:
- Ежедневное потребление: 20 м³/день
- Часы солнца: 6 часов/день
- Дни автономии: 3 дня
- Высота резервуара: 15 м
- Расстояние до поля: 500 м
- Тип орошения: Капельное

Расчеты:
- Поток насоса: Q = 20/6 = 3.33 м³/ч = 0.93 л/с
- Объем хранения: V = 20 × 3 × 1.2 = 72 м³
- Доступное давление: P = 1000 × 9.81 × 15 = 147,150 Па = 1.47 bar
- Диаметр трубопровода: D = √(4 × 0.00093 / π × 1) = 0.034 м = 34 мм
- Выбрать: Трубопровод ПВХ 40 мм

Потери в трубопроводе:
hf = 10.67 × 500 × 0.00093^1.852 / (150^1.852 × 0.04^4.87) = 2.3 м
Давление в поле: 1.47 - 0.23 = 1.24 bar (достаточно для капельного)

28.15 Заключительные соображения

Качество воды: Обеспечить качество сохраненной воды
Защита: Защищать от загрязнения и испарения
Доступность: Облегчить доступ для обслуживания
Безопасность: Защищать от несчастных случаев
Документация: Документировать проект и обслуживание

Резюме главы 28: Хранение воды фундаментально в системах солнечного насоса. Размерение зависит от ежедневного потребления, дней автономии и фактора безопасности. Поднятые резервуары обеспечивают давление гравитацией. Расчет трубопроводов должен учитывать поток, скорость и потери от трения. Системы капельного орошения наиболее эффективны (90-95%). Адекватное размерение гарантирует снабжение водой в течение всего дня.