¿Qué es el bombeo solar?
Un sistema de bombeo solar convierte la luz del sol en electricidad con paneles fotovoltaicos y la usa para mover una bomba —casi siempre sumergible, dentro de un pozo profundo— que llena un tanque, una pila o una represa, o que riega directamente. Se usa para riego agrícola, abrevaderos para ganado y abasto de agua en ranchos, granjas y comunidades, y es especialmente valioso donde no llega la red eléctrica o donde bombear con diésel sale caro.
La idea es simple: el agua se bombea cuando hay sol y se guarda. Así, el sistema no depende de un recibo de luz ni de comprar combustible, y la energía que lo mueve no cuesta.
Cómo funciona un sistema de bombeo solar
Los paneles producen corriente directa. El variador solar la convierte en corriente alterna de frecuencia variable y ajusta la velocidad de la bomba a la luz disponible: al amanecer la bomba gira despacio, a mediodía trabaja a plena velocidad y al atardecer vuelve a bajar. El agua se acumula en el tanque, y esa reserva es la que te abastece de noche o en días nublados.
Componentes de un sistema de bombeo solar
- Paneles solares y estructura (generador fotovoltaico). Producen la energía. Se conectan en serie para alcanzar el voltaje que pide el variador y en paralelo para sumar corriente. La estructura los orienta al sur con la inclinación adecuada y los mantiene firmes ante el viento.
- Variador solar y protecciones. El variador (o controlador de bomba) sigue el punto de máxima potencia de los paneles (MPPT), arranca el motor suavemente y lo protege contra marcha en seco, sobrecorriente y bajo voltaje. En el gabinete van también los interruptores de corriente directa, el supresor de picos y la conexión a tierra, conforme a la NOM-001-SEDE.
- Cable sumergible. Lleva la energía del variador al motor. Su calibre se elige por caída de tensión: entre más profundo el pozo y más lejos el variador, más grueso el cable.
- Motobomba sumergible. Una bomba centrífuga de varias etapas acoplada a un motor sumergible; cada etapa suma presión. Para agua superficial (ríos, canales, pilas) se usan bombas de superficie, y para caudales pequeños existen bombas de corriente directa.
- Tubería de columna y válvulas check. La columna sostiene la bomba y conduce el agua hasta la superficie; de ahí, la línea de conducción la lleva al tanque. Las válvulas check impiden que el agua regrese y protegen contra el golpe de ariete; en columnas profundas se intercalan válvulas adicionales (una práctica común es una cada 60 m aproximadamente).
- Sensor de nivel. Detiene la bomba si el agua del pozo baja demasiado, para que nunca trabaje en seco. En el tanque, un flotador la apaga cuando se llena.
- Almacenamiento. Tanque, pila o represa. Es la “batería” del sistema: es común dimensionarlo para uno a tres días de consumo, según qué tan crítico sea el suministro.
Datos del bombeo solar que pocos conocen
1. No necesita baterías: el agua es la batería
Guardar agua en un tanque es mucho más barato y dura mucho más que guardar electricidad en baterías. Por eso un sistema de bombeo solar bien diseñado bombea de día y almacena lo suficiente para las horas sin sol.
2. La bomba sube el agua desde el nivel dinámico, no desde donde está colgada
Dentro del pozo, el agua que queda arriba de la bomba pesa lo mismo dentro de la tubería que fuera de ella (como en unos vasos comunicantes). Lo que la bomba realmente tiene que vencer es la altura desde el nivel dinámico, que es el nivel al que queda el agua mientras se bombea. Bajar la bomba más hondo no aumenta esa altura; solo agrega metros de tubo y de fricción. Confundir estas dos medidas es uno de los errores más comunes y lleva a comprar equipos más grandes y caros de lo necesario.
3. El voltaje manda más que la potencia
Si los paneles no llegan al voltaje que necesita el motor, el variador reduce la velocidad de la bomba. Y en una bomba centrífuga la carga que puede vencer cae con el cuadrado de la velocidad (leyes de afinidad): girando al 90 % solo alcanza el 81 % de su carga. Si el pozo exige más que eso, la bomba gira pero el agua no llega al tanque.
| Velocidad de la bomba | Caudal | Potencia | Carga máxima |
|---|---|---|---|
| 100 % | 100 % | 100 % | 100 % |
| 95 % | 95 % | 86 % | 90 % |
| 90 % | 90 % | 73 % | 81 % |
| 85 % | 85 % | 61 % | 72 % |
4. El calor le resta potencia a los paneles
En campo, las celdas trabajan entre 45 y 65 °C, y por cada grado arriba de 25 °C un panel pierde alrededor de 0.3 % de potencia (el dato exacto viene en su ficha técnica). En cambio, en las mañanas frías el voltaje sube, así que también hay que revisar que el arreglo no rebase el voltaje máximo del variador en el día más frío del año.
5. El motor se enfría con el agua que pasa a su alrededor
Los motores sumergibles necesitan una velocidad mínima del agua a su alrededor para no calentarse: los fabricantes piden del orden de 0.08 m/s en motores de 4" y 0.15 m/s en motores de 6". En pozos muy anchos, o si la bomba queda por debajo de la zona por donde entra el agua, se instala una camisa de enfriamiento.
6. México tiene sol de sobra para bombear
El país recibe en promedio unos 5.5 kWh por metro cuadrado al día (dato de IRENA). Eso equivale a unas 5.5 “horas solares pico”, un recurso excelente para el bombeo solar en casi todo el territorio.
Calcula tu sistema de bombeo solar en minutos
Hace este mismo cálculo con los datos de tu pozo y con curvas reales de bombas: te dice qué bomba, qué motor, qué variador y cuántos paneles necesitas.
Cómo calcular un sistema de bombeo solar paso a paso
Veamos un ejemplo completo. Un rancho necesita 40 m³ de agua al día (40,000 litros) para su ganado y un riego pequeño. El pozo tiene un nivel estático de 30 m; en la prueba de bombeo, sacando 2 litros por segundo, el agua bajó a 45 m. La bomba se instalará a 60 m de profundidad y el agua se llevará a un tanque elevado 6 m sobre el brocal, a 150 m de distancia, con tubería de 2 pulgadas.
Paso 1: el caudal que necesitas
El volumen diario se reparte entre las horas solares pico (HSP) del sitio. Con 5.5 HSP:
En la realidad el variador hace trabajar la bomba más horas, pero a menor velocidad en la mañana y en la tarde; las horas solares pico son la forma estándar de convertir el volumen diario en un caudal de diseño.
Paso 2: el nivel dinámico del pozo
El nivel dinámico es el nivel estático más lo que baja el agua al bombear (el abatimiento). No existe una fórmula para obtenerlo solo a partir del nivel estático: depende del acuífero y del pozo. Lo ideal es medirlo con una prueba de bombeo; si la prueba se hizo con otro caudal, se estima con el caudal específico:
ND = NE + Q ÷ CsEn el ejemplo la prueba se hizo con el mismo caudal: ND = 45 m
Si el caudal de diseño es bastante mayor que el de la prueba, conviene dejar un margen, porque esta aproximación subestima el abatimiento.
Paso 3: las pérdidas por fricción
El agua pierde energía al rozar con la tubería. La ecuación de Hazen-Williams calcula esa pérdida en metros:
Donde L es la longitud en metros, Q el caudal en m³/s, D el diámetro interior en metros y C un coeficiente del material (alrededor de 150 en PVC o polietileno nuevos y de 120 en acero galvanizado; usamos 140 para ir del lado seguro). La tubería mide 60 m de columna + 150 m de conducción + 6 m de subida al tanque = 216 m, y le sumamos un 10 % por codos, válvulas y conexiones: hf ≈ 4.9 m. De paso revisamos la velocidad del agua: 0.95 m/s, un valor sano (más rápido, la fricción se dispara; más lento, el tubo sale innecesariamente caro).
Paso 4: la carga dinámica total (TDH)
Es la altura total que la bomba debe vencer:
La presión de entrega es cero porque el tanque es abierto; si la bomba alimentara un riego presurizado, se suma esa presión en metros (1 bar ≈ 10.2 m). Si se hubiera calculado con la profundidad de la bomba (60 m) en lugar del nivel dinámico, la TDH saldría de 70.9 m: 27 % más, y el equipo, más grande y más caro sin necesidad.
Paso 5: la potencia de la bomba y del motor
La potencia que se entrega al agua (potencia hidráulica) es:
La bomba no es perfecta: las bombas sumergibles rinden entre 55 y 70 %, y los motores sumergibles pequeños, entre 75 y 85 %.
En la práctica, la bomba se elige con la curva del fabricante: debe entregar el caudal que necesitas a la TDH calculada, cerca de su punto de mejor eficiencia.
Paso 6: los paneles solares
A la potencia eléctrica se le suman las pérdidas reales del arreglo: la eficiencia del variador y los efectos de la temperatura, la suciedad y el desajuste entre paneles.
Por potencia bastarían 5 o 6 paneles de 550 a 620 W. Pero falta la revisión que manda: el voltaje. Un motor trifásico de 230 V necesita que el variador reciba unos 300 V de corriente directa o más, y un panel de esa clase entrega unos 38 V en su punto de máxima potencia cuando está caliente:
El resultado final son 8 paneles (unos 4.4 a 5 kWp): aquí decide el voltaje, no la potencia. La potencia extra no se desperdicia: la bomba arranca más temprano y rinde mejor en días nublados. Y en el sentido contrario, el voltaje de circuito abierto de los paneles en la mañana más fría no debe rebasar el máximo que acepta el variador.
Paso 7: cable y protecciones
El cable sumergible se calcula para que la caída de tensión quede dentro de lo que permite el fabricante del motor (normalmente entre 3 y 5 %), considerando la profundidad de la bomba más la distancia al variador. Del lado de los paneles, la NOM-001-SEDE (artículo 690) pide dimensionar conductores y protecciones al 156 % de la corriente de cortocircuito del arreglo (125 % por irradiancia × 125 % por operación continua), además de supresor de picos y puesta a tierra.
Resumen del ejemplo
| Concepto | Resultado |
|---|---|
| Agua requerida | 40 m³/día |
| Caudal de diseño | 7.3 m³/h (2.0 L/s) |
| Nivel dinámico | 45 m |
| Pérdidas por fricción | 4.9 m |
| Carga dinámica total (TDH) | ≈ 56 m |
| Potencia hidráulica | ≈ 1.1 kW |
| Motor | 3 HP, trifásico 230 V |
| Arreglo solar | 8 paneles en serie (≈ 4.4–5 kWp) |
Al correr este mismo caso en nuestra calculadora de bombeo solar, que trabaja con curvas reales de bombas comerciales, el resultado coincide: carga dinámica de 55 m, motor de 3 HP y 8 paneles en serie.
Este ejemplo es ilustrativo. El diseño definitivo depende de la prueba de bombeo del pozo, la curva real de la bomba, la temperatura del sitio, la calidad del agua y las condiciones de la instalación; por eso, antes de cotizar, revisamos cada proyecto con sus datos reales. El caudal y el desempeño varían según la profundidad del pozo, la altura, el clima y cada instalación.
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Fuentes y normas
- Irradiación solar promedio de México (5.5 kWh/m² al día), dato de IRENA citado por el Centro de Investigación Económica y Presupuestaria (CIEP).
- NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones eléctricas (utilización), artículo 690: sistemas solares fotovoltaicos.
- Ecuación de Hazen-Williams y leyes de afinidad de bombas centrífugas: fundamentos de hidráulica aplicada.
- Manuales de instalación de fabricantes de motores sumergibles: velocidad mínima de enfriamiento, válvulas check y caída de tensión del cable.