ENERGIA HIDRAULICA. Capítulo 7. Miguel Hadzich

Transcripción

1 ENERGIA HIDRAULICA Capítulo 7 Miguel Hadzich

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4 7.1.- Cálculo de la Energía Hidráulica Pot (W) = 7 x Q (l/s) x H(m) 1 m 3 = 1,000 litros Pot (kw) = 7 x Q (m3/s) x H(m)

5 Índice 1. La energía hidráulica Comportamiento del recurso hidráulico Aplicaciones Ventajas y desventajas 2. Tecnologías hidráulicas Turbinas Ruedas Bombas de ariete Sifón natural

6 Comportamiento del recurso hidráulico Ciclo del agua

7 El agua tiene energía por haber desnivel (caída de agua) o por el corriente del río (caudal) El agua hace girar una turbina o rueda de agua Aplicaciones La turbina o rueda se puede conectar a diferente maquinaria: A un generador eléctrico A una bomba de agua A maquinaria agrícola

8 Ventajas y desventajas La fuente de energía es inagotable, siempre que no se altere el ciclo del agua Bajo costo/bajo costo de mantenimiento Tiene un bajo impacto ambiental y no contamina Es de alta fiabilidad Tiene larga vida útil Se puede usar tanto para pequeños consumos como para producción a nivel industrial costo de instalación inicial el impacto ambiental es grande en caso de grandes centrales hidroeléctricas

9 Alimentación superior Overshot Ruedas

10 Ruedas Alimentación inferior undershot

11 Aplicaciones Bombeo Generación electricidad Maquinaria industrial o agrícola

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13 Ventajas y desventajas Fiabilidad y durabilidad No necesita aporte de combustible Se puede dar diferentes usos a una misma rueda Opera con variaciones de la corriente de agua Rendimiento no óptimo alimentación inferior alimentación superior Caída 20 cm a 1,5 m 1,5 a 5 m Velocidad río 1 a 1,5 m/s 1 m/s Caudal 100 a 300 l/s 10 a 600 l/s Tamaño 3 o 4 veces la caída Rendimiento 60 a 65 % 60 a 80 %

14 Ejemplos del GRUPO PUCP

15 Ruedas Hidráulicas 15

16 Riobombas con caída

17 Ruedas en canales

18 Canal-Bomba 18

19 RIOBOMBAS RIOGENERADORES 19

20 Riobombas para canales de regadío 20

21 Ruedas en canales Riogenerador PUCP - RN Lachay

22 RIOGENERADORES PUCP Sistema de interconexión energética con RIOGENERADORES PUCP en comunidades rurales alto andinas Electricidad y Bombeo de Agua con Energías Limpias

23 SITUACIÓN ACTUAL Más de seis millones de personas no cuentan con energía eléctrica en sus hogares. La falta de abastecimiento de agua es insuficiente para la realización de actividades productivas en agricultura y ganadería. Resta oportunidades de educación, salud y nutrición..relegando a la población a una situación de extrema pobreza.

24 RIOGENERADORES PUCP Video 3D Rueda Luismi Aprovecha la energía de riachuelos, canales o ríos para generar potencia mecánica, energía eléctrica y bombeo de agua. Utiliza Energías Limpias Puede servir para regadío y pequeños negocios

25 RIOGENERADORES PUCP CÓMO FUNCIONA?

26 VENTAJAS La fuente de energía es inagotable. Bajo costo de mantenimiento Tiene un bajo impacto ambiental y no contamina Es de alta fiabilidad Tiene larga vida útil Se puede usar tanto para pequeños consumos como para producción a nivel industrial Llegará a zonas alejadas donde el Estado no ha planificado.

27 BOMBEO DE AGUA El bombeo de agua es muy necesario para consumo y riego, especialmente en épocas de sequías en el que no se utilizan los terrenos por no tener lluvias. Con esta tecnología se puede proveer agua suficiente para tener otra cosecha o simplemente para el consumo humano y/o de los ganados.

28 RIOGENERADORES

29 ENERGÍA ELÉCTRICA La generación de electricidad, será utilizada para múltiples usos como iluminación, comunicaciones (teléfono), diversión (radio, TV), cargado de baterías, celulares y otros pequeños artefactos

30 ENERGÍA MECÁNICA Se utiliza para múltiples usos industriales como procesamiento de café, lana, avena, forraje, lavadora de ropa, y cualquier otra utilidad según necesidad del usuario

31 IMPACTO CON LA IMPLEMENTACIÓN Se beneficiarán a más 6500 pobladores del ande con energía eléctrica 32 centros poblados con agua para regadío en zonas altas Disminución en el uso de pilas, velas y kerosene 320 personas capacitadas en energía, buenas practicas de salud y medio ambiente 64 Yachachiq expertos en RIOGENERADORES PUCP

32 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA RUEDA HIDRAÚLICA CON BOMBA RECIPROCANTE EN LOCUMBA-TACNA APLICADO AL RIEGO DE PARCELAS DEMOSTRATIVAS Por: Julio Ramírez Ramírez, Ulises Perez Solis Universidad Nacional Agraria La Molina

33 DESCRIPCIÓN DE LA RUEDA HIDRAULICA La rueda hidráulica es un motor hidráulico con una hilera de paletas, trabaja a revoluciones bajas (4-20rpm), en estos tipos de ruedas obra la energía cinética del agua. El agua sale de las paletas con una dirección y velocidad determinada; existe, pues, gradiente de presión mínimo entre la entrada y la salida de las paletas, existe también un grado de reacción mínimo. Mediante un mecanismo de biela-manivela, el giro de la rueda se transforma en movimiento lineal alternativo para accionar las bombas reciprocantes que elevan el agua desde el rió o canal hasta el nivel de descarga deseado.

34 PARTES DE RUEDA HIDRAULICA CON BOMBA RECIPROCANTE 1.- Rueda hidráulica 2.- Motor doblemente reciprocante 3.- Sistema de transmisión

35 El sistema consiste en el acoplamiento apropiado de una rueda hidráulica para la impulsión de una bomba reciprocante, transmisión y bomba forman un solo cuerpo sobre un bastidor de base.

36 CARACTERÍSTICAS DEL PROTOTIPO 1.- Caudal de bombeo 0.31L/seg 2.- Diametro de la rueda 1.25mt 3.- Velocidad angular 15RPM 4.- Efic. Rueda 20% 5.- Area paletas 625cm2 6.- Velc. impacto del agua 1.33m/s 7.- Presión de trabajo 3.4m.c.a 8.- Potencia máxima 0.09HP

37 CARACTERISTICAS Y VENTAJAS 1.- Se adapta especialmente al bombeo de agua de las partes bajas hacia las partes altas. 2.- No necesita suministro de energía (ni electricidad, ni combustible). 3.- Es completamente automático. 4.- Puede ser construido íntegramente con material y tecnología nacional. 5.- Tiene mínimo mantenimiento. 6.- Aprovecha flujos hidráulicos de ríos o canales con velocidades superiores a 1mt/seg.

38 APLICACIONES 1.- Abastecimiento de agua a pequeñas poblaciones. 2.- Riego tecnificado de plantaciones. 3.- Bebederos de aves y ganado.

39 Fotos:

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41 VISTA GENERAL DE LA PARCELA Y EL RÍO

42 VIDEO FUNCIONAMIENTO

43 7.2.- Turbinas Hidráulicas Pot (W) = 7 x Q (l/s) x H(m) 1 m 3 = 1,000 litros Pot (kw) = 7 x Q (m3/s) x H(m)

44 Cómo medir Q y H?

45 Como funciona una turbina? Turbinas

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47 Aplicaciones Generación electricidad a nivel domestico comunitario o industrial Microcentrales (<100 kw) Minicentrales (entre 100 y 2000 kw) Doméstico Comunitario Centrales pequeñas (entre 2000 y kw) Industrial

48 Aplicaciones

49 Tipos de turbinas Turbinas para desniveles

50 Tipos de turbinas Ventajas y desventajas Este tipo de turbinas son más económicas (no necesitan grandes obras) Se pueden usar en zonas planas - no necesitan gran velocidad del río. Las diferentes características de cada una son: Turbinas: Pelton Michell-Banki Francis Kaplan Preferentemente para caudales: Preferentemente para desniveles: Costo comparativo de la instalación Pequeños a grandes Medianos a grandes Pequeños a medianos Pequeños a medianos Grandes Medianos y grandes Grandes Medianos y grandes Menor Menor Mayor Mayor

51 Tipos de turbinas

52 Tipos de turbinas Turbinas de río Turbina Garman Turbina Tyson Bajo coste inicial Movilidad de la instalación Muy fácil construcción Rendimiento no muy elevado Rendimiento más elevado Necesita ríos más profundos No se puede mover ya que hay que fijarla al fondo

53 Distribución de presiones

54 Turbinas de bajas caídas LH1000 es diseñado para caidas fijas de 0.6-3m

55 Turbinas de Bajas Caídas con Generador de Imán Permanente Pelton plástico Turgo

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57 Turbina de agua Aquair 100 W

58 Riogeneradores Rutland

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60 Cómo se diseña una turbina?

61 Número Específico de Revoluciones Ns

62 El diseño perfecto

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64 Ejemplos del GRUPO Michell-Banki Picoturbina Turbobomba

65 Turbina Pelton Harris

66 7.3.- Bombas de Ariete Hidráulico

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69 Ejemplos GRUPO

70 Bombas de ariete de plástico

71 Bombas de Ariete de todos los tamaños

72 La Bomba de Ariete más grande del mundo

73 Cursos de Bombas de Ariete GRUPO

74 Bomba de ariete Aplicación: bombear agua

75 Ventajas y desventajas No necesita ningún tipo de energía Bajo costo de instalación y mantenimiento Posibilidad de construcción artesanal Bombea el agua a mucha altura Se puede hacer de plástico (bombea menos pero mucho más barata) Funciona las 24 horas una vez instalada No bombea mucha cantidad de agua

76 Selección de Bombas de Ariete

77 Bombas Manuales Bombas de soga Bombas sube y baja Bombas de pedal Bombas manuales

78 Bombas Manuales GRUPO PUCP TRULIS - CHANCAY 78

79 Bombas de Soga 79

80 Bombas de Soga 80

81 Bomba de Pedal 81

82 Bomba Sube y Baja 82

83 Sifón natural No hace falta aporte de combustible No hace falta ninguna máquina Muy barata Instalación muy sencilla No sirve para desniveles demasiado fuertes

84 PROYECTO: UBICACION: CARACTERISTICAS:

85 Datos Fuente de Energía Irradiación solar Id (kwh/m2 día): Velocidad del viento v (m/s): Caída de agua H (m): Caudal de agua Q (lit/s):

86 Cuánto de energía necesito para hacer funcionar una licuadora de 50W durante 2 horas al día? NOMBRE Potencia (W) N de horas de Energía necesaria al día funcionamiento al día Ed (Wh) LICUADORA x 2 = 100 Wh

87 ENERGIA (Wh) CANT. NOMBRE POT. (W) N horas/día (h) Energía Ed (Wh)

88 POTENCIA (W) CANT. NOMBRE POT. UNITARIA (W) POTENCIA TOTAL (W) POTENCIA TOTAL (kw)

89 Caída de agua H (m): Fuente de Energía Hidráulica Caudal de agua Q (lit/s): 1 m 3 = 1,000 litros Potencia obtenida, en W: Pot = 7 x Q x H =