ENERGIA HIDRAULICA Capítulo 7 Miguel Hadzich
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)
Índice 1. La energía hidráulica Comportamiento del recurso hidráulico Aplicaciones Ventajas y desventajas 2. Tecnologías hidráulicas Turbinas Ruedas Bombas de ariete Sifón natural
Comportamiento del recurso hidráulico Ciclo del agua
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
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
Alimentación superior Overshot Ruedas
Ruedas Alimentación inferior undershot
Aplicaciones Bombeo Generación electricidad Maquinaria industrial o agrícola
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 %
Ejemplos del GRUPO PUCP
Ruedas Hidráulicas 15
Riobombas con caída
Ruedas en canales
Canal-Bomba 18
RIOBOMBAS RIOGENERADORES 19
Riobombas para canales de regadío 20
Ruedas en canales Riogenerador PUCP - RN Lachay http://www.youtube.com/watch?v=wr1hi94fgzw
RIOGENERADORES PUCP Sistema de interconexión energética con RIOGENERADORES PUCP en comunidades rurales alto andinas Electricidad y Bombeo de Agua con Energías Limpias
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.
RIOGENERADORES PUCP Video 3D Rueda Luismi http://www.youtube.com/watch?v=k7msbseuwwk 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
RIOGENERADORES PUCP CÓMO FUNCIONA?
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.
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.
RIOGENERADORES
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
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
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
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
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.
PARTES DE RUEDA HIDRAULICA CON BOMBA RECIPROCANTE 1.- Rueda hidráulica 2.- Motor doblemente reciprocante 3.- Sistema de transmisión
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.
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
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.
APLICACIONES 1.- Abastecimiento de agua a pequeñas poblaciones. 2.- Riego tecnificado de plantaciones. 3.- Bebederos de aves y ganado.
Fotos:
VISTA GENERAL DE LA PARCELA Y EL RÍO
VIDEO FUNCIONAMIENTO http://www.youtube.com/watch?v=kmwptb5grfa&feature=relmfu
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)
Cómo medir Q y H?
Como funciona una turbina? Turbinas
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 10 000 kw) Industrial
Aplicaciones
Tipos de turbinas Turbinas para desniveles
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
Tipos de turbinas
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
Distribución de presiones
Turbinas de bajas caídas LH1000 es diseñado para caidas fijas de 0.6-3m
Turbinas de Bajas Caídas con Generador de Imán Permanente Pelton plástico Turgo
Turbina de agua Aquair 100 W
Riogeneradores Rutland
Cómo se diseña una turbina?
Número Específico de Revoluciones Ns
El diseño perfecto
Ejemplos del GRUPO Michell-Banki Picoturbina Turbobomba
Turbina Pelton Harris
7.3.- Bombas de Ariete Hidráulico
Ejemplos GRUPO
Bombas de ariete de plástico
Bombas de Ariete de todos los tamaños
La Bomba de Ariete más grande del mundo
Cursos de Bombas de Ariete GRUPO
Bomba de ariete Aplicación: bombear agua
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
Selección de Bombas de Ariete
Bombas Manuales Bombas de soga Bombas sube y baja Bombas de pedal Bombas manuales
Bombas Manuales GRUPO PUCP TRULIS - CHANCAY 78
Bombas de Soga 79
Bombas de Soga 80
Bomba de Pedal 81
Bomba Sube y Baja 82
Sifón natural No hace falta aporte de combustible No hace falta ninguna máquina Muy barata Instalación muy sencilla No sirve para desniveles demasiado fuertes
PROYECTO: UBICACION: CARACTERISTICAS:
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):
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 50 2 50x 2 = 100 Wh
ENERGIA (Wh) CANT. NOMBRE POT. (W) N horas/día (h) Energía Ed (Wh)
POTENCIA (W) CANT. NOMBRE POT. UNITARIA (W) POTENCIA TOTAL (W) POTENCIA TOTAL (kw)
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 =