Variación de potencia en una central hidroeléctrica en función de la altura del salto a caudal fijo y del caudal variable y altura fija. 4º E.S.O. I.E.S. Meléndez Valdés
Índice: Resumen del trabajo. Antecedentes e investigaciones previas. Objetivo de la investigación. Metodología empleada. - Fase A. - Fase B. - Fase C. - Fase D. - Fase E. - Fase F. - Fase G. Resultados obtenidos. Expresión matemática. Conclusiones. Bibliografía. Información gráfica importante. Autor Coordinador del trabajo Cartel Resumen
Resumen del trabajo: Uno de los potenciales más importantes, en cuanto energías renovables se refiere en Extremadura, es la energía hidroeléctrica. El potencial energético en Extremadura se traduce no solo en grandes pantanos como el de Alange o los saltos importantes en el Tajo, sino que existen pequeños ríos con aprovechamiento minihidraúlico, unos utilizados, otros en desuso y otros usados en la antigüedad como molinos. El objeto de este estudio es determinar los parámetros más favorables para aprovechamiento hidroeléctrico de un salto, para ello se diseñará una pequeña central hidroeléctrica y para un salto o altura fija variarán los caudales para determinar qué potencias se producen en el generador. Posteriormente se hará lo contrario: para un caudal fijo se variarán las alturas del salto. Para ello se dispone de una bomba que simula el salto de agua, la cual tiene calibrados los caudales en función de la tensión eléctrica. Antecedentes e investigaciones previas: El grupo clase previamente ha estudiado las fuentes renovables realizando estudios y trabajos sobre energía solar, térmica, hidráulica, eólica, biomasa...en el primer trimestre elaboraron robots que buscaban el sol o que no chocaban contra las paredes, lo cual le ha suministrado los conocimientos oportunos en electricidad, mecánica, hidráulica, mecanismos, electricidad etc... En este trimestre se optó que el alumno hiciera sus propios grupos y eligiera cualquier proyecto según sus intereses, los cuales decidieron y se repartieron. Objetivo de la investigación: Dar a conocer una central hidroeléctrica, ver su funcionamiento y las energías renovables para mentalizar a la gente del derroche diario de energía que dará lugar a que en un futuro no destrocemos el planeta y la vida de nuestros hijos y los hijos de nuestros hijos puedan vivir mejor y más.
Metodología empleada El método para llevar a cabo la investigación a grandes rasgos y según el orden cronológico es el siguiente: Fase A: Planteamiento de los procedimientos de investigación y aplicabilidad en nuestro temario normal de clase. El profesor nos planteó la construcción de diferentes centrales (cada uno elegimos la que preferimos) y la creación de un estudio de su energía. Fase B: Búsqueda por parte del profesorado de temas en los que podríamos aplicar los principios generales de la investigación. De todos los desarrollados se considera que un tema muy actualizado es la problemática energética y medioambiental, aunque también se tratan algunos de física, química, arqueología... Fase C: Incorporación al grupo de la clase de los conceptos necesarios para abordar nuestro objeto de estudio. Estudiamos en clase las energías y todos sus tipos, y con ellas las consecuencias medioambientales de cada una. Estudiamos conceptos básicos (energía, potencia, ) para poder comprender los diferentes tipos de energía y sus características. c.0.- Estudio en clase del concepto de energía y tipos de energías renovables y fósiles. Problemática medioambiental. Estudiamos las centrales, la energía que proporcionaban y el efecto invernadero y el calentamiento global. También la contaminación correspondiente de cada una de ellas. c.1.- Visión de la película Una verdad incómoda de Al Gore y puesta en debate. c.2.- Planteamiento de la situación energética en España y Extremadura; para ello se busca documentación en Internet de la Comisión Nacional de la Energía, Ministerio de Medioambiente, Junta de Extremadura, Confederaciones Hidrográficas... Fase D: Diseño del tema y prototipo a estudiar. d.1 Propuesta del profesor de los temas a investigar. Nosotros decidimos investigar las centrales Hidroeléctricas. d.2 Búsqueda de información de los prototipos ya hechos y que están en el mercado: estudio de la competencia.
d.3. Diseño y realización de prototipos en miniatura de diferentes y diversas centrales renovables: fotovoltaicas, térmicas, colectores, desalinizadoras, hidráulicas, eólicas... Pensamos en la disposición de una presa y una bobina. d.4. Comprobación y puesta en funcionamiento de ellas. Reparación y rediseño. Al realizar las mediciones, comprobamos que a mayor altura más voltios. Fase E: Diseño del proceso de investigación. e.1. Preparación de la documentación necesaria: el análisis de la toma de datos. Preparamos las hojas de datos y decidimos el caudal y potencia de la bomba de agua. e.2. Preparación del equipo objeto de estudio. Puesta a punto. Probamos si el de la bomba, bobina y generador era el correcto, y decidimos las alturas de la goma del agua. e.3. Toma de datos de campo. Tomamos los datos probando diferentes alturas y caudales. Fase F: Tratamiento de los datos obtenidos: f.1.- Vertido de los datos y realización de gráficas y ecuaciones matemáticas que describan el funcionamiento del prototipo. Realizamos gráficas y vimos si los datos eran coherentes. f.2. Búsqueda de incongruencias en las mediciones. Problemática asociadas. Las mediciones a más altura dan mas voltios que más abajo. f.3. Decisión de las mejoras posibles para mejorar el funcionamiento del prototipo y la toma de datos. Después de la primera medición decidimos que los intervalos de la altura deberían ir más alto y así aumentar el rendimiento. f.4. Toma de datos con las mejoras introducidas. Las tomas se produjeron sin errores y correctamente. f.5. Análisis de los datos obtenidos y dibujo de las gráficas que sinteticen la investigación. Fase G: Obtención de conclusiones. g.1. Conclusiones del estudio. g.2. Enunciado de propuestas generales.
Resultados obtenidos: Tabla de datos obtenidos mediante la experimentación: 50 l/h 65 l/h95 l/h 150 l/h 200 l/h 250 l/h 300 l/h 350 l/h altura 10 cm 0 350 610 670 860 1120 1310 1500 altura 15 cm 0 400 630 950 1190 1270 1370 1510 altura 20 cm 0 200 600 940 840 1220 1310 1630 altura 25 cm 0 130 400 940 1080 1390 1570 1730 2000 1500 1000 500 0 50 l/h 95 l/h 200 l/h 300 l/h altura 25 cm altura 10 cm altura 10 cm altura 15 cm altura 20 cm altura 25 cm
Expresión matemática aproximada: Vh = 1500/350 Q Siendo Vh = voltios para una altura fija h. Conclusiones: Q = caudal en litros/hora Se observa que para un caudal fijo la altura del salto influye positivamente, es decir, la potencia del generador es mayor, pero no es muy diferenciador. Por otra parte, si es determinante que a mayor caudal más potencia genera el generador para una altura fija. Inconvenientes que hemos tenido al desarrollar el proceso y las mediciones: -Las cucharas de la turbina que hicimos se despegaban al chocar el agua por la mala disposición de estas. -La turbina no giraba bien debido a que rozaban bastante, se ajustó y lubricó correctamente. -Tuvimos que poner protecciones para que no salpicara agua. -El canal de agua no se sujetaba bien y era difícil calibrar la altura. Se regló y se pudo ajustar bien. Referencias bibliográficas y páginas Web consultadas: www.institucio.org/mestral/tecnotreball/centrahidrol.htm (historia de dichas centrales) www.unesa.net/unesa/html/sabereinvestigar/mapas/centraleshidroelectricas.htm (mapas de algunas de ellas) www.tecnun.es/asignaturas/ecologia/trabajos/ehidraul/p3.htm (coste y ventajas) www.turbinas3hc.com/pagina2.html (tipos de turbinas) También consultamos libros de tecnología y medio ambiente que nos prestó y presentó el coordinador Garci.
Fotos del Proyecto: Mediante la fuente de alimentación podemos suministrar un caudal concreto ya que la bomba está tabulada en función de la tensión aplicada. El generador nos suministra una tensión que la medimos con el polímetro.
Cartel expositivo.
Algunas fotos de Centrales y Esquemas: