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ENERGIA HIDRAULICA

Capítulo 7

Miguel Hadzich

7.1.- Cálculo de la Energía Hidráulica

Pot (W) = 7 x Q (l/s) x H(m)

1 m3 = 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

Aplicaciones

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

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

Ruedas

Alimentación superior Overshot

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

15

Ruedas Hidráulicas

Riobombas con caída

Ruedas en canales

18

Canal-Bomba

19

RIOBOMBAS

RIOGENERADORES

20

Riobombas para canales de regadío

Ruedas en canales

http://www.youtube.com/watch?v=Wr1hi94Fgzw

Riogenerador PUCP - RN Lachay

RIOGENERADORES PUCP

Electricidad y Bombeo de Agua con

Energías Limpias

“Sistema de

interconexión

energética con

RIOGENERADORES

PUCP en

comunidades rurales

alto andinas”

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

CÓMO FUNCIONA?

RIOGENERADORES

PUCP

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

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.

DESCRIPCIÓN DE LA RUEDA HIDRAULICA

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 m3 = 1,000 litros

Pot (kW) = 7 x Q (m3/s) x H(m)

Cómo medir Q y H?

Turbinas

¿Como funciona una turbina?

Aplicaciones

Generación electricidad a nivel domestico comunitario o industrial

Minicentrales (entre 100 y 2000 kW)

Centrales pequeñas (entre 2000 y 10 000 kW)

Doméstico

Comunitario

Industrial

Microcentrales (<100 kW)

Aplicaciones

Tipos de turbinas

Turbinas para desniveles

Tipos de turbinas

Turbinas: Pelton Michell-Banki Francis Kaplan

Preferentemente para

caudales:

Pequeños a

grandes

Pequeños a

medianos

Grandes Grandes

Preferentemente para

desniveles:

Medianos a

grandes

Pequeños a

medianos

Medianos y

grandes

Medianos y

grandes

Costo comparativo de

la instalación

Menor Menor Mayor Mayor

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:

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

Turgo

Pelton plástico

Turbina de agua Aquair

100 W

Riogeneradores Rutland

Cómo se diseña una turbina?

Número Específico de Revoluciones Ns

El diseño perfecto

Ejemplos del GRUPO

Picoturbina

Turbobomba

Michell-Banki

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

78

Bombas Manuales

GRUPO PUCP TRULIS - CHANCAY

79

Bombas de Soga

80

Bombas de Soga

81

Bomba de Pedal

82

Bomba

Sube y

Baja

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:

Irradiación solar Id (kWh/m2 día):

Velocidad del viento v (m/s):

Caída de agua H (m): Caudal de agua Q (lit/s):

Datos Fuente de Energía

Cuánto de energía necesito para hacer funcionar una licuadora de 50W durante 2 horas al día?

NOMBRE Potencia (W) N° de horas de

funcionamiento al día Energía necesaria 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)

Potencia obtenida, en W: Pot = 7 x Q x H =

Fuente de Energía Hidráulica

Caída de agua H (m): Caudal de agua Q (lit/s): 1 m3 = 1,000 litros