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