GENERADOR HIDRAULICO

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO MONOGRÁFICO “CONSTRUCCIÓN DE UN GENERADOR HIDRÁULICO”

Autores: COLQUEHUANCA ÁVILA, Angie Zulema MARÍN POLO, Diana Catalina NICOLÁS MORENO, Jesly Fátima

Asesor: PÉREZ CAMPOMANES, Giovene

Nuevo Chimbote – Perú 2015

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO – CHIMBOTE ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA DE FLUIDOS

ÍNDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS CAPÍTULO I: MARCO TEÓRICO 1.1.

1.2. 1.3.

1.4. 1.5.

Principio de conservación de energía………………………………………..5 1.1.1. Energía potencial………………………………………………………5 1.1.2. Energía cinética………………………………………………………..5 1.1.3. Energía mecánica……………………………………………………...5 1.1.4. Energía hidráulica……………………………………………………...5 Hidráulica……………………………………………………………………….5 1.2.1. Propiedades físicas de los fluidos……………………………………5 Principio de Bernoulli………………………………………………………….5 1.3.1. Cinética………………………………………………………………….5 1.3.2. Potencial gravitacional……………………………………………....5-6 1.3.3. Energía de flujo…………………………………………………….......6 Principio de Pascal…………………………………………………………….6 Pérdida de carga…………………………………………………………….6-7

CAPÍTULO II: DESARROLLO DEL TEMA 2.1. Definición del generador hidráulico……………………………………………..8 2.2. Funcionamiento…………………………………………………………………...8 2.3. Elaboración………………………………………………………………………..8 2.4. Procedimiento……………………………………………………………………..9 2.5. Aplicación……………………………………………………………………...9-10 2.6. Análisis de resultados…………………………………………………………...10

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

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INTRODUCCIÓN Este trabajo se basa en el diseño de un generador hidráulico que se rige por el principio de conservación de la energía; tiene por objetivo generar energía eléctrica a partir de la hidráulica, tomando en cuenta que la energía eléctrica es una energía limpia y renovable que no contamina, también notando que el gasto hidráulico se puede saber a partir del flujo de agua que caerá en el generador hidráulico, así mismo es necesario realizar un recorrido por distintas nociones de esta disciplina, con el fin de acercarnos a su naturaleza; lo cual resulta beneficioso para las ciudades rurales. Este proyecto se realiza a través de la necesidad en las poblaciones que carecen de energía eléctrica, debido a que probablemente se encuentran lejos de la ciudad, la falta de política adecuada y de conocimientos y capacidades técnicas necesarias para el diseño y la realización de estos proyectos. La finalidad es crear un sistema generador de electricidad a partir del movimiento del agua que pasa a través de unas cucharas, por lo tanto la fuerza de agua que transita genera energía que en gran volumen podría recargar una batería, también analizar el impacto que generaría en la ecología, ya que es un tema de suma importancia que pueden mejorar las condiciones de vida de este planeta. Por último, se pondrá en práctica el generador, para ver como el caudal usado influye en la intensidad de los leds encendidos. Por tal motivo, abordaremos lo siguiente: Principio de conservación de energía, hidráulica, principio de Bernoulli, principio de Pascal, etc.

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OBJETIVOS OBJETIVO ESPECÍFICO: 

Crear un sistema capaz de generar energía renovable encontrada en el medio ambiente para aprovechar los recursos naturales y mejorar la calidad de vida, aplicando los temas desarrollados en el curso de mecánica de fluidos.

OBJETIVOS GENERALES: 





Aplicar el Principio de Pascal para determinar la presión del agua que pasa por la manguera. Aplicar el Principio de Bernoulli para hallar el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Conocer y aplicar una alternativa de solución para las poblaciones que carecen de energía eléctrica.

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CAPÍTULO I: MARCO TEÓRICO En este trabajo podremos apreciar el principio de conservación de la energía, a través del generador hidráulico para saber así, como es que se transforma la energía mecánica a eléctrica, así mismo respaldar el principio en el que se basa este proyecto, que es un generador hidráulico. Conociendo los siguientes conceptos básicos:

1.1.

1.2.

Principio de conservación de la energía: Indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación. En este prototipo las energías que experimentan transformación son: 1.1.1. Energía potencial: Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición. 1.1.2. Energía cinética: La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. 1.1.3. Energía mecánica: Es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial y cinética de un sistema mecánico. 1.1.4. Energía hidráulica: Es aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua, saltos de agua o mareas, es decir se aprovecha de la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Hidráulica: Es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Los conceptos de la Mecánica de Fluidos se resumen en tres capítulos: estática, cinemática y dinámica. En la estática se estudia el agua en reposo; en la cinemática se trata de las líneas de flujo y de las trayectorias y en la dinámica se estudian las fuerzas que producen el movimiento del agua. 1.2.1. Propiedades físicas de los fluidos: La materia ordinaria de un fluido es que no tienen forma propia, adquiriendo la del recipiente que lo contiene Estos permiten describir los aspectos más importantes de la hidráulica que son: Peso específico (p), el peso por unidad de volumen de una sustancia, También se le conoce como peso volumétrico.

1.3.

Principio de Bernoulli: También denominado ecuación de Bernoulli que describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad, ni rozamiento), la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: 1.3.1. Cinética: Es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

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1.3.2. Potencial gravitacional: Es la energía debido a la altitud que un fluido posea. 1.3.3. Energía de flujo: Es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. Su ecuación es:

P1 /Pe + V12 /2g+ Z1+Hb = P2 /Pe + V22 /2g + Z2

1.4.

Principio de Pascal: Es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal, donde la presión ejercida en cualquier lugar de un fluido encerrado e incompresible se transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido, es decir, la presión en todo el fluido es constante. Esta ley puede observarse en diversos dispositivos que apelan a la energía hidráulica. De acuerdo a lo advertido por Pascal, el agua que ingresa a un recipiente con las características mencionadas, puede ser expulsada por cualquier agujero que tengan a la misma presión y velocidad. .

PA = m.g.h

Para hallar el Principio de Pascal se considera las siguientes magnitudes: 





Presión: Es una magnitud escalar y es una característica del punto del fluido en equilibrio, que dependerá únicamente de sus coordenadas. Altura: Es generada por la presión. Este principio dice que entre más alto se encuentre la columna de agua de un sistema la presión se incrementará proporcionalmente. Densidad: es la magnitud que refleja el vínculo que existe entre la masa de un cuerpo y su volumen. p = m/v

1.5.

Pérdida de carga: Es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Los valores de K para los distintos accesorios se dan en la tabla siguiente:

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TABLA 1. Coeficiente de accesorios (K)

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CAPÍTULO II: DESARROLLO DEL TEMA Generador hidráulico: 2.1. Definición: Se refiere a un sistema generador de energía eléctrica, a partir del movimiento del agua que pasa, bien por un solo canal a través de las cucharas; que recibirán el agua, haciendo girar la rueda de madera, que a su vez esta hará girar un engrane adaptado al dínamo, para así hacer prender 6 leds y obtener energía eléctrica. Posteriormente sabiendo porque principio se rige el generador hidráulico y lo que se debe cumplir. Así mismo con la elaboración del prototipo se intenta obtener un generador hidráulico que tenga las características, aplicado a las presas, caudales, ríos, etc. 2.2. Funcionamiento del generador hidráulico: Una central hidráulica es una represa alta que generalmente es construida en un gran río, para crear un estanque, y una estación en dónde el proceso de transformación de energía tiene lugar. En primer paso para la generación de la energía es la recolección del agua de lluvia, esta agua cae y gira una gran rueda, ésta convierte la energía del agua caída, en energía mecánica, que es conducida al generador hidráulico, el cual ayuda a la producción de la electricidad, luego el transformador incrementará el voltaje de la electricidad, a los niveles necesarios para ser enviada a las comunidades, o viviendas a través de la red y el agua es liberada a los lagos o ríos, aguas abajo.

2.3. Elaboración del generador Hidráulico Utilizando los siguientes materiales: 

Dínamo

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Témperas

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Cucharas

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Polea

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Cables

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Rodajes

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Listones



Manguera



Varilla metálica



Focos leds



Triplay



Disco duro



Silicona



Faja



Paliglobos

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2.4. PROCEDIMIENTOS: 1.- Construir una base de madera para el soporte de los pilares. La base debe estar sujeta y de la misma manera los pilares. (Ver anexo 1) 2.- Se elabora un sostenedor circular para colocar un eje entre los pilares y sobre ella se irá pegando las cucharas, mientras el eje es sujetada con un rodaje. (Ver anexo 1) 3.- Se construye la polea de disco duro y se coloca en el extremo del eje para ser sujetada con el dínamo a través de una faja. (Ver anexo 3) 4.- Se realizó la instalación de los focos leds en los postes, los cuales fueron conectados a través de cables. (Ver anexo 4) 5.- Para la conexión eléctrica lo que se debe de hacer es fijar el motor con la base con pegamento y unimos los dos cables y con una cinta lo fijamos y conectamos a un foco. (Ver anexo 5) 6.- Así mismo ya conectada la polea con el motor por una faja, lo enganchamos al motor para que quede tenso y finalmente se tiene la rueda eléctrica lista para funcionar, pero para que el motor funcione y provoque electricidad se debe botar un chorro de agua sobre las cucharas. (Ver anexo 6) 2.5. APLICACIÓN: Para la elaboración del diseño de un generador hidráulico se considera la aplicación del principio de pascal para conocer la presión con la cual ingresa el agua al conducto (manguera); también aplicar el principio de Bernoulli para conocer el comportamiento del flujo.



Datos: ALTURA (Z1): 1m ALTURA (Z2): 0.60cm CAUDAL: 0.00039m 3/s P1: 2452.5 P2: 0 VELOCIDAD: 1.61 m/s

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

Observaciones: F= P x A F= 2452.5 x  x 0.0175

2

F= 0.59 V= 2g (0.15 – 0.0175) V= 1.61 m/s V=√ 2ℎ Q= 0.00039 m3/s

Q= 1.61 x  (0.0175)2 Q= 0.39 litros 

Hallando Principio de Pascal P=

 

P= v = . A.h = Presión Manométrica A A

P = m.g.h P= 0.1 x 9810 + 0.15 x 9810 P= 2452.5 pa 

Una observación que notamos con este generador; es que se puede saber el gasto hidráulico a partir de:

Ecuación de Bernoulli: P1 /Pe + V12 /2g+ Z1+Hb = P2 /Pe + V22 /2g + Z2 (0.00039 x 4)2 2

2

2

+1 + Ht = 1.61 + 0.60 + 2 x 0.30 x 2.63 1ooo (0.0175) 19.62 19.62 19.62 Ht = 2.83 m 2452.5 +

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2.6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Para generar energía eléctrica, se puede decir que la intensidad de luz depende de la cantidad de agua que se emplee, es decir a mayor cantidad sale con mayor presión y ésta presión hace que las cucharas giren con más rapidez y se genera la energía eléctrica. Para lograr que funcione adecuadamente se tuvieron que colocar correctamente las cucharas, porque si no, no giraban uniformes y por lo tanto no se podría generar energía eléctrica. Con respecto a los resultados, se tomó en cuenta la cantidad de agua empleada para generar energía eléctrica a los focos leds, y así poder observar que se necesita una gran potencia de agua para lograr girar las cucharas y puedan encender los focos, a través de las conexiones que se realizó con el dínamo. Por otro lado el uso de la energía hidráulica tiene ventajas: es una energía renovable y limpia de alto rendimiento energético, es una energía inagotable y ecológica, es una energía totalmente limpia. Así como también conlleva a diversas aplicaciones que pueden servir de utilidad para el ahorro de energía eléctrica; podemos decir que sus aplicaciones del generador hidráulico son en: viviendas rurales, sistemas de riego y conexiones a la red eléctrica para la venta de corriente eléctrica.

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CONCLUSIONES 

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



Es una energía que se obtiene de la caída del agua de cierta altura a un nivel inferior que lo provoca el movimiento de ruedas hidráulicas, generando una rotación que se transforma en energía eléctrica por los generadores. Es un recurso natural que satisface las necesidades de las personas que aún no cuentan con energía eléctrica. Una de las ventajas es que el agua es inagotable que no contamina, produce trabajo a la temperatura ambiente. Debido a las aplicaciones realizadas en la mecánica de fluidos, podemos determinar el flujo en varios contextos, ya que es un recurso natural que está al alcance de la vida humana. Los focos leds se encienden de acuerdo a la presión que realiza el agua, mientras mayor presión iluminación.

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RECOMENDACIONES •

Realizar una circunferencia pequeña, porque entre más grande sea, será más difícil hacerlo rotar lo que puede ser una pérdida de energía.

•

Utilizar una buena cantidad de agua para que gire el molino de cucharas y así pueda generar energía.

•

El generador hidráulico debe ser rígido para que con el uso no se realicen fallas.

•

El color de los focos leds sebe ser el mismo ya que hay algunos colores que necesitan mayor voltaje, como consecuencia de estos colores es que no se encienden.

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BIBLIOGRAFÍA 

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Proyecto generador hidráulico [en línea]. Perú: prezi.com, 2013 [fecha de consulta: 04 de julio]. Disponible en: https://prezi.com/o2r34yctlrp/proyecto-generador-hidraulico/ CASTILLO, Paula. Súper experimento de física [en línea]. Perú: blogspot.com, 2012 [fecha de consulta: 27 junio 2015]. Disponible en: http://superexperimentodefisica.blogspot.com/2012/05/quees-ungenerador-hidraulico-refiere.html

MALUENGA, Josue. Tipos de energía [en línea]. Venezuela: monografias.com, 2012 [fecha de consulta: 04 de julio]. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos84/tipos-energia/tipos-energia.shtml

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ANEXOS Anexo 1

Anexo 2

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Anexo 3

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Anexo 4

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Anexo 5

Anexo 6

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GENERADOR HIDRAULICO

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