Trabajo de Investigación Formativa PDF

Preview

Summary

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA ELECTRONICA CURSO: MECANICA PROYECTO DE INVESTIGACION FORMATIVA DE LA VELOCIDAD DEL RIO GENERANDO ENERGIA A MAQUINAS AUTOMATICAS DE INTEGRANTES: Richard Chiuche Ccama PROFESOR(A): Nilda Pinto PERU 2018 I DEL PROBLEMA del problema Uno...

Description

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA ELECTRONICA

CURSO: MECANICA PROYECTO DE INVESTIGACION FORMATIVA “APLICACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL RIO GENERANDO ENERGIA A MAQUINAS AUTOMATICAS DE LIMPIEZA” INTEGRANTES: Richard Chiuche Ccama PROFESOR(A): Nilda Pinto Díaz AREQUIPA- PERU 2018

I.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1Determinación del problema Uno de los problemas que más preocupan a los expertos es el abastecimiento de agua potable en muchos territorios del planeta. El 80% de la población mundial vive en zonas donde los ríos están contaminados y sufren las consecuencias de la degradación ambiental. Por lo tanto es imprescindible poner en práctica las medidas necesarias para que esta situación no vaya en aumento y llegue a convertirse en un auténtico problema no sólo para el ser humano, sino para cualquier otro ser vivo que necesita el agua para sobrevivir. En esta lección te descubriremos las causas y consecuencias de la contaminación de los ríos.

1.2Formulación del problema Fundamentalmente, el agua se contamina por las actividades humanas, ya que la población va requiriendo con el tiempo más agua para sus actividades; la consecuencia de esto es la incorporación a los ríos de materiales considerados como extraños, tales como productos químicos, microorganismos, aguas residuales y desechos industriales.

1.3Objetivos: Generales y específicos OBJETIVO GENERAL Analizar el impacto de la problemática y estudiar el caso para que con ayuda de las autoridades correspondientes se puedan generar nuevas alternativas para cuidar los ríos. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1. Profundizar el tema para establecer métodos adecuados y así alcanzar mejores beneficios a favor de la causa 2. Realizar una apreciación del daño que representa la contaminación en los ríos y que consecuencia nos puede traer. 3. Elaborar un blog que contenga la información necesaria para poder transmitir a los usuarios sobre el grave problema que los ríos contaminados representan.

1.4Importancia y alcances de la investigación

La importancia de los ríos en el planeta excede cualquier posibilidad de interpretaciones erróneas. Muchos artistas y hombres de ciencia los han comparado con los vasos sanguíneos del mundo, dado que se encargan de funciones cardinales que hacen a la integridad del planeta entero, como una verdadera unidad. Un río es un curso de agua (en general con baja salinidad, de allí lo de “agua dulce” entre nosotros o “agua fresca” [fresh water] entre los angloparlantes), que se origina ya sea a punto de partida del deshielo de las altas montañas o bien como confluencia de otros cursos de agua más reducidos (otros ríos, pequeños arroyos). En general, mientras que los ríos de montaña son de curso rápido y vigoroso, con alto contenido en minerales, los ríos de llanura se caracterizan por su mayor caudal y canal, con un curso más lento y pausado. Desde el punto de vista de la biosfera, los ríos constituyen una importante reserva de agua de acceso para los seres vivos (agua potable) y también son el hábitat de innumerables formas de vida, que incluyen protistas, moneras, plancton, hongos, vegetales, animales inferiores y superiores. En este sentido, los ecosistemas más variados del planeta giran en torno al Amazonas, el río más caudaloso del planeta, con un recorrido nacido en la alta montaña (río Marañón) y que termina su curso como río de llanura. Se estima que la cuenca amazónica sólo es sobrepasada por los océanos en términos del número de especies y recuento de individuos en lo que hace a animales y vegetales. No debe olvidarse el otro aspecto relevante que hace a la importancia de los ríos: su misión social. En efecto, las grandes civilizaciones de la antigüedad y las principales ciudades de la modernidad se han asentados junto a ríos de dimensiones considerables, tanto por la necesidad de comunicación (los ríos navegables han sido los principales caminos de la humanidad durante varios milenios) como de sustento de agua potable y fuente de alimento. Basta recordar a las culturas de Egipto (río Nilo), Mesopotamia (Tigris y Éufrates) o a las numerosas capitales europeas situadas sobre el Danubio. Por lo tanto, es menester destacar que la importancia de los ríos los convierte en necesarios objetivos de protección, dado que la contaminación de las aguas puede dar paso a la destrucción de ecosistemas completos e incluso a transformar a los asentamientos humanos en áreas inviables a corto y mediano plazo. Desde un inicio se decide aplicar algunos conceptos de mecánica para poder aprovechar la velocidad del rio, esto generara un tanto de energía que luego podrá ser reutilizado en mecanismos de limpieza automática en cierto periodo de tiempo. A la vez esto hará que el rio este menos contaminado por las mallas que se utilizara para poder retenerla.

Tratamos de mejorar e implementar la idea de un inventor y emprendedor holandés que ideo una barrera para limpiar océanos con el proyecto "The Ocean Cleanup" luchando contra la "sopa plástica", una mezcla de diversos residuos que flotan en el océano. La mayoría de los residuos plásticos se encuentra flotando en los cinco principales giros oceánicos marinos, que van amalgamando enormes placas de desechos, convirtiéndose casi en "continentes" de plástico.

II.MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes del estudio: El tratamiento del agua puede atenderse en dos vertientes: para la obtención del agua potable y para la regeneración de aguas servidas. Las civilizaciones más antiguas, al asentarse junto a fuentes de agua, han dejado antecedentes grabados en los que se puede conocer que ya existía el tratamiento para el consumo humano y para la higiene. Textos en sánscrito describen la purificación del agua a partir de hervirla y filtrarla. En Egipto, por el año 1300 aC, se hace referencia a un sistema de sifones para separar impurezas en suspensión, más adelante los romanos colocan un sistema de sedimentación en sus acueductos previos al suministro público. En Venecia como en otras ciudades, la captación pluvial se canalizaba a filtros de arena previos al almacenamiento en cisternas o aljibes. Pero es hasta el siglo XVIII que se patentan en Francia e Inglaterra como sistemas de tratamiento, y posteriormente aplicados a gran escala en 1804 en Pailey, Escocia, donde se incluye sedimentación y filtración con arena. En el nuevo continente son aplicables los tratamientos de agua más tarde que en Europa, debido a que las fuentes de abastecimiento estaban menos contaminadas. Aun así, es en Richmond, Virginia, donde se aplica el primer sistema de tratamiento por filtración lenta, con inconvenientes debido a una alta concentración de sólidos suspendidos en las aguas superficiales tratadas. La evolución de la medicina detecta que las enfermedades generalmente se contraen por la ingestión de agua contaminada y prevé el control bacteriológico que debe añadirse al tratamiento de las aguas para ser potables, sumando un proceso más al sistema de desinfección para eliminar los organismos patógenos. Toca a Bélgica ser la primera ciudad que integra este proceso al tratamiento empleando hipoclorito. En América se inicia la producción masiva de cloro líquido hasta 1909 y se emplea para el tratamiento del agua en Filadelfia en 1913, probando otros métodos alternativos como el ozono y las radiaciones ultravioleta, que no se

popularizaron por ser más costosos pero que hoy en día se han vuelto más competitivos y aplicables. En México las filtraciones han sido de uso corriente desde el siglo XVII, empleando la decantación, con posterior filtrado de arena y grava, cuando la fuente es por manantiales o ríos, pero cuando es por lagunas o jagüeyes, se realiza una filtración mediante plantas acuáticas, carbón o también con filtros de acción gravitacional. Finalmente, si es para ingestión, hervir el agua ha sido y será el mejor método potabilizador. Los sistemas de ablandamiento fueron introducidos en el siglo XIX, sobre todo para procesos industriales que requerían de aguas con menor contenido de sólidos disueltos y compuestos orgánicos difíciles de separar por métodos simples de filtración. Actualmente se aplican técnicas de ablandamiento muy eficaces como membranas sintéticas por nanofiltración, microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa. La sobreexplotación de las fuentes de abastecimiento convencionales, ríos, lagos, ríos subterráneos y mantos freáticos, ha ocasionado el empleo de otras fuentes alternativas: mares y residuales. Las aguas salobres o marítimas contienen grandes concentraciones de sales disueltas con alto grado de dificultad para su separación, ello hace necesaria la aplicación de procesos como la destilación, la electrólisis y la ósmosis inversa, para poder aprovechar esta agua. Reuso de aguas Las aguas servidas o residuales requieren, dependiendo de la calidad y de su origen, de tratamientos específicos para su reutilización, que viene a ser necesaria en la actualidad. En las diferentes culturas, tanto orientales como occidentales, se empleaba el agua de las fuentes aledañas al asentamiento humano y de diversas formas se reingresaba a la misma fuente, dejando a la naturaleza a cargo de la depuración del líquido. Mientras la población no era excesiva, el agua se diluía sin mayor problema y los pobladores de aguas abajo podían usarla con mínimo riesgo. La gravedad estriba en la alta densidad de poblaciones que devuelven aguas altamente contaminadas y la naturaleza no tiene capacidad para depurarlas: los ríos se convierten en canales de desagüe con aguas contaminadas con los consecuentes problemas de salud. Los drenajes tienen antecedentes en los romanos, cuyas canalizaciones aprovechaban las pendientes naturales para desalojar las aguas pluviales de los edificios y calles fuera de la población. Los deshechos humanos eran directamente vertidos a esas calles o en acequias en la periferia y sólo las lluvias las transportaban fuera de la ciudad a los ríos o al mar. Así hasta el siglo XIX, que Edwin Chadwick en Europa, advierte el error de contaminar los ríos con las aguas negras, dictaminando que las aguas de lluvia deben ir al río pero las aguas negras al suelo. Hamburgo se convierte en la primera ciudad que

construye un drenaje moderno con la separación de los dos tipos de aguas en 1840, y a la fecha no ha tenido modificaciones esenciales. En la América precolombina las ciudades se construían con drenajes pluviales paralelos a sus calzadas principales, los mismos edificios principales se diseñan con canalones ocultos. Ya con la época hispana, se construye a la manera europea con todas sus deficiencias y malas costumbres de higiene, perdiendo el equilibrio logrado antes de la llegada de los españoles. Hacia el siglo XVIII el uso de letrinas junto a las acequias se adoptó como un método higiénico en la capital de la Nueva España; éstas tenían que limpiarse diariamente y los residuos se llevaban a un tiradero, que en tiempos de sequía era un foco de infección y olores, por lo que se determinó suprimirlas; sin embargo, ante la necesidad de realizar sus necesidades fisiológicas los pobladores recurrieron directamente a las acequias, con lo que éstas se convirtieron en el primer drenaje a cielo abierto de la ciudad. Inicialmente se retomaron los drenajes prehispánicos principales a la llegada en siglo XVI, y fue la ciudad de México una de las pocas que en aquel entonces contaban con drenaje subterráneo, pero debido a la poca pendiente y los residuos que ahí se arrojaban, quedaba obstruida continuamente. En 1792, un edicto que obligaba a tener letrinas en el interior de los edificios con su conexión al drenaje causó mayores obturaciones al desagüe y las históricas inundaciones y epidemias en varios periodos.1 Si consideramos lo anterior deberíamos presuponer que debieron haberse tomado medidas profundas para detener la contaminación del agua, sobre todo por las muertes a causa de enfermedades que esto ha originado, pero en el momento preciso nada se realizó para eliminar el problema de raíz, ya que sólo se aplicaron paliativos a la causa. Hasta el año 1956 se construye la primera planta tratadora de aguas residuales en la ciudad de México emplazada cerca de Chapultepec; en 1958 en la Ciudad Deportiva de la Delegación Iztacalco; en 1959 en Xochimilco; en 1964 en San Juan de Aragón de la Delegación Gustavo A. Madero; en 1971 en el Cerro de la Estrella en Iztapalapa y en 1973 en Bosques de las Lomas de la Delegación Miguel Hidalgo. Actualmente se han puesto en marcha más plantas de tratamiento en el Distrito Federal debido a la creciente demanda por el aumento de la población, y hasta 2005 se contaba con 25 plantas de tratamiento. Aun así los volúmenes del agua por tratar son mayores a la capacidad de las plantas de tratamiento instaladas, y por los colectores profundos se envía agua con alta contaminación, la cual reciben los estados de México e Hidalgo para el riego de sus campos agrícolas. La normatividad existe, pero ¿quiénes son y cuántos los que se encargan de observar que se cumpla? En realidad son muy pocos. Si el gobierno colocase sensores en las redes de drenaje podría darse cuenta de quién realmente

cumple con la normatividad. Sabemos que el inversionista o empresario omite lo que considera necesario para obtener más utilidades. El caso del tratamiento de las aguas industriales que sólo funciona cuando las plantas van a ser supervisadas es otro tema de investigación.

2.2 Bases teóricas El agua es uno de los elementos básicos de nuestra vida, constituye el principal componente de nuestro cuerpo y es indispensable para el desarrollo del ser humano, llegando a considerarse como una necesidad básica el poseer agua potable para el consumo humano, para muchos esta necesidad no está satisfecha, sobretodo en los países en vías de desarrollo y especialmente en las áreas rurales de los mismos; la situación del agua potable es precaria por cuanto que más de la tercera parte de la población rural no tiene acceso a agua suficiente y limpia, lo que genera que las enfermedades diarreicas causen la muerte de más de tres millones de personas cada año. El agua no sólo es parte esencial de nuestra propia naturaleza física y la de los demás seres vivos, sino que también contribuye al bienestar general en todas las actividades humanas. El agua se utiliza mayormente como elemento indispensable en la dieta de todo ser vivo y ésta es uno de los pocos elementos sin los cuales no podría mantenerse la vida. Por todo esto, el agua ofrece grandes beneficios al hombre, pero a la vez puede transmitir enfermedades, como el cólera. El agua que procede de fuentes superficiales (ríos, lagos y quebradas), es objeto día a día de una severa contaminación, producto de las actividades del hombre. 6 El agua se convierte en un vehículo de agentes infecciosos como: hongos, virus, bacterias, protozoarios y helmintos, además de sustancias tóxicas como: pesticidas, metales pesados y otros compuestos químicos, orgánicos, que son perjudiciales para la salud. Entre los mismos se pueden mencionar: • Agentes patógenos: bacterias, virus, parásitos que entran al agua provenientes de desechos orgánicos. • Desechos que requieren oxígeno: los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes de éstas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua, matando así las formas de vida acuáticas. • Sustancias químicas inorgánicas: ácidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo). • Sustancias químicas orgánicas: petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida. • Sedimentos o materia suspendida: partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación. • Sustancias radiactivas que pueden causar defectos congénitos y cáncer. • Calor: ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables.

Método de solución Analizaremos la velocidad promedio del rio en temporadas para así poder utilizar la energía que genera :

-Esta propuesta de generadores, serán ubicados para tener en base a una mallas de contención; estos generadores permitirán que las mallas funcionen automáticamente. -La ubicación de estos serán en puntos estratégicos en separaciones previamente analizadas en campo. Características de mallas 1.-Estas tienen que ser de un material que tengan menor tendencia a deteriorarse. 2.-Deben de cumplir un cierto ángulo para evitar que la presión ejercida por el rio pueda romperla. 3.-Tiene aberturas lo suficientemente grandes para no obstruir la corriente del rio, y aberturas adecuadas para poder detener la basura del rio. En tal caso las mallas tendrán diferentes tamaños en diferentes lugares. ¿Cómo se levantar a la basura? Es ahí donde se aprovecha la energía del rio que genera la velocidad del rio. Estas mallas estarán sujetas a brazos mecánicos con la suficiente fuerza para poder moverlas a un deposito cerca. Otra parte de la energía servirá para programar los tiempos y analizar cuando ya supere el peso de la basura.

III.HIPOTESIS Y VARIABLES Hipótesis general La energía proporcionada por las aguas de un rio. El mayor aprovechamiento de esta energía se realiza en los saltos de agua de las presas. El agua se encuentra generalmente retenida en los embalses o pantanos. Estos son unos grandes depósitos que se forman, generalmente, de manera artificial, cerrando la boca de un valle mediante un dique o presa en el que quedan retenidas las aguas de un río. Esta agua almacenada puede ser utilizada posteriormente para el riego, abastecimiento de poblaciones o para la producción de energía eléctrica en una central hidroeléctrica. La mayoría de las presas hidráulicas se destinan a la producción de energía eléctrica. Los países con gran potencial hidráulico obtienen la mayor parte de la electricidad en centrales hidráulicas por sus grandes ventajas, entre ellas la

de ser un recurso inagotable que se renueva de forma gratuita y constante en la naturaleza, pudiéndose aprovechar el excedente para otros fines. Pero también presenta inconvenientes. No es posible hacer predicciones, puesto que dependen de la hidraulicidad anual, y los años de sequía o lluviosos no es algo sobre lo que el hombre pueda incidir. Los emplazamientos hidráulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar la energía eléctrica producida a través de costosas redes. Otro aspecto poco favorable es el efecto negativo que puede tener la creación de un embalse sobre el entorno, con problemas de alteración de cauces, erosión, incidencias sobre poblaciones, pérdida de suelos fértiles, etc Estos inconvenientes, unidos a las grandes inversiones necesarias para las centrales de energía hidráulica, y a la cada vez más difícil localización de emplazamientos son los que impiden una mayor utilización de esta fuente energética. Sin embargo la energía hidráulica sigue siendo la más empleada entre las fuentes de energía renovables para la producción de energía eléctrica. La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante.

El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis-Kaplan se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales. Las turbinas hidráulicas se emplean para aprovechar la energía del agua en movimiento. La turbina Kaplan es semejante a una hélice de un barco. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua de alta presión liberada por una compuerta. La turbina Pelton es un modelo del siglo XIX cuyo funcionamiento es más parecido al de un molino de agua tradicional. La rueda gira cuando el agua procedente del conducto forzado g...