Trabajo Final - Prototipo de generador hidráulico PDF

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚTRABAJO FINALPrototipo de generador hidráulicoTrabajo que, como parte del curso de cálculo aplicado a la física presentan los alumnos:Arias Santiago Kevin Adán U20300112, Ing. Industrial Montenegro Sánchez Hugo Enrique Código Parvina Meneces Abigail Roció U21223822 In...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

TRABAJO FINAL Prototipo de generador hidráulico Trabajo que, como parte del curso de cálculo aplicado a la física presentan los alumnos: Arias Santiago Kevin Adán

U20300112, Ing. Industrial

Montenegro Sánchez Hugo Enrique

Código

Parvina Meneces Abigail Roció

U21223822 Ing. Civil

Pino Rojas Nicolas Andres

U21219808 Ing. Industrial

Sosa Camacho John Henry Daniel

U21207827 ing. Industrial

Valverde Choqquepura Madeleine Patricia

U21212540 Ing. Industrial

Velasque Tabara, Karla Maribel

Código

Velásquez Santamaría Cristhian Jhoel

Código DOCENTE

Pintado Delgado José Arturo

Lima, 5 de setiembre de 2021

Cálculo Aplicado a la Física 1

1. RESUMEN La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rige el movimiento de los líquidos y las técnicas para mejorar el aprovechamiento del agua; se divide en hidrostática (líquidos en reposo) y la hidrodinámica (líquido en movimiento). Propiedades físicas de los fluidos: La materia ordinaria se presenta en alguno de los tres estados siguientes: sólido, líquido o gaseoso. Existe un cuarto estado de la materia denominado plasma que es esencialmente un gas ionizado con igual número de cargas positivas que negativas. A los líquidos y gaseosos se les denomina fluidos. Característica peculiar de un fluido es que no tienen forma propia, adquiriendo la del recipiente que lo contiene. Liquido: 

Toma la forma del recipiente



Ocupa el máximo volumen permitido



Incompresible

Gases: 

Se expanden hasta ocupar el volumen máximo



Adoptan la forma del recipiente cerrado-compresible

Fluido: 

Sustancias que adoptan la forma del recipiente que los contiene



No resisten esfuerzos tangentes

Las propiedades físicas de los fluidos, que permiten describir los aspectos más importantes de la hidráulica son: Peso específico es, el peso por unidad de volumen de una sustancia, sus dimensiones son [FL-3]. También se le conoce como peso volumétrico. Densidad de un fluido: se define como el cociente de su masa entre el volumen que ocupa.

Principio de Arquímedes 2

Cálculo Aplicado a la Física 1

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figura: 

El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.



La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Problema La presión en un sistema hidráulico se genera de dos formas. a) Por altura de la columna del líquido hidráulico. Este principio dice que entre masa se encuentre la columna de agua, por ejemplo, de un sistema la presión se incrementara proporcionalmente. b) Por una bomba de desplazamiento positivo. La cual bombea líquido hidráulico de forma positiva es decir solo permite que el fluido se desplace en un sentido y evita que retorne, esto crea un efecto en un sistema cerrado de incrementar la presión del fluido según la fórmula. P=F/A presión es igual a la fuerza aplicada entre un área determinada. ¿Cómo se genera la presión en un sistema hidráulico? En un sistema hidráulico, el líquido es generalmente aceite mineral o una emulsión de aceite y es forzado a circular por los conductos del circuito hidráulico por la bomba que convierte la energía mecánica en energía hidráulica, la bomba mantiene el fluido en movimiento a una velocidad fija esto es proporciona un caudal constante (las hay también de caudal variable) pero la presión se genera cuando se ofrece resistencia al fluido debido a válvulas y los elementos de trabajo que son los 3

Cálculo Aplicado a la Física 1

cilindros. La presión del líquido también aumenta cuando el ducto por el que circula incrementa su volumen y el caudal se mantiene constante de manera contraria a como sucede con el Venturi. ¿Determinar la altura hidráulica de bombeo? La altura hidráulica de bombeo es la presión efectiva que debe vencer la bomba. Para su correcta determinación es necesario tener en cuenta los siguientes conceptos. La altura total H y es la suma de la altura estática, la altura dinámica y el abatimiento del pozo. h=Hd+Hg+Sw (expresión 2. 2) La altura dinámica H es resultado de la caída de presión cuando un líquido circula por el interior de una tubería (fricción). Estas pérdidas de carga dependen de la longitud de la tubería, de su diámetro y del coeficiente de fricción, el cual depende asu vez de la rugosidad de la superficie interior del tubo y de las características de la corriente (régimen laminar o turbulento). La altura dinámica puede estimar semediante la expresión 2.3 (Fórmula de Hazen - Williams) Hd = 10,643 Q 1,852 × C -1,852 × D -4,87×L (expresión 2.3) Donde: 

Hd=pérdida por fricción interna (m).



Hd=pérdida por fricción interna (m).



Q=caudal (m3/s).



C=coeficiente "C" de Hazen-Williams



d= diámetro interno de la tubería (m).



L = longitud de la tubería (m).

2. INTRODUCCIÓN 4

Cálculo Aplicado a la Física 1

Los motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Generador hidráulico, del tipo de los destinados a implantarse en una vía de agua y aprovechar la energía cinética de la misma para su transformación en energía eléctrica, caracterizado por estar constituido a partir de un bastidor en el que se establecen una pluralidad de ejes transversales sobre los que están montadas ruedas de paletas capacitadas para girar libremente por efecto del empuje del agua, estando Asociada a cada rueda paletas una polea o un piñón y de manera que dichas poleas o piñones forman alineaciones longitudinales en el seno del bastidor, y se relacionan mediante una correa o cadena que transmite el movimiento a un eje de salida que, con acceso al menos a una de las riberas de la corriente de agua, transmite el movimiento a un generador eléctrico. 3. MARCO TEÓRICO Hipótesis 

Por la ley de la inercia, todo cuerpo tiende a mantener su movimiento y momento de inercia.



Los rozamientos, disminuyen el movimiento y momento de inercia.



El rozamiento, es producido por la fricción con el aire, y los ejes de giro del artefacto.



Eliminado el aire y envasándolo al vacío eliminamos la principal causa de rozamiento. Ahora hay que disminuir al máximo el rozamiento del rotor con sus ejes.



Una vez dado el impulso inicial, con un coste x de energía, para mantener el sistema en funcionamiento necesitamos una cantidad mínima de energía, suficiente para anular el mínimo rozamiento que podamos conseguir.



Hay que tener en cuenta, que toda la energía generada por el motor del sistema, se consume en el movimiento del rotor. Por tanto, toda la energía eléctrica que induzcan los es regalada. Surge de las propiedades



Dado que este generador, produciría grandes cantidades de energía. Estando reducido al mínimo la energía necesaria para su operación, producimos más energía estamos multiplicando energía por 10.

Fuerza electromotriz de un generador 5

Cálculo Aplicado a la Física 1

La fuerza electromotriz es la magnitud que caracteriza el comportamiento del generador en un circuito eléctrico. En el caso de una bomba hidráulica la potencia mecánica representa la energía que suministra al circuito por unidad de tiempo. En los circuitos eléctricos se define la fuerza electromotriz de un generador y se representa mediante la letra, como la energía que cede el generador al circuito porcada unidad de carga que lo atraviesa y que se invierte en incrementar su energía potencial eléctrica. Cada carga al pasar por el generador recibe una dosis de energía que podrá gastar después en su recorrido a lo largo del circuito Novedad técnica La presente invención consiste en las siguientes descripciones técnicas: 1. Aprovechar al máximo la fuerza de arrastre del agua para mover los molinos. 2. Haciendo canales para el paso del agua, se consigue conducir el agua hasta las aspas del molino para ejercer la fuerza motriz. 3. Los generadores eléctricos se situarían fuera del nivel del agua, y en la parte externa. 4. METODOLOGÍA (DETALLES EXPERIMENTALES) Descripción La presente invención se refiere a un sistema generador de electricidad a partir del movimiento del agua que pasa, bien por un solo canal o bien a través de la orilla con el uso de un canal al efecto, con un sistema de compuertas que ampliaría el caudal y por lo tanto la fuerza del agua que pasa a través del molino del sistema generador hidráulico.

Materiales 1. 2. 3. 4.

Experimentación 6

Cálculo Aplicado a la Física 1

Primeramente, en este proyecto se experimenta el movimiento del agua Necesitarías un dinamo. Se le debería acoplar un eje no muy largo en cuyo extremo irían unas hélices que pondrían en movimiento al eje y por ende el dinamo al paso del agua. Deberías tomar la precaución de dejar bien fijo el dinamo. El sistema de tuberías podría estar compuesto por dos codos, un tubo de mayor longitud, y dos de menor longitud. Éstos últimos irían conectados al recipiente que contiene la mayor cantidad de agua y a la cámara sobre la cual se introduce el eje del dinamo con las hélices respectivamente hidráulica y gira una gran rueda llamada turbina, ésta convierte la energía del agua caída, en energía mecánica, que es conducida al generador de energía hidráulica, luego gira el motor, que hacen rotar las aspas en el generador, cuando éstos imanes pasan por la bobina, un campo magnético es creado, 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 através de la red y el agua es liberada a los lagos o ríos, aguas abajo. El agua la puedes encausar por medio de un tubo de PVC de 1/2 o 1 pulgada como máximo. Recuerda que, a mayor altura, con mayor fuerza caerá el agua

5. RESULTADOS 

Demostrar que la energía se crea a través un sistema de gravedad planetaria, conseguir de esta forma energía ilimitada a un menor costo y un mejor aprovechamiento del agua.



Utilizar la gravedad y los materiales, para conseguir un sistema inestable que se mantenga estable a través del movimiento y así conseguir energía extra.



Demostrar que el impacto ambiental es menor.



Utilizar los beneficios que trae la Energía Hidráulica como fuente limpia y renovable de energía.

6. CONCLUSIONES 7

Cálculo Aplicado a la Física 1

Los generadores eléctricos son máquinas muy confiables, tienen alta resistencia a elevados esfuerzos eléctricos, mecánicos, térmicos y ambientales. Se espera de estos equipos una vida útil de treinta años de trabajo continuo. Sin embargo, pueden sufrir fallas que es necesario prevenir. Allí radica la importancia de conocer los mecanismos de deterioro que permita tomar acciones preventivas que eviten su salida por falla. Ventajas Las centrales son instalaciones para el aprovechamiento hidráulico y convertirlo en electricidad, bajo costo de mantenimiento y de explotación, trabajan a temperatura ambiente, por lo tanto, no se necesitan alentadores o enfriadores para el trabajo y explotación, es decir no hay emisión de gases, las represas ayudan a prevenir las inundaciones y suministran una regulación de flujo de agua destinada para el riego. Desventajas Las de los peces que deben nadar aguas abajo para el desove y se encuentran con los altos muros de las represas que son infranqueables, el río pierde nutrientes y salinidad, ideales para la fauna acuática disminuye, son obras de gran infraestructura, entonces necesitan mucho espacio para ser instaladas, muchas especies de animales tienden a desaparecer. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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