Universidad De San Carlos De Guatemala.Facultad de Ingeniería.Escuela De Ingeniería Mecánica.Área Complementaria.Máquinas Hidráulicas.Catedrático: Ing. José Ismael Véliz Padilla.

Índice

PRÁCTICA No. 1 – AFORO DE BOMBAS HIDRÁULICAS.....................2

MARCO TEÓRICO...............................................................................2CONCEPTO DE MÁQUINAS HIDRÁULICAS.................................................2MÉTODOS DE AFORO PARA BOMBAS HIDRÁULICAS................................2AFORO VOLUMÉTRICO.............................................................................2MÉTODO DE ÁREA – VELOCIDAD PARA MEDIR EL GASTO.......................3AFORO DE BOMBAS CUANDO SE TIENEN CHORROS VERTICALES...........4AFORO POR COORDENADAS DEL CHORRO.............................................5EQUIPO DE BOMBEO................................................................................6BOMBA HORIZONTAL...............................................................................6BOMBA SUMERGIBLE...............................................................................7AFORO POR COORDENADAS...................................................................8

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA...........................................................8EQUIPO....................................................................................................9DATOS DE LABORATORIO........................................................................9

CÁLCULOS........................................................................................9Cálculos Bomba Horizontal......................................................................9Cálculos Bomba Sumergible..................................................................10

PRÁCTICA No. 2 – TURBINAS, PANELES SOLARES Y ARIETE HIDRÁULICO..............................................................................11

MARCO TEÓRICO.............................................................................11TURBINAS HIDRÁULICAS........................................................................11Tipos de turbina que se utilizan en Guatemala.....................................12Energía renovable.................................................................................13Generadores Eléctricos.........................................................................13

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Reporte de Prácticas 1 y 2

Ariete hidráulico....................................................................................13Inclusor de aire......................................................................................14Energía Eólica........................................................................................16ENERGÍA SOLAR....................................................................................18

CÁLCULOS.......................................................................................21DATOS INVESTIGADOS:.........................................................................21DATOS DADOS EN EL LABORATORIO:...................................................21CALCULOS (trabajados en tabla resumen, con fórmulas de cálculo):. . .21

PRÁCTICA No. 1 – AFORO DE BOMBAS HIDRÁULICAS

MARCO TEÓRICO

CONCEPTO DE MÁQUINAS HIDRÁULICASUna máquina hidráulica es una variedad de máquina de fluido que

emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes. Convencionalmente se especifica para los gases un límite de 100 mbar para el cambio de presión; de modo que si éste es inferior, la máquina puede considerarse hidráulica. Dentro de las máquinas hidráulicas el fluido experimenta un proceso adiabático, es decir no existe intercambio de calor con el entorno.

MÉTODOS DE AFORO PARA BOMBAS HIDRÁULICASEl objetivo de realizar estas pruebas es llegar a conocer

adecuadamente el funcionamiento de los pozos y del acuífero con el fin de explotar a este último adecuadamente. Cada una de ellas tiene una finalidad y se puede obtener datos acerca de las características hidráulicas del funcionamiento de los pozos y del acuífero que explotan.

Existen varias pruebas de aforo, ellas dependen del tiempo que se utilice para realizarla; una de ellas es mínimo de 24 horas y el agua debe caer libre sin tope, o sea que la descarga es libre, hay pruebas largas de 96 horas y pruebas escalonadas aplicadas en periodos de tiempo con diferentes caudales para probar el nivel estático.

AFORO VOLUMÉTRICO El método consiste en tomar el tiempo que demora en llenarse un

recipiente de volumen conocido. Posteriormente se divide el volumen en litros entre el tiempo promedio en segundos, obteniéndose el caudal en lt/s. Este método se aplica cuando la corriente o vertimiento presenta una caída de agua en la cual se pueda interponer un recipiente; se requiere un cronómetro y un recipiente aforado (balde de 10 o 20 litros con graduaciones de 1 L, o caneca de 55 galones con graduaciones de 1 a 5

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galones). Se utiliza un balde para caudales bajos o una caneca cuando se deban manejar grandes caudales. 

El recipiente debe ser colocado bajo la corriente o vertimiento de tal manera que reciba todo el flujo; simultáneamente se activa el cronómetro. Este proceso inicia en el preciso instante en que el recipiente se introduce a la corriente o vertimiento y se detiene en el momento en que se retira de ella. Se toma un volumen de muestra cualquiera dependiendo de la velocidad de llenado y se mide el tiempo transcurrido desde que se introduce a la corriente o vertimiento hasta que se retira de ella. El caudal se calcula de la siguiente manera: 

Q=V / tDonde: Q = Caudal en litros por segundo, L/s V = Volumen en litros, L T = Tiempo en segundos, s

Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que sale por la corriente o vertimiento; se debe evitar la pérdida de muestra en el momento de aforar, así como represamientos que permitan la acumulación de sólidos y grasas. Este método es de fácil utilización en el caso que el suelo donde se disponga la caneca sea firme y no permite que esta se hunda o se mueva. Dentro de los principales problemas que se pueden presentar es la manipulación de las canecas por su peso exagerado.

MÉTODO DE ÁREA – VELOCIDAD PARA MEDIR EL GASTOEn este método se utiliza el principio de continuidad a través de la

ecuación para flujo incompresible Q= A x V. El área perpendicular al flujo es sencilla de obtener en un conducto circular a presión, midiendo su diámetro, d, y calculando con:

A=π4∅ 2

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En cambio, en conductos a superficie libre el cálculo del área es complicado, puesto que depende de la forma geométrica el conducto y de la superficie libre del agua, que en el caso de corrientes naturales es totalmente irregular. Para el caso de secciones geométricas sencillas utilizadas en canales, como el rectángulo o el trapecio, las fórmulas que determinan el valor del área transversal se simplifican bastante.Las fórmulas para calcular el área transversal de secciones en canales regulares son sencillas:

En las fórmulas anteriores A es el área hidráulica; b es el ancho de la parte inferior del canal (normalmente llamada lantilla); es la profundidad (también llamada tirante); y k es el talud de las paredes del canal. Por su parte, la velocidad media V, del escurrimiento de agua se mide con algunos de los dispositivos siguientes:

Flotador y reloj, Molinetes, Propelas, Tubos Pitot, Aparatos ultrasónicos y, Equipos electromagnéticos.

AFORO DE BOMBAS CUANDO SE TIENEN CHORROS VERTICALESSi la corriente se puede desviar hacia una tubería de manera que

descargue sometida a presión, el caudal se puede calcular a partir de mediciones del chorro. Si la tubería se puede colocar de manera que la descarga se efectúe verticalmente hacia arriba, la altura que alcanza el chorro por encima del extremo de la tubería se puede medir y el caudal se calcula a partir de una fórmula adecuada. Es asimismo posible efectuar estimaciones del caudal a partir de mediciones de la trayectoria desde tuberías horizontales o en pendiente y desde tuberías parcialmente llenas, pero los resultados son en este caso menos confiables.

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Q en metros cúbicos por segundo; D y H en metros.Si H < 0,4 D utilícese la ecuación (1)Si H > 1,4 D utilícese la ecuación (2)Si 0,4D < H < 1,4D calcúlense ambas ecuaciones y tómese la media.

AFORO POR COORDENADAS DEL CHORRO.Para aplicar este método es necesario que la tubería de descarga

esté perfectamente horizontal y construir una regla como la que se muestra en el esquema.

La característica de esta regla es que uno de sus lados debe medir 25 cm., mientras que por el otro lado se traza una escala en cm. para facilitar las lecturas. La medición se realiza desplazando la regla por la parte superior del tubo hasta que la parte inferior roce el chorro de agua que sale del tubo. En ese momento se lee en el lado que está sobre el tubo la distancia que alcanza el chorro y conociendo el diámetro del tubo mediante la tabla se determina el caudal.

Tabla de caudales para el método de coordenadas

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EQUIPO DE BOMBEOUn equipo de bombeo es un transformador de energía. Recibe

energía mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc., y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad.

Así tendremos bombas que se utilizan para cambiar la posición de un cierto fluido. Existen bombas trabajando con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo, a este respecto, hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad, por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por una bomba es una mezcla de las tres, las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos.

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BOMBA HORIZONTALLa disposición del eje de giro

horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración.

Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre los aros de roce, el impulsor, y entre empaquetadura y eje.

Como no son auto-aspirantes requieren, antes de su puesta en marcha para cebar la tubería. Esto no es fácil de conseguir si la bomba trabaja por encima del nivel del líquido, que es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo, requerir de válvulas de pie, (aspiración), y los distintos sistemas de cebado.

Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es mucho más sencillo y económico. El desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiración e impulsión.

BOMBA SUMERGIBLEUna bomba sumergible es una “bomba” que tiene un impulsor

sellado a la carcasa. El conjunto se sumerge en el líquido a bombear. La ventaja de este tipo de bomba es que puede proporcionar una fuerza de elevación significativa pues no depende de la presión de aire externa para hacer ascender el líquido.

Las bombas sumergibles también se utilizan en depósitos de combustible. Aumentando la presión en el fondo del depósito, se puede elevar el líquido más fácilmente que aspirándolo (succión) desde arriba. Los modelos más avanzados incluyen un separador de agua/aceite que permite reinyectar el en el yacimiento sin necesidad de subirla a la superficie.

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Las bombas sumergibles encuentran muchas utilidades, las bombas de etapa simple se utilizan para el drenaje, el bombeo de aguas residuales, el bombeo industrial general y el bombeo de la mezcla. Las bombas sumergibles se colocan habitualmente en la parte inferior de los depósitos de combustible y también se utilizan para la extracción de agua de pozos de agua.

AFORO POR COORDENADASEs posible hacer el cálculo aproximados del caudal que es

descargado libremente por una tubería, midiendo las longitudes en las direcciones X, Y del chorro.

Q=0.0221∗A∗x√ y

Q = Caudal en Litros /seg. Factor de conversión=0.0221A = Área Hidráulica en cm2 X = Valor de Abcisa en cm. Y = Valor de la ordenada en cm.

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA Revisar el equipo a trabajar, verificando la cantidad de agua en el

tanque de succión Medir 5 veces el tiempo que le toma llenar la cubeta. Para el siguiente método hay que medir la altura en “y” a la cual se

encuentra el líquido, es decir, la altura donde está la tubería. Para la coordenada en “x” se debe dejar correr el agua y observar hasta donde llega la misma.

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EQUIPO

Cinta Métrica Cubeta de aforo Cronometro

DATOS DE LABORATORIOVolumen para los dos aforos 5 gal

BOMBA 1 BOMBA 2 X Y X Y

1 61 39

2 60.06 39

3 61 38

ALTURA BROTE = 6 CM, POT = 0.5 HP, Ø = 3/4

TIEMPOS [SEG]

BOMBAS HORIZONTALES

REPETICION

ESBOMBA 2BOMBA 1

22 50 45 101

COORDENADAS

X Y10 131.5 100.5

ALTURA BROTE = 62 CM,

POT = 0.5 HP, Ø = 3/4

COORDENADAS

BOMBA SUMERGIBLE

TIEMPOS [SEG]

CÁLCULOS

Cálculos Bomba Horizontal1. AFORO VOLUMÉTRICO

Para el cálculo del caudal se procede a realizar lo siguiente: Promediar tiempos:

BOMBA1=61+60.06+613

=60.7 seg

BOMBA2=39+39+383

=38 .7 seg

Conversión del volumen del agua:

V=5 galones∗3.785 litros1galon

=18.925litros

Aplicar ecuación de aforo volumétrico:

Q=Vt

Q1=18.925<¿

60.7 seg=0.312 litros

segQ2=18.925<

¿38 .7 seg

=0.489 litrosseg

¿¿

2. POR COORDENADAS X, Y BOMBA 1 X=22 cm Y=50 cm

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BOMBA 2 X=45 cm Y=101 cm Conversión para determinar el área de la tubería:

ϕ= 34pul∗2.54 cm1 pul

=1.905cm

Aplicar ecuación para determinar el área

A=π4∗d2=π

4∗(1.905 )2=2.85cm2

Aplicar ecuación por coordenadas para determinar el caudal:

Q=0.0221∗A∗x√ y

BOMB A1Q=0.0221∗2.85∗22√50

=0.196 litrosseg

BOMB A2Q=0.0221∗2.85∗45√101

=0.282 litrosseg

3. POR FÓRMULA Q=5.47D 1.25∗H 1.35(I )Q=3.15D1.99∗H 0.53(II )

H<0.4Dusar ( I )H>1.4Dusar (II )

H=0.06m; D=0.01905m Determinación de ecuación a utilizar

0.4D=0.4 (0.01905 )=0.007621.4D=1.4 (0.01905 )=0.0267

Por lo tanto la ecuación a utilizar es la II Cálculo de Q

Q=3.15¿

Cálculos Bomba Sumergible4. AFORO VOLUMÉTRICO

Para el cálculo del caudal se procede a realizar lo siguiente: Promediar tiempos: Debido a que es tiempo directo, no se hace

promedio Hacer conversión del volumen del agua:

V=5 galones∗3.785 litros1galon

=18.925litros

Aplicar ecuación de aforo volumétrico:

Q=Vt=18.92510 seg

=1.893 litrosseg

5. POR COORDENADAS X, Y X=131.5 cm Y=100.5 cm

Hacer conversión para determinar el área de la tubería:

ϕ= 34pul∗2.54 cm1 pul

=1.905cm

Aplicar ecuación para determinar el área

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A=π4∗d2=π

4∗(1.905 )2=2.85cm2

Aplicar ecuación por coordenadas para determinar el caudal:

Q=0.0221∗A∗x√ y

Q=0.0221∗2.85∗131.5√100.5

=0.823 litrosseg

6. POR FÓRMULA Q=5.47D 1.25∗H 1.35(I )Q=3.15D1.99∗H 0.53(II )

H<0.4Dusar ( I )H>1.4Dusar (II )

H=0.62m; D=0.01905m Determinación de ecuación a utilizar

0.4D=0.4 (0.01905 )=0.007621.4D=1.4 (0.01905 )=0.0267

Por lo tanto la ecuación a utilizar es la II Cálculo de Q

Q=3.15¿

CONCLUSIONES: Se llega a la conclusión, que la bomba horizontal 2 es más

eficiente y permite conducir más caudal que la bomba horizontal 1.

Entre las bombas horizontales y la bomba sumergible, la más eficiente es la bomba sumergible ya que puede transportar mayor caudal que las horizontales.

PRÁCTICA No. 2 – TURBINAS, PANELES SOLARES Y ARIETE HIDRÁULICO

MARCO TEÓRICO

TURBINAS HIDRÁULICASSon aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad

considerable a través de su paso por el rodete o por el estator; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores.

Dentro de este género suele hablarse de:

Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a

través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada

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en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por tener un número específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor en estas turbinas se denomina inyector.

Turbinas de reacción: Son aquellas en el que el fluido sufre un cambio de presión

considerable en su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Estas turbinas se pueden dividir atendiendo a la configuración de los álabes. Así, existen las turbinas de álabes fijos (Francis->Flujo diagonal; Hélice->Flujo axial) y turbinas con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo axial). El empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos hidráulicos mayores.

El rango de aplicación (una aproximación) de las turbinas, de menor a mayor salto es: kaplan-francis-pelton El número específico de revoluciones es un número común para todas las turbinas/bombas geométricamente semejantes (de menor a mayor es: pelton-francis-kaplan). Cuanto mayor es el número específico de revoluciones, tanto mayor es el riesgo de cavitación de la turbina, es decir, una Turbina Kaplan tiene más probabilidad de que se dé en ella el fenómeno de la cavitación que en una Turbina Francis o una Pelton.

Tipos de turbina que se utilizan en GuatemalaLas turbinas son el corazón de las centrales hidroeléctricas y,

depende de su diseño, pueden aprovechar al máximo el caudal de ríos, tomas de agua o presas para la generación de electricidad.

Las turbinas hidráulicas son un elemento muy importante en la composición de una central generadora, miden hasta tres metros de alto, pesan muchas toneladas y hay una empresa en Guatemala que las fabrica.Tecno Mecánica elabora tres tipos de turbinas hidráulicas: la rueda Pelton, la turbina Francis y la de hélice o turbina Kaplan.

Energía renovableLas energías renovables son aquellas energías que provienen de

recursos naturales que no se agotan y a los que se puede recurrir de manera permanente. Su impacto ambiental es nulo en la emisión de gases de efecto invernadero como el CO2. Se consideran energías renovables la energía solar, la eólica, la geotérmica, la hidráulica y la eléctrica. También pueden incluirse en este grupo la biomasa y la energía mareomotriz. En

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esta sección no sólo encontrarás información sobre energías renovables, sino también noticias, actualidad y curiosidades.

Generadores Eléctricos El proceso de generación de energía eléctrica es el de

transformación a partir de generadores. Y para que haya una transformación, debe haber una fuente que se tome como base para realizar el cambio. Dicha fuente es toda energía que sea considerada como no eléctrica. En este grupo entran las siguientes energías: térmica, mecánica, luminosa y química, entre otras. Este cambio en la energía se lleva a cabo en inmediaciones apropiadamente denominadas centrales eléctricas, las cuales realizan tan solo los primeros pasos del proceso. Los siguientes se corresponden ya al suministro de la energía que ha sido generada, es decir, todos los pormenores del transporte y la distribución.

Ariete hidráulicoEl ariete hidráulico, es un tipo de bomba de agua que funciona

aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa. Mediante un ariete hidráulico, se puede conseguir elevar parte del agua de un arroyo o acequia a una altura superior. También se puede emplear para riego por aspersión. El ariete hidráulico es un sistema de construcción sencilla y su rendimiento energético es de cerca del 70%.

FuncionamientoEl funcionamiento del dispositivo es bastante simple y de fácil manejo. El agua se acelera a lo largo del conducto hasta alcanzar una

determinada velocidad que hace que se cierre la válvula A; entonces se crea una fuerte presión, ejercida por el agua que se

encuentra en movimiento y es detenida de golpe; así permite la apertura de la válvula B y pasa agua al depósito, hasta

que se equilibran las presiones; Se abre la válvula A y el ciclo se repite una y otra vez.

Esquema de funcionamiento de una bomba de agua tipo ariete hidráulico.

El agua pasa a golpes de ariete al depósito, pero sale de este con continuidad ya que el ariete funciona de uno a dos ciclos por segundo. La

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cámara de aire del depósito es fundamental para su funcionamiento. Para asegurar la permanencia de esta cámara de aire se usa el inclusor de aire que incorpora unas pocas burbujas en cada ciclo.

Inclusor de aireEl inclusor de aire es un pequeño orificio de 1,5 a 2 mm de diámetro,

con un alambre de cobre que pasa por él con cierta holgura, para permitirle a la cámara de aire tomar alguna burbuja en cada golpe de ariete y mantener la presión en la cámara de aire.

Por supuesto, también saldrá una pequeña cantidad de agua en cada golpe de ariete. Pero si no hay cámara de aire que actúe como amortiguadora del golpe de ariete, este mismo rompería el dispositivo y dejaría de funcionar.

Otros requerimientosPara que el ariete hidráulico funcione se necesitan dos cosas:

Agua en cantidad suficiente para impulsarlo Suficiente desnivel de trabajo (el mínimo es 20 cm).El agua puede proceder de un manantial, arroyo o río y debe ser

conducido al ariete hidráulico mediante un conducto (hierro galvanizado, PVC, PPP, etc.), cuyo diámetro dependerá del caudal utilizado. La inclinación del tubo debe ser de unos 30° por debajo de la horizontal para un funcionamiento adecuado, aunque podría hacerlo con ángulos menores. El ariete hidráulico funciona entre 60 y 90 golpes por minuto y cuanto más lento sea el funcionamiento, más agua utiliza y bombea. Para que funcione el ariete hidráulico se necesita un salto de agua que varíe entre 0,20 a 30 m. Cuando el salto de agua sea mayor, el ariete hidráulico va a ser más pequeño y económico y menos cantidad de agua va a requerir para elevar otra cantidad de agua.

Con abundante agua y un desnivel de 1,2 m puede llegar a elevarse el agua a 200 m de altura.

Tabla 1: Diámetro recomendado en función del caudal de agua disponible.

Caudal de alimentacióndel ariete - Q

litros/

min30 60 90 120

250

500

1000

Diámetro recomendable

del tubo alimentación

pulgadas

1 1/4

1 1/2

22

1/23 5 8

mm 35 41 52 70 80125

200

Dimensionamiento

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Las diferentes variables que participan en el funcionamiento del ariete hidráulico, se relacionan de la siguiente forma:Caudal elevado = (2.Q .h)/ (3.H ) (en litros/minuto)dónde:Q : es el caudal de alimentación en litros por minutoh : desnivel de trabajo en metrosH : altura de elevación en metros

Esquema de bomba de agua tipo ariete hidráulico.

AjustesEl ajuste adecuado se logra mediante el tornillo tensor de la pletina

resorte y el de la carrera hasta regular el caudal requerido de trabajo. El único mantenimiento consiste en retirar las hojas u otro material del filtro en la toma de agua y las gomas de las válvulas cuando se gasten o deterioren.

Rendimiento (R)El rendimiento del ariete hidráulico representa el porcentaje de agua

que se puede bombear en relación al total de la canalizada por el ariete, y varía en función del cociente H/h. Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye. En la tabla siguiente puede verse cómo varía el rendimiento energético.

H/h= 2 3 4 6 8 10 12R= 0.85 0.81 0.76 0.67 0.57 0.43 0.23

La altura de elevación (H)Como puede deducirse de la tabla anterior, a partir de 12 veces la

altura (h), el rendimiento de los arietes disminuye en gran medida. Este detalle no nos ha de desalentar. Aunque sólo subamos a gran altura un 1% del agua que pasa por nuestro ariete, este funciona las 8.760 horas del

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año, y sin combustible.

El caudal elevado (q)Depende del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el

desnivel de trabajo (h) y la altura de elevación (H). La ecuación por la que se relacionan es la siguiente:

q=R∗Q∗h/HPor ejemplo: Q (Caudal de alimentación) = 100 litros/minutoh (desnivel de trabajo) = 3 metrosH (Altura de elevación) = 24 metrosLa relación H/h = 8, luego el rendimiento del ariete en estas condiciones equivale al 57% (0’57).El caudal elevado q = 0,57 · 100 · 3 / 24 = 7,125 litros/minuto = 10260 l/día.

Energía EólicaLa energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la

energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas. En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica. Los parques eólicos construidos en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata, competitiva o incluso más barata en muchas regiones que otras fuentes de energía convencionales.

Pequeñas instalaciones eólicas pueden, por ejemplo, proporcionar electricidad en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red eléctrica, al igual que hace la energía solar fotovoltaica. Las compañías eléctricas distribuidoras adquieren cada vez en mayor medida el exceso de electricidad producido por pequeñas instalaciones eólicas domésticas. El auge de la energía eólica ha provocado también la planificación y construcción de parques eólicos marinos, situados cerca de las costas. La energía del viento es más estable y fuerte en el mar que en tierra, y los parques eólicos marinos tienen un impacto visual menor, pero los costes

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de construcción y mantenimiento de estos parques son considerablemente mayores.

A finales de 2013, la capacidad mundial instalada de energía eólica fue de 318 gigavatios. En 2011 la eólica generó alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial. Dinamarca genera más de un 25% de su electricidad mediante energía eólica, y más de 80 países en todo el mundo la utilizan de forma creciente para proporcionar energía eléctrica en sus redes de distribución,6 aumentando su capacidad anualmente con tasas por encima del 20%. En España la energía eólica produjo un 21,1% del consumo eléctrico en 2013, convirtiéndose en la tecnología con mayor contribución a la cobertura de la demanda, por encima incluso de la energía nuclear. La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar fuentes de energía a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. El impacto ambiental de este tipo de energía es además, generalmente, menos problemático que el de otras fuentes de energía.

La energía del viento es bastante estable y predecible a escala anual, aunque presenta significativas variaciones a escalas de tiempo menores. Al incrementarse la proporción de energía eólica producida en una determinada región o país, se hace imprescindible establecer una serie de mejoras en la red eléctrica local. Diversas técnicas de control energético, como una mayor capacidad de almacenamiento de energía, una distribución geográfica amplia de los aerogeneradores, la disponibilidad de fuentes de energía de respaldo, la posibilidad de exportar o importar energía a regiones vecinas o la reducción de la demanda cuando la producción eólica es menor, pueden ayudar a mitigar en gran medida estos problemas.10 Adicionalmente, la predicción meteorológica permite a los gestores de la red eléctrica estar preparados frente a las previsibles variaciones en la producción eólica que puedan tener lugar a corto plazo.

¿QUÉ FUERZA TIENE QUE TENER EL VIENTO PARA ACCIONAR LOS AEROGENERADORES?

Los aerogeneradores empiezan a funcionar cuando el viento alcanza una velocidad de 3 a 4 metros por segundo, y llega a la máxima producción de electricidad con un viento de unos 13 a 14 metros por segundo. Si el viento es muy fuerte, por ejemplo de 25 metros por segundo como velocidad media durante 10 minutos, los aerogeneradores se paran por cuestiones de seguridad.

ENERGÍA SOLARPANELES SOLARES

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Los paneles solares son dispositivos diseñados para captar parte de la radiación solar y convertirla en energía solar térmica y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica, para que pueda ser utilizada por el hombre.

Pueden distinguirse dos tipos de paneles solares: Paneles de energía solar térmica

Llamados colectores solares térmicos, convierten la luz en calor.  Existen dos tipos de paneles solares térmicos: los colectores de agua y los de aire.En los colectores de agua, el agua circula por los tubos provistos de aletas. Para obtener un mejor rendimiento, el conjunto se coloca en una caja de vidrio aislante ya que con esto se logra un efecto invernadero. Con buen sol, y si las necesidades de agua caliente son moderadas, una red simple puede ser suficiente. Las aletas, que forman lo que es llamado el absorbente, son calentadas por la radiación solar y transmiten su calor al agua que circula por los tubos. Los colectores de agua son utilizados para la calefacción y/o para producir agua caliente sanitaria.

En los colectores de aire, es el aire el que circula y se calienta en contacto con los absorbentes. El aire así caliente es después ventilado en los ambientes de calefacción o utilizado en los cobertizos para el secado de los productos agrícolas.

Paneles solares fotovoltaicos Llamados módulos fotovoltaicos, convierten la luz en electricidad. En

ambos casos, los paneles son generalmente planos, con varios metros de anchura y de longitud. Están diseñados para facilitar su instalación y su precio se fija de manera que puedan ser utilizados tanto para aplicaciones domésticas como industriales.

Uso de la energía solar fotovoltaicaDeben su aparición a la industria aeroespacial, y se han convertido

en el medio más fiable de suministrar energía eléctrica a un satélite o a una sonda en las órbitas interiores del Sistema Solar, gracias a la mayor irradiación solar sin el impedimento de la atmósfera y a su alta relación potencia a peso.

ALGUNAS DEMOSTRACIONES Y ESPECIFICACIONES DE PANELES SOLARES

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Para la fabricación de paneles solares fotovoltaicos se emplea tecnología muy avanzada y compleja. Sin bien está al alcance de muchos fabricantes la producción de colectores solares térmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismo con los paneles solares fotovoltaicos, donde muy pocas compañías en el mundo cuentan con la capacidad y los recursos técnicos necesarios para producirlos. El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. Este efecto se produce cuando sobre materiales semiconductores convenientemente tratados incide la radiación solar produciéndose electricidad.

ECUACIÓN DE COOPERLa ecuación de Cooper es utilizada para determinar la declinación

solar, que no es más que el ángulo formado por los rayos que proceden del Sol y el plano ecuatorial. Dicha ecuación está dada de la siguiente forma:

d=23.45 sen (360365

(284+n))

D: Declinación en gradosN: día del año

POTENCIALLa potencia que puede alcanzar un panel solar y la potencia que

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entrega son dos temas diferentes. Si un determinado panel está calificado como de 180 vatios, entonces rendirá hasta ese nivel en la luz solar más brillantes (1000 vatios por metro cuadrado). Sin embargo, a no ser que vivas en el ecuador, tu panel solar no recibirá esa cantidad de luz solar. La cantidad de luz solar que alcanza la tierra en tu región (llamada "insolación" se promedia en vatios por metro cuadrado) dividida en el brillo de la luz solar estándar de la industria (1000 vatios por metro cuadrado) te dará la fracción de la potencia producirá tu panel.

Un método más simple es encontrar el número de "horas pico de sol" que recibe tu zona en cada día. Cualquier vendedor respetable tendrá esta información. Una hora pico de sol es una hora de 1000 vatios por metro cuadrado de luz solar. La mayoría de las zonas de Estados Unidos reciben menos de seis horas pico de sol por día. Puedes predecir cuánta potencia puede generar determinado panel solar multiplicando el rango de vatios de un panel solar por la cantidad de horas pico de sol para tu zona. Nota que las horas de sol variarán con las estaciones y que durante el invierno son menores.

CÁLCULOS

DATOS INVESTIGADOS:- Latitud del Territorio Guatemalteco: 13 grados Sexagesimales Norte- Tamaño del Panel Solar a Utilizar: 140Wp (Wp= Vatio Pico) - Dimensiones del Panel Solar: 1500x672x36 mm- Voltaje a Máxima potencia: 17.6 V- Corriente Máxima: 7.9 A- Peso: 12 kg- Batería: 100 Ah (capacidad nominal) con capacidad de 100 hrs.

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DATOS DADOS EN EL LABORATORIO:

HABITACION CANTIDAD# BOMBILLAS / HABITACION

# HORAS DE CONSUMO /

DÍA

WATTS POR BOMBILLA

CANTIDAD TOTAL DE

W - HDORMITORIO 4 1 4 11 176

COCINA 1 1 4 11 44LAVANDERIA 1 1 1 11 11

SALA 1 1 4 11 44GARAGE 1 1 2 11 22

297TOTAL Wh PARA HABITACIONES

ACCESORIO CANTIDAD# HORAS DE CONSUMO POR DÍA

WATTS POR ACCESORIO

CANTIDAD TOTAL DE

W - HTV (Color) 1 5 60 300

REFRIGERADOR 1 8 98 784LICUADORA 1 0.5 350 175

1259TOTAL Wh PARA ACCESORIOS

Total de Wh por el tiempo de consumo diario es = 1556 Wh

CALCULOS (trabajados en tabla resumen, con fórmulas de cálculo):

Consumo Diário 1,556.0 Watts-horaEquivalente de Ah x Día 129.7 Ah

Latitud 13 gradosPotencia Requerida en Paneles 333.1 Watts

Tamaño del Panel 140.0 WattsCantidad de Paneles 3.0 Unidades

Días de Autonomía 1 díasAh requeridos por Ciclo 129.7 Ah

Tamaño de Batería 100.0 AhCantidad de Baterías 2.0 Unidades

Otra contribución de ENERGY

M ARKET ( www.e-market.cl )

Valores en verde son modificables

por digitación

TABLA I: CÁLCULO DE PANELES SOLARES

TABLA II: CÁLCULO DE BATERÍAS

Contribución de Fórmula por

Rodrigo Oyarce ; llevado a Excel por Hernán M oraga

Ciudad: Guatemala

TAMAÑO DEL INVERSOR:Según las especificaciones encontradas podemos utilizar un inversor de las especificadores siguientes, para nuestro ejemplo:

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300 W 600 W 1000 W 1500 W  2000 W 3000 W200 x x x x x x400 x x x x x720 x x x x1200 x x x1750 x x2500 x

Potencia Recomendada a

conectar [W.]

Potencia Nominal Inversor Recomendado

Potencia nominal: 1000 W Potencia Pico (Arranques): 2000 W Potencia max de trabajo: 900W Voltaje de entrada: 11 - 14 Volt DC Voltaje salida: 230 Volt~ Alterna +-10% Frecuencia: 50Hz Tipo de onda: mod. Sinusoidal modificada. Consumo interno => 0,5 Amp. Alarma 10,5 Volt en batería Corte de corriente 10,5Volt en batería Medidas: (LxAxH) 28,7cm x 12,4cm x 7,0cm Peso: 2.200g Precio: Q 1000.00

REGULADOR DE CARGA: Para 12/24 V, este tiene un precio promedio de $50.00 o Q 500.00

COSTOS QUE NOS GENERA ESTE SISTEMA:Precio del Panel: € 250.00(promedio, datos del mercado)

€ 250.00x11.40= Q2,850.00 x 3 paneles= Q 8,550.00Precio del Regulador de Carga:

$ 50.00(datos del mercado, puede llegar a costar hasta $200.00)$ 50.00 x 7.80= Q 390.00

Precio del Inversor: € 100.00(promedio, datos del mercado)€100.00 x 11.40= Q 1140.00

INVERSIÓN TOTAL ESTIMADA (para este sistema): (Q 8,550.00+Q390.00+Q 1140.00)= Q 10,080.00(Calculo no incluye cables, ni soportes de los Paneles, ni instalación)

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