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Laboratorio de maquinas hidráulicas
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OBJETIVOS
Determinar el Angulo apropiado para un mejor funcionamiento en un
ariete hidráulico.
¿Cuál es el propósito de la ecuación de Cooper o cuál es su
interpretación?
Definir la función general de un calentador solar.
Determinar la cantidad de paneles necesario a usar para una casa.
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MARCO TEÓRICO
TURBINAS PELTON
Las turbinas Pelton, como turbinas de acción o impulso, están constituidas
por la tubería forzada, el distribuidor y el rodete, ya que carecen tanto de caja
espiral como de tubo de aspiración o descarga. Dado que son turbinas diseñadas
para operar a altos valores de H, la tubería forzada suele ser bastante larga, por lo
que se debe diseñar con suficiente diámetro como para que no se produzca
excesiva pérdida de carga del fluido entre el embalse y el distribuidor.
Figura 1. Componentes de una turbina Pelton
El rodete de una turbina Pelton es
una rueda con álabes en forma de
cucharas o cangilones, con un diseño
característico, situados en su perímetro
exterior, como se puede observar en la
Figura 2. Sobre estas cucharas es
sobre las que incide el chorro del
inyector, de tal forma que el choque del
chorro se produce en dirección
tangencial al rodete, para maximizar la
potencia de propulsión (Pt).
Figura 2. Rodete
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BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO
FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de este equipo es bastante sencillo, para su
funcionamiento, la bomba de ariete hidráulico aprovecha la energía cinética del
agua provocada por una caída, convirtiéndola en energía de presión, que eleva
parte del mismo líquido hacia un punto de mayor altura. Esta energía de presión
se produce deteniendo súbitamente, el movimiento del agua, dentro de la tubería
de abastecimiento, lo que provoca el funcionamiento automático de la bomba de
ariete hidráulico.
Durante este proceso existe pérdida de energía, parte de esta se libera
cuando la bomba expulsa una porción del agua que le está entrando. Esta
transformación de energía constituye parte fundamental en el funcionamiento
automático de la bomba de ariete hidráulico provocado por el fenómeno conocido
como golpe de ariete hidráulico.
INCLUSOR DE AIRE
El inclusor de aire es un pequeño orificio de 1,5 a 2 milímetros 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 hubiera cámara de aire que actúe como amortiguadora del
golpe de ariete, este mismo rompería el dispositivo y dejaría de funcionar.
OTROS REQUERIMIENTOS
Para que el ariete hidráulico funcione se necesitan dos cosas: que el agua
exista en cantidad suficiente para impulsarlo y suficiente desnivel de trabajo (el
mínimo es 20 centímetros).
El agua puede proceder de un manantial, arroyo o río y debe ser conducido
al ariete hidráulico mediante un conducto (hierro galvanizado, PVC, etc.), cuyo
diámetro dependerá del caudal utilizado, en el equipo que se encuentra en el
parque tecnológico el agua se encuentra almacenada en el tanque aéreo que está
ubicado sobre la torre metálica y el agua es conducida hacia la bomba por medio
de tubería PVC.
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La inclinación del tubo debe ser de unos 30 grados 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 metros a 30
metros. 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.
DIMENSIONAMIENTO
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)
Donde:
Q = es el caudal de alimentación en litros por minuto
h = desnivel de trabajo en metros
H = altura de elevación en metros
AJUSTES
El ajuste adecuado se logra mediante el tornillo tensor de la platina 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.
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PANEL SOLAR
LA ENERGÍA SOLAR
Antes de comenzar a ver cómo funcionan los paneles solares, que
seguramente ya habréis visto en los tejados de muchos edificios de vuestra
ciudad, tenemos que hablaros un poco de la energía solar.
Como ya sabréis, la energía solar es aquella que emana el núcleo del sol. Se
produce debido a una reacción nuclear de fusión y debido a las condiciones de
intensa gravedad a las que está sometido. El sol que está compuesto
principalmente por hidrógeno y en condiciones específicas se funde para producir
helio.
Este proceso libera enormes cantidades de energía, las que brotan desde el
corazón de las estrellas y viajan por el espacio por miles de millones de años.
La tierra que se encuentra cercana al sol recibe su energía y lo hace de
distintas maneras, de modo que la atmósfera y magnetosfera filtran gran parte de
la radiación solar nociva, pero dejan pasar las longitudes de onda correspondiente
a la luz visible y al infrarrojo, de modo que lo que más recibimos es luz y calor.
Una energía que se ha convertido en una de las funciones motoras para la
vida tal y como la conocemos, ya que promueve los más variados efectos sobre la
superficie del planeta: entre otros, los vientos, la formación de nubes y lluvia o los
cambios climáticos alrededor del globo.
El hombre ha querido buscar y construir las más diversas maneras de
aprovechar esta energía y convertirlas en el soporte de la vida en la tierra y es por
ello que en estos momentos está siendo fuertemente optimizada la tecnología
para extraer esta energía proveniente del sol y convertirla en energía de uso
humano, como la electricidad y el agua caliente.
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ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA ENERGÍA SOLAR
Al hablar de la energía solar como una energía renovable, tenemos que
hacer mención además al hecho de contar con transductores que permitan
convertir diversas formas de energías naturales en energías utilizables por el
hombre.
Para transformar la energía del sol en energía que podamos aplicar a nuestra
vida diaria, necesitaremos una célula fotoeléctrica, y que es un dispositivo
electrónico que permite transformar la energía luminosa en energía eléctrica,
mediante el aprovechamiento de un proceso llamado efecto fotoeléctrico.
El proceso es que la luz, que llega en forma de fotones, impacta sobre una
superficie construida principalmente por silicio (los paneles solares) y que emite
electrones que al ser capturados producen una corriente eléctrica.
En la actualidad está experimentando con celdas fotovoltaicas de doble cara
que con la ayuda de superficies reflectantes puedan duplicar la eficiencia
ampliando la superficie expuesta a la luz solar. Estas celdas son lo que se
conocen como paneles solares fotovoltaicos y que emplean una tecnología tan
avanzada y precisa como compleja.
¿CÓMO FUNCIONAN LOS PANELES SOLARES?
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El funcionamiento de los paneles solares se basa en el efecto fotovoltaico,
que se produce cuando, sobre materiales semiconductores convenientemente
tratados, incide la radiación solar produciendo electricidad tal y como ya he
mencionado anteriormente.
En el momento en que queda expuesto a la radiación solar, los diferentes
contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los materiales
semiconductores que, entonces, pueden romper la barrera de potencial de la
unión P-N, y salir así del semiconductor a través de un circuito exterior.
Estas células fotovoltaicas se combinan de muy diversas formas para lograr
tanto el voltaje como la potencia deseados y de este modo poder conseguir que la
energía solar se acabe convirtiendo en energía que poder consumir.
No en vano, entendemos por célula fotovoltaica al módulo más pequeño de
material semiconductor con unión P-N y con capacidad igualmente de producir
electricidad.
No debemos olvidarnos en este punto que se denomina panel fotovoltaico al
conjunto de células sobre el soporte adecuado y que poseen los recubrimientos
que le protegen de agentes atmosféricos.
MEDICIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR
La intensidad del flujo energético solar que inciden la tierra depende de la
latitud del sitio: mientras más cerca del ecuador, la luz incide de forma más
perpendicular en la tierra, es decir con una intensidad más alta.
Por otro lado, la intensidad varía según la época del año, el momento del día
y las condiciones atmosféricas. La magnitud que describe la intensidad de la
radiación solar, se conoce como radiación o irradiación y se mide en vatios por
metro cuadrado (W/m2). En términos populares también se dice brillo solar.
La radiación es la energía solar que incide en una placa plana de un metro
cuadrado. Como la posición de la tierra con respecto al sol cambia
constantemente, el ángulo de incidencia de la luz solar sobre la superficie cambia
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según la hora del día y según el día del año. Por eso, la orientación y la inclinación
de la superficie determinan la cantidad de energía solar que recibe.
Fuera de la atmósfera, la irradiación tiene un valor que se admite
actualmente como de 1,354 W/m2 convariacionesdealrededorde50 W/m2 según
varía la distancia entre la tierra y el sol. Cuando el cielo está completamente
despejado, la irradiación en el suelo terrestre es de alrededor de 1,000 W/m2. Es
decir que la cuarta parte de la energía procedente del sol es amortiguada por la
atmósfera.
Para efectos de utilización de la energía solar, el término radiación se usa
para cuantificarla densidad superficial de energía solar incidente en una superficie
plana. Por lo general, se entiende por radiación solar el promedio diario de la
irradiación que incide sobre una superficie plana de un metro cuadrado. La
radiación se mide entonces en vatio-horas por metro cuadrado (Wh/m2).
Para el diseño técnico de la mayoría de los sistemas solares, la radiación
proporciona el dato más importante, porque representa la energía que se puede
aprovechar. Este dato permite realizar un diseño básico del sistema.
La irradiación, en función de la hora del día, puede contribuir al
entendimiento de las características dinámicas del sistema solar y permite
afinar el diseño técnico. La radiación es aprovechable en sus componentes
directa y difusa.
La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin
reflexiones o refracciones intermedias. La radiación difusa RD es aquella que está
presente en la atmósfera gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y
refracción solar de las nubes y otros elementos atmosféricos y terrestres. La
radiación directa es direccional y puede reflejarse y concentrarse, mientras que la
difusa no, pues es omni-direccional.
En cuanto al potencial de la radiación solar incidente en Guatemala, se ha
determina do un valor promedio de5.4kilovatios/m2/día.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE PANELES
Dada la demanda de electricidad, la radiación solar promedio y la eficiencia
promedio del panel FV, es bastante fácil calcular el tamaño de un panel FV que
cubra esta demanda.
Determinar el tamaño de un sistema es bastante sencillo y directo a pesar de
que el diseño en detalle de un sistema fotovoltaico es complejo. Los métodos para
determinar el tamaño son fáciles de usar pero tienen sus limitaciones. Debido a
que se asumen la entrada y demanda de energía solar, el resultado de aplicar el
método para determinar el tamaño puede no ser confiable en un 100%.
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La radiación solar varía de año en año y también el consumo de electricidad
tiende a ser fluctuante. Por lo tanto, aun cuando se haya calculado
cuidadosamente el tamaño del sistema, pueden surgir ciertas carencias de tiempo
en tiempo.
La manera más simple de determinar el tamaño de un sistema fotovoltaico es
utilizando la siguiente fórmula:
Ar = 1200 X Ed / Id
Dónde:
Ar: Tamaño del panel (Wp)
Ed: Consumo de electricidad (kWh / día)
Id: Irradiación (kWh / m2 / día)
El tamaño de un sistema FV está dado por el Watt Pico (Wp). Esta es la
salida máxima de un panel FV bajo condiciones estándar que son: temperatura
ambiente de 25°C y 1000 Watt/m2 de irradiación.
La fórmula supone una eficiencia del sistema de aproximadamente 8% que
se basa en la eficiencia del panel (10%) y la eficiencia de la batería (80%). Otro
dato que se asume es la potencia proporcional de los paneles por metro cuadrado
de 100 Wp.
Durante el mediodía, en días despejados, se puede esperar una irradiación
de 1000 W/m2. Esto significa que un panel de 50 Wp generará, durante las horas
más soleadas del día, 50 Watts. En promedio los paneles FV están en
aproximadamente 100 Wp por m2 o, para decirlo de una manera diferente, los
paneles solares tienen una eficiencia promedio del 10%.
El cálculo de la irradiación solar lo veremos en un capítulo aparte por
tratarse de un tema que implica manejo de información ya sea proporcionada por
cada país (a través de tabla o mapas) donde se realice el proyecto, o por Software
especializados que proporcionan este valor rápidamente y sin complicaciones.
En la fórmula anterior, el factor para calcular el tamaño del sistema no es
1000 (que significaría una eficiencia del sistema de 10%) sino 1200 porque la
eficiencia del sistema es siempre un poco más baja que la eficiencia del panel.
El siguiente ejemplo se muestra cómo se puede realizar un estimado sencillo del
tamaño y del precio.
EJEMPLO
Para una casa pequeña con 3 luces de 20 Watt, que funcionan 5 horas al
día, la demanda de electricidad será de 3 x 20 x 5 = 300 Wh/día = 0.3 kWh/día.
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Tomemos como proyecto Perú, donde la irradiación solar promedio según su
mapa de irradiación solar es de 5.0 kWh/m2/día. Esto significa que para esta casa
el tamaño de panel que se requiere es:
Ar = 1200 x 0.3 / 5 = 72 Wp
Una vez conocida la demanda habrá que seleccionar un módulo o panel que
nos brinde esta potencia.
OTRO EJEMPLO DE CÁLCULO DEL NÚMERO DE PANELES
En una comunidad se desea contar con los siguientes equipos:
• Una computadora por espacio de 3 horas diarias.
• Un televisor por espacio de 4 horas diarias.
• Dos focos por espacio de 4horas diarias.
• Un ventilador por espacio de 6 horas.
• Una bomba por espacio de 8 horas.
La irradiación promedio anual de la zona es 5 kWh/m2/día.
Completamos el siguiente cuadro:
Aplicando la siguiente formula tenemos:
Ar = 1200 x Ed /Id
Donde:
Ed = 2.54 kWh/día
Id = 5 kWh/m2/día
Entonces:
Ar = 1200 x 2.54 / 5
Ar = 609.6 Wp
Luego el tamaño del panel será 609. 6 Watts pico. Como no existe un panel
con tal generación de potencia, tenemos que seleccionar una determinada
cantidad de paneles con potencias más bajas, que sumados en total obtengamos
609.6 Wp.
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CALENTADOR SOLAR
COMO FUNCIONA UN CALENTADOR SOLAR
El funcionamiento del Calentador solar es sencillo y efectivo. Consta de dos
partes fundamentales:
COLECTOR
Elemento encargado de captar la energía del sol y transformarlo en calor. Por
medio de una estructura metálica se dota a los colectores de una inclinación
idónea para lograr que la captación sea óptima en el conjunto del año.
El colector a su vez consta de las siguientes partes:
Caja: Elemento metálico que contiene los demas elementos.
Absorbedor: Elemento encargado de transformar la radiación solar en calor.
Se trata de una superficie de color negro de diferentes características
según el tipo de colector.
Cubierta: Elemento transparente encargado de provocar el efecto
invernadero dentro de la caja para aumentar la temperatura y el
aprovechamiento del calor por el absorbedor.
El acumulador o tanque, Depósito donde se almacena el agua caliente para
su consumo. Para evitar que el agua pierda su calor durante la noche el
tanque acumulador se halla termo sellado con materiales aislantes
apropiados.
El acumulador y el colector están unidos entre sí por tuberías.
El proceso de calentamiento del agua se inicia cuando los rayos solares
inciden sobre la superficie del colector y elevan la temperatura del agua que
circula por los conductos que tiene en su interior.
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El agua al calentarse pierde densidad y tiende a ascender pasando a través
de las tuberías al acumulador que está situado encima. El espacio que deja libre el
agua que ha ascendido es reemplazado por agua que aún no ha sido calentada
proveniente del acumulador.
Esta agua se calienta a su vez por el mismo procedimiento y vuelve a
ascender repitiéndose el proceso mientras los rayos solares incidan en el colector.
Así se establece un circuito natural en el cual toda la energía solar captada
en el colector pasa al tanque.
Al final del día tenemos agua caliente, entre 45 y 75 grados centígrados,
almacenada en el tanque termo sellado. Se estima que la pérdida media de
temperatura durante la noche en el interior del tanque es de 3 y 7 grados
centígrados, por lo tanto se puede disfrutar de agua caliente almacenada durante
la madrugada o por la mañana antes de que vuelva a salir el sol.
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¿QUE MANTENIMIENTO SE LE DEBE DAR?
Solo limpiar seguido los tubos al vacío para evitar que se forme una capa
de polvo provocado por la contaminación y no reduzca la captación de la
radiación.
¿CUALES SON LOS TIPOS DE CALENTADORES?
Los calentadores solares pueden ser de dos tipos:
Calentadores con colector plano
Calentador con Tubos al Vacío
Estos a su vez pueden funcionar por gravedad (Es decir por el principio del
Termosifón que se explica arriba) o por un Hidroneumático
CALENTADOR COLECTOR PLANO
CALENTADOR DE TUBOS AL VACIO
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ECUACIÓN DE COOPER
Declinación (d):
Ángulo que forma el plano del ecuador terrestre con la dirección en que se
encuentra el Sol, plano de la eclíptica o línea imaginaria que representa la órbita
descrita por la Tierra.
La declinación solar es el ángulo formado por los rayos que proceden del Sol
y el plano ecuatorial.
En el movimiento de traslación alrededor del Sol, el plano del Ecuador
mantiene una inclinación fija de 23º27' respecto al plano de la elíptica, por lo que
la declinación oscila a lo largo del año entre +23º27', en el solsticio de junio y -
23º27' en el solsticio de enero. Para cada día del año tiene un valor único y en los
equinoccios su valor es 0.
En el Anuario del Observatorio Astronómico están publicados los datos
referidos a la declinación solar de cada día, pero puede calcularse, con la
ecuación de Cooper
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Donde:
n= día del año
d= declinación en grados
Así pues, se recomienda instalar el panel solar, teniendo en cuenta la
declinación conforme a la ecuación de Cooper.
FUNCIONAMIENTO Y RECOMENDACIONES PARA INSTALAR UN
CALENTADOR SOLAR
SISTEMA PARA PRESIÓN (HEAT PIPE)
El condensador del tubo al vacío es insertado en el tanque.
La radiación solar es absorbida por los tubos al vacío y se convierte en
calor.
El tubo al vacío, transfiere el calor al tubo de cobre condensador.
El agua circula en el tanque con el principio de convección; el agua fría
entra en el tanque y naturalmente fluye abajo y sube cuando esta caliente
REQUISITOS PARA INSTALAR UN CALENTADOR SOLAR
La instalación de los calentadores SOLAR, guía básica de los requisitos de
instalación a continuación:
El calentador se debe ubicar en una superficie soleada durante todo el día,
con las medidas y soporte de peso adecuadas al calentador a instalar.
El colector solar del calentador debe apuntar al sur, para maximizar la
radiación solar capturada.
Si los dos requisitos anteriores no se cumplen, el calentador no funcionara
de manera óptima. Es decir, producirá agua caliente, pero no a su
capacidad máxima. Si por alguna razón no se encuentra un lugar
totalmente soleado o que permita alinear el sistema, se recomienda adquirir
un sistema de mayor capacidad para compensar la baja en producción de
agua caliente.
Se debe buscar que el agua caliente que sale del calentador haga el menor
recorrido posible para evitar enfriamiento innecesario, por lo que se
recomienda la conexión lo más cerca a la ducha de uso mas frecuente.
Puede conectarse a los circuitos de agua fría y caliente de abajo de un
lavamanos o lavatrastos, o bien, atrás de una ducha (rompiendo paredes),
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o alguna otro punto donde exista conexión a los circuitos de agua fría y
caliente.
Instalar sistema ThermoSafe™ en todas las duchas y tinas para prevenir
problemas provocados por agua muy caliente.
El controlador electrónico se debe instalar a un flipon (Breaker) de 30
amperios. No se recomienda instalar el controlador sin flipon.
Es política de AISA no vender calentadores sin sistema ThermoSafe, para
garantizar la inofensividad de los sistemas
Desinstalar los calentadores eléctricos anteriores, y anular el circuito de
agua caliente anterior para hacer que el agua circule por el calentador
SOLAR.
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AEROGENERADOR
PARTES DE UN AEROGENERADOR
Un aerogenerador eólico es una máquina que transforma la energía del
viento en energía eléctrica. Las partes de un aerogenerador que transforman la
energía cinética del viento en energía eléctrica se encuentran en la góndola, que
sirve para proteger esos componentes claves.
El funcionamiento de un aerogenerador es muy sencillo. El viento mueve las
palas del aerogenerador y a través de un sistema mecánico de engranajes hacen
girar el rotor. La energía mecánica rotacional del rotor es transformada en energía
eléctrica por el generador.
Las partes principales de un aerogenerador son:
La góndola- carcasa que protege las partes fundamentales del
aerogenerador
Las palas del rotor que transmiten la potencia del viento hacía el buje.
El buje que es la parte que une las palas del rotor con el eje de baja
velocidad.
Eje de baja velocidad que conecta el buje del rotor al multiplicador. Su
velocidad de giro es muy lenta.
El multiplicador, permite que el eje de alta velocidad gire mucho más rápido
que el eje de baja velocidad.
Eje de alta velocidad, gira a gran velocidad y permite el funcionamiento del
generador eléctrico.
El generador eléctrico que es una de las partes más importantes de un
aerogenerador. Transforma la energía mecánica en energía eléctrica
El controlador electrónico, es un ordenador que monitoriza las condiciones
del viento y controla el mecanismo de orientación.
La unidad de refrigeración, mecanismo que sirve para enfriar el generador
eléctrico.
La torre que es la parte del aerogenerador que soporta la góndola y el rotor.
El mecanismo de orientación, está activado por el controlador electrónico, la
orientación del aerogenerador cambia según las condiciones del viento.
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FUNCIONAMIENTO DE LOS AEROGENERADORES
Gracias a los aerogeneradores transformamos la fuerza del viento en energía
eléctrica. Desde principios del siglo XX se han usado molinos para generar
electricidad en zonas rurales aisladas. En la actualidad los aerogeneradores se
agrupan formando centrales eólicas que abastecen la red eléctrica.
El funcionamiento de los aerogeneradores es muy sencillo, el viento mueve
las hélices que conectadas a un generador transforman la energía mecánica
rotacional en energía eléctrica.
Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo del tipo de
generador, de su potencia y de la disposición de su eje de rotación.
Las partes principales de un aerogenerador son el rotor, la caja de
engranajes, el generador, la torre y el sistema de control.
Si nos fijamos en aerogeneradores en funcionamiento podemos observar que
la velocidad de movimiento de las hélices es muy lenta. Mediante la caja de
engranajes esa velocidad lenta de las palas se transforma en velocidad rápida
para alimentar al generador.
La mayoría de los aerogeneradores modernos son de tres palas, de eje
horizontal y con mecanismos eléctricos de orientación. El mecanismo de
orientación de un aerogenerador es utilizado para girar el rotor de la turbina para
obtener el máximo rendimiento o para protegerlo ante vientos peligrosos.
COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR
Los componentes de un aerogenerador son:
Torre. Soporta la góndola que es donde se encuentran la mayoría de
componentes principales del aerogenerador. La torre permite que las palas
estén a la altura más apropiada para obtener el máximo rendimiento
posible.
Las palas del rotor. Componente del aerogenerador que transmite la
energía cinética del viento al buje. En su mayoría los aerogeneradores
tienen tres palas.
Buje del rotor. Une las palas al eje del aerogenerador.
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Eje de baja velocidad. En los grandes aerogeneradores el rotor gira muy
lento entre 20 y 50 rpm.
Caja de engranajes o multiplicador. Componente del aerogenerador que
transforma la baja velocidad del eje en alta velocidad de rotación.
Generador. Uno de los componentes principales. Gracias a la alta velocidad
de rotación del eje se genera la electricidad.
Sistema de control. Componentes que controlan el correcto funcionamiento
del aerogenerador. Anemómetros, veletas, mecanismos de orientación,
unidades de refrigeración, sistemas de control de potencia, etc.
Especificaciones de un aerogenerador
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CÁLCULO DE PANELES SOLARES PARA UNA CASA
No. EQUIPO POTENCIA CANTIDAD HORAS DE USO
CONSUMO
1 Televisión LCD, 32 pulgadas
125 W 1 2 250Wh/día
2 Refrigerador grande 170 W 1 24 4080 Wh/día
3 Licuadora 5 velocidades 400 W 1 0.125 50 Wh/día
4 Lámpara ahorradora 10 W 5 5 250 Wh/día
Radiación solar incidente en Guatemala (Id): 5.4 kWh/m2/día
Energía (Ed): 4630 W*h/día = 4.63 KWh/día
Aplicando la siguiente formula tenemos:
Ar = 1200 x Ed /Id
Donde:
Ed = 4.63kWh/día
Id = 5.4kWh/m2/día
Entonces:
Ar = 1200 x 4.63 / 5.4
Ar = 1030.0Wp
Luego el tamaño del panel será 1030 Watts pico. Como no existe un panel
con tal generación de potencia, tenemos que seleccionar una determinada
cantidad de paneles con potencias más bajas, que sumados en total obtengamos
1030.0Wp.
UTILIZANDO COMO BASE EL SIGUIENTE KIT 250 WATTS
EL número de paneles necesarios sería: 1030W/250W = 4.12 = 5 Paneles
fotovoltaicos.
El costo de los paneles fotovoltaicos sería: (5)(Q 6960.00) = Q 28675.20
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CONCLUSIONES
La inclinación del tubo debe ser de unos 30° por debajo de la horizontal para
un funcionamiento adecuado de un ariete Hidráulico, aunque podría hacerlo con
ángulos menores, pero se recomiendo dicho Ángulo.
Los datos referidos a la declinación solar de cada día se refieren la ecuación
de Cooper.
La Turbina Pelton tiene la peculiaridad de aprovechar solamente la energía
cinética del fluido, pues no existe gradiente de presión entre la entrada y la
salida de la máquina, la energía cinética del agua se genera en una tobera
colocada al final de la tubería a presión, la tobera está provista de una aguja de
cierre para regular el gasto, constituyendo el conjunto el órgano de alimentación y
de regulación de la turbina. La turbina aumenta la velocidad del fluido mediante
esta tobera, produciendo un chorro de agua dirigido a gran velocidad hacia las
paletas, debido a la forma de éstas el chorro gira en casi 180º, con lo cual se
produce un cambio de momento que se traspasa al eje.
En un calentador Solar el agua circula dentro del sistema por convección, los
colectores de cristal al alto vacío transfieren la energía recibida del sol al agua, la
cual se calienta de forma muy eficiente y eleva al tanque de almacenamiento.
El número de paneles fotovoltaicos que se necesitan son cinco para la
vivienda que se estudió durante la práctica con un costo Q 28675.20.
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RECOMENDACIONES Debido al costo inicial tan elevado que tienen los equipos para generar
electricidad por medio de fuentes renovables, muchas personas prefieren los métodos tradicionales y nocivos para el ambiente, es importante que aparte de la lectura de este documento, también se les pida a los estudiantes del laboratorio la investigación de los efectos nocivos que tiene el proceso de la generación de energía por medios convencionales.
Realizar el mantenimiento que necesitan los equipos, que encuentran en el
parque tecnológico de fuentes renovables de la Facultad de Ingeniería, para que cuando se realicen las prácticas de laboratorio de maquinas hidráulicas los estudiantes puedan observar el funcionamiento correcto de los mismos, para tener un mejor idea de cómo trabajan.
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FUENTES DE INFORMACIÓN
Edwin Orlando Morales, Mantenimiento del parque tecnológico, Abril 2013,
Universidad de San Carlos de Guatemala,
bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4020/1/CD-3778.pdf
INDE, Fuentes de Energía Renovable, Marzo 2013,
http://www.inde.gob.gt/portal/index.php/es/rsc-sp-19251/fuente-de-energia-
renovable-sp-12217
Rafael Candel, Vila Meteorología para Todos, Idea Books, 2014
http://www.rinconsolidario.org/meteorologia/webs/solarpara.htm
Aton, Cómo Funcionan Los Calentadores Solares, 2011,
http://www.calentadorsolar.mx/como-funcionan-los-calentadores-
solares.html
UCLM, curso de física ambiental, España, energía eólica, 2012
www.uclm.es/profesoradO/ajbarbero/.../EEOLICA_Febrero2012_G9.pdf
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ANEXOS
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Bomba de ariete hidráulico
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Calentador solar
Paneles solares
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Rodete de turbina Pelton