ENERGÍAS

RENOVABLES II

EXPOSITOR:

PABLO CAVERO LA ROSA

pablocavero@hotmail.com

Teléfono 534-4579 990364126

El sol, la gravedad, el viento, las caídas de agua, las corrientes de agua

Las olas del mar, las aguas termales, no cuestan, entonces hay que usarlas.

Nuestros antepasados emplearon las energías naturales, así lograron

Construir muchas cosas que hoy día nos asombran, no conocían el cemento

Pero edificaron ciudades, construyeron canales, reservorios, silos, caminos

sistemas de riego subterráneo y por gravedad tan eficientes que no han

podido ser superados con la moderna tecnología, pero lo más importante es

que no contaminaban el ambiente ya que el agua y la naturaleza eran

sagrados para ellos, nosotros debemos de utilizar estos recursos naturales

para no contaminar y no destruir la vida en este planeta.

A continuación les presento unos trabajos que les pueden servir para el

Desarrollo de estas tecnologías, porque no debemos quedarnos estancados

En desarrollar simples modelos o maquetas que no tienen mucha aplicación

o valor comercial e industrial, si no se tiene el éxito esperado, hay que

continuar hasta lograrlo, en este momento nos daremos cuenta que el

conocimiento no tiene límites, son simples etapas.

ESQUEMA DE UN MOLINO DE VIENTO CON BOMBA HIDRONEUMATICA

El pistón utilizado tenía una

Copa de cuero lubricado que

Contaminaba el agua supercial

La solución es usar un pistón

Con anillos de teflón

Funcionamiento del molino de viento

• Es una máquina que transforma la energía

del viento en energía mecánica mediante

un rotor de palas que acciona un

mecanismo de ranura manivela, que a

• Su vez acciona el pistón de una bomba

hidráulica hidroneumática para elevar el

agua.

Aplicaciones:

• Para extraer agua del subsuelo o para elevarla y almacenarla para regar.

• Para accionar un molino de granos.

• Para accionar una compresora que pueda mover una bomba hidroneumática, herramientas, etc.

• Para accionar un sistema de refrigeración

• Para accionar un pequeño generador de

electricidad.

Ventajas:

• No requiere electricidad, combustible ni mano de obra.

• No necesita estar cerca de la fuente agua, la fuerza del aire se transmite por tuberías si se utiliza una bomba hidroneumática de pistón.

• Pueden fabricarse en tamaños pequeños con materiales de acero, plástico o madera, reduciéndose el costo.

• Funciona con vientos de bajas velocidades, desde 3 metros por segundo

Altura de bombeo : H= 12m.

Caudal de bombeo : Q=0.00224006m3/s

Velocidad de viento: V=5m/s

Diámetro del rotor : D=6m.

Potencia: Pot. =0.0586*D2*V

3 …… (1)

=0.0586*62*5

3 =263.7 watts.

Caudal: γQH=Pot.

*

**0586.032

VDQ 00224006.012*9810

7.263 M3/s

Según tabla, el Nº de palas es: B=27

Celeridad de diseño λ =1

Eficiencia de la bomba nb=0.95

N= R.P.M.

Diámetro del pistón = dp

Carrera del pistón = S.

Radio de la manivela: r =S/2

De la relación entre la carrera S y el diámetro del pistón dp se tiene:

S=0.7dp…… (2)

Por otro lado el caudal 60

***4

2

NSd pQ

nb

m3/s

Luego: Sdp2 =

N

Q

nb

240 m

3/s …….. (3)

R.P.M: R

VN

*

**30

Luego 9154.153*

5*1*30

N R.P.M ……. (4)

(4) en (3) : dp3=

N

Q

nb***7.0

240

Luego: dp= .25286.09154.15*95.0**7.0

00224006.0*240m

…… (5)

(5)en (2) : S= 0.7*dp=0.7*0.25286=0.17700728 m……..(6)

De (6) se tiene radio de la manivela rm = S/2 = 2

17700728.00.0885m.

Diá.(m) Nº de palas Nº de sectores

2 15 5

3 18-16 6-4

4 21-20 7-5

5 24 8

6 27 9

MOLINO MULTIPALA

CLASICO DE ALTA

SOLIDEZ

GEOMETRIA DE PALAS

DE ROTOR

BOMBAS CON

CAMARA DE AIRE

FORMA DE PALA DE

MOLINO

• DE ACUERDO A LAS FORMULAS ANTERIORES SE DETERMINA EL PERFIL IDEAL DE LA PALA.

• APROVECHANDO AL MAXIMO LA ENERGIA DEL VIENTO.

• SE PUEDE MEJORAR LA EFICIENCIA CON UNA PALA DE

FIBRA DE VIDRIO.

MOLDES DE MADERA PARA PALAS DE

MOLINO Diámetro = 2.20 m. Pala de

plancha metálica de 1/32”

Paleta de Plancha metálica de 1/32

Mecanismo de Ranura manivela

con tracción y compresión

vertical

MECANISMO DE BIELA

MANIVELA

P Máx = 219.21 N

MECANISMO DE RANURA MANIVELA

P Máx = 237.48 N

MOLINO DE VIENTO

BALANCEADO

VISTA DE PERFIL

VISTA FRONTAL

Nota: el mecanismo de

balance de ranura manivela

puede ajustarse para que el

molino funcione con bajas

velocidades de viento y pueda

ser aprovechado todo el tiempo

Para el calculo de potencia

Tomar en cuenta una altura de

Bombeo mínima de 3 m.

La potencia resultante se busca en

la tabla y obtendremos un caudal

aproximado bastante alto, debido

al mecanismo de balanceo de la

ranura de manivela que ha

eliminado las cargas del peso de

agua en la tubería, peso de las

varillas de impulso de la bomba

y de la fricción de la bomba.

El tamaño del molino es mas

pequeño, bajando el costo y

el costo de mantenimiento es

menor debido al menor desgaste

de las partes móviles del molino

COSIDERACIONES Y VENTAJAS

Bomba Hidráulica

Una bomba es una máquina hidráulica que transforma la energía con la que es

accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve.

Según el principio de Bernoulli al incrementar la energía del fluido, se aumenta su

presión, su velocidad o su altura. En general, una bomba se utiliza para incrementar

la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el

fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

Historia

La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes (tornillo de Arquímedes),

en el siglo III a.C., aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por el rey

de Asiria Senaquerib en el siglo VII a.C.

En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo

bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y

bombas de desplazamiento positivo

Tipos de bombas

La clasificación de las bombas se realiza atendiendo al principio de funcionamiento

en el que se basan:

Bomba aspirante: es un cilindro que contiene un pistón móvil que contiene una válvula en

la parte superior; en el extremo inferior del tubo tiene una válvula de pie que bloquea la

entrada del agua. Al accionar hacia arriba la varilla del pistón se cierra la válvula del pistón y

se crea una presión de vacío que hace subir el agua de la parte inferior desbloqueando la

válvula inferior.

Cuando el pistón baja, abre su válvula permitiendo que el agua pase a la parte superior; al

mismo tiempo se cierra la válvula inferior para evitar que el agua escape.

Al accionar nuevamente hacia arriba la varilla del pistón, el agua sube y al mismo tiempo

entra mas agua debajo del pistón

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

B

A B

A

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

130

,1

1

Ecuación fundamental de la bomba de pistón manual.

Caudal Teórico Q’= Área del Pistón*Longitud de la Carrera*Nºde palancas

60

Q’=A*L*P (m3/s)

60

BOMBA DE POZO

ASPIRANTE IMPELENTE

18

1

2

3

4

5

6

7

8

9

16

10

11

12

14

15

17

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

13

En este lado se coloca

un contrapeso para

balancear la carga de

la bomba para poder

elevar mas agua con

menos esfuerzo

BOMBA DE PROFUNDIDAD

BALANCEADA

Se usa la gravedad para ahorrar energía

SIFÓN.

Se llama sifón a un tubo curvado lleno de líquido en forma de “U” invertida, con las ramas desiguales, en el que se produce un flujo

debido a la diferencia del peso del líquido que ocupan ambas ramas.

Funcionamiento: La presión en A es la Atmosférica P0 menos la presión del peso de la columna líquida “a”; la presión en B será

así mismo P0 menos la presión del peso de la columna líquida “b”, se deduce que P0 – a > P0 – b.

Si se tiene una depresión inicial y el lado corto está dentro de un recipiente con líquido, se producirá el flujo de A hacia B, hasta

terminarse el líquido del recipiente.

Aplicaciones:

-Transvase de líquidos de una manera rápida, eficiente y económica.

-Para diámetros mayores a 4” se dificulta el llenado de las ramas, siendo necesario utilizar válvulas para facilitarlo, encareciendo su

costo inicial.

-Riego de chacras, con el uso de válvulas podemos regular el caudal necesario.

a

b

Riego tecnificado: con el uso de filtros, válvulas y sistemas

de tuberías mangueras, cintas de riego y goteros podemos

mejorar la eficiencia de nuestros sistemas de riego

tradicionales ampliando la frontera agrícola.

a

b

2

2

22

1

2

11

22Z

g

VPZ

g

VP

hZZg

VPP

12

2

221

2

Fundamento teórico del sifón: Aplicando la ecuación de la energía entre los puntos 1 y 2, (1 es referencia), se tiene:

(1)

(2)

3

2

33

2

2

22

22Z

g

VPZ

g

VP

02

2 ZP

HZ 2H

P

2

Aplicando la ecuación de la energía entre los puntos 2 y 3, (3 es referencia), se tiene:

Pero, , luego (3)

hg

VPP

2

2

221

01

P

(3) en (2)

Consideramos

Por lo tanto:

g

VhH

2

2

2

)(22 hHgV

Luego:

Fundamento teórico del sifón considerando pérdidas:

Aplicando la ecuación de la energía entre los puntos 1 y 2, (2 es referencia), se tiene:

212

2

22

1

2

11

22 hZ

g

VPZ

g

VP

(1)

21

2

22

2 h

g

VPh

(2)

323

2

33

2

2

22

22 hZ

g

VPZ

g

VP

Aplicando la ecuación de la energía entre los puntos 2 y 3, (3 es referencia), se tiene:

Numero de Reynolds y factor de fricción (f) para tuberías de P.V.C.

Datos:

32

23

2

22

22 h

g

VH

g

VP

(3)

3221

2

3

2 hh

g

VhH

a

b

(3) en (2)

Por lo tanto:

D

fL

g

VK

g

V

g

VhH

2)(

22

2

3

2

3

2

3

Luego:

pt

hHgV

1

)(23

Temperatura del agua = 25º

Longitud de la tubería=3m.

Diámetro de la tubería= 1 pulgada

Caudal = 50 litros/minuto.

Datos adicionales de tablas:

Densidad del Agua a 25º C= 997Kg/m3 Página A -10

Diámetro de la tubería = 26.6 mm. Página B-22

Viscosidad del agua a 25º C = 0.83 Página A-4

Factor de fricción para P.V.C= f Página A-43

510*47912.083.0*6.26

997*50*22.21

*

**22.21

d

qRe

017.0f

para tuberías de P.V.C.

Datos:

Diámetro de la tubería = 26.6mm

Factor de fricción (f) = 0.017

Longitud de la tubería= 3m.

Rama corta (h) =1m.

Rama larga (H) = 2m.

Gravedad (g)=9.81m/s2

pt

hHgV

1

)(23 (1)

435.9)3209042022(017.01 p

917.10266.0

3*017.02 p

(2)

(3)

352.11917.1435.9 pt

(4): (4) en (1):

smV /26.1352.111

)12(*81.9*23

smVAq /0007.026.1*4

0266.0** 3

2

Caudal:

ANEMÓMETRO

Medidor de viento

ENERGÍAS

RENOVABLES

AEROGENERADOR

FUNCIONAMIEMTO

• Convierte la energía del viento en energía

mecánica, mediante un rotor de palas y una

caja de velocidades, que accionan un generador

o alternador, que carga baterías de 12 o 24

voltios, donde se acumula la energía para luego

ser utilizada en forma directa o mediante un

convertidor de 110 o 220 voltios AC.

Avances en el desarrollo del

aerogenerador

• Uno de los problemas es que la velocidad del

viento promedio es de 5 metros, y no es

suficiente para alcanzar el voltaje de carga de

la Batería. Para corregir este problema, se

emplean generadores de corriente alterna y

mediante un transformador se eleva el voltaje.

Próximamente se probará un nuevo prototipo,

con nuevos materiales y modelos.

APLICACIONES

• Directa: Artefactos que funcionan con 12- 6

voltios DC. (fluorescente, equipo, licuadora,

refrigeradora televisor etc.) .

• Usando un convertidor: Artefactos que

funcionan con 110-220 voltios AC.

(computadoras, bombas de agua de 1/4 y 1/2

HP.)

• Apoyo a paneles solares en días nublados.

VENTAJAS

• Ideal para zonas rurales donde no llega la

energía eléctrica.

• Bajo costo, las piezas son nacionales.

• Mantenimiento mínimo y reparación en un taller

de mecánica de autos.

• Funciona automáticamente con velocidades de

vientos de 3.3 a 8m/seg.

ESQUEMA DE UN

AEROGENERADOR

Aerogenerador de 3 palas

Alternador con caja de velocidades, eje de salida y estructura para

soporte de la cola direccional

Moldes para palas en planchas

metálicas Fe.

Para hacer palas en fibra de vidrio

es necesario cubrir estos moldes

con chapa de madera, masillar

y pintarlos.

Además se debe hacer una

contratapa para completar el

perfil del ala de avión, esta debe

encajar perfectamente.

Estas palas son mas eficientes

porque generan menos turbulencias

y aumentan la velocidad de rotación.

es necesario reforzar la estructura

con algunas costillas de metal

CALCULO DE UN

AEROGENERADOR

DE 2 PALAS

CALCULO DE UN

AEROGENERADOR DE 3

PALAS

DISEÑO DE UN ROTOR

DE 3 PALAS

ROTOR SAVONIOUS BIPALA

DETALLES DE BOMBA DE SOGA

ROTOR SAVONIOUS DE 3 BIPALAS

BALANCEO DE UN ROTOR SAVONIOUS

ROTOR SAVONIOUS CON ESTRUCTURA DE ANGULOS RANURADOS

Molino de Viento Savonius con bomba de soga

ROTOR SAVONIUS

CON BOMBA DE

SOGA vatiosAPot vnc tp0625.145*2*5625.0

2

1 33

0001791.010*9810

0625.14

*

h

PotQ

N

PotT

*745

10*12.7* 6

08.5255.0*

5*6.0*30

*

**30

R

VN

5678.258008.52*745

10*12.7*0625.14 6

T

• Altura de Bombeo h= 8m.

• Área de barrido del rotor A = 2m2

• Coef. Pot. Del rotor Cp = 0.15

• Velocidad del Viento V=5m/s

• Eficiencia de transmisión nt=0.6

• Densidad del aire r=1.25kg/m3

• Celeridad de diseño l=0.6

• Radio del rotor = 0.55m.

• Potencia:

Caudal:

m3/s , 10.75 litros/min., 645litros/hora ...(2)

Torque:

R.P.M.:

(1) y (4) en (3)

N-Mm. (5)

…… (1)

…. (3)

r.p.m .. (4)

Datos:

rFT *

iDr 2

EWF OH "

47.894

9810*8***

2

" T

H

dVW

98.114

9810*80*015.0*036.0*

4

**** 22

ppP nhd

E

49.7798.1147.89 F

3.3349.77

5678.2580

F

Tr

066.02 rdi

000147.060*4

08.52*8.0*066.0**036.0*

60*4

***** 22

Nndd

q biP

87.8q

También:

así mismo

• Diámetro de la tubería dt=0.0381m.

• Diámetro del pistón dp=0.036m.

• Altura del pistón hp=0.015m.

• Nº de pistones np=80

(fuerza de empuje)……. (7)

Empuje de los pistones:

(8) y (9) en (7): N En (6):

mm.

Caudal de la bomba: m3/s

Litros/minuto = 532.99litros/hora

Peso del agua:

(diámetro de la polea impulsora)… (6)

Otros datos:

Cargas en la bomba:

N…. (8)

N…. (9)

m.

ROTOR SAVONIUS CON BOMBA DE SOGA

Area de barrido (m2) A= 3 Ingresar dato

Altura de Bombeo(m) h= 20 Ingresar dato

Velocidad del viento(m/s)V= 5 Ingresar dato

Potencia(watts) Pot= 28.125

Caudal(m3/s) Q= 1.4335E-04 516.055 Litros/hora

Número de pistones = 80 ingresar dato

Radio del Rotor (m) R= 0.55 Ingresar dato

R.P.M. N= 52.087072

Torque(N-mm) T= 5160.4349

Diámetro de la tubería (m)= 0.021 Ingresar dato

Diámetro de soguilla Nylon(m)= 0.006 Ingresar dato

Fuerza de fricción (n)= 1.13 Ingresar dato

Volúmen de soguilla(m3)= 0.0005655

Volúmen de pistones( m3)= 0.0005166 ingresar dato

Volúmen de agua de tubería(m3)= 0.0069272

Cargas totales(n)= 58.470849

Fuerza de Empuje total (n)= 10.615099

Fuerza de impulso de bomba(n)= 47.85574948

Radio de polea impulsora(mm)= 107.83312

Caudal de la bomba (m3/s)= 1.6298E-04 586.7211 Litros/hora

Rotor Savonius con bomba de soga

Nuestra meta es

diseñar y construir

Un Rotor Savonius

más eficiente que

el que se aprecia

en la foto.

Rueda bomba hidráulica Uno de los problemas para accionar estas ruedas es la

potencia adecuada para poder elevar el agua ya que

depende de la velocidad de la corriente de agua y de la

dimensión del área de la pala

Para poder aprovechar esta máquina es mejor instalarla

en el curso de los ríos, o hacerle su propio canal de carga

para un caudal constante.

La mejor manera de aprovechar la rueda es mediante el

agua de una cascada.

Así se puede obtener mayor potencia y caudal.

Una combinación de la rueda hidráulica con una bomba

centrífuga de caracol nos proporciona un mayor caudal y

altura de bombeo.

Por ser un diseño mas simple, la rueda puede fabricarse

con madera , tubos de PVC y accesorios de motocicleta.

Datos: Altura de caída: H=1m.

Diámetro de la rueda:D=1m.

Caudal: Q=850 litros/seg.

Ancho de la pala: 0.2m.

Largo de la pala: 1m.

Altura de bombeo=4m.

Eficiencia de la rueda: nr=0.82

Eficiencia de la bomba nb=0.55

Cálculo de la Potencia:

Velocidad de la caída:

=4.429m/s

Potencia hidráulica: (3)

(1)

De (3) y (2) :

(2)

Ejemplo de cálculo de la potencia de una rueda hidraulica

(4)

Caudal bombeado:

Diseño de una terma solar

• Debido a la crisis de energía se justifica el

uso de un calentador solar de agua para

cocinar y ahorrar combustible. Por el

momento estamos exponiendo un diseño y

mas adelante detallaremos la construcción

con los materiales disponibles en la zona

para bajar los costos.

DISEÑO DE UNA TERMA SOLAR

TcmQ e .

lbpie

lb

litros

piélitrosVm 92.2206

5.62*

32.28

1*1000

3

3

Flb

BTUce

*º

1

FCT º6.893232*5

9º32)1850(

FC º1223250*5

9º50

BTUFFlb

BTUlbQ 113.197740º6.89*

.º*.9209.2206

hKwhBTU

hKw

h

BTU

h

BTUQ /97.28

/3412

/1*0565.98870

4

113.1977400

Cálculo de una Terma solar Se desea instalar una terma solar en un hostal donde habitan 24 personas regularmente.

El propietario sólo quiere abastecer a las duchas. El hostal está ubicado en Lambayeque, Chiclayo. El propietario

estima un consumo de 40 litros por persona. Luego el consumo total es de 40x24= 960 litros, aproximadamente

1000 litros.

La temperatura promedio es de 18 grados centígrados.

La temperatura al medio día es entre 50 y 60 grados centígrados

De la relación: ….. (1)

…. (2)

…(3)

…. (4)

………. (5)

Asumiendo 4 horas de sol fuerte, de 10 a.m. a 2 p.m. se tiene:

…(7)

2,3.4 en 1:

…..(6)

2

22

22

7639.10*3048.0

1*1pie

m

piemS

Kwpieh

wattspie 345.1

.

125*7639.10

2

2

2

22

22

0556.433048.0

1*4. pie

m

piemparedesS

hKwpieh

wattspieparedesPerd /15069.0

*

5.3*0556.43.

2

2

Pérdida de calor en la superficie:

Ver tabla 20.25c.

Superficie:

Pérdida de calor:

/h ….(8)

De 5 y de la tabla 20.25c

Pérdida en el fondo=0 Perdida total= 1.345Kw/h+0.15069Kw/h=1.49569Kw/h (10)

Demanda de Potencia (7)+(10) =28.97Kw/h+1.49569Kw/h=30.46569Kw/h …..(11)

Pérdida en las paredes del tanque:

….(9)

De (5), entrar con la temperatura de 122º F

22 *1744.5

/860

/1*

*4450

mh

Kw

hKCal

hKw

hm

KCal

2

28877.5

./1744.5

/46569.30m

mhKw

hKw

22

7754.115.0

8877.5m

m

Radiación solar promedio para algunas localidades del Perú

Lugar Latitud Altura MSN Kcal./m2 MJ/m2

AREQUIPA 16º24’S 2380 5790 24.2

PUNO 15º50’S 3850 5700 23.9

HUANCAYO 12º04’S 3270 5540 23.2

MOQUEGUA 17º12’S 1470 5120 21.4

AYACUCHO 13º10’S 2750 5000 20.9

CHICLAYO 06º46’S COSTA 4450 18.6

ICA 14º04’S COSTA 4410 18.5

CUZCO 13º31’S 3420 4370 18.3

PIURA 05º12’S COSTA 4330 18.1

TRUJILLO 08º07’S COSTA 4100 17.2

Según la tabla, para Chiclayo se tiene 4450Kcal/m2

Convirtiendo:

(11)/ (12): Para hallar el área teórica

La eficiencia de este modelo es del 50%, luego dividiendo (13) entre 0.5 se tiene:

..(12)

..(13)

EXPOSITOR: PABLO CAVERO LA ROSA

pablocavero@hotmail.com

Fono: 5344579 Cel: 990364126