ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORALCURSO DE NIVELACION DE CARRERA SENESCYT

Analizar los problemas de abastecimiento elctrico que existen en el Recinto Pavn perteneciente a Ventanas. Diseo de un generador de energa hidrulico porttil. Para abastecer la carencia de energa elctrica necesaria.

Autores:Luis Prieto AlvaradoJoseline Alcvar BarzolaKaren Morales PeafielCarlos Arizaga

Tutor: Lic. Gabriela Garca

GUAYAQUIL-ECUADOR.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMALos habitantes del recinto La Esperanza Alta de la ciudad de Bucay no cuentan con el necesario abastecimiento de energa debido a que sus viviendas estn ubicadas en un sector del campo donde la energa elctrica estatal an no llega..Objetivo General.Asistir a los residentes del recinto La Esperanza Alta para que se abastezcan de energa elctrica continua; mediante el diseo y construccin de un generador hidroelctrico porttil.Objetivos Especficos.Analizar las causas de la insuficiencia de energa elctrica en el recinto La Esperanza Alta.Encuestar a los residentes del recinto para conocer cules son sus necesidades relacionadas al abastecimiento de conocer los medios idneos para el diseo y construccin de un generador hidrulico porttil.Disear un Generador hidrulico capaz de abastecer energa elctrica donde no llegan conexiones estatales de energa elctrica.

JUSTIFICACIONLa escasez de energa elctrica en los sectores rurales extremadamente apartados de centros poblados que carecen por completo de servicios bsicos es el punto de partida para la presente investigacin. Se debe analizar las razones por las cuales an no ha llegado la tecnologa a estos sectores, y como se pueden aprovechar los recursos hdricos ms cercanos para proveer energa elctrica limpia a travs del diseo y construccin de una planta hidroelctrica porttil, generando elevacin del estndar de vida a muchas personas de bajos recursos, residentes en estos sectores, contribuyendo a la economa e incentivando la preservacin de su medio ambiente.

HIPOTESISEl diseo de un Generador Hidrulico porttil capaz de abastecer de energa elctrica necesaria para mejorar la calidad de vida de los residentes alejados de las comodidades que ofrece la ciudad.MARCO TEORICO.ANTECEDENTES.LA PRIMERA CENTRAL HIDROELCTRICA DEL MUNDOLa primera central hidroelctrica del mundo inicio su operacin el 30 de septiembre de 1882, fue construida en el ro Fox en Appleton, Wisconsin, Estados Unidos de Norteamrica.La planta hidroelctrica, ms tarde llamada la Compaa de Luz Appleton Edison, fue iniciada por el fabricante de papel de Appleton el seor H.F. Rogers, quien se inspir en los planes de Thomas Edison para una central de produccin de electricidad en Nueva York. A diferencia de la planta de Edison en Nueva York que usaba vapor para mover sus generadores, la planta hidroelctrica de Appleton usaba la energa natural del ro Fox.Cuando la planta inici operacin produjo suficiente electricidad para iluminar la casa de Roger, la planta misma y las edificaciones colindantes.

Tambin hemos encontrado esta referencia sobre la primera central hidroelctrica del mundo, aunque el ao resulta un poco dudoso ya que coincide con el ao de inicio de operacin de la planta trmica de Edison:La primera central hidroelctrica se construy en 1880 en Northumberland, Gran Bretaa. El principal impulso de la energa hidrulica se produjo por el desarrollo del generador elctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX.

CENTRAL HIDROELECTRICA PAUTEEl Proyecto hidroelctrico Paute fue concebido por el Ingeniero Daniel Palacios Izquierdo, visionario profesional en cuyo honor lleva su nombre la presa de Amaluza que permite la regulacin y conduccin de las aguas para la Central Molino. El Ingeniero Palacios como Superintendente de Campo de la Compaa Inglesa Shell, tena bajo su control los estudios Geofsicos y Geolgicos, y su centro de operaciones era el oriente ecuatoriano, posteriormente, como funcionario del Centro de Reconversin Econmica del Azuay Caar y Morona Santiago CREA; durante sus recorridos descubri el accidente geogrfico que por sus caractersticas consista en un recurso aprovechable para la generacin hidroelctrica.

El ro Paute portador de un gran caudal en el sitio denominado Cola de San Pablo, en corta distancia medida en lnea recta, presenta una gran diferencia de niveles, hacindose aprovechable esa energa potencial; esta condicin favorable fue expuesta en su informe ante las autoridades superiores y de la provincia, sin embargo para esa poca, esta idea no fue fcilmente entendida, resultaba una propuesta de una persona ilusa, por la magnitud de las obras de Ingeniera y sus costos.

Fue tanta la insistencia de este profesional, que el Directorio del CREA resolvi encargar a una empresa Americana la realizacin de los primeros estudios, luego de los que, al constatar que no era una concepcin disparatada; en 1961 se realizan gestiones con INECEL de reciente creacin, y para Mayo de 1962, tcnicos japoneses de la Electrical Power Co. luego del reconocimiento preliminar, confirman el recurso.

INECEL, encargado de la planificacin y desarrollo de la electrificacin, contrata los estudios de pre-factibilidad y factibilidad; para esos aos el pas contaba ya con recursos gracias a la exploracin y explotacin petrolera que se presentaba con grandes resultados. Bajo estas circunstancias el Gobierno Nacional lo defini como de ejecucin prioritaria, por ser de beneficio para el desarrollo del pas y se deca la mejor alternativa de "SEMBRAR EL PETRLEO" recurso NO RENOVABLE. Como seala el Plan Maestro de Electrificacin, el objetivo de Paute y de otros proyectos de este gnero, est dirigido a la utilizacin preponderante de los recursos hdricos que permitan sustituir los recursos no renovables, por fuentes renovables en la generacin de energa elctrica.Ante la decisin tomada y considerando que para la poca la demanda de energa era muy pequea, de exigencia prcticamente domstica, se presentaban tantas especulaciones entre ellas que se llegara a exportar grandes cantidades de energa a los vecinos pases de Colombia y Per. El Sistema Hidroelctrico Paute con estos antecedentes, se defini como el aprovechamiento integral del recurso hdrico, mediante tres centrales: Molino, Mazar y Sopladora con la construccin de tres embalses: Amaluza, Mazar y Marcayacu (esta ltima en el diseo original), situados en serie, hablndose tambin en la poca de otras instalaciones en cascada hasta el Cantn Mndez para unacapacidad a ser instalada total alrededor de 2600MW.

CENTRAL HIDROELECTRICA AGOYNLa Central Agoyn fue concebida para aprovechar el caudal del Ro Pastaza, localizada en la provincia de Tungurahua a 180 Km. al Sureste de Quito y a 5 Km. al este de la ciudad de Baos en el sector denominado Agoyn de la parroquia Ulba, en la va principal de entrada al sector amaznico ecuatoriano.

La cuenca del rio Pastaza tiene una extensin de 8270 Km2, en las provincias de Cotopaxi, Chimborazo y Tungurahua.

La extensin global de la zona de influencia de la Central es de 5.00 Km2 con unaproduccin media anual de 1.080 GWH. El nivel maximo del embalse se encuentra a una altitud de 1651 m.s.n.m.

La presa esta formada por:- Dos desages de fondo de 9m. de ancho por 9m. de altura, para la limpieza de sedimentos y vaciado del embalse.- Tres vertederos de excesos de 15m. de altura por 12m. de ancho.- Un estanque desarenador semi-natural de 150m. de largo por 90m. de ancho.- Un desage de fondo del desarenador y estructura de la toma.- Tnel de carga cuya toma est ubicada en el cuerpo de la presa; tiene una longitud de 2378m. y 6m. de dimetro interno. Conduce un caudal de 120m3 por segundo.- Tubera de presin subterrnea vertical de 5m de dimetro promedio.

CENTRAL HIDROELECTRICA SAN FRANCISCOLa central San Francisco se construy desde febrero de 2004 y dio inicio a la generacin comercial la primera unidad (Unidad 02) el 03 de mayo del 2007, la otra Unidad U1 a principios de Junio -07. La central San Francisco est ubicada entre la cuenca media y baja del Ro Pastaza, municipio de Baos de Agua Santa, Provincia de Tungurahua, regin central del Ecuador. La central San Francisco tiene dos (2) unidades generadoras de 115 MW cada una, con 230 MW de potencia instalada.

La Central Hidroelctrica San Francisco tiene unapotencia instalada de 230 MWpara la produccin de energa hidroelctrica y la demanda del Sistema Nacional Interconectado del Ecuador.

CENTRAL HIDROELECTRICA PUCAR-PISAYAMBOEl Proyecto Pisayambo fue concebido para aprovechar una zona lacustre, localizada en la Cordillera Oriental de los Andes, aproximadamente a 35 Km. de Pllaro Provincia del Tungurahua. El embalse est ubicado dentro del Parque Nacional Llanganates.

La extensin global de la zona de influencia del proyecto es de 250 Km2, con unaproduccin media anual de 230 GWH.

La laguna de Pisayambo constituye el embalse de la central, y se encuentra a una altitud de 3.537 m.s.n.m. con una extensin de 8 Km2 y a una distancia proximadamente de 160 Km al sureste de Quito.

GENERADOR HIDROELECTRICO PORTATILBourne Energyha desarrollado un generador hidroelctrico que pesa menos de 14 kg y puede ser transportado colgado a la espalda como una mochila.El Backpack Power Plant (el nombre le va que ni pintado) es capaz de generar hasta 500 w de forma silenciosa a partir de un flujo natural de agua hasta de 1,2 m de profundidad. Para instalarlo solo hay que inmovilizarlo en medio de una corriente de agua con un par de cuerdas y anclajes. Los tirantes mantienen firme al generador en contra del curso del agua.Puede funcionar a partir de velocidades de 2,3 metros por segundo, aunque admite un rango ms amplio de velocidad. No produce calor ni ningn tipo de emisin de gases nocivas. Slo energa 100% renovable.Bourne ha diseado otras versiones ms potentes para el ejrcito. La versin civil costar unos 3.000 dlares.

INVESTIGACIONES.TRANSFORMACION DEL MOVIMIENTO EN ENERGIALa forma ms fcil de convertir la energa cintica en electricidad es a travs de la induccin electromagntica. Un encuadernador humilde con una historia de vida de Dickens fue quien descubri la induccin electromagntica. Michael Faraday naci en una familia de clase trabajadora religiosa en el centro de Londres y fue un aprendiz de encuadernador de libros a los 13 aos. Subiendo a travs de una combinacin de suerte, ambicin, habilidad y fortaleza ante el esnobismo de la clase social, Faraday se convirti en uno de los ms grandes experimentadores de la historia de la ciencia.

CONVERTIR EL MOVIMINETO HUMANO EN ENERGIA ELECTRICAEn los ltimos aos se han publicado varias propuestas para transformar energa mecnica en energa elctrica. La ltima ha sido noticia esta semana. Un nuevo dispositivo publicado en la revistaNature Communicationspor cientficos chinos y estadounidenses que transforma energa mecnica en energa elctrica gracias a la friccin. El nuevo dispositivo es de bajo coste y escalable en tamao, pudiendo variar desde pocos milmetros hasta varios metros. Por ello promete mltiples aplicaciones prcticas.El nuevo generador triboelctrico permite convertir todos los movimientos de una persona en electricidad. Se puede colocar en los zapatos o en la chaqueta para aprovechar el movimiento al caminar. Incluso en una versin de pequeo tamao se podra colocar en los dedos para aprovechar el movimiento al teclear o en la mueca para aprovechar los latidos del corazn. Adems, se puede aprovechar cualquier tipo de movimiento, por ejemplo, se puede puede colocar en un altavoz para aprovechar las ondas sonoras.En una versin de gran tamao se puede colocar en una carretera para producir electricidad por el paso de los vehculos. O se puede usar para obtener energa maremotriz de las olas del mar, energa elica a partir del viento, o incluso aprovechar la energa de la lluvia al golpear el suelo. El nuevo dispositivo es un generador triboelctrico rotatorio que aprovecha la triboelectricidad para producir energa elctrica a partir del movimiento.El artculo tcnico es Guang Zhu, Jun Chen, Tiejun Zhang, Qingshen Jing, Zhong Lin Wang, Radial-arrayed rotary electrification for high performance triboelectric generator, Nature Communications5: 3426, 04 Mar 2014. Ms informacin en espaol en Un nuevo generador convierte el movimiento humano en electricida,Agencia SINC, 04 Mar 2014. Tambin recomiendo la entrevista de Luis Quevedo al investigador principal en Generador convierte el movimiento humano y ambiental en electricidad,CST, NTN24, 07 Mar 2014.

FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR ELECTRICO APARTIR DEL MOVIMIENTOEl dispositivo desarrollado por Zhong Lin Wang, del Instituto de Nanoenerga y Nanosistemas de Pekn (China), y sus colegas se basa en dos discos giratorios en contacto mutuo, con un eje de rotacin comn y con una distribucin radial de electrodos de oro. Estas superficies estn recubiertas de un polmero, un material similar al plstico, y tienen una afinidad elctrica diferente; cuando una de ellas rota respecto a la otra se transfiere carga elctrica de la primera a la segunda que se convierte en energa til que se recoge gracias a los electrodos de oro.Segn el artculo publicado en la revistaNature Communicationsel dispositivo alcanza una eficiencia del 24 %, aunque el investigador principal ha afirmado que ya tienen una nueva versin que alcanza cerca del 50%, una eficiencia muy superior a los dispositivos actuales basados en dinamos. Como el nuevo dispositivo utiliza materiales plsticos es mucho ms ligeros que las dinamos convencionales, pero tiene una densidad de energa entre 40 y 50 veces ms grande. Adems, segn los autores es un dispositivo escalable; los dos discos se pueden construir con un tamao desde unos milmetros a varios metros.

EVOLUCIN DE LA GENERACIN HIDROELCTRICALaenerga hidrulicase basa en aprovechar la cada del agua desde cierta altura. La energa potencial, durante la cada, se convierte en cintica. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotacin que finalmente, se transforma en energa elctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta ro abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivacin, y la instalacin de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversin de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbn o el petrleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estn en funcionamiento centran la atencin en esta fuente de energa.La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolucin Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenz a tener gran importancia con la aparicin de las ruedas hidrulicas para la produccin de energa elctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoo, unido a los hielos del invierno hacan necesaria la construccin de grandes presas de contencin, por lo que las ruedas hidrulicas fueron sustituidas por mquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbn.La primera central hidroelctrica se construy en 1880 en Northumberland, Gran Bretaa. El principal impulso de la energa hidrulica se produjo por el desarrollo del generador elctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroelctricas generaban ya una parte importante de la produccin total de electricidad. A principios de la dcada de los noventa, las primeras potencias productoras de energa hidroelctrica eran Canad y Estados Unidos.Es de obligacin mencionar la presa de Asun(presa del ro Nilo), situada al sur de Egipto, cerca de la ciudad de Asun, en uno de los lagos ms grandes del mundo. La presa original se termin en 1902, y se elev su altura en 1912 y 1934. La construccin de la nueva presa, situada 6km ms arriba comenz en 1960, y su coste total est estimado en ms de mil millones de dlares. La antigua URSS sufrag una tercera parte de los gastos de su construccin, que emple a 400 tcnicos soviticos. Se termin a mediados de 1968, aunque las ltimas de las doce turbinas soviticas se instalaron en 1970. Esta gran presa tiene 111m de altura y una anchura de un kilmetro. El embalse se llam lago Nasser en honor al presidente egipcio Gamal Abdel Nasser; cubre un rea de 480km de largo y 16km de ancho, e inund muchas poblaciones de la cuenca del Nilo. La capacidad de produccin elctrica es de 2.100 megavatios.Los pases en los que constituye fuente de electricidad ms importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaip, en el ro Paran, est situada entre Brasil y Paraguay; se inaugur en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6500 MW y es una de las ms grandes. Pero Colombia no poda quedarse atrs, nuestropas cuenta con numerosas instalaciones hidroelctricas que generan el 69,70% de la produccin elctrica. En 1997 la produccin anual fue de 44.345 millones de KWh. Los principales sistemas hidroelctricos estn localizados en Antioquia, Cundinamarca, Huila y Tolima. En el departamento de Boyac destaca la central hidroelctrica de Chivor y en Antioquia la de Guatap, la ms grande del pas.La tecnologa de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. El agua se transporta por unos conductos o tuberas forzadas, controlados con vlvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. En la figura se aprecia cmo el agua que llega a alta presin en la turbina, incide en sus labes, haciendo girar su eje, el cual va conectado a un generador produciendo en ste energa elctrica. Luego el agua sale por los canales de descarga. Los generadores estn situados justo encima de las turbinas y van conectadoscon rboles verticales.El diseo de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeos caudales.cuales estn conectadas turbinas que reciben el movimiento del agua. A su vez, los generadores estn conectados a transformadores en donde se regula el voltaje necesario para posteriormente transmitir la corriente elctrica.

La Central Pangue: se ubica a 85km al sureste de la ciudad de Los Angeles. La central hidroelctrica aprovecha la fuerza de las aguas del ro Bo-Bo. La expansin de las actividades econmicas del pas convierte a esta central en una respuesta adecuada a los requerimientos crecientes de energa elctrica. Dispone de una cada bruta de 103 metros y de un caudal de diseo de 500 metros cbicos por segundo, lo cual permiti instalar una potencia de 450 MW para generar una energa media anual de 2156 GWh.Adems de las centrales situadas en presas de contencin, que dependen del embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la cada natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman "Centrales de Pasada", y no se afecta el caudal transportado del ro en forma significativa. En general se obtiene de ellas una potencia instalada menor a la de las centrales de embalse. Una central de paso es la de las Cataratas del Nigara, situada en la frontera entre Estados Unidos y Canad. En Chile estn las centrales de Alfalfal, Maitenes, Los Molles, Sauzal, Sauzalito, Abanico, Florida (cerca de Santiago), etc.En algunos pases se han instalado centrales pequeas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vas de desarrollo estn utilizando este sistema con buenos resultados.

ComentarioAPORTE PERSONAL.La construccin de presas para el aprovechamiento de la energa hidroelctricaen general, y su uso en particular, presenta ciertasventajassobre otras fuentes de energa, como son:Disponibilidad:Es un recurso inagotable, siempre y cuando el ciclo del agua perdure."No contamina": (en la proporcin que lo hacen el petrleo, carbn, etc.): me refiero a que no emite gases "invernadero" ni provoca lluvia cida, es decir, no contamina la atmsfera, por lo que no hay que emplear costosos mtodos que limpien las emisiones de gases. Adems no hay que emplear sistemas de refrigeracin o calderas, que consumen energa y que contaminan, por lo que es ms rentable en este aspecto.Almacenamiento de agua para regadosPermite realizar actividades de recreo: remo, baarse, etcEvita inundaciones: mediante la regulacin de el caudal.Sin embargo, tambin tiene una serie deinconvenientes:Las presas son obstculos insalvables: ya que salmones y otras especies que tienen que remontar los ros para desovar se encuentran con murallas que no pueden traspasar."Contaminacin" del agua:El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y dems propiedades del agua que fluyen por el ro.Acumulacin de sedimentos:Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciendo o haciendo que escaseen los nutrientes, ro abajo (resto de ro hasta la desembocadura).

ANEXOShttp://www.ehowenespanol.com/convertir-movimiento-cinetico-electricidad-como_288584/http://ingenieria-hidraulica.blogspot.com/2013/01/centrales-hidroelectricas-del-ecuador.htmlhttp://www.ison21.es/2010/03/02/generador-hidroelectrico-portatil/http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/historia/generacion/generacion.htm

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