NORIA

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

PROTOTIPO DE NORIA HIDRAULICA GENERADORA DE ENERGIA

AUTORES:LLUMIQUINGA ALISONLOGRO LUISMARTINEZ JONATHANMEJIA RICHARD

PARALELO:A1- IQ - V11

TUTOR:ING. CACPATA JAIME

QUITO - ECUADOR

NDICEINTRODUCCIN.PAG. 3CAPTULO I..PAG. 4EL PROBLEMA....PAG. 41.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...PAG. 41.2 FORMULACION DEL PROBLEMA...PAG. 41.3 OBEJTIVOS...PAG. 41.3.1 OBJETIVO GENERAL..PAG. 41.3.2 OBJETIVO ESPECIFICO.PAG. 41.4 JUSTIFICACION...PAG. 4CAPTULO II.PAG. 6MARCO TERICO..PAG. 62.1 CONCEPTOSPAG. 62.1.1 HIDRULICA..PAG. 62.1.2 ENERGA POTENCIALPAG. 62.1.3 ENERGA CINTICA........PAG. 72.1.4 ENERGA MECNICA..PAG. 72.1.4.1 FRMULAS DE ENERGIA MECANICA Y POTENCIAL.....PAG. 8 2.14.2 FRMULA DE ENERGIA CINTICA...PAG. 92.1.5 ENERGA HIDRULICA....PAG. 102.1.5.1 OBTENCIN DE LA ENERGA HIDRULICA...PAG. 102.1.6 ENERGA ELICA..PAG. 112.1.6.1 CMO SE PRODUCE Y OBTIENE ENERGA ELICA...PAG. 112.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS....PAG. 122.2.1 VENTJAS.....PAG. 122.2.2 DESVENTAJAS...PAG. 12CAPTULO III.PAG. 133.1 PROBLEMAS PROPUESTOS.PAG. 133.1.1 EJERCICIO DE ENERGA POTENCIAL.....PAG. 133.1.2 EJERCICIO DE ENERGA CINTICA.....PAG. 143.1.3 EJERCICIO DE ENERGA CINTICA.....PAG. 153.1.4 EJERCICIO DE ENERGA MECNICA......PAG. 163.1.5 EJERCICIO DE ENERGA HIDRAULICA.......PAG. 163.1.6 EJERCICIO DE ENERGA ELICA.....PAG. 16CAPTULO IV.PAG. 174.1 ELABORACIN DEL PROTOTIPO...................................................PAG. 174.1.1 MATERIALES..PAG. 174.1.2 PROCEDIMIENTO......PAG. 174.2 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES....PAG. 184.2.1 CONCLUCIONES.......PAG. 184.2.2 RECOMENDACIONES..PAG. 18GLOSARIO.PAG. 19BIBLIOGRAFA..PAG. 20ANEXOS.PAG. 21ANEXOS.PAG. 22INTRODUCCINEl ms antiguo de los motores hidrulicos es la rueda hidrulica que est constituida por una serie de palas dispuestas en forma de rueda; en la cual el agua, al caer, choca contra las palas e impulsa a stas con lo que se consigue el movimiento de la rueda. La utilizacin de la energa hidrulicadata de la poca de los griegos, quienes empleaban la rueda hidrulica llamada noria, que invent Filn de Bizancio en el siglo III a.c, para bombear agua. Laenerga 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.

CAPTULO IEL PROBLEMA 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAEl problema radica en que algunos lugares no poseen luz elctrica para lo cual usaremos un prototipo de noria hidrulica.Este generar luz siendo un gran aporte a la poblacin necesitada, para su ensamblaje usaremos materiales al alcance de la mano de las personas reutilizando materiales que se encuentren en el medio, lo factible de elaborara este proyecto es que no se contaminara el ambiente ya que es una energa renovable y la aplicacin de conceptos fsicos que nos ayudaran mucho en la obtencin de este proyecto. 1.2 FORMULACIN DEL PROBLEMADe qu manera nos ayuda un prototipo de noria hidrulica a resolver problemas o ejercicios acerca de energa? Cmo ayuda una noria hidrulica a generar energa sana, limpia?1.3 OBJETIVOS1.3.1 OBJETIVO GENERALElaborar un prototipo de noria hidrulica para general electricidad demostrando algunos tipos de energa.1.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS A) Investigar los beneficios que proporciona una noria hidrulica.B) Elaborar el prototipo de una noria hidrulica.C) Evaluar los resultados de generar electricidad por medio de una noria hidrulica.

1.4 JUSTIFICACINEl estudio a realizarse es acerca de una noria hidrulica generadora de electricidad la cual no ayudara a resolver algunos ejercicios planteados acerca de energa. A base de una investigacin se ha podido determinar que la electricidad producida por este medio no contamina el medio ambiente por tanto seria apropiado usarlo en lugares donde haya abundante agua como una cascaba ro con buen caudal. Este proyecto se encuentra relacionado con el Derecho del Buen Vivir: ambiente sano debido a que se debe garantizar los recursos bsicos a todas las personas.Art. 14.-Se reconoce el derecho de la poblacin a vivir en unambientesano y ecolgicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak kawsay. Se declara deinterspblico la preservacin del ambiente, la conservacin de losecosistemas, labiodiversidady la integridad del patrimonio gentico del pas, la prevencin deldaoambiental y la recuperacin de los espacios naturales degradados.Art. 15.-El Estadopromover, en elsector pblicoy privado, el uso de tecnologas ambientalmente limpias y deenergas alternativasno contaminantes y de bajo impacto. La soberana energtica no se alcanzar en detrimento de la soberana alimentaria, ni afectar el derecho al agua. Extrado de: El Buen Vivir en laConstitucin2008 seccin segunda Ambiente Sano Art. 14 & 15

CAPTULO IIMARCO TERICO

2.1 CONCEPTOS

2.1.1 HIDRULICALahidrulicaes la rama de lafsicaque estudia el comportamiento de losfluidosen funcin de sus propiedades especficas. Es decir, estudia las propiedades mecnicas de los lquidos dependiendo de lasfuerzas que pueden ser sometidos. Todo esto depende de lasfuerzasque se interponen con lamasay a las condiciones a que est sometido el fluido, relacionadas con laviscosidadde este.

FIG. 1

2.1.2 ENERGA POTENCIALEs la energa que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar untrabajoenfuncinexclusivamente de su posicin o configuracin. Puede pensarse como laenerga almacenadaen el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letraoLa energa potencial puede presentarse comoenerga potencial gravitatoria,energa potencialelectrosttica, yenerga potencial elstica.Ms rigurosamente, la energa potencial es unamagnitud escalarasociada a uncampo de fuerzas(o como enelasticidaduncampo tensorialde tensiones). Cuando la energa potencial est asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entrelos valoresdel campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.La frmula que te permite calcular laenerga potencial gravitatoria que posee un cuerpo es:

FIG. 2Donde:Ep =energa potencial gravitatoriamedida enJ.m = masamedida enkg.

g = aceleracin de la gravedadmedida enm/s2h = alturamedida respecto al piso (cero de referencia) enm.

FIG. 32.1.3 ENERGIA CINETICALaenerga cinticade un cuerpo es laque posee debido a su movimiento. Se define como eltrabajo necesario para acelerar un cuerpo desde el reposo hasta una velocidad.Esta energa se obtiene durante laaceleracin, el cuerpo mantiene su energa cintica salvo que cambie su velocidad, cuando se aplica una energa cintica negativa el cuerpo ira frenndose.Cuando un cuerpo est enmovimientoposeeenerga cinticaya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto produce untrabajo.Para que un cuerpo adquiera energa cintica, es necesario aplicarle unafuerza y cuanto mayor sea el tiempo que est actuando dicha fuerza, mayor ser lavelocidaddel cuerpo y por lo tanto su energa cintica tambin ser mayor.Uno de los factores ms influyen en el movimiento de un cuerpo es la masa que posee al momento es trasladarse.

FIG. 4

2.1.4 ENERGIA MECANICALa energa mecnica es la energa que se debe a la posicin y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energas potencial y cintica de un sistema mecnico. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.Frmula de la mecnica:

FIG. 5A) ENERGIA POTENCIAL Es la energa relacionada con la posicin.Junto con laenerga cintica, el otro tipo de energa mecnica que pueden tener los cuerpos. A diferencia de la energa cintica, la energa potencial est asociada a la posicin que tienen los cuerpos, y no a su movimiento.Definimos la energa potencial como aquella que poseen los cuerpos por el hecho de encontrarse en una determinada posicin en un campo de fuerzas.La energa potencial depende de la altura es decir, mientras mayor sea la altura, mayor energa potencial, mientras ms disminuya menor energa potencial.Otro factor que influye en la energa potencial es la masa ya que tambin son directamente proporcionales.

FIG. 6

B) ENERGIA CINETICAEs la energa relacionada con el movimiento.Cuando un cuerpo se mueve, tiene la capacidad de transformar su entorno. Esta capacidad de producir transformaciones constituye en Fsica el concepto de energa. Por ejemplo, cuando un cuerpo en movimiento choca con otro, se modifica el estado de reposo o movimiento de ambos. Por ello decimos que el primer cuerpo tena energa: tena la capacidad de producir transformaciones. A esta energa debida al movimiento se le denomina energa cintica.

FIG. 7C) ENERGIA MECANICA APLICADA EN LA NORIA HIDRAULICAEn una noria hidrulica estamos en presencia de varias transformaciones de energa, la energa potencia gravitacional esta presente cuando el agua esta almacenada a cierta altura, al momento de dejar fluir el agua esta se convierte en energa cintica, este proceso se transforma en energa mecnica del agua que al chocar con las aspas produce movimiento transformndose finalmente la energa mecnica en energa elctrica.

FIG. 8Si en lugar del agua del ro usramos la fuerza del viento para mover las aspas, diramos que transformamos la energa mecnica de los vientos (elica) en energa elctrica. Esto sucede en los aerogeneradores o molinos que son comunes en el campo.

FIG. 92.1.5 ENERGA HIDRULICASe denomina energa hidrulica, a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energas cintica y potencial de la corriente del agua, saltos de agua o mareas. Es un recurso abundante, renovable y limpio, su impacto ambiental es mnimo y usa la fuerza hdrica sin represarla, es considerada como una energa renovable.2.1.5.1 OBTENCIN DE LA ENERGA HIDRULICALa energa hidrulica se obtiene a partir de la energa potencial y cintica de las masas de agua que transportan los ros, provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su cada entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidrulica la cual trasmite la energa a un alternador el cual la convierte en energa elctrica. Otro sistema que se emplea es conducir el agua de un arroyo con gran desnivel, por una tubera cerrada, en cuya base hay una turbina. El agua se recoge en una presa pequea y la diferencia de altura proporciona la energa potencial necesaria.Otro ms consiste en hacer en el ro una presa pequea y desviar parte del caudal por un canal con menor pendiente que el ro, de modo que unos kilmetros ms adelante habr ganado una cierta diferencia de nivel con el cauce y se hace caer el agua a l por una tubera, con una turbina.

2.1.6 ENERGA ELICALa energa elica es la energa obtenida a partir del viento, es decir, la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas tiles de energa para las actividades humanas. En la actualidad, la energa elica es utilizada principalmente para producir electricidad mediante aerogeneradores conectados a las grandes redes de distribucin de energa elctrica.La energa elica es un recurso abundante, renovable y limpio que ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar fuentes de energa a base de combustibles fsiles. El impacto ambiental de este tipo de energa es adems, generalmente, menos problemtico que el de otras fuentes de energa.2.1.6.1 CMO SE PRODUCE Y OBTIENELa energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan desde zonas de alta presin atmosfrica hacia zonas adyacentes de menor presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.Los vientos se generan a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre debido a la radiacin solar; entre el 1 y el 2 % de la energa proveniente del Sol se convierte en viento. Durante el da, los continentes transfieren una mayor cantidad de energa solar al aire que las masas de agua, haciendo que este se caliente y se expanda, por lo que se vuelve menos denso y se eleva. El aire ms fro y pesado que proviene de los mares, ocanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.La energa del viento se aprovecha mediante el uso de mquinas elicas o aeromotores capaces de transformar la energa elica en energa mecnica de rotacin utilizable, ya sea para accionar directamente las mquinas operatrices o para la produccin de energa elctrica. Un aerogenerador es una mquina que transforma la energa del viento en energa elctrica aprovechable mediante unas aspas oblicuas unidas a un eje comn. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria. Cuando se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento.

2.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS2.2.1 VENTAJASA. Se trata de una energa renovable de alto rendimiento energtico.B. Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.C. Es una energa limpia puesto que no produce emisiones txicas durante su funcionamiento.D. Pueden regular el caudal del ro evitando riesgos de inundacin en caso de crecidas inusuales.2.2.2 VENTAJAS ECONMICASLa gran ventaja de la energa hidrulica o hidroelctrica es la eliminacin de combustibles. El coste de operar una planta hidrulica es casi inmune a la volatilidad de los precios de los combustibles fsiles. Las plantas hidrulicas tambin tienden a tener vidas econmicas ms largas que las plantas elctricas que utilizan combustibles.2.2.3 DESVENTAJASA. La construccin de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno.B. En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros. Con el crecimiento de la conciencia ambiental.C. Destruccin de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser destructivas a los ecosistemas acuticos.

CAPITULO III3.1 PROBLEMAS PROPUESTOS3.1.1 EJERCICIO DE ENERGA POTENCIAL A) Calcular la energa potencial que almacena un bidn con llave, el cual contiene 3 litros de agua en 10 cm de alto de recipiente, ubicada a una altura de 60 cm desde la base.1) Leer el problema y extraer datos e incgnita:20

Ep =? v = 3 lt = 3 kg (m) hr = 10 cm = 0.1 m hb = 60 cm = 0.6 m ha = 30 cm = 0.3 m g = 9,8 m/s2

FIG. 102) Elegir la frmula que te permite calcular la incgnita a partir de tus datos: Ep = m. g. h3) Reemplazar los datos en la frmula: Ep = (3 kg) (9,8 m/s2) (11, 76 m)4) Calcular el resultado numrico final y colocar la unidad en que se mide la energa potencial: Ep = 11, 76 J.

3.1.2 EJERCICIO DE ENERGIA CINTICA

FIG. 111) Clculo de la energa cintica en el movimiento del agua desde la llave hasta chocar con la cuchara.

A) Ecuacin combinada de Bernoulli.Utilizamos esta ecuacin para calcular la velocidad con la cual pasara el lquido por la llave. (PA / pe ) + hA + (vA / 2g) = (PB / pe ) + hB + (vB/ 2g) PA = Presin manomtrica. Grifo cerradoPB = Presin manomtrica. Grifo abiertohB = Es la lnea base para medir la alturavA = velocidad del lquido. Grifo cerradoVB = velocidad lquido. Grifo abiertohA = altura del liquidog = gravedadpe = peso especifico

(PA / pe ) + hA + (vA / 2g) = (PB / pe ) + hB + (vB/ 2g) ( 0 / 29.4 ) + 0.1m + ( 0 / 19.6 ) = ( 0 / 29.4 ) + 0 + ( VB / 19.6) VB = 19.6m/s2 x 0.1m VB = 1.4 m/s2) La velocidad VB ser la velocidad con la cual el lquido sale por la llave y la cual vendra a ser nuestra velocidad inicial para el clculo de cada libre desde la llave hasta la cuchara. Vf2 = Vo2 + 2gh Vf2 = (1.4 m/s2) + 2(9.8m/s2)(0.3m) Vf = 2.8m/s3) Clculo de la energa cintica en el transcurso del agua de la llave a la cuchara.Datos:m= 3 kgV= 2.8 m/sEc= Energa cintica rotacionalm= masaV= velocidad

Ec= 1/2 mv2Ec= 1/2 (3 kg x 2.82)Ec= 11.76 J

4) Calculo de la energa cintica en el giro de la rueda con cucharas. Wf = VF / REc= Energa cintica rotacionalIo= Momento de inerciaW= velocidad angularR= radiom= masa

Wf = 2.8m/s / 0.17m Wf = 16.47 rad/sDatos:m= 3 KgR= 0.17 mW= 16.47 rad/s

Io= 1/2 (m R2)Io= 1/2 (3 kg x 0.029 m2)Io= 0.043 kgm2

Ec= 1/2 (Io W2)Ec= 1/2 (0.043 kgm2) x( 16.47 rad/s )2Ec= 5.83 J

3.1.3 EJERCICIO DE ENERGIA MECNICACalcular la energa mecnica de la noria hidrulica con los resultados ya obtenidos:Datos:Em = Ep + EcEm = Energa MecnicaEp = Energa PotencialEc = Energa CinticaEm = Energa Cintica Rotacional

Ep = 11.76 JEc = 11.76 JEm = ?Em = Ep + EcEm = 11.76 J + 11.76 JEm = 23.52 JEm = EcREm = 11.76 J

CAPITULO IV4.1 ELABORACION DEL PROTOTIPO4.1 .1 MATERIALES:A. B. Tabla de MaderaC. TornillosD. Cucharas de PlsticoE. Rueda de MaderaF. Varilla MetlicaG. Dos Pinzas de MaderaH. Tres Tapones de CorchoI. Banda de TransmisinJ. DnamoK. YodoL. DestornilladorM. Sierra N. PegamentoO. Taladro elctricoP. Encendedor

4.1.2 PROCEDIMIENTO:A. Primero se necesita una base de madera en la cual colocamos dos pilares uno ms alto que el otro.B. Para representar la rueda con aspas utilizaremos cuatro graduadores, uniendo dos de ellos por sus extremos de forma que sea un circulo, hacemos lo mismo con el otro para y unimos ambos crculos de forma que nos quede una rueda doble en la cual en su mitad colocaremos las cucharas cada noventa grados.C. Necesitamos una polea la cual ser atravesada por un eje metlico el cual se conectara con la rueda de aspas, colocamos dos sujetadores a los extremos del eje los cuales no deben impedir el movimiento del mismo y sujetamos el otro extremo de los sujetadores en el pilar ms alto de la base asegurndolo con tornillos.D. En el pilar ms bajo de la base se asegura un dnamo del cual se conecta su entrada a la polea de la rueda con aspas por medio de una banda y en su salida se conecta a un diodo el cual va en la base.E. Al girar la rueda con aspas va a girar el dnamo y el diodo se encender demostrando que genera energa elctrica y demostrando que el generador elctrico funciona.

4.2 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES4.2.1 CONCLUCIONES

A. Se ha conseguido desarrollar y probar con xito un prototipo de noria hidrulica generadora de energa.B. Se ha logrado estudiar, conocer y demostrar las leyes fsicas estudiadas.C. Se ha demostrado que la noria hidrulica es una gran opcin para aprovechar la energa hidrulica convirtindola en electricidad.D. En el proyecto de demostracin vasta de un pequeo caudal de agua para generar energa.E. Se ha podido observar la conversin de energa producida por el dispositivo.4.2.2 RECOMENDACIONES

A. Se puede elaborar el proyecto con un mejor sistema.B. Adaptar el proyecto a una escala mayor para que de esta forma produzca ms energa.C. Identificar las diferentes fuerzas que intervienen en el proyecto para comprender el funcionamiento.D. Tener en cuenta los cambios de energa que se producen.E. Verificar que se lo haya elaborado como se explica en el marco terico, para su buen funcionamiento.

GLOSARIOA. Nivel:horizontalidad constante de la superficie de un terreno, o de la superficie libre de los lquidos.

B. Caudal:cantidad de lquido, expresada en metros cbicos o en litros, que circula a travs de cada una de las secciones de una conduccin, abierta o cerrada en la unidad de tiempo.

C. Presa: eningenierase denominapresaorepresaa una barrera fabricada depiedra, hormigno materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre unrooarroyo.

D. Fluido: se denominafluidoa un tipo demedio continuoformado por alguna sustancia entre cuyas molculas slo hay una fuerza de atraccin dbil.

E. Viscosidad: es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesin moleculares.

F. Aerogenerador:es ungenerador elctricomovido por una turbina accionada por el viento (turbina elica).

G. Bidn:es unrecipientehermtico utilizado para contener, transportar y almacenar lquidos.

BIBLIOGRAFAA. Buscadorwww.yahoo.com> ciencia y tecnologa > energa.B. Buscadorwww.google.com> bsqueda (energa hidrulica y de la biomasa).C. Buscadorwww.eresmas.com> ciencias > tecnologa > energaD. Buscadorwww.terra.es> cienciaE. Buscadorwww.pregunta.com> bsqueda (energas renovables).F. Microsoft Encarta 2001.G. Enciclopedia Salvat Universal. Tomo 4.H. Enciclopedia: El Mundo de la ciencia (Editorial Salvat). Tomo 9I. http://www.juntadeandalucia.es/averroes/saramago_ies/TECNOLOGIA.htmJ. https://www.youtube.com/watch?v=gjDDGLelPk4

ANEXOSFotografas tomadas por Jonathan Martnez FIG. 12 MATERIALES FIG. 13 MATERIALES FIG. 14 PERFORACIN FIG. 15 PERFORACIN FIG. 16 REALIZACION DE RIEL FIG. 17 ENSAMBLE DE BASE FIG. 18 COLUMNAS Y BASES FIJAS