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• Paul Salmon Faundez

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Anexo A . Marco Teórico Referencial F. Saquicela; R. Velepucha

Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros

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CAUDALES MEDIDOS MEDIANTE VERTEDERO TRIANGULAR CON ESCOTADURA A 90º

B.1 Caudales medidos mediante vertedero Triangular

H(altura cm. ) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Q(caudal)l/s 2,545173291 3,405917771 4,421147917 5,599146071 6,947792435 8,474618583 10,18685005 12,09144092 14,19510226 16,50432603 19,02540523 21,76445111 24,72740814

B.2 Pérdidas en Accesorios Accesorio

K

Le/D

Válvula de Globo Abierta

7.5

350

Válvula de Angulo abierta

3.8

170

Válvula de Compuerta Abierta

0.15

7

Válvula de Compuerta Abierta (3/4)

0.85

40

Válvula de Compuerta medio abierta

4.4

200

Válvula de Compuerta abierta (1/4)

20

900

Codo de 90º

0.7

32

Codo de 90º corto

0.9

41

Codo de 90º largo

0.4

20

Codo de 45º

0.35

15

Te salida lateral

1.5

67

Te paso derecho

0.4

20

Válvula de retención de bola

70

3500

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Válvula de retención de bisagra

2

100

B.3 FACTOR DE VIDA DE LOS RODAMIENTOS

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Marco Teórico

Los equipos de bombeo hidráulicos representan la mejor solución en el bombeo de agua para localidades rurales donde se desarrollen una amplia gama de actividades productivas, tales como:

Abastecimiento de agua para residencias rurales Abastecimiento de agua para crianzas de diversos animales Abastecimiento de agua para cultivos con riego tecnificado y otras aplicaciones (pequeñas piscicultura, lagunas de recreación, etc.)

1. El Bombeo Hidráulico

El bombeo de agua y la energía renovable son socios naturalmente compatibles que pueden crear soluciones económicas para cualquier aplicación remota de bombeo y transporte de agua.

1.2 Funcionamiento de los Sistemas.

A partir de una represa, se desvía parte del volumen de agua que surte la vertiente. El agua ingresa a la tubería de carga y es conducida hacia la casa de máquinas, en donde se encuentra el sistema de bombeo. Este mecanismo, impulsado por la energía hidráulica, bombea agua a través de la tubería de alimentación hacia el estanque acumulador.

El volumen de agua que no es bombeado vuelve a su lecho original a través de un canal de retorno.

Dentro del bombeo hidráulico, los sistemas más eficientes y utilizados son la bomba de ariete, turbo-bomba y río-bomba.

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A continuación se describen los diversos equipos mejorados para el abastecimiento de agua, aplicados al uso domiciliario o productivo. 1.2.1 Bombas de Ariete Hidráulico. 1

El ariete hidráulico es una bomba que trabaja sin energía externa, sólo

aprovecha la energía de un pequeño desnivel de agua fluyente, lo que permite elevar el líquido a colinas, torres de almacenamiento, riego de sembradíos, campos, abrevaderos de animales, etc. Existe en modelos de 1 ½ “ y 3 “. Tabla 1.

Condiciones ideales de operación: Salto hidráulico: de 1 a 20 metros de altura Caudal de accionamiento: 1 ½” : 20 litros / minuto - 3” : 90 litros / minuto Ejemplo de rendimiento ariete: Tabla1. Tabla comparativa del sistema de ariete a diferentes diámetros de descarga.

Model

Salto

Caudal

Altura de

Capacidad del

o

Hidráulico ( m )

accionamiento

Bombeo ( m

equipo ( l / día

mínimo ( l / m )

)

)

1 ½”

1

20

10

1200

3”

1

90

10

3000

1.2.2 Turbo Bombas.

Esquema de instalación para Turbo-bombas 1 www.cepis.ops-oms.org Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros

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2

Las Turbo-bombas transforman la energía hidráulica del recurso hídrico en

energía mecánica para saltos de agua superiores a los 5 metros de altura. Esto se logra utilizando como elemento motor una bomba centrífuga en funcionamiento

inverso

y

una

bomba

de

desplazamiento

positivo,

dimensionada de acuerdo a las necesidades de bombeo y las características hidráulicas del estero.

Condiciones ideales de operación: Salto hidráulico: de 5 a 30 metros de altura Caudal de accionamiento: De 300 a 1800 litros / minuto

1.2.3 Río Bomba.

Es una alternativa de solución al problema de elevación de agua cuando no hay posibilidades de aplicar un sistema de bombeo basado en la caída de agua como fuente de energía. En estos casos, el agua que circula por un río, arroyo o canal, tiene poca pendiente y no permite la instalación de bombas de ariete o turbo bombas. También es factible generar energía eléctrica o impulsar otros equipos mecánicos simultáneamente al bombeo de agua.

2 www.cepis.ops-oms.org Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros

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Características:

Para los modelos estandarizados:

Diámetro de la rueda: De 2,40 a 6,0 m

Ancho de la rueda: De 1,40 a 6,0 m

Dimensiones del sistema de bombeo:

- Diámetros estandarizados de 2

1/2"

, 4", 6" y 8".

- Carreras estandarizadas de 10, 20, 30, 40, 50 y 60 cm.

- Caudal de bombeo máximo: 20 l/s, mínimo: 0.15 l / s.

1.2.3.1 La Rueda Hidráulica. 3

Los primeros asentamientos humanos siempre buscaban la proximidad de

cauces de agua para poder llevar a cabo las distintas actividades que precisan de ella, además de facilitarle la vida. La relación del hombre primitivo con el agua era por tanto muy rudimentaria, y aprovechaba solamente los cauces naturales de agua, sin aprovisionarse todavía por falta de técnicas y conocimientos de los cauces subterráneos, y sin desviarla ni elevarla. Durante siglos el hombre apenas contó con otro tipo de energía que no fuera su propia energía muscular, las que podíamos considerar como actividades predominantes, como la molienda, la confección de tejidos, la forja de los

3

http://www.ambientum.com/revista/2001_27/2001_27_ENERGIA/HIDROLCTH2.htm

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metales, etc. requerían de grandes esfuerzos humanos para su desarrollo, por lo que se recurría con demasiada frecuencia al empleo de esclavos. En la actualidad estamos acostumbrados a poder utilizar grandes cantidades de energía, procedente de diversas fuentes, con el simple esfuerzo de apretar una pequeña palanca o un interruptor, pero para llegar hasta este punto, la técnica ha tenido que recorrer un largo camino de forma gradual y escalonada. El primer paso fue la utilización de los animales domésticos para aprovechar su energía muscular en las pesadas faenas del campo o como medio de transporte. Posteriormente el hombre fue conociendo e incorporando otras fuentes de energía como: la dinámica del agua, la eólica del viento, la de los combustibles como el carbón y el petróleo, la eléctrica y la del átomo, que le permitieron disponer cada vez de mayores cantidades de energía y por consiguiente de mayores producciones. En tiempos del Imperio Romano, fue cuando el hombre empezó a aprovechar una gran parte de los recursos que el agua le podía proporcionar, así la canalizó, la elevó mediante sistemas de bombeo por encima de su nivel natural, explotó cauces subterráneos y la transportó a lugares que carecían de ella por medio de enormes acueductos; en esta época surge la rueda hidráulica descrita por Vitrubio a principios del siglo I, se conocía como "rota aquaria" y consistía en una llanta donde se fijaban unos cangilones con una serie de radios que le otorgaban rigidez. La rueda hidráulica en un principio fue concebida como mecanismo elevador de agua quieta, productor de energía capaz de ser transformada en movimiento. Fig.1.

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Fig.1.- Rueda hidráulica de eje horizontal.

Este ingenioso mecanismo supuso la primera liberación del hombre, con respecto al trabajo bruto, sin embargo y por su papel sustitutivo de mano de obra, su implantación estuvo muchas veces rodeada de controversia y retrasos en su aplicación. Fue en la Edad Media cuando el empleo de este ingenio se extendió de forma masiva a la mayor parte de oficios conocidos como: el de molinero, tejedor, apisonador, forjador de metales o herrero, serrador, etc. Para darnos cuenta de la importancia que supuso la aplicación de la rueda hidráulica diremos a titulo de ejemplo que, un molino movido por dos personas podía moler unos 5 Kilos/h, en cambio uno movido por rueda hidráulica molía unos 180 Kilos/hora. El tiempo pasó y se inició el uso generalizado de la rueda hidráulica, conocida por el hombre hace 5.000 años. Los antiguos romanos, griegos, incluso el pueblo sumerio utilizaban este tipo de ruedas para mover el agua en los molinos. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Se utilizaron dos tipos de ruedas hidráulicas las denominadas horizontales o romanas con el eje horizontal Fig. 1 y que fueron las empleadas en las herrerías y las verticales o griegas mas empleadas en el movimiento de los molinos harineros pues la transmisión del movimiento se hace de forma directa sin recurrir a mecanismos de engranajes. En fin el hombre se dio cuenta que el agua se podía canalizar, elevarla mediante sistemas de bombeo por encima de su nivel natural, explotar cauces subterráneos y transportarla a diferentes lugares en los cuales carecían de ella mediante acueductos. Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros

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Los árabes, verdaderos maestros en el manejo del agua, también usaron las ruedas en infinidad de aplicaciones, pero fue durante la Edad Media cuando este ingenioso mecanismo se extendió de una gran forma a la mayor parte de los oficios conocidos como son tejedores, molinero, pisador, forjador de metales etc. 4

Se utilizaron dos tipos de ruedas hidráulicas las denominadas horizontales o

romanas Fig. 2 con el eje horizontal y que fueron las empleadas en las herrerías y las verticales o griegas Fig.3, mas empleadas en el movimiento de los molinos harineros pues la transmisión del movimiento se hace de forma directa sin recurrir a mecanismos de transmisión.

Fig.2.- Rueda romana engranajes.

Fig.3.- Rueda griega

4

http://www1.uniovi.es/oficial.html

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La energía mecánica es la que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior, lo que provoca la transformación de le energía potencial en cinética con el movimiento de ruedas hidráulicas. Su desarrollo requiere construir presas, canales de derivación. Por esta razón la rueda hidráulica constituyó una revolución tecnológica comparable a la que se produciría mas tarde con la aplicación del vapor, la electricidad o la energía atómica Las ruedas hidráulicas se diferencian de las turbinas por la distinta manera de trabajar con ellas el agua, pues en las ruedas hidráulicas se trabaja solo por su peso, excepto en un tipo que es por velocidad como la planteada en este estudio ó tesis, dependiendo de el tipo de entrada del agua a la rueda hidráulica, teniendo que llenar unas cámaras o cajones que al moverse hacia abajo pone la rueda en movimiento. También existe diferencia entre la forma constructiva, en el numero de revoluciones, etc. Este tipo de elementos hidráulicos se clasifican en:

a) Ruedas movidas por el costado ( A, E ) b) Ruedas movidas por debajo ( B, H ) c) Ruedas movidas por arriba ( C, D ) d) Ruedas de paletas planas. ( F ) e) De impulsor inferior ( G ) e) Turbina Banki ( I )

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(A)

(B)

(C)

F i g .

(D)

(E)

(F)

(G)

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(H)

(I)

Fig. 4. Diferentes tipos de Ruedas Hidráulicas en base al sistema de alimentación y funcionamiento.

En este tipo de máquinas su diámetro decrece con la altura H del salto de agua Los cangilones crecen con el caudal. Los rendimientos son del orden del 50% debido a la gran cantidad de engranajes intermedios. El número de rpm es de 4 a 8. Las potencias son bajas, y suelen variar entre 5 y 15 kW, siendo pequeñas si se las compara con las potencias de varios cientos de MW conseguidas en las turbinas.

1.2.3.1.1Clasificación general según la admisión del agua. Por la forma en que se realiza la admisión de agua, las ruedas se clasifican principalmente de tres tipos: a) Ruedas por encima o con entrada del agua por la parte superior. b) Ruedas de costado o con entrada del agua por su parte media. c) Ruedas por debajo o con entrada del agua por su parte inferior. d) Rueda Hidráulica Tipo Vertedero. e) Rueda Hidráulica Reversible f) Rueda Hidráulica de choque a ) Ruedas por encima o con entrada del agua por la parte superior. 5

Las ruedas hidráulicas de empuje superior son accionadas por el peso del

agua que cae dentro de unos cajones que recogen sucesivamente el agua de un canal superior. Este dispositivo, bastante eficaz es más adecuado para saltos mayores (hasta 10 m), pero puede operar con caudales reducidos.

5

http://www.oni.escuelas.edu.ar/2004/SAN_JUAN/676/otras_energias/hidraulica/hidr_c6.htm

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Fig. 5 Rueda hidráulica de empuje superior

Como se puede observar en la Fig. 5, el agua entra en la rueda por su punto más alto, llenando parcialmente los cajones que forman los alabes y haciendo que por su peso la rueda se vaya moviendo lentamente. Se deberá procurar que el camino que recorre el agua dentro de la rueda sea en proyección vertical lo mayor posible para que resulte grande también el trabajo producido Fig.6.

Fig. 6 Rueda Hidráulica con entrada de agua por arriba.

6

El diámetro de las rueda por encima se determina según la altura útil H del

salto, en la parte superior hay que emplear cierta altura en conseguir un pequeño remanso para que el agua alcance la necesaria velocidad de salida c1 y hay que perder en la parte inferior algo de salto, para asegurar que la rueda quede siempre fuera del cauce, determinándolas de la siguiente forma: 6

L.s. Mcnickle, jr. Hidráulica simplificada. Ed continental. 4ed. Pag 51 – 90.

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D

H

(hl

ha )

Estos valores son determinados mediante datos prácticos o valores empíricos. Como velocidad tangencial, dependiendo de el cause y el vertedero, se adopta en general:

u 1,5

entre

2,5m / seg

Y no mayor a estos valores para evitar que la fuerza centrífuga despida el agua de las paletas vertiéndola antes de tiempo, así obtenemos velocidades angulares reducidas, y revoluciones por minuto no mayores a n = 4 a 8 rpm.

Para determinar la profundidad radial de las paletas a se determina por la fórmula:

a

13 H 4

hasta

13 H 6

Dependiendo de el volumen ocupado por el agua en los cajones, se elije el valor del denominador de la siguiente expresión.

El ancho b de la rueda se calcula por el caudal Q.

Q

El valor de ¼,

1/3

,

1 1 1 , , * a *b *u 4 2 3

1/3

, depende de la capacidad llenada de los cajones por el

agua del vertedero.

El ancho bo del chorro de agua, debe ser de 200 a 400 mm más estrecho o pequeño que la anchura de la rueda, esto para evitar salpicaduras o pérdidas

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de agua., mientras que el espesor ao de la lámina de agua podemos calcularlo por la fórmula:

Q

a o * bo * c1

Así podemos considerar en general que:

c1

u (0,5 a 1 m)

De este modo se puede diseñar el canal de agua para el ingreso a la rueda de tal manera que nos dé este valor de c1.

Fig. 7. Construcción de los cajones de una rueda hidráulica con entrada del agua por arriba: Rel, trayectoria relativa del agua. Abs, trayectoria absoluta.

Algo muy importante igualmente que en las turbinas, en las ruedas hidráulicas es la construcción de las paletas, estas tienen la misión de recoger el chorro de agua lo mejor posible y verter lo más tarde que se pueda, esta se debe construir una vez conocida la trayectoria del líquido, dando una curvatura de las paletas a la forma de transcurrencia de ella, es decir, la trayectoria relativa del agua respecto a ala rueda se obtiene componiendo la trayectoria absoluta del agua, que es una parábola, Fig. 7 con el camino recorrido por la rueda en el mismo tiempo.

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La construcción es de modo variado, muchas veces se construyen completamente de madera, con lo que resultan baratas, pero de mal rendimiento debido a que no se prestan para una posición conveniente. En este sentido se prefieren las ruedas cuyas paletas se construyen con planchas de Acero, sujetados a la corona igualmente con perfiles también de acero laminado, igualmente las coronas laterales son de plancha de acero, mientras que el fondo de los cajones deben ser de madera para así disminuir el ruido, mientras que los nervios o brazos que unen la corona al cubo de la ruedas son de acero de perfil en C. estos van atornillados a los platos de hierro fundido. 1.2.3.1.2 Ruedas de costado o con entrada del agua por su parte media. El ingreso del agua se realiza a la altura del eje de la rueda, y el movimiento de los cajones o cangilones se logra de modo muy similar al sistema anteriormente descrito, es decir llenando los cajones y girando estos debido a su propio peso.

La entrada del agua se da en la mayoría de veces por unos canales directores, con cuyo empleo y gracias a la mejor conducción del agua y al buen aprovechamiento de la energía cinética del chorro, se consigue un buen rendimiento.

En este tipo de ruedas se instala muy a menudo en forma que su borde quede rodeado en la parte que ocupa el agua por un dispositivo ceñido a ella, por lo que se puede retener el agua en los cangilones que quedan abiertos para todos lados.

Debido a su construcción, este tipo de ruedas se aprovecha en saltos entre 1,5 m y 5 m. Pero desde luego con pequeños caudales. Fig.8.

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Fig. 8, Rueda hidráulica de costado, O-W, nivel de aguas arriba; U-W, nivel de aguas abajo; H, salto útil.

Para la construcción de las paletas de este tipo, tanto de las directoras como de la rueda, hay que realizarlo como en las turbinas, es decir construir el triángulo de velocidades, del cual obtenemos las inclinaciones de las paletas.

Como se observa en la figura 8 , los alabes de la rueda deben tomar una rápida y fuerte curvatura hacia arriba, por que el agua por su velocidad relativa, tiende a subir en la entrada.

Este tipo de rueda cuando está correctamente construida es muy costosa, la disposición de los alabes directores es compleja, esto hace que en sí la rueda sea muy grande y pesada, sobre todo si se tiene en cuenta la pequeña potencia obtenida, por ello se encuentran aplicadas muy raras veces.

Este tipo de ruedas con muy buenas instalaciones y adecuaciones puede llegar hasta un rendimiento máximo del 85 %.

En este tipo de ruedas existen dos variedades, las de admisión por encima del eje, que es una variante entre las ruedas de admisión por encima y la de costado, y las ruedas de costado con admisión baja, o también llamadas ruedas de vertedero Fig. 9, que son una variante entre las ruedas de costado y las ruedas por debajo.

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Fig. 9 Rueda Hidráulica de vertedero; N-S, nivel superior del agua, N-I, nivel inferior, H, salto útil.

Estas ruedas de vertedero sirven bastante bien en circunstancias adecuadas para el aprovechamiento de saltos muy pequeños de 4 a 1,5 m, para los cuales las turbinas serían relativamente caras. 1.2.3.1.3 Rueda hidráulica con canal de alimentación inferior En esta clase de ruedas el agua ya no obra por su propio peso, sino únicamente por el choque del chorro líquido contra las paletas, como se demuestra en Fig. 10.

Fig. 10. Rueda hidráulica de empuje inferior.

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El diseño básico de una rueda hidráulica corresponde a la rueda de empuje inferior , que funciona por acción directa del agua contra las paletas. El rendimiento de esta máquina (alrededor del 10%) puede aumentarse hasta el 75% . Se emplean en río y arroyos caudalosos pero con poco desnivel. También se pueden introducir en acequias de regadío, siempre que su instalación no provoque una retención del agua con el consiguiente desbordamiento. Estas ruedas hidráulicas aprovechan solo la impulsión de la corriente del agua.

Su rendimiento es muy bajo en caso de un canal de alimentación forzado. Aún mas bajo es el rendimiento en caso de “molinos de barco" porque el agua puede desviarse a los lados de la rueda. Las caídas normales de trabajo son de 20 cm a 1,5 m. El diámetro de la rueda será 3 ó 4 veces la caída y la velocidad de giro de 2 a 20 rpm, siendo las más rápidas las de menor diámetro (la velocidad en la periferia es de 1 a 1,5 m/seg, por lo que cuanto mayor sea el diámetro, menor será la velocidad de giro). Para cada 30 cms de anchura de la rueda, el caudal debe ser de 100 a 300 l/seg. La rueda se introduce en el agua de 30 a 90 cm.

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Anexo A . Marco Teórico Referencial F. Saquicela; R. Velepucha Fig. 11. Rueda hidráulica con admisión por debajo, O – W, nivel de aguas arriba; U-W, nivel de aguas abajo, H, salto útil.

La rueda se puede hacer con chapa soldada de 5 mm. Para la generación de corriente eléctrica se procede como en las ruedas de alimentación superior. La rueda puede colocarse simplemente sumergida en un canal o cauce de agua corriente, o bien puede emplearse una pequeña compuerta para embalsar algo de agua. Fig. 11.

La determinación de las mediciones es arbitraria y por otra parte su empleo es bastante reducido, el rendimiento en el mejor de los casos de este sistema de ruedas es del orden del 30% a 35%.

1.2.3.1.4 Rueda Hidráulica Tipo Vertedero Esta rueda consta de una parte adosada y ceñida a la periferia de la rueda por el sitio que el agua recorre, terminando en una compuerta ajustable, la construcción se comienza por los cojinetes de la rueda y para el montaje se coloca una plantilla que puede girar alrededor del eje, la cual se emplea para calibrar la altura del muro en cada punto, dejando un hueco, tanto por los lados como por la parte inferior entre muro y rueda, que no sea mayor de 5 a 10 mm, Fig.12, como se mencionó ya el rendimiento de estas ruedas no es mayor a 60% ó 65 %, pero como la disposición es bastante sencilla y económica su empelo resulta conveniente en ciertos y determinados casos.

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Fig. 12. Detalles constructivos de una rueda hidráulica de Vertedero.

1.2.3.1.5 Rueda Hidráulica Reversible Rueda hidráulica reversible Es una rueda hidráulica con canal de alimentación superior con la posibilidad de cambiar el sentido de rotación (por ejemplo para levantar cargas Fig. 13.) Básicamente el sistema consta de un difusor o desviador del chorro de alimentación a la rueda, esta también puede ser controlada mediante válvulas de apertura y cierre dependiendo del sentidote giro requerido.

Fig. 13. Rueda Hidráulica Tipo Reversible, parte superior consta de un divisor de canal para revertir el sentido de giro. Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros

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1.2.3.1.6 Rueda Hidráulica de Choque Se trata de una rueda hidráulica con eje vertical y las variantes del diseño pueden ser de eje horizontal, como tal es el caso de nuestro estudio investigativo de bombeo mediante rueda hidráulica.

Fig. 13 Rueda Hidráulica de Choque

Si se desea generar electricidad con este sistema, de eje vertical que es el caso más referente de este tipo Fig. 13, se monta sobre unos soportes firmes, y se acopla el buje de salida a una caja de cambios de automóvil bloqueando los satélites (se llega a multiplicar hasta x 25) o una transmisión de correas. Se obtienen así las revoluciones necesarias para el generador de forma fiable y con pocas pérdidas. Una rueda de este tipo suministra de 100 a 400 w, es decir, una producción de 2,4 a 9,6 kW hora al día, más que suficiente para una vivienda y sus necesidades (excepto calefacción eléctrica y hornos). 1.3 Sistemas de abastecimiento de agua 7

Existen diferentes tipos de obras para captar aguas superficiales, que reciben

el nombre de obras de toma. El mejoramiento en la captación o toma de agua y el manejo adecuado del recurso permite lograr un sistema de abastecimiento de agua. La importancia social de un sistema de agua es evidente. Su instalación requiere de esfuerzo e inversión, sin embargo este proporciona beneficios tales como salud, riqueza y un medio ambiente más sano donde vivir. 7

http://www.elemental-ltda.cl/paginas/evalproy1.htm

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Esto se logra instalando procesos como filtrado para que el agua resulte potable y bombeo para evitar el acarrear agua. Las fuentes de abastecimiento de agua son variadas como, pozo excavado, manantial o vertiente y canal, y los dos tipos de tomas más usados en estos pequeños sistemas de abastecimiento toma por gravedad y toma por bombeo. Fig. 14.

Fig. 14, Esquema de Fuentes de Abastecimiento de agua dentro de la Naturaleza.

1.3.1Como elegir el equipo de bombeo 8

Para la elección del tipo y tamaño de bomba hidráulica debe considerar los

siguientes parámetros: 1.3.1.1 Mida el caudal de agua disponible o de accionamiento.- Es el caudal de agua disponible en su estero, vertiente o río . Esto puede ser determinado, midiendo el tiempo que su recurso hidráulico demorara en llenar un recipiente de volumen conocido. Asegúrese que usted tiene más de la suficiente agua para satisfacer el caudal de accionamiento de su equipo. Usted lo puede medir fácilmente utilizando un balde de 10 galones (conocido como caneca) verificado en cuantos segundos se llena el balde, en 8

. http://www.elemental-ltda.cl/paginas/Ariete.htm

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galones por segundo y realizando la conversión respectiva multiplicando por 4 para obtener en litros / segundo..

Esta medición debe realizarse de preferencia cuando el recurso hidráulico sea el mínimo estacional conocido, ya que es de gran importancia conocer con alguna seguridad el caudal del recurso, para poder planificar la superficie a regar, especialmente en los meses de máximo consumo. Si su equipo de bombeo queda sin el suministro mínimo, dejará de bombear y simplemente descargará toda el agua entrante. Tabla 2. Tabla 2. Condiciones de operación equipos de bombeo hidráulico.

Modelo

Salto Hidráulico ( m

Caudal de

Altura de Bombeo

Equipo

)

accionamiento

(m)

( lit / min ) Ariete 1 ½ “

1-20

20

70

Ariete 3”

1-20

90

70

Río-bomba

0.5-2

60

100

Turbo-bomba

8-30

300

200

1.3.1.2 Altura de caída vertical máxima o salto hidráulico.- Esta es la distancia vertical entre la superficie de la fuente de agua donde será instalada la bocatoma de la cañería de llenado y el sitio seleccionado para instalar el equipo de bombeo, medida en metros. Tome la precaución de que el sitio donde se instalara el equipo tenga un desagüe conveniente ya que todos ellos salpican agua al operar.

A menudo un arroyo pequeño puede represarse para proporcionar el caudal necesario para el funcionamiento de uno o mas equipos de bombeo a la vez, en nuestro caso la toma se lo realizará a partir de un riachuelo el cual una ramificación entra al reservorio o embalse para su posterior aprovechamiento hidráulico. 1.3.1.3 Altura de bombeo.- Esta es la distancia vertical entre el equipo de bombeo y el estanque de almacenamiento de agua o punto del uso, en metros. Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento 196 de agua para riego a una altura de 120 metros

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El estanque de almacenamiento puede localizarse en una colina y utilizarse para proporcionar agua presurizada. Entre 15 o 20 metros de altura entre el tanque acumulador y el lugar de consumo mantendrán presión suficiente para el accionamiento de calefón de la casa o uso del jardín. Diferencia de altura vertical entre el equipo de bombeo y el estanque de almacenamiento o punto del uso. 1.3.1.4 Distancia de bombeo.- Recorrido que realizará el agua bombeada desde el equipo de bombeo hasta el estanque de almacenamiento, medida en metros, es la distancia cubierta en forma diagonal, es decir donde se localizará el tendido hidráulico (tuberías) para el transporte del agua bombeada.

1.3.1.5 Demanda de agua para el riego. - Estime la cantidad de agua requerida en litros por día para su uso productivo o domiciliario (consumo diario), para este cálculo es necesario determinar un factor extra de seguridad, es decir un 25% más de lo requerido en los cálculos de suministro.

1.4 Toma desde Canal de Regadío

Este tipo de toma aprovecha el agua superficial. La misma obra es posible realizarla para salida de agua tratada por gravedad o por bomba. Se construye un estanque con 3 partes una zona de decantación, una de filtrado y zona de acumulación Fig. 15.

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Fig. 15. Sistema de abastecimiento de agua partiendo de un canal de riego.

La parte del sistema de abastecimiento de agua, constituido por la tubería y otras obras que permiten el flujo o curso del agua entre la captación y otros destinos (bomba, estanque, etc.) se denomina aducción. 1.4.1 Canales y Desarenadores Los canales son conducciones a superficie libre que se utilizan en sistemas de suministro de agua y en sistemas de drenaje de aguas lluvias. En los sistemas de suministro de agua los canales pueden emplearse entre la captación y el tanque sedimentador, y luego entre el desarenador y el tanque de almacenamiento. Posteriormente, dependiendo de la forma como se programe la distribución del agua a partir del tanque de almacenamiento, se utilizan tuberías o combinaciones de tuberías y canales. A continuación se muestran unos esquemas típicos:

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Fig. 16. Esquema de distribución del agua partiendo del tanque de almacenamiento.

El régimen de flujo en un tramo particular de un canal se clasifica en función del Número de Froude, NF, el cual es una relación adimensional entre fuerzas de inercia y de gravedad. En el régimen supercrítico (NF > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de canales de gran pendiente. El flujo subcrítico (NF 90 90

1200–1800 1200 – 2200

90 90

1.6.1.4. Bombas de Pistón Axial. Las bombas de pistón axial son las bombas más comunes que se encuentran. Las bombas de pistón axial derivan su nombre del hecho que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora. Diseño y Construcción de una Rueda Hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros

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1.6.1.5 Bomba de Pistón de Placa de empuje angular. (Denison).- El diseño de este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. Esta bomba debe llenarse con aceite antes de arrancarla. La contaminación causará raspaduras y pérdida ligera de eficiencia. La falta de lubricación causará desgaste.

1.6.1.7 Bombas de volumen variable.- La acción de bombeo de las bombas de volumen variable es a grandes rasgos similar a la acción de bombeo de las bombas de volumen fijo. Los volúmenes variables para bombas de engranes únicamente son utilizables si se varía la velocidad de impulsión de la bomba. El factor de escape uniforme prohíbe la eficiencia constante con velocidad variable y elimina a las bombas de engranes para uso potencial de volumen variable.

Las bombas de paletas pueden adaptarse para producir volúmenes variables, pero las restricciones de la conversión generalmente lo limitan. Una bomba de paletas de volumen variable no puede ofrecer una carga hidráulica balanceada en la caja interna de bombeo. Los volúmenes variables pueden conseguirse con bombas de paletas si se cambia la excentricidad del anillo de desgaste, en relación al rotor y las paletas.

Las bombas de pistón son las mejores adaptadas para diseños de volumen variable, y las bombas axiales de pistón generalmente son consideradas como las más eficientes de todas las bombas, y son por sí solas las mejores para cualquier condición de volumen variable. Las bombas radiales de pistón son también utilizables para producir volúmenes variables.

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1.7 VERTEDEROS. 10

Vertederos Asme

Un vertedero es una represa sobre la cual los líquidos se fuerzan a pasar. Se usan vertederos para medir el flujo de líquidos en canales abiertos o en conductos en el que flujo no los llena por completo. Los vertederos se usan casi en exclusiva para medir el flujo de agua, aun cuando se han utilizado algunos pequeños para medir el flujo de otros líquidos.

Vertederos triangulares

En la figura 1 se muestra un vertedero triangular, cuyo ángulo de escotadura es puede calcularse el gasto volumétrico, a partir de la ecuación de continuidad:

5

Q

A v

(h 2 tan

2 (k

2 g h)

k tan

2

2 g h2

(A)

El informe Fluid Meters de la ASME recomienda lo siguiente, para los vertederos triangulares: VERTEDERO TRIANGULAR

Superficie del líquido

h



Q

8 C tan 15

Angulo de la Escotadura

2

2 g h

h

5 2

(B)

10

Fuente: Manual del Ingeniero Mecánico, Eugene Avallone, Theodore Baumeister, Tomo I, pag 3-74, 375.

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Donde C es el coeficiente de descarga, C f ( ) , y h es la corrección para la relación carga / cresta, h f ( ) . Pueden obtenerse los valores de C y h de la Tabla 1. Tabla 4. Valores de C que deben utilizarse en la ecuación del vertedero triangular.

Angulo Concepto C h, pie

20 0,592 0,010

30 0,586 0,007

de la escotadura de vertedero, grados 45 0,580 0,005

60 0,576 0,004

75 0,576 0,003

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90 0,579 0,003

10011 0,581 0,003

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CAUDALES MEDIDOS MEDIANTE VERTEDERO TRIANGULAR CON ESCOTADURA A 90º

B.1 Caudales medidos mediante vertedero Triangular

H(altura cm. ) 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Q(caudal)l/s 2,545173291 3,405917771 4,421147917 5,599146071 6,947792435 8,474618583 10,18685005 12,09144092 14,19510226 16,50432603 19,02540523 21,76445111 24,72740814

B.2 Pérdidas en Accesorios Accesorio

K

Le/D

Válvula de Globo Abierta

7.5

350

Válvula de Angulo abierta

3.8

170

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Válvula de Compuerta Abierta

0.15

7

Válvula de Compuerta Abierta (3/4)

0.85

40

Válvula de Compuerta medio abierta

4.4

200

Válvula de Compuerta abierta (1/4)

20

900

Codo de 90º

0.7

32

Codo de 90º corto

0.9

41

Codo de 90º largo

0.4

20

Codo de 45º

0.35

15

Te salida lateral

1.5

67

Te paso derecho

0.4

20

Válvula de retención de bola

70

3500

Válvula de retención de bisagra

2

100

B.3 FACTOR DE VIDA DE LOS RODAMIENTOS

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