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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

“OBTENCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE UN GENERADOR HIDRÁULICO PARA SIMULACIÓN DE ABASTECIMIENTO DE ENERGÍA A UNA COMUNIDAD”

AUTORES:  CABRERA MARÍN, Diana, N00018156, [email protected].  CARRERA CÓRDOVA, Jhon, N00018895, [email protected].  ESCOBAR VASQUEZ, Katherine, N00022696, [email protected].  LLANOS VILLANUEVA, Kevin, N0026572, [email protected].  TANTA MARCELO, Walter Junior, N00035041, [email protected]. CURSO:  FÍSICA 2

CODIGO DE CLASE:  9918

DOCENTE:  GUZMAN ARANA, Alan Edgardo FECHA:  13 de noviembre de 2018

Departamento de Ciencias

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INDICE 1.

3.

4.

5.

3

DATOS PRELIMINARES: 1.1.

TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN:

3

1.2.

AUTORES:

3

1.4.

INSTITUCIÓN DONDE SE DESARROLLA EL PROYECTO:

3

1.5.

DISTRITO, PROVINCIA, DEPARTAMENTO

3

1.6.

ALCANCE:

3

2.1.

REALIDAD PROBLEMÁTICA:

4

2.2.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA:

4

2.3.

JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA:

4

2.4.

LIMITACIONES:

4 4

OBJETIVOS: 3.1.

OBJETIVO GENERAL:

4

3.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

4 5

MARCO TEÓRICO: 4.1.

ANTECEDENTES:

5

4.2.

BASES TEÓRICAS:

6

4.3.

MATERIAL CONSULTADO POR INTERNET (LINKOGRAFÍA):

11

4.4.

Metodología

12 13

ANEXOS: 5.1.

13

Fotos al elaborar el proyecto:

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1. DATOS PRELIMINARES: 1.1. TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN: “Obtención de energía eléctrica mediante un Generador hidráulico para simulación de abastecimiento de energía a una comunidad”

1.2. AUTORES:  CABRERA MARÍN, Diana, N00018156, [email protected]  CARRERA CÓRDOVA, Jhon, N00018895, [email protected]  ESCOBAR VASQUEZ, Katherine, N00022696, [email protected]  LLANOS VILLANUEVA, Kevin, N0026572, [email protected]  TANTA MARCELO, Walter Junior, N00035041, [email protected]

1.3. LOCALIZACIÓN:  Provincia de Cajamarca 1.4. INSTITUCIÓN DONDE SE DESARROLLA EL PROYECTO:  Universidad Privada del Norte – Cajamarca 1.5. DISTRITO, PROVINCIA, DEPARTAMENTO  Distrito: Cajamarca  Provincia: Cajamarca.  Departamento: Cajamarca 1.6. ALCANCE: El presente proyecto está orientado a toda la población peruana ubicada en cualquier parte de nuestro territorio con la finalidad de darles el alcance y/o la posibilidad extra de cómo hacerse acreedor de luz eléctrica en su vivienda con altos beneficios como lo es: abastecer de luz eléctrica durante todo el día a su vivienda sin costo alguno luego de su fabricación e instalación en cada vivienda.

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2. PLAN DE INVESTIGACIÓN: 2.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA: Estamos acostumbrados a utilizar todo tipo de Dispositivos Electrónicos en nuestra vida cotidiana, desde la llegada a casa cuando encendemos la luz o prendemos algún artefacto eléctrico. En nuestra región la energía eléctrica es un servicio básico brindado por la empresa peruana “Hidrandina S.A.” quien se encarga de abastecer a las viviendas de las familias que están dispuestas a pagar por este servicio, sin embargo, no todos los hogares tienen el mismo nivel económico y la facilidad de pago mensual para la obtención de energía eléctrica.

2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: ¿De qué manera podemos obtener energía eléctrica mediante un Generador Hidráulico para abastecer de energía a un hogar en el Cajamarca en el año 2018? 2.3. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA: Estamos acostumbrados a utilizar todo tipo de Dispositivos Electrónicos en nuestra vida cotidiana, desde la llegada a casa cuando encendemos la luz o prendemos algún artefacto eléctrico. 2.4. LIMITACIONES: En el trascurso de la investigación y elaboración de este proyecto se evidenciaron diversas complicaciones y limitaciones puesto que los participantes muy aparte de ser de diferentes carreras profesionales contaban con diversos horarios de clase y distintas ideas para la realización; lo que limitaba las horas de trabajo dedicadas a la presente investigación. Por otro lado, los recursos disponibles para la elaboración del proyecto correspondiente a presupuesto y materiales también fue limitado, sin embargo, no impidió la realización eficiente de este proyecto.

3. OBJETIVOS: 3.1. OBJETIVO GENERAL: Obtener energía eléctrica mediante un Generador Hidráulico para abastecer de energía a un hogar en Cajamarca en el año 2018

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Obtener los materiales para la elaboración del Generador Hidráulico.  Aplicar y demostrar la transformación de energía, obtener:

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4. MARCO TEÓRICO: 4.1. ANTECEDENTES:  CASO 1: Unos tres millones de personas de las zonas rurales de Perú aún carecen de energía eléctrica y casi un tercio de la población usa leña para cocinar, revelaron este en el 2017 los encargados del proyecto "Energía, Desarrollo y Vida" (EnDev). El proyecto estableció, además, que casi 500.000 familias rurales deben usar pilas, velas y mecheros para alumbrarse y gastan más de 40 soles mensuales (unos 15 dólares) por servicios de energía de baja calidad. Al respecto, la Coordinadora Nacional de EnDev, Ana Moreno, confirmó a Efe que existe "una gran parte de la población rural que hoy por hoy no tiene acceso a energía".

 CASO 2: En el área concesionada de Junín, aún falta que el 7% de la población acceda a la energía eléctrica. No se llega al 100%, debido al crecimiento de las construcciones de casas. Por ejemplo, las zonas de Palian y Cajas cuentan con sembríos, entonces definitivamente no contamos con redes, ni con el financiamiento. La periferia es lo que falta, manifestó David Morales Rojas, jefe de Tarifas y Contratos de Electrocentro S.A. Agregó que cuando cubren la totalidad, al día siguiente hay una casa más, y así continuamente. Y, ¿qué hay de los lugares no concesionados? El Ministerio de Energía y Minas, mediante la Dirección General de Electrificación Rural (DGER) ejecutan proyectos en zonas rurales, localidades aisladas y de las fronteras de cada región. Contamos con un área de influencia, es decir, Electrocentro no tiene responsabilidad en ese territorio que representa el 22% de la población que no accede a energía eléctrica, indicó.

Como se puede evidenciar en nuestro país, es notable la cantidad de familias que no pueden acceder a servicios eléctricos en sus hogares, ya sea porque carecen de los suficientes recursos económicos para solventar los gastos, por la distancia en la que se encuentren, la difícil accesibilidad al territorio en el que residen, entre otros. Es por lo que el presente trabajo busca analizar y comprobar si este tipo de proyecto es una buena alternativa para generar electricidad para estas familias. Departamento de Ciencias

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4.2. BASES TEÓRICAS: A. Energía Hidráulica: La energía hidráulica utiliza un líquido de alta presión denominado fluido hidráulico. El fluido hidráulico se trasmite por toda la máquina y alcanza los diferentes cilindros y motores hidráulicos de ésta. Las válvulas de control poseen un completo control sobre los fluidos y lo distribuyen automáticamente por los tubos y mangueras. La ventaja de utilizar una máquina hidráulica es que puede producir gran cantidad de poder que se transfiere a sus tubos y mangueras. Todo este poder se utiliza en los actuadores, dispositivos mecánicos que se usan para controlar y mover un mecanismo en particular. La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. La energía hidráulica se obtiene a partir de la energía potencial y cinética de las masas de agua que transportan los ríos, provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la energía a un alternador el cual la convierte en energía eléctrica. B. ¿Qué Es Un Generador Hidráulico? El generador hidráulico se refiere a un sistema generador de energía eléctrica, a partir del movimiento del agua que pasa, bien por un solo canal a través de las cucharas; que recibirán la caída del agua, haciendo girar la rueda de madera, que a su vez esta hará girar un engrane adaptado al motor de 12volts, para así hacer prender los leds y obtener energía eléctrica. C. Generador Hidráulico Aquel que produce energía, donde esta se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarro llo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.

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D. Funcionamiento:  La base de la energía hidráulica esta en aprovechar la caída del agua desde una determinada altura. AL momento que cae el agua pasa por turbinas y por la fuerza con la que cae provoca un movimiento de rotación, toda esta energía pasa por generadores para ser transformada en energía eléctrica.  La instalación necesaria para el uso y aprovechamiento de este tipo de energía es muy cara, por lo que es más común verlas en lugares que tienen gran afluencia de agua, ya que así es mayormente aprovechada la inversión.  Se considera energía renovable porque el recurso que se utiliza para generarla es un recurso natural y disponible en determinadas zonas. Además de que una vez que se utilizó el agua y su fuerza, se le deja siga su curso, sin ser ensuciada ni contaminada. E. La Energía Eólica: La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Éolo o Eolo, dios de los vientos en la mitología griega y que quiere decir perteneciente o relativo al viento. El primer molino de viento de grandes dimensiones para generación de electricidad, la turbina Smith-Putnam, Putnam, fue construida en Vermont en 1945. F. Evolución tecnológica del aerogenerador: En 1888 Brush construyó la que hoy se cree fue la primera turbina eólica de funcionamiento automático para generación de electricidad (aerogenerador). Tenía un diámetro de rotor de 17 m y 144 palas fabricadas en madera de cedro. A pesar del tamaño de la turbina, el generador era solamente de 12 kW, debido a que las turbinas eólicas de giro lento del tipo americano tienen una eficiencia media baja (Poul la Cour más tarde descubrió que las turbinas eólicas de giro rápido con pocas palas de rotor son más eficientes para la producción de Departamento de Ciencias

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electricidad que las de giro lento). La turbina funcionó durante 20 años actuando como cargador de baterías. Poul la Cour (1846-1908), es considerado el pionero de las modernas turbinas eólicas generadoras de electricidad. También fue uno de los pioneros de la moderna aerodinámica, y construyó su propio túnel de viento para realizar experimentos. En 1918 unas 120 empresas públicas locales tenían un aerogenerador, generalmente del tamaño de 20 a 35 kW.

Aerogeneradores La Cour

G. ¿De dónde viene la energía eólica? Todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica), incluyendo la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del sol. La Tierra recibe 1,74 x 1014kWde potencia del sol. Alrededor de un 1 a un 2% de la energía proveniente del sol es convertida en energía eólica. Esto supone una energía alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra. Los vientos tienen distinto origen o naturaleza según la escala geográfica en la que varían:  Variación a escala global, ∼10.000 km (vientos geostróficos)  Variación en la macro escala, ∼1.000 km  Variación en la meso escala, ∼100 km  Variación en la microescala, ∼10 km H. Límite mite de Betz: Sea un tubo de corriente como el esquematizado en la figura. Se supondrá que, a barlovento de la hélice, el aire posee una velocidad 𝑣1 (velocidad del viento sin perturbar) en la sección transversal 𝐴1 , mientras que la velocidad 𝑣2 se corresponde con la sección transversal 𝐴2 a sotavento de la zona en que se encuentra la hélice. En el plano que contiene la hélice, la sección transversal batida por la misma (área del rotor) es un disco imaginario de área A, siendo v la velocidad del viento en la misma (velocidad útil). Asimilamos la hélice a un disco de área A que capta parte de la energía del aire en movimiento que llega a él, es decir 𝐴1 < 𝐴2 . Sin embargo, es obvio que 𝑉2nunca es cero (no puede extraerse toda la energía cinética del aire).

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El caudal másico (Qm = densidad x caudal = 𝜌Q) es constante (conservación de la masa), es decir:

Qm = 𝝆Q = 𝝆 𝑨𝟏 𝒗𝟏 = 𝝆 𝑨𝟐 𝒗𝟐 = 𝝆 A v

(1)

(Esto explica que el tubo de corriente se ensanche tras la turbina, como

𝒗𝟐 < 𝒗𝟏 , entonces 𝑨𝟐 > 𝑨𝟏 ) Podemos expresar la potencia útil transferida por el viento a la turbina de dos maneras: 1. Pérdida, por unidad de tiempo, de energía cinética del viento al pasar por la hélice:

donde hemos utilizado los argumentos y variables definidas dos transparencias atrás; en particular nótese que v = d /∆t 2. El trabajo generado, por unidad de tiempo, por la fuerza del viento (igual, por las leyes 2ª y 3ª de Newton, a menos la tasa de cambio en la cantidad de movimiento del aire al pasar por la hélice) sobre el área A:

Nótese que, por la 3ª ley de Newton: Fuerza del viento = - Fuerza sobre el viento = = - m (v2 – v1) /t = Av (v1 – v2) De las ecuaciones (2) y (3) anteriores tenemos que:

y, por tanto, recordando que (a2 – b2) = (a+b) (a-b), que:

Es decir, en el modelo de Betz, y para que las ecuaciones (2) y (3) sean consistentes entre sí, la velocidad del viento en el plano de la hélice (velocidad útil) es la media de las velocidades del viento antes y después de la misma.

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Insertemos este resultado en, por ejemplo, la expresión (2) para la potencia de la turbina, y hagamos el cambio v2 = bv1 (sabemos, de la transparencia anterior, que 0 < b < 1):

El valor máximo para la potencia se obtiene ahora haciendo que nos deja:

De modo que la potencia máxima es (sustituyendo la solución en (5)):

es decir, el coeficiente de potencia máximo (ideal) de una turbina eólica (ver dos transparencias atrás) es:

LIMITE DE BETZ

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4.3. MATERIAL CONSULTADO POR INTERNET (LINKOGRAFÍA):  http://files.redsauce.net/js/pdfjs/web/viewer.html?file=http%3A%2F%2Fmanager.red sauce.net%2FAppController%2Fcommands_RSM%2Fapi%2Fapi_getFile.php%3Fit emID%3D78%26propertyID%3D20%26RStoken%3D59e8ac1045d03e2ff6564c0638 315f38  http://files.redsauce.net/js/pdfjs/web/viewer.html?file=http%3A%2F%2Fmanager.red sauce.net%2FAppController%2Fcommands_RSM%2Fapi%2Fapi_getFile.php%3Fit emID%3D77%26propertyID%3D20%26RStoken%3D59e8ac1045d03e2ff6564c0638 315f38  https://diariocorreo.pe/ciudad/el-7-de-la-poblacion-no-cuenta-con-electricidad622964/

 http://rpp.pe/peru/actualidad/tres-millones-de-personas-aun-carecen-de-energiaelectrica-en-peru-noticia-518940

 https://prezi.com/4tuxzerbznsg/aerogenerador-darrieus/

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4.4. Metodología 1. Materiales - Retazos de madera - Triplay - Cucharas de plástico - Viruta - 2 Rodajes - Varilla de aluminio - Liga - Motores de 12v - Pintura en aerosol - Pintura brillante - Silicona - Estaño - Cables - Micas - Leds

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5. ANEXOS: 5.1. Fotos al elaborar el proyecto:

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