PLANEAR

1. Partes del Proyecto

• Fase 1: Diseño
1. Establecer el diseño funcional, estructural y estético del proyecto.
2. Determinar los materiales a utilizar.
• Fase 2: Ubicación
• Establecer el lugar donde sera puesto en funcionamiento el generador
• Fase 3: Construcción
1. Adquirir materiales 
2. Construir hélice
3. Construir generador
4. Construir fachada
5. Ensamblar hélice y generador y verificar funcionamiento
6. Ensamblar todas las partes
• Fase 4: Prueba piloto
1. Realizar prueba piloto previas a la entrega final para identificar fallas u oportunidades de mejora.
• Fase 5: Ajustes
1. Implementar mejoras 
2. Corregir fallas o defectos
• Fase 6: Entrega Final

2. Primer cronograma

MARZO
Lunes	Martes	Miercoles	Jueves	Viernes	Sabado	Domingo
10	11	12	13	14	15	16
17	18	19	20 Se hacen las partes del proyecto y se estructura el cronograma	21	22	23
24	25	26	27 Se buscan experimentos de nuestro principio fisico	28	29	30
31

ABRIL
Lunes	Martes	Miercoles	Jueves	Viernes	Sabado	domingo
	1 Compra de materiales para experimento	2	3 Se hace el experimento del principio físico	4 Adquisición de materiales para el proyecto	5	6
7	8	9	10 Construcción de la hélice	11 Construcción del generador	12	13
14	15	16	17	18	19	20
21	22	23	24 Construcción fachada	25 Construcción fachada	26	27
28	29 ensamble de hélice y generador, verificar funcionamiento	30

MAYO
lunes	martes	miercoles	jueves	viernes	sabado	domingo
			1 ensamblar todas las partes del proyecto	2 Realizar prueba piloto y verificar funcionamiento	3	4
5	6 Implementación de mejoras y solución de fallas	7	8 Segunda prueba piloto	9	10	11
12	13	14	15 Entrega final

3. Presupuesto e Insumos

MATERIAL	CANTIDAD	PRECIO	SUBTOTAL
Cd´s	4	$ 800,00	$ 3.200,00
Pegante	1	$ 8.900,00	$ 8.900,00
Tablas	4	$ 1.500,00	$ 6.000,00
Barra de acero	1	$10.000,00	$ 10.000,00
Cobre 50m	1	$25.000,00	$ 25.000,00
Corchos	1	$ 1.000,00	$ 1.000,00
Cuerda	1	$ 400,00	$ 400,00
		TOTAL	$ 54.500,00

PRINCIPIOS FISICOS

Bernoulli expreso que un fluido sin viscosidad ni rozamiento que circule por un conducto va permanecer constante su energía en todo su recorrido.

Según lo dicho anterior por Bernoulli podemos afirmar que la energía del agua consta de tres componentes:

1.     Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el agua.
2.     Potencial gravitacional: es la energía debido a la altura que el agua posea.
3.     Energía de flujo: es la energía que el agua contiene debido a la presión que posee.

La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.

Donde : 

•  = velocidad del fluido en la sección considerada.
•  = densidad del fluido.
•  = presión a lo largo de la línea de corriente.
•  = aceleración gravitatoria
•  = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

·         Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.

·         Caudal constante

·         Flujo incompresible, donde ρ es constante.

·         La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional

Respecto a las turbinas concluimos que trabajan bajo el principio físico de reacción, debido a que estas aprovechan la fuerza del agua haciendo que las hélices se muevan transformando la energía potencial en energía cinética sin necesidad de instrumentos intermedios.

 

La transformación de energía mecánica a eléctrica se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre el estator de la turbina. Este sistema está basado en la ley de Faraday, quien encontró que cuando un imán se mueve, hace que la electricidad fluya. En un gran generador, electro imanes realizan mediante la circulación de corriente a través de lazos de alambre enrollado alrededor de pilas de láminas de acero magnético. Son los llamados polos de campo, y se montan en el perímetro del rotor. El rotor está unido al eje de la turbina, y gira a una velocidad fija. Cuando el rotor gira, hace que los polos de campo (los electro-imanes) superaren a los conductores montados en el extractor. Esto, a su vez, hace que la electricidad fluya hacia la salida de terminales del generador.

BIBLIOGRAFÍA

• YOUNG, Hugh. FREDDMAN, Roger. Física universitaria. Con física moderna. 12 ed. Pearson Educación. México, 2009. Vol 2.
• Actualizado en 11 de febrero de 2014. Acceso en 13 de febrero de 2014. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_hidráulica
• Acceso en 13 de febrero de 2014: Disponible en: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/EnergiaHidraulica.htm  
• Acceso en 13 de febrero de 2014. Disponible en: http://www.energiahidraulica.com
• Actualizado en 11 de febrero de 2014. Acceso en 13 de febrero de 2014. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)
• Actualizado en 23 de febrero de 2014. Acceso en 27 de febrero del 2014. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico
• Actualizado en 26 de enero de 2014. Acceso en 13 de febrero de 2014. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica
• Actualizado en 6 de diciembre de 2013. Acceso en 27 de febrero de 2014. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotriz
• [Citado en 5 de marzo de 2014]. Disponible en: http://www.elcolombiano.com/BancoConocimiento/R/revocan_licencia_a_proyecto_de_central_hidroelectrica_en_san_carlos/revocan_licencia_a_proyecto_de_central_hidroelectrica_en_san_carlos.asp
• Acceso en 27 de febrero de 2014. Disponible en: http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria21/feria385_01_conservacion_de_la_energia_generador_hidraulico.pdf
•  Acceso en 6 de marzo de 2014. Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/centraleshidroelectricasdecol/centrales_hidroelectricas_de_col.html
• Acceso en 27n de febrero de 2014. Disponible en: http://www.grupoblascabrera.net/datos/ter/hidra/hidra04.htm

CONCLUSIONES

Con respecto a la investigación y lo aprendido en las clases teóricas, se puede saber que la intensidad de luz y los voltios generados dependen de la cantidad de agua que se emplee; pues ésta, a mayor cantidad sale con mayor presión, esta presión hace que la hélice se mueva con más rapidez, conservándose y transformándose, de esta forma la energía que va de potencial: al momento de caer el agua; a cinética: al momento de girar la hélice, y estas dos energías se transforman en mecánica, transformándose dicha energía mecánica a energía eléctrica, a partir del motor generador; puesto que la corriente generada es producida cuando el campo magnético creado por un imán o un electroimán fijo (inductor) atraviesa una bobina rotatoria (inducido) colocada en su seno; es decir, la bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye; la intensidad de corriente será medida por el voltímetro.

Por otro lado podemos decir, que si aumentamos la altura de la caída del agua, caerá esta con mayor presión haciendo girar aun más la rueda, logrando así el encendido del bombillo a mayor intensidad luminosa y obteniendo mayor voltaje.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Energía Hidráulica: Se denomina energía hidráulica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

Como el proyecto se desarrollará dentro del campus universitario, se visitaron varias fuentes hídricas dentro de la universidad con el propósito de elegir la más adecuada para su realización teniendo en cuenta criterios como la comodidad del desplazamiento de las personas a su alrededor. Estas fueron unas de las opciones:

     

Pero se escogió la siguiente

Caudal se define como la cantidad de líquido, expresada en metros cúbicos o litro, que circula a través de cada una de las secciones de una conducción, abierta o cerrada en la unidad de tiempo. La medición práctica del caudal líquido en las diversas obras hidráulicas, tiene una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidráulico como un todo.

Existen diversos procedimientos para la determinación del caudal instantáneo, como su nombre lo dice, es el caudal que se determina en un instante determinado a través de la siguiente fórmula. Se expresa en m³/s.

donde:

Caudal (m3/s)
Es el área transversal (m2)
Es la velocidad lineal promedio. (m/s)

El lugar elegido para llevar a cabo el proyecto fue:

este, como se muestra en la imagen, tiene un ancho de 0.47 m y una profundidad de 0.047 m, por lo tanto su área es de 0.023 m2 .

A=0.022m2

y como se observa en el vídeo, que la bolita de papel recorre la distancia de 1.3 m en un tiempo de 0.7 segundos, decimos que la velocidad de la corriente de agua en ese instante es de 1,85 m/s y que por tanto, el caudal del riachuelo es de:

Q=(0.02209m2)(1.85m/s)

Q=0.041 m3/s

Generador eléctrico es todo dispositivo capaz de ejercer una fuerza electromotriz, es decir, de mantener una diferencia de potencial eléctrica (voltaje) entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales obornes) transformando la energía mecánica en eléctrica.

A pesar de que no sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación, ésta será nuestro punto de partida, es decir, que construiremos un generador primario para convertir en energía eléctrica una energía de otra naturaleza (mecánica) de la que se dispondrá por medio de una corriente hídrica que hará girar una turbina.

INTRODUCCIÓN

En el proyecto se tiene como referencia analizar la energía alterna, es decir la energía que proviene de la naturaleza, para el funcionamiento de diferentes aparatos eléctricos que pueden funcionar con diferentes  fuentes de energía y para el uso de la sociedad. La seleccionada por nuestro grupo es la energía obtenida a través de los recursos hídricos que nos ofrece la naturaleza y mediante un generador que produce energía eléctrica sin causar una mayor alteración a la naturaleza se podría abastecer eléctricamente alguna casa, zona, ciudad o país. Una vez establecidos los principios físicos y conociendo plenamente como la energía potencial del agua se convierte en energía cinética, se destacan los beneficios y debilidades de los generadores hidráulicos, asimismo se conoce los usos que tienen dichos generadores en la sociedad, específicamente en Colombia. En el desarrollo del proyecto se pretende innovar en diseño ingenieril, usos y aprovechamiento de recursos.

El principal problema que aborda este proyecto experimental, es que se puede abastecer de energía eléctrica a una comunidad; aprovechando los grandes caudales de agua que nos ofrecen los ríos, cascadas, o conductos de fluidos alterados. En nuestro caso, por la magnitud del proyecto, se pondrá en práctica el generador el cual deberá encender un bombillo y dejarlo en este estado por aproximadamente cinco minutos. Ahora bien en base a los objetivos planteados se puede decir que dicho generador funciona correctamente, puesto que sí genera energía hidráulica sin mayor problema y sin contaminar el medio ambiente, lo cual resulta beneficioso para las ciudades rurales, ya que el generador puede ser construido en los ríos, caudales, presas de agua etc.

Usos de los generadores hidraulicos en Colombia

Gracias a los recursos hídricos, que en nuestro país sobran, se pudo constituir una gran infraestructura en varios puntos de nuestro país que abastecen eléctricamente una gran parte de nuestro país.

El sector eléctrico en Colombia está mayormente dominado por generación de energía hidráulica (64% de la producción) y generación térmica (33%). No obstante, el gran potencial del país en nuevas tecnologías de energía renovable (principalmente eólica, solar y biomasa) apenas si ha sido explorado.

Un claro ejemplo de una hidroeléctrica es el que se muestra a continuacìón:

Otro importante usos de los generadores electricos hidraulicos es en micro-turbinas que pueden ser de fácil transporte. Esta es usada principalmente en algunas fábricas para no parar procesos de producción, adicional a esto puede tener usos particulares o independientes.

En Colombia podemos observar un gran proyecto hidráulico construido en el departamento de Antioquia, entre los que se encuentran:

PROYECTO HIDROELÉCTRICO RIO GRANDE 
El proyecto hidroeléctrico Rio Grande, está localizado en la cuenca del río Grande, la cual a su vez, hace parte de la hoya hidrográfica del río Porce. Dicha cuenca está situada en la zona central del departamento de Antioquia, en jurisdicción de los municipios de San Pedro, Entreríos, Belmira, Don Matías y Santa Rosa de Osos.

El objetivo principal de este aprovechamiento es atender la demanda del acueducto metropolitano de Medellín, adicionalmente, se tiene la generación de energía mediante el aprovechamiento de la diferencia de altura de 900 m, existente entre la altiplanicie del río Grande y el Valle de Aburrá.

Área inundada por el embalse: 1100 Ha.

Capacidad del embalse: 200 Mm³, volumen útil: 110Mm³. 
El embalse se forma gracias al represamiento de los ríos Grande y Chico mediante la construcción de una presa sobre el río Grande, localizada 2.0 km aguas abajo de la confluencia de estos ríos.  Una estructura de captación se encarga de tomar y distribuir las aguas a los túneles que las conducen a las centrales de La Tasajera y Niquía. Los túneles tienen 7.2 y 16.4 km de longitud respectivamente.

PROYECTO HIDROELÉCTRICO PLAYAS 
Localizado en el departamento de Antioquia, a 120 km de Medellín por carretera. Sus obras e instalaciones están en jurisdicción de los municipios de San Rafael y San Carlos y su cuenca hidrográfica comprende también territorios del municipio de Guatapé.

El proyecto forma parte del aprovechamiento hidroeléctrico de los ríos Nare y Guatapé, el cual está formado por 4 centrales:  sobre el río Nare: Guatapé (560 MW) y Jaguas (170 MW); y sobre el río Guatapé: Playas (200 MW) y San Carlos (1.240MW).

Aprovecha las aguas y condiciones topográficas de las cuencas de estos ríos así: el río Nare, de su primer embalse de regulación "El Peñol", permite desviar un caudal de 45 m³/s al río Guatapé a través de la central hidroeléctrica de Guatapé; adicionalmente, de su segundo embalse de San Lorenzo, permite desviar un caudal medio de 39 m³/s también al río Guatapé a través de la central hidroeléctrica de Jaguas. Los caudales anteriores, adicionados al caudal propio aportado por la cuenca del río Guatapé, el cual es de 29 m³/s y regulados por el embalse Playas, permite utilizar un caudal medio de 112 m³/s y una cabeza neta de 176 m, en la central hidroeléctrica Playa con capacidad instalada de 200MW en 3 unidades, para producir 1.450 GWh de energía al año.

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