INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE XALAPA

Sistema de mini hidrulica para zonas rurales de difcil acceso en el estado de veracruz

TALLER DE INVESTIGACIN I

A, 22 DE NOVIEMBRE DEL 2012 XALAPA, VER.

indic

03 INTRODUCCIN

04 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

04 TIPO DE INVESTIGACIN

04 HIPTESIS Y VARIABLES

05 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

06 JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN

06 IMPACTO SOCIAL

06 IMPACTO TECNOLOGICO

07 IMPACTO ECONMICO

07 IMPACTO AMBIENTAL

07 VIABILIDAD DE LA INVESTIGACIN

07 PROCESO DE CONSTRUCCIN

16 VALIDACION DE PARMETROS

16 ANLISIS DE ALTERNATIVAS

16 VALIDACIN DE PROCEDIMIENTOS

17 RECURSOS FINANCIEROS Y HUMANOS

18 CONCLUSIN

INTRODUCCION

Pensemos en los muchos beneficios de agua presentes en nuestro paisaje, que se han venido utilizando para procesar el cafe; estos usos han estado presentes en el medio rural de nuestro pas durante muchos aos y resultan familiares a la poblacin, ya que forman parte de las costumbres de nuestros abuelos.

Actualmente, el uso ms comn de la fuerza hidrulica es la produccin de energa elctrica, al menos en los pases industrializados: casi un siglo y medio de aplicaciones industriales en esta direccin, con la realizacin de obras y centrales de cierta importancia, incluso desde el punto de vista arquitectnico, han ayudado a consolidar en nuestra mente la idea de aprovechamiento de un recurso disponible de una forma limpia.

En los ltimos aos se esta introduciendo lo que es la mini-hidroelctrica, esto esta definido por su produccin que segn la Organizacin Latinoamericana de Energa clasifica las centrales generadoras, segn su tamao, en: microcentrales hasta un lmite de 50 KW, minicentrales de 50 a 500 KW y pequeas centrales hidroelctricas de 500 a 5,000 KW.

Los sistemas hidroelctricos relativamente pequeos pueden abastecer de energa a pequeos poblados. La fuente de agua puede ser un arroyo, un canal u otra forma de corriente que pueda suministrar la cantidad y la presin de agua necesarias, a travs de la tubera de alimentacin, para establecer la operacin del sistema hidroelctrico.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se sabe de antemano, que la geografa del estado de Veracruz es, en su mayora montaosa y rocosa, lo cual dificulta el acceso, a diversas comunidades incrustadas en las montaas de ese estado, por lo cual debido a esta situacin son privadas de varios servicios de primera necesidad, como lo es: la comunicacin va telefnica, carreteras, servicios de salud y energa elctrica.

Por lo general, en los pocos pueblos que cuentan con el servicio de energa elctrica, el costo de esta es un poco elevado, y el pago de este, debe ser realizado en pueblos o ciudades cercanos. Esto es un obstculo para los lugareos, ya que se tienen que desplazar por varias horas, para cumplir con el pago de dicho servicio.

Lo que ocasiona el atraso en el pago, que por lo consiguiente esto se deriva en una sancin de, una multa y el corte de dicho servicio.

TIPO DE INVESTIGACIN A UTILIZAR EN EL ESTUDIO

Bsicamente la investigacin realizada, es documental, extrada de la red, ya que este tema que se aborda, es prcticamente nuevo en la tecnologa nacional.

Por lo tanto la investigacin en libros, revistas, fichas bibliogrficas y peridicos, se descarto desde un principio.

HIPTESIS

Con la implementacin de sistemas de mini-hidrulica, se estara introduciendo el servicio de energa elctrica, a prcticamente todas las zonas rurales de difcil acceso en el estado de Veracruz, y aun bajo costo. Tambin tendra un impacto ambiental relativa mente bajo, y generara empleo a los mismos habitantes de las comunidades beneficiadas.

VARIABLES

INDEPENDIENTE

Localizacin de las zonas rurales, de difcil acceso, que no cuentan con el servicio de energa elctrica.DEPENDIENTES

*Sondeo en la comunidad para observar la factibilidad de la instalacin de la central mini-hidrulica.

Localizacin de cuerpos de agua cercanos ala comunidad. Estudio de los cuerpos de agua cercanos ala comunidad. Estudio del terreno para la localizacin de la central.OBJETIVO

ESPECIFICO

El desarroll del estado de Veracruz, disminuyendo la marginacin en los pueblos, con la introduccin de energa elctrica, en las zonas rurales de difcil acceso, que no cuentan con este servicio, utilizando la generacin de energa elctrica limpia, que utilizando el recurso natural como lo es el agua, sin contaminarla, sin emitir gases txicos al ambiente ,sin agotar recursos naturales no renovables y sobretodo sin ocasionar un gran impacto negativo al medio ambiente en la zona.

GENERAL

La utilizacin de nuevas tecnologas que impulsan la disminucin del impacto negativo al medio ambiente.

La introduccin de energa elctrica en zonas que no cuentan con ella pa que con ello aumenten su nivel social.

Utilizacin de los recursos naturales al mximo sin ocasionar un dao en ellos.

JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN

Esta investigacin fue iniciada, con la finalidad de aumentar el nivel de vida, en la zonas mas marginadas del estado de Veracruz, introduciendo energa elctrica, siendo este servicio, una puerta, para la introduccin de otros servicios, de carcter de primera necesidad como lo son la salud y educacin, impulsando con ello, la construccin dentro de estas comunidades, centros de salud y escuelas, para las cuales es necesaria la electricidad, para su buen funcionamiento.

IMPACTO SOCIAL

El aumento del nivel social en la comunidad beneficiado se a si a los habitantes en lo sigiente:

En la apertura de servicios de primera necesidad como son salud y educacin. Laboral: con la introduccin de herramienta elctrica para la facilitar el trabajo al hombre. Turstica: fomentara la apertura de negocios tursticos con gran ventaja de los recursos naturales disponibles.IMPACTO TECNOLOGICO

Se fomenta la investigacin, el desarrollo e implementacin de las nuevas tecnologas ambientalistas.

IMPACTO ECONOMICO

A nivel econmico el impacto ser favorable ya que se reducir el costo de este servicio en caso de contar con el y la generacin de 30 empleos temporales en un plazo aproximado de 12 meses y de 5 empleos por tiempo indefinido con habitantes de la misma localidad.

IMPACTO AMBIENTAL

Con respecto a el medio ambiente, en comparacin con las grandes hidroelctricas, situadas en el pas, estas centrales mini-hidroelctricas tratan de aprovechar al mximo los recursos naturales, con los que se cuenta, sin afectarlos en su equilibrio de ecosistema.

A dems fomenta el cuidado de los recursos, tanto para el buen funcionamiento de la central, a si tambin como el cuidado del medio ambiente.

VIABILIDAD DE LA INVESTIGACIN

Afortunadamente no se encontr ningn tipo de obstculo, en la realizacin de esta investigacin, ya que se contaba con lo necesario para realizarlo, tanto el tiempo como el acceso ala red de la cual se baso prcticamente este documento.

PROCESO DE CONSTRUCCION

Los sistemas hidroelctricos relativamente pequeos pueden abastecer de energa a pequeos poblados. La fuente de agua puede ser un arroyo, un canal u otra forma de corriente que pueda suministrar la cantidad y la presin de agua necesarias, a travs de la tubera de alimentacin, para establecer la operacin del sistema hidroelctrico.

Una vez que el agua de un caudal se confina en la tubera de alimentacin, es inyectada sobre las aletas de la turbina en el otro extremo. La turbina, a su vez, impulsa el generador y se produce energa elctrica. Hay tres tipos principales de turbinas, las Pelton, las Kaplan y las Francis, siendo las del tipo Pelton las ms populares debido a su versatilidad para operar en amplios rangos de caudales y presiones. Tpicamente, en hidroenerga, se asume que se producir mayor potencia cuando la presin dinmica (cuando el agua est siendo usada) es igual a las dos terceras partes de la presin esttica (cuando el sistema est cerrado y no hay flujo).

Los caudales que forman riachuelos y cascadas en las montaas pueden aprovecharse para impulsar turbinas y generar energa elctrica. La Organizacin Latinoamericana de Energa clasifica las centrales generadoras, segn su tamao, en: microcentrales hasta un lmite de 50 KW, minicentrales de 50 a 500 KW y pequeas centrales hidroelctricas de 500 a 5,000 KW.

La produccin de energa elctrica a travs del aprovechamiento de la fuerza del agua forma parte de nuestra cultura como un medio normal, seguro y consolidado de producir energa (tanto mecnica como elctrica).

Actualmente, el uso ms comn de la fuerza hidrulica es la produccin de energa elctrica, al menos en los pases industrializados: casi un siglo y medio de aplicaciones industriales en esta direccin, con la realizacin de obras y centrales de cierta importancia, incluso desde el punto de vista arquitectnico, han ayudado a consolidar en nuestra mente la idea de aprovechamiento de un recurso disponible de una forma limpia.

Sin embargo, algunas centrales hidroelctricas, especialmente las de gran tamao, con embalses de millones de metros cbicos de agua, tienen impacto negativos sobre el medio ambiente. Actualmente se estn escuchando voces en contra de las energas renovables.

Por desgracia, a menudo no se produce un dilogo entre las partes interesadas, que permita contrastar el impacto real producido sobre el territorio, con el beneficio en trminos de disminucin de emisiones contaminantes: este clima puede perjudicar el desarrollo de las fuentes renovables, tales como la mini-hidrulica, que en otros pases son fomentadas precisamente por las asociaciones ecologistas.

En este sentido, las Administraciones Pblicas y los profesionales tienen un papel importante en el aprovechamiento de las oportunidades que ofrece el desarrollo de las fuentes de energas renovables: por una parte, los directivos responsables de la imposicin de las directrices en los mbitos de la energa, el medio ambiente y el territorio tienen la posibilidad de favorecer la implantacin de pequeas instalaciones de fuentes de energas renovables, a travs de los instrumentos de la programacin, de facilitar de los trmites de autorizacin, de la asignacin de fondos, y de la adhesin a proyectos e iniciativas de programacin local.

Por otra parte, los profesionales tienen la tarea de investigar sobre la potencialidad que ofrece el territorio, estudiar cmo integrar estos sistemas en el medio local, disear proyectos-piloto que ayuden a definir y difundir unos estndares aplicables localmente.

La mini-hidrulica

De forma ms especifica, una instalacin hidroelctrica consta de los siguientes componentes:

- sistemas de toma de agua, cuya configuracin depende de la tipologa del curso de agua interceptado y de la orografa de la zona; - sistemas de filtracin, para la eliminacin de cuerpos en suspensin en el agua; su tipologa incluida su mayor o menor automatizacin depende del caudal derivado y de la entidad de los slidos transportados por el flujo hdrico; - sistemas de conduccin de las aguas formados por canales o conductos forzados segn la orografa y por consiguiente la tipologa de instalacin, con un mayor o menor salto; - edificio central, que contiene los sistemas electromecnicos: grupo turbina-alternador, transformador, contadores, cuadros elctricos y sistemas de control;Segn la terminologa utilizada a nivel internacional, se denominan microcentrales aquellas centrales de potencia inferior a 100 kW.

La potencia de una instalacin se define, como ya se ha visto, por el producto del caudal y del salto. Aunque se puede obtener la misma potencia en sistemas que utilizan un gran caudal y saltos pequeos que en las que utilizan saltos grandes y caudales pequeos, las microcentrales (que producen bajas potencias) aprovechan normalmente caudales reducidos sobre saltos modestos.

Adems, la potencia que se puede obtener de una instalacin, a igualdad de caudal y salto, depende del rendimiento global de transformacin: para un clculo aproximado del rendimiento de un microsistema se aconseja hacer referencia a un rendimiento global inferior al que normalmente se utiliza en las instalaciones de gran tamao, considerando un h global comprendido entre 0,5 y 0,7.

En lneas generales, los microsistemas hidroelctricos pueden ser a baja o alta prevalencia, pueden ser de agua fluente o de flujo regulado y, finalmente, pueden ser instalados directamente sobre el curso de agua o colocados sobre obras adecuadas de derivacin del flujo.

En general, para este tipo de sistemas se utilizan turbinas Pelton o de flujo cruzado, que se adaptan mejor al aprovechamiento del potencial de caudales generalmente limitados.

Como se ver a continuacin, la eleccin de la turbina adecuada se realiza a travs de normogramas en los que la introduccin de los datos de proyecto (salto y caudal de agua disponibles) permite extrapolar la tipologa de turbina ms adecuada y el tamao en trminos de potencia.

Cada turbina tiene su propio rendimiento, en funcin del rgimen de utilizacin de la misma.

Maquinaria para la minihidralica

Micro turbina PeltonEs una turbina de accin, adecuada para sistemas con salto alto, hasta unos centenares de metros. Es muy parecida a las turbinas utilizadas en los sistemas de tamao ms grande y puede ser de eje horizontal o vertical, con hasta 6 chorros y palas de doble cuchara. Generalmente todas las partes mecnicas principales estn hechas de acero inoxidable.

Ventajas:

funciona a la presin atmosfrica (no ofrece problemas de estanqueidad o de cavitacin); de fcil y slida construccin, ocupa poco espacio y tiene un rendimiento ptimo; el nmero de giros relativamente bajo (adaptable a saltos de agua incluso muy elevados).

Criba para tratamiento de aguas o filtro

Tamiz separador para agua o filtro

Los tamices separadores para agua o filtro ayudan a eliminar la contaminacin, mejorando as la calidad del producto. La serie Self-Cleaning Russell Eco Filter 900 elimina la contaminacin de gran tamao a partir de 10 micras, proporcionando de manera consistente tasas de flujo altas sin la necesidad de control por parte de un operario. Esta serie tiene la capacidad de manejar grandes volmenes de material adems de tener un diseo incorporado.

Otros tamices separadores para tratamiento de aguas o filtro disponibles:

Separacin de slidos y lquidos estas mquinas se utilizan para eliminar los slidos de lodos lquidos.

Aplicaciones

La energa hidroelctrica se puede utilizar en las siguientes aplicaciones:

Sistemas off-grid o stand-alone: sistemas no conectados a la red. Normalmente se trata de pico-centrales al servicio de usuarios que consumen pocos kilowatios.- Sistemas on-grid o grid-connected: sistemas conectados a la red elctrica. Normalmente son micro-sistemas creados para el autoconsumo que pueden ceder la energa sobrante producida a la red.

Los sistemas de micro-hidralica pueden utilizarse en todos los casos en los que haga falta un suministro de energa y est disponible un curso de agua, aunque sea pequeo, con un salto incluso de pocos metros. En esos casos, la introduccin de sistemas de utilizacin de las aguas tiene un impacto reducido ya que no se modifica el uso mayoritario del curso de agua, que puede ser vital para el suministro de zonas aisladas.

Una aplicacin bastante til para los sistemas hidrulicos de tamao muy pequeo es su utilizacin en reas de montaa, que son de difcil acceso y en las que existen dificultades se suministro por la red elctrica. En estas zonas existe un elevado potencial para construir o restaurar minicentrales en cursos de agua de rgimen torrencial o permanente, que se utilizan para el suministro de pequeas comunidades locales o granjas y hoteles aislados, y que son gestionadas en el marco de una planificacin territorial que aboga por la proteccin y conservacin del territorio, la produccin dispersa respecto a la concentrada, convencional y de gran tamao.

Desde el punto de vista operativo, los sistemas actuales tienen la ventaja de su facilidad de gestin, gracias la introduccin del telecontrol y del mando a distancia, lo que supone tambin un ahorro del personal de gestin, cuya intervencin se limita a la manutencin ordinaria y extraordinaria.

Para la minihidrulica se utilizan tambin pequeos cursos de agua, regueros y torrentes, con aplicaciones mnimamente invasivas (turbina-alternador estancos, insertados directamente en el cauce del curso de agua con el cable de la energa elctrica generalmente de corriente continua que llega directamente al refugio o a la cabaa), que se insertan en el entorno natural sin necesidad de obras de infraestructura y de control y consiguen proporcionar una aportacin extra de unos kW, a menudo suficientes para alimentar una nevera, una radio trasmisora y receptora o la iluminacin de un refugio o de una cabaa alpina.

Otro sector de aplicacin cada vez ms desarrollado es la llamada recuperacin energtica. En general, en los sistemas de tipo disipador, como puntos de control y regulacin del caudal (diques de desconexin, aliviaderos, presas, divisores, portillos) con presencia de saltos, es posible instalar una turbina con el fin de recuperar energa de la corriente.

En la prctica, la realizacin de una micro instalacin en un sistema hdrico de este tipo es viable econmicamente si los conductos ya existen y en los casos en los que los saltos y los caudales sean grandes.

Los sistemas hdricos en los que existe esta posibilidad son muchos:

- acueductos locales o redes de acueductos complejas;

- sistemas hdricos de uso mltiple (agua potable, industrial, de riego, recreativo, etc.);

- sistemas de canales de bonificacin y de riego;

- canales o conductos de reflujo para los desbordamientos de caudal;

- circuitos de enfriamiento de condensadores de sistemas con motores trmicos.

Algunas aplicaciones prevn la realizacin de sistemas hidroelctricos de produccin con bombeo, que hacen funcionar el generador como un motor y permiten durante la noche, cuando la disponibilidad energtica es mayor, bombear el agua de un embalse inferior al superior.

VALIDACIN DE PARMETROS

La solucin mas viable encontrada para el problema expuesto fue la generacin de electricidad por medio de una central mini-elctrica ya que aprovechando los recursos naturales disponibles y sin afectar al medioambiente cumple favorablemente ala solucion del problema a un menor costo.

ANLISIS DE ALTERNATIVAS

Para enfrentar el problema, por el cual se inicio la investigacin, se obtuvieron varias opciones, de las cuales se fueron descartando conforme se clasificaron, y atendiendo los siguientes puntos: generadores de electricidad, bajo impacto ambiental, funcionalidad a bajo costo, generacin de empleos, larga vida del equipo y por ultimo aprovechamiento de los recursos naturales disponibles.

Las opciones de generacin elctrica ambientales que se consideraron y se descartaron despus de un anlisis fueron: elica, solar, con biodiesel y geotrmica.

VALIDACIN DE PROCEDIMIENTOS

Los procedimientos para la instalacin de la central mini-hidroelctrica son los siguientes:

Zona rural de difcil acceso Que no cuenten con el servicio de energa elctrica o en caso de contar con ella que su costo se por encima de lo normal de la zona. Contar con cuerpos de agua cercanos ya sean cascadas, ros o riachuelos, a no mas de 10 kilmetros fuera de la poblacin a beneficiar. Aceptacin del proyecto en la poblacin. Participacin de la poblacin para ser empleados en la central.RECURSOS FINANCIEROS Y HUMANOS

Bueno el costo de la realizacin del proyecto es desconocida ya que este varia en cada comunidad debido a su situacin particular.

El costo es dependiente de:

* La ubicacin de la central (compra del terreno).

* La dimensin de la central el cual se basa a la necesidad de la comunidad y al cuerpo de agua a utilizar.

* El costo de la turbina, generador y transformador.

La amplitud de la red de suministro a los hogares y en caso de tenerlo se anula este costo. Capacitacin de los operarios de la central.Y la lista puede aumentar o disminuir dependiendo de la situacin particular de la comunidad.

CONCLUSIN

La realizacin de este proyecto en el estado de Veracruz lo llevara a su mejoramiento en cuanto infraestructura elctrica y aumento en su nivel social en las comunidades beneficiadas.

Tambin reducir la carga a las grades centrales elctricas que no son limpias como lo son las termoelctricas y nucleoelctricas, lo que conlleva a menor la contaminacin al medio ambiente.

La instalacin de la central provocara tambin con la limpieza del agua que se utilizara en ella ya que se tiene ubicado en ella un filtro el cual limpia el agua introducida filtradola para no afectarla con ningn otro tratamiento como lo asen las termoelctrica y nucleoelctricas las cuales tratan el agua evaporando lo que ocasiona la eliminacin de los minerales depositados en ella y necesarias para generar vida.

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