GEA UTFSM Depto. Mecánica Universidad Técnica

UNIVERSIDAD TECNICA
FEDERICO SANTA MARIA
EQUIPOS HIDRAULICOS
TECNOLOGÍA APROPIADA PARA ELEVACIÓN DE AGUA SIN GASTO DE ENERGÍA Y
ELECTRIFICACION RURAL DESARROLLADOS POR GEA U.T.F.S.M
VALPARAÍSO, 26 DE MARZO DEL 2003
1
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
1.INTRODUCCION
El acceso a las fuentes de energía para las poblaciones rurales aisladas es un tema complejo, no
solo por la magnitud del problema (hay cerca de 2000 millones de pobladores rurales en el mundo sin
acceso a este servicio concentrados en los países en desarrollo) o por las grandes cifras de dinero que
su solución requiere sino también por las enormes dificultades existentes desde el punto de vista
operativo. Entre las más importantes se encuentran los altos costos de transacción y la falta de
tecnologías frente a un mercado pobre y aislado, la inexistencia de mecanismos financieros
apropiados, la poca capacidad local para el manejo sostenible de los sistemas de generación o
suministro y la ausencia de un marco legal e institucional apropiado. Precisamente en la Cumbre de la
Tierra en Johannesburgo, Sudáfrica. Uno de los puntos que se obtuvieron como acuerdo para los
próximos años fue el acercamiento de agua potable a los seres humanos que no disponían de ella.
Igualmente se hablo de la importancia del acceso a las vías de comunicación y la red de energía.
Se debe fomentar el uso de energías renovables como opciones energéticas para las zonas rurales
aisladas, y poner particular énfasis en la promoción de la hidro energía a pequeña escala (micro y mini)
como una opción apropiada para facilitar el acceso de un amplio sector de la población rural a la
electricidad. Dicho trabajo debe incluir actividades relacionadas con la tecnología y el manejo
sostenible de pequeños sistemas aislados de generación de energía, entre las más importantes:
estudios de necesidades de energía y capacidades de pago, desarrollo de tecnologías apropiadas y de
bajo costo y su transferencia a talleres locales para crear la capacidad tecnológica nacional, manejo
sostenible y creación de capacidades locales. Dichas actividades deben buscar la eliminación de las
barreras que presenta el acceso a la electricidad para los sectores menos favorecidos.
En el ámbito de la puesta en marcha de proyectos de ayuda al desarrollo y promoción del
desarrollo sostenible, se deben potenciar iniciativas que persigan los siguientes objetivos:
•
•
•
•
Sostenible: que se pueda crear y mantener con los medios que se disponen en la zona.
Económico: que reduzca costos respecto a lo que seria una instalación contratada, pues es
necesario maximizar los recursos otorgados por las subvenciones.
Robusto: debido a las características de la zona es preciso que el mantenimiento sea mínimo y
sencillo.
Generador de recursos económicos: es preciso que no solo se cubran unas necesidades
básicas, sino que su implantación pueda dar soporte a algún taller, puesto artesanal, viveros,
cultivo de hortalizas para venta, etc., con el fin de fomentar el desarrollo sostenible de las
actividades económicas de la zona.
2
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS
2.1 EQUIPOS HIDRÁULICOS, CONFIGURACION DE EQUIPOS DE BOMBEO
Los equipos de bombeo de agua sin gasto de energía utilizan la propia energía del estero,
río o vertiente para ser accionados. Cada equipo es utilizado según las características
geográficas e hídricas particulares del proyecto a realizar.
A continuación se describen los diversos equipos desarrollados y fabricados por GEA
UTFSM para el abastecimiento de agua, aplicados al uso domiciliario o productivo.
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 liquido a colinas, torres de
almacenamiento, riego de chacras, campos, abrevaderos de
animales, etc. Existe en modelos de 1 ½ “ y 3
Ejemplo de rendimiento ariete :
Altura de Rendimiento del
Caudal de
Modelo
Salto
equipo
hidráulico accionamiento bombeo
(litros/dia)
(m)
(litros/ minuto)
(m)
1½“
1
5
10
1200
3”
1
60
10
3000
Ariete hidráulico 1 ½ “
Ariete hidráulico 3“
3
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
La Río-bomba transforma la energía hidráulica del recurso hídrico
(estero o río) en energía mecánica. Esto se logra utilizando como
elemento motor una rueda hidráulica con diversas innovaciones
constructivas y una bomba de desplazamiento positivo,
dimensionada de acuerdo a las necesidades de bombeo y las
características hidráulicas del estero.
Ejemplo de rendimiento:
Salto
hidráulico
(m)
1,5
Caudal de
accionamiento
(litros/ minuto)
300
Altura de
bombeo
(m)
40
Rendimiento del
equipo
(litros/dia)
15.000
Río-bomba
La Turbo-bomba transforma la energía hidráulica del recurso
hídrico en energía mecánica para saltos de agua superiores a
los 8 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.
Ejemplo de rendimiento:
Turbo-bomba
Salto
hidráulico
(m)
8
Caudal de
Accionamiento
(litros/ minuto)
300
Altura de
bombeo
(m)
40
Rendimiento
del equipo
(litros/dia)
70.000
4
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
2.2. CONFIGURACIÓN DE EQUIPOS HIDROELÉCTRICOS
Con relación a los equipos de hidrogeneracion básicos,
existen voltajes en 12 o 220 volt volt para generar potencias
hasta 1000 watt. Su conformación típica consta de un
generador, un rodete tipo Pelton, un voltímetro y un banco
de baterías. Según las fluctuaciones de caudal que sufra el
recurso hidráulico a ocupar, se ofrecerán distintas
cantidades de toberas por equipo.
Equipo básico de hidrogeneracion Pelton
Entre los equipos para generación de 220 Volt con control
manual, se encuentra el grupo hidrogenerador bombaturbina. Está diseñado para entregar diferentes potencias
según la altura o salto disponible. Esta compuesto por una
bomba-turbina, un alternador de 2 ó 3 Kw., machón de
acople, base común, bastidor de transporte y tablero
eléctrico con protecciones.
El equipo debe operar a 1500 r.p.m. constantes. En esas
condiciones el voltaje será de 220 volt.
Tabla de potencias disponibles.
Altura (m)
Equipo de hidrogeneracion con control manual
30
Caudal
(litros / segundo)
18
Potencia
(W)
3000
25
15
2500
20
10
2000
15
8
1000
5
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
Se dispone de equipos standard de hidrogeneracion, con
control automático y mayores potencias, para diversas
posibilidades aplicaciones, como turbinas Pelton, Banki y
Axiales Estos equipos están disponibles en potencias
máximas de hasta 100 kW.
Equipo de hidrogeneracion con control automático
•
•
•
•
•
Todos los equipos mencionados poseen Manuales de Operación, Mantención y Revisión
Todos los equipos mencionados posee una garantía de 1 año.
Disponibilidad del equipo en 45 días.
El costo de los equipos no considera gastos de envío, ni elementos periféricos.
El costo de los equipos será recargado un 10% cuando sean facturados a nombre de la
U.T.F.S.M
6
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
3.- COMO ELEGIR SU EQUIPO HIDRAULICO.
Seleccione su equipo, según:
1.- El caudal de agua disponible en su estero, vertiente o rió.
Esto puede ser determinado, midiendo el tiempo que su recurso hidráulico (estero, río o
vertiente) demorara en llenar un recipiente de volumen conocido como litros / segundo. Asegúrese que
usted tiene más agua de la suficiente para satisfacer los requerimientos de su equipo.
2.-Estime los metros de caída disponible o altura de llenado.
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 hidráulico. Tome la
precaución de que el sitio donde se instalara la maquina tenga un desagüe conveniente ya que estas
salpican agua al operar.
A menudo un arroyo pequeño puede represarse para proporcionar el caudal necesario para el
funcionamiento del equipo hidráulico o la posibilidad de operar mas de un equipo a la vez.
3.-Estime los metros de altura de elevación o de alzamiento requerida.
Esta es la distancia vertical entre donde instalara y el tanque de almacenamiento de agua o
punto del uso. El tanque del almacenamiento puede localizarse en una colina y puede 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.
4.-Estime la cantidad de agua requerida para el tanque del almacenamiento o consumo diario.
Esta es el agua necesitada para su uso en litros por día. Como ejemplo, un consumo normal
por persona es de 100 a 200 litros por día, el jardín usa aproximadamente 200 litros por día. Al
proporcionar el agua para consumo domiciliario es necesario considerar la pureza de la fuente.
Usando estas estimaciones, se puede seleccionarse el equipo indicado de la tabla de
rendimiento anteriores.
Las preguntas con respecto a la conveniencia y selección de equipos hidráulicos para su
proyecto en particular serán contestadas rápidamente por nuestro personal técnico.
7
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
4.TECNOLOGIA APROPIADA
Los equipos de elevación de agua sin gasto de energía, han sido investigados, desarrollados y
probados por GEA U.T.F.S.M en diversas localidades rurales de escasos recursos económicos, en los
cuales se a comprobado su eficiencia y economía, demostrando ser una tecnología apropiada para el
sector rural nacional, en al ámbito del abastecimiento de agua.
Algunas ventajas que poseen estos equipos son:
•
Entrega un abastecimiento de agua eficiente, seguro y económico.
•
No posee costos de funcionamiento.
•
Posee un reducido costo de mantención y para realizarla no se requiere mano de obra
calificada. El costo de mantención anual de estos equipos equivalen a menos del 5% del su
costo total
• Es de fácil traslado y montaje, no se requiere gran inversión en obras civiles que se relacionen
con la instalación del mecanismo en su lugar de trabajo.
• De construcción robusta y sencilla, se asegura una vida de mas de 10 años, mientras se
respeten las mantenciónes preventivas que se indican en el manual de servicio. Estas pueden
ser realizadas por el usuario.
•
La mayoría de los mecanismos y repuestos utilizados para la construcción de estos equipos de
bombeo (rodamientos, sellos, etc.) se encuentran con facilidad en el comercio general, son de
fácil ínter-cambiabilidad y reposición, todo esto, para que el mismo usuario realice las
operaciones requeridas en el proceso de mantención.
•
No genera residuos tóxicos, ni ruidos molestos en su funcionamiento, es amigable con el medio
ambiente.
•
Para potenciar una real transferencia tecnológica, GEA U.T.F.S.M realiza, en cada localidad, la
instalación y capacitación de operarios para todos sus equipos.
8
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables
5. EQUIPO DE TRABAJO
El Grupo de Energías Alternativas (GEA) es una entidad multidisciplinaria que se desarrolla al
interior de la Universidad Técnica Federico Santa María. Formada en el año 2000, GEA UTFSM
investiga, desarrolla, produce tecnologías alternativas para el abastecimiento de agua, electrificación
rural y a la vez ofrece servicios de capacitación y transferencia de tecnologías apropiadas para el
abastecimiento de agua, electrificación rural y el saneamiento ambiental.
Nuestros objetivos son :
- Elevar la calidad de vida del sector rural nacional mediante la creación y aplicación de tecnologías
apropiadas en el abastecimiento de agua y el saneamiento ambiental, fundamentalmente empleando
fuentes de energía renovables (hidráulica, eólica y solar).
- Desarrollar la capacidad de explotación racional de los recursos naturales autóctonos y gratuitos de
cada localidad, manteniendo el equilibrio entre el hombre y la naturaleza.
- Fomentar la cooperación solidaria en el ámbito nacional para alcanzar un desarrollo integral,
sustentable y equitativamente justo.
9
GEA UTFSM Depto. Mecánica
Universidad Técnica Federico Santa Maria
Avenida España 1680 Casilla 110-V Valparaíso Chile
Fono (056) (32) 654015 renovable@mec.utfsm.cl www.mec.utfsm.cl/renovables