escuela profesional de ingeniería en energía - Repositorio UNS

A mis padres: José Oliva y Francisco Vilchez por su incansable esfuerzo en brindar una educación de calidad, por su apoyo incondicional en todos los períodos de mi vida y sobre todo. A mi esposa Liliana Llaure y mi hija Sofia Oliva por su valiosa compañía y motivación en el desarrollo de este proyecto.

INTRODUCCIÓN

• REALIDAD PROBLEMÁTICA
• ANTECEDENTES
• FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
• OBJETIVOS
• Objetivo General
• Objetivos específicos
• FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
• JUSTIFICACIÓN
• LIMITACIONES DEL TRABAJO

Así, en esta investigación se ha realizado un estudio del aprovechamiento del recurso hídrico existente en un canal para la producción de electricidad de bajo consumo energético en el distrito de Guadalupito, exactamente uno de los canales de la zona denominada Canal Alto. ¿Cuál es el potencial del recurso hídrico existente en el cauce superior del distrito de Guadalupito para su aprovechamiento para la generación de energía eléctrica de baja potencia?

MARCO TEÓRICO

GENERALIDADES SOBRE IRRIGACIÓN Y CANALES DE RIEGO

• Potencial en canales de riego del Perú para generación hidroeléctrica
• Irrigación
• Canales de riego

Según Barreto (2015), el objetivo principal de los canales es transportar agua, que suele ser un flujo abierto, además de funcionar por gravedad y estar sujeto únicamente a la presión atmosférica. Los canales pueden transportar cantidades de agua desde varios litros por segundo hasta varios metros cúbicos por segundo.

GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA

• Generación hidroeléctrica
• Principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica
• Clasificación de las centrales hidroeléctricas

Actualmente también se discute sobre centrales picohidráulicas (pCH), cuya capacidad de generación es menor o igual a 5 kW (Lahimer, et al., 2012). Consiste en el exceso de energía utilizada durante los periodos de bajo consumo para mover bombas que toman agua de un embalse inferior de la CH y la entregan al propio embalse de la central, a un nivel superior.

DETERMINACIÓN DE POTENCIAL HIDROENERGÉTICO

• Métodos de medición de flujo
• Métodos de medición de altura
• Potencial hidrocinético

La velocidad del flujo de agua se mide utilizando una hélice calibrada que forma parte del medidor de flujo y mide el área de superficie para estimar el flujo. Se basa en el principio de vasos comunicantes; Consiste en llenar la manguera con agua y registrar su altura, determinada por el nivel del agua, mediante una regla.

CURVA DE DURACIÓN DE CAUDALES

• Curva de duración de caudales
• Método tradicional de construcción de CDC – U.S. Geological Survey
• Selección de caudal de diseño de la turbina hidráulica según CDC

Salazar (2016) señala que el CDC es un indicador del comportamiento del flujo volumétrico de agua en un año típico, por lo que el área bajo la curva de duración del flujo es igual al volumen promedio de agua transportado durante un año y cuando este Si se divide la cantidad obtenida por el número de días del período correspondiente (normalmente un año), se obtendrá el caudal medio diario. Para el flujo de diseño se deben considerar dos escenarios: un sistema con soporte de red (On - grid) o aislado (isla o Off Grid); En el primer caso la confiabilidad es mayor y el diseño puede considerar un mayor caudal (consecuentemente menor probabilidad de desbordamiento), en el segundo caso se debe considerar una mayor probabilidad de permanencia.

PICO CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

• Componentes de pico central hidroeléctrica
• Ventajas y desventajas de las pCH
• Zonas de demanda para pCH

Es una fuente de energía limpia, sostenible y renovable con mínimo impacto ambiental porque no requiere grandes embalses (Energypedia, 2016). Las picoturbinas hidráulicas se consideran un buen dispositivo de recuperación de energía porque pueden funcionar con altura y caudal muy bajos.

POTENCIALES SITIOS CON RECURSO HÍDRICO PARA GENERACIÓN DE

Los sistemas de tuberías, como por ejemplo los de circulación de agua para refrigeración industrial, la red de suministro de agua potable y las tuberías de suministro de agua de centrales hidroeléctricas, presentan sobrepresiones que pueden aprovecharse para generar energía eléctrica. Por otro lado, Botto et al., citado por Zhou & Deng (2017), consideró la tecnología de turbinas hidráulicas hidrocinéticas aplicables a pequeños canales como un gran avance en la producción de energía amigable con el medio ambiente, y también analizó las bases de las tecnologías utilizadas. datos del canal. de riego regional del Piamonte (noroeste de Italia) para controlar la producción energética potencial de ese recurso.

TURBINAS HIDRÁULICAS

• Turbina hidráulica
• Clasificación de las turbinas hidráulicas

Medina & Sigchi (2021) afirman que estas turbinas solo utilizan la energía cinética del flujo de agua y que esta es transferida al rodete. Medina y Sigchi (2021) afirman que estas turbinas utilizan la energía de presión cuando el fluido pasa a través de las palas del rotor y, por lo tanto, utilizan tanto la energía cinética como la de presión del fluido.

TURBINAS PICO HIDRÁULICAS

• Turbina de flujo transversal (TFC)
• Turbina hélice
• PowerPal
• Turbina Nautilus ULH
• Bombas como turbinas (PAT)
• Turbina tornillo de Arquímedes (AST)
• Unidad tipo espiral PicoPica
• Turbina de vórtice gravitacional
• Turbina hidrocinética – turbina Ampair UW100

Myint, Aye y Pa (2014) afirman que las turbinas de flujo axial son turbinas y hélices Kaplan. La turbina propulsora es una turbina de reacción utilizada para alturas entre 2 y 40 m.

SELECCIÓN DE TURBINA PICO HIDRÁULICA

Dentro de los criterios cuantitativos se tienen en cuenta la altura, el caudal, la eficiencia del molino y la potencia de producción. Sobre los criterios cualitativos, la accesibilidad al sitio, el nivel de trabajo, el nivel de mantenimiento requerido de la máquina, la disponibilidad de material para la construcción de la turbina, la extensión de las obras de construcción, entre otros. Dado que al momento de seleccionar una turbina es importante analizar la variabilidad de la eficiencia con respecto a la carga parcial a la que estará sometida la máquina al momento de su puesta en marcha, es conveniente presentar el siguiente gráfico.

DISEÑO DE TURBINA MICHEL BANKI

• Parámetros principales de diseño
• Triángulo de velocidades
• Número de álabes
• Geometría del rodete
• Geometría del inyector
• Geometría del álabe

Ns: número específico de revoluciones en función de la potencia P: fuerza de frenado de la turbina en C.V. La forma típica de un diagrama de velocidad para una turbina Michell-Banki se ilustra en la siguiente figura: Para construir este diagrama o triángulo de velocidad es necesario aplicar la ecuación de Bernoulli al flujo de agua entre la superficie del depósito de agua y el inyector. salida. Medina & Sigchi (2021) afirman que existen los siguientes parámetros que determinan la geometría de la pala del rotor TFC.

TUBERÍA FORZADA

• Cálculo preliminar del diámetro interno
• Cálculo de pérdidas por fricción

GENERADORES ELÉCTRICOS

• Generador de inducción o jaula de ardilla
• Generador síncrono de imanes permanentes

Los generadores basados ​​en máquinas de imanes permanentes son muy adecuados para condiciones de velocidad lenta y variable porque su funcionamiento puede mantenerse a diferentes velocidades de rotación. Recientemente se ha demostrado que un tipo de generador de imanes permanentes de flujo axial se puede mejorar para proporcionar las siguientes ventajas: mantenimiento mínimo, ausencia de problemas térmicos en las bobinas, alta eficiencia a velocidades más bajas y costo mejorado de generación de energía. Sin embargo, los generadores de imanes permanentes tienen desventajas relacionadas con la degradación magnética; es decir, la excitación es fija y por tanto el voltaje de salida varía con la carga.

MATERIALES Y METODOLOGÍA

• MATERIALES
• Materiales
• Equipos
• Softwares
• METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
• Generalidades del recurso hídrico y alrededores
• Determinación del potencial del recurso hídrico
• Análisis de la potencia hidrocinética disponible
• Evaluación de las posibles tecnologías de aprovechamiento
• Selección y dimensionamiento de la tecnología más adecuada
• DISEÑO
• POBLACIÓN Y MUESTRA

Para determinar la curva de duración del flujo se utilizó el método tradicional del marco teórico, que a su vez utilizó la relación para el cálculo del porcentaje de excedencia según la ecuación 9. Los siguientes criterios cualitativos se consideran cruciales para el dimensionamiento de la tecnología. posible explotación del recurso. El dimensionamiento de la tecnología correspondiente se basa en cálculos matemáticos y se describe en detalle en el siguiente capítulo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CURVA DE DURACIÓN DE CAUDALES

• Cálculo de velocidad de flujo
• Cálculo de caudal diario promedio
• Cálculos para elaborar CDC
• CDC – Punto 2

La Figura 18 muestra CDC del flujo de agua en el punto 1 con abscisas en días. A continuación se muestra el CDC expresado en base al porcentaje de exceso de caudal de agua en el punto 1, así como los percentiles correspondientes de dicha curva. A continuación se muestra el CDC expresado en base al porcentaje de exceso de caudal de agua en el punto 2, así como los percentiles correspondientes de dicha curva.

VARIACIÓN DE CAUDAL MEDIO, MÍNIMO Y MÁXIMO MENSUAL

A continuación se detallan las variaciones mensuales de los caudales promedio, mínimo y máximo para el punto 2. Caudales mensuales máximos, mínimos y promedio2 Caudales mensuales máximos, mínimos y promedio - punto 2 Mes Qmax (L/s) Qmin (L/s ) Qmed (L / s) . VARIACIÓN DE VELOCIDAD MEDIA, MÍNIMA Y MÁXIMA MENSUALES Ahora se muestran las variaciones de velocidad promedio, mínima y máxima mensuales.

VARIACIÓN DE VELOCIDAD MEDIA, MÍNIMA Y MÁXIMA MENSUAL76

Finalmente, se presentan los cambios mensuales de la velocidad promedio, mínima y máxima para el punto 2. Según la Figura 30, se midieron las diferencias disponibles entre el flujo de agua en la entrada al portón de entrada y el punto de entrada teórico. instalación.

SELECCIÓN DE TURBINA

ALTURA NETA

• Cálculo de pérdidas en tubería forzada
• Altura neta

Para calcular las pérdidas por fricción, necesitamos el factor de fricción para el cual necesitamos el número de Reynolds, por lo tanto tenemos. Dado que las pérdidas son del orden del 5%, el diámetro de tubería inicialmente seleccionado es fijo. Una vez calculadas las pérdidas mayores, se restan de la altura bruta: H m y considerando las pérdidas menores como porcentaje mínimo de la altura bruta disponible, la altura neta será igual a.

DISEÑO DE TFC PARA APROVECHAMIENTO EN PUNTO 1

• Parámetros principales de diseño
• Triángulo de velocidades en el rodete
• Geometría del rodete
• Geometría del inyector
• Geometría del álabe
• Potencia de generación

Las eficiencias de transmisión ηtr y el generador ηG se toman como eficiencia de transmisión ηtr = 0,93.

PICOPICA 10 PARA APROVECHAMIENTO EN PUNTO 2

POSIBLES CARGAS PARA SISTEMAS DIMENSIONADOS

RESUMEN DE RESULTADOS

DISCUSIONES

• SOBRE LA CURVA DE DURACIÓN DE CAUDALES
• POTENCIAL HIDROCINÉTICO
• TECNOLOGÍA PARA GENERACIÓN PICOHIDROELÉCTRICA
• POTENCIALES APROVECHAMIENTOS

Según las Tablas 12 y 13, el punto 1 presenta mejores condiciones para la aplicación hidrocinética con caudales de agua promedio disponibles de 1,10 m/s a 1,30 m/s. Al implementar una central hidroeléctrica con carga pico que aproveche el recurso hídrico estudiado, se debe recordar que el punto 1 tiene un caudal acompañado de una caída, mientras que el punto 2 no tiene esta característica. Si bien es cierto, el punto 2 no presenta caída ni efecto hidrocinético significativo, pero se puede producir energía con la turbina picopica10, una potencia de 10 W.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Fue posible imaginar el uso y aplicación de la turbina del tamaño: la TFC, está disponible para impulsar cargas residenciales de forma autónoma, para alimentar parcialmente una carga comercial (recreación rural) o para proporcionar energía al alumbrado público en la carretera principal entre el centro de la ciudad y distrito; La PicoPica 10 se propone para el alumbrado público en tramos de carretera.

RECOMENDACIONES

Informe de evaluación de riesgo por intensas precipitaciones en la ciudad de Guadalupito, distrito de Guadalupito, provincia de Virú y departamento de La Libertad. Obtenido de T Ultra Low Head Turbine: https://www.waterturbine.com/products/ultra-low-head-turbines/t-ulh.php Obregón, N. Para el cálculo de esta turbina se utilizarán las ecuaciones definidas por Segura. (2016) La siguiente figura se toma como referencia para el diseño de la turbina basado en el tornillo de Arquímedes.

Para iniciar el sustento y evaluación de la tesis titulada: “ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO PARA GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA DE BAJA POTENCIA EN EL DISTRITO GUADALUPITO – LA LIBERTAD” preparada por la Licenciatura en Ingeniería Energética: PABLO CESAR OLIVA VILCHEZ, con clave de registro No. con el maestro Dr. DENIS JAVIER ARANGUÍ CAYETANO como Consejero, según Resolución Decanal N° 742-2021-UNS-FI, de fecha 14.12.21. INVESTIGACIÓN DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO PARA GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA DE BAJA POTENCIA EN EL DISTRITO DE GUADALUPITO - LA LIBERTAD”.