GENERADOR ELECTRICO A PARTIR DE MATERIALES CASEROS

1.- INTRODUCCION.

Este proyectó se basa en los conceptos fundamentales de la generación de energía hidráulica a partir de los principios de la fuerza hidráulica cuyos conceptos se aplicaran para la generación de energía hidráulica en lugares que carecen de energía eléctrica.

2.- PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA.

La electricidad es un producto que nos permite acceder a diferentes comodidades a través de sistemas de calefacción, refrigeración, tracción, iluminación, comunicación, entretenimiento y otros que caracteriza la vida en el mundo moderno.Las tarifas eléctricas que se aplican a los consumidores, se establecen en función del costo de suministro, que comprende todos los costos en los que debe incurrir el distribuidor para prestar el servicio, incluyendo:

 a) El costo de distribución que incluye costos de capital, costos de operación, mantenimiento, administración, impuestos, tasas y otros.b) El costo de compra de electricidad del mercado eléctrico mayorista.

 El costo de compra de electricidad es el componente principal del costo de suministro y alcanza entre el 50% y 60% del total. Las variaciones que se producen en este costo se reflejan directamente en las tarifas de distribución, por lo que es muy importante conocer el origen de los precios del mercado eléctrico mayorista y determinar las acciones que pueden tomar los consumidores para disminuir su incidencia en las tarifas de distribución.

 En el mercado eléctrico mayorista los precios se establecen cada hora, en función de la relación entre oferta y demanda de electricidad. Para una oferta determinada, mientras mayor sea la demanda mayor será el precio, alcanzando valores muchos mayores en el periodo de punta que se produce entre las 18:00 y 23:00 horas.

 Por otra parte, los demás costos de suministro están fuertemente ligados al valor de las inversiones que debe realizar el distribuidor y estas inversiones dependen principalmente del nivel de demanda en el periodo de punta.

¿La carencia de energía eléctrica en varias regiones de nuestro país ocasionado por que las empresas encargadas de suministrar energía eléctrica no abastecen o no llegan a lugares alejados del eje troncal motiva a investigar nuevas formas de obtener energía eléctrica barata con materiales caseros?.

1-12

3.- HIPOTESIS.

Mediante la aplicación y el uso apropiado de los conceptos de hidráulica e hidrostática generaremos energía eléctrica con materiales caseros cuyo costo sea menor a la generada por las empresas eléctricas. Demostrando de esta manera una alternativa de generar energía eléctrica en lugares alejados del eje troncal.

4.- ANTECEDENTES.

Egipto y Grecia

Las civilizaciones más antiguas se desarrollan a lo largo de los ríos más importantes de la Tierra, La experiencia y la intuición guiaron a estas comunidades en la solución de los problemas relacionados con las numerosas obras hidráulicas necesarias para la defensa ribereña, el drenaje de zonas pantanosas, el uso de los Recurso recursos hídricos, la Navegación..

En las civilizaciones de la antigüedad, estos conocimientos se convirtieron en privilegio de una casta sacerdotal. En el antiguo Egipto los sacerdotes se transmitían, de generación en generación, las observaciones y registros, mantenidos en secreto, respecto a las inundaciones del río, y estaban en condiciones, con base en éstos, de hacer previsiones que podrían ser interpretadas fácilmente a través de adivinaciones transmitidas por los dioses. Fue en Egipto donde nació la más antigua de las ciencias exactas, la geometría que, según el historiador griego Heródoto, surgió a raíz de exigencias catastrales relacionadas con las inundaciones del río Nilo.

Con los griegos la ciencia y la técnica pasan por un proceso de desacralización, a pesar de que algunas veces se relegan al terreno de la mitología.

Tales de Mileto, de padre griego y madre fenicia, atribuyó al agua el origen de todas las cosas. La teoría de Tales de Mileto, al igual que la teoría de los filósofos griegos subsecuentes del período jónico, encontraría una sistematización de sus principios en la física de Aristóteles. Física que, como se sabe, está basada en los cuatro elementos naturales, sobre su ubicación, sobre el movimiento natural, es decir hacia sus respectivas esferas, diferenciado del movimiento violento. La física antigua se basa en el sentido común, es capaz de dar una descripción cualitativa de los principales fenómenos, pero es absolutamente inadecuada para la descripción cuantitativa de los mismos.

Las primeras bases del conocimiento científico cuantitativo se establecieron en el siglo III a. C. en los territorios en los que fue dividido el imperio de Alejandro Magno, y fue Alejandría el epicentro del saber científico. Euclides

2-12

recogió, en los Elementos, el conocimiento precedente acerca de la geometría. Se trata de una obra única en la que, a partir de pocas definiciones y axiomas, se deducen una infinidad de teoremas. Los Elementos de Euclides constituirán, por más de dos mil años, un modelo de ciencia deductiva de un insuperable rigor lógico. Arquímedes de Siracusa estuvo en contacto epistolar con los científicos de Alejandría.

Arquímedes realizó una gran cantidad de descubrimientos excepcionales. Uno de ellos empezó cuando Hierón II reinaba en Siracusa. Quiso ofrecer a un santuario una corona de oro, en agradecimiento por los éxitos alcanzados. Contrató a un artista con el que pactó el precio de la obra y además le entregó la cantidad de oro requerida para la obra. La corona terminada fue entregada al rey, con la plena satisfacción de éste, y el peso también coincidía con el peso de oro entregado. Un tiempo después, sin embargo, Hierón II tuvo motivos para desconfiar de que el artista lo había engañado sustituyendo una parte del oro con plomo, manteniendo el mismo peso. Indignado por el engaño, pero no encontrando la forma de demostrarlo, solicitó a Arquímedes que estudiara la cuestión. Absorto por la solución de este problema, Arquímedes observó un día, mientras tomaba un baño en una tina, que cuando él se sumergía en el agua, ésta se derramaba hacia el suelo. Esta observación le dio la solución del problema. Saltó fuera de la tina y, emocionado, corrió desnudo a su casa, gritando: “Eureka! Eureka!” (que, en griego, significa: "¡Lo encontré, lo encontré!").

Arquímedes fue el fundador de la hidrostática, y también el precursor del cálculo diferencial: recuérdese su célebre demostración del volumen de la esfera, y en conjunto con los científicos de Alejandría no desdeñó las aplicaciones a la ingeniería de los descubrimientos científicos, tentando disminuir la brecha entre ciencia y tecnología, típica de la sociedad de la antigüedad clásica, sociedad que, como es bien sabido, estaba basada en la esclavitud.

En el campo de la hidráulica él fue el inventor de la espiral sin fin, la que, al hacerla girar al interior de un cilindro, es usada aun hoy para elevar líquidos.

Véase también el capítulo referente al tornillo de Arquímedes

Los romanos

Los antiguos romanos, que difundieron en todo el Mediterráneo la vida urbana, basaron el bienestar y el buen vivir especialmente en la disponibilidad de abundante cantidad de agua. Se considera que los acueductos suministraban más de un millón de m³ de agua al día a la Roma Imperial, la mayor parte distribuida a viviendas privadas por medio de tubos de plomo. Llegaban a Roma por lo nos na docena de acueductos unidos a una vasta red subterránea.

3-12

Para construir el acueducto Claudio, se requirieron, por 14 años consecutivos más de 40 mil carros de tufo por año.

En las provincias romanas los acueductos atravesaron con frecuencia profundos valles, como en Nîmes, donde el “Pont du Gard” de 175 m de longitud tiene una altura máxima de 49 m, y en Segovia, en España, donde el puente-acueducto de 805 m de longitud todavía funciona.

Los romanos excavaron también canales para mejorar el drenaje de los ríos en toda Europa y, menos frecuentemente para la navegación, como es el caso del canal Rin-Mosa de 37 km de longitud. Pero sin duda en este campo la obra prima de la ingeniería del Imperio romano es el drenaje del lago Fucino, a través de una galería de 5,5 km por debajo de la montaña. Esta galería solo fue superada en el 1870 con la galería ferroviaria del Moncenisio. El “Portus Romanus, completamente artificial, se construyó después del de Ostia, en el tiempo de los primeros emperadores romanos. Su bahía interna, hexagonal, tenía una profundidad de 4 a 5 m, un ancho de 800 m, muelle de ladrillo y mortero, y un fondo de bloques de piedra para facilitar su dragado.

La generación de energía

Rueda hidráulica.

La principal fuente no viviente de energía de la antigüedad fue el llamado “molino” griego, constituido por un eje de madera vertical, en cuya parte inferior había una serie de paletas sumergidas en el agua. Este tipo de molino fue usado principalmente para moler los granos, el eje pasaba a través de la máquina inferior y hacía girar la máquina superior, a la cual estaba unido. Molinos de este tipo requerían una corriente veloz, y seguramente se originaron en las regiones colinares del Medio Oriente, a

4-12

pesar de que Plinio el Viejo atribuye la creación de los molinos de agua para moler granos al norte de Italia. Estos molinos generalmente eran pequeños y más bien lentos, la piedra de moler giraba a la misma velocidad que la rueda, tenían por lo tanto una pequeña capacidad de molienda, y su uso era puramente local. Sin embargo pueden ser considerados los precursores de la turbina hidráulica, y su uso se extendió por más de tres mil años.

El tipo de molino hidráulico con eje horizontal y rueda vertical se comenzó a construir en el siglo I a. C. por el ingeniero militar Marco Vitruvio Polione. Su inspiración puede haber sido la rueda persa o “saqíya”, un dispositivo para elevar el agua, que estaba formado por una serie de recipientes dispuestos en la circunferencia de la rueda que se hace girar con fuerza humana o animal. Esta rueda fue usada en Egipto (Siglo IV a. C.). La rueda hidráulica vitruviana, o rueda de tazas, es básicamente una rueda que funciona en el sentido contrario. Diseñada para moler grano, las ruedas estaban conectadas a la máquina móvil por medio de engranajes de madera que daban una reducción de aproximadamente 5:1. Los primeros molinos de este tipo eran del tipo en los que el agua pasa por debajo.

Más tarde se observó que una rueda alimentada desde arriba era más eficiente, al aprovechar también la diferencia de peso entre las tazas llenas y las vacías. Este tipo de rueda, significativamente más eficiente requieren una instalación adicional considerable para asegurar el suministro de agua: generalmente se represaba un curso de agua, de manera a formar un embalse, desde el cual un canal llevaba un flujo regularizado de agua a la rueda.

Serrería romana de Hierápolis. Del siglo III de la Era Cristiana, es la muestra más antigua del mecanismo biela-manivela.1 2 3

Este tipo de molino fue una fuente de energía mayor a la que se disponía anteriormente, y no solo revolucionó la molienda de granos, sino que abrió el camino a la mecanización de muchas otras operaciones industriales. Un molino de la época romana del tipo alimentado por debajo, en Venafro, con una rueda de 2 m de diámetro podía moler aproximadamente 180 kg de granos en una hora, lo que corresponde aproximadamente a 3 caballos

5-12

vapor, en comparación, un molino movido por un asno, o por dos hombres podía apenas moler 4,5 kg de grano por hora.

Desde el siglo IV d. C. en el Imperio romano se instalaron molinos de notables dimensiones. En Barbegal, en las proximidades de Arlés, en el 310, se usaron para moler granos 16 ruedas alimentadas desde arriba, que tenían un diámetro de hasta 2,7 m cada una. Cada una de ellas accionaba, mediante engranajes de madera dos máquinas: La capacidad llegaba a 3 toneladas por hora, suficientes para abastecer la demanda de una población de 80 mil habitantes, la población d Arles en aquella época no sobrepasaba las 10 mil personas, es por lo tanto claro que abastecía a una vasta zona.

Es sorprendente que el molino de Vitruvio no se popularizara, en el Imperio romano hasta el tercero o cuarto siglo. Siendo disponible en la época los esclavos y otra mano de obra a bajo precio, no había un gran incentivo para promover una actividad que requería la utilización de capital, se dice además que el emperador Vespasiano (69 – 79 d. C.) se habría opuesto al uso de la energía hidráulica porque esta habría provocado la desocupación.

La rueda hidráulica

Ruedas de agua en Hama - Siria.

En la Edad Media, la rueda hidráulica fue ampliamente utilizada en Europa para una gran variedad de usos industriales El Domesday Book, el catastro inglés elaborado en el 1086, por ejemplo reporta 5.624 molinos de agua, todos del tipo vitruviano. Estos molinos fueron usados para accionar aserraderos, molinos de cereales y para minerales, molinos con martillos para trabajar el metal o para batanes, para accionar fuelles de fundiciones y para una variedad de otras aplicaciones. De este modo tuvieron también un papel importante en la redistribución territorial de la actividad industrial.

Otra forma de energía desarrollada en la Edad Media fue el molino de viento. Desarrollado originalmente en Persia en el siglo VII, parece que tuvo su origen en las antiguas ruedas de oraciones accionadas por el viento

6-12

utilizadas en Asia central. Otra hipótesis plausible pero no demostrada, es la de que el molino de viento se derivaría de las velas de los navíos. Durante el siglo X estos molinos eólicos fueron ampliamente utilizados en Persia, para bombear agua. Los molinos persas estaban constituidos por edificios de dos pisos, en el piso inferior se encontraba una rueda horizontal accionada por 10 a 12 alas adaptadas para captar el viento, conectadas a un eje vertical que transmitía el movimiento a la máquina situada en el piso superior, con una disposición que recuerda los molinos de agua griegos. Los molinos de viento de ejes horizontales se desarrollaron en Europa del norte entorno al siglo XIII.

ENERGIA ELECTRICA EN BOLIVIA

La electricidad generada en Bolivia proviene de centrales hidroeléctricas (42%) y centrales termoeléctircas (58%). El balance energético de 2008 fue positivo con una generación del Sistema Interconectado Nacional (SIN) de 5.372 GWh y un consumo nacional de 5.138 GWh.1 El potencial hidroeléctrico es de 39.850 MW que pueden ser exportados a los países vecinos.2 El consumo per cápita promedio es bajo de 9.673 kcal/hab/día. El habitante urbano consumía 11.300 kcal/hab/día y el rural 7.450 kcal/hab/día, en otras unidades se puede expresar que cada boliviano consumía 340 kilogramos de petróleo equivalente a (kg pe), comparado a le media en América Latina (1.000 kg ) o mundial (1.500 kg pe).

Potencial Hidroenergético

Imagen del ciudad de La Paz, en la noche

El potencial hidroeléctrico con que cuenta Bolivia esta en el orden de 39.900 MW de potencia, que alcanzaría una producción de 177.669 GWh, del cual se estaría utilizando solo el 1%.

La región de mayor concentración del recurso hidropotencial en el país se encuentra en la vertiente este de la Cordillera Oriental de los Andes. Consiste en un franja territorial que tiene su inicio en la Cordillera de Apolobamba y se extiende por la de Muñecas, Real de La Paz, Tres

7-12

Cruces, Santa Vera Cruz y Cochabamba. Abarca un longitud de aproximadamente unos 350 km y un ancho promedio de 100 km.

Energía Eléctrica

La industria eléctrica boliviana comprende la generación, transmisión, distribución, comercialización, importación y exportación de electricidad, la oferta de electricidad está basada en centrales de generación hidroeléctrica y termoeléctrica.

La energía eléctrica se desarrolla principalmente a través del Sistema Interconectado Nacional, SIN, en el cual están integrados los principales centros de producción consumo de los departamentos de La Paz, Cochabamba, Oruro, Potosí, Chuquisaca, Beni y Santa Cruz y abarca cerca del 90 por ciento del mercado nacional, adicionalmente se cuenta con pequeños sistemas aislados con características diversas en las ciudades y poblaciones menores que cubren el restante 10 por ciento del mercado eléctrico nacional con el Departamento de Pando. Las redes de distribución del conjunto de los distribuidores en el SIN crecieron de 18.600 km a 26.000 km.

Además en el año 2006 se empezó a exportar a países vecinos como Paraguay, Perú, Chile, Argentina y Brasil ya que se han creado más centrales hidroeléctricas que pueden satisfacer la demanda de las ciudades limítrofes del país.

PLANTAS HIDROELÉCTRICAS DE BOLIVIA

En nuestro país las plantas hidroeléctricas del Sistema Interconectado Nacional, representan menos del 50% de la potencia instalada de Bolivia, porcentaje que ha decrecido en relación al total debido al mayor crecimiento de las plantas termoeléctricas.

POTENCIA INSTALADA S.I.N. 2007

8-12

5.- OBJETIVOS.

5.1.- OBJETIVO GENERAL.

Generar energía eléctrica con materiales caseros simulando una rueda hidráulica y un dinamo a partir de la aplicación de los conocimientos de hidrostática e hidráulica basados en los Principios de pascal y Arquímedes.

5.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS.

- Simulación de la rueda hidráulica- Empleo de un dinamo.- Empleo de materiales caseros- Demostrar e implementar este proyecto en hogares alejados del eje

troncal-

6.- JUSTIFICACION.

Realizamos este proyecto por la carencia de energía eléctrica en varios regiones del país, los culpes en algunos casos cuentan con fuentes de energía hidraulica (represas lagunas ríos etc.) que no son aprovechadas por los pobladores del lugar ya que desconocen la forma de generar energía eléctrica con medios caseros.

7.- MARCO TEORICO.

La hidrostática

Tiene como objetivo estudiar los líquidos en reposo. Generalmente varios de sus principios también se aplican a los gases. El término de fluido se aplica a líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes. No obstante conviene recordar que un gas puede comprimirse con facilidad, mientras un líquido es prácticamente incompresible.

La hidráulica

Es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente (depositado) en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es

9-12

mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

Principio de pascal.

El principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: «el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (generalmente se trata de un líquido incompresible), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo».

Es decir, que si se aplica presión a un líquido no comprimible en un recipiente cerrado, ésta se transmite con igual intensidad en todas direcciones y sentidos. Este tipo de fenómeno se puede apreciar, por ejemplo, en la prensa hidráulica o en el gato hidráulico; ambos dispositivos se basan en este principio. La condición de que el recipiente sea indeformable es necesaria para que los cambios en la presión no actúen deformando las paredes del mismo en lugar de transmitirse a todos los puntos del líquido.

PLANTA HIDROELECTRICAS.

El agua corriente o embalsada siempre puede utilizarse para producir trabajo, represándola o conduciéndola a un punto a un nivel inferior al que se halla; se tiene de esta manera que en muchas zonas se disponen de fuerzas hidráulicas utilizables.

10-12

Una Planta Hidroeléctrica, es un conjunto de máquinas motrices, generadoresAparatos de maniobra, protección, etc. que en base a recursos hidráulicos, sirve para la producción de energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas son instalaciones que aprovechan los saltos de agua para producir energía eléctrica. Por constituir el agua un recurso renovable, las centrales hidroeléctricas resultan muy ventajosas en cuanto se refiere a los costos de producción, en cambio, a veces constituyen instalaciones que representan una cuantiosa inversión económica inicial.

Las regiones montañosas son, naturalmente, mucho más ricas en saltos de agua utilizables para producir energía eléctrica a base del potencial hidráulico.

8.- METODOLOGIA.

El método utilizado es un modelo experimental donde utilizaremos los siguientes materiales:

- un valde - un bañador

- tubos plásticos

- cable eléctrico

- candamo

- grifo de presión

- tuercas de ensamble

- cucharas plásticas

- ruedas plásticas

- eje metálico

- tester eléctrico

el procedimiento que se realizara una vez armado el generador de electricidad al gira la rueda hidráulica construida con las cucharas plásticas en sentido antihorario producido por la fuerza de la caída del agua de una determinada altura generando de esta manera energía eléctrica la cual se verifica mediante el tester eléctrico.

11-12

9.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.

10.-RESULTADOS ESPERADOS.

Se demostrara la generación de energía eléctrica a partir de los conceptos de hidrostática e hidráulica utilizando materiales caseros.

11.- RESULTADOS DIRECTOS

Obtendremos energía eléctrica con materiales caseros.

12.- RESULTADOS INDIRECTOS.

Inducir a la población en general a la aplicación de esta alternativa de generar energía eléctrica con materiales caseros.

13.- IMPACTO.

Lograremos el uso de las fuentes de energía potenciales existentes en las diferentes regiones del país sin necesidad de implementar plantas hidroeléctricas que tienen costos elevados de esta manera preservamos el medio ambiente.

14.- ESTRATEGIAS DE COMUNICACIÓN.

FECHA ACTIVIDADES

09-JULIO-2012 INICIO DE PROYECTO

23-JULIO-2012 ADQUISISCION DE MATERIALES

10AGO-2012 PRESENTACION PRELIMINAR DEL INFORME

17-AGO-2012 PRESENTACION DEL PROYECTO EN LA FERIA INTERNA DE CIENCIAS BASICAS

12-12

Los resaltados de esta investigación se darán a conocer en la feria interna de ciencias básicas de la unidad académica EMI Cochabamba.

15.- PRESOPUESTO.

Se erogara un monto estimado de 500 Bs.

16.- BIBLIOGRAFIA.- Pagina oficial de la ENDE.- Sear zamansky Fisica II- Serway Fisica I - Articulo de la UCB.

13-12