Turbina Flotante PDF
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RESUMEN
Se propone una turbina flotante para cursos de agua entre 1,2 a 3 m/s de velocidad del fluido para la
obtención de energía eléctrica o bombeo de agua desde la costa a suelo firme. Dicha energía podrá
utilizarse para iluminación de senderos , perimetral, de seguridad; cerco electrificado para animales;
bombeo eléctrico de agua para elevación, acumulación, riego, etc. Para el caso particular de la
Provincia del Neuquén, en la zona cordillerana existen innumerables valles transversales con cursos de
agua estacionales cuyas velocidades de fluido están dentro del rango establecido. Además, en esos
valles hay crianceros y artesanos aislados de los servicios. Por ello se propone esta turbina flotante
semi-portátil que les permitirá tener luz , agua y alimentación para comunicaciones a aquellos que
viven en sitios aislados sin servicios y cercanos a un torrente con las características descriptas.
Palabras Claves: Energía, Turbina Hidráulica, Ríos, Canales, Pequeños cursos, Agua, Pendiente
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Antecedentes
Durante la crisis del petróleo de los 1980s
aparecieron muchas aplicaciones de conversores
de Fuentes de Energía Renovable (FER).
Particularmente hubo dispositivos muy
ocurrentes para obtención de energía en sitios
aislados. En este trabajo se toma la idea de la
turbina flotante desarrollada con tecnología
intermedia en Canadá hace casi 30 años [1] y se
la adaptó a la tecnología disponible en el
mercado local para generación de electricidad. Figura 1.2: Turbina flotante con tecnología
disponible en el corralón de materiales y talleres.
1.2. Propuesta
Se analiza en este trabajo el diseño global y la
construcción de una turbina flotante para uso en
canales y cursos de agua en sitios aislados o
ribereños de la zona Comahue, basados en la
propuesta canadiense. Este diseño es aplicable a
otros lugares fuera de esta región, donde la
velocidad del curso de agua supere los 1,2 m/s.
2. DIMENSIONAMIENTO
1
0.8
Veloc idad M edia partes), calculamos el volumen desalojado de
(m /seg)
0.6 Potencial (Velocidad agua donde:
0.4
0.2
M edia (m /seg) )
• E: Empuje (Kg) = 225,4 Kg
0 • ρ = 1000 Kg/m3
• g = 9,8 m/s2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Profundida d
Despejando en (2) se obtiene:
Figura 2: Velocidad media vs. Profundidad. • Vc: Volumen desalojado calculado =
0,023 m3
Se midió mediante el método de flotante [2], Con este volumen se dimensionan los flotadores.
cargando al mismo con diferentes pesos y Para el caso del aspa se trabajará con plástico
circulando a distintas profundidades, tomando la reforzado con fibra de vidrio. El espesor mínimo
velocidad mediante cronómetro. por razones prácticas es de 2 mm. La
Para el diseño del rotor se parte de un aspa con verificación de la fuerza normal sobre un aspa
perfil utilizado en microturbinas eólicas (ver [3] se realiza mediante la expresión siguiente:
Figura 3) usada en barcos, casas aisladas, salas
de salud, cabinas de seguridad, etc. 1
Fn = ρAa v 2(cz cosα + cxsenα ) (3)
Con el valor medido de 0,42 m se calcula el área 2
barrida por el rotor (como si fuera un disco) que Donde los nuevos valores son:
será de Ad = 0,45 m2. El área del aspa se calcula • Ad: Area del aspa = 0,45 m2
por sus dimensiones y es Aa = 0,05 m2 • V: velocidad máx. del fluido = 1,2 m/s
Tercer Congreso Nacional – Segundo Congreso Iberoamericano 13-58
Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2009
• Cz. Coef. de sustentación máximo = 1,2 aspas en Fibra de Vidrio (rowing) con Plástico
• Cx: Coef. de arrastre para Czmax = 0,12 Reforzado (resina poliéster) (FVPR) mediante el
• α: angulo de ataque óptimo = 8º método de Centrifugado [3], utilizando pare
ello un torno.
Reemplazando valores en (3) para la peor Este método consiste en disponer de un molde de
condición (Cz: coeficiente de sustentación dos piezas al cual se lo unta internamente con
máximo, y α: óptimo), se obtiene lo siguiente: desmoldante y luego se le incorpora la fibra en
ambas caras internas. Después se cierra con
1 apriete fuerte en los bordes mediante tornillos
Fn= .1000( Kg / m 3 ).0.45 m 2 .(1,2 m/s)2. pasantes ajustados con tuerca y arandela partida.
2
(1.2 Cos 8º + 0,12 Sen 8º) = 390,32 N
ventajosa sobre instalaciones de microturbinas y las aguas de deshielo del Río Limay, pero hay
paneles solares fijos. que tener en cuenta material resistente a la
El ajuste final “in situ” rotor-multiplicador- oxidación si se instalan cerca de volcado de
generador no se ha podido realizar al momento aguas cloacales o aguas volcánicas.
de esta publicación por las condiciones Finalmente se destaca que este trabajo está
climáticas en la zona del Comahue. realizado por alumnos de la Tecnicatura Superior
en Energía Renovable del ITP, Neuquén, que da
prioridad al manejo de técnicas aplicadas a la
5. CONCLUSIONES tecnología disponible, lo que permite una mayor
internalización de conocimientos por medio de la
Se puede apreciar que con tecnología disponible práctica [6]. La adquisición de conocimiento de
en un corralón y repuestos automotrices se puede esta manera permite generar conciencia de
construir esta turbina flotante para la zona de “Emprendedor” y motivar a ello mediante
chacras y valles transversales, como las facilidades de financiamiento.
existentes en la Región Comahue y Cuyo.
En estas regiones se disponen de algunos ríos, 6. REFERENCIAS
corrientes de agua, canales o acequias en
pendiente, en los que se puede obtener una [1] Pictorial View of water Current/river
electrificación localizada, lejos de la red. Turbine, Canadá, 18 de agosto de 1985.
Lo novedoso de este trabajo es que trae [2] ITDG: Handbook of micro and Mini turbines,
incorporada la generación de conocimiento y design, manufactures and instalation, Reino
técnicas de moldeo de piezas con FVPR por Unido, ITDG press, 1999.
centrifugado en torno, para producción en escala [3] Le Gourieres, D.: Energía Eólica: Teoría,
[6]. El tiempo de moldeo de una pieza en forma concepción y cálculo práctico de
manual teniendo el molde, es de unas 3 horas; instalaciones, Cap. II, Cap VIII, Masson
mediante centrifugado óptimo es ½ hora. S.A., Barcelona, 1983.
Sus aplicaciones para iluminación y seguridad de [4] Mayer, C.: Composite materials of Fiber
bienes, personas y animales son importantes y de Glas reinformes Plastic, Cap. V y
bajo costo relativo. VI,Willey and Sons, Reino Unido, 1995.
El costo de $ 1500 (U$S 405) es muy bajo [5] Fraga, O.: Manual sobre plásticos reforzados
respecto del valor de unos $ 15000/kW instalado (PRFV), Publicaciones Técnicas S.R.L.,
(casi U$S 4000), donde este último es un valor Buenos Aires, Willey and Sons, Reino
razonable en el mercado local para microturbinas Unido, 1995.
hidráulicas y mini turbinas eólicas de potencia de [6] Labriola, C.; Sierra, E.: Energía Renovable,
1 kW. En todos los casos se puede reducir este un tema de motivación en la enseñanza
valor con producción en escala. tradicional, ASADES, Facultad Regional
Una aplicación interesante es la instalación de Buenos Aires, UTN, noviembre 2007.
varias turbinas seguidas, una atrás de otra,
separadas una distancia conveniente (4 a 6 m – 8. ANEXO
más de 8 diámetros rotóricos) para disipación de S
la estela provocada por el rotor en el agua, y Se incorpora el detalle de las etapas del proceso
conectarse en paralelo, obteniéndose mayor de producción de aspas por centrifugado en
potencia para una aplicación dada. Esto se torno. El largo de piezas lo más simétricas
facilita en canales o acequias profundas (≥ 2 m), posibles, está limitado a la distancia entre puntas
ya que puede apoyarse en los bordes del mismo, del torno. Para un torno estándar está entre 1,5 a
en lugar de estar flotando. 2 m de distancia entre puntas. S
Es necesario solicitar oportunamente permiso a Se detalla el proceso de Centrifugado en torno
Prefectura Naval de la Zona / Agrupación de para producción en escala de aspas en la página
Riego Local del lugar de instalación, en caso de siguiente.
quedar en el río o canal permanentemente o
cuando se disponga de caudal suficiente.
Además, se debe proteger la turbina aguas arriba
con alambrado tejido, de tal manera de separar
todo posible obstáculo flotante o a medio flotar
que dirigirse hacia la misma.
Otro detalle a tener en cuenta es que aquí no se
ha utilizado acero inoxidable dada la pureza de
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Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2009
Luego se pintan