Problemática 3

Integrantes:

-Aréstegui Huarcaya, Magaly

-Gómez Rojas, Valeria Carolina

-Pizarro Sanchez, Fiorella Katherin

-Velazco Navarro, Mitzi Yajaira

Grupo: C16-2-AB

Profesora: Silvia Espinoza

Curso: Mecánica de sólidos

2014 – II

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Introducción

La energía de una masa de agua en movimiento, que se desplaza entre dos puntos situados a diferente cota de nivel, es directamente proporcional a la altura existente entre los dos niveles en que se mueve el agua, o bien es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad con que el agua llega a la cota inferior que es donde se hace la recuperación energética.
Se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se convierte en energía motriz. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo. Un molino de agua es una estructura que usa una rueda o turbina hídrica para accionar un proceso mecánico como la molienda de harina o producción maderera, o bien, de formación de metales (estirado, pulido o trefilado).
Al molino de agua que genera electricidad se le suele denominar planta hidroeléctrica.

Por ello en el presente blog demostraremos el funcionamiento y aprovechamiento que obtendremos de un molino de agua

Funcionamiento

Un molino de agua es una estructura que usa una rueda o turbina hídrica para accionar un proceso mecánico como la molienda de harina o producción maderera, o bien, de formación de metales (estirado, pulido o trefilado).

Al molino de agua que genera electricidad se le suele denominar planta hidroeléctrica.

Los molinos de agua son usados para moler el grano, para aserrar la madera y la piedra y para irrigar los canales mediante ruedas de acción hidráulica, aunque esto era más frecuente en siglos pasados.

¿Cómo funciona?

Un molino de agua funciona desviando el agua desde un río hacia un pozo, generalmente a lo largo de un canal. La fuerza del agua empuja las aspas de la rueda, la cual hace rotar un eje que acciona a la maquinaria que tenga conectada. Tras hacer girar la rueda hidráulica, el agua sale del molino. Algunas veces se disponen múltiples molinos junto a un curso de agua de manera que esta pase por todos ellos, haciendo girar muchas ruedas.

¿Horizontal o vertical?

A los molinos que usan ruedas de agua con una rueda horizontal y un eje vertical se les denomina a veces “molinos griegos”. Un “molino romano” se refiere a un molino de agua que usa una rueda vertical (en un eje horizontal). Los molinos estilo griego son los más antiguos, pero requieren mayor velocidad del agua para funcionar bien. Los molinos estilo romano tienen componentes más complicados y requieren engranajes para transferir la energía desde un eje horizontal a uno vertical.

Figura 1. Representación del molino de agua

Figura 1. Representación del molino de agua

El molino de agua obtiene la energía motriz a partir de una corriente de agua natural, que es desviada y conducida por una red de acequias  hasta el lugar de la molienda.

En la descripción de las diferentes partes que componen un molino debemos distinguir cuatro sistemas principales:

  1. Sistema de Conducción del Agua.

Las acequias: el agua es desviada del río mediante un canal artificial denominada acequia, consiguiendo, en los molinos de cubo, la cota de altura suficiente para producir la energía capaz de impulsar el rodezno; en los molinos de canal, la acequia conseguía alejar el edificio de la corriente de agua, evitando de este modo los temidos peligros de las riadas.

Estas acequias tenían generalmente la doble misión de regar los campos y mover los molinos.

Planteamiento

Molino de agua

Figura 1.Molino de agua

Como ya se conoce, el Molino de Agua, es un elemento, que mediante el giro de una gran rueda (que hace girar el agua, bien por la fuerza de caída o por arrastre de su corriente), el cuál funciona con movimiento circular. En este proceso el molino da diversas vueltas para poder girar el agua. Este suceso se explica con el movimiento circular.

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Figura 2. Imagen del movimiento del molino de agua

Representación del movimiento circunferencial de la rueda

Figura 3.Representación del movimiento circunferencial de la rueda

La fuerza que hace el molino seria imposible sin la fuerza que ejerce el agua. El molino de agua esta provisto de unas palas que absorben  la fuerza de el agua, se llama a esta fuerza energía cinética.

El molino de agua  genera diversos tipos de energía entre ellos :

  • La energía Hidráulica
Energía hidráulica

Figura 4. Energía hidráulica

Las ruedas hidráulicas generan energía a partir del agua que fluye por la rueda, la cual hace girar engranajes para efectuar trabajo. Hoy en día, las plantas de energía hidroeléctrica también aprovechan la energía del agua para generar electricidad en el mundo entero. La hidroelectricidad es el tipo de energía renovable más utilizado en la actualidad. Las plantas de energía hidroeléctrica y a carbón producen electricidad de manera similar. Una planta hidroeléctrica usa la energía del agua que pasa para hacer girar una turbina. A su vez, la turbina hace girar un eje en un generador eléctrico para producir electricidad.

Es la energía que tiene el agua cuando se mueve a través de un cauce (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (es decir, en forma de energía potencial). En este momento toda la energía hidráulica del agua estará en forma de energía potencial. Cuando se deje caer, se transformará en energía cinética, que puede ser aprovechada para diversos fines. Se trata de una energía renovable.

Los molinos de agua son instalaciones que aprovechan la energía cinética de las corrientes de agua para producir energía mecánica. Los molinos de agua servían para moler la harina o para elevar el agua a un nivel superior. Antiguamente su uso fue crucial para el desarrollo tecnológico. Gracias a los molinos de agua se dejó de moler la harina manualmente. Los molinos de agua se construían en el mismo cauce del rio para que la fuerza de la corriente moviera una rueda vertical de paletas. A través de un sistema de engranajes el movimiento de giro del eje se transmitía al eje de una piedra de moler. Cuando la corriente del rio era débil o variable se construía el molino de agua junto a una presa que elevaba el nivel del agua y conseguía una mayor fuerza  de la corriente. Actualmente los molinos de agua junto a los famosos molinos de viento son reliquias del pasado, un reclamo turístico. Son parte de nuestra historia. Son la demostración que las formas de obtener energía han ido y seguirán evolucionando.

El movimiento o caída de agua lleva energía cinética y energía potencial que se puede aprovechar como fuente de energía.

Figura 5. La generación de la corriente por el molino

Figura 5. La generación de la corriente por el molino

Fundamento teórico

La energía hidráulica:

Se obtiene del aprovechamiento de energías como la cinética y la potencial de los ríos, es un tipo de energía verde ya que esta no genera ningún tipo de impacto ambiental como también reutilizable; este tipo de energía tiene grandes ventajas:

  1. Se trata de una energía renovable y limpia, y de alto rendimiento energético.
  2. la eliminación de los costos de los combustibles.

La energía cinética:

En un cuerpo la energía cinética  es una energía que surge en el fenómeno del movimiento, está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su rapidez. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética.

El término energía cinética y su significado científico provienen del siglo XIX. Los primeros conocimientos de esas ideas pueden ser atribuidos a Gaspard Gustave Coriolis quien en 1829 publicó un artículo titulado Du Calcul de l’Effet des Machines esbozando las matemáticas de la energía cinética. El término energía cinética se debe a William Thomson más conocido como Lord Kelvin en 1849.

Como cualquier magnitud física que sea función de la velocidad, la energía cinética de un objeto no solo depende de la naturaleza interna de ese objeto, también depende de la relación entre el objeto y el observador (en física un observador es formalmente definido por una clase particular de sistema de coordenadas llamado sistema inercial de referencia). Magnitudes físicas como ésta son llamadas invariantes. La energía cinética esta co-localizada con el objeto y atribuido a ese campo gravitacional. El cálculo de la energía cinética se realiza de diferentes formas según se use la mecánica clásica, la mecánica relativista o la mecánica cuántica. El modo correcto de calcular la energía cinética de un sistema depende de su tamaño, y la velocidad de las partículas que lo forman.

La energía potencial :

En un sistema físico, la energía potencial es la  energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Los carros de una montaña rusa alcanzan su máxima energía potencial gravitacional en la parte más alta del recorrido. Al descender, ésta es convertida en energía cinética, la que llega a ser máxima en el fondo de la trayectoria (y la energía potencial mínima). Luego, al volver a elevarse debido a la inercia del movimiento, el traspaso de energías se invierte. Si se asume una fricción insignificante, la energía total del sistema permanece constante.

Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

Potencia:

Cantidad física escalar que mide la rapidez con la cual se efectúa el trabajo.

Potencia del molino de agua

Figura1: Potencia del molino de agua

La potencia al eje se calcula más fácilmente con la expresión:

P = F x V

P = potencia de diseño (Watts)

F = Fuerza impulsiva (N)

v = velocidad del agua en el río (m/s)

Comentarios

  • Los molinos de agua fue utilizado desde el siglo III O IV a.C. desde ese momento el molino de agua se popularizó y fue una de las principales fuentes de abastecimiento y energía durante toda la Edad Media, el Renacimiento. Actualmente en muchos países, es usado por diversas civilizaciones como la islámica.
  • El molino de agua  es muy útil para utilizar los recursos como el agua y generar energía renovable, esta es una muy buena opción para no gastar los recursos no renovables que tenemos, por ejemplo estas son energías seguras ya que no contaminan, se trata de energías de fuentes que son inagotables y no presentan un riesgo para la salud.
  • Perú tradicionalmente produce energía hidroeléctrica y pertenece a los países con una alta tasa de energías renovables. Un buen ejemplo es la represa hidroeléctrica Gallito Ciego en el departamento de Lambayeque. Lamentablemente por más de una década se ‘olvidaron’ de estas fuentes limpias y hidrocarburos tomaron una posición cada vez más fuerte. Afortunadamente, esta actitud cambió con los últimos gobiernos y se realizaron las reparaciones e inversiones necesarias para mantener la energía hidroeléctrica como una fuente importante de energía eléctrica.
  • Si la señal inalámbrica de nuestro router no llega bien a todos los lugares de casa tenemos dos opciones, comprar un modelo con mayor alcance o hacer uso de dispositivos adicionales. Si queremos mantener la opción wifi lo mejor es usar un extensor de señal.