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FUNDAMENTOS DE FISICA:
La construcción de la central hidroelectrica undimotriz está basada en la aplicación de los siguientes principios: Principio de vasos comunicantes, Venturi, teorema de pitagoras, Principio de pascal, ley de la gravedad.
DESCRIPCION DEL TERRENO Y CONDICIONES NECESARIAS.
La Central hidroelectrica se ubica en la costa frente al mar. Se requiere que las olas tengan una altura no menor de un metro.
DETALLES
La tecnología actual ha conseguido importantes logros en el aprovechamiento de la energía undimotriz, como ser el diseño de máquinas que aprovechan el vaivén de las olas, o el desplazamiento del aire contenido en un tubo al ser desplazado por una masa de agua para generar energía eléctrica usando una turbina wheels, sin embargo la energía contenida en una ola es inmensamente superior. Por tanto estas tecnologías en realidad son eficientes al uno por mil, porqué se requiere de un metro cúbico de agua para desplazar un metro cúbico de aire, siendo que el peso de un metro cúbico de agua es de 1000 kilos y el peso de un metro cúbico de aire es de sólo 1 kilo. En el caso de la tecnología que represa el agua de las mareas, se requiere construír un embalse gigantesco y que la diferencia de niveles de agua sea por lo menos de cuatro metros, lo que restringe su uso a sólo algunas zonas y además exige grandes capitales y el uso de turbinas que enfrentarán la corrosión del agua salada y además el costo de la energía producida es similar al de las plantas convencionales.
Naturalmente el agua de mar y particularmente el volumen de agua de mar contenido en una ola es enorme y su masa a la velocidad que se desplaza hace imposible enfrentarla con cualquier aparejo porqué en estas condiciones se comporta como un sólido y destruiría cualquier elemento que se le oponga.
Por lo tanto, es necesario reducir la velocidad del volumen de agua de la ola para aprovechar su energía.
LA OLA
la ola de mar, es una masa de agua que se desplaza sobre la superficie del mar, esto es, que está encima del nivel del mar, cuando llega a la costa cae y enfrenta al terreno de la playa y reduce su velocidad y su volumen se diluye progresivamente porqué ocupa un espacio que se puede ver (vista lateral) como un triángulo rectángulo cuya hipotenusa es la recta que va desde la orilla hasta el nivel del mar, el cateto mayor es la línea que va desde la orilla hasta el punto donde la ola cae, y el cateto menor es la línea que va desde el nivel del mar hasta el punto más alto de la ola en el momento que esta se desploma. Con estos datos se puede calcular el volumen de la ola en determinado momento y su peso aproximado.
TRANSFORMACION DE LA ENERGIA
Si instalamos un tubo que va desde la costa y sobre la playa hasta por lo menos un metro más allá del punto donde la ola se desploma y cuyo borde superior del tubo está a la altura máxima de la ola, cuando la ola llega, parte del agua que ésta contiene, ingresará por el tubo, que por supuesto tiene un desnivel de por lo menos un grado, para que por efecto de la gravedad ese volumen de agua llegue a la costa. Cuando el volumen de agua llega a la costa se deposita en una canaleta o tubo que está paralelo a la costa y cuyo desnivel es de por lo menos un grado para evitar que el agua regrese.
El diámetro del tubo será el conveniente para que nos permita acumular en la canaleta un volumen de agua tal que nos permita mantener en funcionamiento el sistema hasta la llegada de la siguiente ola. (la canaleta o también un tubo, deberá tener una base que soporte el peso del agua contenida sobre ella)
El agua contenida en el tubo está ahora a una altura de por lo menos un metro sobre el nivel del mar. A continuación se encuentra una bandeja o recipiente que será necesariamente de una altura máxima de cuarenta centímetros o 16 pulgadas, y de un área, que permita contener un volumen de agua de mar cuyo peso permita romper el equilibrio del sistema.
La bandeja se encuentra sobre un pistón. El pistón forma parte de un sistema que aplica el principio de Pascal que: "Establece que la presión aplicada en un punto del fluido se transmite con igual intensidad a cada punto del mismo.Como la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie, la fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área diferente. Si por ejemplo, un pistón tiene el área de 1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una fuerza de 10 en el pistón grande" (Nota 1).
El sistema está en equilibrio cuando la bandeja montada en el pistón está vacía, y al otro extremo sobre el otro pistón esta montada una manivela que accionará una volante y transformará el movimiento de traslación en rotatorio.
Cuando el sistema inicia, la bandeja se llena de agua y un rebose acciona un mecanismo que impide el ingreso de más agua y su peso hace descender el pistón. La carrera máxima de este pistón es de cincuenta centímetros o 20 pulgadas, cuando efectúa este recorrido acciona un mecanismo que libera el agua contenida en la bandeja. Como se entiende aún contamos con cuatro pulgadas para que el agua que cae de la bandeja fluya hacia el mar. Cuando la bandeja está vacía el sistema reinicia, al subir la bandeja acciona un mecanismo que libera el agua del tubo que la alimenta. La relación entre los pistones deberá ser de 1 a 1, pues, El peso de la bandeja sumado al del agua que contiene supera el peso del otro pistón y el exceso se traduce en fuerza suficiente para hacer girar a la volante. Además una relación de 1 a 1 garantiza una mayor velocidad.
EL GENERADOR
El generador está formado por una volante, que es accionada por la manivela, la volante transmite la fuera rotacional a un sistema de engranajes que aumenta su velocidad y accionan un dinamo que produce electricidad. Los dinamos son baratos. El precio de un dinamo de procedencia china de 5 kilovatios es de USA$ 50, a partir de cincuenta unidades y su precio asciende hasta USA$ 530 para uno de 50 kilovatios. (Nota 2)
Los sistemas de engranajes o Caja pueden ser construídos en cualquier parte o ser adquiridos de segundo uso. Naturalmente como el sistema ocupa una altura mayor al de un metro será necesario hacer un foso para instalarlo.
MAREAS
Cuando sube la marea y sube la altura de las olas, se deberá desactivar el sistema. Se deberá usar otro sistema que comprenderá un tubo de admisión situado a mayor altura y una canaleta o tubo adecuado y un sistema distinto de transformación de energía. O en su defecto se podrá elevar la altura del tubo de admisión. Estos detalles deberán ser corregidos cuando se instalen las primeras centrales, lo mismo que mecanismos de rebose que impidan una sobrecarga del sistema.
EFICIENCIA
Para lograr una mayor eficiencia en algunas zonas donde la altura de las olas no sea suficiente, o para maximizar la potencia, será preciso lograr almacenar el agua a una mayor altura, incluso superior a la altura máxima de la ola. Esto es posible si se usa un VENTURI para aumentar la velocidad del agua que ingresa por el tubo de admisión. Es conveniente también que el tubo de admisión por donde ingresa el agua de la ola, sea rectangular de modo tal que evite perder altura. Si las condiciones son adecuadas se pueden hacer funcionar simultáneamente varios sistemas y multiplicar la producción de electricidad.
AGRADECIMIENTO
Debo agradecer a Internet, Microsoft y Google por facilitarme los medios que han hecho posible concluír con exito mis investigaciones. A la vez también debo disculparme con Ustedes lectores porqué mi falta de disciplina ha demorado innecesariamente la publicación de este trabajo.
Se encuentra disponible un video en youtube en idioma español que muestra algunos gráficos, con el mismo título que este artículo: CONSTRUCCION DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA CASERA ó CONSTRUCTION OF A HYDROELECTRIC PLANT "MADE IN HOME"
En Lima, Perú a 18 de mayo de 2010
Jorge Egúsquiza Loayza
Notas:
1.- ver: http://www.galeon.com/ principio de pascal
2.- ver: http://www.alibaba.com/ precio de un dinamo de 10 kilovatios
3.- ver: http://www.oni.escuelas.edu.ar/ centrales mareomotrices
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