Resumen

Nuestro proyecto se centra en ayudar a comunidades en las que la electricidad es un recurso difícil de obtener, con esto afectado su desarrollo cotidiano como personas y/o comunidad. De igual manera sirve para darle un segundo uso al agua utilizada día con día en los hogares o bien en las escuelas . Por lo tanto, al implementar un prototipo como el que proponemos en este proyecto no solo ayudamos a las personas que padecen la falta de electricidad, sino que también beneficiamos al medio ambiente, ya que únicamente se necesitan materiales que son fáciles de  adquirir e instalar.  Hoy, según la Secretaría de Energía (SENER) en el país existe infraestructura para generar energía renovable en un 31%, pero no significa que ese sea el porcentaje que se genere continuamente. La luz eléctrica por energía cinética de agua corriente ayuda a generar energía de forma sostenible. En este caso, la caída del agua logra mover las turbinas que, a su vez, generan electricidad de forma sostenible y ayudan en la mayor parte posible, a evitar generar residuos para que su impacto en el ecosistema sea  menor. Por lo que nuestro proyecto ayudaría a implementar la energìa de manera ecológica y a bajo costo. Ya que, aunque México sea capaz de usar e implementar energías limpias debido a sus condiciones geográficas, hoy en día solo el 25.5% es proveniente de esta misma y el 74.52% es generada por otras energías convencionales (no limpias). Nuestro proyecto, por ahora, no busca ser implementado a una mayor escala de energía, sino, ayudar de manera unitaria a habitantes vulnerables de especificas zonas en México.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Nuestro proyecto se centra en ayudar a comunidades en las que la electricidad es un recurso difícil de obtener, con esto afectado su desarrollo cotidiano como personas y/o comunidad. De igual manera sirve para darle un segundo uso al agua utilizada día con día en los hogares. Por lo tanto, al implementar un prototipo como el que proponemos en este proyecto no solo ayudamos a las personas que padecen la falta de electricidad, sino que también beneficiamos al medio ambiente, ya que únicamente se necesitan materiales fáciles de adquirir e instalar. Hoy, según la Secretaría de Energía (SENER) en el país existe infraestructura para generar energía renovable en un 31%, pero no significa que ese sea el porcentaje que se genere continuamente, ya que, aunque México sea capaz de usar e implementar energías limpias debido a sus condiciones geográficas, hoy en día solo el 25.5% es proveniente de esta misma y el 74.52% es generada por otras energías convencionales (no limpias). Por otro lado la luz eléctrica por energía cinética de agua corriente ayuda a generar energía de forma sostenible. En este caso, la caída del agua logra mover las turbinas que, a su vez, generan electricidad de forma sostenible y ayudan en la mayor parte posible, a evitar generar residuos para que su impacto en el ecosistema sea menor. Nuestro proyecto, por ahora, no busca ser implementado a una mayor escala de energía, sino, ayudar de manera unitaria a habitantes vulnerables de especificas zonas en México, implementando la energía cinética a eléctrica de manera ecológica y a bajo costo.

Antecedentes

Turbina hidráulica:Una turbina hidráulica es una máquina que transforma la energía de un fluido (energía cinética y potencial), normalmente agua, en energía mecánica de rotación. La energía del agua puede ser por la caída en un salto de agua o por la propia corriente de agua.

Una turbina hidroeléctrica está formada por una parte fija, llamada estator, y por la rueda o rotor. El primero sirve para dirigir y regular el caudal de agua y el segundo transfiere la energía cinética del agua al eje en el que está montado.

Foto 1. turbina hidráulica de www.areatecnologica.com

Molino hidráulico: Un molino hidráulico utiliza la energía cinética del movimiento del agua para impulsar la maquinaria y pueden utilizar la energía potencial para moler granos, generar electricidad o drenar grandes áreas de humedales.  El molino hidráulico libera agua a medida que fluye. 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. Al molino de agua que genera electricidad se le suele denominar planta hidroeléctrica.

Foto 2. molino hidráulico de CrioSferaHistoria

Sostenibilidad: Los sistemas energéticos actualmente existentes en el mundo han sido construidos fundamentalmente en torno a las ventajas derivadas del uso de los combustibles fósiles, ahora dependemos demasiado de ellos. Con respecto a los suministros y a su agotamiento en un plazo corto-medio probablemente se haya exagerado, gracias, sobre todo, al continuo descubrimiento de nuevas reservas y a una aplicación cada vez mayor de las tecnologías avanzadas de exploración. Estas fuentes son esencialmente flujos de energía, mientras que los combustibles fósiles y nucleares son en esencia almacenes o depósitos de energía

La energía hidráulica y la bioenergía son ejemplos de fuentes de energías renovables, esto es, fuentes que son continuamente restauradas mediante procesos naturales. Esta es  la que proporciona cerca de la sexta parte de la electricidad mundial de forma fiable y a precios competitivos desde hace más de un siglo suponiendo más del 90% de la electricidad suministrada por las renovables. Esta es un tipo de energía de flujo que va sumando año tras año nuevas cantidades adicionales de energía, proviene de flujos de agua como lluvia, nieve, lagos,etc. Se mide por KWH año o P=1000 Q

Foto 3. la sostenibilidad de Estrategia Susentable

Las  máquinas de corriente continua: están constituidas básicamente por un estator y un colector acoplado sólidamente al rotor. El colector permite conectar  galvánicamente los conductores del circuito rotórico a la fuente de tensión continua, mediante un juego de escobillas solidarios con el estator de la máquina. Las máquinas de corriente continua transforman la energía mecánica en energía eléctrica (de corriente continua), o viceversa, se las llama generadores o motores respectivamente.

También estas máquinas están esencialmente constituidas por una parte fija, que produce el flujo de inducción, llamada inductor y otra parte giratoria, que contiene el arrollamiento en el cual se produce la f.e.m. inducida (o contra f.e.m.), llamada inducido o armadura.

La parte giratoria incluye el colector (rectificador u ondulador mecánico) componente esencial para el funcionamiento de la máquina. Son aplicables a estas máquinas las condiciones normales de servicio vistas en general para las máquinas rotantes. Los temas que corresponden a las máquinas de corriente continua están tratados por distintas normas generales, pero para algunas aplicaciones especiales, por ejemplo para las máquinas de tracción (utilizadas en vehículos ferroviarios y terrestres) existen normas particulares.

Son aplicables a estas máquinas las condiciones normales de servicio vistas en general para las máquinas rotantes.

Los temas que corresponden a las máquinas de corriente continua están tratados por distintas normas generales, pero para algunas aplicaciones especiales, por ejemplo para las máquinas de tracción (utilizadas en vehículos ferroviarios y terrestres) existen normas particulares.

Foto 4. Maquinas de corrientes continua de IES Maestro Juan Calero

Alineación en máquinas: Incluso al tratarse de transmisiones directas es fundamental que el motor esté rigurosamente alineado con la máquina accionada. Una alineación deficiente puede causar excesos de carga en el eje, deformaciones incompatibles y una brusca reducción de la vida de los cojinetes. Para los motores acoplados coaxialmente con la máquina accionada, se obtiene la alineación a través del propio acoplamiento, las dos mitades deben estar centradas y alineadas entre sí, lo que se puede comprobar con la ayuda de una regla. La manera más correcta y precisa de comprobar la alineación a través de dos relojes comparadores, colocados de modo que detecten simultáneamente los desvíos de concentricidad y de perpendicularidad entre las dos mitades del acoplamiento. Las correcciones necesarias deben obtenerse por la colocación adecuada entre las máquinas, utilizando, si es necesario, algunos calzos debajo de los pies del motor.

Foto 5. que es una alineación de máquinas de www.cedesa.com.mx

Los Átomos unidos entre sí: Todos los átomos se encuentran unidos entre sí, por fuerzas poderosas de atracción, entre el núcleo y sus electrones.Los electrones de la órbita exterior de un átomo, son atraídos hasta su núcleo más débilmente que los electrones cuyas órbitas están más cerca del núcleo.En ciertos materiales (conocidos como conductores eléctricos), los electrones están tan débilmente unidos al núcleo, que pueden ser expulsados todos ellos con facilidad y dejarlos vagar dispersos entre otros átomos.

A dichos electrones se les llama electrones libres, el movimiento dirigido de estos es lo que produce una corriente eléctrica. Los electrones que han sido expulsados de sus órbitas crean un déficit de estos en los átomos que abandonan y producen un exceso de electrones en la zona a la que se han trasladado.

Un material con déficit de electrones está cargado positivamente, otro que posee un exceso de electrones está cargado negativamente.

Cuando un átomo pierde un electrón, pierde carga negativa, entonces pierde su equilibrio eléctrico, ya que el núcleo sigue siendo tan positivo como antes, pero una de las cargas negativas de balance se han ido.

Foto 6. union de atomos de GoogleSites

Existen dos tipos de centrales de energía hidroeléctricas, las de embalse y las de paso. En el caso de las primeras, la energía potencial del agua almacenada se convierte en electricidad a través de una serie de transformaciones. El pasaje de agua a gran presión.

Energía cinética:La energía cinética es la energía que posee un cuerpo a causa de su movimiento. Se trata de la capacidad o trabajo que permite que un objeto pase de estar en reposo, o quieto, a moverse a una determinada velocidad.Un objeto que esté en reposo tendrá un coeficiente de energía cinética equivalente a cero. Al ponerse en movimiento y acelerar, este objeto irá aumentando su energía cinética y, para que deje de moverse y vuelva a su estado

Energía: La energía es la capacidad de hacer trabajo y de transferir calor. Se realiza trabajo cuando un objeto o una sustancia se mueve en una cierta distancia. La energía es necesaria para llevar a cabo procesos, como es hervir el agua o prender candiles. La energía es también flujo de calor desde un objeto o sustancia caliente hacia otra fría, cuando estos son puestos en contacto la energía tiene muchas formas, como es la luz, el calor, la electricidad, la energía química (almacenada en los enlaces químicos) y energía mecánica (movimiento de la materia; como el flujo del agua) toda forma de energía se divide en dos tipos grandes de energía; la primera clase de energía es la energía cinética, la energía del movimiento y acción. El calor es energía cinética total de átomos, iones o moléculas. Cuando estos compuestos químicos están en movimiento debido a la energía cinética entrarán en calor. No se puede siempre detectar el calor que se origina por energía cinética, porque algunas veces el calor de una sustancia puede aumentar sin un incremento adicional en la temperatura. La segunda mayor forma de energía es la energía potencial, energía que es almacenada y potencialmente disponible para ser usada. La energía potencial puede ser usada para transferirse en energía cinética.

Foto 8. energía de www.quizlet.com

Energía en el agua: El agua, como muchas sustancias, contiene dos clases de energía. La primera clase de energía es llamada energía cinética. Esta es la energía que es usada durante la ejecución de procesos, como es el movimiento. Debido a la energía cinética el agua puede fluir y las olas pueden consistir.

Pero el agua también puede contener energía potencial. Esta es la energía que está almacenada en el agua. Almacenada, pero no usada. Esta energía puede llegar a ser usada cuando el agua comienza a fluir. Será transferida a energía cinética y esta causará el movimiento.

Cuando el agua fluye o cae, se puede generar energía. La generación de energía a través del agua es usualmente llevada a cabo en grandes plantas hidroeléctricas, con un número de pasos y el uso de varios aparatos, como son las turbinas y generadores. La energía del agua puede ser usada para producir electricidad.

Foto 9. energía con agua de Freepik

Objetivo

Realizar un prototipo de generación de luz eléctrica a partir de la transformación de energía cinética producida por agua corriente casera para reutilizar este líquido generando un ahorro en electricidad

Justificación

egún Luis Pedrero, México tiene el potencial para usar energías limpias debido a sus  condiciones geográficas que lo hacen un país con gran potencial para aprovechar, específicamente, dos de estas fuentes de energía, la solar y la eólica, para producir energía eléctrica. El Acuerdo de París se firmó durante la vigésimo primera Conferencia de las Partes (COP21) en 2015 y firmaron 195 países con el fin de limitar el aumento de la temperatura del planeta a 1.5 grados centígrados.

En dicho acuerdo, México se comprometió a que el 35% de su energía provendría de fuentes renovables para el año 2024 y 43% para el 2030.

Hoy, según la Secretaría de Energía (Sener) en el país existe infraestructura para generar energía renovable en un 31%, pero no significa que ese sea el porcentaje que se genere continuamente.

La luz eléctrica por energía cinética de agua corriente ayuda a generar energía de forma sostenible. En este caso, la caída del agua logra mover las turbinas que, a su vez, generan electricidad de forma sostenible y ayudan en la mayor parte posible, a evitar generar residuos para que su impacto en el ecosistema sea  menor.

Hipótesis

Si elaboramos un prototipo de generación de luz eléctrica por transformación de la energía cinética de agua corriente casera, entonces podremos reutilizar este líquido generando un ahorro en electricidad.

Método (materiales y procedimiento)

MOLINO

• Tres abatelenguas
• Pistola de silicón
• 15 Barras de silicon
• 15 palillos de brochetas delgados de 15 cm de largo
• Base de madera (preferiblemente Contrachapada de no más de 0,3 cm de espesor)
• Lija de madera (grano de 120 )
• 20 palillos de madera (1 cm de grosor)
• Motor de 12 voltios
• Led de 1.7 voltios y 150 lumenes

MAQUETA

• 3 papeles ilustración de 27cmx28cm
• Envase de plástico con figura alusiva a un tinaco rotoplas
• Popotes azules
• Círculo de madera con un radio de 1.5cm
• 7 palitos de madera con 4 cm
•      Palito de madera de 14cm de largo

Molino:

1. Comenzamos cortando un  círculo de un radio de 3cm, y lo dividimos en 12 partes
2.  Con palitos de brocheta los pegamos en las 12 líneas 1 en cada línea.
3.  Con los abatelenguas cortamos 12 rectángulos de 3m de largo, 24 de 3cm de largo y 1.5cm de ancho, 24 de 1.5cm de largo y 1 cm de ancho.
4. La pegamos de manera que se forme una caja pero sin tapa
5. Las pegamos a los 12 palillos que teníamos antes.
6. Los palillos los pegamos a el círculo, siguiendo las marcas que realizamos anteriormente, (al cual le perforamos el centro para poder pegar el motor ahí).
7. Después realizamos la base con palitos de banderilla, colocamos dos de un lado y dos de el otro lado junto con una base de madera que sostiene el molino.

Maqueta: 

1. Al inicio pintamos los 3 papeles ilustración
2. Después partimos en dos uno de los papeles el cual ocuparemos como paredes, mientras que las que están completas se ocuparan como piso y techo de la casa.
3. Ya que el papel ilustración está seco con silicón caliente los pegamos para generar la estructura de la maqueta, también ocupamos un palito de madera para que la casa tenga soporte.
4. Después cortamos una madera en un círculo pequeño con un radio de 1.5cm y 7 palitos de madera de 4cm c/u
5. Pegamos el envase de plástico con figura alusiva a un tinaco rotoplas en una esquina de la maqueta también  con un cordón y un popote azul simulamos la manguera
6. Con una gota de silicón creamos una foco
7. Pegamos todo

Galería Método

Resultados

Al inicio, el colocar el molino fue una parte que se dificulto, mas sin embargo, después se logró colocarlo correctamente.

Aunque un nuevo problema surgió, el flujo del agua puesta sobre el molino, no ejerce la suficiente fuerza sobre este y por lo tanto, el motor no produce la suficiente energía para encender el foco led.

Después se cambió el motor por uno de 12v, logrando así que encendiera y cumpliera su objetivo de generar energía eléctrica por medio de energía hidráulica. Se tuvo que usar un led de 150 lúmenes debido a que no estamos generando tanta energía por la cantidad de agua que utilizamos.

Finalmente  generamos 2 molinos, uno colocado directamente en el tinaco y el otro en la tubería.

Galería Resultados

Discusión

Al inicio, el colocar el molino fue una parte que se dificulto, mas sin embargo, después se logró colocarlo correctamente.

Aunque un nuevo problema surgió, el flujo del agua puesta sobre el molino, no ejerce la suficiente fuerza sobre este y por lo tanto, el motor no produce la suficiente energía para encender el foco led.

Después se cambió el motor por uno de 12v, logrando así que encendiera y cumpliera su objetivo de generar energía eléctrica por medio de energía hidráulica. Se tuvo que usar un led de 150 lúmenes debido a que no estamos generando tanta energía por la cantidad de agua que utilizamos.

Finalmente  generamos 2 molinos, uno colocado directamente en el tinaco y el otro en la tubería.

Conclusiones

Podemos generar energía eléctrica a base de energía hidráulica de una manera muy sencilla, fácil y económica, el generar energía con este método, te ayuda a darle un segundo uso al agua de tal manera que te beneficie en tu vida diaria.

A pesar de que la cantidad de energía que genera es poca, al almacenarla en una pila puede llegar a generar más energía y tener más beneficio nuestro prototipo.

El generar energía de esta manera trae bastantes requisitos y beneficios, sobre todo aprendizajes de la energía y su importancia en nuestra vida cotidiana.

Bibliografía

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Autores, O., & Autores, O. (2014b). Consumo energético y su relación con el impacto ambiental | Iluminet revista de iluminación. Iluminet revista de iluminación. https://www.iluminet.com/patrones-consumo-energetico/ propela de agua casera – Buscar con Google. (s. f.). https://www.google.com/search?q=propela+de+agua+casera&source=lmns&bih=734&biw=1517&rlz=1CAMKOE_enMX1040&hl=es-419&sa=X&ved=2ahUKEwjl6uDry7r8AhXSxMkDHY5RAf8Q_AUoAHoECAEQAA&safe=active&ssui=on#fpstate=ive&vld=cid:6e1cceb6,vid:AZyxc4ZA_VM

Maryfe. (2022). ¿Qué es un molino hidráulico? Hidráulica. https://hidraulica.club/sistemas/que-es-un-molino-hidraulico/#Funcionamiento_del_molino_hidraulico

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Pilas de Combustible de Hidrógeno

¿Cómo funcionan? | Rosetta. (s. f.). Rosetta. https://rosetta-technology.com/es/aula-tecnica/notas-tecnicas/pila-combustibe-hidrogeno-como-funcionan

Villasur, S. (2023, 24 enero). Cómo se almacena la energía eólica: sistemas y métodos. Roams. https://energia.roams.es/energia-renovable/energia-eolica/como-almacenar/#formas-de-almacenar-la-energia

Invexlab españa. (2020, 14 abril). ✅ ¡Hizo una planta hidroeléctrica de Escritorio basada en un molino de agua!!! ¡Buena idea! ✅ [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=LWfYI0SpQFQ

DEXTTER. (2020, 9 abril). COMO HACER MOLINO DE AGUA [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=uHlNX089sdY

Summary

Our project focuses on helping communities in which electricity is a difficult resource to obtain, with this affecting their daily development as people and/or community. In the same way it serves to give a second use to the water used every day in homes. Therefore, by implementing a prototype like the one we propose in this project, we not only help people who suffer from a lack of electricity, but also benefit the environment, since only easy-to-acquire and install materials are needed. Today, according to the Secretaria de Energía (SENER) in the country there is infrastructure to generate renewable energy by 31%, but it doesn’t mean that this is the percentage that is generated continuously, since, although Mexico is capable of using and implementing clean energy due to its geographical conditions, today only 25.5% comes from it and 74.52% is generated by other conventional (not clean) energies. On the other hand, the electric light by kinetic energy of running water helps to generate energy in a sustainable way. In this case, the fall of the water manages to move the turbines that, in turn, generate electricity in a sustainable way and help, as much as possible, to avoid generating waste so that its impact on the marine ecosystem is less. Our project, for now, does not seek to be implemented on a larger energy scale, but to help vulnerable inhabitants of specific areas in Mexico in a unitary way, implementing kinetic energy to electricity in an ecological and low-cost manner.

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography