La central minihidràulica. 
Projecte tècnic de construcció d'una turbina hidràulica.
Descripció i característiques del projecte

Data : Curs 02/03


Resum del PROJECTE desenvolupat per l'alumna Macarena Taravilla Rodríguez 
de l'Ateneu Instructiu de Sant Joan Despí

 
Professora tutora:
Rosalia Ey de l'Ateneu Instructiu de Sant Joan Despí
 
Segon de Batxillerat de modalitat de tecnologia
 


 
Maqueta 
Maqueta 










Detalls de la Maqueta 
Detalls de la Maqueta 










................ 
Índex general del treball
  • Introducció 
  • La central minihidràulica
  • Projecte tècnic per a la construcció d'una turbina hidràulica 
  • Conclusió 
  • Glossari 
  • Bibliografia 

Introducció
  • Aquest treball de recerca, sobre l'energia de l'aigua, té dues part diferenciades. Per una banda, tenim “La central minihidràulica” on s'explica el funcionament d'aquest invent tècnic per aprofitar a petita escala la força de l'aigua, tot obtenint energia elèctrica. Per l'altre banda, tenim “Projecte tècnic per a la  construcció d'una turbina hidràulica”, on es reflexa de manera visual la capacitat energètica de l'aigua.
  • Per fer la primera part del treball, he partit de diverses fonts d'informació. En primer lloc, internet ha estat una eina molt important per la recollida d'informació. En segon lloc, la visita guiada a La Central Hidràulica de Capdella  m'introduí en el món de la tecnologia hidràulica. Allà vaig observar totes les parts d'una central hidràulica, l'embassament, el llac d'Estany Gento, la pressa, el canal, la cambra d'aigua, les canonades de pressió,   5 turbines Pelton, 5 alternadors trifàsics , excitatrius i transformadors. En tercer lloc, vaig visitar el Museu de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya on vaig veure una turbina Francis, diverses maquetes relacionades amb el tema, i vaig participar en experiments sobre demostracions físiques. 
  • Per la segona part del treball, he tret la informació dels consells d'algunes persones i de la intuïció que caracteritza tot procés tecnològic.
  • La motivació principal d'aquest projecte, parteix del gust per fer maquetes i la preocupació pel mediambient. Cal destacar, que fa dos anys, la meva idea era fer un treball sobre el karate, però vist des del punt de vista de la física. El fet que hagués de deixar el karate per problemes personals, m'impulsà a canviar de treball. Recordo que en aquell moment estàvem estudiant les centrals elèctriques i em va despertar especial interès la Central Hidroelèctrica. Però vaig veure que no era molt respectuosa amb el medi i  em vaig centrar en la minihidràulica, en la qual es minimitzen els impactes ambientals. 
  • El treball es centra sobretot en la central minihidràulica i la maqueta demostrativa.
  • Per fer la maqueta he utilitzat el projecte tècnic, que és un pla de treball organitzat, que partint d'un desig, una necessitat o un problema, busca una solució factible que es materialitza en la construcció d'un objecte. El mètode experimental, també hi és present, han estat molts els cops que a partir dels resultats dels assajos he hagut de fer modificacions sobre la maqueta per obtenir major rendiment.
  • Pel que fa ha dificultats tècniques, s'han presentat unes quantes. En principi, l'aigua no aconseguia impactar bé sobre els àleps de la turbina. Després, el pes de l'eix impedia una adequada  velocitat de rotació. Darrerament les característiques de la caixa de magatzem, em van obligar a afegir més elements.
  • Pel que fa a les dificultats personals, la manca de temps lliure i l'astúcia del meu pare, que en la turbina II em va trencar un àleps, “em va estressar” en alguns moments. 
  • Com apunt final, el més divertit d'aquest projecte, han estat les proves de les diferents turbines i el munt de cops que ens em mullat, tant la meva tutora com jo per poder  fer-la funcionar.

  •  
Índex de la central minihidràulica.
 
 
1. Història 
2. Funcionament 
3. Comparació de la central minihidràulica a Espanya i Catalunya 
4. Aplicacions de l'energia  de les centrals minihidràuliques 
5. Aspectes ambientals .

Annexos

1. Fotografia d'una serradora 
2. Rodes hidràuliques d'empenta superior i inferior .
3. Estructura de les minicentrals segons la potència (1987) 
4. Actuacions del sector elèctric en l'àrea de les petites centrals hidroelèctriques 
5. Potencial hidroelèctric d'Espanya 
6. Projectes de minihidràuliques 1991/1999 
7. Esquema genèric dels components d'una minicentral d'aigua fluent 
8. Components d'una central minihidràulica de peu de presa 
9. Representacions gràfiques de la turbina Pelton 
10. Representacions gràfiques de la turbina Francis 
11. Representacions gràfiques de la turbina Kaplan 
12. Centrals hidroelèctriques de potència inferior als 10 MW 
13. Evolució de la potència minihidràulica útil en Espanya 
14. Potència minihidràulica per comunitats autònomes 
15. Producció d'energia elèctrica (1998) 
16. Instal·lacions minihidràuliques a Catalunya 
 

Índex del projecte tècnic per a la construcció d'una turbina hidràulica.
1. Introducció al projecte tècnic 
2. Identificació del problema
3. Memòria 
4. Disseny 
5. Croquis 
6. Plànol 
7. La planificació del treball 
             7.1. full de procés 
             7.2. Fulls de fabricació 
                 7.2.1. Full de fabricació del rodet de la turbina III 
                 7.2.2. Full de fabricació de l'eix de rotació de la turbina III 
                 7.2.3. Full de fabricació de la cambra de la turbina 
                 7.2.4. Full de fabricació de la tovera a pressió o canonada forçada 
                 7.2.5. Full de fabricació del grup generador 
                 7.2.6.  Full de fabricació del magatzem d'aigua 
             7.3. Full d'instruccions de muntatge 
8. Construcció del prototipus i verificació. 
9. Aplicació de principis científics al procés tecnològic.

Annexos del projecte de construcció d'una turbina.

1. Planificació del procés de treball de la turbina I 
2. Planificació del procés de treball de la turbina II 
3. Fotografies de la turbina III 

Exemple del punt 2. Identificació del problema
  • En aquest cas, el problema, és la necessitat de demostrar el poder de l'energia hidràulica.
  • L'energia hidràulica és una font d'energia neta, que amb les mesures mediambiental adequades ens permet obtenir energia elèctrica de manera infinita i vitalícia mantenint l'equilibri natural i conservant el medi per a les generacions futures.
  • Partint de la informació exposada anteriorment sobre les centrals minihidràuliques, s'intenta amb aquest projecte tècnic plasmar la força de l'aigua.
  • Tot problema té més d'una solució, però partint de la informació que tenim, la solució més adient per aquest, és la construcció d'una turbina hidràulica, que mitjançant un generador ens proporcioni energia elèctrica.
 
Exemple del punt 3. Memòria (parcial)
  • L'objectiu d'aquest projecte és demostrar la força de l'aigua, com a font d'energia renovable.
  • La construcció d'una turbina hidràulica és la millor manera de demostrar el poder del líquid, degut a que aquest artefacte és capaç de transformar l'energia cinètica i potencial que porta l'aigua, en energia de rotació que es pot transformar de manera senzilla en energia elèctrica.
  • Aquest projecte té tres elements característics a destacar. El primer, és el  tub, que imita a la canonada forçada de les centrals hidroelèctriques i que transporta l'aigua l'aixeta fins a la turbina. El segon, es la turbina pròpiament, que gràcies a les seves característiques  i a l'energia mecànica de l'aigua , crea un moviment de rotació, el tercer, és el generador de CC o dinamo que transforma l'energia de rotació en energia elèctrica.
  • El projecte final que es presenta, és fruit de diverses proves i millores de projectes anteriors.
  • En un principi, es va construir una turbina que no va assolir les expectatives. La planificació del treball i les fotografies d'aquesta es poden veure en l'annex 1.
  • Després de diverses proves, es va comprovar que els factors que provocaren el mal funcionament de la turbina I són els següents:
    • .../...
  • Les innovacions de la turbina II són les següents:

  • Es van agafar culleres, aprofitant que tenen una forma que fa que el material ja sigui tractat  i no s'hagi de modificar les seva forma.
      .../...
    Es va comprar una caixa hermètica de polipropilè amb un únic fons que va estalviar feina..../... Però aquest segon intent tampoc va ser fructífer. La planificació del treball i les fotografies de la turbina II es poden veure
      .../...
    es va canviar la barreta roscada de l'eix, per una agulla de fer punt, llisa, de 0,3 mm de diàmetre. Amb això es van aconseguir tres avantatges,
      .../...
    construir el rodet de la turbina sobre una caixa de radi superior. Com la distància del punt d'aplicació de la força al centre és més gran, augmenta el moment de rotació i per tant la potència desenvolupada.
      .../...
    Pel que fa al  funcionament de la turbina III és molt simple, l'aigua que ve del tub, entra mitjançant un orifici a la cambra de la turbina i impacte contra els àleps. En xocar, fa que els àleps comencin a rodar i en impactar l'aigua successivament amb cadascuna de les culleres es manté un moviment de rotació. L'aigua surt 
      .../...
    el moviment de l'eix es transmet mitjançant engranatges a una dinamo que produeix corrent elèctric i aquest s'utilitza per encendre una bombeta.
Els material utilitzats són bàsicament:
  • Caixa  rodona de plàstic PET (politereftalat d'etilè)  de 6,5 cm de diàmetre.
  •  8 Culleres de plàstic PET ( politereftalat d'etilè).
  • Agulla de fer punt del núm. 3 ( 3 mm de secció).
  • 2 anells de plàstic de 3 mm
  • Silicona.
  • Cinta aïllant
  • Caixa hermètica de PP ( polipropilè) de 22  cm de diàmetre i 8 cm de profunditat.
  • Una canyeta de plàstic.
  • Dues peces amb forma d'escaire i amb forats de 6,2 cm de llargada i 3 cm d'alçada.
  • Dos cargols de 3,5 cm de llarg i 2,5 mm de diàmetre amb les seves femelles.
  •  Dos macarrons o tubs de 2,4 cm de llarg i 6 mm de diàmetre interior.
  • Motor reversible de CC de 1,5 a 4,5 V amb 10910 rpm a 3 V.
  • Pinyó pel rotor de  la dinamo amb un forat 1,5 mm , 10 dents, diàmetre primitiu de 0,5 cm  i mòdul  de 0,5 
  • Roda dentada per l'eix de la turbina amb un forat de 3 mm , 50 dents, diàmetre primitiu de 2,5 cm i mòdul de 0,5.
  • Una anella de 4 mm de diàmetre interior.
  • Dos cables.
  • Un led.
  • Goma d’1,2 cm de diàmetre.
  • Tub de coure.
  • Colzes per les seccions del tub  de coure.
  • Adaptador per unir la goma amb el coure.
  • Un escaire.
  • Dues brides.
  • Una caixa de plàstic PP ( polipropilè) de dimensions 58 x 38 x22 cm.
  • Tuper . 
Les dimensions totals de la maqueta s'aproximen als 35 cm d'alçada màxima i 38 cm d'amplada i 58 cm de llargada.

Fotos i dibuixos que podreu trobar al treball, entre molts d'altres

Comentaris
  • Interessant treball per el procés de recerca de informació i material
  • També es força interessant per el fet de que el sistema funciona i pot ser un treball molt interessant de fer amb alumnes.
  • La totalitat d'aquest treball es troba a la biblioteca del l'Aula de recursos de Tecnologia a Cerdanyola per la vostre consulta. També tenim un vídeo de la presentació del treball de l'autora.
  • Podeu connectar directament amb la professora tutora per a qualsevol consulta.