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Title: Diseño y construcción de una rueda hidráulica para el abastecimiento de agua para riego a una altura de 120 metros
Authors: Saquicela Arias, Felipe Andrés
Velepucha Morillo, Iván Rodrigo
Advisor: Jara Cobos, Nelson Gustavo
Keywords: DISEÑO EN INGENIERÍA
RUEDAS HIDRÁULICAS - DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
RIEGO
Issue Date: Oct-2008
Description: Con la presente tesis se pretende reducir el problema del sector rural alto en la zona de Paute, donde se presenta un medio a bajo desarrollo debido a que los sistemas de bombeo de agua convencionales aplicados al riego (combustibles fósiles o eléctricos) poseen un alto costo de funcionamiento (costo de los combustibles o electricidad) en comparación con los bajos recursos económicos con los que cuentan los campesinos. Esta incompatibilidad genera una baja o nula utilización de los sistemas de bombeo tradicionales para las zonas altas de Paute, por lo tanto un reducido interés agro-productivo, lo que encierra en un ciclo de pobreza a los habitantes del sector rural. Para mejorar la calidad de vida del sector rural de escasos recursos, se pretende potenciar la actividad agrícola, mediante la aplicación de tecnologías apropiadas para el bombeo y abastecimiento de agua, aplicado al riego productivo en pequeña escala. Esto empleando fundamentalmente fuentes de energía hidráulica que suministre el recurso en forma segura, económica y limpia. El riego accionado por un sistema de bombeo hidráulico es más rentable que otros sistemas de riego en pequeñas y medianas empresas agrícolas o forestales, porque: • No genera costos en consumo de combustibles o electricidad • Todos los equipos de bombeo hidráulico son de bajo costo en comparación con moto-bombas Diesel o Eléctricas. • Los equipos de bombeo hidráulico requieren un mínimo y fácil mantenimiento. (realizables por su propio dueño) y con bajos costos (menores al 5% del costo del equipo anual). • No existen costos por el traslado y abastecimiento de combustible o por tendido de redes eléctricas en zonas inaccesibles de sembradíos. • Funcionan de manera automática, ante un suministro de agua constante. Debido a estas ventajas y necesidades es propósito de nuestro estudio el de diseñar un sistema de bombeo mediante una rueda hidráulica para el abastecimiento de agua para las zonas altas de la cuenca del río Paute en Yumacay. Nuestro estudio empieza con el estudio de caudales, realizando un monitoreo en la zona de Yumacay Paute, siendo más específicos en el Campus Juan Lunardi en Paute, donde es el lugar destinado a la implementación del sistema. El monitoreo se lo realizó mediante un vertedero triangular, el cual con datos semanales por el tiempo de un año se ha determinado el caudal de bombeo para accionar la rueda hidráulica. Para esto se tomó muy en cuenta los meses de mayor estiaje, para así asegurar el funcionamiento constante del sistema. Posterior al monitoreo de caudales se procedió a realizar los cálculos preliminares de caudales disponibles para el diseño del sistema, aquí se determinó ya otras características o parámetros de diseño, como el salto hidráulico que se tomó desde un embalse construido con anterioridad para el regadío de las partes bajas del campus. La altura de bombeo que es la distancia a donde se quiere llegar con el líquido bombeado, la demanda de agua necesaria para llenar un reservorio en la parte alta y de ahí posteriormente distribuirlas a las zonas de riego por simple gravedad. La potencia Hidráulica que nos brinda el sistema con la altura del salto hidráulico. Con los datos obtenidos realizamos un estudio breve comparativo entre el caudal obtenido para el movimiento de la rueda y con mayores o menores caudales a este. Así podemos realizar ya mediante el cálculo hidráulico dos diseños preliminares, estos diseños tienen como parámetros variables el ángulo de salida del agua de los alabes y el número de alabes. El primer diseño se realizó con un ángulo de 150º y el segundo con un ángulo de 135º. Una vez determinados los dos tipos de ruedas que nos podrían dar un resultado satisfactorio para el bombeo, procedemos a diseñar el banco de pruebas. El diseño del banco tuvo parámetros variantes como el caudal, la presión y el diámetro del chorro, los cuales mediante el cálculo de fuerzas actuantes nos dio preliminarmente en el cálculo el número de revoluciones, el torque y potencia a obtener en el sistema de banco de pruebas. Dentro del banco se construyó también un sistema de freno, este tiene por objeto el de contrarrestar el movimiento de giro del eje producida por el chorro de agua sobre las ruedas e inmovilizar el giro del eje, esto se logra aplicando una fuerza sobre una balanza tipo "Romana", que está en el extremo del brazo del sistema de frenado. El sistema de construcción se lo explica en el capítulo 3. Una vez construido el banco, con un juego de 6 ruedas intercambiables procedimos a realizar las pruebas. Estas pruebas se realizaron con cada una de las 6 ruedas construidas y variando parámetros como el caudal y la presión, obtuvimos los resultados de revoluciones por minuto y de la fuerza necesaria para detener el sistema. Posterior al banco de pruebas se realizan los rediseños definitivos en cuanto a cálculos hidráulicos y estáticos del sistema prototipo a construir. Realizados los diseños definitivos procedemos a la construcción de la rueda hidráulica. En el capítulo 3 se explica secuencialmente el proceso de construcción de este prototipo. En el capítulo 4, se tiene un análisis técnico - financiero el cual nos explica la rentabilidad del sistema propuesto, frente a los sistemas ya existentes y que son contaminantes. Aquí se hace referencia a los costos de materiales, fabricación, de mano de obra, etc. Depende de este capítulo realmente determinar si es rentable implementar el sistema de bombeo o es más beneficioso el ocupar sistemas tradicionales de bombeo. En los anexos encontramos un marco teórico referencial, en el cual constan ítems como evolución, y tipos de ruedas hidráulicas, clasificación según su alimentación, sistema de desarenadotes, todo lo referente a tuberías, sistema de freno de zapata corta y vertedero de tipo triangular que fue el utilizado en nuestro estudio preliminar.
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/799
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