Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
9999333 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES “ARAGÓN” SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE POR BOMBEO, UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGÍA, EN SAN MIGUEL DEL PROGRESO, TLAXIACO, OAXACA. T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO CIVIL P R E S E N T A ANTOLÍN DE JESÚS REYES ASESOR M. EN I. MARIO SOSA RODRÍGUEZ MÉXICO 2009 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. AGRADECIMIENTO Y DEDICATORIA Agradezco a la Universidad Nacional Autónoma de México; a la Facultad de Estudios Superiores, Campus Aragón que me permitió superarme profesionalmente; A los profesores que durante mi estancia académica me brindaron los conocimientos necesarios para desarrollarme como un profesionista. Agradezco al maestro Mario Sosa Rodríguez, asesor titular, por su apoyo para la elaboración de este trabajo. Agradezco especialmente al Ing. Luís Pomposo Vigueras Muñoz y al maestro Sergio Martínez González por su valioso apoyo en el desarrollo de esta tesis. Agradezco al Ing. Maridel Zarate y al Ing. Everardo Alcantar por su apoyo en el desarrollo de esta tesis. Agradezco y dedico especialmente a mi Madre Marcelina Reyes Raymundo que con su alto apoyo moral supo orientarme y darme la educación que ella nunca tuvo. Agradezco y dedico esta tesis a mis hermanos por su apoyo incondicional, a mi hermano Abel de Jesús Reyes, a mi hermana María Elena de Jesús Reyes y a su familia esposo e hijos. Agradezco y dedico esta tesis a mi hermana, Emilia Aguilar Reyes, a su esposo por su apoyo en el tiempo en el que estuve estudiando. De igual forma dedico esta tesis a mis sobrinos en general, ya que por ser numerosos no los listo y que sirva de ejemplo para su superación personal. Agradezco y dedico esta tesis a mi hija Atzin Ireri y a mi esposa Arcelia Estela que me ayudaron y soportaron ausencias y desvelos de este tan importante trabajo, que sin duda vendrá la recompensa para la larga espera, de eso estoy seguro ya que son tan compresibles y asimilan los momentos críticos. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE POR BOMBEO, UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGÍA, EN SAN MIGUEL DEL PROGRESO, TLAXIACO, OAXACA I INTRODUCCIÓN V OBJETIVO VII CAPÍTULO I 1. Generalidades 1 1.1 Ubicación del Proyecto 7 1.2 Descripción General de la Zona 10 1.2.1 Descripción Geográfica 10 1.2.2 Relieve de la Zona 11 1.2.3 Climatológico 11 1.2.4 Vegetación 12 1.2.5 Fauna Silvestre 13 1.2.6 Hidrológico 14 1.3 Manantial 15 1.3.1 Note Ka’nuu 15 1.3.2 Note Tinañu 17 1.3.3 Note Te`Ku 17 1.4 Ríos 18 1.4.1 Note Snuchi 18 1.4.2 Note Yote 18 1.5 Ojos de Agua 19 1.5.1 Note Inteita 19 1.6 Medios de Comunicación de la Comunidad 20 1.7 Tipos de Transporte 21 1.8 Economía del Pueblo 21 1.8.1 Agricultura 21 1.8.2 Potencialidades del Suelo 21 1.8.3 Ganadería 22 1.9 Político, Social y Cultural 22 1.10 Tipo de Lengua 23 1.10.1 Lengua Mixteco/Saa Ñuu Savi 23 1.11 Artesanía 24 1.12 Vivienda 24 1.13 Indumentaria 25 1.14 Organización Social 26 1.15 Sistemas de Energía 27 1.15.1 Energía Eólica 28 1.15.2 Máquinas Eólicas 32 1.15.3 Máquinas de Bombeo 33 1.15.4 Aprovechamiento de la Energía del Viento 35 1.15.5 Costo de la Instalación 38 1.16 Energía Hidroeléctrica 39 1.16.1 Producción de Energía 40 SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE POR BOMBEO, UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGÍA, EN SAN MIGUEL DEL PROGRESO, TLAXIACO, OAXACA II 1.16.2 Cuánta Energía se Produce 40 1.17 Energía Solar 42 1.17.1 Energía Solar Fotovoltáica 45 1.17.2 Aplicaciones 46 1.17.3 Elementos que Constituyen un Sistema Fotovoltaico 48 1.17.4 Producción de Electricidad en Células y Paneles Fotovoltaicos 49 1.17.5 Paneles Fotovoltáicos 50 1.17.6 Almacenamiento de la Energía Eléctrica 53 1.17.7 Dimensionamiento de la Instalación 55 1.17.8 Tamaño del Campo de Captación 56 1.17.9 Costos 58 1.18 Biomasa 60 1.18.1 Tipos de Biomasa 61 1.18.2 Características Energéticas de la Biomasa 63 1.18.3 Aplicaciones Energéticas 64 1.18.4 Producción de Electricidad 64 CAPÍTULO II 2. Estudios Básicos 66 2.1 Antecedentes 66 2.2 Generalidades 68 2.2.1 Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos 68 2.3 Fuentes Hidrológicas 70 2.3.1 Ríos y Ojos de Agua 70 2.3.2 Note Yote (río) 71 2.3.3 Note Snuchi (río) 72 2.3.4 Note Ka’Nuu-Niuu (Agua al centro del Pueblo) 74 2.4 Manantial Note Ka’Nuu (Generalidades) 76 2.4.1 Localización de la fuente de abastecimiento 76 2.4.2 Estudio Físico Químico para determinar el uso de la Fuente para el consumo humano 77 2.4.2 Punto de Descarga 77 2.5 Datos Básicos del Proyecto 78 2.5.1 Horizonte del Diseño 78 2.5.2 Población Futura del Proyecto 78 2.6 Dotación de Proyecto 80 2.6.1 Demanda Actual 81 2.6.2 Demanda Futura 81 2.7 Gastos de Diseño 81 2.7.1 Gasto Máximo Diario 81 2.7.2 Gasto Máximo Horario 82 2.8 Capacidad de Regularización 82 SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE POR BOMBEO, UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGÍA, EN SAN MIGUEL DEL PROGRESO, TLAXIACO, OAXACA III 2.8.1 Datos de Proyecto 83 2.8.2 Memoria de Cálculo 84 2.8.3 Gastos del Diseño 84 CAPÍTULO III 3 Obras de Captación y Conducción 85 3.1 Captación 85 3.1.1 Diseño Hidráulico del Proyecto 88 3.1.2 Capacidad del Cárcamo de Bombeo 88 3.1.3 Diseño del Cárcamo de Bombeo 90 3.2 Conducción 92 3.2.1 Equipos de Bombeo 92 3.3 Características Principales para las Tuberías de Acero Galvanizado y Polietileno 93 3.3.1 Tubería de AceroGalvanizado 93 3.3.2 Tubería de Polietileno 94 3.4 Coeficiente de Rugosidad y Capacidad Hidráulica 96 3.5 Diseño de la Línea de Conducción 97 3.5.1 Cálculo del Diámetro Económico de la Línea de Conducción 97 3.5.2 Cálculo Hidráulico en Tuberías 99 3.6 Cálculo de la Línea Piezométrica 100 3.7 Golpe de Ariete 102 3.7.1 Definición de Nomenclaturas para el Golpe de Ariete 102 3.8 Dispositivos de Alivio 103 3.8.1 Válvulas de no Retorno ("Check") 103 3.8.2 Válvulas de Seguridad 104 3.8.3 Válvulas de Admisión Expulsión de Aire 105 3.8.4 El Aire y el Vacío Dentro de las Tuberías 106 3.8.5 Accesorios para Prevenir y Controlar el Aire y el Vacío en las Tuberías 107 3.8.6 Colocación de las Válvulas 107 3.9 Tratamiento de Potabilización 110 3.9.1 Proceso de Potabilizacion 110 CAPÍTULO IV 4. Regulación y Distribución 111 4.1 Regulación 111 4.1.1 Definición del Concepto 111 4.2 Regulación y Almacenamiento 111 4.3 Clasificación 112 4.4 Volumen del Tanque de Regulación 114 4.5 Línea de Alimentación 120 4.6 Red de Distribución 121 SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE POR BOMBEO, UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGÍA, EN SAN MIGUEL DEL PROGRESO, TLAXIACO, OAXACA IV 4.6.1 Clasificación de los Sistemas de Distribución 121 4.6.2 Componentes del Sistema de Distribución 123 4.6.3 Presiones Requeridas y Velocidad de Flujo 124 4.6.4 Diseño de Sistemas de Distribución Ramificados 125 4.7 Diseño de la Red de Distribución 126 4.8 Cálculo Hidráulico 126 4.9 Accesorios de la Red 127 4.10 Diseño de Cruceros 128 Conclusión 130 Bibliografía 132 Anexo INTRODUCCIÓN V INTRODUCCIÓN El proyecto se desarrolla en la comunidad de San Miguel del Progreso, Municipio de Tlaxiaco, Oaxaca, ubicada en la mixteca alta, en donde cultural y educativamente se cuenta con un mosaico bastante extenso que nos muestra el nivel ideológico y la estructura social de sus habitantes. Los servicios educativos con los que cuenta la comunidad, son de cuatro niveles educativos, con lo que se asegura que la mayoría de los habitantes cuenten con un nivel mínimo de Preparatoria. En cuanto a los servicios de desarrollo urbano, son mínimos y no satisfacen plenamente las necesidades de los habitantes, ya que por ser una zona rural-indígena se encuentra alejada de las vías de comunicación y por tal motivo es difícil su urbanización. Los recursos naturales con los que cuenta la población son los medios que han permitido la supervivencia de los pobladores, ya que de la naturaleza se proveen de los diferentes tipos de combustible para solucionar sus necesidades, además de contar con plantas que son comestibles y medicinales; y animales para consumo y trabajo. El agua que se utiliza para beber la tienen que acarrear rudimentariamente de ojos de agua, pozos, ríos y manantiales que se encuentran alejados de la mayoría de los habitantes. Las fuentes cercanas que emplean para abastecerse actualmente, apenas logran cubrir las necesidades mínimas, como preparación de alimentos, para beber y el aseo personal. Es por ello, que se elegirá la fuente de abastecimiento que mejor satisfaga la necesidad del pueblo a largo plazo. Cabe mencionar que se tiene localizada una fuente de abastecimiento de agua potable, que se considera, puede cubrir la dotación a corto, mediano y largo plazo. INTRODUCCIÓN VI Fuente Nombre Pozo Yune’e, Yosokanni, Inndesoko, Etc. Manantial a) Note Ka`Nuu b) Note Te’ku Ríos a) Snuchi (Yosonduchi) b) Note Yote Para explotar los recursos naturales de la zona, concretamente el agua potable, se requiere de un sistema de bombeo. Para ello, es necesario utilizar energía, por lo que se debe de contar con una fuente de energía para la posible ejecución de la obra y la optimización del abastecimiento de agua potable, es por ello, que en el primer capítulo se describen diferentes fuentes de energía que ayuden al buen funcionamiento de la obra. En el capítulo II se explicará la forma en la que se podrá explotar el manantial que lleva por nombre Note Ka`Nuu, el cual se considera apto para su aprovechamiento a corto plazo. Así, también se mencionan los artículos de la ley de aguas nacionales que son de gran importancia para la correcta aplicación del proyecto. Otros de los aspectos a considerar y que se tratan en este capitulo son las características de las fuentes de abastecimiento de agua potable. Se hace referencia en este mismo capítulo sobre los datos básicos que servirán para el diseño de la línea de conducción, red de distribución y tanque de regulación. INTRODUCCIÓN VII En el capítulo III se mencionarán las obras de captación y conducción y la forma en la que será almacenado el volumen de agua necesaria. Además de los tipos de tubería, seleccionando la que mejor se adapte al proyecto y que se detalla en este capítulo. En el capitulo IV se presenta la red de distribución de abastecimiento de agua potable, y su diseño hidráulico. Además de especificar los accesorios que se emplearán en la red de distribución. Se consideran una parte de anexos en donde se exponen los cálculos realizados para el dimensionamiento del proyecto, plano, como: Planta perfil, carcámo de bombeo, Red de distribución y esquema general de detalles. OBJETIVO: Satisfacer de manera óptima el abastecimiento de agua potable para la comunidad norte de San Miguel del Progreso, Municipio de Tlaxiaco, Oaxaca mediante un sistema de bombeo. Dicho sistema se realizará explotando de manera cuidadosa el manantial Note Ka`Nuu ubicado en el centro de la comunidad. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE POR BOMBEO, UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS DE ENERGÍA, EN SAN MIGUEL DEL PROGRESO, TLAXIACO, OAXACA CAPITULO I CAPÍTULO I GENERALIDADES CAPÍTULO I GENERALIDADES 1 1. GENERALIDADES El Estado de Oaxaca se ha caracterizado por ser uno de los más bellos en cuanto a paisajes, cultura y forma de vida de sus habitantes. En general, se puede observar la magnifica vegetación y la abundancia de agua por lo que es grato visitar cualquier zona de la mixteca. Esa idea es la que la mayoría de los mexicanos tienen respecto a este Estado, en cuanto a la abundancia de agua es notorio su gran abasto, pero desafortunadamente toda esa agua de manera natural no llega a las zonas y regiones rurales de Oaxaca, aunque existan los manantiales, ojos de agua o ríos cercade las poblaciones, no se han explotado debido a la falta de la infraestructura y conocimientos necesarios para su uso. EL AGUA El agua es el componente principal de la materia viva. Constituye del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos. El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en agua. El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, que sirve para transportar los alimentos y desechar el material de desperdicio. El agua desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas. CAPÍTULO I GENERALIDADES 2 SUMINISTRO DE AGUA Aprovisionamiento de agua para necesidades domésticas, industriales y de riego, así como las instalaciones y plantas necesarias para tratar el agua y hacerla llegar al consumidor. Para proporcionar agua para el consumo humano de un modo seguro se precisan grandes plantas de tratamiento. FUENTES DE AGUA Fuentes de abastecimiento de agua. El agua es vital para los seres humanos, que la necesitan para cocinar, beber, lavarse y regar los cultivos. Además, en los procesos industriales se emplean cantidades inmensas. El agua es un recurso limitado que debe recogerse y distribuirse cada vez más cuidadosamente. La fuente de agua más importante es la lluvia, que puede recogerse directamente en cisternas y embalses o indirectamente, a través de pozos o de la cuenca de captación, nombre que recibe la red de arroyos, riachuelos y ríos de una zona. El agua de la capa freática proviene de la lluvia que se ha filtrado a través de capas de roca y se ha acumulado a lo largo de los años. Si se encuentra bajo presión, el agua puede brotar a la superficie en forma de manantial. Los canales de riego, pantanos, pozos y depósitos son dispositivos artificiales, creados para recoger agua de dichas fuentes naturales. Debido a la posibilidad de contaminación, el agua se suele procesar en una planta de tratamiento antes de su distribución. La fuente esencial del agua potable es la lluvia, utilizada en pocas ocasiones como fuente directa, excepto en islas rodeadas de agua salada, donde el agua de lluvia se recoge en cisternas que constituyen la única fuente de aprovisionamiento. Cuando llueve en abundancia, el agua corre por arroyos, y cuando llueve con menos intensidad, se filtra en el suelo a través de los estratos porosos hasta encontrar un estrato impermeable en el que el agua se acumula, formando depósitos subterráneos. El agua subterránea alimenta fuentes y manantiales, que a su vez proporcionan agua a ríos, CAPÍTULO I GENERALIDADES 3 arroyos y lagos. En su discurrir, el agua subterránea disuelve minerales solubles, y a menudo las aguas superficiales de lagos y ríos están contaminadas por desechos industriales y actividades de depuración. En los modernos sistemas de abastecimiento de aguas, suelen convertirse cuencas enteras en reservas para controlar la contaminación. Las aguas son embalsadas mediante un sistema de presas, y conducidas a las redes de distribución local por la fuerza de la gravedad o con ayuda de bombas. La calidad del agua de estas fuentes varía considerablemente. Las aguas superficiales suelen ser más turbias y contener mayor cantidad de bacterias que las subterráneas, pero éstas tienen mayores concentraciones de productos químicos en disolución. El agua de mar contiene altas concentraciones de productos químicos disueltos y algunos microorganismos. Al ser tan variada la calidad del agua, dependiendo de la fuente de obtención, las compañías suministradoras y las autoridades han de cumplir con ciertos requisitos para el agua potable establecidos por las normativas de la Comunidad Europea o de la Organización Mundial de la Salud. TRATAMIENTO Una técnica de desalinización de agua de mar es a evaporación súbita. El agua de mar se calienta y se bombea a un tanque de baja presión, donde se evapora parcialmente. El vapor formado se condensa y se extrae como agua pura. Para obtener la mayor cantidad de agua posible se repite el proceso varias veces. La salmuera restante contiene una gran concentración de sal, y a veces se procesa para obtener minerales. Los olores y sabores desagradables del agua se eliminan por oxigenación. Las bacterias se destruyen añadiendo pequeñas cantidades de cloro a bajas concentraciones, y el sabor del cloro se elimina con sulfito de sodio. La dureza excesiva del agua, que la hace no adecuada para muchos usos industriales, se logra reducir, CAPÍTULO I GENERALIDADES 4 añadiendo cal débil o hidratada, o por un proceso de intercambio iónico, utilizando ceolita como ablandador. La materia orgánica en suspensión, con vida bacteriana, y la materia mineral en suspensión, se eliminan con la adición de agentes floculantes y precipitantes, como alumbre, antes del filtrado. La fluoración artificial del agua para consumo público se lleva a cabo en algunos países para prevenir la caída de los dientes. ESCASEZ DE AGUA POTABLE En todo el mundo, más de mil millones de personas no tienen acceso a agua potable. Para el fin del siglo se estima que un 80% de los habitantes urbanos de la Tierra no dispongan de suministros adecuados de agua potable. Sólo una pequeña cantidad del agua dulce del planeta (aproximadamente el 0,008%) está actualmente disponible para el consumo humano. Un 70% de la misma se destina a la agricultura, un 23% a la industria y sólo un 8% al consumo doméstico. Al mismo tiempo, la demanda de agua potable está aumentando rápidamente. Se espera que el consumo agrícola de agua aumente un 17% y el industrial un 60% en los próximos años. A medida que el agua potable es más escasa, hay mayores posibilidades de que se convierta en una fuente de conflictos regionales, como ya está sucediendo en Oriente Próximo. El suministro de agua potable está disminuyendo debido a las fuertes sequías que la mitad de las naciones del mundo experimentan regularmente. Como consecuencia, la población, en constante aumento, extrae agua de los acuíferos a un ritmo mayor del tiempo que tarda en reponerse por medios naturales, incluso en países templados como Estados Unidos. En algunas ciudades costeras, como en Yakarta, Indonesia, o Lima, Perú, el agua del mar se introduce en el interior de los acuíferos para llenar el vacío, contaminando el agua potable restante. Muchos acuíferos subterráneos CAPÍTULO I GENERALIDADES 5 sufren contaminación procedente de productos químicos agrícolas y los procedimientos de limpieza son costosos. La agricultura de regadío, beneficiosapara muchos países que de otro modo no podrían obtener suficientes cosechas de alimentos, también puede contaminar el suministro de agua, si se utiliza en exceso. Al acumularse sales del suelo en las aguas superficiales, éstas son inadecuadas para futuros usos agrícolas o domésticos. CAPÍTULO I GENERALIDADES 7 1.1 UBICACIÓN DEL PROYECTO La comunidad de San Miguel del Progreso, esta delimitada al noroeste por Santa María Asunción Tlaxiaco, al oeste por Cuquila, al sur por Santo Tomas Ocotepec, al este por Chicahuaxtla y al noreste por San Juan Mixtepec, y se encuentra a 45 minutos de Tlaxiaco y a 5 horas del centro de Oaxaca. Se llega por la carretera federal No. 125 que comunica a Tlaxiaco-Putla y Pinotepa Nacional. El tiempo que se realiza de Tlaxiaco a la desviación de San Miguel del Progreso sobre la carretera federal es de 45 a 60 minutos aproximadamente; la distancia que existe entre el distrito y la desviación del pueblo es de 32.2 km. Fig.- 1.1 Panorama de la comunidad Desde este punto, llamado desviación, se deriva un camino de terracería que conduce al centro del pueblo. Este camino es el único acceso con el que se cuenta. Actualmente se esta gestionando para su pavimentación. CAPÍTULO I GENERALIDADES 8 La comunidad cuenta con 4500 habitantes de acuerdo al censo que se realizó en el 2006. Los servicios con que cuenta actualmente la comunidad son los siguientes: • Un Preescolar. • Una Escuela Primaria “Vicente Guerrero” • Una Escuela Tele secundaria • Una Escuela Preparatoria “Note Ujia” • Un Centro de Salud • Un Mercado Municipal. • Una Cancha de Básquet bool. Municipal • Un Museo comunitario “Note Ujia” • Un Auditorio municipal. • Un Templo • Tres Manantiales • Electrificación CAPÍTULO I GENERALIDADES 9 Fig.- 1.2 Escuela Telesecundaria. Fig.- 1.3 Escuela Preparatoria “NOTE UJIA” CAPÍTULO I GENERALIDADES 10 Fig.- 1.4 Zona del manantial 1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA ZONA 1.2.1 DESCRIPCIÓN GEOGRÁFICA San Miguel del Progreso, es una comunidad que se encuentra ubicada a una altitud de 2500 m.s.n.m, se puede considerar como punto máximo de altitud, ya que inicia un declive, con una pendiente considerable con desfiladeros y curvas peligrosas hasta llegar a la costa chica como Putla de Guerrero. El Distrito más cercano, tiene un tiempo aproximado de dos horas de trayecto en automóvil debido a la configuración topográfica en la zona. Zona del manantial CAPÍTULO I GENERALIDADES 11 1.2.2 RELIEVE DE LA ZONA Durante el trayecto de la Ciudad de Tlaxiaco, hacia la comunidad de San Miguel del Progreso se pueden observan valles en un área de 3 hectáreas, posteriormente el panorama cambia radicalmente, observándose cerros, barrancas y algunos ríos. Fig.- 1.5 Vista previa de la “NOTE UJIA” 1.2.3 CLIMATOLÓGICO En San Miguel del Progreso, la mayor parte del año hace frío, debido a la zona que está cercada por cerros, y en algunas partes se debe a la altitud. La vegetación es poca; pero en la temporada de lluvia se intensifica su presencia. Sólo en algunos días de la primavera se puede sentir un poco de calor o un clima templado. Este tipo de clima es poco favorable para el crecimiento de buenos cultivos. PREPARATORIA NOTE UJIA CAPÍTULO I GENERALIDADES 12 1.2.4 VEGETACIÓN La flora en la comunidad es variable, dependiendo de las condiciones topográficas y principalmente, de las condiciones de humedad y/o pluvial. Las especies maderables de mayor importancia que existen en la región son: pino, encino y ocotales, principalmente. Existen plantas que se utilizan en actividades de tipo artesanal, como el maguey de donde se extrae el pulque. Se han identificado en la región aproximadamente 100 plantas medicinales, las más comunes son: hierbabuena, Itamorreal, hinojosa, árnica, manzanilla, lengua de vaca, ruda, valeriana, romero, anís, pericón y gordolobo. Todas ellas han sido empleadas de manera importante en la medicina tradicional y cuyo uso prevalece en la actualidad. En cuanto a los árboles frutales, existen generalmente los propios de clima frío tales como: durazno, manzana, membrillo, capulín, tejocote, pera, granada y ciruela. CAPÍTULO I GENERALIDADES 13 Fig.- 1.6 Plantas silvestres 1.2.5 FAUNA SILVESTRE En las partes altas habitan varios tipos de aves propias del lugar, tales como: el águila, el gavilán y el zopilote; y ciertos tipos de pájaros de bellos colores y cantos como: golondrina, gorrión, colibrí, jilguero, calandria, pájaro carpintero, petirrojo y otros. También podemos observar en menor cantidad, pero todavía se pueden encontrar algunos felinos como el gato montes o tigrillo y algunos reptiles como lagartijas, víboras de cascabel, coralillo, etc. Los animales silvestres más comunes en la mayor parte de la región que sirven de alimento a los habitantes son: conejos, liebres, ardillas, palomas silvestres, tlacuaches, zorros, zorrillos y armadillos. CAPÍTULO I GENERALIDADES 14 1.2.6 HIDROLÓGICO San Miguel del Progreso solía ser una comunidad rica en recursos naturales. El agua, era uno de esos recursos que abundaban, ya que se contaba con ojos de agua, manantiales, arroyos y ríos. De ahí el nombre original del pueblo “NOTE UJIA” que en Mixteco significa “Siete Ríos”. Sin embargo, al paso del tiempo, el hombre basándose en su desconocimiento, explotó los bosques a su máximo potencial, con el pretexto de realizar el sistema de cultivo que necesitaba para solventar su necesidad alimenticia. Con esta medida irracional,acabo con gran parte de los árboles, y por consiguiente, con el agua, por ser ésta la fuente de abastecimiento de los mantos acuíferos. Actualmente, esta localidad cuenta con bastantes ojos de agua, pero el gasto que proporciona cada uno de ellos es mínimo, y no logra satisfacer la demanda de la comunidad. También cuentan con dos ríos y tres manantiales, estos últimos son notables por su gasto y se consideran de gran importancia, pero a pesar de ello no se están explotando adecuadamente, ya que no se cuenta con la infraestructura necesaria. Algunos otros continúan sin explotarse, debido a que sus causes son muy profundos y en algunos otros casos la zona es de difícil acceso. A continuación se listan los manantiales, ríos y ojos de agua que aún siguen vivos, dándose una descripción general a cada uno de ellos según su gasto y orden de importancia. CAPÍTULO I GENERALIDADES 15 1.3 MANANTIAL 1.3.1 NOTE KA’NUU Note Ka’Nuu (agua grande). Es un manantial que está localizado en el centro de la comunidad y es el más importante por su ubicación y por el gasto que tiene, debido a ello este trabajo se enfocará a este manantial. Fig.- 1.7 Manantial “NOTE KA`NUU” CAPÍTULO I GENERALIDADES 16 Fig.- 1.8 Manantial “NOTE KA’NUU” CAPÍTULO I GENERALIDADES 17 1.3.2 NOTE TINAÑU Note Tinañu (agua de Mora). Es un manantial que se encuentra al lado posterior del templo, y se encuentra casi pegado al anterior manantial, por lo que se cree que es originado por el NOTE KA`NUU, sin embargo sus características son diferentes, ya que el agua del TINAÑU es más calida que la del “NOTE KA’NUU” que tiene su agua demasiada fría. El gasto que estos producen es de volumen igual. 1.3.3 NOTE TE`KU Se considera como manantial ya que nace en este lugar llamado “Te’ku”, también es conocido como “agua de soldado” por ubicarse donde pasa un camino que era una vía de acceso de quienes anteriormente se dedicaban al comercio u otros, como el caso de los soldados que era su camino de recorrido y el punto de descanso era este lugar, con la finalidad de aprovechar el líquido para satisfacer su consumo. Sin duda, es la fuente más importante de agua para las personas que habitan en esa zona, ya que su gasto es favorable. Se cree que el manantial tiene raíz o proviene de un cerro llamado “Lomo Tu’u Sha’u” que en castellano significa “Cerro de 15 palabras”. Debido a la orientación del flujo y que en esta dirección se encuentran otros pozos que tienen las mismas características. A pesar de ser un manantial que en algún momento logró satisfacer en su totalidad la demanda de los habitantes cercanos, el uso indebido de este, hizo que su producción bajara Este fenómeno se presenta en cada uno de los lugares donde el agua está presente, por lo que es importante tomar conciencia sobre una cultura donde se puede CAPÍTULO I GENERALIDADES 18 hacer renovar el sistema de abastecimiento de agua, para poder seguir en armonía con la naturaleza. 1.4 RÍOS 1.4.1 NOTE SNUCHI (YOSONDUCHI) Note SNUCHI (Yosonduchi). Es un río que nace de la cueva ubicada en la zona denominada Yosonduchi, que se encuentra al lado sur de la comunidad y se calcula una longitud de 5 km del tramo de su origen hasta donde se une con el Note Ka`Nuu y el Note Tinañu, que son los ríos formados por estos manantiales (citados en los párrafos anteriores). Este río se considera como perenne, ya que su gasto sólo disminuye en temporada de sequía, no cesa totalmente, lo normal para esta zona. Las características principales de su cause es de tipo natural, a base de la misma fuerza del agua, por lo que es un cause muy rústico. Encontrándose rocas de diferentes segmentos, y una cantidad mínima y en algunos casos nula de materiales como la arcilla, limo, arena, etc. 1.4.2 NOTE YOTE Note Yote (En castellano agua de río). Es un río con mayor gasto en comparación con el anteriormente citado; su cauce padece de las mismas características. Este río se ubica al norte de la comunidad y de hecho, por problemas de límite con otras comunidades lo toman como lindero desde los años 80. Desde su punto de afloramiento y en todo el trayecto del cause es de difícil acceso con un desnivel aproximado de 100 m siguiendo una pendiente considerable de 30%. Debido a la topografía tan accidentada y por funcionar como lindero no es posible su explotación. CAPÍTULO I GENERALIDADES 19 Los mencionados son los más importantes ya que sus gastos son de 50 l.p.s como promedio, auque varía para otros: no así para el último, conocido como “Yote” (río en castellano). Los siguientes son ojos de agua y su función principal es satisfacer las necesidades de agua para la ganadería y el consumo humano. 1.5 OJOS DE AGUA Los ojos de agua, que a continuación se describen, están ubicados en la parte norte de la Comunidad de San Miguel del Progreso, Tlaxiaco, esto sin mencionar algunos otros ojos de agua y pozos, que sin duda contribuyen a la satisfacción de las necesidades del consumo humano A continuación se listan algunos ojos de agua que se ubican en el lado sur de la comunidad, sólo los principales y los de mayor gasto son en los que se profundizará. a) Note Yutansu (agua de gavilán) b) Tee Tu’u (agua oscura debido a su ubicación encontrándose entre dos cerros). c) Note Yata tutayu (agua de atrás del cerro del banco). 1.5.1 NOTE NDEITA Note Ndeita: (agua que escurre). Se capta el agua en pequeños tanques de almacenamiento para ser entubada y conducirla al tanque principal, ubicado en la zona llamada Nucuruci (enfrente de la Cruz). Esta distribución sólo tiene dos ramales, debido a la carga mínima que se obtiene de los escurrimientos, sin embargo, abastece a un gran número de habitantes e instituciones. CAPÍTULO I GENERALIDADES 20 • Note Neniyi • Note Skuyuyu • Note Saina • Note Tinayu etc. Estos ojos de agua son de menor capacidad, por lo que no es necesaria su explicación, pero satisfacen en lo mínimo, las necesidades de los que hacen uso de ellos. 1.6 MEDIOS DE COMUNICACIÓN DE LA COMUNIDAD. Como se describió al inicio de este capítulo, la principal vía de comunicación para la comunidad es la carretera federal No.125 con la que conecta un camino de terracería que conducela comunidad al lugar de la conexión; que se le llama “desviación” y se ubica en el kilómetro 89.5 de la carretera federal con destino a Putla de Villa de Guerrero. La comunidad cuenta con una línea telefónica bajo el sistema de telefonía celular, que por cierto su tarifa es bastante elevada, por lo que es incomodo utilizar este medio. Se alcanzan a sintonizar tres estaciones de radio, de las cuales dos, se ubican en Tlaxiaco y son XETLA, LA VOZ DE LA MIXTECA en 930 AM y XETLX, LA PODEROSA en 830 AM y la estación que se encuentra en el distrito de Putla de Guerrero, la XEPOR, LA EXPLOSIVA 740 AM. También se recibe la señal televisiva, pero sólo algunos canales, como sería el canal 2 y canal 5 de Televisa. Estos son los de medios masivos de comunicación más importantes en cuanto a nivel nacional se refiere y como vía de acceso la carretera federal para la zona. CAPÍTULO I GENERALIDADES 21 1.7 TIPOS DE TRANSPORTE Sin duda en tiempos actuales, el tipo de transporte que circula en la zona son los vehículos. Estos vehículos son de los mismos lugareños y los utilizan en servicios de pasajes, y en casos de algún servicio mayor, como llevar cualquier tipo de materiales para beneficio de la comunidad se utiliza el transporte de carga de los vendedores. La mayor parte de la gente camina hasta llegar a la desviación en donde esperan el transporte de pasajeros para dirigirse a sus destinos. 1.8 ECONOMÍA DEL PUEBLO. 1.8.1 AGRICULTURA La agricultura es la base de todos los pueblos, y no es la excepción en San Miguel del Progreso, donde se cultiva el maíz, fríjol, trigo, lentejas y pequeños huertos para consumo de cada familia, en lo general, ya que pocas familias tienen la posibilidad de contar con un sistema de riego para lograr una buena cosecha y así vender su producto. Esta falta de productividad agrícola es debido a la carencia de agua, ya que a pesar de tener varios ojos de agua, no existe la infraestructura necesaria para explotar dichos medios naturales y así mejorar las condiciones de vida de la comunidad. 1.8.2 POTENCIALIDADES DEL SUELO En San Miguel del Progreso el suelo es rico en nutrientes, pero no puede aprovecharse con fines agrícolas ni ganaderos, ya que no cuenta con la infraestructura adecuada, como un sistema de riego. CAPÍTULO I GENERALIDADES 22 Aunque hay casos particulares, como parcelas, que se ubican cerca de los causes de ríos y que pueden desarrollar la agricultura. También se puede producir adobe para la construcción de viviendas. 1.8.3 GANADERÍA La zona en la que está ubicado el pueblo es montañosa, por lo que no es posible encontrar pastizales, y esto dificulta tener un área propicia para la crianza de animales. Aunque lo anterior no es pretexto, ya que se pueden acondicionar espacios para dicho efecto; pero con esto no se mediría el impacto ambiental que se ocasionaría. A pesar de ello, la gente cuenta con pequeños corrales en los que tienen como mínimo 5 animales y como máximo 20, sin afectar significativamente al medio natural, y que al contrario, ayuda a mantener el balance en cuanto al crecimiento de arbustos y helechos. De igual manera que con la agricultura, en su mayoría, es para consumo personal y de trabajo, aunque según las necesidades familiares, se llegan a poner en venta. Los animales con los que cuentan la mayoría de las familias son: borregos, chivos, puercos, vacas y aves de corral para consumo familiar o festivo; y burros, toros y caballos para actividades de trabajo o carga. 1.9 POLÍTICO, SOCIAL Y CULTURAL Los cambios en la estructura política, económica y cultural del pueblo, se han dado debido a múltiples aspectos, uno de ellos es la emigración, por ejemplo, que ha modificado la música, la alimentación, y los atuendos tradicionales e inclusive algunos medios de comunicación debido a la influencia externa que retoma la gente más joven. CAPÍTULO I GENERALIDADES 23 Pero mientras crecen empiezan a valorar lo que tienen y debido a ello es que se conservan sus usos y costumbres, como un motor principal, que permite realizar en conjunto las tareas importantes de la comunidad. La transformación en la estructura antes mencionada es reciente, es decir, no más de diez años, en los que estos cambios se han multiplicado, ya que la emigración se da cada vez más debido a la falta de oportunidades laborales, académicas, económicas, etc. La emigración, en su mayoría, es hacia Estados Unidos, y debido a ello, la gente que regresa al pueblo, viene con otra forma de pensar, de actuar, etc. pero a pesar de ello las personas mayores y los jóvenes que permanecen y los que aún se sienten identificados y comprometidos con la comunidad, hacen que los demás se integren a las actividades y sigan la normatividad que desde años el pueblo ha tenido y ha cimentado para el buen funcionamiento de su estructura social, política y cultural. 1.10 TIPO DE LENGUA 1.10.1 LENGUA MIXTECO (SAA ÑUU SAVI) En la comunidad de San Miguel del Progreso, se habla la lengua mixteco. Este tipo de mixteco corresponde a la Mixteca Alta. La palabra mixteco tiene raíz de los pobladores de Mixtecapan (país de los mixtecos) o Mixtlán (lugar de nubes), según los Nahuas, se autonombraron Ñuu Savi que significa en castellano "pueblo de la lluvia". Los españoles, desde el siglo XVI la llamaron “Región de la Mixteca”. CAPÍTULO I GENERALIDADES 24 A lo largo del tiempo, la lengua mixteco ha tenido modificaciones naturales, y otras propiciadas, principalmente, por el proceso de evangelización, como único modificador fuerte. Haciendo con esto que se tenga un mixteco pintado o no natural, no original. En la actualidad se sigue deformando la lengua original, debido a la falta de interés de los jóvenes por continuar conservando la lengua propia, además de factores externos, como los medios de comunicación, principalmente y la emigración de la cual se hablará mas adelante. 1.11 ARTESANÍA En San Miguel del Progreso existe una diversificada producción artesanal. Se manufacturan textiles en algodón y lana como: servilletas, huipiles, morrales, ceñidores, cotones, rebozos y enredos de lana. Las prendas textiles son artesanías que las mujeres hacen en sus tiempos libres. Los hombres se dedican a la carpintería, al campo o el tequio. El trabajo artesanal se realiza en el ámbito doméstico. Los niños comienzan a aprenderlo cerca de los seis años. Aunque la gente no considera que su trabajo manual, sea una forma de remuneración económica, en cuanto a la elaboración de vestimenta y artículos regionales para el hogar u otros, existen familias que venden sus artículos en el centro del pueblo, el museo comunitario y su distrito, Tlaxiaco, Actualmente más del 50% de la población se encuentra lejos de la comunidad, (en la capital o en Estados Unidos) con el objetivo de generar ingresos para el sostén de la familia.1.12 VIVIENDA El tipo de vivienda típica de las zonas rurales, tienen su techo de dos aguas (forma triangular). Los materiales de construcción son: madera de diferente estilo de CAPÍTULO I GENERALIDADES 25 acuerdo a las posibilidades económicas de cada jefe de familia, y estos pueden ser en forma de viga en posiciones de colocación horizontal o vertical, con techo de lámina, teja barro (en tiempos actuales). En los últimos 5 años las casas que se están construyendo lo hacen a base de tabique, cemento, arena, varilla etc. La modernización del pueblo al menos en construcción. 1.13 INDUMENTARIA En San Miguel del Progreso, el tipo de indumentaria que usan las mujeres es el huipil hecho de tres lienzos con hilos de lana de colores y un enredo manufacturado en algodón teñido con añil y grana, alternando listones de varios colores; Estas piezas se elaboran en telar de cintura. El huipil sólo se utiliza en festividades El cabello se parte en dos y se trenzan los gajos con un mismo hilo, que es bordado por las mujeres, este hilo se encuentra por la mitad al término del trenzado y forma una “u” con ambas trenzas. Otros adornos son los collares y los aretes de cuentas rojas y doradas. No se usaba el calzado, pero hoy en día se usan huaraches o zapatos. Debido a la migración es común que se vista con ropa comercial. Sin embargo, las mujeres siguen usando rebozos, ya sea los tradicionales "blancos" hechos de lana o algodón, o bien los comerciales que son de colores, fabricados con fibras sintéticas. Las mujeres mayores y las niñas pequeñas usan el cabello largo peinado en dos trenzas; las jóvenes, el cabello suelto adornado con piezas de bisutería o rizado en peluquería, ésta es una muestra de que han adoptado modas urbanas Las prendas básicas que usaban los hombres eran calzón de tela blanca y cotón de algodón blanco o lana, en tela hilada con malacate de mano, tejida en telar de cintura y se complementaba con huaraches "pata de gallo” (tres agujeros). en la actualidad se usa pantalón de mezclilla o de vestir y camisa o playera, en el calzado es común el uso de tenis o zapato. Una distinción entre los hombres es el uso de CAPÍTULO I GENERALIDADES 26 sombreros, aunque en la actualidad es difícil encontrar de palma y de ala corta, en lugar de sombrero se usa la gorra. Esta estructura se fundamenta con el trabajo colectivo, al cual le llaman “Tequio”. El tequio, tiene como objetivo principal cumplir con los siguientes puntos: • El trabajo colectivo para la solución de problemas • El mejoramiento de la comunidad • El mantenimiento de caminos y colindancias territoriales • La unificación de los habitantes mediante el tequio El Tequio se acostumbra hacer los domingos, por lo regular, y si es necesario se hace en días continuos hasta la terminación del trabajo. Este trabajo colectivo se realiza para el mejoramiento de la comunidad y lo realizan los hombres de acuerdo con la comisión o el cargo que es asignado por ellos mismos en reuniones periódicas 1.14 ORGANIZACIÓN SOCIAL La familia mixteca es básicamente nuclear, con apego patrilineal, aunque existen excepciones, cuando se trata de familiares cercanos, huérfanos o en desgracia. Sin embargo, el patrón migratorio ha influido en la reagrupación familiar, pues los hombres pasan largos períodos fuera de la casa. La autoridad municipal se ejerce durante un año solamente. Los cargos judiciales son los de Agente Municipal y Alcalde Constitucional, con sus respectivos suplentes, secretarios y policías. A nivel agrario existen Comisariados Ejidales y Consejo de Bienes Comunales. Los pequeños propietarios tienen autonomía dentro de sus predios. En casos muy necesarios, las personas de tercera edad, participan con las experiencias adquiridas mediante descripciones del desarrollo de los hechos que hayan CAPÍTULO I GENERALIDADES 27 pasado en su tiempo, con la finalidad de orientar y dar agilidad a la solución de determinado problema 1.15 SISTEMAS DE ENERGÍA El motor principal de todo lo que nos rodea, es el agua, ya que sin ella es imposible la existencia de la vida. El 85% de nuestro planeta esta constituido por agua. Sin embargo, existen poblaciones que carecen de este vital líquido; debido a la ignorancia y desatención de los gobernantes en cuanto a la explotación racional y necesaria de los mantos acuíferos, para la satisfacción de necesidades locales y en algunos casos regionales. Es por ello, que la investigación se enfocará en el abastecimiento de agua potable, para una comunidad de la zona alta de Oaxaca, en la que a pesar de contar con numerosos ojos de agua y ríos, no han sabido explotarlos adecuadamente, para satisfacer las necesidades locales. Haciendo un intento por superar las deficiencias de servicios públicos en el municipio de Tlaxiaco, se realizará una investigación que nos proporcione los medios teóricos y metodológicos para hacer una explotación adecuada de los mantos acuíferos que en la localidad existen, siempre cuidando el medio ambiente. El uso de la tecnología, aunado a los conocimientos teórico-metodológicos ingenieriles, será un factor determinante para la correcta explotación de los mantos acuíferos, cuidando la ejecución apropiada de las obras civiles. En la búsqueda de los mejores medios tecnológicos para la ejecución de la obra y la optimización del abastecimiento de agua potable, se describirán diferentes tipos de sistemas o fuentes de energía que ayuden al buen funcionamiento de la obra CAPÍTULO I GENERALIDADES 28 1.15.1 ENERGÍA EÓLICA La energía eólica, como la mayoría de las energías renovables, tiene su origen en la radiación que alcanza nuestro planeta procedente del Sol. En concreto, entre el uno y el dos por ciento de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica, lo que supone entre 50 y 100 veces más de la energía que transforman en biomasa todas las plantas del planeta. Una característica fundamental de ese tipo de energía es alta aleatoriedad, por lo que resulta complicado estimar la cantidad de energía eólica de la que vamos a disponer en un intervalo determinado de tiempo. Además, presenta una gran variación local, superior a la de la energía solar, por lo que dos vecinos, que muy probablemente tendrán el mismo potencial solar, pueden tener un recurso eólico muy diferente si uno de ellos está en una zona más propicia, más elevada o mejor orientada respecto a la dirección principal del viento. La energía eólica es la energía cinética que posee una masa de aire que se encuentra en movimiento. Por lo tanto, la variable básica de la que debemos partir para estimar el potencial eólico de un determinado emplazamiento, es la velocidad del aire en ese punto. MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO En la mayoría de los casos, la velocidad del viento se mide mediante: 1.- Anemómetro, que mide su magnitud. Existen varios tipos:Anemómetro ultrasónico Anemómetro de láser CAPÍTULO I GENERALIDADES 29 Anemómetro de hélice Anemómetro de cazoleta. Es el más utilizado. 2.- Veleta que nos informa sobre su dirección. Una vez que se dispone de las medidas de velocidad del viento, se requiere un sistema que permita su almacenamiento durante períodos de tiempo prolongados. Dicho sistema se conoce como “data-logger” y además de almacenar los datos correspondientes a la velocidad del viento, suele registrar también otros parámetros meteorológicos, como: presión, humedad, radiación solar, etc. Estos instrumentos de medida se colocan en una torre, que puede ser fija o móvil, y en cuya base se instala el sistema para el almacenamiento de datos. CAPÍTULO I GENERALIDADES 30 CUÁNTA POTENCIA SE PUEDE PRODUCIR La ecuación básica que nos indica la energía cinética que posee un móvil de masa, está dada por la expresión: E c = 2 1 mv 2 E c = energía cinética m= masa de aire móvil v= velocidad de masa de aire CAPÍTULO I GENERALIDADES 31 En el caso que nos ocupa, no deseamos calcular la energía cinética de un objeto, sino de un flujo de aire que atraviesa la superficie que cubre un aerogenerador. La potencia disponible en el aire es: P= 2 3 vA××ρ P= potencia disponible en el aire A= superficie que cubre el aerogenerador v= velocidad del viento ρ = densidad del aire 1.225 kg/m 3 Una turbina eólica nunca va a ser capaz de extraer toda esta energía, por lo que es interesante disponer de un factor que indique la eficiencia de una determinada máquina. Ese factor es el coeficiente de potencia Cp, que mide la relación entre la energía captada y la disponible. Es decir: C p = 2 3 vA captadaEnergia ××ρ C p = coeficiente de potencia P= potencia disponible en el aire A= superficie que cubre el aerogenerador v= velocidad del viento ρ = densidad del aire 1.225 kg/m 3 Por ejemplo, si disponemos de una turbina eólica de dos metros de diámetro, con su eje situado a una altura de 10 metros. En un instante determinado, la velocidad del viento, medida a una altura de 5 metros, es de 6 metros por segundo. Si para esas condiciones la turbina presenta un coeficiente de potencia de 0.35, ¿Cuál es la potencia captada? Suponiendo un coeficiente de rugosidad de 0.2. CAPÍTULO I GENERALIDADES 32 Para calcular la potencia extraída, se necesita conocer la potencia total del flujo de aire, y para ello necesitaremos la velocidad del viento a 10 metros. Aplicando la ecuación que nos indica la variación de velocidad con la altura se tendrá lo siguiente: V 10 =V s ( 5 10 ) 2.0 =6 2.02× =6.89m/s El área barrida por las palas es: A= 4 2 d X =3.14 m 2 La potencia total será: P= 2 1 pAv 3 = 2 1 3 89.614.3225.1 ××× =629.06W Por último, la potencia extraída será el producto de la potencia total por el coeficiente de potencia. P EXTRAIDA = C p P=0.35×629.06=220.17W 1.15.2 MÁQUINAS EÓLICAS. GRANDES GENERADORES. Son los aerogeneradores destinados a la producción de energía eléctrica a gran escala. Son máquinas de cientos de kilovatios de potencia nominal (actualmente la mayoría de las máquinas que se instalan presentan potencias nominales entre 600 y 900 kW) Estas máquinas suelen agruparse en parques eólicos. CAPÍTULO I GENERALIDADES 33 El aerogenerador está compuesto por tres partes bien diferenciadas: Torre. Es la estructura que soporta el aerogenerador y se construye en acero. Turbina eólica. Es la parte del aerogenerador que se encarga de captar la energía cinética del viento y transformarla en energía mecánica en su eje. Góndola. Es la parte superior del aerogenerador, donde se coloca el resto de elementos que lo componen, como el multiplicador, el generador o el sistema de orientación. El multiplicador se encarga de elevar la velocidad de giro del sistema, desde la velocidad de la turbina (20-30 rpm) a la velocidad del generador (1000-1500 rpm). El generador es el elemento que se encarga de transformar la energía mecánica en energía eléctrica. El sistema de orientación se encarga de mantener a la turbina en posición perpendicular a la dirección del viento. 1.15.3 MÁQUINAS DE BOMBEO. En este tipo de máquinas no se realiza una conversión a energía eléctrica, sino que la energía mecánica es utilizada directamente para impulsar agua. El bombeo de agua fue una de las primeras aplicaciones de la energía eólica, y sigue utilizándose en la actualidad. Existen dos posibilidades: • Utilizar un pequeño aerogenerador de los que se han descrito en el punto anterior y, con la energía eléctrica obtenida, alimentar una bomba eléctrica. CAPÍTULO I GENERALIDADES 34 • Aprovechar directamente la energía mecánica de la turbina para mover la bomba. Las máquinas de este tipo más conocidas son los molinos lentos multipala. En este tipo de molinos, la turbina impulsa directamente una bomba de pistón. Lo primero que se hace para diseñar una instalación de este tipo es estimar cuál es la necesidad de agua. Para ello, se utiliza la siguiente tabla. Una vez determinado el caudal de agua, se calcula la capacidad de bombeo requerida. Para ello, se divide el caudal por un factor variable entre 4 y 5, en función de las características de viento de la zona (entre 4 y 5 horas equivalentes de funcionamiento). Esta capacidad de bombeo indicará el tamaño de la bomba que se utilizará. SUMINISTROS LITROS/DIA Persona 400 Caballo 50 Cerdo 15 Oveja 8 Vaca lechera 135 Vaca común 60 Gallina 0.25 Además del caudal, se debe conocer la altura a la que se bombeará el agua, para calcular la potencia requerida, y con ella la dimensión del molino. Por último, se definirá la altura de la torre, que en el caso de instalaciones pequeñas, suele ser de 4.5 metros por encima de los obstáculos que se encuentren en un radio de 120 metros. CAPÍTULO I GENERALIDADES 35 1.15.4 APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL VIENTO Se analizará la forma en que se aprovecha la energía eléctrica producida por los aerogeneradores, que se han descrito anteriormente, distinguiendo entre los sistemas que están conectadosa la red de transporte de energía eléctrica (normalmente los grandes generadores) y los aislados (normalmente pequeños generadores). SISTEMAS CONECTADOS A LA RED Como se ha indicado, los sistemas conectados a la red corresponden a grandes generadores destinados a la producción de energía a gran escala para su venta a las compañías eléctricas. En estos sistemas no es necesario disponer de un sistema de almacenamiento, ya que toda la energía que se genera, se envía a la red de transporte Sin embargo, existe una limitación en la cantidad de potencia eólica que se puede conectar a una red, debido principalmente a dos factores: Variabilidad. Una de las características fundamentales de la energía eólica es su alta variabilidad y la dificultad de predecir la potencia que un parque eólico va a inyectar a la red en un momento determinado. Tipo de generador. En la actualidad, la mayoría de los aerogeneradores utilizan máquinas asíncronas, que no pueden fijar la frecuencia de red. Por estos dos motivos, la máxima potencia eólica que se puede conectar en un punto es el 5% de la potencia de cortocircuito. CAPÍTULO I GENERALIDADES 36 SISTEMAS AISLADOS La principal diferencia entre un sistema conectado a red y uno aislado es que este último necesita un sistema de almacenamiento de energía, para adaptar la generación de la energía al consumo. El esquema general de una instalación eólica aislada es el mostrado en el siguiente esquema. La salida del aerogenerador se lleva a un regulador que extrae la energía del molino y controla la carga de las baterías. A continuación, si se desea alimentar aparatos convencionales, es necesario utilizar un ondulador que transforme la tensión continua en tensión alterna de 220 V, 50 Hz. Este sistema puede recibir energía procedente de otras fuentes renovables, como paneles solares. CAPÍTULO I GENERALIDADES 37 PEQUEÑO AEROGENERADOR En este punto se analizará la forma de estimar la energía que se va a obtener mediante un aerogenerador, para evaluar si satisface las necesidades de la comunidad. Para calcular esta energía, se debe partir de dos datos: 1.- Distribución de velocidad del viento en el emplazamiento. Como se ha visto anteriormente, esta distribución indica el número de horas en las que se tiene una determinada velocidad del viento. 2.- Curva de potencia del aerogenerador. Esta es una curva que proporciona el fabricante y que indica la potencia generada para cada velocidad de viento. Una vez que se dispone de esos dos datos, para calcular la producción de energía a lo largo de un año, lo único que se tiene que hacer es multiplicar la potencia obtenida a cada velocidad por el número de horas anuales que tiene esa velocidad y sumar los resultados. Si se quiere estimar la energía total que se obtendrá en un año, se deben hacer los cálculos que se reflejan en la siguiente tabla. Viento (m/s) Potencia (kWh) Horas Producción (kWh) 2 0 871.0 0.0 3 0 1137.0 0.0 4 0 1248.2 0.0 5 0.45 1215.1 546.8 6 1.4 1074.2 1503.9 7 2.67 873.4 2331.9 8 4.5 658.0 2961.1 CAPÍTULO I GENERALIDADES 38 10 7.8 302.6 2360.2 11 9.5 185.7 1764.6 12 10.6 107.0 1133.8 13 10.7 57.9 619.1 14 10.3 29.4 303.2 15 9.6 14.1 135.3 16 9 6.4 57.2 17 7.8 2.7 21.1 18 5.5 1.1 5.9 Con el aerogenerador de 10 kW se puede generar 16,514 kWh, energía suficiente para abastecer entre siete y diez casas. Según la tabla de costos, la instalación estudiada costaría unos 32,000 euros. 1.15.5 COSTO DE LA INSTALACIÓN Para calcular el costo de la instalación, se supone que se trata de una instalación aislada en la cual se necesitará, además del aerogenerador, un regulador, unas baterías, y un ondulador. Los precios orientativos de distintos aerogeneradores se muestran en la siguiente tabla: POTENCIA AEROGENERADOR (W) PRECIO AEROGENERADOR + REGULADOR (EUROS) PRECIO BATERIAS (EUROS) PRECIO ONDULADOR (EUROS) 250 1,800 1,200 800 600 2,200 1,900 1,200 1,500 3,300 3,500 4,000 3,000 5,200 4,500 5,500 6,000 9,000 6,100 4,600 10,000 15,000 9,000 8,000 CAPÍTULO I GENERALIDADES 39 Diseñar la instalación de bombeo que se necesita para abastecer una granja en la que tenemos diez caballos (50L/día) y treinta vacas lecheras (135 L/día). El agua se encuentra a una profundidad de veinte metros y la entrada de agua al depósito se encuentra a tres metros sobre el suelo. El fabricante suministra la siguiente tabla: DIÁMETRO DE LA BOMBA (cm) CAPACIDAD REQUERIDA (1/hora) ALTURA DE BOMBEO DIÁMETRO DEL MOLINO 1.8 m 2.4 m 3 m 3.6 m 5.5 650 21 32 50 73 6 800 18 36 41 61 7 1,000 16 24 35 52 5 1,150 15 20 30 45 Las necesidades de agua serán: Q = 10 · 50 + 30 · 135 = 4,550 litros/día. Si se supone un funcionamiento de cinco horas equivalentes, el caudal de la bomba será de: q = 4,550/5 = 910 litros/hora Si se observa en la tabla, se necesita una bomba de 7 centímetros de diámetro. Por último, se determina el tamaño del molino. Para ello, se tiene en cuenta que la altura de bombeo es de veintitrés metros (veinte hasta el nivel del suelo más tres hasta la entrada del depósito). Regresando a la tabla, se necesita un molino de 2.4 metros de diámetro. Una aerobomba de este tamaño cuesta unos 2,600 euros, incluyendo una torre de 10 metros, a lo que habría que añadir unos 12 euros por metro de tubería. 1.16 ENERGÍA HIDROELÉCTRICA Las pequeñas centrales hidráulicas captan la energía cinética y potencial del agua convirtiéndolas en energía eléctrica. El aprovechamiento de los recursos CAPÍTULO I GENERALIDADES 40 hidráulicos proporciona una energía eléctrica barata, limpia y confiable. Por otra parte, el impacto ambiental de las minicentrales hidroeléctricas es mínimo si se busca su integración con el entorno. La energía del agua es una manifestación más de la energía solar, el sol es el causante del ciclo hidrológico que se inicia con la evaporación del agua contenida en mares y lagos, de su transporte en forma de nubes y de la precipitación sobre la tierra en forma de agua, nieve o hielo. El agua fluye entonces desde los lugares de mayor altura hacia las zonas bajas, la energía del agua en su descenso es captada por las centrales minihidráulicas y convertida en energía eléctrica. 1.16.1 PRODUCCION DE ENERGIA La energía que se puede generar en un salto de agua está dada por el producto de la potencia del mismo y el tiempo que esté funcionando. La potencia de un salto de agua se obtiene de una ecuación muy sencilla: P= 9.81x Q x ρ P= es la potencia en KW Q= es el caudal en m 3 /s H= es el salto util en m. ρ = es el rendimiento en %. Inicialmente se puede tomar un valor entre 0.85 y 0.9 De lo anterior se deduce que es fundamental medir adecuadamente el salto y el caudal. 1.16.2 CUÁNTA ENERGÍA SE PRODUCE Conocida la potencia del aprovechamiento, bastará multiplicarla por las horas de un determinado período durante las que va a funcionar la instalación para obtener la energía producida. CAPÍTULO I GENERALIDADES 41 La energía producida será: Si el caudal es constante durante un día diaE1 = )/(24 díaKWP× Si el caudal es constante durante un mes )/(2430 1 mesKWPE mes ××= Y en un año )/(736.8 añoKWhPEanual ×= OBRA CIVIL Los más habituales en pequeñas centrales son: Azud: Se trata de un muro transversal al cauce del río con el que se consigue un remanso y una pequeña elevación del nivel del agua. Obra de toma: Generalmente se trata de un ensanchamiento junto al azud de derivación que permite desviar el volumen de agua necesario hacia el canal o hacia la cámara de carga. Canal: Es una conducción a cielo abierto que lleva el agua desde la obra de toma hasta la Cámara de carga. Cámara de carga: es un pequeño depósito de donde parte la tubería, su misión es evitar que entre aire en la tubería Tubería: es un conducto por el que el agua circula a presión hacia la turbina, debe soportar altas presiones y generalmente se hace de acero o de PVC CAPÍTULO I GENERALIDADES 42 Edificio: es la casa de máquinas en la que se instala el equipamiento electromecánico para que se encuentre protegido. Además de estos elementos, normalmente se dispone de válvulas de cierre que permita cerrar la entrada de agua hacia la turbina, rejas para impedir la entrada de cuerpos sólidos que puedan dañar la turbina, etc. 1.17 ENERGÍA SOLAR LA RADIACIÓN SOLAR El Sol es una fuente de energía. El Sol es un reactor nuclear (su masa es el orden de 330,000 veces la de la Tierra) en el que la masa se convierte en energía radiante continuamente. Está formada por diversos elementos en estado gaseoso, (hidrógeno principalmente). Tiene un diámetro de 1.4 millones de km. En su interior existen elevadas presiones, y temperaturas de varios millones de grados, haciendo que en el seno del Sol se produzcan, de manera continua, reacciones nucleares mediante las cuales dos átomos de hidrógeno se fusionan (dando lugar a un átomo de helio) liberando una gran cantidad de potencia (del orden de 389·1024 W). Este es el origen de la energía solar. CAPÍTULO I GENERALIDADES 43 De esta energía, sólo una parte llega de manera efectiva a la superficie de la Tierra en forma de radiación, ya que constituye una superficie de captación casi insignificante, al encontrarse a 150 millones de km. Aún así, la potencia que llega es 10,000 veces mayor que la que proporcionan todas las fuentes energéticas que el hombre emplea. No obstante, se debe tener en cuenta algunas dificultades que se nos presentan a la hora de emplear esta energía. En primer lugar, la energía nos llega a la tierra de una manera bastante dispersa, y además presenta oscilaciones. Según la hora del día, las condiciones climatológicas, las coordenadas de ubicación y la estación del año, se recibirán cantidades diferentes de radiación solar. La cantidad de energía solar recibida por unidad de superficie y por unidad de tiempo (por término medio) sobre una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos solares), situada en el límite de la atmósfera, a la distancia media entre la tierra y el Sol, es de unos 1.353 W/m2 , cantidad que se conoce como constante solar. Indica la energía media que llega a la capa más externa de la atmósfera terrestre. Esta energía que llega, en realidad, es una radiación electromagnética (por eso se llama radiación solar) Como en la atmósfera se refleja parte de la radiación que llega del sol, y otra parte se absorbe, a la superficie de la tierra llega, lógicamente, una cantidad menor que la que se tiene en el exterior de la atmósfera. Estimándose en aproximadamente 900 W/m2. CAPÍTULO I GENERALIDADES 44 Dependiendo de la forma de aprovechar esta radiación que llega del Sol se distinguen tres tipos de energía solar: Energía Solar Fotovoltaica: La radiación solar se utiliza exclusivamente para generar corriente eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Energía Solar Térmica: La radiación solar se utiliza fundamentalmente para obtener calor por medio de colectores solares, aunque también puede generarse electricidad a partir de vapor. Energía Solar Pasiva: La radiación solar se aprovecha para mejorar el confort térmico en un edificio por medio de elementos arquitectónicos bioclimáticos. CAPÍTULO I GENERALIDADES 45 Estas tres formas de aprovechamiento no tienen nada que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología, ni en su aplicación, por lo que son tratadas separadamente en los siguientes apartados. 1.17.1 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotovoltaico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores. La tecnología fotovoltaica fue desarrollada a finales de los años 50 como parte de los programas espaciales, con la finalidad de desarrollar una fuente de energía económica e inagotable. Gracias al descenso de los costos y a la mejora del rendimiento, los sistemas fotovoltaicos han extendido su utilización a numerosas aplicaciones. La transformación directa de la energía solar en electricidad mediante la conversión fotovoltaica presenta ventajas claras dada su sencillez, modularidad, confiabilidad y operatividad. Ello hace que su campo de aplicación sea muy amplio: desde la utilización en productos de consumo, como relojes y calculadoras, hasta la electrificación de viviendas aisladas o pequeñas comunidades de vecinos, pasando por las señalizaciones terrestres y marítimas, las comunicaciones o el alumbrado público. La tecnología disponible en la actualidad hace que las instalaciones fotovoltaicas tengan un interés y una rentabilidad especiales en aquellos lugares alejados de la red eléctrica, de manera que en muchos casos constituyen la mejor opción en términos económicos, de operatividad y de fiabilidad de suministro.
Compartir