Ensayo - Rueda hidráulica

Introducción

La ciencia es la herramienta más efectiva ante las problemáticas sociales, la física puede ayudarnos a resolver ese tipo de problemas como el de la sustentabilidad.

La sustentabilidad o sostenibilidad es un tópico obligado en la sociedad contemporánea, es de suma importancia el no consumir los recursos existentes y por ende cuidar el medio ambiente. Hay hoy en día diversas formas de conseguir energía eléctrica para uso doméstico de manera responsable sin comprometer a las generaciones siguientes, podemos hablar de la energía eólica, la cual utiliza a la naturaleza como herramienta para la producción; el sol genera el viento, cuya energía es captada por los aerogeneradores. Se pueden usar los fenómenos geográficos para captar más energía, por eso los generadores normalmente son colocados en lugares de mucha altura ya que ahí es en donde más fuertes son las corrientes del viento. La energía solar es la más limpia y que menos procesos necesita, sin embargo no es realmente rentable, no genera suficiente energía para alimentar grandes ciudades, la energía nuclear representa históricamente un peligro para las poblaciones aledañas a las plantas de extracción.

En este caso veremos la rueda hidráulica como generador de energía con un sencillo experimento, la cual utiliza el concepto de la energía eólica y lo pasa a el agua como el medio que hará girar las aspas.

Objetivo

Lo que buscamos con este experimento es ejemplificar aparatos que puedan producir energía eléctrica en lugares en donde hay corrientes de agua o caídas de ésta.

La utilización de las corrientes de agua naturales para la producción de electricidad, hacen de este modelo, un proyecto de sustentabilidad.

Base de su Funcionamiento

Motor Eléctrico.-

La conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético. Un campo magnético, que se forma entre los dos polos Opuestos de un imán, es una región donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnético. Un motor eléctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándose así la energía eléctrica en movimiento mecánico.

Los dos componentes básicos de todo motor eléctrico son el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimán móvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corriente eléctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimán fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados eléctricos por los que circula la corriente.

Cuando se introduce una espira de hilo de cobre en un campo magnético y se conecta a una batería, la corriente pasa en un sentido por uno de sus lados y en sentido contrario por el lado opuesto. Así, sobre los dos lados de la espira se ejerce una fuerza, en uno de ellos hacia arriba y en el otro hacia abajo. Sí la espira de hilo va montada sobre el eje metálico, empieza a dar vueltas hasta alcanzar la posición vertical. Entonces, en esta posición, cada uno de los hilos se encuentra situado en el medio entre los dos polos, y la espira queda retenida.

Para que la espira siga girando después de alcanzar la posición vertical, es necesario invertir el sentido de circulación de la corriente. Para conseguirlo, se emplea un conmutador o colector, que en el motor eléctrico más simple, el motor de corriente continua, está formado por dos chapas de metal con forma de media luna, que se sitúan sin tocarse, como las dos mitades de un anillo, y que se denominan delgas. Los dos extremos de la espira se conectan a las dos medias lunas. Dos conexiones fijas, unidas al bastidor del motor y llamadas escobillas, hacen contacto con cada una de las delgas del colector, de forma que, al girar la armadura, las escobillas contactan primero con una delga y después con la otra.

Cuando la corriente eléctrica pasa por el circuito, la armadura empieza a girar y la rotación dura hasta que la espira alcanza la posición vertical. Al girar las delgas del colector con la espira, cada media vuelta se invierte el sentido de circulación de la corriente eléctrica. Esto quiere decir que la parte de la espira que hasta ese momento recibía la fuerza hacia arriba, ahora la recibe hacia abajo, y la otra parte al contrario. De esta manera la espira realiza otra media vuelta y el proceso se repite mientras gira la armadura.

Energía Cinética y Potencial.-

La energía mecánica es la suma de la energía Potencial y la Cinética. La energía potencial está vinculada a la posición de los cuerpos. Depende de la altura. La energía potencial es igual a la masa del cuerpo multiplicada por la gravedad y por la altura a la que se encuentra desde un centro de referencia.

La energía cinética de un cuerpo está determinada por la velocidad que tenga este y su masa. La energía cinética es igual a un medio del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad.

Fricción Cinética.-

Cuando dos superficies se mueven una respecto de la otra, la resistencia de fricción es casi constante, para un amplio rango de velocidades bajas, y en el modelo estándar de fricción, la fuerza de fricción, está descrita por la relación de abajo. El coeficiente típicamente es menor que el coeficiente de fricción estática, reflejando la experiencia común, de que es más fácil mantener algo en movimiento a lo largo de una superficie horizontal, que iniciar el movimiento desde el reposo.

Polea.-

Una polea es una rueda acanalada en todo su perímetro. Mediante un sistema formado por poleas y correas de transmisión se transmite movimiento entre diferentes ejes.

Dependiendo de la diferencia de diámetros entre la polea conductora y la polea conducida se pueden generar mecanismo de reducción o de aumento.

La polea también se utiliza como máquina simple que facilita el trabajo y permite levantar objetos pesados realizando menos esfuerzo.

Molinos.-

En general, el molino de viento funciona cuando el viento mueve las aspas, haciendo girar un eje central que está conectado a un mecanismo adaptado para la tarea específica que realiza, sea una piedra para moler, un pistón para bombear agua o cortar madera, o una turbina para generar electricidad.

Originalmente, estos molinos se utilizaron principalmente para la molienda de granos; hoy en día el diseño

...