1. Generalităţi
Pentru tot ce primim de la natură sub formă de materie primă, pentru tot ce transformăm după voinţa noastră în cadrul proceselor tehnologice, adică efectiv pentru tot, trebuie să plătim cu energie.
De la vechii greci ne-a rămas minunata legendă despre titanul Prometeu, care a răpit cerurilor focul şi l-a adus oamenilor. Cu această legendă ni s-a transmis, peste milenii, vestea unui mare eveniment din istoria omenirii: omul a folosit în scopul său o mare forţă a naturii, focul. Acesta a sporit puterea omului, dar până la inventarea substantelor explozive cu ardere rapidă şi a maşinii cu abur, posibilitatea efectuării de lucru mecanic a fost foarte limitată.
A urmat apoi cucerirea energiei apelor (folosită mult timp la roţile hidraulice) şi a energiei vânturilor (folosită la bărcile cu pânze,, mori de vânt, etc.), energiei aburului (maşini hidraulice), energiei electrice, energiei atomice, etc.
Nu există un hotar, exact între descoperirile din istoria omenirii. Si nici nu există o limită în evoluţia omenirii. Cu fiecare deceniu, cu fiecare an cresc nevoile de energie şi este neîndoelnic că vor fi găsite metode şi procedee de a obţine energie din surse încă nebănuite. Pe pământ ca şi în ceruri există încă focuri care îşi aşteaptă Prometeii.
Energia (într-o definiţie nu destul de riguroasă) reprezintă capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic. Practic noi creeăm rezervoare artificiale – acumulatoare de energie – pentru cele mai variate scopuri, prin trecerea energiei dintr-o formă în alta, dintr-un loc în altul. Se pune întrebarea firească: unde se află sursa primară de energie?
Oricât ne-am deplasa spre sursele primare de energie nu vom putea să aflăm izvoarele. A spune că energia vine pe Pământ de la Soare, nu reprezintă un răspuns la esenţa întrebării de mai sus. În aplicaţiile şi realizările cotidiene se constată că aproape toate izvoarele de energie de pe pământ, îşi datorează existenţa Soarelui. Însă de unde îşi ia Soarele imensa energie pe care o răspândeşte atât de generos?
Generatorul de energie solară se află în adâncurile Soarelui. Acolo, în condiţiile unor presiuni colosale şi temperaturi de câteva milioane de grade, au loc reacţii termonucleare de sinteză – unirea atomilor de hidrogen în atomi de heliu – în urma cărora se degajă cantităţi uriaşe de energie. Se ştie că Soarele constă în 50% hidrogen. Înseamnă, oare, că izvorul primar de energie al Soarelui este hidrogenul?
Razele emise de suprafaţa incandescentă a Soarelui, străbătânt abisul negru al spaţiului cosmic, ajung la Pământ. Se estimează că energia radiantă care se revarsă asupra globului pământesc anual este de 20 x 1023 KWh. O parte a acestei energii este reţinută de atmosferă, se estimează o valoare medie de 40% iar restul de 60% ajunge pe suprafaţa Pământului reprezentânt cca. 43,6KWh de energie, mai mult decât s-a folosit de omenire până astăzi.
Pământul, încălzit de la Soare, emite într-un an de zile în spaţiul cosmic aproximativ atâta energie câtă primeşte de la soare.
Razele solare care ajung pe globul pământesc cad în cea mai mare parte pe suprafaţa mărilor şi oceanelor transformându-se în energie termică determinând evaporarea apei, care în cursul transformărilor ulterioare devine energia hidraulică a cursurilor de apă, aceasta reprezentând aproximativ 0,04% din energia solară.
Ceva mai puţin de 15% din energia solară revine uscatului acoperit de vegetaţie. Plantele consumă doar 0,012%, restul fiind folosit pentru încălzirea uscatului care la rândul lui emite energie.
Pe lângă motor al uriaşei pompe de apă, energia solară contribuie în mare măsură la mişcarea învelişului de aer al Pământului, aproximativ 2,5% se transformă în energie eoliană.
Plantele pe seama energiei solare şi a anumitor substaţe din exterior, produc substanţe utilizate de fiecare plantă în parte (pentru creştere, dezvoltare, etc) iar altă parte ca hrană pentru oameni şi animale. Practic noi folosim indirect energia solară prin hrana animală sau vegetală.
Combustibili naturali rezultaţi din ţesuturile cândva vii ale vegetaţiei, sunt datoraţi tot energiei solare, asigurând cca. 95% din consumul mondial de energie.
Cea mai largă utilizare a energiei este energia electrică. Rămâne să ne îndreptăm interesul spre un anumit tip de tansformare pentru a obţine energa electrică.
2. Puterea dezvoltată de o instalaţie eoliană.
Aproximativ 2,5% din energia solară se transformă în energie eoliană. Există,
aşadar, o cantitate de energie imensă care poate fi transformată în energie electrică.
Energia cinetică a vântului este:
W = 1/2 mv2 (1)
Puterea totală dezvolată de o masă de aer este:
P = W/t = 1/2 x m/t x v2 = 1/2 x (ro x V)/tv2 (2)
Unde:
V – volumul masei de aer
A – secţiunea transversală
- densitatea aerului
t – timpul
d – distanţa
Înlocuind în relaţia (2) pe V = a x d şi v = d/t rezultă
P = 1/2 x (ro) x A x v3 (3)
Se constată că puterea vîntului depinde de densitatea aerului, secţiunea baleată de pale cât şi de cubul vitezei vântului. Betz arată că puterea vântului nu poate fi convertită în totalitate în putere utilă şi în formula (3) introduce un coeficient de putere mecanică (factor Betz), Cp = 0,593. În realitate acest coeficient este mai mic şi este funcţie de caracteristicile aerodinamice ale palelor (se dă în tabele).
Există zone în care viteza vîntului este relativ mare şi pot fi dezvoltate parcuri eoline. Dar există foarte multe locuri unde viteza vântului nu asigură suficientă putere. În acestă situaţie se poate beneficia şi de ajutorul direct al razelor solare.
3. Tirajul coşului de fum
Tirajul se datoreşte, în general, diferenţei dintre presiunea (mai mare) din spaţiu în care
se produce arderea şi presiunea coloanei de gaze din coş, produsă, parţial de diferenţa de temperatură a două coloane de gaze având înălţimi egale cu înălţimea coşului (una exterioară coşului având temperature şi greutatea specifică a aerului atmospheric, iar alta interioară coşului, având temperature medie şi greutatea specifică a gazelor de ardere).
La tirajul natural, diferenţa de presiune e funcţie numai de înălţimea coşului.
4. Realizarea turnurilor solare
Turnurile solare combină energia solară şi energia eoliană transformându-le în energie electrică. Principiul de funcţionare este relativ simplu şi se bazează pe tirajul natural al turnurilor (coşurilor de fum) înalte.
Părţi componente:
- turn (coş de fum), pentru obţinerea tirajului.
- colector (seră din sticlă şi folie), pentru încălzirea aerului de la baza coşului, prevăzut cu sistem de înmagazinarea a căldurii (ţevi cu apă), încojoară turnul.
- turbină eoliană (pale, generator asincron, sistemul de multiplicare al turaţiei, frână)
- priza de aer şi canalul pentru admisia aerului în colector.
- echipamentul electric de automatizarea, măsurarea şi furnizarea energiei electrice
Funcţionare:
Aerul întră prin priza de aer şi canalul de admisie în colector unde este incălzit la o
temperatură de 60…700C şi este dirijat prin tiraj spre baza turnului (coşului de fum) unde se amplasează turbinele eoliene. Curentului de aer cald, având viteza determinată de tirajul turnului, pune în mişcare palele generatoarelor eoliene.
Pentru mărirea randamentului colectorul va fi prevăzut cu acumulatoare de căldură (ţevi cu apă), care noaptea cedează căldura înmagazionată în timpul zilei.
Date tehnice:
În proiectare şi dimensionarea turnurilor solare, pentru reducerea costurilor de execuţie se pleacă de la dimensiunile coşurilor de fum existente (combinate siderurgice, uzine chimice, etc).
O posibila aplicaţie poate fi fostul Combinat Siderurgic de la Hunedoara,
unde sunt concentrate pe o suprafaţa corespunzătoare, 8 coşuri ale fostei Oţelării Siemens Martin.
Sistemul necesita o investitie nu foarte mare, (ţinând seama că structura coşurilor există) dar care ulterior se amortizeaza prin costurile mici de exploatare si a randamentului ridicat, turnul functionind atit ziua cit si noaptea.
Date constructive: (propunere pentru un turn, urmând ca pentru orice proiect să se întocmească documentaţia tehnică şi economică aferentă)
Inaltimea turnuluit: 110 m
Diametrul turnului: 5 m
Raza acoperisului colector: 150m
Inaltimea acoperisului: 1,85 m
Nr. palete pe turbina: 3
Tip profil paleta pentru viteza aer cald 10 – 15 m/sec: FX W-151-A
Diferenta de temperatura dintre aerul din colector si turn: min = (35 – 40)0 C
Puterea nominala: 35 kW
Suprafata collector : 70650m2
Costurile rezultate pentru energia livrata :…………. Eur/KWh
Ing. Sorin MORANCEA
SC Melior Electroinstal SRL Hunedoara
meliorelectroinstal@yahoo.com
Acest comentariu a fost eliminat de autor.
RăspundețiȘtergere