Tehnologii traditionale
TEHNOLOGII TRADIŢIONALE BAZATE PE FOLOSIREA
ENERGIEI MECANICE PRODUSE DE OAMENI ŞI ANIMALE
Din cele mai vechi timpuri, omul a creat o serie de dispozitive
simple, menite să-i uşureze traiul. Multe dintre aceste dispozitive se
folosesc şi astăzi, chiar în forme arhaice, altele au fost mult
perfecţionate, devenind instalaţii complexe.
Din multitudinea acestor instalaţii amintim: prese, pive, teascuri,
foale, râşniţe etc. Acestea au fost construite într-o mare varietate,
în funcţie de specificul tehnicii populare din fiecare zonă geografică.
Presele sunt instalaţii folosite la zdrobirea
seminţelor şi a fructelor prin presare. Zdrobirea se face într-un vas
(de diferite forme) cu ajutorul unei roţi care poate fi acţionată de om
sau de animale, al unui sul sau a doi cilindri.
Pivele sunt dispozitive care se utilizau pentru
îndesarea şi spălarea ţesăturilor groase, folosind un mai de lemn
pentru baterea materialului. De asemenea, pivele s-au folosit şi pentru
zdrobirea seminţelor prin batere (folosind un pisălog). Pisălogul poate
fi acţionat cu mâna, cu piciorul, prin intermediul unei pârghii sau al
unui scripete.
Teascurile sunt instalaţii (construite din lemn)
folosite pentru stoarcerea seminţelor şi a fructelor. Orice teasc este
format dintr-un vas de lemn cu forme diverse – circulară,
dreptunghiulară, trapezoidală – în care se pun fructele sau seminţele
şi o masă de presare cu forma profilată după cea a vasului. Acţionarea
mesei de presare se poate face în diverse moduri, după cum arată şi
numele teascurilor.
Foalele sunt instalaţii pentru suflat aer (în
potcovării). Au ca piesă de bază un burduf (de regulă din piele) care
se umflă şi se strânge, pompând astfel aerul. Ele pot fi acţionate
direct de om sau prin intermediul unui sistem de pârghii.
Râşniţele manuale s-au folosit din cele mai vechi
timpuri pentru râşnitul cerealelor. Sunt alcătuite din două pietre
circulare, una fixă şi alta mobilă, rotită cu ajutorul unei manivele.
Seminţele se pun printr-o scobitură practicată în roata mobilă.
Podurile plutitoare pe cablu mai sunt utilizate şi
astăzi – în ţinuturile mai puţin avansate economic – pentru traversarea
râurilor cu maluri joase şi nu prea repezi (mai ales în zonele de
şes). Podul se deplasează în lungul unui cablu care uneşte cele două
maluri. Deplasarea se face fie prin împingere cu o prăjină, fie prin
tragerea de pe mal, fie cu ajutorul unui scripete.
TEHNOLOGII TRADIŢIONALE BAZATE PE UTILIZAREA
ALTOR SURSE DE ENERGIE PRIMARĂ
1. Tehnologii tradiţionale care folosesc energia mecanică a apelor curgătoare
Una dintre primele surse de energie folosite de om a fost apa. Prima
roată de apă s-a folosit în Persia pentru irigat, apoi în China şi în
India. Pe teritoriul ţării noastre s-au folosit mori hidraulice încă
din secolul al XI-lea. Ele utilizau energia cinetică a râurilor cu
debite mari sau a căderilor de apă. Instalaţiile hidraulice au fost
construite în două variante: cu roata hidraulică verticală şi cu roată
hidraulică orizontală (făcaie, ciutură sau titirez, în limbaj popular).
Toate instalaţiile se construiau din lemn de esenţă tare (stejar, de
exemplu). Roata hidraulică verticală este formată dintr-un ax
orizontal, cu o circumferinţă (obadă) pe care se montează paletele. Apa
poate interacţiona cu paletele din partea superioară a roţii – atunci
când curge pe un jgheab înclinat – sau cu cele din partea inferioară a
roţii, în cazul râurilor suficient de repezi şi de adânci. Paletele
roţii verticale pot fi drepte sau scobite. Atunci când paletele drepte
se montează direct pe un ax gros ele se numesc zbaturi.
Principiul de funcţionare a roţii hidraulice constă în transformarea
mişcării de translaţie a apei în mişcare de rotaţie a roţii şi axului
ei; o parte din energia mecanică a apei se transformă astfel în energie
mecanică de rotaţie, care, la rândul ei, este folosită pentru punerea
în mişcare a unei instalaţii de irigat sau pentru a acţiona alte
dispozitive – mori de măcinat, pive, şteampuri.
Roţile hidraulice folosite la irigat. Acestea erau roţi verticale
care aveau pe circumferinţa lor, pe lângă paletele plate, nişte cuve
sau găleţi, care se umpleau în partea inferioară a traiectoriei lor
circulare (la contactul cu râul) şi se goleau într-un jgheab la
trecerea prin partea superioară a cursei lor.
Morile de măcinat cu roată verticală. De la axul roţii hidraulice,
prin intermediul unor roţi dinţate din lemn mişcarea se transmite la
axul pietrei mobile a râşniţe. Desigur că – faţă de râşniţa manuală –
omul a mai îmbunătăţit instalaţia punând un coş pentru turnat cereale
etc.
Pe râurile mari (Siret, Dunăre) s-au folosit mult timp mori de
măcinat plutitoare, care reuneau pe o platformă două mori, pentru
creşterea productivităţii. Există documente care atestă exportul de
mori plutitoare din Ţara Românească în Imperiul Otoman.
Morile de măcinat cu roată orizontală. Roata cu făcaie este de
dimensiuni mici; ea lucrează orizontal, jetul de apă venind pe un
jgheab înclinat. Axul roţii antrenează roata mobilă de măcinat. Aceste
mori sunt cunoscute încă de pe vremea dacilor, fiind răspândite în zona
Tismana-Jiu-Hunedoara. Având un randament mic, o moară avea mai multe
astfel de instalaţii puse în rând. Roata cu făcaie stă la baza
construcţiei turbinei Pelton.
Pivele hidraulice funcţionează asemănător celor manuale, numai că
forţa necesară este obţinută de la roata hidraulică. Se observă că pe
axul roţii hidraulice sunt încastrate nişte opritoare (numite măsele),
care în cursul mişcării de rotaţie ridică pisălogul (ciocanul) şi apoi
îi dau drumul în piuă. Pivele hidraulice erau utilizate foarte mult la
baterea postavului în curent de apă (caldă sau rece).
Şteampurile aurifere erau instalaţii folosite la măcinarea minereului
aurifer într-un jgheab prin care curgea un şuvoi de apă. Măcinarea se
făcea cu nişte ciocane care erau ridicate cu ajutorul măselelor montate
pe axul roţii (la fel ca la pive) şi apoi cădeau liber şi striveau
minereul.
Dârstele hidraulice au fost întrebuinţate în sudul Transilvaniei,
sudul Moldovei, nordul Munteniei şi în arealul Munţilor Apuseni pentru
întins şi scămoşat ţesăturile din lână (postav). Materialul se învârtea
pe un ax şi era udat cu apă caldă. Când ajungea la jumătate din
grosime, se trecea prin faţa unei scânduri cu cuie care agăţa ţesătura
şi o scămoşa, astfel că aceasta – în secţiune – devenea mai poroasă şi
mai aspectuoasă.
Vâltorile se mai întâlnesc şi astăzi în gospodăriile ţărăneşti de la
munte. Sunt instalaţii foarte simple, folosite pentru spălatul
ţesăturilor groase (lână). În ceea ce priveşte structura, ele au un coş
din scânduri de lemn sau împletit din nuiele, de formă tronconică, cu
baza mare în sus. În coş se pune materialul de spălat. Pe un jgheab, în
partea superioară, se aduce apa. Funcţionarea se bazează pe formarea
vârtejului într-un curs de apă atunci când şuvoiul întâlneşte un
obstacol (materialul).
2. Tehnologii tradiţionale care folosesc energia mecanică a vântului
Energia eoliană este energia mecanică a maselor de aer aflate în
mişcare în atmosferă. Vântul este, de fapt, o consecinţă a iluminării
atmosferei de către Soare. Se ştie că lumina Soarelui nu cade uniform
asupra diferitelor regiuni ale Pământului, făcând ca unele părţi ale
atmosferei să fie încălzite mai mult decât altele. Deoarece aerul cald
este mai uşor decât aerul rece şi are tendinţa să se ridice, masele de
aer se deplasează în funcţie de aceste grade diferite de încălzire.
Aproximativ 2% din energia luminii solare, care cade pe suprafaţa
Pământului, se regăseşte în energia cinetică a vânturilor. La rândul
său, această energie se pierde atât prin frecare cu suprafaţa
Pământului, cât şi prin însăşi deplasarea maselor de aer.
Corăbiile cu pânze. Ideea folosirii energiei vântului se pierde în
preistoriei, când au fost construite primele nave cu vele. Egiptenii au
construit şi folosit nave cu pânze cu cel puţin 4000 de ani în urmă.
Spre sfârşitul secolului al XV-lea, Spania şi Portugalia au fost cele
mai mari puteri ale lumii în ceea ce priveşte flota maritimă comercială
şi militară. Navele erau prevăzute cu cârmă pentru schimbarea
direcţiei de deplasare, iar pânzele se orientau după direcţia vântului.
Morile de vânt. Pe uscat, folosirea vântului a fost mult mai limitată
decât pe apă. Morile de vânt îşi au originea în Persia, unde serveau la
irigat şi la măcinatul cerealelor, răspândindu-se apoi în Egipt şi
China. În Europa, se întâlnesc în jurul anului 1150, fiind folosite la
măcinat, la baterea postavului, la acţionarea foalelor de suflat din
potcovării şi din puţurile de mine, la tăierea lemnului. Olandezii
le-au întrebuinţat pe scară largă la drenări şi la secări de mlaştini.
Aceste mori se întâlnesc în zone cu vânturi permanente.
Principiul de funcţionare a unei astfel de mori constă în
transformarea mişcării orizontale a maselor de aer în mişcare de
rotaţie cu ajutorul unei elice mari cu palete (aripi) din lemn şi
pânză, montate pe un ax. Captatoarele energiei eoliene sunt cele 4, 6
sau 12 aripi, care se rotesc după principiul moriştii. Reglarea lor
după viteza vântului se face întinzând mai mult sau mai puţin pânza pe
suprafaţa aripilor. Strângând pânza complet, vântul trece printre
barele scheletului de lemn fără să determine învârtirea elicei.
După modul în care este construită, moara de vânt există în două
variante: moara olandeză şi moara cu casa mobilă. Moara olandeză are
casa fixă şi doar partea superioară a morii (“căciula”) cu ansamblul
paletelor se orientează după vânt; moara cu casa mobilă este amplasată
pe o sanie mobilă, care este rotită – pentru orientarea paletelor pe
direcţia vântului – cu ajutorul animalelor.
Este interesant de remarcat că, pentru o lungă perioadă de timp,
morile au suferit prea puţine transformări din punctul de vedere al
construcţiei. Mai târziu, popoarele nordice (norvegienii) au construit
mori de vânt cu axul vertical şi palete captatoare de o formă specială.
Astăzi – urmare a crizei energetice mondiale – energia vântului este
transformată în energie electrică cu ajutorul generatoarelor eoliene.
PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE FOLOSIND
DIVERSE SURSE DE ENERGIE PRIMARĂ
Producerea energiei electrice folosind surse de energie primară
Electricitatea este o formă de energie universală (poate fi
transformată în orice formă de energie şi invers), care a fost
descoperită la sfârşitul secolului al XVIII-lea. Energia electrică:
- poate fi obţinută din surse convenţionale şi neconvenţionale,
furnizoare de energie mecanică, energie chimică, energie termică;
- este utilizată de consumatori diverşi: pentru iluminat, pentru
instalaţii industriale (care funcţionează pe bază de motoare
electrice), în transporturi, în industria metalurgică, în chimie etc.;
- nu poate fi înmagazinată (se consumă simultan cu producerea sa).
Obţinerea energiei electrice, atât din sursele convenţionale, cât şi
din cele neconvenţionale, se face în instalaţii complexe numite
centrale electrice.
După sursa de energie primară folosită pentru obţinerea
electricităţii, aceste centrale sunt clasificate aşa cum este
reprezentat în schema de mai jos.
În zilele noastre se caută permanent noi surse de energie, deci
clasificarea făcută este perfectibilă. Centralele electrice cele mai
răspândite în lume sunt centralele termoelectrice cu combustibili
fosili, centralele hidroelectrice şi centralele nucleare, acestea având
şi cea mai mare pondere în producerea energiei electrice.
- Centralele hidroelectrice (CHE). Principiul de funcţionare
Resursele energetice ale cursurilor de apă au fost utilizate încă
din Antichitate în scopul producerii de energie mecanică pentru mori,
irigaţii, etc. La începutul secolului al-XX-lea a fost iniţiată
amenajarea în ritm susţinut a potenţialului hidrografic pentru
producerea de energie electrică.
Centralele hidroelectrice exploatează debitele râurilor mari sau
căderile foarte mari de apă pe râurile repezi. Principiul lor de
funcţionare constă în transformarea energiei potenţiale a apei captate
în lacuri de acumulare în energie mecanică.
Din lacul de acumulare, prin conducta forţată, apa cade pe paletele
unei turbine hidraulice, rotindu-i axul. Acesta antrenează generatorul
electric, care transformă energia mecanică în energie electrică.
Transformatorul are rolul de a ridica tensiunea la valori de sute şi mii
de KV, deoarece , pentru a transporta energia la consumatori, la
distanţe mari, pe liniile de înaltă tensiune, diametrul conductorilor
liniei trebuie să fie cât mai mic (diametrul conductorului este invers
proporţional cu valoarea tensiunii).
- Centrale termoelectrice (CTE). Principiul de funcţionare
Spre sfârşitul secolului al XIX-lea, ideile lui Carnot şi
termodinamica elaborată pe baza acestora au dus la crearea turbinelor
cu abur, de importanţă majoră pentru producerea energiei electrice.
Cazanul în care se produce aburul este format dintr-o reţea de ţevi
prin care circulă apă specială, preparată chimic. In focarul cazanului
se arde un amestec combustibil format din praf de cărbune (păcură sau
gaz metan) şi aer încălzit.
În procesul arderii se dezvoltă gaze arse cu temperaturi foarte
ridicate care circulând printre ţevile cazanului, vaporizează apa.
Aburul obţinut are o temperatură de 300 – 400 °C şi o presiune de 100 –
120 atmosfere. Intrând în turbină, se destinde până la o presiune
mică, producând lucrul mecanic şi punând în mişcare rotorul turbinei.
Pe axul turbinei este montat un generator electric, care transformă
energia mecanică în energie electrică, o trimite la transformator, apoi
în reţeaua de distribuţie. Aburul rezultat de al turbină este
direcţionat către o instalaţie numită condensator, unde este răcit şi
condensează . Condensatorul, provenit din abur, se reintroduce în
instalaţia de alimentare a cazanului.
În procesul arderii combustibilului se obţine o cenuşă care se
depozitează în locuri speciale. Gazele arse care au cedat căldura se vor
elimina prin coş.
Centralele pe combustibili fosili au pondere mare în ţările bogate în
astfel de resurse (SUA, Anglia, Germania, Rusia, China).
De regulă, centralele pe cărbune se amplasează lângă sursa de
combustibil. În România, ponderea cea mai mare în producerea energiei
electrice o au centralele pe cărbune, păcură şi gaz metan (combustibili
fosili).
- Centralele nucleare (CNE). Principiul de funcţionare
Centrala nuclearoelectrică este un ansamblu de instalaţii şi
construcţii reunite în scopul producerii energiei electrice pe baza
folosirii energiei nucleare.
Obţinerea energiei nucleare se bazează pe reacţia de fisiune
(descompunere) nucleară în lanţ. Instalaţia care asigură condiţiile
de obţinere şi menţinere a reacţiei în lanţ, este reactorul nuclear. În
principiu, reactorul se compune dintr-o parte centrală numită zonă
activă, în care are loc reacţia de fisiune şi se dezvoltă căldura de
reacţie.
Zona activă conţine:
- combustibilul nuclear alcătuit din izotopi fisionabili (U235, Pu 239) şi materiale fertile (U238, U232);
- moderatorul (apa grea), care are rolul de a încetini viteza neutronilor rapizi, astfel ca reacţia să fie controlabilă;
- barele de control captează neutronii realizaţi din reacţia de fisiune;
- agentul de răcire, care preia căldura dezvoltată în zona activă şi o cedează apei în schimbătorul de căldură;
În schimbătorul de căldură, apa se vaporizează şi devine agentul
producător de lucru mecanic în turbină. Lucrul mecanic este transformat
de generator în energie electrică.
Combustibilul, moderatorul şi agentul de răcire formează aşa numita
filieră a reactorului termic care determină caracteristicile specifice
CNE.
În România, a intrat în funcţiune pe 2 decembrie 1996, centrala
nucleară de la Cernavodă , care funcţionează cu apă grea ca moderator
(fabricată la Uzina de apă grea de la Turnu Severin ) şi foloseşte
uraniu îmbogăţit. Centrala de la Cernavodă se bazează pe sistemul
canadian CANDU şi are o putere instalată de 706 MW (megawaţi) în
prezent.
Avantajele şi dezavantajele centralelor nuclearoelectrice
Energia electrică produsă în CNE este mai ieftină decât cea produsă în
centralele termoelectric, poluarea atmosferei este mai redusă (în
cazul asigurării securităţii), dar construcţia unei centrale nucleare
presupune investiţii mari şi tehnologii pretenţioase.
Securitatea centralelor nuclearoelectrice
În regim de funcţionare normală, cantităţile de substanţe radioactive
eliberate de centrala nucleară sunt nesemnificative. Pericolul
specific, pentru populaţie şi mediul ambiant, constă în eliberarea
necontrolată de substanţe radioactive. Sistemele tehnice de securitate
sunt destinate să limiteze distrugerile zonei active a reactorului.
Centralele eoliene folosesc energia maselor de aer în mişcare;
această formă de energie este cunoscută şi folosită încă din
antichitate.
Centralele eoliene au puteri mici (zeci sau sute de KW) şi sunt
construite în ţări cu condiţii de circulaţie permanentă a curenţilor de
aer, în zonele izolate de sistemul energetic. Astfel de centrale se
întâlnesc în: Italia, Franţa, Germania, Danemarca, SUA, etc.
Din punct de vedere tehnic sunt experimentate în prezent două sisteme de conversie a energiei solare:
- sistemul termodinamic transformă energia solară în căldură,
utilizând-o într-o centrală electrică clasică. Centrala solară se
amplasează în zone geografice cu insoleere (radiaţie solară puternică pe
durata mare a zilei) importantă. O centrală solară se compune din:
captatori solari, câmpuri de oglinzi, instalaţii de încălzire şi
supraîncălzire.
- sistemul fotovoltaic transformă energia solară în curent continuu.
Conversia fotovoltaică cu ajutorul fotocelulelor pe bază de
siliciu a fost pusă la punct în jurul anilor 1960 – 1970. Procedeul
este utilizat la producerea energiei electrice necesare funcţionării
motoarelor rachetelor spaţiale şi a aparatelor cu care sunt dotaţi
sateliţii ce se rotesc în jurul Pământului. Randamentul acestor
centrale este slab (10 – 15 %).
Instalaţiile electrice şi mediul înconjurător
Creşterea consumului de energie primară are drept consecinţă
creşterea poluării mediului ambiant (aer, apă, sol). Sursele de
producere a energiei electrice sunt prevăzute cu mijloace de limitare a
poluării mediului înconjurător.
În România , funcţionează Programul de monitorizare a factorilor de
mediu, care cuprinde aproximativ 600 de analize (aer, apă, sol,
depuneri, probe alimentare), ţara noastră fiind parte la Convenţia
internaţională privind protecţia mediului împotriva oricărui fel de
poluare.
Motorul diesel este un motor cu ardere internă în care combustibilul
se aprinde datorită temperaturii ridicate create de comprimarea aerului
necesar arderii, şi nu prin utilizarea unui dispozitiv auxiliar, aşa
cum ar fi bujia în cazul motorului cu aprindere prin scânteie.Numele motorului a fost dat după inginerul german Rudolf Diesel la sugestia soţiei sale, Martha Diesel, care în 1895 îl sfătuieşte cu: Nenn ihn doch einfach Dieselmotor! („numeşte-l pur şi simplu motor Diesel!”),[1] uşurînd astfel lui Diesel căutarea după denumirea motorului, pe care l-a inventat în 1892 şi l-a patentat pe 23 februarie 1893. Intenţia lui Diesel a fost ca motorul său să utilizeze o gamă largă de combustibili, inclusiv praful de cărbune. Diesel şi-a prezentat invenţia funcţionând în 1900 la Expoziţia Universală (World's Fair) având drept combustibil ulei de alune (vezi biodiesel).
Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv
electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică.
Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică,
este realizată de un generator electric. Nu există diferenţe de principiu semnificative între cele două tipuri de maşini electrice, acelaşi dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situaţii diferite.Majoritatea motoarelor electrice funcţionează pe baza forţelor electromagnetice ce acţionează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă şi motoare electrostatice construite pe baza forţei Coulomb şi motoare piezoelectrice.Majoritatea motoarelor electrice funcţionează pe baza forţelor electromagnetice ce acţionează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă şi motoare electrostatice construite pe baza forţei Coulomb şi motoare piezoelectrice.
Energia nucleara a debutat cu desoperirea radiatiilor ionizate, care au
constituit doar o curiozitate de laborator, cunoscuta numai catorva
initiati. Descoperirea radioactivitatii artificiale si apoi aceea a
fisiunii uraniului, in deceniul al patrulea al acestui secol, au dat un
puternic imbold cercetarilor de fizica nucleara. Pentru marele public,
energia nucleara a iesit insa din anonimat abia dupa aruncarea celor
doua bombe nucleare in 1945 asupra Japoniei. Aceasta sursa de energie –
energia nucleara – a fost adusa la cunostinta omenirii prin forta
distructiva si va fi multa vreme privita cu teama si suspiciune,
intampinand destule obstacole in drumul dezvoltarii ei in scopuri
pasnice. De aceea se impune familiarizarea maselor largi cu problema
nucleara, atat cu partile bune, cat si cu pericolele poluarii
radioactive, astfel incat deciziile sa fie luate cunoscandu-se toate
datele problemei!
Istoric
