1. Niekonwencjonalne źródła energii

2. Obliczanie parametrów prasy hydraulicznej

3. Wyjaśnij zjawisko kawitacji

Niekonwencjonalne źródła energii

Energia potrzebna jest ludziom w życiu codziennym. Jej postać, forma czy wykorzystanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ogrzewaniu domostw czy oświetlaniu. Początkowo tej energii dostarczało nam środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych: opałów i paliw np. drewna, węgla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej czy gazu. Również dawniej przetwarzano energię w wiatrakach czy młynach wodnych. Jednak ciągły wzrost zapotrzebowania na energię i to w różnych postaciach, spowodowało nagłe skurczenie się zasobów naturalnych, względy ekologiczne i ekonomiczne stawiają przed ludźmi nowe zadania i wyzwania w tej dziedzinie. Kryzys energetyczny, który spowodował skokowy wzrost najpierw cen ropy naftowej, a następnie wszystkich innych paliw oraz względy ochrony środowiska zwiększyły zainteresowanie nowymi niekonwencjonalnymi źródłami i technologiami wytwarzania energii.

Niekonwencjonalne źródła energii można podzielić na: odnawialne i nieodnawialne.

• odnawialne źródła energii elektrycznej: energia słoneczna, energia wiatru, energia pływów morskich, fal morskich i energia cieplna oceanów (maretermiczna)

• źródła nieodnawialne: wodór, energia magneto-hydro-dynamiczna i ogniwa paliwowe.

Energię wnętrza ziemi (geotermiczną) można zaliczyć do obu rodzajów źródeł: gejzery są źródłem nieodnawialnym, a energia gorących skał jest energią odnawialną.

Wykorzystanie prawie wszystkich źródeł energii elektrycznej związane jest z minimalnym, bądź nawet żadnym wpływem na środowisko. Z tego względu stanowią bardzo atrakcyjna alternatywę w stosunku do konwencjonalnych źródeł.

Ograniczenia w ich stosowaniu mogą być rodzaju:

• technologicznego - ze względu na postać ich występowania i możliwości praktycznego wykorzystania.

• ekonomicznego - związane z dużymi kosztami ich stosowania

• oraz politycznego lub prawnego - związanego z możliwościami dywersji w przypadku elektrowni jądrowych

• społeczna akceptacja - to najważniejszy problem energetyki jądrowej. Wiążą się z nim dodatkowe koszty i przedłużające się terminy ukończenia inwestycji.

1. Energia wodna

Bardzo istotnym źródłem energii są zapasy energii zgromadzonej w wodzie. Energia ta najpierw wykorzystywana była do napędzania żaren w młynach, później do napędzania ciężkich młotów w kuźniach, pił w tartakach i wielu innych urządzeń stosowanych w tamtych czasach. Wykorzystywane w dzisiejszych czasach maszyny w postaci turbin są wykorzystywane do napędzania potężnych generatorów elektrowni wodnych. Energia ta wykorzystywana w przemyśle nosi nazwę hydroenergetyki. Nowoczesne elektrownie wodne wykorzystują do produkcji energii elektrycznej olbrzymie zapory oraz zbiorniki wodne dzięki czemu powstaje duża różnica poziomów co gwarantuje stały spad wody z dużej wysokości. Energię tą można też pozyskiwać również dzięki falowaniu morza. Fale wytwarzane przez morze niosą ze sobą olbrzymią ilość energii, ale przy stosowaniu tego typu energii pojawia się problem natury technicznej, ponieważ nie istnieje jeszcze urządzenie pozwalające na efektywne wykorzystanie fal.

2.Energia słoneczna

Elektrownie słoneczne są bardzo ekologicznym źródłem energii. Energia słoneczna była wykorzystywana 400 lat p.n.e. przez Greków którzy wykorzystując promienie słoneczne skupione w szklanej kuli wypełnionej wodą do rozniecania ognia. Około 30% energii słonecznej docierającej do Ziemi odbijana przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% dociera do ziemi. Te 50% to 27*1.000.000.000 MW, a zapotrzebowanie ludzi na energię wynosi 0,01* 1.000.000.000 MW. Energia ta jest praktycznie nie wyczerpywalna, a jej pozyskanie jest nieszkodliwe dla środowiska. Energii promieniowania słonecznego nie musimy jednak przetwarzać tylko w energie elektryczną. Istnieje również możliwość wykorzystywania tej energii w sposób pasywny. Polega to na zastosowaniu takiej architektury domu (lub innego budynku ), aby wpuścić do pomieszczenia maksymalnej ilości światła bądź ciepła w takiej formie w jakiej występują. Dzięki temu zbędne są skomplikowane urządzenia i instalacje przetwarzające energie słoneczną w prąd elektryczny lub ciepło.

3.Energia wiatru.

Stosowanie tego typu rozwiązań nie jest bardzo kosztowne, ze względu na niezbyt skomplikowaną budowę urządzeń jak i nieskomplikowaną eksploatację. Na jednej trzeciej obszaru polski występują korzystne warunki wiatrowe i uzasadnione jest eksploatowanie elektrowni wiatrowych. W tego typu wykorzystywaniu energii najważniejszym czynnikiem jest wiejący z dużą prędkością wiatr, który napędza łopaty.

Obliczanie parametrów prasy hydraulicznej

Prasa hydrauliczna jest to urządzenie techniczne zwielokrotniające siłę nacisku dzięki wykorzystaniu zjawiska stałości ciśnienia w zamkniętym układzie hydraulicznym.

Budowa

Prosta prasa hydrauliczna zbudowana jest z dwóch połączonych ze sobą cylindrów, które są wypełnione olejem hydraulicznym i zamknięte szczelnymi tłokami. Cylinder roboczy ma zwykle znacznie większą średnicę niż cylinder spełniający rolę pompy. Jeśli działamy określoną siłą na tłok pompy, to na tłok roboczy działa znacznie większa siła.

Tłok pompy o powierzchni S₁, na który działa siła F₁, wywołuje w układzie ciśnienie p:

Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to rozchodzi się we wszystkich kierunkach i działa ono także na tłok roboczy o powierzchni S₂ wywołując siłę F₂

Z powyższego wzoru wynika, że siła działająca na tłok roboczy jest tyle razy większa od siły działającej na tłok pompy ile razy powierzchnia tłoka roboczego jest większa od powierzchni tłoka pompy.

Prasy hydrauliczne o prostej klasycznej budowie z pompa tłokową stosuje się tylko w układach, gdzie nie jest wymaganie działanie dużych nacisków jak na przykład w hydraulicznych podnośnikach samochodowych lub w układach hamulcowych pojazdów samochodowych.

Jeśli w urządzeniu wymagane są duże naciski, mogące sięgać aż kilkudziesięciu tysięcy ton, albo szybkie przemieszczenia organu roboczego wtedy w prasach hydraulicznych stosuje się inne pompy niż tłokowe np. zębate lub łopatkowe, które najczęściej są napędzane silnikami elektrycznym.

Zasada działania prasy hydraulicznej

Praktyczne wykorzystanie

Każde urządzenie techniczne, w którym są stosowane siłowniki hydrauliczne wykorzystuje zasadę prasy. Zalety napędów hydraulicznych to duże siły, płynny przesuw, łatwe i precyzyjne sterowanie, bardzo duża trwałość. Są one powodem, że trudno jest znaleźć dziedzinę techniki, gdzie nie byłoby hydrauliki.

Przykłady zastosowania:

• prasy do obróbki plastycznej metali

• podnośniki różnego rodzaju (również w windach osobowych)

• układy hamulcowe pojazdów samochodowych

• napęd różnych zespołów obrabiarek skrawających, wtryskarek itp

• prasa hydrauliczna do surowców wtórnych

• prasa hydrauliczna warsztatowa o napędzie ręcznym

• przenośna do badania wytrzymałości skał

• prasa hydrauliczna do wyprasek zniczowych

• prasa hydrauliczna do brykietowania

• prasa hydrauliczna do fornirowania

• automatyczna prasa hydrauliczna do prasowania proszków ceramicznych

Wyjaśnij zjawisko kawitacji

Kawitacja jest zjawiskiem polegającym na gwałtownej przemianie fazowej z fazy ciekłej w fazę gazową pod wpływem zmiany ciśnienia. Jeżeli ciecz gwałtownie przyśpiesza zgodnie z zasadą zachowania energii, ciśnienie statyczne cieczy musi zmaleć. Dzieje się tak np. w wąskim otworze przelotowym zaworu albo na powierzchni śruby napędowej statku.

Kawitacja wokół śruby, eksperyment w tunelu wodnym.

Wpływ czynników na kawitację

Temperatura wrzenia cieczy zależy od jej ciśnienia i im ciśnienie to jest niższe, tym niższa temperatura wrzenia. Lokalny spadek ciśnienia statycznego prowadzić może do wrzenia cieczy i tworzenia się pęcherzyków gazu. Kiedy ciecz opuści obszar szybkiego przepływu, ciśnienie statyczne ponownie rośnie. Pęcherzyki zapadają się, a często gwałtownie implodują, co wytwarza fale uderzeniowe.

Głównym czynnikiem wpływającym na występowanie kawitacji jest temperatura cieczy. Wpływ na zjawisko kawitacji w cieczy o danej temperaturze mają przede wszystkim jej prędkość, kształt powierzchni z jaką się kontaktuje, występowanie w cieczy zanieczyszczeń i inne.

Rejon objęty kawitacją, jest obszarem burzliwego (turbulentnego) przepływu cieczy. Ruch taki charakteryzuje się wielką złożonością, zaś wystąpienie kawitacji dodatkowo utrudnia jego opis, ponieważ ciecz jako taka traci ciągłość i należy taki przepływ opisywać jako przepływ wielofazowy (to znaczy taki, w którym bierze udział wiele faz jednej substancji: np. wody w fazie ciekłej i gazowej, oraz następują przemiany termodynamiczne).

Kawitacja jest gwałtownym i najczęściej bardzo niepożądanym zjawiskiem. Lokalne nagłe zmiany ciśnienia mogą przekraczać ciśnienie cieczy nawet kilkusetkrotnie, a powstające uderzenia są tak silne, iż mogą zniszczyć niemal dowolny materiał. Powstające podczas implozji bąbelków gazu fale uderzeniowe powodują mikrouszkodzenia śrub okrętowych, łopat turbin, zaworów i innych elementów i znacząco skracają czas ich eksploatacji.

Znaczenie i zastosowanie

Kawitacja jest jednym z głównych źródeł hałasu, co stanowi szczególny problem na przykład na okrętach podwodnych, czy w instalacjach pracujących pod wysokim ciśnieniem. Współcześnie coraz częstszą uciążliwością staje się też kawitacja występująca w tunelach sterów strumieniowych, zamontowanych na małych statkach specjalistycznych wykorzystujących tzw. DP (system dynamicznego pozycjonowania) oraz na statkach pasażerskich wyposażonych w takie stery, w celu uzyskania dużej manewrowości w ciasnej zabudowie portowej.

Kawitacja występuje także podczas intensywnego podgrzewania cieczy i to ona jest odpowiedzialna za syczenie wody podczas jej podgrzewania.

Zjawisko kawitacji wykorzystywane jest w tzw. sonicznych szczoteczkach do zębów. W cieczy poddanej działaniu fali dźwiękowej powstają obszary zwiększonego i obniżonego ciśnienia (a nawet próżni), które to pomagają usunąć przylegającą do zęba płytkę nazębną nawet w pewnej odległości od włókna szczoteczki.