Energia Hidraulica


I. Istoric :

  • Energia hidraulică a fost folosită încă din antichitate În India se foloseau roţile hidraulice la morile de apă
  • În Imperiul Roman morile acţionate de apă produceau fâină şi erau folosite de asemenea la acţionarea gaterelor pentru tăierea lemnului şi a pietrei
  • Puterea unui torent de apă eliberată dintr-un rezervor a fost folosită la extracţia minereurilor, metodă descrisă încă de Pliniu cel Bătrân
  • Metoda a fost folosită pe larg în evul mediu în Marea Britanie şi chiar mai târziu la extracţia minereurilor de plumb şi staniu
  • Metoda a evoluat în mineritul hidraulic, folosită în perioada goanei după aur din California
  • În China şi în extremul orient, roţi hidraulice cu cupe erau folosite la irigarea culturilor. În anii 1830, în perioada de vârf a canalelor, energia hidraulică era folosită la tractarea barjelor în sus şi în josul pantelor pronunţate
  • Primele centrale hidroelectrice apar in plin triumf al aburului si al febrei pentru perfectionarea motoarelor cu combustie interna. Ele au fost construite in Marea Britanie (1881) si apoi in SUA (1895)
  • Energia mecanică necesară diverselor industrii a determinat amplasarea acestora lângă căderile de apă
Mineri.jpg

II. Fenomene Naturale :


  • Din punct de vedere al hidrologiei, energia hidraulică se manifestă prin forţa apei asupra malurilor râului şi a bancurilor
  • Aceste forţe sunt maxime în timpul inundaţiilor, datorită creşterii nivelului apelor
  • Aceste forţe determină dislocarea sedimentelor şi a altor materiale din albia râului, cauzând eroziune şi alte distrugeri

fizica.JPG

III. Moduri de exploatare a energiei hidraulice :

1. Roţi hidraulice


O roată hidraulică utilizează energia râurilor pentru a produce direct lucru mecanic.

  • La debite mici se exploatează în principal energia potenţială a apei. În acest scop se folosesc roţi pe care sunt montate cupe, iar aducţiunea apei se face în partea de sus a roţii, apa umplând cupele. Greutatea apei din cupe este forţa care acţionează roata. În acest caz căderea corespunde diferenţei de nivel între punctele în care apa este admisă în cupe, respectiv evacuată şi este cu atât mai mare cu cât diametrul roţii este mai mare.
  • La debite mari se exploatează în principal energia cinetică a apei. În acest scop se folosesc roţi pe care sunt montate palete, iar aducţiunea apei se face în partea de jos a roţii, apa împingând paletele. Pentru a avea momente cât mai mari, raza roţii trebuie să fie cât mai mare. Adesea, pentru a accelera curgerea apei în dreptul roţii, înaintea ei se plasează un stăvilar deversor, care ridică nivelul apei (căderea) şi transformă energia potenţială a acestei căderi în energie cinetică cuplimentară, viteaza rezultată prin deversare adăugându-se la viteza de curgere normală a râului.

Instalatiile hidraulice au fost construite în doua variante: cu roata hidraulica verticala si cu roata hidraulica orizontala (facaie, ciutura sau titirez, în limbaj popular) :

  • Morile de macinat cu roata verticala. De la axul rotii hidraulice, prin intermediul unor roti dintate din lemn miscarea se transmite la axul pietrei mobile a râsnite. Desigur ca – fata de râsnita manuala – omul a mai îmbunatatit instalatia punând un cos pentru turnat cereale etc.Pe râurile mari (Siret, Dunare) s-au folosit mult timp mori de macinat plutitoare, care reuneau pe o platforma doua mori, pentru cresterea productivitatii. Exista documente care atesta exportul de mori plutitoare din Tara Româneasca în Imperiul Otoman.
Povarna cu roata hidraulica
fizica5.jpgfizica6.jpg
Moara din Ciocmani (comuna Babeni, judetul Salaj) reprezinta ultima moara cu „alvan ", care a supravietuit pe cursul Somesului, prin achizitionarea ei de catre Muzeul Civilizatiei Populare Traditionale „ASTRA " din Sibiu.
fizica2.jpg
  • Morile de macinat cu roata orizontala. Roata cu facaie este de dimensiuni mici; ea lucreaza orizontal, jetul de apa venind pe un jgheab înclinat. Axul rotii antreneaza roata mobila de macinat. Aceste mori sunt cunoscute înca de pe vremea dacilor, fiind raspândite în zona Tismana-Jiu-Hunedoara. Având un randament mic, o moara avea mai multe astfel de instalatii puse în rând. Roata cu facaie sta la baza constructiei turbinei Pelton.Pivele hidraulice functioneaza asemanator celor manuale, numai ca forta necesara este obtinuta de la roata hidraulica. Se observa ca pe axul rotii hidraulice sunt încastrate niste opritoare (numite masele), care în cursul miscarii de rotatie ridica pisalogul (ciocanul) si apoi îi dau drumul în piua. Pivele hidraulice erau utilizate foarte mult la baterea postavului în curent de apa (calda sau rece).


Jgheabul, roata hidraulica orizontala ("ciutura") si "furca"
fizica3.jpgfizica4.jpg



2. Hidrocentrale


Prima hidrocentrală din lume este Cragside, în Rothbury, Anglia, construită în 1870. Cragside era o casă ţărănească în apropiere de Rothbury. A fost prima casă din lume care a utilizat energia hidroelectrică. Construită într-o zonă muntoasă, a fost casa de vacanţă a lordului WilliamGeorge Amstrongşi după 1870 a trecut în grija NationalTrust.
fizica8.jpg
O hidrocentrală utilizează amenajări ale râurilor sub formă de baraje, în scopul producerii energiei electrice. Potenţialul unei exploatări hidroelectrice depinde atât de cădere, cât şi de debitul de apă disponibil. Cu cât căderea şi debitul disponibile sunt mai mari, cu atât se poate obţine mai multă energie electrică. Energia hidraulică este captată cu turbine.
Potenţialul hidroenergetic al României era amenajat în 1994 în proporţie de cca. 40 %. Centrale hidroelectrice aveau o putere instalată de 5,8 GW, reprezentând circa 40% din puterea instalată în România. Producţia efectivă a hidrocentralelor a fost în 1994 de aproape 13 TWh, reprezentând circa 24 % din totalul energiei electrice produse. Actual puterea instalată depăşeşte 6 GW iar producţia este de cca. 20 TWh pe an. Cota de energie electrică produsă pe bază de energie hidraulică este de cca. 22 - 33 %.

fizica9.jpgfizica10.gif


3. Microcentrale şi picocentrale hidraulice


Prin microcentrală hidraulică se înţelege o hidrocentrală cu puterea instalată de 5 - 100 kW, iar o picocentrală hidraulică are o putere instalată de 1 - 5 kW. O picocentrală poate alimenta un grup de câteva case, iar o microcentrală o mică aşezare.
Microcentralele se pot instala pe râuri relativ mici, dar, datorită fluctuaţiilor sezoniere de debit ale râurilor, în lipsa barajului debitul râului trebuie să fie considerabil mai mare decât cel prelevat pentru microcentrală. Pentru o putere de 1 kW trebuie pentru o cădere de 100 m un debit de 1 l/s. În practică, datorită randamentelor de transformare, este nevoie de un debit aproape dublu, randamentul uzual fiind puţin peste 50 %.

Microcentrală la Jagniatkow, Jelenia Góra, Polonia.
fizica12.jpg


4. Centrale mareomotrice


O centrală mareomotrică recuperează energia mareelor. În zonele cu maree, acestea se petrec de două ori pe zi, producând ridicarea, respectiv scăderea nivelului apei. Există două moduri de exploatare a energiei mareelor:
Centrale fără baraj, care utilizează numai energia cinetică a apei, similar cum morile de vânt utilizează energia eoliană.
Centrale cu baraj, care exploatează energia potenţială a apei, obţinută prin ridicarea nivelului ca urmare a mareei.

Centrala mareomotrica
fizica14.jpg


5. Instalaţii care recuperează energia valurilor


Pentru recuperarea energiei valurilor se pot folosi scheme similare cu cele de la centralele mareomotrice cu baraj, însă, datorită perioadei scurte a valurilor aceste scheme sunt puţin eficiente.
Un obiect care pluteşte pe valuri execută o mişcare cu o traiectorie eliptică. Cea mai simplă formă de valorificare a acestei mişcări pentru recuperarea energiei valurilor sunt pontoanele articulate.

Instalaţie de tip Pelamis la Peniche, Portugalia.
fizica15.jpg

Bibliografie :


http://www.google.ro
http://www.ecursuri.ro
http://www.free-referate.ro
http://www.referat.ro
http://ro.wikipedia.org
http://www.brackenleacottage.co.uk
http://www.cimec.ro
http://www.sibiul.ro