LVR_DIMACHE_7

Cercetri teoretice si experimentale privind

utilizarea energiei valurilor

UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURESTI

CATEDRA DE HIDRAULIC I PROTECIA MEDIULUI

Conf. Univ. Dr. Ing. Alexandru DIMACHE

- CUPRINS -

1. STUDIU DOCUMENTAR PRIVIND VALURILE 2. TARAREA CANALULUI DE VALURI 3. CERCETRI EXPERIMENTALE PE UN MODEL DE CAPTATOR

A ENERGIEI VALURILOR 4. CERCETRI PRIVIND INFLUENA FORMEI GEOMETRICE A

FLOTORULUI 5. CERCETRI PRIVIND INFLUENA UNUI PERETE RIGID 6. SINTEZA CONCLUZIILOR I A CONTRIBUIILOR

PERSONALE

.

1. STUDIU DOCUMENTAR PRIVIND VALURILE RESURSELE OCEANULUI PLANETAR

Suprafaa globului pmntesc= 51 miliarde ha Apele oceanului planetar = 36,1 miliare ha (71%) Uscatul = 14,9 miliarde ha (29%) [din care lacuri, mlatini i ghearii = 2,5%, pduri =

8%] Volum de ap al Pmntului = 1.386 milioane km3 din care 550.000 km3 ap dulce sub

form de ploaie, zpad, brum i grindin Apa oceanului planetar posed toate elementele din tabelul lui Mendeleev Resursele energetice ale mrilor i oceanelor depesc 100 trilioane kWh pe an 1 km3 din apa oceanului poate furniza o cantitate de energie egal cu cea produs ntr-un

an i jumtate, de o central electric clasic de 100 MW. Mediul marin - aproximativ 500.000 specii animale i 400.000 specii vegetale =>cea mai

mare uzin de proteine pe Terra Totalitatea mrilor i oceanelor Pmntului constituie un imens rezervor de energie,

nmagazinat sub diverse forme Aproximativ 520 mii km3/an de ap sunt antrenai n circuitul apei n natur. Radiaia solar

= for care pune n micare apele oceanului i provoac circulaia din atmosfer Energia valurilor este energie solar condensat, deoarece viteza vntului i durata sa de

aciune sunt factorii determinani n procesul curent de formare a valurilor de vnt, iar variaiile de potenial baric a maselor de aer i au cauza n energia radiaiilor solare repartizate diferit

Valurile: reprezint unul din factorii hidrologici cei mai importani n ingineria costier, sunt forme pe care le ia suprafaa apei sub aciunea diferitelor fore, care imprim particulelor lichide

micri oscilatorii predominante verticale, fr a exista un transport de debit n anumite direcii, sunt provocate de impulsuri de presiune, datorate n special vntului, care modific poziia orizontal a

suprafeei apei, se formeaz numai la viteze de peste 1,00 m/s, cresc cu durata vntului, cu adncimea mrii i cu

ntinderea suprafeei de ap expus vntului, sunt caracterizate geometric: nlimea valului (h), lungimea de und (), timpul (T) necesar ca valul s

parcurg lungimea de und () Clasificarea valurilor:

a). Dup natura cauzei nemijlocite care genereaz micarea, scond din repaus particulele lichide - valuri de vnt - valuri de frecare - valuri seismice - valuri produse de nave

b). Dup durata de aciune a forelor care au generat micarea - valuri cu caracter de oscilaie ntreinut a micrii particulelor lichide - valuri cu caracter de oscilaie liber a micrii particulelor lichide

c). Dup fora determinant care intervine asupra particulelor lichide n cadrul micrii provocate de factorul perturbator

- valuri gravitaionale - valuri capilare - valuri de frecare gravitaionale - valuri de maree

REGIMUL VALURILOR - prezentare general

d). Dup caracterul deplasrii particulelor lichide n cmpul valurilor - valuri progresive - valuri cu transport de mas - valuri staionare e). Dup adncimea la care are loc propagarea n masa de lichid, pot ntlni

- valuri de suprafa - valuri interioare

f). Dup caracterul propagrii micrii oscilatorii a particulelor n cmpul valurilor - valuri bidimensionale (plane) laborator - valuri tridimensionale (spaiale) - realitate

g). Dup dimensiunile geometrice ale valurilor - valuri scurte - valuri lungi

h). Dup frecvena de succesiune a crestelor de val - valuri solitare - valuri periodice - valuri capilare ( perioada sub 0,10 s) - valuri ultragravitaionale (perioada ntre 0,10 s i 1,00 s) - valuri gravitaionale obinuite (perioada ntre 1,00 s i 30 s) - valuri infragravitaionale (perioada ntre 30 s i 300 s) - valuri de lung perioad (ntre 5 minute i 12 ore) - valuri (unde) de maree obinuit (perioada ntre 12 ore si 24 ore) - valuri de maree excepional (perioad mai mare de 24 ore)

Principale tipuri de valuri:

valuri de vnt - generate n aria (acvatoriul) pe care acioneaz vntul valuri de hul (hul) - care au prsit aria de generare i nu mai sunt sub aciunea vntului, ajungnd n zone de

calm atmosferic sau de vnt slab

valuri mixte - cnd n zona de ptrundere a hulei se dezvolt (sub aciunea local a vntului) i valuri de vnt Stadii de dezvoltare: - cretere, sub aciunea nemijlocit a vntului

- regimul permanent (dezvoltare complet) - amortizare, prin pierderea treptat a energiei

(Obs: valurile sunt considerate ca fiind un propagator si acumulator de energie) Factorii care intervin n generarea i evoluia valurilor Viteza vntului (v) Durata de aciune (Tv) Lungimea fetchului (D)

Elementele ce caracterizeaz valul de hul

lungimea de und

nlimea valului

perioada de oscilaie

Celeritatea (viteza de propagare a valului)

Amplitudinea valului

Fetchul (km) lungimea suprafeei apei supus aciunii vntului

h

T

Tc =

A

D

SISTEME DE CAPTARE A ENERGIEI VALURILOR documentare din literatura de specialitate

1920 Fusenot micarea

pe vertical

1940 Gianomi i Giry tendina de ridicare a suprafeei libere a apei n contact cu o construcie rigid

M. Lorphelin baterii de flotoare cu geometrie special

1911 S.U.A. plutitor sferic

i pompe radiale

1967 Kaisha Ryakusei - "pistonul lichid" pentru realiarea de balize i geamanduri luminoase n Marea Japoniei

1970 Jolla California plutitor care susine o coloan vertical (apa urmeaz miscarea plutitorului)

1979 Lockheed-California Co. construcie b.a. caracterictici ~ baraj atol cu traseu spiralat (nfurarea valurilor n jurul

atolilor)

1978 Stephen H. Salter flotor n form de cam + spaii care formez pompe duble

1978 Colegiul Militar Regal de tiinte din G.B. plane verticale cu legturi flexibile a.. distana dintre ele s fie

1978 Sir Christopher Cockerel plut format din plci de metal articulate

2/ 4/

1978 - Queens University Belfast deplasarea pe vertical a unei balize cu diametrul de 4 m ce pompeaz aerul n partea superioar a structurii

1977 prototip care se bazeaz pe principiul rezonanei rezultnd salutri i scufundri pe vertical de 3-10 ori mai mari dect nlimea valurilor

Golful Riamb din sudul insulei Mauritius, lng Oceanul Indian Proiect pentru realizarea unei centrale electrice marin, dup un proiect britanic care pune n valoare un prag submarin coralifer lung de circa 4 km Structur tip baraj din beton armat, n completarea pragului submarin

Harald Kasser R.F. G. Energia valurilor se nmagazineaz sub form de energie

potenial

Central marin total submersat, foncioneaz ca o pomp submers

1980 Universitatea Tehnic Gotheborg -

deplasarea unei balize pe o vergea magnetic

Coloan de ap oscilant

Captare cu rotor imersat Captare cu pendul suspendat

Captare cu structuri plutitoare articulate

2. TARAREA CANALULUI DE VALURI

D D = D H

max

H

a

h 0 h

d c

H max = 0,91 m a = 0,05 m

MANIVELA

BIELA

Ax de rotatie manivela

Biela

Articulatie biela - manivela

Manivela

Articulatie blocabila

D

Sistem de generare de valuri - ine seama de: - caracreisticile constructive ale canalului - condiiile specifice din laborator - avantaje pe care le ofer sistemul ales Sistemul este compus dintr-o stavil plan mobil (batant) articulat la fundul canalului si acionat la partea superioar printr-un sistem biel manivel.

Scop: determinarea domeniului de variaie a parametrilor determinani ai sistemului a.. caracteristicile valurilor s varieze n limitele cerute de necesitile cercetrilor la scar redus Parametrii determinani ai generatorului: n turaia variabil a manivelei (60 - 90 rot/min) D mrimea variabil a manivelei (0-40 cm) H nlimea apei (max 0,91 m) Caracsteristicile valurilor: h nlimea c celeritatea lungimea de und T perioada

Modelului matematic - prezint toate formulele care conduc n final, la calculul tuturor caracteristicilor valurilor Odat ales sistemul de generare a valurilor, s-a pus problema dimensionrii acestuia (n, D, H) a..

caracteristicile valurilor (h, c, T, ) s varieze n limitele cerute de necesitile cercetrilor la scar redus

Ip: Valurile care se propag n canalul de ncercri se nscriu n categoria micrilor nepermanente cu suprafaa liber , ->acestea, pot fi studiate prin modelul de micare unidimensional

h - variaia adncimii apei provocat de variaia debitului Q

B - limea canalului V0 - viteza iniial (V0 = 0 pentru condiiile din canal) c - viteza de propagare a perturbaiilor (celeritatea) la nivel infinitenzimal, prin integrare => micarea batantei produce o variaie sinusoidal a debitului adncimea apei variaz dup o lege asemantoare rezult: , dar, Deci se poate calcula amplitudinea valului h=2h0 cunoscnd variaia debitului Q0 produs de

micarea oscilant a batantei.

( )cVBQh+

=

0

cBQh =

cBdQdh = cB

Qh =

tQQ sin0=

thh sin0=

tcB

Qth sinsin 00 =

60222 n

T

===

BcQh 00 =

60n22T valurilor perioada ==

( ) ( ) /H2th2/gc Airy) (formula aceleritate =

cT unda de lungimea =

)/( 21 cKthKc =2/gTK lucru de ttancons 1 =

THK /22 =cnd pn iteratii prin rezolv se )c/K(thKc )1i(21

)i( =

( )aHBA aria ca piston un ca actioneza batanta debitului, variatiei producerea pentru =

rectilinii miscarii eaamplitudin este x unde tsinxx miscare de legea 00 =

)1i()i( cc

4/0 dx =

tAxAxAVQ cos0===

00 AxQ =

Tc)aH(dh valurilor inaltimea , = aH

aHDd cumax

=

Caracteristicile complete ale valurilor n domeniul n=6090 rpm (tabel 1)

D

(m)

H = 0,2 m (0,2 - 0,6 m)

d (m) c (m/s) n

(rpm) h (m) (m) T (s)

0,1 0,017

1,20 59,1 0,01 1,22 1,02

1,15 70,6 0,01 0,98 0,85

1,07 79 0,01 0,81 0,76

1,00 86,5 0,015 0,69 0,69

0,94 93 0,015 0,61 0,65

0,16 0,027

1,25 58.3 0,02 1,29 1,03

1,20 71,1 0,025 1,01 0,84

1,11 76,6 0,025 0,87 0,78

1,02 84,1 0,03 0,73 0,71

0,97* 93,8* 0,035* 0,62* 0,64*

0,24 0,041

1,22 60 0,015 1,22 1,00

1,15 69,4 0,025 0,99 0,86

1,13 75,6 0,035 0,9 0,79

1,03 84,9 0,04 0,73 0,71

1,00* 94,1* 0,045* 0,64* 0,64*

0,3 0,051

1,25 57,7 0,02 1,3 1,04

1,15 67,4 0,03 1,02 0,89

1,13 74,8 0,03 0,99 0,8

1,05 83,7 0,03 0,75 0,72

1,95* 92,8* 0,04* 0,61* 0,65*

0,34 0,058

1,20 59,1 0,025 1,22 1,02

1,15 68,8 0,035 1,00 0,87

1,11 77,3 0,045 0,86 0,78

1,05 84,9 0,05 0,74 0,71

1,02 92,3 0,055 0,66 0,65

Inlimea valurilor n domeniul n=3070 rpm (tabel 2)

D (m)

T n 0,08 0,16 0,22 0,28 H (m)

1 2 3 4 5 6 7

2 30

- - - 0,04 0,44

- - - 0,06 0,5

1,5 40

- 0,04 0,055 0,08 0,44

0,03 0,06 0,08 0,11 0,5

1,2 50

0,04 0,07 0,09 0,12 0,44

0,05 0,08 0,11 0,14 0,5

1 60

0,05 0,09 0,11 0,15 0,44

0,06 0,1 0,13 0,16 0,5

0,86 70

0,06 0,1 0,12 0,16 0,44

0,07 0,12 0,15 0,17 0,5

Verificri experimentale ale modelului matematic

Dependena caracteristicilor valurilor, n funcie de parametrii determinani ai sistemului de generare a valurilor, s-a determinat pe cale experimental, rezultatele fiind centralizate n tabele. Totodat, s-au efectuat calculele corespun-ztoare cu ajutorul modelului matematic.

H=0.2m D=0.1m

0.00

0.02

0.04

0.06

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.2m D=0.16m

0.00

0.02

0.04

0.06

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.2m D=0.24m

0.00

0.02

0.04

0.06

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

T ti ( )

Inal

time

val h

(m)

H=0.2m D=0.3m

0.00

0.02

0.04

0.06

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.2m D=0.34m

0.00

0.02

0.04

0.06

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)In

altim

e va

l h(m

)

H=0.3m D=0.1m

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.3m D=0.16m

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.3m D=0.24m

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.3m D=0.3m

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

H=0.3m D=0.34m

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

Turatia n(rpm)

Inal

time

val h

(m)

n cursul acestor determinri experimentale s-au fcut urmtoarele observaii:

a) Pentru diferite adncimi, valurile pstreaz o form sinusoidal pn la anumite frecvene. Peste aceste frecvene, valurile tind sa capete o form trohoidal i apare fenomenul de deferlare care reduce nlimea valurilor printr-un fenomen suplimentar de disipare a energiei (in tabelul 2, limita de la care incepe deferlarea este marcat prin *); atta timp ct valurile ramn sinusoidale calculele cu modelul matematic se suprapun bine peste cele experimentale.

b) Amplitudinea valurilor are o anumit variabilitate n timp i n lungul canalului, ca urmare a faptului c, grtarul de la captul aval nu disipeaz total energia valurilor incidente, producndu-se valuri reflectate.

c) Formula clasic pentru calculul vitezei de propagare a valurilor este foarte corect, mai ales n domeniul valurilor sinusoidale (fr deferlare), valorile calculate cu aceast formul suprapunndu-se bine peste valorile msurate experimental.

TcaHdh )( , =

3. CERCETRI EXPERIMENTALE PE UN MODEL DE CAPTATOR A ENERGIEI VALURILOR (c.cercet,mod nefunct, finaliz 87, forma, poz)

Piesa principal - plutitor - ghidat acionat de valuri, are o miscare basculanta pe verticala. Aceast micarea este transformat n micare de rotaie cu ajutorul unei roi dinate cu frei. Plutitorul produce lucru mecanic numai la coborre, sub aciunea greutii proprii, urcarea fiind liber. Volanta uniformizeaz viteza de rotatie obinut, iar o frn mecanic permite reglarea turaiei i msurarea cuplului rezistent, implicit puterea mecanic realizat. 1) Flotor cu diametrul Do = 300 mm 2) Articulaia flotorului 3) Lan de transmisie 4) Roat dinat cu mecanism frei cu aciune n sensul indicat de sgeat i liber n sens invers 5) Roat dinat plimbtoare pentru nchiderea lanului 6) Greutate pentru ntinderea lanului 7) Tija de susinere a flotorului 8) Roat dinat 9) Lan transmisie 10) Roat dinat 11) Volant 12) Disc cu raza r = 150 mm, solidar cu volanta, folosit pentru realizarea momentului rezistent prin frecare cu tija 13) 13) Tij 14) Greuti adiionale 15) Articulaia tijei 13) 16) Ureche prindere lan 17) , 18) Axe rotaie

n cadrul acestor cercetri experimentale s-au determinat pe baz de msurtori pentru diferite trepte de ncrcare (lestare d0) a plutitorului i pentru valuri cu diferite caracteristici (frecven T = 0,63 1,07 s , lungime de und = 0,61 1,76 m , amplitudine h = 0,01 0,55 m):puterea brut a valurilor incidente; puterea valurilor refractate (puterea rezidual); cursa plutitorului; puterea captat de plutitor.

Obs: - plutitorul produce lucru mecanic numai la coborre, sub aciunea greutii proprii (oscilaia cu cursa p

este transformat n micare de rotaie) -volant uniformizeaz viteza de rotaie (raport de turaie 8/3) - frn mecanic permite reglarea turaiei i msurarea cuplului rezistent (puterea mecanic) Ff = FN . ; Mr = Ff . r; Na = Mr . 0; Na = Mr2 n0 / 60 G0 - greutatea tijei proprii G - greutate adiional n0 turaia volantei FN = 1,91. (G0 + G), s-a calculat G0 = 1,77 iar =0,1; r = 0,15 cm; Na = 0,033 (1.77 + G).n0 (W) puterea activ ntre turaia volantei no i cursa flotorului p exist o relaie care se stabilete scriind viteza periferic a mecanismului adic, i rf = 0,035 (m) =>p=0,0006869 no T Puterea transportat de valurile incidente i s-a calculat cu formula din literatura de specialitate: Ni = h2. T . B (kW) ; scriem h n cm => Ni = 0,1 h2. T . B (W) i % Parametrii care s-au variat n cadrul msurtorilor au fost: Hap = 44, 47, 50, 55 cm; d0=18 - 14,8 -11 7 cm, D=8 16 22 - 28 cm; n=30-70 rot/ min i G=0- 4,635 N.

frn

Tp

=

83

602

20 Tnr160

p 0f

=

100i

a

NN

=

Pentru deducerea formulelor de calcul a valorilor proprii captatorului n pi Tp s-a imaginat un model matematic simplificat al funcionrii captorului: (art pub b stiin)

A. Plutitor avnd forma paralelipipedic, cu masa m i seciunea transversal la oglinda apei A. Sub aciunea variaiei de nivel y = y(t), plutitorul capt deplasarea pe vertical x = x(t) sub aciunea forei arhimedice A(y-x) i pune n micare un sistem mecanic care se opune micrii cu fora P. Ecuaia de micare a flotorului este: Ipoteze simplificatoare pt. a integra ecuaia: - am pp. c variaia nivelului apei ct i deplasarea flotorului au legea sinusoidal dup ecuaiile x = x0 sin t; y = y0 sin (t + ) (au aceeai perioada T i respectiv aceeai pulsaie = 2 / T, ntre ele existnd un defazaj de ) - P s-a considerat cosinusoidal ->P= P0 cos t deoarece are sens contrar vitezei flotorului v= nlocuind n relaie de micare identificm termenii: Punnd condiia sin2 + cos2 = 1, rezult: Calculnd puterea activ Na prin integrare: i punnd dx = x0 cos t dt, rezult Din relaiile de mai sus rezult c dispozitivul analizat debiteaz putere activ (Na> 0) dac P0< A y0 i dac .A > m 2 ( ) din ultima relaie rezultnd:

yAPxAxm =++..

txx o cos.

txx o sin2

..=

0

20 )(cos

yAmAx

=0

0sinyA

P

=

2

20

20

0

)(

mA

PAyx

=

T/2 =

Na are valori mari, tinznd ctre , atunci cnd T tinde ctre . De aceea expresia aceasta are semnificaia unei perioade proprii de oscilaie Din experimente se obsrev c eficienta maxim nu este pentru T=Tp , din cauza ipotezelor simplificatoare fcute precum i fptulul c y0 depinde mult de funcionarea n ansamblu i interaciunea dintre captator i valurile incidente, fiind probabil puternic modificat la valori T apropiate de T0 . De aceea, expresia de mai sus, pentru perioada proprie va fi folosit numai ca un criteriu pentru transpunerea rezultatelor de pe model la scar natural, pentru fixarea parametrilor de gabarit ai captatorului real. B. Plutitor avnd forma cilindric,

cu masa m = A0 B i seciunea transversal la oglinda apei A = l0B Expresia perioadei proprii devine:

n Tabelul de mai jos s-au calculat valorile perioadei proprii Tp pentru cele patru valori d0 ale pescajului cu care s-a lucrat la testarea modelului, precum i valorile np care au semnificaia unor frecvene proprii (rotaii/minut) i care s-au calculat cu formula :

Am

2

H=(0,44/0,47/0,50/0,55)m d0=(0,07/0,11/0,15/0,18 )m D=(0,08/0,16/0,22/0,28)m Tp= 0,77 s np=78 rot/min

n (rot/min)

T (sec)

h (cm)

N i (W)

G (N)

n0 (rot/ min)

Na (W)

(% )

ham (cm)

hav (cm)

ham / h hav / h pms (cm)

pcalc (cm)

40 1,5 2,5 0,94

- 36 - - 4 1 1,6 0,4 3 3,7

- 31 0,165 17,6 4,5 2 1,8 0,8 3,5 3,2

0,206 28 0,166 17,7 3 1,5 1,2 0,6 2,5 2,9

0,412 28 0,183 19,5 3,8 2,2 1,52 0,88 3 2,9

0,618 21 0,150 15,9 3,5 2,5 1,4 1 2 2,2

50 1,2 3,4 1,39

- 70 - - 3,5 2,5 1,03 0,73 4 5,8

0 24 0,127 9,1 4 2 1,18 0,59 2,5 2

0,206 22 0,130 9,4 4 2 1,18 0,59 1,5 1,8

0,412 18 0,118 8,5 4 2,3 1,18 0,68 1,5 1,5

0,618 14 0,100 7,2 4,5 2,3 1,32 0,68 1 1,2

0,824 12 0,093 6,7 4,5 2,3 1,32 0,68 1 1

60 1 4,7 2,21

- 139 - - 14 2,5 2,98 0,53 5,5 9,5

0 40 0,212 9,6 7 1,5 1,49 0,32 2,5 2,7

0,206 12 0,71 3,2 6 1,5 1,28 0,32 1 0,8

70 0,86 6,3 3,41 - 70 - - 10 2 1,59 0,32 3 4,1

0 14 0,074 2,2 7,5 4,5 1,19 0,71 0,5 0,8

Reprezentri grafice ale randamentului captatorului in funcie de turaie

15

16

17

18

19

20

20 22 24 26 28 30 32

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)

d0=0.18; D=0.08; do/D0=0.6; T=1.5; Tp=0.77; T/To=1.95; h=2.5; h/D0=8.3; max=19.5

6

7

8

9

10

10 12 14 16 18 20 22 24 26

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)

d0=0.18; D=0.08; do/D0=0.6; T=1.2; Tp=0.77; T/To=1.56; h=3.4; h/Do=11.3; max=9.4

8

10

12

14

16

18

26 36 46 56 66 76 86 96

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)

d0=0.18; D=0.16; do/D0=0.6; T=1.5; Tp=0.77; T/To=1.95; h=5; h/Do=16.7; max=16.6

4

6

8

10

12

14

26 36 46 56 66 76 86 96 106 116 126Ra

mda

men

t (%

)Turaie volant (rpm)

d0=0.18; D=0.16; do/D0=0.6; T=1.11; Tp=0.77; T/To=1.44; h=7.9; h/Do=26.3; max=13

7

9

11

13

20 40 60 80 100 120 140

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)

d0=0.18; D=0.22; do/D0=0.6; T=1.5; Tp=0.77; T/To=1.95; h=6.9; h/Do=23; max=11.8

2

4

6

8

10

20 70 120 170 220 270

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


02468

10121416182022

8 18 28 38 48 58

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)

d0=0.148; D=0.08; do/D0=0.49; T=1; Tp=0.68; T/To=1.47; h=3.9; h/Do=13; max=20.7

2

4

6

8

10

12

14

8 28 48 68 88

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


468

101214

10 30 50 70

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)

d0=0.148; D=0.22; do/D=0.67; T=1.5; Tp=0.68; T/To=2.21; h=5.8; h/D=26.3; max=12.1

4

6

8

10

18 28 38 48 58

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


4

6

8

10

12

30 40 50 60 70

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


8

10

12

14

16

18

70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


46

8

10

12

14 24 34 44 54

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


4

5

6

7

8

20 30 40 50 60 70 80 90

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


8

10

12

14

16

18

20

30 40 50 60 70 80

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


6

8

10

12

18 28 38 48 58

Ram

dam

ent (

%)

Turaie volant (rpm)


CONCLUZII:

Pentru alegerea parametrilor unui captator real sunt necesare trei condiii principale i anume: a) s se cunoasc regimul optim de funcionare al modelului; Pentru diametrul flotorului Do = 0,30 m, regimul optim de funcicnare este caracterizat prin urmtoarele valori

ale parametrilor determinai: d0 = 0,11 m (eventual cuprins ntre 0,11 i 0,14); Tp = 0,57 s (eventual cuprins ntre 0,57 i 0,68); np = 105 rot/min (eventual cuprins ntre 105 i 88); n = 40 60 rot/min (T = 1,5 1,0 sec); = 2,75 1,5 m; c = 1,83 1,5 m/s; h = 0,04 0,07 m; p 0,80 h

b) s se stabileasc criteriile de trecere de la model la natur (relatiile de calcul ale parametrilor

reali, funcie de parametrii modelului); Pe baza relaiilor de similitudine pentru valorile optime pe model la scar redus hM = 0,055 m, TM = 1,25

sec, M = 2 m, D0,M=0,3 m i do,M=0,11 m, au rezultat parametrii captatorului din natur hN = 1 m TN = 4,5 sec, N = 36 m, D0 = 5,40 m, do,N= 1,48 m i p = 0,8 m

c) s se cunoasc caracteristicile valurilor incidente n condiii reale de exploatare. n realitate valurile au caracteristici extrem de variabile, depinznd de foarte muli factori, rezult c pentru un captator care lucreaz n condiii reale este necesar ca acesta s fie dotat cu un sistem automat de cautare a turaiei optime la care, n condiiile de val din amplasamentul respectiv i de la un moment dat, s realizeze randamente maxime de captare a energiei valurilor. n cazul amplasrii mai multor flotori n serie, cu diametre din ce n ce mai mici, este necesar ca flotorii s aib diametre diferite. Flotorii trebuie de aceea s aib posibilitatea ridicrii deasupra nivelului apei n aa fel nct la valuri mici s lucreze flotorul cu diametrul cel mai mic, la valuri mai mari s fie cobort flotorul cu diametrul mare iar la valuri i mai mari s fie cobort flotorul cu diametrul i mai mare, .a.m.d. Obs: comportament acestui captator, considerat ca un motor hidraulic, este foarte asemntor cu

cel al motoarelor cu ardere intern care echipeaz majoritatea automobilelor. Ex ist o turaie optim la care randamentul este maxim.

4. CERCETRI PRIVIND INFLUENA FORMEI GEOMETRICE A FLOTORULUI

S-a folosit acceai instalaie experimental, ct i modelele matematice elaborate, notaiile, formulele de calcul i metodologia de efectuare a msurtorilor. S-a urmrit ca toi ceilali parametrii ai instalaiei (n afara formei plutitorului) s rmn nemodificai, pentru ca rezultatele msurtorilor s poat fi comparate iar diferenele s reprezinte ntr-adevr influena formei plutitorului. S-a urmrit ca volumul plutitorului s rmn acelai i de asemenea nclinarea tijei 7 s rmn aceeai. S-au testat dou forme de flotor, ambele avnd n seciune forma de ptrat cu latura de 27 cm (care asigur un volum egal cu volumul cilindrului circular cu diametrul de 30 cm) dar aezate n dou poziii diferite, i anume: - poziia I, n care latura ptratului este paralel cu suprafaa liber n repaus a apei; - poziia II, n care diagonala ptratului este paralel cu suprafaa liber n repaus a apei.

Pentru fiecare din cele dou poziii, msurtorile s-au efectuat n patru variante de lestare, numerotate cu 1, 2, 3, 4 n care: varianta 1 reprezint situaia fr niciun lest suplimentar (greutatea proprie a flotorului); varianta 3 reprezint gradul de lestare la care volumul de lichid dislocuit (n stare de repaus) este egal

cu jumtate din volumul flotorului; varianta 2 reprezint un grad de lestare cuprins ntre varianta 1 i varianta 3; varianta 4 reprezint un lest mai mare dect varianta 3. Pentru fiecare pozi ie i un grad de lestare (d0) s-au efectuat msurtori pentru o gam

larg de amplitudini (h) i perioade ale valurilor (T), realizate prin variaia excentricitii sistemului de biel-manivel (D) care acioneaz batanta generatoare de valuri (exc. 1, 2, 3, 4, 5, 6) precum i variaia turaiei motorului electric de antrenare (n).

1 pozii d0 h T 4 exc. D n msurt.

CONCLUZII: modificarea formei seciunii transversale a flotorului nu produce o mbuntire esenial a

randamentului captrii energiei a valurilor. randamentele realizate n mod curent, pentru regimuri variabile ale nlimii i perioadei valurilor

sunt cuprinse tot ntre 10 i 15%. s-au determinat i randamente mai mari (pn la 26%) dar acestea au fost situaii particulare, au

avut loc pentru anumite combinaii favorabile ale parametrilor determinani ai valurilor i modelului, i pe care nu se poate conta ntr-o exploatare n care regimul valurilor este variabil. Aceste randamente mari se produc la valuri foarte mici n comparaie cu dimensiunea flotorului i la lestaje mici ale acestuia, ceea ce n mod practic nseamn construirea unui flotor cu dimensiuni foarte mari, deci un cost mare al lucrrilor de investiie.

seciunea circular i seciunea ptrat n poziia II ( ) sunt mai apropiate, n sensul c se

comport mai bine la lestaje mici i la valuri mai mici, n timp ce flotorul cu seciune ptrat n poziia I se comport ceva mai bine la lestaje mari i la valuri mai mari.

flotorul cu seciunea ptrat n poziia I ar fi deci mai economic deoarece conduce n practic la

dimensiuni ale flotorului real mai mici. Dac se ine ns seam pe de o parte de faptul c diferenele ntre forme nu sunt spectaculoase, iar pe de alt parte de faptul c seciunea circular prezint avantaje clare din punct de vedere static, rezult c seciunea circular rmne forma optim.

din studii i msurtori, se observ existena valurilor relativ mari din spatele flotorului. Este necesar

ca pe viitor s se efectueze cercetri care s lmureasc n ce proporie aceste valuri conin putere activ sau putere reactiv; dac procentul de putere activ este mai ridicat, atunci pe de o parte valurile respective ar putea fi periculoase pentru o eventual zon de ap linitit pe care se sconteaz n spatele instalaiei de captre a energiei, iar pe de alt parte, dac s-ar justifica instalarea unui al doilea flotor captator.

5. CERCETRI PRIVIND INFLUENA UNUI PERETE RIGID N AVAL DE CAPTATORII ENERGIEI VALURILOR

n studiile anterioare existena n spatele captatorului a unui grtar disipator de energie reduce la minimum valurile reflectate de acesta i care se suprapunea peste aciunea valurilor incidente. Prin aceste determinri s-au simulat dou situaii posibile: - plasarea captatorului n mare deschis - existena n spatele captatorului a unei structuri permeabile disipative (diguri cu protecie din anroca-mente sau stabilopozi)

Pentru a se determina efectul valurilor reflectate, gratarul a fost nlocuit cu o plac etan susinut de un suport care a permis pe de o parte plasarea acesteia la distane variabile fa de flotorul captatorului i, pe de alt parte, nclinarea acesteia la unghiuri variabile fa de vertical. (Simularea pozionrii captatorului ntr-o alveol din b.a. construit pentru susinerea instalaiilor.)

Variabile alese pentru care s-au avut o comportare bun i foarte bun: flotor cu seciune forma de ptrat cu latura de 27 cm; lestarea flotorului d0= 27/2 =13,5 cm; adncimea apei n canalul hidrostatic: H=51,5 cm; perioada valurilor: T=1,2 s (turaia sistemului biel-manivel care acioneaz batanta n=50 rot/min); diametrul D al manivelei din sistemul biel-manivel a avut trei valori e1D=9,4 cm; e2D=16 cm; e3D=23,4 cm.

- var. I (e1) -> D=9,4 cm; h=3,5 cm; Ni= 1,47 W; 0 = 15% - var. II (e2) -> D=16 cm; h=6,2 cm; Ni= 4,61 W; 0 = 14% - var. III (e3) -> D=23,4 cm; h=8,9 cm; Ni= 9,5 W; 0 = 6%

L -> , , i (0,50; 1,00; 1,50; i 2,00 m + 0,25 i 0,75 m).

CONCLUZII: prezena unui perete rigid, etan n spatele flotorului influeneaza mult comportarea instalaiei

pentru captarea energiei valurilor comportarea instalaiei pentru captarea energiei valurilor este influenat de distana L la care

este plasat peretele, raportat la lungimea de und a valurilor incidente - dac L = 1/2 sau L= -> = 0, sau poate s creasc - dac = const. i cunoscut -> plasarea n spatele flotorului a unui perete crete randamentul

captrii n realitate, valurile incidente au caracteristici extrem de variabile n timp, fiind valuri neregulate

ce se produc n mare deschis sub aciunea vntului. Prezena unui perete etan n spatele flotorului micoreaz sau chiar anuleaz eficiena captatorului.

-> n spatele flotorului, valurile trebuie s aib un cmp deschis de propagare, sau s ntlneasc o structur permeabil, disipativ care s nu creeze valuri reflectate.

-> plasarea instalatiilor de captare n zona adiacent digurilor protejade cu anrocamente i stabilopozi este ct se poate de indicat.

6. SINTEZA CONCLUZIILOR I A CONTRIBUIILOR PERSONALE

Prelucrarea i interpretarea datelor din msurtori au permis s se trag urmtoarele concluzii mai importante:

ca motor hidraulic care transfer energia hidraulic (a valurilor) n energie mecanic,

captatorul analizat se comport asemenea motoarelor cu ardere intern, n sensul c momentul (cuplul) motor maxim se realizeaz pentru o anumit turaie turaia optim;

studiul a artat i faptul c forma cilindric a flotorului, respectiv forma care este i uor de realizat i care este i relativ optim din punct de vedere hidrodinamic, reprezint forma optim, ducnd la randamente superioare formelor paralelipipedice;

turaia optim depinde n mod esenial de caracteristicile valurilor lungime de und, perioad, nlime iar variaiile turaiei optime n funcie de acestea sunt mari;

avnd n vedere faptul c un cmp de valuri real se caracterizeaz printr-o mare variabilitate a caracteristicilor acestora, este imposibil de previzionat ce caracteristici vor avea valurile incidente din zona de amplasare a captatorului de energie a valurilor;

n aceste condiii, captatorul va trebui dotat cu un sistem automat, special conceput, care s detecteze continuu turaia optim a volantei (la care cuplul motor este maxim), s regleze funcionarea la aceast turaie optim i s asigure generarea de energie (electric) n aceste condiii n care turaia motorului hidraulic este variabil n timp;

acest sistem de detectare i reglare a turaiei optime este necesar i ca urmare a concluziilor ce s-au tras n ce privete influena unui perete n aval de captator care influeneaz, la rndul su, valoarea turaiei optime dar i valoarea randamentelor maxime;

Dintre contribuiile personale mai importante se menioneaz: participarea la efectuarea msurtorilor care au avut un volum foarte mare.

prelucrarea rezultatelor cu mijloacele avansate oferite de tehnica de calcul actual;

interpretarea rezultatelor care a condus la cteva concluzii deosebit de importante privind realizarea n practic a unui astfel de captator;

realizarea unui model matematic pentru captatorul de energie a valurilor, punerea n eviden a unui parametru important, perioada proprie i verificarea modelului cu ajutorul datelor din msurtori.

Cercetri teoretice si experimentale privindutilizarea energiei valurilor Slide Number 21. STUDIU DOCUMENTAR PRIVIND VALURILE RESURSELE OCEANULUI PLANETARREGIMUL VALURILOR - prezentare general Slide Number 5Slide Number 6SISTEME DE CAPTARE A ENERGIEI VALURILOR documentare din literatura de specialitateSlide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 152. TARAREA CANALULUI DE VALURI Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 223. CERCETRI EXPERIMENTALE PE UN MODEL DE CAPTATOR A ENERGIEI VALURILOR (c.cercet,mod nefunct, finaliz 87, forma, poz)Slide Number 24 Pentru deducerea formulelor de calcul a valorilor proprii captatorului n pi Tp s-a imaginat un model matematic simplificat al funcionrii captorului:(art pub b stiin)A. Plutitor avnd forma paralelipipedic, cu masa m i seciunea transversal la oglinda apei A.Sub aciunea variaiei de nivel y = y(t), plutitorul capt deplasarea pe vertical x = x(t) sub aciunea foreiarhimedice A(y-x) i pune n micare un sistem mecaniccare se opune micrii cu fora P.Ecuaia de micare a flotorului este: Ipoteze simplificatoare pt. a integra ecuaia:- am pp. c variaia nivelului apei ct i deplasarea flotorului au legea sinusoidal dup ecuaiilex = x0 sin t; y = y0 sin (t + ) (au aceeai perioada T i respectiv aceeai pulsaie = 2 / T, ntre ele existnd un defazaj de )- P s-a considerat cosinusoidal ->P= P0 cos t deoarece are sens contrar vitezei flotorului v= nlocuind n relaie de micare identificm termenii:Punnd condiia sin2 + cos2 = 1, rezult:Calculnd puterea activ Na prin integrare: i punnd dx = x0 cos t dt, rezultDin relaiile de mai sus rezult c dispozitivul analizat debiteaz putere activ (Na> 0) dac P0< A y0 i dac .A > m 2 ( ) din ultima relaie rezultnd:Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30CONCLUZII:4. CERCETRI PRIVIND INFLUENA FORMEI GEOMETRICE A FLOTORULUISlide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36CONCLUZII:5. CERCETRI PRIVIND INFLUENA UNUI PERETE RIGID N AVAL DE CAPTATORII ENERGIEI VALURILOR Slide Number 39Slide Number 406. SINTEZA CONCLUZIILOR I A CONTRIBUIILOR PERSONALESlide Number 42

Date post:	29-Sep-2015
Category:	Documents
Upload:	construct-societate
View:	7 times
Download:	2 times

LVR_DIMACHE_7

Documents