UTILIZAREA ENERGIEI APELOR

An universitar: 2011-2012

Titular curs: S.l. dr. ing. Gabriela DUMITRAN

1

Titular curs: S.l. dr. ing. Gabriela DUMITRAN

Catedra Hidraulica, Masini Hidraulice si Ingineria Mediului

DATE DE CONTACT

Birou: ELA 113 (etaj I , Catedra CHMHIM)

UTILIZAREA ENERGIEI APELOR

2 ore curs/saptamana 3 ECT

1 ora laborator /saptamana Forma de verificare - EXAMEN

PUNCTAJE:

40 p./ Laborator: 4 lucrri de laborator efectuate n sal !

10 p./ Colocviu laborator

1

10 p./ Colocviu laborator

50 p./ Examinarea final, din care:

30 p./ grile (pentru nota 5 + grila nota 6-8)

20 p./ problema (cu documentaie permis)

Obtinerea notei 5 este conditionata de realizarea a 25 de puncte din

timpul anului si min 20 de raspunsuri corecte din grila de nota 5.

Suport curs: http://energ.curs.pub.ro/2011

UTILIZAREA ENERGIEI APELOR

Introducere

Capitol. 1. Resurse de ap

Capitol. 2. Elemente de hidrologie inginereasca

Capitol. 3. Potentialul hidroenergetic. Utilizarea energiei hidraulice.Capitol. 3. Potentialul hidroenergetic. Utilizarea energiei hidraulice.

Capitol. 4. Scheme de amenajare hidroenergetica

Capitol. 5. Uvrajele amenajarilor hidroenergetice

Capitol. 6. Lacul de acumulare

Capitol. 7. Turbine hidraulice

2

INTRODUCERE

Noiunea de energie

UNIVERS

SUBSTANTA CAMP DE

3

SUBSTANTA(materie)

CAMP DE FORTE

MASA ENERGIE

EXERGIE ANERGIE

ENERGIE = EXERGIE + ANERGIEpartea de energie partea de energie

transformat fr restricii netransformabil

Exergia = cantitatea maxim de energie care se poate transforma n orice alt form

de energie n condiiile unei stari determinate a mediului ambiant i a

NOIUNEA DE ENERGIE

reversibilitatii totale a proceselor de transformare. Ex: energia electric, care este

format integral din exergie (anergia este nul), iar n condiii ideale este

reversibil integral n alte forme de energie.

Anergia = energia care, chiar i n condiii de reversibilitate total a proceselor, nu se

poate transforma n exergie (adic lucru mecanic) nici mcar parial. Ex: cldura

disponibil la temperatura mediului ambiant. Cantitatea imens de energie

nmagazinat n mediul ambiant nu prezint interes din punct de vedere practic,

deoarece exergia sa este nul. 4

Energia = mrime de stare a unui sistem fizic.

Dpdv mecanic energia = capacitatea unui sistem fizic de a efectua

lucru mecanic, la trecerea dintr-o stare n alt stare.

Energia se msoar n SI n Jouli [ J ].

NOIUNEA DE ENERGIE

5

Energia nu poate fi neleas n afara principiilor termodinamicii,

unde timpul este un parametru esenial. Astfel, energia nu poate fi

creat, ea se transform dup echivalene numerice precise (legea

conservrii sau principiul I), iar aceste transformri sunt nsoite

de disiparea unei anumite cantiti de energie sub form de

cldur (legea entropiei sau principiul II).

Energia se transform dintr-o form n alta, ns ea nu se poate nici crea,

nici distruge, ceea ce nseamn c energia total din univers se conserv.

Variaia energiei interne a unui sistem termodinamic, la trecerea lui

dintr-o stare iniial dat, ntr-o stare final dat, nu depinde de strile

intermediare prin care trece sistemul, ci numai de strile iniial i

final. Astfel, cnd o schimbare de orice fel are loc ntr-un sistem nchis,

CONSERVAREA ENERGIEI - Principiul I

6

final. Astfel, cnd o schimbare de orice fel are loc ntr-un sistem nchis,

are loc o cretere sau o scdere a energiei interne, cldura este emis sau

absorbit i este efectuat un lucru mecanic.

unde: E este variaia de energie ntr-un sistem izolat, W este lucrul

mecanic efectuat de sistem i H este variaia de cldur sau entalpia

sistemului.

HWE +=

n toate procesele existente n natur, transformrile de energie se fac

cu o degradare a energiei dintr-o form n alta, randamentele fiind

mici (80%). Astfel, energia este trecut ntr-o stare dezordonat

incapabil s furnizeze lucru mecanic. Fracia de energie pierdut

de sistem n cursul fenomenelor termodinamice se numete

CONSERVAREA ENERGIEI - Principiul II

7

entropie (S). Tot acest principiu termodinamic spune c toate

sistemele evolueaz ctre o stare de echilibru, care are entropia

maxima, adic energia liber a sistemului este negativ.

unde: G este variaia de energie liber, H este variaia de cldur, T

este temperatura i S este variaia de entropie.

STHG =

FORME DE ENERGIE

n funcie de diferite criterii, se vorbete despre diverse forme de transfer energetic.

Din punct de vedere al sistemului fizic cruia i aparine, exist :

energie hidraulic, care poate proveni din energia potenial a cderilor de

ap i mareelor, sau din energia cinetic a valurilor;

energie nuclear, care provine din energia nucleelor i din care o parte poate

fi eliberat prin fisiunea sau fuziunea lor;

8

fi eliberat prin fisiunea sau fuziunea lor;

energie de zcmnt, care este energia intern a gazelor sub presiune

acumulate deasupra zcmintelor de iei;

energie chimic, care este data de potenialul electric al legturii dintre

atomii moleculelor,

energie de deformaie elastic, care este energia potenial datorit atraciei

dintre atomi;

energie gravitaional, care este energia potenial n cmp gravitaional.

FORME DE ENERGIE

Dup sursa de provenien: energie stelar, solar, a combustibililor,

hidraulic, eolian, geotermal, nuclear.

Dup faptul c urmeaz sau nu un ciclu se clasific n:

energie neregenerabil, care este energia obinut din resurse epuizabile, cum

sunt considerati combustibilii fosili i cei nucleari;

energie regenerabil, prin care se nelege energia obinut de la Soare,

9

energie regenerabil, prin care se nelege energia obinut de la Soare,

energie considerat inepuizabil, sub form de energie electric (conversie

direct), termic (nclzire direct), hidraulic, eolian, sau cea provenit din

biomas.

Dup modul de manifestare a energiei avem energie mecanic, energie

electric, energie luminoas.

Dup purttorul de energie se vorbete de energie termic.

Energia hidraulic = capacitatea apei de a efectua lucru mecanic la trecerea

dintr-o poziie dat n alt poziie, concretizata prin curgere.

Datorit circuitului apei n natur, ntreinut de energia Soarelui, energia

hidraulic este o form de energie regenerabil.

Energia hidraulic este o energie mecanic format din energia potenial

a apei dat de o diferena de nivel, respectiv din energia cinetic a apei n

ENERGIA HIDRAULICA

10

a apei dat de o diferena de nivel, respectiv din energia cinetic a apei n

micare. Exploatarea acestei energii se face actualmente n hidrocentrale, care

transform energia potenial a apei n energie cinetic. Aceasta e apoi captat

cu ajutorul unor turbine hidraulice care acioneaz generatoare electrice care n

final o transform n energie electric.

Tot forme de energie hidraulic sunt i energia cinetic a valurilor i

mareelor.

Energia hidraulic a fost folosit nc din antichitate. n India se

foloseau roile hidraulice la morile de ap. n Imperiul Roman morile

acionate de ap produceau fin i erau folosite de asemenea la

acionarea gaterelor pentru tierea lemnului i a pietrei. Puterea unui

UTILIZAREA ENERGIEI HIDRAULICE

11

torent de ap eliberat dintr-un rezervor a fost folosit la extracia

minereurilor, metod descris nc de Pliniu cel Btrn. Metoda a

fost folosit pe larg n evul mediu n Marea Britanie i chiar mai

trziu la extracia minereurilor de plumb i staniu. Metoda a evoluat

n mineritul hidraulic, folosit n perioada goanei dup aur din

California.

n China i n extremul orient, roi hidraulice cu cupe erau

folosite la irigarea culturilor. n anii 1830, n perioada de vrf a

canalelor, energia hidraulic era folosit la tractarea barjelor n sus i

n josul pantelor pronunate. Energia mecanic necesar diverselor

industrii a determinat amplasarea acestora lng cderile de ap.

UTILIZAREA ENERGIEI HIDRAULICE

12

industrii a determinat amplasarea acestora lng cderile de ap.

n zilele de azi utilizarea curent a energiei hidraulice se face

pentru producerea curentului electric, care este produs n acest caz

cu costuri relativ reduse, iar energia produs poate fi utilizat relativ

departe de surse.

UTILIZAREA ENERGIEI HIDRAULICE

Resursa hidroenergetic poate fi evaluat prin puterea (E/t) care se poate

obine. Puterea depinde de cderea i debitul sursei de ap.

Cderea determin presiunea apei, care este dat de diferena de nivel

dintre suprafaa liber a apei i a turbinei (m);

Debitul de curgere = cantitatea de ap care curge n unitatea de timp

13

Debitul de curgere = cantitatea de ap care curge n unitatea de timp

(m3/s).

Cantitatea de energie E care se obine prin coborrea n cmp

gravitaional a unui obiect de mas m cu o diferen de nlime h este:

hgmE =

UTILIZAREA ENERGIEI HIDRAULICE

Energia hidraulic disponibil ntr-un lac de acumulare se poate extrage

prin coborrea intenionat a nivelului apei. n acest caz, puterea depinde

de debitul masic al apei:

Roile hidraulice extrag energie din curgere fr a fi necesar ca apa s-i

schimbe nlimea, n acest caz exploatandu-se doar energia cinetic a

hQtEP / ==

13

curentului de ap:

Roile cu aduciune superioar pot extrage ambele tipuri de energie, att

cea potenial, ct i cea cinetic.

3

21

2

21 vAvQP ==