raspunsuri convertoare

47
1. Factorii principali care au determinat şi contiunuă să marcheze evoluţie pieţei globale a energiei sunt creşterea populaţiei mondiale şi modelele de creştere şi dezvoltare economică. Modelul clasic de dezvoltare economică este cel de tip industrial. Chiar dacă în ultimul deceniu se caută şi alte variante, cuprinse în general în sintagma dezvoltării durabile şi care reprezintă în esenţă modele care utilizează analize mai extinse ale influenţelor asupra mediului, a modelelor de civilizaţie locale, ori a vitezei de epuizare a resurselor naturale, totuşi experienţele din ultimele decenii şi în primul rând experienţele Chinei şi Indiei au permis următoarele concluzii: -dezvoltarea economică presupune o primă etapă de dezvoltare de tip industrial extensiv, care se bazează, în condiţiile economiei globale, pe avantaje comparative privind costurile de producţie, generate atât prin preţul atractiv al forţei de muncă cât şi prin costurile utilităţilor, terenului, etc. -atragerea invesţiilor străine inpune existenţa unei infrastructuri bine structurată, la nivel de transporturi, comunicaţii, energie şi alte facilităţi. -dimensiunea pieţii interne devine un element determinat în opţiunile de relocare a unitaţilor de producţie -o rată demografică pozitivă combinată cu politici publice responsabile în domeniile educaţional, sanitar sunt de asemenea factori decisivi -toate aceste elemente trebuiesc susţinute suplimentar de stabilitate politică, legislativă şi de un cadru social liniştit În cazul în care condiţiile menţionate sunt îndeplinite, dezvoltarea economică produce şi efecte sociale, de la mutaţii masive de populaţie şi extinderea galopantă a mediului urban, la creşterea nivelului de trai şi adoptarea rapidă a modelului de civilizaţie de tip occidental. Astfel, modelul actual de dezvoltare econiomică a arătat că atât aspectele privind dezvoltarea de tip industrial cât şi aspectele sociale derivate din aceasta produc o creştere masivă a cererii de energie.

Upload: bianca-frentescu

Post on 15-Jan-2016

301 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

nm,

TRANSCRIPT

Page 1: Raspunsuri Convertoare

1. Factorii principali care au determinat şi contiunuă să marcheze evoluţie pieţei globale a energiei sunt creşterea populaţiei mondiale şi modelele de creştere şi dezvoltare economică. Modelul clasic de dezvoltare economică este cel de tip industrial. Chiar dacă în ultimul deceniu se caută şi alte variante, cuprinse în general în sintagma dezvoltării durabile şi care reprezintă în esenţă modele care utilizează analize mai extinse ale influenţelor asupra mediului, a modelelor de civilizaţie locale, ori a vitezei de epuizare a resurselor naturale, totuşi experienţele din ultimele decenii şi în primul rând experienţele Chinei şi Indiei au permis următoarele concluzii:-dezvoltarea economică presupune o primă etapă de dezvoltare de tip industrial extensiv, care se bazează, în condiţiile economiei globale, pe avantaje comparative privind costurile de producţie, generate atât prin preţul atractiv al forţei de muncă cât şi prin costurile utilităţilor, terenului, etc.-atragerea invesţiilor străine inpune existenţa unei infrastructuri bine structurată, la nivel de transporturi, comunicaţii, energie şi alte facilităţi.-dimensiunea pieţii interne devine un element determinat în opţiunile de relocare a unitaţilor de producţie-o rată demografică pozitivă combinată cu politici publice responsabile în domeniile educaţional, sanitar sunt de asemenea factori decisivi-toate aceste elemente trebuiesc susţinute suplimentar de stabilitate politică, legislativă şi de un cadru social liniştitÎn cazul în care condiţiile menţionate sunt îndeplinite, dezvoltarea economică produce şi efecte sociale, de la mutaţii masive de populaţie şi extinderea galopantă a mediului urban, la creşterea nivelului de trai şi adoptarea rapidă a modelului de civilizaţie de tip occidental. Astfel, modelul actual de dezvoltare econiomică a arătat că atât aspectele privind dezvoltarea de tip industrial cât şi aspectele sociale derivate din aceasta produc o creştere masivă a cererii de energie.

2. Principalele surse de energie sunt :combustibili fosili(carbune,petrol,gaze naturale),forta apelor curgatoare si energia atomica.3. Dezvoltarea economică şi evoluţiile demografice au determinat ca situaţia din 1973 să devină la nivelul anului 2005:O analiză sumară a acestor date relevă zonele unde a avut loc dezvoltare economică, respectiv cine a reuşit să profite de oportunităţile globalizării, în primul rând China şi statele asiatice, zonele care nu au reuşit să acceadă la instrumentele dezvoltării (Africa, America Latină, spaţiul ex-sovietic). În acelaşi timp se pot demonta rapid principalele teme ale mişcărilor antiglobalizare, care acuză statele membre OECD de forme de consum iresponsabil şi de accentuarea poluării, în varianta actuală a procesului de încalzire globală.Dacă se priveşte evoluţia consumului energetic primar al statelor OECD pentru perioada 1972-2005 se poate evidenţia ponderarea dinamicii creşterii, aşa cum este redat în graficul din Fig.3. Gruparea statelor s-a realizat pe criterii geografice conform notaţiilor:

Necesarul statelor OECD în intregul lor a fost la nivelul anului 1973 de 3762 Mtoe şi a ajuns în anul 2005 la 5546 Mtoe. Ponderea procentuală a celor trei grupa de state a evoluat în favoarea statelor din zona Pacificului, ca urmare a performanţelor de dezvoltare ale acestor state şi mai ales al Coreei de Sud.

Page 2: Raspunsuri Convertoare

Aşa cum am amintit, repartiţia resurselor primare de energie este neuniformă, la fel cu repatiţia geografică a principalilor consumatori. Singurele excepţii notabile sunt USA şi într-o mai mică masură China, care reprezintă atât mari producători cât şi mari consumatori. Şi cum societatea contemporană este încă plasată energetic sub semnul petrolului, vom analiza principalii actori de pe scena resurselor, exportului şi consumului de petrol. Primele 10 state care produc cele mai mari cantităţi de petrol sunt:

1.Arabia Saudită, produce 507 Mt, respectiv 12,9% din producţia mondială2.Rusia, produce 477 Mt, respectiv 12,1% din producţia mondială3.SUA, produce 310 Mt, respectiv 7,9% din producţia mondială4.Iranul, produce 216 Mt, respectiv 5,5% din producţia mondială5.China, produce 184 Mt, respectiv 4,7% din producţia mondială6.Mexic, produce 183 Mt, respectiv 4,6% din producţia mondială7.Canada, produce 151 Mt, respectiv 3,8% din producţia mondială8.Venezuela, produce 151 Mt, respectiv 3,8% din producţia mondială9.Kuweit, produce 139 Mt, respectiv 3,5% din producţia mondială10. Emiratele Arabe, produce 134 Mt, respectiv 3,4% din producţia mondială

Următoarea listă va cuprinde primii 10 exportatări mondiali de petrol. Se poate observa că unele state sunt prezente pe ambele liste, dar e important de subliniat faptul că SUA şi China nu se regăsesc pe lista exportatorilor, respectiv că resursele naturale acestor state nu pot singure să satisfacă nivelul consumului. Este oarecum surprinzător să întilnim pe lista primilor 10 exportatori de petrol şi două state dezvolate, Norvegia şi Canada. Aceasta are mai mult explicaţii. Mai întâi trebuiesc luate în considerare dimensiunile demografice relativ reduse dar şi faptul că cele două state au resurse alternative de energie, Norvegia fiind de multa vreme un exemplu de utilizare a resurselor hidroenergetice iar Canada având un important program nuclear.Primele 10 importatoare de petrol sunt statele din urmatoare listă. Este important de amintit ca toate aceste date statistice, din cele trei liste, se referă la anul 2006.

1. SUA, importă 582 Mt2. Japonia, importă 213 Mt3. China, importă 127 Mt4. Coreea de Sud, importă 115 Mt5. Germania, importă 112 Mt6. India, importă 99 Mt7. Italia, importă 95 Mt8. Franţa, importă 84 Mt9. Olanda, importă 62 Mt10. Spania, importă 60 Mt

Cum era de aşteptat, lista primilor 10 importatori de petrol cuăprinde state dezvoltate. Singura excepţie este India, care este la mijlocul listei prin forţa sa demografică. Miliardul de locuitori al Indiei, indiferent de gradul de dezvoltare economică generală al ţării, determină un consum semnificativ. Această realitate economică determină interesul investiţional al marilor companii, respectiv faptul că o mare piaţa internă determinată de dimensiunea demografică poate asigura un consum atractiv pentru o largă paletă de bucuri şi servicii.O altă importantă resursă energetică este reprezentată de gazele naturale. Ele sunt cu atât mai importante cu cât strategia eleborată de Uniunea Europeană în plan energetic a fixat pentru

Page 3: Raspunsuri Convertoare

secolul 21 ca satisfacerea necesarului de energie primară să se realizeze preponderent prin importul de gaze naturale. La momentul adoptării acestei decizii au fost o serie de factori care au determinat-o, factori de natură economică, politică şi tehnologică. Investiţiile realizate în acest scop, dezvoltarea infrastructurii specifice au plasat acum Uniunea Europeană într-o situaţie delicată, ea fiind extrem de dependentă de importul de gaze naturale din Rusia.

4. Investitiile in surse alternative de energie (conform scenariu OECD)

Segmentului productiei de energie ii este alocat 62% din totalul investitiilor in energie in tarile

menbre OECD. Politicile alternative incluse in proiectul amintit, include promovarea

combustibililor cu continut redus de carbon ori combustibilii non-carbon dar si imbunatatirea

randamentelor.

In Fig.3 sunt prevazute investitiile din segmentul energetic, in tarile OECD, conform celor doua

scenarii, cel de referinta si cel alternativ, respectiv scenariul care include reducerile

semnificative de noxe. Producerea de energie va fi afectata din doua directii:

-cererea de energie electrica se va diminua din cauza politicilor de imbunatatire a randamentelor

-oferta de combustibili (fuel mix) va fi diferita de cea din prezent

Totalul investitiilor conform politicilor scenariului alternativ sunt de 2700 miliarde $, cu aproape

20% mai reduse decit cele prevazute in scenariul de referinta. Aceste diferenta sunt mult mai

pronuntate pe ultima decada a perioadei analizate. Ca rezultat

va produce un prêt mai ridicat al energiei electrice.

Fig.3. Investitiile in energie (in tarile OECD) conform celor doua scanarii

Page 4: Raspunsuri Convertoare

Implementarea noilor politici energetice promoveaza sursele neconventionale, regenerative care

vor avea un deosebit impact asupra investitiilor necesare in aceste noi surse de electricitate.

Conform Fig.4 ele vor absorbi 25% din totalul investitiilor fata de 17% in varianta scenariului de

referinta.

Cele mai importante investitii sunt in domeniul bio-gaz, energie solara si energia vintului.

Aceste investitii vor deveni cu atit mai atractive cu cit ele se vor apropia mai mult de costurile actuale, in centralele conventionale.

5. Pentru reducerea emisiilor de CO2 au fost elaborate mai multe programe, strategii care implica

un intreg set de politici in domeniul energetic. Cel mai cunoscut proiect mondial este Protocolul

de la Kyoto. In acest sens OECD a elaborate un scenariu elternativ care analizeaza impactul

asupra pietii de energie, a consumului de combustibili si de energie in cazul implementarii

masurilor si politicilor de reducere a emisiilor de CO2 .Acest scenariu include politici mai

agresive de reducere a emisiilor de CO2 dar si a dependentei de importul de energie a acestor

tari. Politicile privesc toate domeniile consumatorilor (rezidentiali, servicii, industrie,

transporturi, generarea de putere) Conform acestui scenariu cererea totala de energie primara in

tarile Uniunii Europene se reduce cu 9.2% pina in 2030, adica cu 167 Mtoe. Gazele naturale vor

contribui semnificativ prin ponderea de 87% in generarea de energie.

Page 5: Raspunsuri Convertoare

6. Energia solară, Energia hidroelectrică, Energia mareelor, Energia geotermală, Energia eoliană.

7. Primele fenomene care ţin de domeniul electric, observate şi utilizate de către umanitate au fost cele magnetice şi electrostatice. Civilizaţia chineză a folosit acul magnetic ca instrument de orientare spaţială încă de acum 2200 de ani. Antichitatea greacă, Thales din Milet, a observat fenomenele de electrizare, de încărcare electrostatică, a bucăţilor de chihlimbar, dar şi interacţiunea acestora cu alte corpuri, fire de lână, păr de animale ori uman, alte materiale textile. Tot grecii, Pliniu, Platon, cunoşteau anumite proprietăţi ale materialelor magnetice (magnetita) şi interacţinea acestora cu fierul. Deşi toate aceste fenomene au fascinat cele mai ilustre minţi ale umanităţii din acele secole, a fost necesar un lung interval de acumulări ştiinţifice până când umanitatea a reuşit să elaboreze primele teorii si modele fizice.Termenul de electricitate a fost introdus în ştiinţa moderna de medicul englez William Gilbert, în anul 1600, când a publicat lucrarea De Magnete, unde a reluat experimentele grecilor legate de magnetism dar şi de electrizarea corpurilor. Ca un omagiu adus vechilor greci, el a folosit termenul de electron , care reprezenta expresia grecească pentru chihlimbar.

8. Thomas Edison a fost un mare inventator. Unii îl consideră cel mai prolific deoarece numai in Statele Unite el a înregistrat 1093 de brevete, fără a considera brevetele depuse în Anglia, Germania, Franţa ori Dar în acelaşi timp el a reuşit să cointereseze lumea financiară şi să găsească finanţări pentru ideile sale, fiind extrem de atent de succesul economic al ideilor sale. Laboratoarele sale având facilităţi pentru angajaţi au fost modelul pentru viitoarele mari structuri de tip cercetare-dezvoltare (R&D research and development). În momentul de vârf din perioada primului război modial, laboratoarele sale West Orange aveau 10000 de angajaţi. Dacă ne referim la domeniul iluminatului electric, trebuie să observăm efortul pe care l-a depus pentru îmbunătăţirea soluţiilor existente, pentru a le aduce la costuri atractive dar şi abilitatea de a atrage cei mai importanţi finanţatori din lumea bancară din New York. Asfel, în anul 1878 el formează o firmă “Edison Electric Light Company” împreună cu cei mai mari bancheri ai momentului J.P. Morgan şi Vanderbilt. Iar la demostraţia publică a iluminatului electric, din 31 decembrie 1879, de la laboratoarele iniţiale din Menlo Park, Edison a spus: “vom face electricitatea atât de ieftină încât doar oamenii bogaţi vor mai folosi lumânări”. Se regăseşte aici conceptul care va domina cercetarea ştiinţifică şi producţia industială a sec. 20, realizarea de produse industriale la preţuri accesibile care să permită producţia de masă. Dar iluminatul electric mai punea o problemă tehnică. Din momentul în care clienţii îşi puteau permite costul lămpilor cu incandescenţă, era nevoie de a reuşi producerea şi distribuţia energiei electrice cu costuri rezonabile. Pe aceste teme, soluţiile lui Edison au intrat în contradicţie cu cele propuse de un alt genial inventator, Nikola Tesla. A fost un amestec de orgolii şi interese financiare care au făcut ca cei doi cercetători să se despartă şi, mai mult, ca în polemica declanşată să fie folosite elemente de manipulare a opiniei publice.Pentru iluminatul electric a fost nevoie să se dezvolte un sistem de producţie şi distribuţie a energiei electrice. Edison a mizat pe curentul continuu.

Page 6: Raspunsuri Convertoare

9. Spre deosebire de Edison care a concentrat cercetarea şi investiţiile pe producerea şi distrubuţia energiei electrice sub forma c.c., Nikola Tesla a avut o altă ideie. La început Tesla a lucrat în laboratoarele lui Edison fiind unul din principalii cercetători ai echipei. Se spune că relaţiile dintre ei s-au stricat în urma unor probleme financiare. O astfel de poveste afirmă că la lansarea primei reţele electrice la bordul unui vas maritim, au existat probleme tehnice la generator. Fiind o miză foarte mare, Edison ar fi oferit o recompensă uriaşă la acea vreme, de 50000$, dacă defecţiunea putea fi remediată în timp util, respective până la plecarea vasului în cursă. Printr-un efort extrem, Tesla reuşeste să remedieze problema dar Edison refuză să platească premiul propus, afirmând că a fost o glumă. Dincolo de aceste anectode, trebuie amintit că soluţia de iluminat în c.c., avea o mare problemă, aşa cum am arătat în aplicaţia anterioară, respectiv se limita dimensiunea reţelei la aproximativ 1 milă.Geniul tehnic al lui Tesla l-a determinat să caute o altă variantă, respectiv să aleagă varianta curentului alternativ. Anumite aspecte teoretice şi practice erau deja cunoscute. Michael Faraday, prin cercetările sale asupra inducţiei magnetice, reuşise nu numai să obţină relaţiile matematice care legau câmpul magnetic de cel electric, dar obţinuse şi primele variante de generatoare de curent alternativ (c.a.). În plus, încă din studenţie avusese preocupari privind aplicaţiile ca, intuind că pe această cale se pot obţine rezultate mai eficiente în dezvoltarea aplicaţiilor energiei electrice. După doi ani de colaborare cu Edison, în 1886, Tesla îşi lansează propria companie şi începe colaborarea cu George Westinghouse. Acesta din urmă observase progresele realizate în Anglia pe partea de generare şi utilizare a energiei electrice sub forma alternativă, uzual cunoscută drept curent alternativ (c.a.). Geniul tehnic al lui Tesla şi al inginerului american William Stanley intuise soluţia pentru extinderea reţelelor electrice şi a puterii electrice transmise, cu pierderi rezonabile. Cheia soluţie era în capacitatea de a mari tensiunea pe reţelele electrice. Iar elementul cheie pentru a putea creşte valoarea tensiunii furnizate de generatorul de c.a., era transformatorul electric. Principial, transformatorul electric fusese folosit de către Faraday în experienţele sale prinvind inducţia electromagnetică.

10. . Avantajele energiei electrice

Este evident că succesul energiei electrice se bazează pe mai multe avantaje comparative în raport cu alte forme de energie cunoascute. Avantajele trebuiesc analizate pe toate etapele, respectiv generarea, transportul şi utilizarea energiei electrice. Generarea energiei electrice se poate face pornind de la toate celelalte forme de energie cunoscute, atât în variante de tip industrial, cât şi în variante de tip local, surse de mică putere (dintre care cele mai vechi şi răspindite sunt bateriile electrice).-energie mecanică: orice generator electric este un dispozitiv care converteşte energia mecanică în energie electrică. În acest caz este de obicei vorba de valori mari energetice, deoarece cele două forme de energie mecanică folosite sunt fie energia potenţiala a căderilor de apă, fie energia cinetică a aburului. Cele doua mari familii de generatoare care realizează conversiile energetice, aşa cum a fost fixate principial la finalul sec. 19 sunt numite hidrogeneratoare şi termogeneratoare. Dar există şi dispozitive care generează valori mici de energie electrică pornind de la energie mecanică. În primul rând e vorba de dispozitivele piezoelectrice dar putem considera aici şi dispozitive de pin elctrodinamic, de mici dimensiuni, prin care vibraţiile, energia mecanică, este trensformată în energie electrică. Este înteresant de observat cum au

Page 7: Raspunsuri Convertoare

evoluat aceste dispozitive. Deşi fenomenele fizice erau cunoascute de multă vreme, la început aplicaţiile practice au fost în zona traductorilor. Astfel, tensiunile electrice generate erau fie folosite la măsurarea forţelor, a presiunilor ori la generare de scântei electrice, astăzi se pune problema ca intr-o serie de aplicaţii (medicale, spaţiale, militare ori din industria automobilului), dispozitivele piezo să poată furniza tot necesarul de energie ori o parte din el.-energie termică: se consideră sursa primară a energiei. Astfel atât în centralele termice clasice, unde se arde cărbune, păcură sau gaze naturale, cât şi în centralele nucleare, conbustibilul folosit generează primar energie termică. Dar şi în acest caz, era cunoscut fenomenul de generare directă a energiei elctrice din energie termică, sub denumirea de efectul Seebek-Peltier sau efectul termoelectric (efectul Seebek care converteşte diferenţa de temeratură în diferenţă de potenţial se stia din 1821, iar efectul Peltier ce realizează conversia inversă, a fost observat în 1834). Ca şi în la materialele piezoelectrice, primele aplicaţii au fost la nivelul traductoarelor de temperatură. Abia în ultimii ani se revine asupra sa, dar cu obiectivul declarat de a obţine surse suplimentare de energie. Se pare ca mai ales acolo unde există energie termică sub forma de deşeu tehnologic (de exemplu pe tot traseul de eliminare a gazelor arse din motoarele cu ardere internă) există sanse de a obţine rezultate semnificative economic.-energie solară: efectul fotovoltaic a fost descoperit de fizicianul francez Antoine Cesar Becquerel în anul 1839. El a folosit doi electrozi de metal dar nu a reuşit să explice fenomenul. În 1877 Charles Fritts construieşte prima celulă solară care respectă fundamentele de azi, folosind două materiale semiconductoare, selenium şi ultratin. Echipamentul său a reuşit o conversie de aproximativ 1% a energiei solare în energie electrică. Metoda a fost îmbunătăţită de Einstein în 1905 şi de Schottkz în 1930, dar şi aici a fost vorba de cercetări mai mult teoretice. Rezultate mai bune se obţin în Statele Unite între 1940-1955, ajungându-se la conversii spre 6%. Ca şi în cazul altor descoperiri, mult timp limitele tehnologice nu au permis dezvoltarea aplicaţiilor practice. Interesul pentru elementele fotovoltaice a crescut odată cu dezvoltarea tehnicii spaţiale. Randamente de peste 20% s-au obţinut după anii 80, prin utilizarea unor materiale semiconductoare performante iar prin folosirea concentratorilor optici randamentele au urcat la 37%. Astăzi sunt realizate atât soluţii de putere mică, pentru reşedinţe, dar şi centrale. Cele mai puternice centrale solare construite au putere instalată de 12 MW. În prezent se află în contrucţie, urmând să fie gata în 2009, centrale de 20-60 MW iar cea mai mare, plasată în Australia, va avea 154 MW. -energie chimică: cele mai răspândite forme ale conversiei energiei chimice în energie electrică sunt bateriile. Deşi ele sunt cunoscute din antichitate, unii consideră că pile electrice sunt descrise în Vechiul Testament, astăzi bateriile reprezintă o mare problemă, deoarece este singura modalitate de a acumula energia electrică. Din păcate preţul acestora cât şi dimensiunile lor constituie încă principalele probleme. Efortul de cercetare în domeniul bateriilor electrice a fost impulsiuonat de impunerea automobilului electric şi a celui hibrid. Chiar şi în preţul total al vehiculelor hibride, bateriile electrice dar şi durata lor de funcţionare sunt elemente de limitare a atractivităţii.

Transportul energiei electrice este şi el un alt element care a favorizat impunerea acestei forme de energie. Reţelele electrice structurate pe trei categorii, înaltă tensiune (linii de transport, 200kV-1MV), medie tensiune (linii de distribuţie,15kV-25kV) şi joasă tensiune (110V-240V) reuşesc să asigure atât transferul unor mari cantităţi de energie cât şi alimentarea consumatorilor casnici. De asemenea, pornind de la nivelul tensiunii uzuale, la noi de 22V, pot fi construite sisteme de alimentare în c.c. ori c.a. care să furnizeze energie electrică dispozitivelor ce se alimentează la valori mai mici de tensiune Pentru a fi mai clare avantajele distribuţiei

Page 8: Raspunsuri Convertoare

energiei electrice, să încercăm să na amintim cum erau proiectate primele fabrici moderne bazate pe forţa aburului, unde se realiza distribuţia energiei mecanice produse prin maşina principală de lucru. Această distribuţie se făcea printr-un complicat sistem de transmisii mecanice cu curele ori cu lanţuri, sistem foarte periculos pentru lucrători şi extrem de zgomotos.Utilizările energiei electrice cuprind practic toate aspectele activităţii umane. O prima clasificare ar putea fi în funcţie de sectorul economic: industrie, agricultură, servicii, transport. Dar nu trebuie să uităm că prima utilizare a energiei electrice, aşa cum a fost gândită de Edison a fost pentru locuinţe. Marea varietate a aplicaţiilor provine din faptul că, la rândul ei, energia electrică poate fi uşor transformată în alte forme de energie: energie mecanică, termică, luminoasă, chimică, oferind astfel o extrem de largă paletă de utilizări. Prin transformare în energie mecanică, transformare ce se face în motoarele electrice, apar cele mai cunoascute aplicaţii: acţionarea echipamentelor industriale, a maşinilor unelte, transportul de mărfuri şi persoane realizat fie prin vehicule uzuale (trenuri, tramvaie, autoturisme) fir prin sisteme specifice (benzi transportoare, lifturi, sisteme cu motoare liniare), transportul prin conducte al fluidelor ori ventilarea spaţiilor industriale sau rezidenţiale. O clasă specială este cea a aplicaţiilor electrocasnice, care se bazează şi ele pe acest tip de conversie energetică (aspiratoare, roboţi de bucătărie, maşini de spălat, chiar frigiderul este o pompă de căldură acţionată electric). Efectul termic al curentului electric este şi el folosit atât în aplicaţii industriale (cuptoare electrice din industria metalurgică, cuptoare de inducţie, cuptoare din industria alimentară, procese din industria chimică, agricultură) cât şi în zona rezidenţială (echipamente de climatizare, instalaţii de gătit, echipamente de încălzire a apei). O altă zonă importantă de aplicaţii este iluminatul: public, ambiental, artistic (pentru monumente, clădiri), magazine, birouri, pentru mediul industrial, pentru săli de sport ori spectacole, pentru stadioane şi evident, iluminatul rezidenţial. Nu trebuie uitat faptul că tot energia electrică a fost cea care a permis dezvoltarea telecomunicaţiilor, pornind de la primele aplicaţii, telegraful electric şi ajungând relativ rapid la telefonie, radio, înregistrări fonice, cinematograf, televiziune, echipamente electronice audio-video, telefonie mobilă şi internet. Iar dacă am amintit de internet, trebuie amintit că dezvoltarea electronicii şi microelectronicii au condus la revoluţia informatică produsă în ultimele trei decenii. Toate acestea au permis să asistăm şi la revoluţionarea sistemelor de producţie, de manufacturare, prin automatizarea completă ori extinsă, la revoluţionarea tehnicilor medicale şi a sistemelor de diagnoză şi imagistică, au schimbat fundamental, prin oferirea de noi tehnologii şi echipamente, orice domeniu al activitaţii umane, de la cele profesionale până la opţiunile de petrecere a timpului liber, de la biologie la astronomie, de la conceperea locuinţelor la tehnica militară.

11. . Termocentrale pe combustibili fosili

Indiferent de natura combustibilului folosit, acest tip de centrale electrice se bazează pe conversia energiei termice în energie mecanică şi apoi, pe transformarea energiei mecanice în energie electrică. Încă din secolul 19, cercetările lui Faraday au arătat că cea mai simplu de realizat tehnologic conversie este cea din energie mecanică în energie elctrică, prin întermediul maşinilor electrice folosite în regim de generator. Dacă randametul conversiei energiei mecanice în energie electrică este foarte bun, peste 90% iar la puteri mari peste 95-98%, marea problemă a centralelor electrice termice este randamentul scăzut al concersiei iniţiale, respectiv energie termică-energie mecanică. Conform legii a doua a termodinamicii, randamentul ideal al oricărei maşini termice (motor cu ardere internă, turbină, motor cu abur, etc), este dat de relaţie:

Page 9: Raspunsuri Convertoare

ηideal=

T 1−T 2

T1 (7)

unde T 1 şi T 2 sunt temperaturile absolute, exprimate în grade Kelvin, ale punctul cald, respectiv rece, al maşinii termice

În cazul turbinelor, sursa caldă, punctul cald, este dat de temperatura aburului furnizat de cazan iar punctul rece este valoarea temperaturii aburului la ieşirea din turbină. Este evident că

valoarea randamentului ideal este cu atât mai mare cu cât T 1 este mare iat T 2 este mai mic. La

centralele termice actuale, temperatura sursei calde, T 1 are 500-600C0 iar T 2 este 30-70C0

.Considerând acum cazul turbinei ideale, din cantitatea totală de căldură produsă prin arderea

combustibilului Q1 , o parte este transformată în energie mecanică W . Diferenţa dintre Q1 si W

este căldura degajată Q2 .W =Q1−Q2 (8)

Randamentul ideal al turbinei, al conversiei de energie termic-mecanic este:

ηideal=WQ1

=Q1−Q2

Q1 (9)Conform datelor prezentate se obţin pentru randamentul ideal al turbinei valori de aproximativ 60%. Dar trebuie considerat că acestea sunt valori ideale. În realitate, randamentul termic al acestor centrale este de 30-40%. Din analiza valorilor de randament expuse este clar că indiferent de randamentele ridicate ale generatoarelor electrice, prezenţa maşinilor termice, a turbinelor, este cea care reduce semnificativ randamentul conversiei energetice. Sunt posibile câteva măsuri de îmbunătaţire a randamentelor termice:

-dacă se menţine aceeaşi temperatură a aburului la intrare, este de dorit să se marească presiunea de lucru a acestuia, dar această soluţie presupune materiale mai bune pe partea termică, a conductelor de abur, dar produce şi o uzură mai puternică a paletele turbinei.

-creşterea supratemperaturii. Metoda este limitată de condiţiile de material (comportarea materialelor la temperaturi înalte nu permite depăşirea unor limite specifice). Din motive de securitate dar şi din considerente economice, se supraîncălzesc aburii înainte de a pătrunde în turbină. Metoda presupune separarea circuitului principal de încălzire, a boilerului, de circuitul de supraîncălzire, tocmai pentru a nu folosi materiale speciale, mai scumpe, pentru întregul circuit termic. Ceea ce se obţine prin metoda supraâncălzirii este solicitarea redusă pentru paletele turbinei, prelungind durata de viaţă a acestora.

-recuperarea energiei termice prin înstalaţii de preâncălzire a apei. Cum orice maşină termică produce o mare cantitate de căldură reziduală este firesc ca aceasta să fie folosită pentru un circuit de preâncălzire a apei. În acest fel apa ajunge în boler, în cazan, nu la temperatura

naturală a sursei de apă, de 8-16C0, ci la o temperatură mult mai mare. Evident că în acest fel,

cantitatea de combustibil necesară pentru a aduce apa în stare de abur la o anumită temperatură şi presiune o să fie mai mică. Dacă se produce pe această cale îmbunătăţirea randamentului, metoda reduce randamentul Canot ideal, deorece măreşte valorea temperaturii punctului rece.

-condesare la joasă presiune, subatmosferică. Metoda reduce şi temperatura de condesare

a aburului, micşorând astfel valorea lui T 2 .În plus, vapori la joasă presiune implică creşterea vitevei acestora, cu rezultat în mărirea energiei mecanice produse.

Page 10: Raspunsuri Convertoare

-utilizarea energiei termice reziduale pentru alte activităţi economice: furnizarea ei în sisteme de încălzire a locuinţelor şi instituţiilor, asigurarea căldurii pentru complexe de sere. Problema care apare în acest caz este necesitatea amplasării consumatorilor în relativa apropiere a centralei. În caz contrar, costurile de transport, pierderile pe traseu şi mai ales costul infrastructurii pot determina ineficienţa economică a soluţiei.

Un alt element important în cazul centralelor pe combustibili fosili sunt mărimile tehnice care măsoară căldura specifică a combustibililor (Thermal Energy Constant) adică BTU (Britsh Thermal Unit).

1 BTU = 252 cal = 1,0544 kJStructura unei centrale electrice termice pe bază de cărbune este prezentată în Fig.38, unde s-au notat principalele elemente prin:

1-depozitele de cărbune2-rezervor de apă pentru răcire (lac de acumulare, râu)3-sistem conveior de alimentare cu cărbune4-boilerul centralei6-circuitul de răcire cu apă7-turnul de răcire8-circuitul de abur9-turbina10-generatorul electric11-staţie de transformare

Funcţionarea termocentralelor pe cărbune presupune consumul a mari cantităţi de combustibil, care este trasportat pe calea ferată. Din acest motiv, pentru a reduce costurile de exploatare, centralele sunt amplasate de obicei în apropierea zacămintelor de cărbune. Din depozitele centralei, cărbunele este transportat cu sisteme conveior în cuptorul boilerului. Există mai multe tipuri de cuptoare:

-cuptoare cu vatră (stocker coal furnance): au capacitate limitată şi pentru aceasta nu sunt prea folosite în procese industriale. Oxigenul suplimentar se introduce deasupra vetrei.

-cuptoare de tip cyclon: folosesc mai multe camere independente de combustie (până la 16). Temperatura de operare în camera de combustie principală este de 3200°F . Ele au fost foarte folosite în anii 50-60 dar au avut dificultăţi în arderea cărbunilor cu conţinut scăzut de sulf.iar temperaurile înalte obţinute au mărit conşinutul de NO2.

-pulverizarea cărbunelui (diametrul pulberii < 0.3 mm) şi arderea sa ca un gaz a permis arderea tuturor tipurilor de cărbune de la antracit la lignit. Dezavantajul metodei provine din faptul ca pulverizarea cărbunelui implică echipamente suplimentare, mai scumpe, consumuri energetice suplimentare şi crează probleme suplimentare privind mediul. Apa din boilerul centralei este transformată în aburi şi atacă turbina generatorului la viteze de peste 1600km/h. Din acest motiv, al vitezelor mari de lucru, generatoarele se numesc turbogeneratoare, având turaţii ridicate de lucru (3000-4000rpm).

12.- dacă se menţine aceeaşi temperatură a aburului la intrare, este de dorit să se marească presiunea de lucru a acestuia, dar această soluţie presupune materiale mai bune pe partea termică, a conductelor de abur, dar produce şi o uzură mai puternică a paletele turbinei.( avantaj si dezavantaj )

Page 11: Raspunsuri Convertoare

-pulverizarea cărbunelui (diametrul pulberii < 0.3 mm) şi arderea sa ca un gaz a permis arderea tuturor tipurilor de cărbune de la antracit la lignit. Dezavantajul metodei provine din faptul ca pulverizarea cărbunelui implică echipamente suplimentare, mai scumpe, consumuri energetice suplimentare şi crează probleme suplimentare privind mediul.

-creşterea supratemperaturii. Metoda este limitată de condiţiile de material (comportarea materialelor la temperaturi înalte nu permite depăşirea unor limite specifice). Din motive de securitate dar şi din considerente economice, se supraîncălzesc aburii înainte de a pătrunde în turbină. Metoda presupune separarea circuitului principal de încălzire, a boilerului, de circuitul de supraîncălzire, tocmai pentru a nu folosi materiale speciale, mai scumpe, pentru întregul circuit termic. Ceea ce se obţine prin metoda supraâncălzirii este solicitarea redusă pentru paletele turbinei, prelungind durata de viaţă a acestora( AVANTAJ )

-recuperarea energiei termice prin înstalaţii de preâncălzire a apei. Cum orice maşină termică produce o mare cantitate de căldură reziduală este firesc ca aceasta să fie folosită pentru un circuit de preâncălzire a apei. În acest fel apa ajunge în boiler, în cazan, nu la temperatura

naturală a sursei de apă, de 8-16C0, ci la o temperatură mult mai mare. Evident că în acest fel,

cantitatea de combustibil necesară pentru a aduce apa în stare de abur la o anumită temperatură şi presiune o să fie mai mică(AVANTAJ). Dacă se produce pe această cale îmbunătăţirea randamentului, metoda reduce randamentul Canot ideal, deorece măreşte valorea temperaturii punctului rece.

Problema care apare în acest caz este necesitatea amplasării consumatorilor în relativa apropiere a centralei. În caz contrar, costurile de transport, pierderile pe traseu şi mai ales costul infrastructurii pot determina ineficienţa economică a soluţiei.( DEZAVANTAJ ) -pulverizarea cărbunelui (diametrul pulberii < 0.3 mm) şi arderea sa ca un gaz a permis arderea tuturor tipurilor de cărbune de la antracit la lignit. Dezavantajul metodei provine din faptul ca pulverizarea cărbunelui implică echipamente suplimentare, mai scumpe, consumuri energetice suplimentare şi crează probleme suplimentare privind mediulCentralele electrice, indiferent de conversiile energetice realizate, implică şi problematica economică iar mai nou, pe cea de mediu. Primul aspect economic care trebuie considerat este legat de consumul, cererea zilnică de energie. Perioada din zi cu cea mai mare cerere se numeşte vârful de sarcină. El acoperă cam 15% din intervalul de timp considerat. În rest, cererea de energie se numeşte cerere de bază. Ea este valoarea sub care cerea de energie nu scade niciodată. Analizând consumul de energie electrică, trebuie văzut dacă investiţia energetică propusă reuşeşte să ofere energie în orele de vârf sau în alte intervale orare, dacă poate oferi energie electrică în mod continuu sau numai în anumite perioade de timp.

-costul combustibilului: marea problemă din ultimii ani este evoluţia praţurilor combustibililor fosili, în primul rând a petrolului, care determină apoi creşteri în lanţ( DEZAVANTAJ ) -Centralele nucleare şi marile centrale pe cărbune au costuri mari de capital, costuri iniţiale, dar au costuri de combustibil şi de personal reduse.( DEZAVANTAJ )

Problemele de mediu ale centralelor pe combustibili fosili pot fi grupate în trei categorii:-emisia de substanţe chimice rezultate în urma arderii-emisiile de noxe, pulberi, cenuşă

Page 12: Raspunsuri Convertoare

-contaminarea cu deşeuri chimice conexe procesului de ardere:

13. Sî urmărim acum elementele cele mai importante ale pricipalelor tipuri de centrale hidroelectrice. Fig.55 conţine schema unei centrale cu lac de acumulare unde au fost evidenţiate elementele esenţiale care asigură funcţionare şi conversia energetică specifică.

Elementele cele mai importante ale unui astfel de sistem sunt:

1-barajul de acumulare. Este o construcţie specială care permite acumularea de apă obţinută din debitul râului pe care s-a construit barajul, din captarea afluenţilor săi, din precipitaţii ori din topirea zăpezilor. Dimensiunile acestor construcţii sunt imense, fiind utilizate volume de materiale de miliane de metri cubi. Pot fi realizate din beton sau din pământ

2-lacul de acumulare, cu suprafete de sute de km2, adâncimi de pâna la 100-200m, este un rezervor de energie mecanică prin energia potenţială a apei acumulate

3-conducta de forţare: este un tunel ce conduce apa din baraj direct în turbina de antrenare a generatorului. Prin diferenţa de nivel pe care o realizează ea asigură ca energia potenţială a apei să se transforme în energie cinetică şi să se transmită la turbină

5-este un dispozitiv complex, unde se pun mari probleme de dinamica fluidelor şi rezistenţa materialelor, prin care energia apei este transmisă generatorului electric

6-generatorul electric, unde se produce conversia energie mecanică-energie electrică. Ele sunt maşini sincrone de mare putere, care funcţionează, spre deosebire de generatoarele de la centralele termice (turbogeneratoare), la turaţii reduse.

7-staţia de tansformare unde tensiunea furnizată de generatoarele centralei este ridicată la nivelul cerut de reţeauna de transport (220-400-700-1000kV).

?14. Fig.57 prezintă structura hidrocentralei cu sistem de umplere prin pompare. Această soluţie a fost folosită înca din anii 30-40 şi porneşte de la următoarea analiză economică. În general, hidrocentralele cu lac de acumulare sunt folosite ca sisteme de rezervă, ele fiind pornite pe durata orelor de vârf de sarcină, când cererea de energie electrică este maximă. Regimul de vârf de sarcină este cam 15% din durata unei zile. Ca orice marfă şi preţul energiei electrice este diferit pe durata unei zile, el fiind maxim evident în perioadele de cerere masivă. Această realitate economică a condus la proiectarea hidrocentralelor cu reumplere. Ideia a fost ca în perioadele cu cerere mică de electricitate, când şi preţul este redus, centrala să devină un client, un consumator de energie electrică. Se pornesc sistemele de pompare prin care cantităţi mari de apă sunt aduse în lacul de acumulare. Apoi, în orele de vârf, centrala porneşte funcţionarea, vânzând energia electrică la preţul corespunzător.

Este util de analizat piaţa de energie electrică din România, pornind de la sistemul de centrale cu reumplere. Dacă în economia de tip comunist statul era cel care fixa regimul preţurilor, înafara

Page 13: Raspunsuri Convertoare

cererii şi ofertei, acum sistemul hidroenergetic, cel care furnizaează cea mai ieftină energie electrică, a devenit captiv grupurilor de interese economice cu protecţie politică. Din acest motiv, la noi în ţară nu exsită astfel de centrale, pentru că piaţa de energie electrică este o piaţă fals liberalizată. Producătorii de energie electrică nu îşi pot proiecta politici în interesul lor iar de constrângerile administratice nu profită decât un număr infim de persoane implicate în comerţul cu energie electrică.

15. . Centralele nucleare

Reprezintă o clasă specială de termocentrale, unde energie termică se obţine în urma reacţiilor de fisiune nucleară controlată. Reacţia de fisiune poate fi naturală, aşa cum a fost descoperită în mai multe zăcăminte de uraniu din Gabon, controlată (în principal în instalaţii numite reactoare nucleare) sau în lanţ, necontrolată, aşa cum se petrece în bombele atomice. Reacţia de fisiune a uraniului, prezentă în reactoarele lente (termice), se desfăşoară în doua etape:

-în prima etapă, atomul U-235 sub acţiunea neutronului se transformă într-un izotop instabil U-236-în a doua etapă atomul U-236 se descompune în doua elemente, un atom de Kr-92, unul de Ba-141 şi trei neutroni

Cele două etape ale reacţiei de fisiune descrisă este prezentată în Fig.42. Primul reactor care a reuşit să controleze reacţia nucleară descrisă a fost realizat la Chicago, în 2 decembrie 1942, de către Enrico Fermi şi Leo Szilard. Echipa de cercetare care a realizat proiectului este în Fig.41. Efortul de cercetare nu era îndreptat pentru producerea de energie pe cale nucleară. Fiind în perioada celui de-al doilea război mondial, cercetătorii americani erau implicaţi în proiectul bombei atomice americane (Manhatan Project) iar reactorul trebuia să furnizeze material radioactiv pentru arma nucleară. Abia la 20 decembrie 1951 a fost pus în funcţine în Statele Unite primul reactor care a fost folosit pentru producerea energiei elctrice. Înainte de aceasta, reactoarele au fost folosite de marina sovietică şi americană pentru propulsarea navelor şi submarinelur, având avantajul că nu necesitau alimentări aşa de dese cu combustibil.

16. -Înainte de aceasta, reactoarele au fost folosite de marina sovietică şi americană pentru propulsarea navelor şi submarinelur, având avantajul că nu necesitau alimentări aşa de dese cu combustibil. -Este important de subliniat faptul că centralele nucleare au cea mai mare putere elctrică raportată la unitatea de suprafaţă a întregului ansamblu. Dar acest avantaj economic este conttracarat de necesarul de apă de răcire şi mai ales de măsurile de siguranţă impuse. -Spre deosebire de oricare altă centrală electrică, centralele nucleare pot provoca,în caz de accident ,contaminarea radioactivă a mari suprafeţe geografice pe lungi perioade de timp. acesta a fost motivul care a determinat ca în mai multe state să se siteze programele energetice nucleare(DEZAVANTAJ). - Marele avantaj al folosirii apei grele ca moderator este faptul că ea se poate refolosi integral, fără a exista o formă de uzură, de consum, în condiţii normale de funcţionare. De asemenea reactoarele CANDU sunt mai eficiente, ele folosesc cu 15% mai puţin combustibil faţă de alte tipuri. - Un alt avantaj este prezentat în Fig.47.

Page 14: Raspunsuri Convertoare

Aşa cum se vede din Fig.47. reactoarele CANDU pot fi încatcate on-line, în timpul funcţionării. Maşina automată care realizează încărcarea barelor este un sistem precis de poziţionare în raport cu structura reactorului.-O problemă importantă a centralelor nucleare, bine folosită în campaniile celor ce se opun folosirii energiei nucleare, este depozitarea deşeurilor. Deoarece deşeurile provenite de la reactorii lenţi sunt substanţe radioactive, cu timpi de înjumătăţire mari, trebuiesc luate măsuri speciale pentru a împiedica răspândirea lor.( DEZAVANTAJ )

O proprietate deosebită a acestor reactoare este că ele pot produce mai mult combustibil decât consumă, prin convertirea izotopilor de uraniu U-238 în izotopi de plutoniu Pu-239, care reprezintă şi ei combustibil pentru acest tip de reactor.(AVANTAJ) Deşi a fost folosit din anii 50 pentru propulsia submarinelor atomice ruseşti, la nivel energetic este puţin utilizat. Doar Franţa, prin politica sa energetică bazată pe centrale nucleare a reuşit să-l folosească alături de reactoarele termice.reactoare rapide, care folosesc neutronii rapizi, de înaltă energie, fără prezenţa materialelor de moderare.

17. sunt prezentate trei elemente principale ale unui sistem de depozitare a deşeurilor nucleare:1-planul general al locaţiei de depozitare2-construcţia unui recipient pentru deşeuri nucleare3-etapele de depozitare a canistrelor cu deşeuri nucleare

Elementele numerotate în figura sunt:-pentru planul general al locaţei de depozitare:

1-centrul de prelucrare a deşeurilor nucleare2-lift pentru transportul deşeurilor nucleare3-intrare4-lift de siguranţă5-tunel de acces6-sistem de tuneluri pentru stocarea deşeurilor nucleare

-pentru canistra de stocare:1-înveliş de cupru2-spaţiu vidat şi umplu cu gaze inerte3-deşeu nuclear4-strat de oţel

-pentru etapele procesului de stocare:1-canistre stocate orizontal/vertical2-puţ forat în tunelel de depozitare şi căptuşit cu argilî3-transferul canistrelor din sistemul de transport4-îngroparea canistrelor în puţurile verticale şi acoperirea lor cu argilă

Problema deseurilor se mai regaseste la termocentrale.

18.Problema eliberarii de CO2?

Page 15: Raspunsuri Convertoare

19. SISYTEMUL ENERGETIC DIN ROMANIA

In plan national, situatia sistemul energetic este:

-puterea instalata in termocentralele pe carbune si hidrocarburi este de 20000MW

-puterea instalata in hidrocentrale este de aproximativ 6000MW

-puterea primului cgrup al centralei nucleare de la Cernavoda este de 700MW (care

asigura cam 10% din consumul national)

Consumul de putere electrica este de 6000-7000MW, cre reprezinta 25% din puterea instalata.

Trebuie considerat si gradul de uzura al unor unitati energetice cit si politica generala care

prevede o putere instalata mai mare, capabila sa asigure si lucrarile de reparatii-intretinere-

retehnologizari ori posibile defectiuni-accidente.

Situatia acuala prvine atit din reducerea consumului de energie electrica de dupa 1990, atit prin

reducerea masiva a activitatii industriale cit si prin redimensionarea economiei romanesti,

profund distorsionata de sistemul comunist.

Prognozele nationale privind consumul de energie electrica la nivelul anului 2020 este evaluat la

73-110 TWh care impune noi puteri instalate de circa 10-16GW din care pe gaz si nuclear 6-12

GW cu o evaluare de 4.4 GW pe nuclear.

Sincer sa fiu, aceste prognoze, pe care le-am gasit intr-o serie de lucrari elaborate de CONEL,

imi par greu motivate in lipsa unor strategii clare de dezvoltare economica. Dar, pina acum,

reprezinta singurele date care pot constitui pornirea analizei privind investitiile energetice in

Romania.

Conform datelor, investitiile necesare pentru realizarea noilor capacitati energetice sunt:

-cele mai mari investitii sunt necesare pentru hidrocentrale si centrale nucleare, dar

costurile de exploatare sunt semnificativ mai reduse.

-costurile initiale la centralele pe hidrocarburi sunt mai mici dar costul exploatarii este

ridicat (pretul combustibililor)

-costurile pentru centralele neconventionale sunt si ele mai ridicate dare le sunt suportate

de cele mai multe ori din surse private, comunitati ori utilizatori individuali.

Din punctual meu de vedere, pentru Romania se impune un mix de solutii, care sa dezvolte atit

investitia de la Cernavoda si implicit combinatul de apa grea cit si sursele alternative de energie.

Page 16: Raspunsuri Convertoare

Dar toate acestea depend si de agenda energetica a Uniunii Europene, de modul in care se

realizeaza negocierile de aderare.

Retelele de transport-distributie a energiei electrice se impart in:

-magistrale principale (de puteri si tensiuni mari)

-retele de puteri/tensiuni medii (pentru consumatorii industriali)

-rele de puteri/tensiuni joase (pentru conectarea consumatorilor individuali mici)

Constrictiv, retele se realizeaza:

-retele integrate

-retele insulare, isolate-dezvoltate in jurul unor producatori ori grup de consumatori (vezi

cazul ARLO-Slatina)

Deoarece retelele insulare asigura costuri de realizare si de exploatare mai mici, tendinta

moderna este de a dezvolta aceste structuri de distributie.

?20. . Producţia modială de energie electrică (TWh), pentru perioada 1971-2005

Astfel, în 1973, producţia modială de energie electrică a fost de 6116 TWh şi s-a realizat procentual astfel:

1-statele OECD, au produs 72,9%2-Orientul Mijlociu, a produs 0,6%3-statele din fosta URSS, au produs 15%4-state europene care nu sunt membre OECD, au produs 1,7%5-China, a produs 2,8%6-Asia, excluzând China, au produs 2,6%7-America Latină, au produs 2,6%8-Africa, au produs 1,8%

În anul 2005, producţia modială totală de energie electrică a ajuns la 18235 TWh, fiind realizată astfel:

1-statele OECD, au produs 56,9%2-Orientul Mijlociu, a produs 3,5%3-statele din fosta URSS, au produs 7,7%4-state europene care nu sunt membre OECD, au produs 1,1%5-China, a produs 13,9%6-Asia, excluzând China, au produs 8,8%7-America Latină, au produs 5%8-Africa, au produs 3,1%

Astfel, dacă producţia mondială a crescut de aproape 3 ori, această creştere este diferit repartizată între grupele de state analizate. Trebuie mai întâi să întelegem ce înseamnă creşterea producţiei de energie electrică, în sensul determinării factorilor care susţin fenomenul, dar trebuie de asemenea să fim atenţi la modul în care este consumată energia produsă. Există trei factori

Page 17: Raspunsuri Convertoare

majori care determină creşterea producţiei de energiei electrică: dezvoltarea industrială de tip extensiv, ridicarea gradului de civilizaţie, mai ales prin dezvoltarea de tip urban şi creşterea demografică. În ţările cu economie evoluată, consumul de energie electrică este mai mare în sectorul locuinţelor şi al clădirilor de birouri faţă de sectorul industrial. Astfel, peste 30% din energia electrică din Statele Unite se consumă prin instalaţii de climatizare. Se observă că în cele 3 decenii analizate, ponderea energiei electrice produse de statele dezvoltate (OECD) a scăzut de la 72,9% la 56,9%. În schimb a crescut semnificativ ponderea Chinei, de peste 4 ori, atât din cauza dezvoltării industriale cât şi prin creşterea populaţiei urbane din zonele speciale de dezvolatare economică şi a standardelor de civilizaţie din mediul urban chinez. Statele dezvoltate au avut o creştere mai mică a consumului de energie electrică în deceniile analizate prin externalizarea industriilor mari consumatoare de energie, prin accentul pus pe dezvoltarea de tip post-industrial care mizează pe servicii şi pe segmentele de înaltă tehnologie dar şi prin interesul arătat pentru reducerea consumului la toate echpamentele electrocasnice şi prin materiale şi tehnologii care să permită economie de energie. Toate acestea se numesc acum utilizarea intensivă a energiei şi este un indice de evaluare a performanţelor unei economii, a unei societăţi în general. Trebuie reţinut faptul că astăzi, producţia în sine de energie electrică, nu mai este un indice de dezvoltare al unui stat, mult mai semnificativ este modul în care se consumă energia electrică produsă. Cei mai mari producători modiali de energie electrică, conform datelor statistice din anul 2005, sunt:

1-Statele Unite2-China, cu o producţie de 2497 TWh, care reprezintă 13,7% din producţia mondială3-Japonia, cu o producţie de 1094 TWh, care reprezintă 6% din producţia mondială4-Rusia, cu o producţie de 951 TWh, care reprezintă 5,2% din producţia mondială5-India, cu o producţie de 699 TWh, care reprezintă 3,8% din producţia mondială6-Canada, cu o producţie de 628 TWh, care reprezintă 3,4% din producţia mondială7-Germania, cu o producţie de 613 TWh, care reprezintă 3,4% din producţia mondială8-Franţa, cu o producţie de 571 TWh, care reprezintă 3,1% din producţia mondială9-Brazilia, cu o producţie de 403 TWh, care reprezintă 2,2% din producţia mondială10-Anglia, cu o producţie de 398 TWh, care reprezintă 2,2% din producţia mondială

În cazul energiei electrice, din cauza interconectării reţelelor de transport şi distribuţie, dar şi datorită curbelor specifice de consum zilnic, care prezintă intervale orare de maxim, o să constatăm o mare dinamică în ceea ce priveşte importul/ exportul de energie. Este cunoscut faptul că energia electrică are preţuri diferite, în funcţie de orele de consum, aşa că uneori este mai convenabil să se importe energie într-un anumit interval orar şi să se exporte în altul.

?21. Aşa cum am amintit, o altă cerinţă a eforturilor militare au reprezent-o maşinile de criptare şi de decriptare.

22. Ca în multe alte domenii, al doilea război mondial a determinat o mare emulaţie a cercetării şi pe partea de calculatoare. Armata avea nevoie de echipamente care să fie capabile să efectueze o mare cantitate de calcule pentru a putea rezolva problemele de traiectorii balistice, problemele de codare şi mai ales cele de decodare ori problemele de optimizare ale serviciilor de logistică. Astfel, în anul 1944, cooperarea dintre IMB şi Universitatea Harvard a permis aparţţia lui MARK I, primul computer digital (Fig. 1.14). El nu a fost în întregime electronic, deoarece

Page 18: Raspunsuri Convertoare

dincolo de circuitele realizate cu tuburi electronice se foloseau şi relee electromagnetice ori echipamente mecanice: transmisii, ambreiaje. Acest calculator electromecanic cântărea 5000 Kg, încorpora 900 Km de fire electrice, avea 2,5m înălţime şi aproape 16 m lungime. Era deservit de patru cititoare de cartele iar unul din primii progamatori ai săi a fost o femeie, Grace Hooper, care a introdus termenul de bug în limbajul specific acestei meserii. De asemenea ea este cea care a inventat în anul 1953 primul limbaj de nivel înalt. S-a numit iniţial Flow-matic iar ulterior a fost cunoscut sub denumirea de COBOL. Elementul esenţial care a stat la baza elaborării limbajelor de nivel ridicat a fost faptul ca programarea era mai uşoară în astfel de limbaje de tip formal, în raport cu programarea în binar. Este important de subliniat importanţa prezenţei feminine din acest domeniu, mai ales că din diferite motive, domeniul numeric, atât în partea de hard cât şi în cea de soft este, la noi, considerat un apanaj al bărbaţilor. Calculatorul MARK I a funcţionat fără întrerupere timp de 15 ani.Astfel de cercetări militare s-au facut şi în Germania nazistă dar abia după război au fost cunoscute. În anul 1965 a fost tipărită în limba engleză lucrarea germanului Konrad Zuse. S-a aflat astfel că, deşi lumea considera pionieratul americano-englez în domeniul calculatoarelor electronice, în Germania nazistă, Konrad Zuse construise un astfel de echipament încă din anul 1938. Mai mult decât atât, el a obţinul această performanţă fără condiţii deosebite, prima versiune fiind realizată între 1936-1938, în locuinţa părinţilor săi. Echipamentul, numit Z1. A treia variantă, Z3, finalizată în anul 1941 a fost primul calculator digital, programabil, de uz general. Fără a avea alte cunoştiinţe asupra maşinilor de calcul cu excepţia lucrărilor lui Leibnitz, Konrad Zuse a decis să folosească reprezentarea binară a numerelor. Primele trei variante au fost distruse în bombardamentele aliaţilor. Doar Z4 a fost salvat fiind încărcat într-un vagon şi ascuns în munţi. În condiţiile celui de-al doilea război mondial este evident că cercetătorii implicaţi în proiecte legate de calculatorul numeric nu aveau cum să ştie de ideile lor. Cu toate acestea, Z4 avea aceleaşi blocuri funcţionale ca variantele americane, de fapt blocurile funcţionale care caracterizează astazi colculatoarele numerice: unitate aritmetică (pentru efectuarea calculelor), memorie(pentru stocarea datelor şi rezultatelor), sistem de control (pentru supervizarea operaţiilor), periferice de intrare şi de ieşire. Ca şi în cazul calculatorului MARK I, Konrad Zuse a dezvoltat de asemenea un limbaj de nivel înalt, pe care l-a numit "Plankalkul", dar care nu a avut din cauza războiului o răspândire similara limbajului COBOL. O imagine a primei versiuni Z1, aşa cum a fost construită în casa părinţilor săi, este prezentată în Nu trebuie să uităm că termenul de computer a desemnat în limba engleză persoanele care efectual calcule matematice. În cel de-al doilea război mondial erau cunoscute ecuţiile fizice ce permiteau calculul traiectoriilor dar pentru rezolvarea lor era nevoie de o mare cantitate de calcule matematice. De obicei aceste calcule erau realizate de un mare număr de femei angajate în acest scop. Din acest motiv calculatoarele au fost dorite pentru a putea realiza o mare cantitate de calcule numerice într-un timp suficient de scurt. Tehnica spaţială de după anii 50 dar şi armele balistice din timpul războiul rece au fost principalii sponzori ai cercetărilor din domeniul calculatoarelor numerice.

23.Pt ca el si-a propus sa realizeze un calculator care sa faca ce el si-ar dori.?(mai tr reformulat)

Page 19: Raspunsuri Convertoare

II 2. algoritmul rapid de conversie din octal în binar:

-fiecarei cifre a numărului octal i se ataşează tripleta corespunzătoare, păstrând ordinea cifrelor din numărul octal

-şirul de biţi rezultat este valoarea binară a numărului octal iniţialConsiderând numărul octal 5407101023065 rezulta tripletele 101 100 000 111 001 011 000 110 101, respectiv numărul binar echivalent 10110000011100101100011010.

Etapele algoritmului octal- hexazecimal sunt:-numărul octal se converteşte rapid în binar-şirul binar este trecut în hexazecimal conform algoritmului specific-elementul de bază este trecerea din triade de biţi în tetrade de biţi

etapele algoritmului în cazul conversiei unui numar real scris în binar sunt:-de la virgula zecimală, se grupeaza la stânga grupe de câte 4 biţi, respectiv la dreapta grupe de câte 4 biţi-în cazul în care în cele două direcţii de grupare rămân tetrade incomplete, se adaugă zerouri-tedradele formate se convertesc direct în hexazecimal

1.Baza binară foloseşte simbolurile 0 şi 1. In tabelul 1.1 a fost prezentată scrierea în binar a numerelor din baza 10, de la 0 la 33. Se observă astfel că dacă principalul avantaj il constituie numărul redus de simboluri folosite, 2, principalul dezavantaj este dat de lungimea mare, numărul mare de cifre necesar scrierii numerelor.Trecerea din binar în zecimal a numerelor naturale se face pe baza algoritmului descris anterior, al împartirilor succesive (al resturilor):

(29 )10→()2

29÷2=14 rest 1

14÷2=7 rest 0

7÷2=3 rest 1

3÷2=1 rest 1 rezultă transpunerea binară 1101

3. Codul Gray (binar reflectat) a fost introdus de Emile Baudot (1845-1903) şi s-a numit iniţial cod ciclic permutat. A fost folosit la sistemul de telegrafie iar prezentarea sa oficială s-a produs cu ocazia Expoziţiei Universale din Paris, în anul 1878. Cu toate că a fost inventat încă din secolul 19, el a rămas în actualitate, fiind extrem de utilizat în tehnicile numerice. Denumirea Gray a fost primită de la inginerul Frank Gray care a inventat în anul 1953 un circuit electronic ce realiza conversia semnalelor analogice în semnale numerice de tip binar reflectat. Invenţia sa era aplicată la sistemele de televiziune color iar de atunci, codul binar reflectat a început să fie numit codul Gray. Aplicaţiile sale acoperă atât zona teoretică (modul de organizare al diagramelor Karnaugh, codarea din cadrul algoritmilor genetici, definirea conceptului de distanţă

Page 20: Raspunsuri Convertoare

pentru şiruri de biţi, în sensul distanţelor Hamming, soluţii la problema turnurilor din Hanoi) cât şi din zona practică (encodere liniare şi rotative, circuite digitale de tip numărător, corecţia erorilor în cadrul comunicaţiilor digitale, mărirea gradului de siguramţă la transmiterea de date în condiţii de zgomot). Un traductor rotativ de poziţie (encoder rotativ) având codificare Gray este prezentat în Fig. 1.26. Encoderul este structurat pentru patru piste, patru senzori optici, obţinând astfel 16 cuvinte binare, respectiv divizarea unei rotaţii în 16 paşi egali.

Encoder rotativ cu patru piste care foloseşte codul GrayAvantajul introdus de codul Gray este determinat de modul în care a fost gândit iniţial, respectiv faptul că pentru oricare două numere consecutive se modifică doar conţinutul unui singur bit (proprietatea de adiacenţă). Acesta este elementul care il face rezistent la erori şi în acelaşi timp asigură performanţe economice în consumul de energie electrică al circuitelor numerice ce îl utimizează. De exemplu, un numărător CMOS care foloseşte codul Gray consumă doar 57% din energia electrică necesară unui numărător binar clasic, deoarece numărul de comutaţii din cadrul numărătorului Gray este semnificativ mai mic, mai ales pentru mărimi care cresc sau descresc succesiv. Pentru primele 16 numere naturale, codificarea Gray pentru 4 biţi este dată in Tabelul 1.12:

Tabelul 1.12Nr 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Gray 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000

Binar 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

Denumirea iniţială a codului, binar reflectat, a provenit din algoritmul de generare.

Etapele algoritmului sunt:-se porneşte de la primele două cifre binare, 0 şi 1, care se scriu în coloană-se trasează sub ele o linie, în raport cu care vom scrie reflexia coloanei iniţiale (ca şi cum

linia trasată ar fi o oglindă, de unde şi denumirea de binar reflectat)-se adaugă în stânga numerelor de pe coloană zerouri pentru cele aflate deasupra liniei de

reflexie şi valori de unu pentru cele aflate dedesubtul liniei

Page 21: Raspunsuri Convertoare

-dacă se doreşte obţinerea unor şiruri de mai mulţi biţi, respectiv dacă se doresc numere de valoare mai mare convertite în Gray, se repetă etapele algoritmului: se fixează linia de reflexie, se copiază coloana reflectată şi apoi se completează cu 0 sau 1, deasupra, respectiv dedesubtul liniei Vom prezenta etapelor algoritmului pentru formarea numerelor cu lungime maximă de patru biţi :

0 0 00 00 000 000 0000 ......1 1 01 01 001 001 0001 ----- 11 011 011 0011

1 11 10 010 010 00100 10 ------ 110 0110

10 110 111 011111 111 101 010101 101 100 010000 100 -------

100 1100101 1101111 1111110 1110010 1010011 1011001 1001000 1000

4. ELEMENTE DE ARITMETICĂ BINARĂOperaţia de adunare în binar se face respectând regulile din zecimal: adunarea începe cu rangul cel mai puţin semnificativ (care are cea mai mică pondere). În cazul în care adunarea biţilor cu aceeaşi pondere depăşeşte valoarea de unitate cea mai mare (în cazul binar aceasta este 1 iar în cazul zecimal este 9), are loc o raportare către bitul de pondere imediat superioară. De obicei, acest bit se numeşte de transport (carry). Adunarea binară, la fel ca adunarea tradiţională în bază 10, începe cu bitul cel mai puţin semnificativ. Pentru început prezentăm în Tab.1.17 regula adunării binare de un bit:

Tabelul 1.17A B C=A+B carry0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1

Exemple:0 0 1 1 + 1 0 1 1 0 +

Page 22: Raspunsuri Convertoare

1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1

5. Reprezentarea prin tabel de adevăr

Tabelele de adevăr (tabele conbinaţionale) reprezintă forma completă de reprezentare a funcţiilor binare, forma cea mai intuitivă. Ea se bazează pe modul de reprezentare de tip tabelar al funcţiilor binare şi se construieşte în felul următor:

-în partea stângă tabelul de adevăr conţine un număr de coloane egal cu numărul variabilelor funcţiei binare

-în partea dreaptă tabelul conţine coloana valorilor funcţieiÎn cazul în care tabelul de adevăr este folosit pentru descrierea circuitelor de tip combinaţional cu mai multe ieşiri, el poate fi construit cu un număr de coloane în partea dreaptă egal cu numărul variabilelor de ieşire.Informaţia pe care ne-o prezintă tabelul de adevar este şi extrem de uşor de urmărit, în sensul că este simplu de corelat setul de valori pe care le iau variabilele de intrare cu valoarea corespunzătoare a ieşirii, respectiv valoarea funcţiei binare. Elementul de dificultate îl reprezintă consumul de timp necesar completării tabelului de adevăr.Dacă se consideră o funcţie binară de 4 variabile a,b,c,d putem să o imaginăm ca o structură bloc prezentată în Fig. 2.1. S-au prezentat variabilele de intrare a,b,c,d iar blocul ce urmează este funcţia considerată, ce poate avea diverse conţinuturi, moduri de prelucrare a semnalelor provenite de la variabilele de intrare. Ieşirea acestui sistem este chiar valoarea funcţiei considerate.

Pentru o funcţie binară de 4 variabile se obţin 2n=24=16 combinaţii ale acestora. Tabelul

de adevăr o să aibe astfel 16 linii care conţin toate aceste combinaţii posibile.

a b c d F(abcd)

0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 10 0 1 1 00 1 0 0 10 1 0 1 10 1 1 0 10 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 0 1 1 01 1 0 0 11 1 0 1 11 1 1 0 01 1 1 1 1

a b c d F(abcd)

0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 *0 0 1 1 *0 1 0 0 10 1 0 1 *0 1 1 0 10 1 1 1 *1 0 0 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 0 1 1 *1 1 0 0 *1 1 0 1 *1 1 1 0 01 1 1 1 *

Page 23: Raspunsuri Convertoare

F(a,b,c,d)

a

b

c

d

6. Reprezentarea analitică de tip FCD Algoritmul de obţinere a FCD pornind de la tabelul de adevăr al unei funcţii binare este următorul:

-se identifică în tabelul de adevăr toate combinaţiile variabilelor de intrare care aplică funcţia în 1-pentru toate aceste combinaţii se scriu minitermenii corespunzători (termenii canonici disjunctivi). Minitermenii au forma algebrică de produs.-minitermenii astfel obţinuţi se reunesc într-o expresie algebrică folosind operaţia de reuniune. Din acest motiv modul de scriere FCD se numeşte sumă de produse.-minitermeni folosesc logica pozitivă, adică la scrierea lor variabila se ia ca atare dacă în combinaţia considerată bitul corespunzător variabilei este 1, iar dacă variabilei îi corespunde bitul 0 atunci ea se consideră negată în cadrul minitermenului.

Vom exemplifica algoritmii de obţinere a formelor canonice FCD folosind următoarea funcţie cu 3 variabile de intrare şi două ieşiri, dată prin tabelul de adevăr. Pentru a fi mai clar, am adăugat patru coloane suplimentare, cea a minitermenilor, cea a maxitermenilor precum şi cele două ale indicilor acestora (Fig.2.16).

Figura 2.16 Maxitermenii si minitermenii unei funcţii de 3 variabile

FCD pentru funcţia X este:X (abc )=a⋅b⋅c+a⋅b⋅c +a⋅b⋅c +a⋅b⋅c

FCD pentru funcţia Y este:Y (abc)=a⋅b⋅c +a⋅b⋅c +a⋅b⋅c +a⋅b⋅c

Pentru o scriere mai comprimată se pot folosi indicii termenilor canonici:X (abc )=m1 +m2 +m4 +m7

Y (abc)=m3 +m5 +m6 +m7

sauX (abc )= M 0 M 3 M 5 M 6

a b c X Y minitermen maxitermen mi M i

0 0 0 0 0 a⋅b⋅c a+b+c m0 M 0

0 0 1 1 0 a⋅b⋅c a+b+c m1 M 1

0 1 0 1 0 a⋅b⋅c a+b+c m2 M 2

0 1 1 0 1 a⋅b⋅c a+b+c m3 M 3

1 0 0 1 0 a⋅b⋅c a+b+c m4 M 4

1 0 1 0 1 a⋅b⋅c a+b+c m5 M 5

1 1 0 0 1 a⋅b⋅c a+b+c m6 M 6

1 1 1 1 1 a⋅b⋅c a+b+c m7 M 7

Page 24: Raspunsuri Convertoare

Y (abc)= M 0 M 1 M 2 M 4

Pentru reprezentarea funcţiilor binare se recomandă în literatura de specialitate să se aleagă acea formă care optimizează scrierea, respectiv care are o expresie mai economică. Amintim acum că fiecare termen al expresiilor canonice este implementat prin circuite numerice, porţi logice, aşadar vom obţine un consum mai mic de componemte, o fiabilitate sporită şi un consum de energie mai mic dacă se folosesc la implementarea funcţiei binare un număr cât mai mic de circuite integrate.Optimizarea implementării la nivelul alegerii formei canonice optimale, economice, implică etapele:

-se numără valorile de 0 şi 1 pe care funcţia binară le prezintă în tabelul de adevăr-dacă numărul valorilor de 1 este mai mic se alege reprezentarea de tip FCD-dacă numărul valorilor de 0 este mai mic se alege reprezentarea FCC

Deşi aceasta este recomandarea clasică din literatura de specialitate, experienţa de proiectare a autorului şi discuţiile cu inginerii care foloseau circuite numerice au condus la următoarea recomandare: pentru circuite de complexitate mică şi medie sau pentru circuite unicat ori în serie redusă, este recomandabil să se folosească la nivelul proiectării forma FCD. Încă din gimnaziu suntem obişnuiţi cu forme de algebrice de tip sumă de produse. Marea majoritate a exerciţiilor ori a problemelor au această formă. Din acest motiv, forma FCD ne este mult mai familiară. Se reduce astfel atât timpul de proiectare cât şi probabilitatea apariţiei erorilor la acest nivel. Mai mult decât atât, forma FCD este scrisă pe logică pozitivă iar forma FCC foloseşte logica negativă, iar toată activitatea noastră foloseşte într-un procent covârşitor logica pozitivă.

7. Reprezentarea prin diagrame de tip KarnaughDiagrama Karnaugh este cea mai folosită formă de scriere tabelară a funcţiilor binare. Marele său avantaj este fapul ca ea reprezintă esenţa unui algoritm de minimizare a funcţiilor binare. Acest fapt este posibil deoarece la completarea câmpurilor diagramei Karnaugh este folosit codul GrayÎn Fig. este redată diagrama Karnaugh pentru funcţia de 4 variabile a,b,c,d. Ele au fost grupate astfel:

-pereche de variabile a,b marchează coloanele diagramei -pereche de variabile c,d marchează liniile diagrameiCorespunzător acestei convenţii de grupare a variabilelor, valorile câmpurilor diagramei Karnaugh pentru funcţiile de 4 variabile sunt notate în figură.

Page 25: Raspunsuri Convertoare

Să urmărim acum modul practic de completare a unei diagrame Karnaugh pernind de la tabelul de adevăr al unei funcţii binare de 4 variabile. Considerăm cunoscută funcţia F(abcd) dată prin tabelul de adevăr din Fig. 2.8. Completarea diagramei Karnaugh se face la nivelul fiecărui câmp. Pentru aceasta se formează setul de valori binare ale variabilelor abcd prin perechile ab respectiv cd , respectiv identificând câmpul diagramei prin intersecţia coloanei determinată de ab, cu linia determinată de cd. Astfel, pentru secvenţa variabilelor de intrare 0111 se urmăreşte intersecţia coloanei 2 pentru care valorile variabilelor ab sunt mereu 01, cu linia a treia pentru care valorile variabilelor cd sunt mereu 11. La câmpul astfel determinat se trece valoarea funcţiei pentru setul 0111, respectiv valoarea 0, aşa cum este ea dată de tabelul de adevăr. Metoda descrisă se repetă pentru toate cele 16 câmpuri ale diagramei. În cazul în care funcţia binară are valori nedefinite, ele se trec ca atare din tabelul de adevăr în câmpul corespunzător:

a b00 01 11 10

cd 00

01

11

10

Figura 2.8. Completarea diagramelor Karnaugh pornind de la tabelul de adevăr

a b c d F

0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 10 0 1 1 00 1 0 0 10 1 0 1 10 1 1 0 *0 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 1 11 0 1 0 11 0 1 1 *1 1 0 0 01 1 0 1 01 1 1 0 11 1 1 1 1

0 1 0 1

1 1 0 1

0 0 1 *

1 * 1 1

Page 26: Raspunsuri Convertoare

Algoritmul de completare rapidă a diagramei se numeşte intuitiv “algoritmul rocadei 3 ↔ 4 ” are următorii paşi:

-cele 16 valori ale funcţiei binare se grupează câte 4-prima grupă astfel formată se trece pe prima coloană a diagramei, cu observaţia că a treia valoare se trece pe poziţia a patra a coloanei diagramei iar a patra valoare a grupei se

trece pe poziţia a treia a coloanei diagramei (de unde şi denumirea de algoritmul 3 ↔ 4 )-grupa a doua a tabelului de adevăr completează coloana a doua a diagramei în modul

descris anterior 3 ↔ 4-grupa a treia a tabelului de adevăr completează coloana a patra a diagramei iar la

nivelul elementelor se respectă 3 ↔ 4-grupa a patra a tabelului de adevăr completează coloana a treia a diagramei iar la

nivelul elementelor se respectă 3 ↔ 4Se poate vedea că algoritmul propus este mult mai rapid: în loc să lucăm la nivel de câmp şi de linie, lucrăm cu grupe de 4 câmpuri (la nivel de coloană).

8. Algoritmul de minimizare bazat pe diagrame KarnaughAlgoritmul de minimizare bazat pe folosirea diagramelor Karnaugh reuşeşte să integreze într-o procedură globală cele două etape ale algorimului Quine-Mc Cluskey, respectiv etapa algebrică şi cea tabelară de determinare a implicanţilor esenţiali, respectiv a formei minimizate a funcţiei binare.Înainte de a prezenta etapele de aplicare a algoritmului de minimizare ce foloseşte diagramele Karnaugh, să reamintim elementele specifice diagramelor, elemente ce permit dezvoltarea unei proceduri globale:-diagramele Karnaugh se construiesc pe baza codului Gray-din acest motiv, oricare din câmpurile adiacente conţin termeni canonici care diferă printr-o singură variabilă şi astfel asupra lor se poate aplica operaţia de alipire

ab 00 01 11 10 cd 00

01

11

10

Dacă urmărim câmpurile diagramei Karnaugh ale

a b c d F(abcd )

0 0 0 0 m0

0 0 0 1 m1

0 0 1 0 m2

0 0 1 1 m3

0 1 0 0 m4

0 1 0 1 m5

0 1 1 0 m6

0 1 1 1 m7

1 0 0 0 m8

1 0 0 1 m9

1 0 1 0 m10

1 0 1 1 m11

1 1 0 0 m12

1 1 0 1 m13

1 1 1 0 m14

1 1 1 1 m15

0 4 12 8

1 5 13 9

3 7 15 11

2 6 14 10

Page 27: Raspunsuri Convertoare

funcţei binare de patru variabile F(abcd )şi alegem

o serie de câmpuri adiacente din cadrul diagrameise poate verifica afirmaţia anterioară:-câmpuri adiacente orizontal:

0-4→ termenii canonici m0 şi m4 sunt a⋅b⋅c⋅d şi a⋅b⋅c⋅d ; ei permit aplicarea operaţiei de alipire0-8 →şi câmpurile extreme se consideră

adiacente→a⋅b⋅c⋅d şi a⋅b⋅c⋅d

7-15→a⋅b⋅c⋅d şi a⋅b⋅c⋅d-câmpuri adiacente vertical:

5-7→a⋅b⋅c⋅d şi a⋅b⋅c⋅d

0-2 →câmpuri extreme adiacente→a⋅b⋅c⋅d şi a⋅b⋅c⋅d

15-14→a⋅b⋅c⋅d şi a⋅b⋅c⋅d

Etapele algoritmului de minimizare sunt:-conform tabelului de adevăr al funcţiei binare se completează diagrama Karnaugh corespunzatoare

-pentru completarea rapidă a diagramei se recomandă folosirea algoritmului rocadei 3 ↔ 4-se grupează biţii de 1, câmpurile corespunzătoare termenilor adiacenţi în grupe de 2, 4, 8...câmpuri adiacente, conform regulilor de grupare enunţate în paragraful anterior. O grupare de 2 biţi, 2 termeni adiacenţi elimină o variabilă, o grupare de 4 biţi elimină 2 variabile iar o grupare de 8 biţi conduce la eliminarea a 3 variabile. -nu se acceptă grupari de 3, 5, 6 ...câmpuri-etapa de grupare se consideră terminată când toţi biţii de 1 sunt cuprinşi într-un câmp de adiacenţă-în cazul în care un bit de 1 nu poate fi grupat el se consideră separat, respctiv facând parte dintr-o grupare de 1 element -un bit de 1 poate să facă parte din mai multe grupări de adiacenţă. În acest caz se păstrează termenul canonic corespunzător câmpului respectiv, aşadar nu se elimină nici o variabilă.-modul de grupare trebuie să respecte următoarea regulă: minimizarea este cu atât mai bună cu cât există mai puţine grupări şi fiecare are mai multe câmpuri de 1 (evident numărul câmpurilor de 1 trebuie să fie cele permise, ale puterilor lui 2 )-pentru fiecare grupare de câmpuri adiacente se determină împlicantul primi corespunzător-expresia finală minimizată este data de reuniunea implicanţilor primi determinaţi

Vom exemplifica algoritmul de minimizare pentru o funcţie de patru variabile F(abcd ) , dată prin

tabelul de adevăr:

Page 28: Raspunsuri Convertoare

Diagrama corespunzătoare tabelului de adevăreste construită folosind un set de bare prin care se codează, marchează semnul variabilelor a,b,c,ddin câmpurile diagramei.

Convenţia de reprezentare prin bare a semnului variabilelor funcţiei binare este următoarea:-semnul variabilei în câmpurile din dreptul barei de marcare este pozitiv (variabila se ia ca atare)-semnul variabilei în câmpurile care nu sunt cuprinse de bara de marcare este negativ (variabila se ia negată)Astfel:

-variabila a este ca atare, pozitivă, în cele două coloane din dreapta-variabila a este negată, în cele două coloane din stânga-variabila b este ca atare, pozitivă, în cele două coloane din mijlocul diagramei-variabila b este negată, în cele două coloane extreme, din dreapta şi din stânga -variabila c este ca atare, pozitivă, în cele două linii de jos-variabila c este negată, în cele două linii de sus-variabila d este ca atare, pozitivă, în cele două linii de la mijlocul diagramei-variabila d este negată, în cele două linii extreme, de sus si de jos

În prima etapa, informaţia din tabelul de adevăr a fost transferată în diagrama Karnaugh. Apoi sunt grupaţi toţi biţii de 1 din diagramă. Grupările conţin 1, 2 şi 4 biţi, deci vom obţine la final termeni de 4, 3 şi 2 variabile. Se observă că unele câmpuri de 1 fac parte din mai multe grupări. În mod evident, gruparea termenilor nu este unică, fiind posibile mai multe variante. Important este ca să se respecte recomandarea de a avea cât mai puţine grupări, cu cât mai multe câmpuri fiecare. Câmpul din colţul dreapta-jos a diagramei nu poate fi cuprins în nici o grupare şi din acest motiv este luat ca atare.

a b c d F(abcd )

0 0 0 0 10 0 0 1 10 0 1 0 00 0 1 1 00 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0 10 1 1 1 11 0 0 0 01 0 0 1 11 0 1 0 11 0 1 1 01 1 0 0 01 1 0 1 11 1 1 0 01 1 1 1 1

Page 29: Raspunsuri Convertoare

Conform grupărilor prezentate în diagramă, rezultă implicanţii primi ai formei minimizate. Există mai multe metode de determinare a expresiei de tip algebric a implicanţilor. Metoda propusă nu este descrisă în literatura de specialitate analizată dar este foarte intuitivă, deoarece foloseşte metode specifice operaţiilor grafice de reuniune şi intersecţie din teoria mulţimilor.

9.?

10.?

III 2. Studiind graficul de mai sus, observăm că energia solară colectată se îmbunătățește cu până la 40%-50% dacă se folosesc sisteme de urmărire solară (35%-42% dacă se folosesc sisteme de urmărire solară de la est la vest și 5%-8% dacă se folosesc sisteme de urmărire solară de la nord la sud). Această îmbunătățire variază de la an la an.Energia colectată cu receptoarele fixe (cu una sau două axe) variază în funcție de anotimp, astfel avem următoarele procente de energie colectată: aproximativ 50% în vară și 20% în iarnă.

3. Clasificarea sistemelor de tracking.

Există 2 tipuri de sisteme de urmărire solară: Cu un singur ax – urmărește Soarele de la est la vest în timpul zilei. Cu 2 axuri – menține suprafața receptorului perpendiculară pe direcția Soarelui și permite

colectarea unei cantități maxime posibile de energie.

4.Descrierea traductorului clasic, elemente componente, variante constructive.

Page 30: Raspunsuri Convertoare

Captatoarele solare de urmărire au fost dezvoltate urmărind controlul classic al sistemelor buclă-închisă, abordate prin integrarea unui senzor solar capabil să producă semnale ce indică erori, câte unul pe axa de urmărire. În schimb acesta generează mișcări de corectare. Fiecare senzor solar cuprinde o pereche de fototranzistori, generează fotocurenți diferiți oricând senzorul nu este aliniat cu vectorul solar local. Fototranzistoarele pot fi montate pe planuri înclinate cu scopul de a crește sensivitatea. În câteva aplicații, dispozitivele de umbră sunt prevăzute.

Un senzor clasic pentru coordonatele unei poziții solare folosește o pereche de fototranzistori montați pe planuri înclinate. Unghiul de înclinare a planului este de 90°. Dispozitivul este încapsulat pentru a oferi protecție.

5. . Problemele traductorilor clasici.

Există totuși 2 probleme importante: Pentru fiecare sensor fototranzistorii trebuie să fie cvasi-identici, pentru că metoda de măsurare

presupune curenți identici în cazul unei iradiații identice. Dacă aceste caracteristici, ale fototranzistorilor, nu sunt identice, poziția captatoului nu este una optimă.

Efectul îmbătrânirii semiconductorului. Efectul îmbătrânirii fototranzistorilor și gresarea accidentală a cutiei senzorului, induce o funcție de defectare a sistemului de urmărire.

6. Principiul de funcționare

MSS – Matrix Sun Sensor (senzorul matricial solar).Această propunere este pentru un singur sensor matricial solar MSS care controlează ambele axe ale sistemului de urmărire solar. Acest model a fost inspirat de ceasul solar antic.

Principiile de bază ale efectului fotoconductiv sunt: Dedesubt de banda conductoare a cristalului CdS există un nivel donator, iar nivelul

acceptor este situat deasupra de banda de valență. În întuneric, electronii și golurile de pe fiecare nivel sunt aproape ticsiți în cristal și CdS are o rezistență mare.

Când lumina luminează celula CdS, electronii din banda de valență sunt excitați în banda de conducție. Acest lucru, crează perechi de electroni liberi în banda de cunducție și perechi de goluri în banda de valență, crescând conductanța.

7. Avantaje

Celula de sulfurat de cadmiu, celula CdS este cel mai ieftin tip de fotorezistor. Din această cauză implementarea propusă a MSS folosește cellule CdS. Sunt 2 observații importante despre operațiile MSS:

Abordarea sistemul classic – sistemul buclă închisă este înlocuit de un circuit digital simplu. MMS funcționează în mod digital: fiecare celulă CdS are 2 stări, starea luminoasă și

starea întunecată.

Page 31: Raspunsuri Convertoare

8. . Cele două structuri de divizoare de tensiune ce folosesc fotorezistențe. Caracteristici.

Diferențele dintre celula CdS întunecată și cea luminoasă este recunoscută prin folosirea valorilor curente a rezistenței celulei. Circuitul electronic este un circuit divizor de tensiune simplu, robust și cu un cost redus.

Circuite divizor de tensiune pentru celulele Cds

Tensiunea la ieșire crește odată cu creșterea iradiației (a) Tensiunea la ieșire descrește odată cu creșterea iradiației (b)

Pentru ambele circuite, tensiunea la ieșire este:

ccout V

RR

RV

12

2

ccout V

RR

RV

12

1