Sunday, 5 July 2009

Νέοι ηλεκτροκινητήρες

Ενέργεια
Οι βελτιώσεις της ενεργειακής αποδοτικότητας κατά λίγες ποσοστιαίες μονάδες είναι σπάνια άξιες λόγου, όμως τούτες οι «πενιχρές» αυξήσεις συμποσούνται σε μεγάλες τιμές όταν η σχετική τεχνολογία καταναλώνει ετησίως αρκετές εκατοντάδες δισεκατομμύρια κιλοβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας σε παγκόσμια κλίμακα. Για παράδειγμα, σχεδόν τα 2/3 του ηλεκτρικού ρεύματος που χρησιμοποιείται από την αμερικανική βιομηχανία τροφοδοτούν τους αμέτρητους ηλεκτροκινητήρες βάσει των οποίων λειτουργούν αντλίες, συμπιεστές, ανεμιστήρες, μεταφορείς και άλλες συσκευές σε εργοστάσια και βιομηχανικές εγκαταστάσεις σε όλη τη χώρα. Έπειτα από δεκαετή προσπάθεια έρευνας και ανάπτυξης, οι μηχανικοί κατάφεραν να αυξήσουν ελάχιστα την απόδοση των εν λόγω κινητήρων, ενώ η βιομηχανία έχει μόλις αρχίσει να στρέφει σε αυτούς την προσοχή της.
Μικρές εκδοχές των αποκαλούμενων τριφασικών επαγωγικών κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος, με ιπποδύναμη από 1 έως 20 ίππους, μπορούν να μετατρέψουν έως και 90% της ισχύος που λαμβάνουν σε περιστροφική μηχανική ισχύ. Οι σημερινοί τυπικοί σχεδιασμοί περιλαμβάνουν ρώτορες —περιστρεφόμενους ηλεκτρομαγνήτες— κατασκευασμένους από χυτό αλουμίνιο, όμως οι μηχανικοί κινητήρων γνωρίζουν από παλιά ότι «οι ρώτορες χαλκού εξοικονομούν ενέργεια», όπως ισχυρίζεται ο μεταλλουργός Dale Peters. «Ο χαλκός έχει σημαντικά υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από το αλουμίνιο, κάτι που μειώνει σημαντικά τις απώλειες λόγω αντίστασης στους ρώτορες» εξηγεί. « Όμως, ο χαλκός τήκεται στους 1.083 βαθμούς Κελσίου, πολύ υψηλότερα από το σημείο τήξης του αλουμινίου, κάτι που θέτει σοβαρά προβλήματα στη διαδικασία της χύτευσης».

Κατά τη χύτευση, λιωμένο μέταλλο ωθεί­ται σε επαναχρησιμοποιήσιμα καλούπια, ή μήτρες. Οι κατασκευαστές παραδοσιακά χρησιμοποιούν την εν λόγω τεχνική προκειμένου να κατασκευάσουν με αλουμίνιο τα συστατικά μέρη του ρώτορα. Όταν όμως ο τηγμένος χαλκός έρχεται επανειλημμένα σε επαφή με τον ψυχρό χάλυβα μιας μήτρας χύτευσης, «η υψηλή θερμοκρασία προκαλεί τη συνεχή διαστολή και συστολή της μήτρας», όπως δηλώνει ο Peters, με προφανείς επιπτώσεις στο προϊόν της χύτευσης.

Κατά τα τέλη της δεκαετίας τού 1990, ο Peters και άλλοι ερευνητές της Ένωσης για την Ανάπτυξη του Χαλκού (CDA) —ένας οργανισμός που προσπαθεί να επεκτείνει την αγορά χαλκού— συνέστησαν πρόγραμμα για την εξεύρεση μιας αξιόπιστης και οικονομικά αποδοτικής τεχνικής χύτευσης χαλκού. Οι ειδικοί τής CDA ανέλυσαν καταρχάς το φαινόμενο λεπτομερώς, χρησιμοποιώντας τρισδιάστατες τεχνικές μοντελοποίησης με υπολογιστή. Εν καιρώ αντιλήφθηκαν ότι η προθέρμανση της χαλύβδινης μήτρας προσέφερε μια κάποια λύση. Επειδή οι υψηλότερες θερμοκρασίες μειώνουν την ανθεκτικότητα των ομαλά θερμασμένων χαλύβδινων μητρών, η ομάδα στράφηκε σε εξαρτήματα κατασκευασμένα από θερμοανθεκτικά κράματα με βάση το νικέλιο.

Ο ρώτορας χυτού χαλκού που προκύπτει μειώνει τις απώλειες λόγω ηλεκτρικής αντίστασης και, μαζί με άλλες σχεδιαστικές βελτιώσεις, μπορεί να ενισχύσει την απόδοση ενός μικρού επαγωγικού κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος κατά περίπου 93%. Επιπλέον, οι νέοι κινητήρες είναι μικρότεροι, ελαφρύτεροι και μεγαλύτερης διάρκειας. Με τιμή μόνο κατά 5% υψηλότερη από αυτή των προκατόχων τους, οι νέοι κινητήρες αποσβένουν συνήθως το υψηλότερο κόστος σε λιγότερο από ένα χρόνο.

Παρά το υψηλό και αυξανόμενο κόστος του χαλκού, η CDA κατάφερε να ενθαρρύνει την υιοθέτηση της συγκεκριμένης εναλλακτικής λύσης από τους κατασκευαστές ηλεκτροκινητήρων. Εταιρείες όπως η Siemens και η SEW Eurodrive προσφέρουν πλέον μικρούς, βιομηχανικούς ηλεκτροκινητήρες χάλκινου ρώτορα, ενώ τέσσερεις αμερικανικές ανταγωνιστικές εταιρείες εργάζονται προς την εφαρμογή της τεχνολογίας. Το σημαντικότερο, ωστόσο, για την εξοικονόμηση ενέργειας είναι ότι οι κατασκευαστές κινητήρων στην Κίνα, την Ινδία, την Ιαπωνία και τη Βραζιλία κινούνται προς την κατεύθυνση της διάθεσης στην αγορά τής εν λόγω βελτιωμένης τεχνολογίας —μια τάση εξαιρετικής σημασίας, καθότι οι μη αμερικανικής προέλευσης κινητήρες αυτού του είδους έχουν συνήθως πολύ μικρότερη απόδοση.

Scientific American

No comments: