CAPTAREA I CONVERSIA N ELECTRICITATE A ENERGIE VALURILORDeterminarea energiei de generare a valurilor Scopul lucrrii este de a familiariza cercettorii cu specificul instalaiei experimentale i al aparatelor de msurare a mrimilor geometrice, cinematice i dinamice caracteristice micrilor nepermanente a valurilor, ct i eficienta captarii energiei vaurilor. Valurilor in laborator sunt generate mecanic cu dispozitivul cu clapet oscilant. Descrierea instalaiei experimentale Diode Amortizor de valuri Zmax H = Zstatic Canal Egalizator nivele Umplere/Golire h Zmin Clapet =cT Biel Manivel Motor de c.c. Amortizor c c

Fig. 1. Schema canalului dotat cu generator mecanic de valuri

Canalul mic de valuri cu limea B = 200 mm este prevzut cu un generator mecanic de valuri, constituit dintr-o clapet oscilant, articulat de fundul canalului i etanat fa de el prin dou membrane subiri de cauciuc, iar fa de geamurile laterale ale canalului vitrat prin dou riglete de plastic cu poziie reglabil, clapeta fiind acionat printr-un mecanism de biel-manivel, manivela avnd cteva distane radiale practicate pe un disc, care este antrenat printr-o transmisie cu lan de biciclet de la un mic motor electric de curent continuu cu magnei permaneni, funcionnd cu diverse turaii prin intermediul unui reostat ce regleaz tensiunea unei surse de curent redresat.

Fig. 2. Fotografia instalaiei experimentale i a aparatelor de msurare

Canalul este prevzut la ambele capete cu amortizoare eficiente de valuri, iar n zona vitrat posed un caroiaj din fire subiri, cu ptrate avnd latura de 1 cm pentru msurarea vizual a crestei i tlpii valurilor cltoare. Aparatele de msurare utilizate n experimentare Pentru msurarea mrimilor mecanice vom folosi - un cronometru pentru a determina turaia motorului electric cunoscnd raportul zmanivel / zmotor = 46 /16 = 2,875 al transmisiei cu lan, prin numrarea valurilor generate de rotirea manivelei sau numrarea impulsurilor luminoase a diodelor de mai jos. Pentru msurarea mrimilor hidraulice vom folosi urmtoarele aparate: - caroiajul cu ptrate de 1 cm, pentru citirea cu precizie de 1 mm a nivelului static H al apei n canal, nainte de nceperea generrii valurilor, - acelai caroiaj (fig. 2), pentru citirea cotei maxime Zmax i minime Zmin a valurilor generate mecanic, - dou vrfuri metalice traductori / senzori de nivel, glisante pe muchia superioar a canalului, legate n paralel cu dou diode la o surs de curent continuu, avnd masa legat la canalul metalic de valuri i plasate n mod reglabil la partea superioar a valului (impulsul luminos realizat de contactul senzorilor cu valul sa fie cat mai scurt), distana dintre vrfuri fiind tocmai lungimea de und , cnd clipirea celor dou diode devine perfect simultan. Pentru msurarea puterii electrice absorbite de motoraul de curent continuu s-au folosit dou metode, n prima: - un ampermetru pentru msurarea curentului absorbit de motor I (mA) i - un voltmetru pentru msurarea tensiunii la bornele lui U (V), motoraul fiind tarat n prealabil . Formulele de calcul necesare sunt urmtoarele: - pentru mrimile geometrice ale nlimii valului h, numrul lui Strouhal Sh ce caracterizeaz geometria valului i a energiei de poziie realizat H, avem: h [ mm ] = Z max Z min , Sh = h , H [ mm ] = ZMuchie Zstatic , (1)

- pentru mrimile cinematice ale vitezei de propagare a valului i debitului deversat avem formulele: c [ m/s ] = [ m ] / T [ s ] , Q dm3 /s = V [ litri ] / t [ s ] , (2) - iar pentru mrimile dinamice ale puterii hidraulice utile captate pe unitate de front de val, cea teoretic a valului i a randamentului de conversie a energiei: P Ph [ W ] = QH , Pt [ W ] = h 2 , C = h . (3) 8 Pt Mod de lucru Se umple canalul de valuri pn la diferite cote Zst, verificndu-se n acest fel i etaneitatea instalaiei. nainte de pornirea motorului electric de curent continuu, pentru generarea de valuri prin acionarea clapetei oscilante, se conecteaz n prealabil excitaia lui n paralel, fr de care va tinde la o turaie infinit, i numai dup aceea se va conecta tensiunea la periile motorului de curent continuu, reglat cu ajutorul unui reostat ncepnd de la valori reduse i deci turaii mai mici. Dup pornirea generatorului de valuri se menin un timp mai ndelungat diferitele debite Q de alimentare cu ap de la reea a zonei din care apa deverseaz peste dispozitivul cu plan nclinat plasat la un anumit unghi , pentru a se intra ntr-un regim.

Dup stabilirea regimului permanent de micare, cu sau fr fenomenul de intrare n rezonan, se procedeaz la efectuarea msurtorilor geometrice vizuale: Zst , Zmax, Zmin (mm) i (m), apoi cinematice utiliznd i un cronometru pentru determinarea frecvenei valurilor: N2 (nr.valuri/sec) = 1/T (s), viteza de propagare c (m/s) = /T i o menzur gradat sau un recipient i cntar pentru msurarea debitului Q (l/s), calculndu-se nlimea valului h, numrul lui Strouhal, puterile teoretic i util, ct i randamentul conversiei. Prelucrarea rezultatelor. Valorile obinute prin msurtori i cele calculate vor fi trecute n tabelul de mai jos i apoi reprezentate ca n graficul din figura 3, care are rolul s conving pe experimentatori de eficiena intrrii n rezonan a micrilor periodice ale apei aduse de trenul de valuri cu cea cu care oscileaz masa de ap din zona planului nclinat al dispozitivului de captare. Tabelul nr. 1 Nr. Zst Zmax Zmin h Q Ph Pt Sh H c N2 crt. (m) (m) (m) (m (rps) (m) (l/s) (0) (%) (m/s) (W) (W) (m)) 1

H (cm)

Ph = QH = const.

Sh

0

q = Q / B (ml/s) Fig. 3. Curbele de putere hidraulic constant

Totodat se va reprezenta ca n figura 4 i punctele ce dau viteza de propagare a valurilor c (, Zstatic) n funcie de diferitele lungimi de und ale lor, pentru diversele adncimi ale apei din canal Zstatic, comparndu-se poziionarea acestor puncte fa de curbele teoretice deduce din potenialul valului cltor al lui Gerstner c ( l , Z static ) = gl 2p th Zstatic . 2p l (4)

c (m/s)

c (,H) * * * 0 (m) * H = const.

Fig. 4. Variaia vitezei c de propagare a valului n funcie de adncimea apei n canal H i lungimea de und a valului