| تبليغات | X |
گرماي تشعشعي از كف ساختمان
عنوان: اندازه گيری
سؤال: آيا تا به حال اين ضرب المثل را شنيد هايد که "فلان شخص گز نکرده پاره می کنه!!"؟ منظور از اين ضرب المثل چيست و ارتباط آن با مشاهده و تحليل مهندسی در کجاست؟
پاسخ: در يادداشت قبلی با عنوان مشاهده، برای آنکه مشاهده قابل اعتماد و مستدل گردد، پيشنهاد شد تا مشاهده را قانونمند ساخته تا بدين ترتيب مشاهده از حالت شخصی به حالت عمومی تغيير يابد و قابليت تکرار پذيری داشته باشد. بدين منظور بايستی با استفاده از ابزار، آنچه را که مشاهده می شود انداز هگيری نمود. از آنجا که نتيجه مشاهده اراية يک اظهار نظر است برای آنکه يک اظهار نظر از حالت سطحی و عاميانه به يک اظهار نظر دقيق و منطقی تبديل شود نياز به انداز ه گيری است ضرب المثل بالا نيز کنايه از پارچه فروشی است که قبل از آنکه پارچه را گز کند آنرا پاره می کند که نتيجه آن نارضايتی مشتری است زيرا از نظر مشتری آنچه که پارچه فروش دربارة اندازة پارچة پاره شده م یگويد قابل اطمينان نيست.
بطور کلی مفاهيم و تصورات به دو دسته کمی و کيفی تقسيم می گردند. برای آنکه بتوان اين مفاهيم را با يکديگر مقايسه کرد بايستی آنها را اندازه گيری نمود. اولين کاری که بشر برای اندازه گيری انجام داد آن بود که مفاهيم اوليه کمی را تبديل به عدد کرد مث ً لا طول، جرم، فشار، دما و... که کمي تهای مهندسی نيز از اين دسته م یباشند. مفاهيم کمي خود به دو دسته تقسيم م یشوند. دسته اول را می توان بصورت فيزيکی قسمت کرد که هر قسمت در نگاه مادی خود دارای مقداری است، چنين مفاهيمی را کمي تهای گسترده م ینامند مانند جرم يا طول که به صورت فيزيکی قابل قسمت شدن م یباشند. برای اندازه گيری اين دسته از کميتها، يک قسمت مشخص بعنوان مبنا در نظر گرفته می شود. دسته دوم کميت هايي هستند که از لحاظ فيزيکی نمی توان آنها را تقسيم نمود؛ چنين مفاهيمی را غير گسترده می نامند مانند دما. برای انداز هگيری کمي تهای غير گسترده، با استفاده از روشهايي آن را به يک کميت گسترده تبديل م ینمايند به عبارت ديگر يک دستگاه اندازه گيری معرفی می شود. برای معرفی دستگاه اندازه گيری حد بالا و پايين دستگاه مستقل از شرايط محيطی انتخاب می شود و ما بين حد بالا و پايين به صورت قراردادی تقسيم بندی م یگردد. بنابراين در روية انداز هگيری مفاهيم کمی، همواره مقايس های مبتنی بر منطق ارسطويي وجود دارد که به کمک استدلال قياسی دربارة مقادير کمی اظهار نظر می شود. حال اين سؤال مطرح می گردد که آيا مفاهيم کيفی نيز قابل اندازه گيری م یباشند؟ به عنوان مثال آيا م یتوان صداقت، مروت، خوبی يا بدی را اندازه گيری نمود؟ در تفکر مذهبی چنين مطرح می شود که در آخرت تمامی اين مفاهيم کيفی حتي نيت افراد نيز اندازه پذير شده و انداز هگيری م یگردد. آنچه که مسلم است در اين دنيا و با امکانات موجود نمی توان راجع به چنين مفاهيمی اظهار نظر نمود زيراتوانايي و ابزار انداز هگيری وجود ندارد و در نتيجه اظهار نظر در مورد کميت مفاهيم کيفی، غير علمی است زيرا از نظر علوم تجربی صحبت درباره هر مفهومی بايد همراه با انداز هگيری باشد. بسياری از مفاهيم کيفی که نمی شود آنها را اندازه گيری نمود، مفاهيم مبهم ناميده می شوند. برای چنين مفاهيمی ديگر منطق ارسطويي جوابگو نم یباشد زيرا موارد استدلال و تعاريف خود دچار ابهام به معنای کرکی و fuzzy) م یباشند. يکی از روشهای تکنيکی برخورد با چنين مسايلی، منطق فازی پشمالو) م یباشد؛ در اين منطق برخلاف منطق ارسطويي تنها دو ارزش درست يا نادرست وجود ندارد بلکه مجموع های از حالات ممکن بين ارزش درست يا نادرست مطرح می گردد که در واقع طيفی از ارزشها در آن مطرح است و حالت درست يا نادرست دو حالت خاص و حدی اين منطق م یباشد ولی به هيچ عنوان تنها ارزش ممکن برای اظهار نظر دربارة يک مسأله نيستند. به عنوان مثال در مقابل اين سؤال که چقدر از شرايط زندگی خود راضی هستيد در منطق ارسطويي رضايت از زندگی م یتواند به عنوان يک جواب در مقابل عدم رضايت از زندگی به عنوان جواب ديگر قرار گيرد. بنابراين جوابی مثل تا حدودی رضايت داشتن از زندگی در چنين منطقی مطرح نم یگردد به ناچار در منطق
ارسطويي شرايط محدود به ارزش گزار ههايي م یباشد که الزامًا درست يا نادرست هستند اما در منطقی همچون منطق فازی اينگونه نيست. يعنی رضايت داشتن از زندگی يا عدم رضايت فقط دو حالت ممکن از طيف وسيع جوابهای ممکن برای اين سؤال می باشد که حدود رضايت از زندگی در آنها متفاوت است. دريک جمله می توان اينچنين گفت که در منطق فازی نتيجه دارای ابهام است که میتواند ناشی از ابهام مفاهيم مورد نظر باشد. بنابراين در رويه های عملی که از منطق فازی استفاده می شود نمی توان از مقادير کمی انداز هگيری شده سخن گفت. بنيانگذار منطق فازی يک ايرانی به نام لطفی عسگرزاده است.
بنابر آنچه که در اين يادداشت ذکر گرديد اظهار نظر قطعی درباره يک مفهوم تنها زمانی ممکن است که آن مفهوم از حالت مبهم به حالت قطعی برسد که چنين هدفی تنها هنگامی امکان پذير می باشد که بتوان آن مفهوم را انداز هگيری نمود. در مکانيک سيالات نيز همچون ديگر علوم نقش انداز هگيری در اراية يک تحليل بسيار مهم و اساسی است به گونه ای که هرگاه سخن از ويژگ يهای سيال و يا جريان سيال می شود نياز به کمی کردن آن ويژگی ها، ضرورت ساخت تجهيزاتی خاص را اجتناب ناپذير می کند .
مهندسي مكانيك
مهندسي مکانيک شاخهاي از مهندسي است که با طراحي، ساخت و راهاندازي دستگاهها و ماشينها سروکار دارد. مهندسي مکانيک نقش به سزايي در بالا بردن امنيت زندگي، بهبود کيفيت کلّي زندگي، و نيز ايجاد شور و نشاط اقتصادي ايفا ميکند. به جرئت ميتوان گفت که مهندسي مکانيک، گستردهترين رشتهٔ مهندسي از نظر دامنهٔ فعاليتها و کاربردها است.مهندسان مکانيک، اصول اساسي نيرو، انرژي، حرکت و گرما را به کار برده و با دانش تخصصي خود، سيستمهاي مکانيکي و دستگاهها و فرآيندهاي گرمايي را طراحي کرده و ميسازند. مهندسان مکانيک، گسترهٔ وسيعي از دستگاهها، فرآوردهها و فرآيندها را توليد ميکنند؛ به عنوان نمونه:موتورها و سيستمهاي کنترل خودرو و هواپيما، نيروگاههاي الکتريکي، دستگاههاي پزشکي، اجزا و قطعههاي گوناگون از موتورهاي با ابعاد ميکروسکوپي گرفته تا چرخدندههاي غولآسا، فناوري ليزر، طراحي و ساخت به کمک رايانه، ماشيني کردن يا خودکارسازي (اتوماسيون) و روباتيک، انواع گوناگوني از فرآوردههاي مصرفي از دستگاههاي تهويهٔ مطبوع گرفته تا رايانههاي شخصي و تجهيزات ورزشي، ماشينها و دستگاههايي که هر يک از فرآوردههاي بالا را به صورت انبوه توليد ميکنند.ميتوان گفت تقريباً همهٔ جنبههاي زندگي، در ارتباط با مهندسي مکانيک هستند. هر چيزي که حرکت کند يا انرژي مصرف نمايد، احتمالاً يک مهندس مکانيک در طراحي يا ساخت آن نقش داشته است.
مهندسان مکانيک معروف
چند تن از مهندسان مکانيک معروف که پيش از اين ميزيستهاند، عبارتاند از:
کارل (فردريش) بنز (۱۸۴۴-۱۹۲۹)
گوتليب ويلهلم دايملر (۱۸۳۴-۱۹۰۰): ماشينهاي مرسدس بنز امروزي، حاصل کار او و کارل بنز است.
چستر کارلسون (۱۹۰۶-۱۹۶۸): دستگاه زيراکس از نوآوريهاي اوست.
ساموئل کولت (۱۸۱۴-۱۸۶۲): سازندهٔ اسلحهٔ کولت.
سويچيرو هوندا (۱۹۰۶-۱۹۹۱): بنيانگذار شرکت معروف هوندا.
آيزاک سينگر (سينجر) (۱۸۱۱-۱۸۷۵): سازندهٔ نخستين چرخ خياطي خانگي.
آلفرد برنارد نوبل: پايهگذار انديشهٔ جايزهٔ نوبل.
رودولف ديزل: سازندهٔ موتورهاي معروف ديزل که با گازوئيل کار ميکنند.
ماشينها و دستگاههايي که هر نوع محصولي را ساخته و بستهبندي ميکنند.
تجهيزات گردنده مانند پمپها، فشردهسازها (کمپرسورها)، دمندهها، توربوماشينها (توربينها و ...).
موتورهاي درونسوز (موتورهاي احتراق داخلي)
مخزنهاي تحت فشار، رآکتورها، مبادلهکنهاي گرمايي، ديگهاي بخار
سامانههاي لولهکشي
وسيلههاي نقليه مانند خودرو (اتومبيل)، کاميون، اتوبوس، هواپيما و ...
تجهيزات حمل مواد مانند تسمه نقّالهها، روباتها و ...
در زمينهٔ تحليل:
شکست دستگاهها
بهبود عملکرد و قابليت اطمينان
انتقال گرما
ارتعاشات مکانيکي
در زمينهٔ آزمايش:
آزمايش کيفيت، امنيت و قابليت اطمينانِ فرآوردهها، دستگاهها و فرآيندها
همکاري با مهندسان ديگر رشتهها (مانند مهندسي عمران، برق، شيمي و ...) به منظور طراحي واحدهاي توليدکنندهٔ انواع گوناگون فرآوردهها
روند تأثيرپذيري مهندسي مکانيک
ظهور رايانهها و توسعهٔ فنآوري رايانهاي، مهندسي مکانيک را تا حدّ زيادي تحت تأثير قرار داده است. تختههاي ترسيم مهندسي جاي خود را به روشهاي طراحي به کمک رايانه (CAD) دادهاند و نرمافزارهاي محاسباتي پيچيده و توانمند، مهندسان مکانيک را قادر ساختهاند تا بتوانند مسئلههاي تخصصي پيچيده را به گونهاي مطلوب و کارا حل نمايند. همچنين، نگرانيهايي فزايندهاي که در مورد محيط زيست و حفظ آن براي نسلهاي آينده وجود دارد، سبب شده است تا مهندسان مکانيک، در طراحيها و فرآيندهاي ساخت خود، مسئلهٔ حفظ محيط زيست و بهرهوري بهينه از انرژيها و توليد فرآوردههاي قابل بازيافت و دوستدار محيط زيست را لحاظ کنند.
آيندهٔ شغلي مهندسي مکانيک
چشمانداز شغلي مهندسان مکانيک، اميدبخش و بااستحکام است. براي مثال، در ايالات متحدهٔ امريکا، رشد شغلها و حرفههاي مربوط به مهندسي مکانيک، هر سال حدود ۱۶٪ (۳۵ هزار شغل) است و انتظار ميرود اين آهنگ رشد تا سال ۲۰۰۶ ميلادي حفظ شود. مهندسان مکانيک از روزگاران گذشته تا به امروز، اغلب در بخشهاي صنعتي زير نقش عمدهاي ايفا ميکنند:
هوا فضا، خودروسازي، واحدهاي شيميايي، رايانه و الکترونيک، ساختمانسازي، انواع فرآوردههاي مصرفي، انرژي، مشاورهٔ مهندسي و بخشهاي دولتي.
همچنين صنعت پزشکي و داروسازي، فرصتهاي شغلي هيجانانگيزي را براي مهندسان مکانيک به وجود آوردهاند تا نيروها و دانشهاي زيستي را در هم بياميزند.
مباحث اساسي در مهندسي مکانيک
مبحثها و موضوعهاي اساسي مهندسي مکانيک عبارتاند از: ايستاييشناسي (استاتيک)، پوياييشناسي (ديناميک)، مکانيک مادهها (مقاومت مصالح)، ترموديناميک مهندسي، مکانيک شارهها (مکانيک سيالات)، ديناميک سيالات، انتقال گرما (انتقال حرارت)، نظريهٔ کنترل، سيستمهاي کنترلي شامل هيدروليک و پنوماتيک، ارتعاشات، مکاترونيک.همچنين انتظار ميرود يک مهندس مکانيک بتواند مفاهيم اساسي شيمي و مهندسي برق را درک کرده و در طراحي به کار بندد.
مفهوم آنتروپی
والعصر، ان الانسان لفی خسر
قسم به زمان، انسان فی الواقع در خسران است. قرآن کريم
معناي لغوي "خسران" را می توان با مثال هاي زیر روشن نمود.در حالت اول می توان یک آهن فروش را فرض نمود که مقدار معینی آهن را به قیمت 300 تومان در هر کیلوگرم خریده، همان مقدار آهن را به قیمت 200 تومان در هر کیلوگرم می فروشد . در حالت دوم یک یخ فروش رادر نظر بگیرید که 1 تن یخ را به مبلغ 100 تومان در هر کیلوگرم خریده، به مبلغ 300 تومان در هر کیلوگ رم می فروشد . اما بدلیل آب شدن نیمی از یخ تنها موفق به فروش 500 کیلوگرم آن می شود. اکنون سؤال بدین ترتیب مطرح می گردد که فی الواقع خسران براي چه کسی اتفاق افتاده است؟ آهن فروش یا یخ فروش؟ "در خسران بودن " حالت کسی است که از مایه ضرر می دهد . مثلاً یخ فروش گرچه پولش بیشتر شده است اما بدلیل آنکه از مایه که همان یخ است به میزان 500 کیلوگرم را از دست داده است، پس در واقع دچار خسران شده است . وقتی که صحبت از آنتروپی می شود هدف کمی نمودن مقدار خسران با توجه به تعریف ارائه شده می باشد . به عبارت دیگر در مورد یخ فروش ، گرچه از نظر مالی 50 هزار تومان سود برده است اما از نظر مقدار واقعی یخ ضرر نموده است و این خسران بایستی به نوعی اندازه پذیر گردد . درك معنی خسران آسان نیست زیرا آنرا نمی توان حس کرد . به همین ترتیب آنتروپی را نمی توان حس نمود . بعنوان مثال ممکنست گذشت روز و از دسترس خارج شدن زمان خسران محسوب نشود اما یک ضرر مالی و یا پاشیدن گل و آب بر روي لباس براحتی حس شده و بعنوان خسران شناخته شود . براي درك مفهوم آنتروپی بایستی آنرا با نگاه فیزیکی بررسی نمود . به عبارت دیگر تغی یرات در دنیاي مادي را کمی نمود . هنگامیکه یک قطعه یخ پس از ماندن در دماي بیرون آب می شود آنچه که قابل درك است پخش شدن مجموعه اي از مولکول ها یا میزان خاصی از انرژي است که در حالت اول بصورت متمرکز و به شکل یخ وجود
داشتند. در مورد یک سنگ که از ارتفاع بلندي سقوط می کند آنچه که اتفاق می افتد پخش مقداري انرژي د ر طول مسیر سقوط است که قبل از سقوط به صورت متمرکز در سنگ وجود داشته است . سنگ مذکور پس از سقوط در مقایسه با حالت قبل از سقوط چیزي از مایه از دست داده است زیرا انرژي دیگر در اختیار سنگ و بصورت متمرکز نیست، همانطور که مولکول هاي یخ هم دیگر متمرکز نیستند . به همین ترتیب انرژي متمرکز در یک استکان چاي داغ نیز پس از گذشت زمان در فضا پخش می گردد . مفهوم برگشت پذیري و برگشت ناپذیري نیز بدین معناست که آن "دستمایۀ" پخش شده را مجدداً نمی توان متمرکز نمود . این پدیده با آنتروپی تشری ح می گردد. به عبارت دیگر آنتروپی تفا وت حالت اول و دوم را بصورت کمی نشان می دهد .
آنچه که بر تمامی پدیده هاي هستی نیز حاکم است بیانگر این واقعیت می باشد که انرژي هاي متمرکز
می باشند همچون انرژي (Disperse) در حال تبدیل به انرژي هاي پخش شده (Localized) خورشید و یا جریان آبشار.
میوه دادن یک درخت به ظاهر متمرکز شدن انرژي است اما واقعیت آن پخش مجموعه اي از انرژي هاي متمرکز منابع اولیه در تعداد بیشماري میوه می باشد . هنگامی که انسان میوه اي را می خورد نیز انرژي درون میوه که خود حاصل پخش انرژي هاي متمرکز قبلی است مجدداً در بدن انسان گسترده می شود و با عث افزایش دوباره آنتروپی می گردد . پس ذکر این نکته که مفهوم آنتروپی در حال افزایش است به معناي افزایش آن در تمامی فرآیندهاي طبیعی و خود بخودي است چه تبدیل انرژي هاي اولیه به میوه باشد و چه مصرف میوه توسط انسان، در هر دو فرآیند آنتروپی افزایش یافته است.
قانون دوم ترمودینامیک نیز بیان دیگري از همین مطالب است که جهت گیري وقوع پدیده هاي طبیعی را نشان می دهد . طبق قانون دوم، چاي داغ بصورت خود بخود تمایل به خنک شد ن دارد و یا مخزنی با 80 % خلاء تمایل دارد تا خلاءاش را پر کند. نکته دیگر در قانون دوم آنست که تنها تمایل به شدن را نشان می دهد و صحبتی از زمان یا سرعت آن نمی کند مثلاً در م ورد لاستیک ماشین می گوید که باد آن خالی می شود اما زمان آن یا مدت آن ممکن است سال ها به درازا بکشد.
بطور كلي بايد گفت آنتروپی مقداري کمی است که نشان می دهد چه مقدار از داشته هاي اولیه یا همان دستمایه اولیه از دست رفته است . آنتروپی همواره در جهان در حال افزایش است، به عبارت دیگر شرط اتفاق افتادن یک پدیده طبیعی افزایش آنتروپی در حین رخداد آن است که بیان قانون دوم ترمودینامیک نیز همین می باشد . گذر عمر، سرد شدن چاي داغ و جریان آبشار همگی درون خود افزایش آنتروپی را به همراه دارند.
دما:
|
دمای یک سیستم ویژگی است که تعیین میکند آیا یک سیستم با سیستمهای دیگر در تعادل گرمایی قرار دارد یا خیر. |
مفاهیم داغ و سرد برای انسان ، مانند هر موجود زنده دیگر ذاتی است و دمای محیط مجاور را بیلیونها عصبی که به سطح پوسته میرسند، به مغز خبر میدهند. اما پاسخ فیزیولوژیکی به دما اغلب گمراه کننده است و کسی که چشمش بسته است نمیتواند بگوید که آیا دستش با اتوی بسیار داغ ، سوخته یا به وسیله یک تکه یخ خشک شده است. در هر دو حالت احساسی پدید میآید، زیرا هر دو عینا پاسخ فیزیولوژیکی به آسیبی هستند که به نسج رسیده است.
دو ظرف یکسان انتخاب کرده ، در یکی آب گرم و در دیگری آب سرد بریزید. حال یک دست خود را در آب گرم و دست دیگر را در آب سرد فرو برید. حال هر دو دست را در آب نیمگرم وارد کنید. احساس شما چیست؟
قطعا دستی که ابتدا در آب گرم بوده است، آب نیمگرم را سردتر و دست دیگر آن را گرمتر احساس خواهد کرد. بنابراین با این آزمایش ساده میتوان نتیجه گرفت که قضاوت ما در مورد دما میتواند نسبتا گمراه کننده باشد. علاوه بر این گستره حس دمایی ما محدود است و ما به یک معیار معین و عددی برای تعیین دما نیاز داریم.
نخستین وسیله واقعی علمی برای اندازه گیری دما در سال 1592 توسط گالیله اختراع شد. وی برای این منظور یک بطری شیشهای گردنباریک انتخاب کرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگین قرار گرفته بود. با تغییر دما ، هوای محتوی شکم بطری منبسط یا منقبض میشد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین میرفت. در این وسیله ، گالیله توجه نداشت که مقیاس برای سنجش دما بکار ببرد، بطوری که وسیله وی ، بیشتر جنبه دما نما داشت تا جنبه دماسنج.
در سال 1635 ، فردیناند توسکانی ، که به علوم علاقهمند بود، دماسنجی ساخت که درآن از الکل استفاده کرد و سر لوله را چنان محکم بست که الکل نتواند تبخیر شود. سرانجام ، در سال 1640 ، دانشمندان آکادمی لینچی ، در ایتالیا ، نمونهای از دماسنجهای جدیدی را ساختند که در آن جیوه به کار برده و هوا را دست کم تا حدودی ، از قسمت بالای لوله بسته خارج کرده بودند.
توجه به این نکته جالب است که در حدود نیم قرن طول کشید تا دماسنج کاملا تکامل یافت و حال آنکه میان کشف امواج الکترومغناطیسی و ساختن نخستین تلگراف بیسیم ، یا میان کشف اورانیوم و نخستین بمب اتمی چند سالی بیشتر طول نکشید.
برای تعیین یک مقیاس تجربی دما ، سیستمی با مختصات xy را به عنوان استاندارد که ما آن را دماسنج مینامیم، انتخاب میکنیم و مجموعه قواعدی را برای نسبت دادن یک مقدار عددی به دمای وابسته به هر کدام از منحنیهای همدمای آن ، اختیار میکنیم. به هر سیستم دیگری که با دماسنج در تعادل گرمایی باشد، همین عدد را برای دما نسبت میدهیم.
همان وقت که اسحاق نیوتن در کمبریج درباره نور و جاذبه میاندیشید، یک نفر انگلیسی دیگر به نام رابرت بویل ، در آکسفورد سرگرم مطالعه در باب خواص مکانیکی و تراکمپذیری هوا و سایر گازها بود. بویل که خبر اختراع گلوله سربی اوتوفون گریکه را شنیده بود، طرح خویش را تکمیل کرد و دست
به کار آزمایشهایی برای اندازه گیری حجم هوا در فشار کم و زیاد شد.نتیجه کارهای وی چیزی است که اکنون به قانون بویل-ماریوت معروف است و بیان میکند که حجم مقدار معینی از هر گاز در دمای معین با فشاری که بر آن گاز وارد میشود، بطور معکوس متناسب است با فشاری که بر آن گاز وارد میشود.
حدود یک قرن بعد ، ژوزف گیلوساک فرانسوی ، در ضمن مطالعه انبساط گازها ، قانون مهم دیگری پیدا کرد که بیان آن این است: فشار هر گاز محتوی در حجم معین به ازای هر یک درجه سانتیگراد افزایش دما ، به اندازه 273/1 حجم اولیهاش افزایش مییابد. همین قانون را یک فرانسوی دیگر به نام ژاک شارل ، دو سال پیش از آن کشف کرده بود و از این رو اغلب آن را قانون شارل-گیلوساک مینامند. این دو قانون مبنای
ساخت دماسنجهای گازی قرار گرفت.
جنس ، ساختمان و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را بکار میبرند، تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. این دماسنج شامل حبابی از جنس شیشه ، چینی ، کوارتز ، پلاتین یا پلاتین ـ ایریدیم ، ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن بکار میرود )، میباشد که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوهای متصل است. این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار میکند.
دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولا آن را به دور یک قاب نازک میپیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش میآید، جلوگیری کند. در شرایط ویژه میتوان سیم را به دور جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است پیچید یا در داخل آن قرار داد.در گستره دمای خیلی پایین ، دماسنجهای مقاومتی معمولا از مقاومتهای کوچک رادیویی با ترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد، تشکیل میشوند. این دماسنج را میتوان بر روی سطح جسمی که بمنظور اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفرهای که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد.
دماسنج مقاومتی پلاتین را میتوان برای کارهای خیلی دقیق در گستره 253– تا 1200 درجه سانتیگراد بکار برد.
ترموکوپل وسیله دیگری است که برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار میگیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده میگردد. گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل از آن ساخته شده است. گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم ـ رودیوم که 10 درصد پلاتینیوم دارد، از صفر تا 1600 درجه سانتیگراد است.
مزیت ترموکوپل در این است که بخاطر جرم کوچک ، خیلی سریع با سیستمی که اندازه گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در میآید. لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر میکند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.
چيلرهاي جذبي Absorption chiller H2O/LiBr) ( :
در چيلرهاي ابزرپشن مايع مبرد آب مي باشد. براي گرماي نهان تبخير[4] در 100 درجه سانتي گراد به k g/Kcal 525 انرژي نياز داريم، يعني به ازاي هر يك كيلوگرم مايع Kcal 525 انرژي از محيط دريافت مي شود.
دماي جوش آب را مي توان با استفاده از كاهش يا افزايش فشار كم يا زياد كرد. بعنوان مثال اگر در مناطق مرتفع و كوهستاني با ماشين مسافرت كرده باشيد، متوجه خواهيد شد كه آب رادياتور ماشينتان زودتر به جوش آمده است. علت اين مسئله بنابر فرمول(سيالات)P = - gh + P0 قابل تعميم ميباشد بطوريكه با افزايش h مقدار كل P كاهش مي يابد و بنابر اين نكته كه با كاهش فشار دماي به جوش آمدن آب نيز كم مي شود، پس اين مسئله منطقي است كه در ارتفاعات زياد آب زودتر به جوش آيد و برعكس هرچه ارتفاع از سطح دريا كمتر مي شود به نسبت فشار بيشتر مي گردد و دماي جوش آب بيشتر خواهد شد بعنوان مثال دماي جوش آب در ATM 5/3 برابر 147 درجه مي باشد.
در چيلرهاي جذبي مايع ديگري نيز بعنوان ابزوربر براي جذب كردن بخار آب وجود دارد كه در اين نوع چيلر ليتيم برمايد است.
[1] Burner
[2] Direct fire
[3] هر يك تن تبريد توانايي برودت 36 تا 50 متر مربع، بسته به تعداد افراد و نوع كار را دارد.
[4] Latent heat
علت انتخاب اين محلول نمكي قدرت جذب بسيار بالاي بخار آب مي باشد و چون از لحاظ زيست محيطي نيز سمي و قابل اشتعال[1] نمي باشد، در سطح گسترده اي رواج يافته است.
براي درك بهتر از چگونگي عملكرد اين نوع چيلر، مرحله به مرحله به تشريح آن مي پردازيم:
دو ظرف را درنظر بگيريد كه در يكي آب و در ديگري محلول ليتيم برمايد وجود دارد. ظرفي كه آب در آن مي باشد، اواپراتور و ظرف ديگر كه ليتيم برمايد در آن قرار دارد، ابزوربر مي باشد. كار مهمي كه نبايد از آن غفلت كرد، تخيله كامل محفظه از هوا مي باشد كه اين كار توسط پمپ خلاء[2] انجام مي شود(در غير اينصورت عمل جذب بخار توسط ليتيم برمايد دچار اختلال مي شود).
با جذب بخار آب توسط ليتيم برمايد سيكل آغاز مي شود. در نتيجه اين انتقال محيط اواپراتور سرد خواهد شد، زيرا آب گرماي نهان تبخير خود را از محيط مي گيرد و تبخير مي شود و به دليل اينكه محيط گرماي خود را از دست ميدهد خنك مي شود. در اين مرحله است كه ما مي توانيم با قرار دادن يك كوييل كه آب شهري در آن جريان دارد از سرماي ايجاد شده استفاده نماييم.
حال براي اينكه سيستم با افشنسي(راندمان) بالاتري كاركندو يك سيكل گردشي بوجود آيد، وجود چند جزء ديگر الزامي مي باشد.
[1] Unflammable
[2] vacum pomp
يكي از اجزاي اصلي، پمپهاي مبرد و ابزوربر مي باشد(كه لوله هاي هدر و افشانكها[1] جزء تكميلي اين پمپها مي باشند.). اگر آب بصورت افشانكي بر روي محيط اواپراتور پاشيده شود آب زودتر تبخير شده و عمل جذب آن سريعتر انجام مي گيرد. براي مايع جذب كننده نيز درصورت استفاده از پمپ و لولههاي اصلي و افشانكها، قدرت جذب كنندگي افزايش خواهد يافت. تنها نكتهاي كه در اينجا بايد توجه شود اين است كه انرژي الكتريكي مصرفي فقط در اين بخش براي چرخاندن الكتروموتور پمپ بكار مي رود كه مقدار اين مصرف نسبت به كمپرسورهاي چيلرهاي آبي خيلي ناچيز است.
اما استفاده از اين دو پمپ دو مشكل اساسي در سيكل بوجود مي آورد كه وجود چند جزء ديگر را در سيستم طلب مي كند:
1. اينكه محلول ليتيم برمايدمرتبا آب را جذب مي كند و درنتيجه رقيقتر شده، پس از قدرت جذب كنندگي آن نسبت به حالت اوليه كاسته ميشود كه براي رفع اين مشكل از ژنراتور[2] استفاده مي كنند. ژنراتور دستگاهي است كه از كوييلي تشكيل شده و آب داغ و بخار در آن جريان مي يابد. گرماي ناشي از اين آب داغ محلول همراه با آب را تبخير كرده، باعث جدا شدن آب از آن ميشود. محلول غليظ شده و به سمت ابزوربر بر مي گردد.
2. بعلت بوجود آمدن دوباره بخار آب در ژنراتور نتوانستيم سيكل را كامل كنيم. پس با گذاشتن يك كندانسور جهت تبديل بخار به مايع، با برگرداندن اين مايع به اواپراتور سيكل را تكميل مي كنيم. در كندانسور كه از آب برج تغذيه مي كند، دماي بخار آب گرفته شده و آنرا تقطير مي كند. آب گرم شده برج در اثر گرفتن گرماي بخار مجددا به برج برمي گردد تا خنك شود(حداكثر اختلاف دماي بين آب ورودي و خروجي برج 10 درجه فارنهايت يا حدود 50 درجه سانتي گراد در برج ايده آل مي باشد.). (ادامه دارد...)
[1] Header & nozzle
[2] generator
هیدرولیک و پنوماتیک
پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ساختمان :
1- پمپ های دنده ای
2 - پمپ های پره ای
3- پمپ های پيستونی
پمپ ها با جابه جايي مثبت از نظر ميزان جابه جايي :
1- پمپ ها با جا به جايي ثابت
2- پمپ های با جابه جايي متغيير
در يک پمپ با جابه جايي ثابت (Fixed Displacement) ميزان سيال پمپ شده به ازاي هر يک دور چرخش محور ثابت است در صورتيکه در پمپ هاي با جابه جايي متغير (Variable Displacement) مقدار فوق بواسطه تغيير در ارتباط بين اجزاء پمپ قابل کم يا زياد کردن است. به اين پمپ ها ، پمپ ها ي دبي متغير نيز مي گويند.
بايد بدانيم که پمپ ها ايجاد فشار نمي کنند بلکه توليد جريان مي نمايند. در واقع در يک سيستم هيدروليک فشار بيانگر ميزان مقاومت در مقابل خروجي پمپ است اگر خروجي در فشار يک اتمسفر باشد به هيچ وجه فشار خروجي پمپ بيش از يک اتمسفر نخواهد شد .همچنين اگر خروجي در فشار 100 اتمسفر باشد براي به جريان افتادن سيال فشاري معادل 100 اتمسفر در سيال بوجود مي آيد.
اين پمپ ها به دليل طراحي آسان ، هزينه ساخت پايين و جثه کوچک و جمع و جور در صنعت کاربرد زيادي پيدا کرده اند . ولي از معايب اين پمپ ها مي توان به کاهش بازده آنها در اثر فرسايش قطعات به دليل اصطکاک و خوردگي و در نتيجه نشت روغن در قسمت هاي داخلي آن اشاره کرد. اين افت فشار بيشتر در نواحي بين دنده ها و پوسته و بين دنده ها قابل مشاهده است.
پمپ ها ي دنده اي :
1- دنده خارجی External Gear Pumps
2– دنده داخلی Internal Gear Pumps
3- گوشواره ای Lobe Pumps
4- پيچی Screw Pumps
5- ژيروتور Gerotor Pumps
در اين پمپ ها يکي از چرخ دنده ها به محرک متصل بوده و چرخ دنده ديگر هرزگرد مي باشد. با چرخش محور محرک و دور شدن دنده هاي چرخ دنده ها از هم با ايجاد خلاء نسبي روغن به فضاي بين چرخ دنده ها و پوسته کشيده شده و به سمت خروجي رانده مي شود.
لقي بين پوسته و دنده ها در اينگونه پمپ ها حدود ( (0.025 mm مي باشد.
افت داخلي جريان به خاطر نشست روغن در فضاي موجود بين پوسته و چرخ دنده است که لغزش پمپ (Volumetric efficiency ) نام دارد.
با توجه به دور هاي بالاي پمپ که تا rpm 2700 مي رسد پمپاژ بسيار سريع انجام مي شود، اين مقدار در پمپ ها ي دنده اي با جابه جايي متغيير مي تواند از 750 rpm تا 1750 rpm متغيير باشد. پمپ ها ي دنده اي براي فشارهاي تا (كيلوگرم بر سانتي متر مربع200 ) 3000 psi طراحي شده اند که البته اندازه متداول آن 1000 psi است.
اين پمپ ها بيشتر به منظور روغنکاري و تغذيه در فشار هاي کمتر از 1000 psi استفاده مي شود ولي در انواع چند مرحله اي دسترسي به محدوده ي فشاري در حدود 4000 psi نيز امکان پذير است. کاهش بازدهي در اثر سايش در پمپ هاي دنده اي داخلي بيشتر از پمپ هاي دنده اي خارجي است.
3- پمپ هاي گوشواره اي Lobe Pumps
اين پمپ ها از خانواده پمپ هاي دنده اي هستند که آرامتر و بي صداتر از ديگر پمپ هاي اين خانواده عمل مي نمايد زيرا هر دو دنده آن داراي محرک خارجي بوده و دنده ها با يکديگر درگير نمي شوند. اما به خاطر داشتن دندانه هاي کمتر خروجي ضربان بيشتري دارد ولي جابه جايي حجمي بيشتري نسبت به ساير پمپ هاي دنده اي خواهد داشت.
پمپ پيچي يک پمپ دنده اي با جابه جايي مثبت و جريان محوري بوده که در اثر درگيري سه پيچ دقيق (سنگ خورده) درون محفظه آب بندي شده جرياني کاملا آرام ، بدون ضربان و با بازده بالا توليد مي کند. دو روتور هرزگرد به عنوان آب بندهاي دوار عمل نموده و باعث رانده شدن سيال در جهت مناسب مي شوند.حرکت آرام بدون صدا و ارتعاش ، قابليت کا با انواع سيال ، حداقل نياز به روغنکاري ، قابليت پمپاژ امولسيون آب ، روغن و عدم ايجاد اغتشاش زياد در خروجي از مزاياي جالب اين پمپ مي باشد.
عملکرد اين پمپها شبيه پمپ هاي چرخ دنده داخلي است. در اين پمپ ها عضو ژيروتور توسط محرک خارجي به حرکت در مي آيد و موجب چرخيدن روتور چرخ دندهاي درگير با خود مي شود.
در نتيجه اين مکانيزم درگيري ، آب بندي بين نواحي پمپاژ تامين مي گردد. عضو ژيروتور داراي يک چرخ
دندانه کمتر از روتور چرخ دنده داخلي مي باشد.
حجم دندانه کاسته شده ضرب در تعداد چرخ دندانه چرخ دنده محرک ، حجم سيال پمپ شده به ازاي هر دور چرخش محور را مشخص مي نمايد.
تست هوش
این مساله رو انشتین در قرن نوزده مطرح کرده و گفته 98 درصد مردم دنیا قادر به حل اون نیستند. ممکنه ظاهر مساله خسته کننده باشه ولی در باطن اينطور نيست. سعی کنین حتما حلش کنین ببینین چقدر استنتاجتون قویه.
مساله:
1- در یک خیابون 5 خونه وجود داره که با پنج رنگ متفاوت رنگ شدن.
2- تو هر خونه یه نفر با ملیت متفاوت با بقیه زندگی میکنه.
3- هر کدوم از 5 صابخونه یه نوشیدنی متفاوت, یه مارک سیگار متفاوت دوست داره و یه حیوون متفاوت تو خونه نگهداری میکنه
سوال اینه که کی تو خونه ماهی نگهداری میکنه با این شرطها که:
1- انگلیسه خونه اش قرمزه
2- سوئدیه تو خونه سگ نگه میداره
3- دانمارکیه چای دوست داره
4- خونه سبز رنگ سمت چپ خونه سفیده
5- صاحب خونه ی سبز رنگ قهوه دوست داره
6- کسی که سیگار پالمال میکشه پرنده نگهداری میکنه
7- صاحب خونه زرد رنگ سیگار دانهیل میکشه
8- مردی که تو خونه وسطی زندگی میکنه شیر دوست داره از نوشیدنی ها(نه حیوونا)
9- نروژیه تو اولین خونه زندگی میکنه
10- مردی که بلندز میکشه همسایه اونیه که گربه نگهداری میکنه
11- مردی که اسب نگهداری میکنه همسایه مردیه که دانهیل میکشه
12- مردی که بلو مستر میکشه آبجو دوست داره(ببخشید ماءالشعیر)
13- آلمانیه سیگار پرنس میکشه
14- نروژیه همسایه اونیه که خونه اش آبیه
15- مردی که بلندز میکشه همسایه ای داره که آب دوست داره بین نوشیدنیها
مهندسي معكوس چيست؟
مقدمه:
اگر سابقه ي صنعت و چگونگي رشد آن در كشورهاي جنوب شرقي آسيا را مورد مطالعه قرار دهيم به اين مطلب خواهيم رسيد كه در كمتر مواردي اين كشورها داراي ابداعات فن آوري بوده اند و تقريبا در تمامي موارد، كشورهاي غربي (آمريكا و اروپا) پيشرو بوده اند. پس چه عاملي باعث اين رشد شگفت آور و فني در كشورهاي خاور دور گرديده است؟
در اين نوشتار به يكي از راهكارهاي اين كشورها در رسيدن به اين سطح از دانش فني مي پردازيم.
در صورتي كه به طور خاص كشور ژاپن را زير نظر بگيريم، خواهيم ديد كه تقريبا تمامي مردم دنيا از نظر كيفيت، محصولات آنها را تحسين مي كنند ولي به آنها ايراد مي گيرند كه ژاپني ها از طريق كپي برداري از روي محصولات ديگران به اين موفقيت دست يافته اند.
اين سخن اگر هم كه درست باشد و در صورتي كه كپي برداري راهي مطمئن براي رسيدن به هدف باشد چه مانعي دارد كه اين كار انجام شود.اين مورد، به خصوص درباره ي كشورهاي در حال توسعه ويا جهان سوم به شكاف عميق فن آوري بين اين كشورها و كشورهاي پيشرفته دنيا، امري حياتي به شمار مي رود و اين كشورها بايد همان شيوه را پيش بگيرند(البته در قالب مقتضيات زمان و مكان و ساير محدوديت ها) به عنوان يك نمونه، قسمتي از تاريخچه ي صنعت خودرو و آغاز توليد آن در ژاپن را مورد بررسي قرار مي دهيم:
توليد انبوه خودرو در ژاپن قبل از جنگ جهاني دوم ودر سال 1920 بوسيله ي كارخانه هاي "ايشي كاواجيما" آغاز شد كه مدل ژاپني فورد آمريكايي را كپي كرده و به شكل توليد انبوه به بازار عرضه نمود.
همچنين شورلت ژاپني AE جزو اولين خودرو هاي كپي شده آمريكايي توسط ژاپني ها بود كه به تعداد زياد توليد مي شد. سپس با تلاش هاي فراواني كه انجام شد(آنهم در شرايط بحراني ژاپن در آن دوره) مهمترين كارخانهي خودرو سازي ژاپن يعني "تويوتا" درسال 1932 فعاليت خود را با ساخت خودرويي با موتور "كرايسلر" آغاز نمود ، در سال 1934، نوع ديگري از خودرو را با موتور"شورلت" ساخته و وارد بازار نموده و از سال 1936، اولين تلاش ها براي ساخت خودروي تمام ژاپني آغاز شد. البته تا مدت ها ژاپني ها مشغول كپي برداري از اتومبيل هاي آمريكايي و اروپايي بودند.
آنها خودروي پاكارد و بيوك آمريكايي و رولزرويس، مرسدس بنز و فيات اروپايي را نيز توليد كردند كه همين توليدها زمينه ساز گسترش فعاليت خودروسازي ژاپن شد و سرانجام در دهه ي 1960 ميلادي پس از سعي و كوشش فراوان ، اولين اتومبيل تمام ژاپني كه ضمنا داراي استاندارد جهاني بود، توليد و به بازار عرضه شد.
در تمامي مطاب فوق رد پاي يك شگرد خاص و بسيار مفيد به چشم مي خورد كه "مهندسي معكوس"(Reverse Engineering ) نام دارد.
مهندسي معكوس روشي آگاهانه براي دستيابي به فن آوري حاضر و محصولات موجوداست. در اين روش، متخصصين رشته هاي مختلف علوم پايه و كاربردي از قبيل مكانيك، فيزيك و اپتيك، مكاترونيك، شيمي پليمر، متالورژي،الكترونيك و ...جهت شناخت كامل نحوه ي عملكرد يك محصول كه الگوي فن آوري مذكور مي باشد تشكيل گروه هاي تخصصي داده و توسط تجهيزات پيشرفته و دستگاه هاي دقيق آزمايشگاهي به همراه سازماندهي مناسب تشكيلات تحقيقاتي و توسعه هاي R&D "سعي در به دست آوردن مدارك و نقشه هاي طراحي محصول فوق دارند تا پس از مراحل نمونه سازي (Prototyping) و ساخت نيمه صنعتي (Pilot plant) در صورت لزوم ، توليد محصول فوق طبق استاندارد فني محصول الگو انجام خواهد شد . همان گونه كه اشاره شد استفاده از روش مهندسي معكوس براي كشورهاي در حال توسعه يا عقب مانده روش بسيار مناسبي جهت دسترسي به فن آوري ، رشد و توسعه ي آن مي باشد. اين كشور ها كه در موارد بسياري از فن آوري ها در سطح پاييني قرار دارند، در كنار روش ها و سياست هاي دريافت دانش فني، مهندسي معكوس را مناسب ترين روش دسترسي به فن آوري تشخيص داده و سعي مي كنند با استفاده از روش مهندسي معكوس، اطلاعات و دانش فني محصولات موجود ، مكانيزم عمل كرد و هزاران اطلاعات مهم ديگر را بازيابي كرده و در كنار استفاده ار روش هاي مهندسي مستقيم (Forward Engineering) و روش هاي ساخت قطعات ، تجهيزات ، تسترهاي مورد استفاده در خط مونتاژ و ساخت مانند قالب ها ،گيج و فيكسچر ها و دستگاههاي كنترل، نسبت به ايجاد كارخانه اي پيشرفته و مجهز جهت توليد محصولات فوق اقدام نمايند. همچنين ممكن است مهندسي معكوس، براي رفع معايب و افزايش قابليت هاي محصولات موجود نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. به عنوان مثال در كشور آمريكا ، مهندسي معكوس توسط شركت "جنرال موتور" بر روي محصولات كمپاني "فورد موتور" و نيز برعكس، براي حفظ وضعيت رقابتي و رفع نواقص محصولات به كار برده شده است.
بسياري از مديران كمپاني هاي آمريكايي، هر روز قبل از مراجعت به كارخانه، بازديدي از جديدترين محصولات عرضه شده در فروشگاه ها و نمايشگاه هاي برگزار شده انجام داده و جديدترين محصولات عرضه شده مربوط به محصولات كمپاني خود را خريداري نموده و به واحد تحقيق و توسعه (R&D) تحويل مي دهند تا نكات فني مربوط به طراحي وساخت محصولات مذكور و آخرين تحقيقات ، هر چه سريع تر در محصولات شركت فوق نيز مورد توجه قرار گيرد.
جالب است بدانيد كه مهندسي معكوس حتي توسط سازندگان اصلي نيز ممكن است به كار گرفته شود . زيرا به دلايل متعدد، نقشه هاي مهندسي اوليه با ابعاد واقعي قطعات (مخصوصا زماني كه قطعات چندين سال پيش طراحي و ساخته و به دفعات مكرر اصلاح شده اند)مطابقت ندارد براي مثال جهت نشان دادن چنين نقشه هايي با ابعاد واقعي قطعات و كشف اصول طراحي و تلرانس گذاري قطعات، بخش ميكروسويچ شركت(Honywell) از مهندسي معكوس استفاده نموده و با استفاده از سيستم اندازه گيري CMM (Coordinate Measuring Machine) با دقت و سرعت زياد ابعاد را تعيين نموده و به نقشه هاي مهندسي ايجاد شده توسط سيستم CAD منتقل مي كنند.
متخصصين اين شركت اعلام مي دارند كه روش مهندسي معكوس و استفاده از ابزار مربوطه، به نحو موثري زمان لازم براي تعمير و بازسازي ابزارآلات ، قالب ها و فيكسچرهاي فرسوده را كم مي كند و لذا اظهار مي دارند كه "مهندسي معكوس زمان اصلاح را به نصف كاهش ميدهد."
مهندسين معكوس، اضافه بر اينكه بايد محصول موجود را جهت كشف طراحي آن به دقت مورد مطالعه قرار دهند، همچنين بايد مراحل بعد از خط توليد يعني انبارداري و حمل و نقل را از كارخانه تا مشتري و نيز قابليت اعتماد را در مدت استفاده ي مفيد مورد تجزيه و تحليل قرار دهند. چرا كه مثلا فرايند آنيلينگ مورد نياز قطعه،ممكن است براي ايجاد مشخصات مورد نظر در هنگام عمل كرد واقعي محصول يا در طول مدت انبارداري و حمل و نقل طراحي شده و لزوم وجود آن تنها در هنگام اجراي مراحل مذكور آشكار خواهد شد.
چه بسا كه بررسي يك پيچ بر روي سوراخي بر بدنه ي محصول(كه به قطعات و اجزاي ديگر متصل نشده) ، متخصصان مهندسي معكوس را ماه ها جهت كشف راز عملياتي آن به خود مشغول كند، غافل از اينكه محل اين پيچ، امكاني جهت تخليه ي هوا، تست آب بندي يا امكان دسترسي به داخل محصول جهت تست نهايي مي باشد. از سوي ديگر مهندسين معكوس بايد عوامل غير مستقيمي را كه ممكن است در طراحي و توليد محصول مذكور تاثير بگذارند، را به دقت بررسي نمايند. به دليل اينكه بسياري از اين موارد با توجه به خصوصيات و مقتضيات زماني و مكاني ساخت محصول مورد نظر، توسط سازندگان اصلي توجيه پذير باشد اما ماجراي آن به وسيله ي مهندسين معكوس فاجعه ساز باشد. مثلا فرايند توليد قطعات تا حدود قابل توجهي بستگي به تعداد محصولات مورد نياز و ... دارد . اگر تعداد محصولات مورد نياز جهت كشور ثانويه در بسيار كمتر از كشور اصلي كه در حد جهاني و بينالمللي فعاليت نموده ، باشد پس به عنوان مثال تعيين فرايند يك قطعه با باكاليتي (نوعي مواد پليمري) از طريق ساخت قالب هاي چند حفره اي با مكانيزم عملكرد خود كاربا توجه به معضلات پخت قطعه در داخل قالب ، مي تواند براي مجريان مهندسي معكوس فاجعه ساز باشد ( اگر كه اين مهندسان از فرايند هاي ساده تر با توجه به تيراژ توليد محصول و نيز خصوصيات تكنولوژيكي كشور خود استفاده نكنند.) بنابراين، مرحله ي بعد از كشف طراحي، تطبيق طراحي انجام شده بر مقتضيات زماني و مكاني كشور ثانويه ميباشد كه بايد به دقت مورد توجه متخصصين مهندسي معكوس واقع شود.
خلاصه اينكه مهندسي معكوس ممكن است يك كاربرد غير معقول و نامناسب از كاربرد هنر و علم مهندسي به نظر برسد، اما آن يك حقيقت از زندگي روزمره ي ما به شمار مي رود.
توربينهاي گازي
مقدمه :
از زمان تولد توربينهاي گازي امروزي در مقايسه با ساير تجهيزات توليد قدرت , زمان زيادي نمي گذرد . با اين وجود امروزه اين تجهيزات به عنوان سامانه هاي مهمي در امر توليد قدرت مكانيكي مطرح مي باشند . از توليد انرژي برق گرفته تا پرواز هواپيماهاي مافوق صوت همگي مرهون استفاده از اين وسيله سودمند مي باشند . ظهور توربينهاي گازي باعث پيشرفت زيادي در رشته هاي مهندسي مكانيك , متالورژي و ساير علوم مربوطه گشته است . بطوري كه پيدايش سوپرآلياژهاي پايه نيكل و تيتانيوم به خاطر استفاده آنها در ساخت پره هاي ثابت و متحرك توربينها كه دماهاي بالايي در حدود 1500 درجه سانتيگراد و يا بيشتر را متحمل مي شوند, از سرعت بيشتري برخوردار شد . به همين خاطر امروزه به تكنولوژي توربينهاي گازي تكنولوژي مادر گفته مي شود و كشوري كه بتواند توربينهاي گازي را طراحي كند و بسازد هر چيز ديگري را هم مي تواند توليد كند .
همانطور كه بيان گرديد از اين تجهيزات در نيروگاهها براي توليد برق ( معمولا براي جبران بارپيك) موتورهاي جلوبرنده (هواپيما ,كشتيها و حتي خودروها) , در صنايع نفت و گاز براي به حركت درآوردن پمپها و كمپرسورها در خطوط انتقال فراورده ها و... استفاده مي شود كه امروزه كاربرد توربينهاي گازي در حال گسترش مي باشد .
اجزاي توربينهاي گازي :
به طور كلي كليه توربينهاي گازي از سه قسمت تشكيل
مي شوند :
1.كمپرسور 2.محفظه احتراق 3.توربين
كه بنا به كاربرد قسمتهاي ديگري نيز براي افزايش راندمان و كارايي به آنها اضافه مي شود . به عنوان مثال در برخي از موتورهاي هواپيماها قبل از كمپرسور از ديفيوزر و بعد از توربين از نازل استفاده مي شود . كه دراين رابطه بعدها مفصلاً بحث خواهد گرديد
سيكل توربينهاي گازي :
همانطوركه قبلا بيان گرديد توربينهاي گازي از نظر كاربردي به دو گروه صنعتي و هوايي تقسيم مي شوند كه نوع اول در صنعت و نوع دوم در هوانوردي مورد استفاده قرار مي گيريند . كه ذيلا در ارتباط با هركدام از آنها بحث خواهيم نمود .
توربينهاي گازي صنعتي :
منظور از توربينهاي گازي صنعتي اشاره به كاربرد آنها غير از بخش هوانوردي مي باشد .
توربينهاي گازي كه در صنعت برق مورد استفاده قرار مي گيرند داراي ظرفيتهاي متفاوتي مي باشند .
توربينهاي گازي هوايي يا موتورهاي جت :
همانطور كه گفته شد سيكل توربينهاي گازي موتورهاي هواپيما شبيه به توربينهاي گازي صنعتي مي باشد بجز اينكه قبل از ورود هوا به كمپرسور از يك ديفيوزر و بعداز توربين از يك نازي براي بالا بردن سرعت گازهاي خروجي و حركت هواپيما به سمت جلو استفاده مي كنند . اين گازهاي پرسرعت بر هواي خارج از موتور نيرويي وارد مي كنند كه طبق قانون سوم نيوتن نيروي عكس العمل آن سبب حركت هواپيما به سمت جلو مي شود . شايان ذكر است كه نازل در هواپيماهاي جت از نوع متغير مي باشد . يعني دهانه آن با توجه به دبي (گذرجرمي) گازهاي خروجي قابل تغييرو تنظيم است .
موتورهاي هواپيما انواع مختلفي دارند كه به دو سته كلي تقسيم مي شوند :
1- موتورهاي پيستوني :
كه از نظر كاري شبيه به موتور خودروها مي باشند.
2- موتورهاي توربيني :
اين موتورها به سه دسته كلي توربوجت, توربوفن و توربوپراپ تقسيم بندي مي شوند.
توربوجتها اولين موتورهاي جت مي باشند كه امروزه به دليل مسائلي مثل صداي زياد و آلودگي محيط زيست بجز در موارد خاص استفاده اي از انها نمي شود . توربوفنها نوع پيشرفته موتورهاي توربوجت هستند . به اين صورت كه رديف اول كمپرسور در اين موتورها به عنوان فن عمل كرده و مقداري از هواي ورودي به موتور را از اطراف موتور by pass كرده كه اين عمل علاوه بر افزايش نيروي جلوبرندگي باعث كاهش صدا,آلودگي محيطي و ... مي شود .
در موتورهاي توربوفن با اتصال يك ملخ به گيربكس و سپس به كمپرسور , نيروي جلوبرندگي ايجاد مي شود . در اين حالت سعي مي شود كه بيشترين انرژي جنبشي گازها صرف چرخاندن توربين و از آنجا كمپرسور و در نتيجه ملخ شود . وجود گيربكس به اين خاطر است كه سرعت دوراني ملخ از حد معيني تجاوز نكند . يعني بايد سرعت انتهاي ملخ از عدد ماخ كوچكتر باشد . زيرا سرعتي بيش از اين سبب ايجاد ارتعاشات شديد و در نتيجه شكستگي ملخ مي شود.
موتورهاي توربوشفت نيز نوعي موتور توربوپراپ مي باشند كه از آنها جهت به حركت درآوردن هليكوپترها استفاده مي شود .بطور كلي موتورهاي توربوپراپ بدليل اينكه در ارتفاع پروازي كم از قدرت زيادي برخوردار هستند از آنها در هواپيماهاي ترابري استفاده مي شود ( مثل C130 )
1- راندمان حرارتي (Thermal Efficiency)
به اين راندمان اصطلاحاً راندمان داخلي internal efficiency نيز مي گويند و عبارت است از نسبت بين انرژي سينتيك گازها و كل انرژي حرارتي سوخت .
اين راندمان در موتورهاي جت حدود 35 درصد و بستگي به ضريب تراكم و درجه حرارت احتراق دارد و هرچه اين دو عامل زياد شوند, راندمان حرارتي نيزافزايش پيدا خواهد كرد .
2-راندمان جلوبرندگي(Propulsive Efficiency)
اين راندمان را مي توان بانسبت انرژي جلوبرندگي مفيد برمجموع اين انرژي وانرژي غيرمفيدجت تعريف نمود . به عبارتي ديگر, راندمان جلوبرندگي حاصل تقسيم كارانجام شده برروي هواپيما بر انرژي سينتيك گازها مي باشد .
اگر اين مقدار (راندمان جلوبرندگي)كاهش يابد راندمان كل توربين افزايش مي يابد . اين راندمان در موتورهاي جت 85 درصد است .
4-راندمان كلي (Overal Efficiency)
اين راندمان تلفيقي از دو راندمان قبل مي باشد يعني , نسبت كار انجام بر هواپيما به انرژي ناشي از سوخت . راندمان كلي موتورهاي جت حدود 30 درصد است .
5-مصرف ويژه سوخت((Specific Fuel Consumption-SFC
منظور از اين واژه مقدار سوخت مصرفي(gr or lb) به ازاي واحد تراست (N or lb) در ساعت است.
در عالم پر ازدحام: تنها يا ... !!!؟؟؟
اگر قرار باشد حيات در محلي خاص پا بگيرد و توسعه يابد ميتوان گفت كه چند شرط زير بايد برقرار باشد :
1- جريان آزاد انرژي :
هر يك از چند نوع مختلف انرژي كفايت ميكند از جمله :
-انرژي نوراني - انرژي شيميائي مانند روي زمين - تابش فروسرخ
- تابش پرتو x - جريان ذرات باردار - تفاوتهاي گرمائي
- انرژي هسته اي
2- سامانه اي مادي كه :
قادر به بر همكنش با انرژي باشد و از آن براي تبديل شدن به نظم سود جويد .
نوكلئيك اسيدها و پروتئينهاي زميني الزاما نبايد شالوده اين نظم باشند . در واقع نيازي هم نيست كه حتما بر واكنشهاي شيميايي متكي باشند بلكه ممكن است مبتني بر حركت ذرات يا چرخشهاي مولكولي باشد .
ولي برخي سامانه ها براي انجام واكنش بر سامانه اي ديگر برتري دارند مثلا يك مايع يا گاز متراكم بر يك جسم جامد براي انجام واكنشها ترجيح دارد .
و يا هليم به عنوان پيدايش و توسعه يك سامانه نظام مند و مبتني بر تكثير تركيبات شيميايي انتخابي نامناسب است .
3- زمان كافي براي پيدايش پيچيدگي كه آن را به حيات نسبت ميدهيم :
اين مسئله اي بحراني است كه خود گستره حيات در عالم را رقم ميزند .
مثلا :
سرعت فرآيندهاي شيميائي ميان مولكول هاي با فاصله زياد كه در فضا پراكنده شده اند ممكن است چنان كند باشد تمام عمر عالم هم براي پيدايش نظمي قابل توسعه كفايت نكند .
يا
تغييري عمده و شديد در محيط همچون تبديل يك ستاره به ابرنواختر ممكن است شالوده اي را كه نظم بر مبناي آن انباشته شده است را نابود سازد .
انواع حيات :
-- شيميايي -- فيزيكي
**چند نوع حيات بر مبناي شيميايي :
1) حيات در آمونياك :
آمونياك مايع كه شايد كمي آب هم داشته باشد به عنوان حلال قابل استفاده است . اين وضعيت ممكن است در سياراتي تا دماي زير 50 درجه سانتي گراد امكان پذير باشد . در سوخت و سازها،پيوندهاي سست تر شيميايي ، مانند نيتروژن ، برتري دارند .
2) حيات در هيدروكربنها :
مخلوطي از هيدروكربنها كار حلال را ميكنند . بسته به ماهيت تركيبات مخلوط طيف گسترده اي از دماهاي مختلف را ميتوان در نظر گرفت . فرآيندهايي كه در آن گونه هاي باردار دخيل اند نقش اندكي دارند . واكنشهاي كاهشي،مانند هيدروژن دار كردن به عنوان چشمه انرژي قابل بهره برداري هستند .
3) حيات سيليكاتي :
سيليكاتها داراي يك شيمي سرشار از گرايش به تشكيل زنجيره ها ، حلقه ها ، و ورقه ها هستند ، همانطور كه در كانيهاي زميني نيز به چشم ميخورد . كيرنز-اسميت استدلال كرده است كه لايه سيليكاتهاي بلوري به منزله شكلي ابتدائي از حيات در زمين اوليه عمل كرده است و به تدريج با تكامل به شكل حيات مبتني بر كربن در آمده است . بنيان ديگري براي حيات سيليكاتي ممكن است در محيطهائي بسيار داغ پا بگيرد . در دمائي بالاتر از 1000 درجه سانتي گراد ، محيط شكل مايع به خود ميگيرد و ممكن است به عنوان مكمل نظم شيميايي عمل كند .
حيات شيميايي جايگزين در منظومه شمسي :
فهرستي از اميد بخش ترين مكان ها براي حيات در منظومه شمسي :
زمين : در مواد گداخته دروني ،يا در جايگاههاي ويژه اي در روي سطح
مريخ:اگر حيات وجود داشته باشد احتمالا مبتني بر آب و كربن دي اكسيد است.
مشتري:احتمالهاي گوناگون در مناطق مختلف است .
اروپا:حيات در اقيانوسهاي آب زير پوسته آن
يو و زهره:در گوگرد مايع
تايتان:حيات مبتني بر هيدروكربن يا آمونياك
**چند نوع حيات بر مبناي فيزيكي :
1)حيات پلاسمائي در ستارگان :
اين حيات مبتني بر تاثير متقابل طرحهاي نيروي مغناطيسي و حركت منظم ذرات باردار است . اين نوع حيات ممكن است درون خورشيد خودمان هم باشد . چنين موجوداتي پلاسموب نام دارند.
2)حيات در هيدروژن جامد:
اين نوع حيات ممكن است در سياره هاي با دماي دو يا سه كلوين پيدا شود . انرژي فروسرخ جذب شده و و در تركيب خاص مولكولهاي اورتو – و پارا – هيدروژن ذخيره ميشوند .
3)حيات تابشي :
اين نوع حيات مبتني بر طرحهاي منظم تابش گسيلي از اتمها و مولكول هاي منزوي در يك ابر متراكم ميان ستاره اي خواهد بود .چنين ابرهائي پيش از هم پاشيدن عمر درازي دارند . اين اتمها و مولكولها با چگالي 10000 اتم در هر سانتي متر مكعب ممكن است ميليونها سال دوام بياورند . موجوداتي منفرد به نام راديوب ممكن است وجود داشته باشند .
4)حيات در ستاره نوتروني :
اين حيات مبتني بر خصوصيات اتمهاي بسياري است كه مالكم رادرمن فيزيكدان پيشنهاد كرده است . ممكن است اين زنجيره هاي بسپار ، اطلاعات را به گونه اي ذخيره و مخابره كنند كه شباهتي خيره كننده به كاركرد نوكلئيك اسيدها داشته باشند .
بهينه سازي مصرف انرژي
در جهان حاضر مرسوم است که مولفه های قدرت ملی يک کشور را مرکب از چهار قدرت علمی و فرهنگی، اقتصادی، سياسی و نظامی می دانند.
اگرچه امروزه نسبت به اينکه کداميک از اين قدرتهای چهارگانه حرف اول را می زند بحثهای مختلفی وجود دارد ، اما بدون شک اين چهار قدرت با هم ارتباط تنگاتنگ داشته و هر يک بر ديگری تأثير (مسقتيم يا غير مستقيم) خواهد داشت.ولي آنچه امروزه به نظر ميرسد قدرت علمي است كه بر سه عامل ديگر سايه افكنده است ، بطوري كه در جهان امروز سياست مدارن با استفاده از سلاح علم از منافع كشور خود دفاع ميكنند .
اين در حالي است كه كشورايران بعد از انقلاب به اين واقعيت مهم دست يافته است ، هرچند كه در سالهاي قبل از انقلاب از كشورهاي پيشرفته عقب مانده بود و ازخود را صرفاٴيك كشور مصرفي بار آورده بوديم ، ولي امروزه به جايي رسيده ايم كه كشور هاي غربي از وجود ايراني با پايه علمي قدرتمند در كنار خود احساس وحشت ميكنند .چون وجود كشوري مسلمان و قوي در كنار كشورهاي غيرمسلمان اعلام خطري است به آنان كه آرزوي مصرفي ماندن آن را در سرمي پروراندند.
ايران ما با پيشرفت همزمان در علوم مختلف نظير توليد سلولهاي بنيادي و بايو و نانو تكنولوژي و انرژي هسته اي و بكارگيري آن در صنايع داروسازي و پزشكي و انرژي و... توانسته خود را به كشورهاي صاحب علم نزديك كند.
دراين راه نكاتي وجود دارد كه بايد به آن توجه خاصي داشت ،درصنعت كشور ما نارسايي هاييي از قبل بچشم ميخورد كهبصورت اپيدمي در آمده ،كه با اصلاح آن ميتوانيم سريعتر راه توسعه را بپيماييم
براي رسيدن به توليد اقتصادي در صنايع بايد از اقتصاد صنعتي ، بيشتر در صنايع كشورمان استفاده شود .يكي از فكرهاي غلطي كه بعضي از مديران (شايد ناخواسته ) به انجام آن دست ميزنند ، شعار توليد بيشتر با هرهزينه اي ميباشد كه در صنايع دولتي فراوان به چشم ميخورد .
اين شعار با اينكه افزايش توليد را به همراه خود دارد ولي استهلاك دستگاههاي كه بيشتر از توليد اسمي خود كار ميكنند را نيز بدوش مي كشد ، عواقب بعدي اين مسئله را بايد مد نظر قرار داد كه خارج شدن دستگاه از خط توليد در چند سال بعد چه خسارت هاي هنگفتي به كشور وارد ميكند . افزايش توليد بايد در كنار كاهش هزينه ها باشد ،چرا بايد پولهاي مملكت در قسمت هاي ديگر كارخانه بي رويه حرام شود و كوچكترين دلسوزي از طرف مديران قسمتها در زمينه كاهش هزينه هاي خود نشود ، واز طرف ديگر با افتخار به اينكه توليدمان زياد شده آنرا بوق و كرُنا كنيم .
در زمينه انرژي نيزمتاسفانه تفكري غلط در بين مديران كشور وجود داشته (كه در دولت جديد نشانه هايي از اصلاح آن بچشم ميخورد) كه خواهان توليد هرچه بيشتر نفت و گا ز بخاطر مصرف داخلي د رگرمايش منازل يا توليد برق و صادرات آن بودند .
كه من اين تفكر را غلط ميدانم چون انرژي فسيلي ميليونها سال طول كشيده كه بوجود آمده و در حال حاضر به نسل امروز رسيده چرا بايد با سوختن آن اين انرژي بالقوه را دود كنيم .
اين طور مصرف كردن سوخت بازده برگشتي براي كشور ندارد . يعني منابع زير زميني بجاي اينكه به منابع رو زميني نظير كارخانه ها تبديل شود فقط صرف هزينه هاي روزانه كشور ميشود.
پيشنهاد ميشود برا ي تاٴمين سوخت گرمايشي به انرژي هاي نو و سوخت هاي جايگزين نظير انرژي خورشيدي براي تامين گرمايش و يا از انرژي بادي و انرژي زمين گرمايي وسدهاو نيروگاههاي آبي براي تاٴمين برق منازل كشور استفاده شود .با متمركز كردن صنايع كشور در يك منطقه خاص و ساخت نيروگاههاي هسته اي در كنار آنها نياز صنعت به برق و انرژي را مرتفع كرد . (چون توليد نيروگاههاي هسته اي با توان بيش از 3000 مگاوات جاي چند ده نيروگاه گازي را ميگيرد .)
با اينكار به دو نشان ميزنيم يكي آنكه در مصرف سوخت فسيلي مان صرفه جويي كرديم و دوم آنكه با جدا ساختن مصارف خانگي و صنعتي ميتوانيم از هزينه هاي جانبي مانند تلفات برق درمسير توليد آن در نيروگاهها به سمت مكانهاي مصرفي جلوگيري كنيم .
در حال حاضر پيشنهاد ديگري هم كه بنظر ميرسد اين است كه بايد از توليد زياد چاههاي نفت داخل مرزها جلوگيري كرد و بسمت افزايش استخراج و توليد در چاههايي كه با كشور هاي عربي مشترك هستيم و چاههاي نفت خزر كه با كشور هاي مشترك المنافع شريك هستيم برويم تا با اينكار جلوي مصرف بيش از حد اين كشورها از حوزه هاي مشترك نفتي گرفته شود و بيشتر از اين به منافع كشور ما خسارت وارد نشود .با يد اين فكر در بين ما ايراني ها جا بيفتد كه بايد درب چاههاي نفت خود را در مرزهاي داخلي ببنديم و به توليد جايگزين فكر كنيم .اين را فراموش نكنيم كه ما در مقابل نسلهاي آينده مسئوليم!
خراساني پاييز 1385
مقدمه
مس از اولين فلراتي است كه بشر مورد استفاده قرارداد چنانچه كه دوره خاصي نيز به نام آن يعني عصر مس نام نهاده شده است. پس از آن "عصر مفرغ" و سپس با كشف آهن "عصر آهن" روي كار آمد. هر چند كه در زمان پيش از صنعتي شدن جهان آهن به عنوان فلز اصلي جهت ابزار و سلاح جاي مس را گرفت، اما مس هم در آن زمان براي ظروف و تزئينات به علت چكش خوري خوب مورد استفاده بود. تا اينكه صنعتي شدن دنيا نه تنها از اهميت آن نكاست بلكه با رشد صنعت مخصوصاً كشف الكتريسته و استفاده گسترده از اين انرژي و سهولت انتقال آن و تبديل اين انرژي به انرژي هاي ديگر موارد مصرف مس را بسيار گسترده كرد. هم اكنون در مورد فلزات غير آهني بعد از آلومينيم، مس بيشترين ميزان مصرف را دارا است .خواص مهم شيميايي و فيزيكي مس كه در فصل اول بدان اشاره شد اهميت مصرف مس را در صنعت امروز جهان نمايان مي سازد.
مصرف مس در صنايع مختلف
ميزان و نحوه مصرف هر ماده اي بستگي به خواص فيزيكي و شيميايي آن ماده دارد. از آنجايي كه فلز مس داراي خواص ارزنده اي است در همه بخشهاي صنعت سهم عمده اي دارد. مهمترين خواص مس عبارتند از: قابليت الكتريكي و حرارتي بالا بعد از نقره، مقاومت در برابر خوردگي ، چكش خواري عالي، قابليت ماشين كاري، سختي كم، استحكام كششي خوب و خاصيت آلياژي عالي، بر اين اساس مصارف اصلي مس عبارتنداز:
1) الكتريكي: مس بهترين فلز ارزان قيمت جهت هدايت الكتريسته است. علاوه بر هدايت الكتريكي عالي، خواص استحكام كششي، شكل پذيري و مقاومت در برابر خوردگي مس را بهترين، ايمن ترين و بهينه ترين رسانا براي ساخت سيم و كابل قرارداده است. همچنين مس در ساخت كابل فشار قوي در ولتاژهاي بالا، متوسط و پايين كاربرد دارد.
در حال حاضر افزايش كاربرد انرژي الكتريكي كه كارايي بسيار زيادي دارد در رأس پروژه هاي تحقيقاتي بسياري از شركتها قرار دارد. چرا كه موتورها و ترانسفورماتورها پر بازده بوده و گسترش و بهبود چنين تكنولوژي هايي علاوه بر افزايش بازدهي انرژي، آلودگي گازهاي گلخانه اي را كاهش داده واستاندارد زندگي را در محيطي سبز افزايش مي دهد. از آنجايي كه فلز مس يكي از اجزاء اصلي موتورها و ترانسفورماتورها است لذا روز بروز بر اهميت آن افزوده شده و مصرف آن افزايش مي يابد.
2) الكترونيك و مخابرات: معرفي فيير نوري به دنياي ارتباطات منجر به يك انقلاب در صنعت مخابرات شد. اما با وجود جايگزيني فلز مس توسط فيبرهاي نوري در سيستم توزيع مخابرات عملاً از تقاضاي مس كاسته نشده، بلكه با گسترش مخابرات مس همچنان به عنوان بهترين هدايت كننده براي دورترين و نزديكترين نقاط مصرف بيشتري يافته است. خطوط تلفن داخلي، شبكه هاي گسترده محلي، كامپيوترهاي شخصي و ساير سخت افزار هاي محلي به مس به عنوان ارتباط دهنده نيازمندند. خطوط ديجيتالي تلفن (خطوط ديتا)، نيمه رساناها و ميكروپروسسورها با وجود كم حجم شدن همگي در مصرف مس انقلابي ايجاد كرده اند.
3) ساختمان: قابليت نفوذ ناپذيري مس در مقابل آب باعث شده اين فلز بعنوان يكي از ملزمات اصلي بام سازي و كالاهاي باراني در ساختمانهاي عمومي، تجاري و منازل به كار برده شود. (بيشتر در اروپا و آمريكا) همچنين رنگ سبز زنگار مس كه به آن گرمي ظاهري مي بخشد موجب كاربرد آن در وسايل زينتي گرديده است. سيستمهاي اطفاي حريق نيز كاربرد مس را در ساختمان به دنبال دارد. همچنين خاصيت حرارتي خوب مس و برنج باعث شده كه اينها در لوله كشي ساختمان، شير فلكه ها، سيستمهاي گرمايش و سرمايش و … كاربرد زيادي پيدا كنند.
به دليل تحليل نرفتن لوله هاي مس در اثر خوردگي و نيز رها نكردن مواد سمي و مضر همچنين محافطت سيستمهاي آبرساني از باكتريهايي مانند Legionella مس كاربرد فراواني براي توليد لوله هاي آبرساني در ساختمان دارد.
4) حمل و نقل: همه اشكال اصلي حمل ونقل به نحوي به مس نيازمندند.
آلياژهاي مس با ساير فلزات نظير آلومينيم، سرب و نيكل كاربرد زيادي در قطعات و اجزاي ماشين آلات و كشتي ها (ياتاقانها، بوشها، بدنه كشتيها و …) پيدا كرده اند. امروزه در يك اتومبيل معمولي جهت موتور، سيم ها، رادياتور، ترمز و بلبرينگ ها به طور ميانگين حدود 6/27 كيلوگرم مس به كار مي رود.
خواصي مانند قابليت بالاي انتقال حرارت، مقاومت در برابر خوردگي و برگشت پذيري موجب شده مس فلز ايده آل براي رادياتور اتومبيلهاي سبك و سنگين باشد.
تكنولوژهاي توليد، پروسه ها و طراحي هاي جديد موارد مصرف مس را در بازار توسعه خواهند داد به عنوان مثال رادياتور جديد مسي سبكتر، كوچكتر و كارآتر است كه موجب استفاده بيشتر آن به جاي انواع ديگر ميشود.
5) ماشين آلات و تجهيزات صنعتي: هر جا كه ماشين آلات و تجهيزات صنعتي يافت شود بدون شك مس و آلياژهاي آن نيز وجود دارد. با توجه به دوام، قابليت ماشين كاري و ريخته گري با دقت بالا و تلرانس كم، آلياژهاي مس براي ساخت قطعاتي مانند چرخدنده ،بلبرينگ و توربين ايده آل هستند.
به دليل خاصيت انتقال حرارتي بالاي مس و آلودگي محيطي خيلي كم، بهترين انتخاب براي ساخت مبدلهاي حرارتي و كمپرسورها و پاتيل ها مي باشد.
6) محصولات عمومي و مصرفي: يكي از مصارف عمومي مس از بدو كشف آن ضرب سكه بود كه هم اكنون نيز استفاده دارد. مس و محصولات مس در ادارات، منازل و كارگاهها نيز استفاده ميشوند. كامپيوترها و وسايل الكتريكي، مجسمه هاي مسي و برنجي، دكراسيونهاي برنجي، قفلها و كليدها همه وسايلي هستند كه در آنها مس به كار رفته است. توسط مزرعه داران در زمينها و مزارع كشاورزي از تركيبهاي مس براي جبران كمبودهاي خاك و حاصلخيزي استفاده ميشود.
نگاهي به مصرف مس جهان از سال 1900 تا كنون نشان ميدهد همانگونه كه صنعت در قرن بيستم رشد شديدي داشته مصرف مس نيز طي اين قرن فزوني يافته است. جنگهاي جهاني اول و دوم، توسعه و رشد مخابرات و وسايل الكتريكي و الكترونيكي باعث گرديده كه ميزان تقاضـاي صنعت براي مس خالص از 494 هزار تن در سال 1900 به مرز 14 ميليون تن در ابتداي قرن بيست ويكم برسد.
قبل از جنگ جهاني دوم رشد تقاضاي ساليانه 1/3% بود. سالهاي پس از جنگ جهاني دوم (1945 تا 1973) ميزان رشد تقاضا به 5/4% رسيد. از 1974 به بعد يعني پس از اولين شوك نفتيرشد ساليانه تقاضا روي مرز 4/2 % كنترل شد و در طي دهه نود به بالاتر از 9/2 رسيد.
تاريخچه استخراج مس در ايران(مس سرچشمه) :
معدن مس سرچشمه در 160 كيلومتري جنوب غرب كرمان واقع شده است . اين معدن بزرگترين معدن مس پورفيري ايران بوده كه شكل آن بيضي و طول قطر بزرگ آن 2300 متر و طول قطر كوچك آن 1200 متر CUT OFF) برابر با 25/0 درصد() مي باشد . مينرالهاي اصلي سولفوري حاوي مس در اين معدن شامل كالكوپيريت , كالكوسيت , كووليت و مينرالهاي فرعي شامل بورنيت , تترائدريت , تنانتيت , فامانتيت , آنارژيت , بورنيت , كالكانيت و ... ميباشند .
ذخيره قابل ملاحظهاي از مينرالهاي اكسيدي در معدن مس سرچشمه وجود دارد كه عمده مينرالهاي آن مالاكيت , آزوريت و كريزوكولا ميباشند .
پس از اتمام مراحل اكتشاف مقدماتي و تفضيلي معدن مس سرچشمه , طرح بيست ساله برداشت معدن توسط شركت آناكاندا ارائه گرديد . عمليات باطله برداري سطحي معدن از سال 1353 شروع شد . روش استخراج معدن روباز است . پس از نصب كارخانجات تغليظ , ذوب و پالايش مس از دي ماه 1360 سنگ سولفور به امور تغليظ ارسال گرديد .
اهم فعاليتهاي امور معدن
الف - حفاري : عمليات حفاري بمنظور
1 – خرجگذاري ماده منفجره
2 – نمونه برداري جهت تعيين عيار مس انجام ميگيرد .
دستگاههاي حفاري از نوع:
1-IR - DMH
2- IR - Iو IR - I BH
عمق چالهاي حفاري : 5/16 متر و قطر چالهاي حفاري : 88/9 , 9 و 88/7 اينچ
ب – انفجار : پس از حفاري چالها و خرجگذاري مواد منفجره , عمليات انفجار توسط چاشني هاي الكتريكي صورت ميگيرد .
نوع مواد منفجره مصرفي: با توجه به سختي سنگ و آبدار بودن چالهاي حفاري از مواد منفجره آنفو, اسلاري , اموليت , امولان و ديناميت جهت خرجگذاري استفاده ميشود .
ج - بارگيري : بارگيري توسط شاول ( بيل الكتريكي ) با ظرفيت بيلچه 9 و 3/15 متر مكعبي انجام ميگيرد.
د – باربري : براي حمل سنگ سولفور , اكسيد و باطله از كاميونهاي نوع DRESSER و WABCO با ظرفيت 120 تن كوچك استفاده ميشود .
سنگ سولفور استخراجي توسط كاميون به سنگ شكن اوليه حمل شده و پس از خردايش اوليه توسط سنگ شكن از نوع ژيراتوري از طريق نوار نقاله به انبار ذخيره درشت انتقال مي يابد .
سنگ اكسيد و باطله استخراج شده به دامپهاي اكسيد و باطله فرستاده مي شود . مس محتوي سنگ اكسيد به روش شستشو ( Leaching ) استحصال مي شود .
امور تغليظ
پس از اتمام نصب دستگاهها و تجهيزات ، كارخانجات امور تغليظ مجتمع مس سرچشمه از دي ماه 1360 راه اندازي گرديد .
كارخانجات امور تغليظ مس سرچشمه متشكل از چهار كارخانه مي باشند كه بترتيب انجام فرايند عبارتند از:
كارخانه هاي سنگ شكن ، پرعياركني ، موليبدن و فيلتر خشك كن
علاوه بر اين كارخانجات ، واحدهاي جنبي ديگري تحت پوشش امور تغليظ فعاليت دارند كه عبارتند از :
كارخانه پخت آهك ، كارخانه شير آهك سازي و واحدهاي عمليات بيروني شامل بازيافت آب از باطله و آماده سازي مواد شيميايي .
الف - كارخانه سنگ شكن ثانويه و ثانويه : اين كارخانه متشكل از 6 سرند اوليه ، 3 سنگ شكن ثانويه ار نوع مخروطي استاندارد و 6 سنگ شكن ثالثيه از نوع مخروطي سركوتاه مي باشد . خاك ارسالي معدن توسط سنگ شكنهاي ثانويه و ثالثيه طي دو مرحله خردشده و ابعاد آن به 80 درصد زير 5/0 اينچ رسيده و به انبار نرمه قبل از آسياهاي اوليه انتقال مي يابند.
طبق مطالعات انجام شده طرح توسعه آسياي نيمه خود شكن به جاي سنگ شكن هاي ثانويه و ثالثيه استفاده خواهد شد .
ب- كارخانه پرعياركني : اين كارخانه متشكل از دو قسمت آسياهاي اوليه و سلولهاي فلوتاسيون مي باشد.
عمليات نرم كني اوليه توسط 8 آسياب گلوله اي انجام مي شود . عيار محصول نهايي ( با ابعاد 70 درصد كمتر از 74 ميكرون ) در طي يك مرحله پرعياركني توسط 8 رديف 14 تايي سلولهاي مكانيكي رافر طبق طرح از 17/1 درصد به 60/7 درصد افزايش مي يابد . كنسانتره توليدي سلولهاي رافر توسط 4 آسيا ثانويه نرم شده و ابعاد آن به 86 درصد كمتر از 45 ميكرون كاهش يافته و پس از دو مرحله پرعياركني ( بترتيب توسط 4 رديف 8 تايي سلولهاي كلينر مكانيكي و 2 تايي سلولهاي مكانيكي ري كلينر ) عيار مس طبق طرح به 14/32 درصد افزايش مي يابد . كنسانتره نهايي توليدي مس و موليبدن جهت جدا سازي كاني موليبدنايت به كارخانه موليبدن انتقال مي يابد .
طبق مطالعات انجام شده طرح توسعه سلولهاي ستوني جايگزين سلولهاي مكانيكي ري كلينر خواهند شد .
ج- كارخانه موليبدن: كنسانتره مس – موليبدن توليدي واحد پرعياركني با متوسط عيار مس و موليبدن به ترتيب 14/32 و 5/0 درصد وارد اين كارخانه شده و پس از 8 مرحله پرعياركني توسط سلولهاي مكانيكي ، كنسانتره موليبدنايت آن بازيافت شده (عيار موليبدن كنسانتره نهايي طبق طرح 70/53 درصد است ) . كنسانتره مس جهت خشك كني به واحد فيلتر خشك كن ارسال مي گردد .
د- كارخانه فيلتر خشك كن : كنسانتره مس ( بصورت دوغاب ) پس از عمليات فيلتراسيون ( 3 عدد فيلتر ديسكي ) و خشك كني و رسيدن رطوبت آن به 7 درصد به انبار بلندينگ ذوب ارسال مي شود .
طبق مطالعات انجام شده طرح توسعه فيلتر پرس جايگزين فيلتر ديسكي خواهند شد .
امور ذوب
تكنولوژي توليد كارخانه ذوب:
تكنولوژي توليد كارخانه ذوب مس سرچشمه بر مبناي روش تهيه مات مس( كوره هاي شعله اي) و سپس تبديل آن به مس بليستر (حفره دار ) و نهايتا" ريخته گري بصورت آند مي باشد, اين روش كه متداولترين روش تهيه مس در روشهاي پيرومتالورزي ميباشد در كارخانه فوق داراي تجهيزات زير جهت تبديل كنسانتره مس به مس آندي مي باشد.
كارخانه ذوب مشتمل از قسمت هاي ريورب , بويلر , الكترو فيلترها , كنورتر و ريخته گري و واحدهاي جنبي آن شامل سنگ شكن ها و انبار بلندينگ مي باشد كه با هدف توليد مس آندي در خــرداد ماه سال 1361 به بهره برداري رسيد .
واحد سنگ شكنها :
سنگ شكنها از دو قسمت تشكيل شده اند : سنگ شكن اوليه كه از نوع فكي و سنگ شكن ثانويه كه از نوع مخروطي سركوتاه ميباشد. وظيفه سنگ شكن هاي ذوب تبديل سنگ معدن سيليس وآهك از اندازه mm 400- به سنگ نرمه آهك و سيليس در اندازه mm 6- و سنگ درشت سيليس براي استفاده در كارخانه ذوب مي باشد .
واحد بلندينگ :
خوراك كوره ريورب محلوطي است از كنسانتره , سنگ آهك نرمه , سنگ سيليس نرمه و خرد شده مواد سرد كه به نسبت مشخص بايد مخلوط و وارد كوره ريورب گردند كه آماده سازي اين مواد بر عهده واحد بلندينگ مي باشد .
واحد ريورب :
كوره ريورب محفظه اي است مكعب مستطيل شكل كه حرارت لازم جهت ذوب شارژ از طريق مشعلها با سوخت مازوت و گاز طبيعي كه در ابتدا و سقف كوره قرار دارند , تامين مي گردد . در كارخانه ذوب دو كوره ريورب به ابعاد طول m 53/36 , عرض m 75/9 و ارتفاع m96/3 وجود دارد كه بدنه آنها از آجر نسوز مي باشد به نحوي كه از كف تا محل واترژاكت ها آجرهاي منيزيتي و ما بقي از آجرهاي منيزيت كروميت مي باشد و سقف كوره نيز از آجرهاي منيزيت كروميت ميباشد كه از طريق قلاب از شبكه هاي سقف آويزان است .
در ضمن كوره ريورب 1و2 به 7 مشعل اكسي فيول مجهز شده اند كه در حال حاضر از 4 مشعل مازوت و 6 مشعل اكسي فيول استفاده مي گردد.
مواد ورودي به كوره هاي ريورب :
مواد ورودي به كوره هاي ريورب شامل شارژ ( كه خود مخلوطي از كنسانتره , غبار , آهك نرمه و در صورت مورد نياز سيليس نرمه و مواد سرد)وسرباره كوره هاي كنورتور و غبار حاصل از الكترو فيلترهاي سمت ريورب و كنورتور ميباشد.
مواد خروجي و فرآيند هاي كوره ريورب :
درجه حرارت كار كوره هاي ريوربoC 1300-1280 ميباشد و مواد خروجي كوره ريورب عبارتند از مات , سرباره , غبار و گازهاي خروجي.
اصول ذوب و تهيه مات بر اساس قاعده كلي تشكيل فاز هاي مختلف كه قابل تفكيك از يكديگرند صورت ميگيرد, بطور كلي در ذوب مس اغلب حداقل دو فاز با وزن مخصوص هاي مختلف تشكيل ميشود كه عبارتند از :
1- فاز سولفيدي كه مات ناميده ميشود و محصول با ارزش كوره هاي ريورب ميباشد و از سولفور مس Cu2S و سولفور آهن FeS كه در يكديگر محلولند تشكيل شده است و طبق طرح كارخانه حدود 4/41 درصد مس دارد و فلزات گرانبها در اين فاز قابل حل مي باشند.
2- فاز سيليكاتي كه از سيليكاتهاي كلسيم , آهن و غيره تشكيل شده است، از مات سبكتر بوده و قسمت سرباره را تشكيل ميدهد و به راحتي از مات قابل تفكيك ميباشد. سرباره محصول دور ريز كوره ريورب است و تركيب اصلي آن فاياليت (2FeO.SiO2) به اضافه يكسري عناصر ديگر كه درصد كمتري از سرباره را تشكيل ميدهند ميباشد و عيار آن طبق طرح كارخانه حدود 6/0 درصد ميباشد.
بويلرها:
كارخانه ذوب داراي چهار بويلر حرارتي از نوع محفظه آبي (water tube) ميباشد و هر بويلر براي توليد ماكزيمم 514 Kg/min بخار طراحي شده است. هر جفت از بويلر ها با يك كوره ريورب عمل ميكند. بويلرهاي شماره2و1با كوره ريورب شماره1و بويلرهاي شماره 3و4 با كوره ريورب شماره 2 كار ميكنند .
هدف از نصب بويلر ها استفاده از انرژي حرارتي موجود در گازهاي خروجي از كوره ريورب براي توليد بخار مورد نياز نيرو گاه حرارتي و همچنين كاهش دماي گرد و غبار و گازهاي خروجي از كوره ريورب كه وارد الكتروفيلتر ميشوند , ميباشد تا به الكترو فيلتر صدمه وارد نشود. گازهاي خروجي از كوره ريورب داراي درجه حرارت 1288 oC و گازهاي خروجي از بويلر داراي درجه حرارت بين 343-402oC ميباشند.
الكترو فيلتر ها:
وظيفه الكترو فيلترها جذب غبارهاي موجود در گازهاي خروجي از كوره ريورب و كنورتور ميباشد كه بازيابي اين مواد از لحاظ اقتصادي اهميت زيادي دارد . درصدي از غبارها را ذرات مس تشكيل داده و بايد مس همراه غبارها بازيابي گردد.
واحد كنورتورها :
كنورتور كوره اي است مبدل، جهت تبديل مات مس به مس بليستر كه كنورتور هاي مورد استفاده در كارخانه ذوب از نوع پيرس- اسميت دوار به قطر 3/96 m و طول 9/14 m و با پوسته اي به ضخامت 4 cm است و جنس نسوزهاي مورد استفاده در كنورتور از نوع منيزيت – كروميت ميباشد.
كنورتور حول محور خود توسط يك موتور الكتريكي قادر به چرخيدن است و تعداد كنورتور ها پنج عدد ميباشد كه همواره چهار كنورتور در مدار ميباشد و ديگري جهت تعميرات اساسي و يا نيمه اساسي از مدار خارج ميباشد.
مواد ورودي: مات با عيار 4/41 درصد مس و سرباره برگشتي از كوره هاي آندي , سيليس درشت و هوا.
عمليات كنورتورها :
سيكل كنورتورها به دو مرحله تقسيم ميشود :
1) مرحله اكسيد شدن سولفيد آهن كه مرحله دمش سرباره ناميده ميشود.
2) مرحله اكسيداسيون گوگرد متصل به مس كه به دمش مس مشهور است.
طي اين دو پروسه مات به مس بليستر تبديل ميشود دماي شروع سيكل كنورتور 1150oC و دما حين عمليات 1150-1250oC ميباشد .
مواد خروجي: مس بليستر با عيار 3/99 درصد مس و سرباره با عيار 7/3 درصد مس ميباشد.
واحد ريخته گري :
در واحد ريخته گري سه كوره آندي از نوع كوره پيرس – اسميت دوار به طول 9/1m و قطر داخلي 4/3m و ظرفيت 250ton و دو چرخ ريخته گري كه چرخ شماره 1 داراي 26 قالب ومتعلق به كوره هاي آندي شماره 2و1 , و چرخ شماره 2 با 16 قالب كه متعلق به كوره آندي شماره 3 است , وجود دارد.
از كوره آندي جهت نگهداري مذاب مس بليستر تا تكميل شارژ و انجام عمليات پالايش بر روي مذاب و در نهايت ريخته گري مذاب به شكل آند استفاده ميشود.
مواد ورودي: مس بليستر , هوا , گاز طبيعي
مواد خروجي: مس آندي , سرباره
سيكل كاري كوره هاي آندي به شرح زير ميباشد :
1) شارژ كردن
2) سرباره گيري
3) اكسيداسيون
4) احيا
5) ريخته گري
مذاب آماده شده بوسيله چرخهاي ريخته گري بصورت آندهاي اوليه وتجاري ريخته گري ميگردد,
واحد پالايشگاه
اين واحد در بهمن ماه 1362 راه اندازي شد.
در اين واحد مس آندي توليدي در واحد ذوب تحت پالايش الكتروليتي قرار گرفته و مس خالص به شكل كاتد توليد ميگردد.
كاربرد پتا نسيل الكتريكي بين آند مسي ( الكترود مثبت ) و كاتد مسي ( الكترود منفي) كه هر دو الكترود در يك محلول حاوي سولفا ت اسيدي مس قرار دارند با عث ميگردد كه مس به طريق الكتروشيميايي از آند جدا و وارد محلول ميگردد.
الكترونهاي توليد شده از وا كنش آندي از طريق مدار خارجي و كاتيونهاي مس در محلول به سمت كاتد هدايت شده و در سطح كا تد تركيب شده و رسوب مس را تشكيل مي دهند
آند ريخته گري شده از واحد ذوب به دو صورت آند تجاري (commercial ) و آند اوليه (stripping) وارد پالايشگاه ميگردد.
آند تجاري در سكشنهاي تجاري جهت توليد كاتد تجاري و آند اوليه در سكشنهاي (stripping) جهت توليد كاتد اوليه مورد استفا ده قرار ميگيرد.
سالن الكتروليز مس سرچشمه شامل 24 سكشن مي با شد كه هر سكشن شامل 40 سلول است و در واقع از 960 سلول تشكيل شده كه 800 سلول ان مربوط به بخش تجاري بوده و اند تجاري الكترود مثبت و ورقه مسي الكترود منفي يا كا تد بوده و اسيد سولفوريك و سولفات مس به عنوان الكتروليت مي باشند.
هر سلول شامل 48 آند و 49 كاتد و بر اساس سيستم walker در داخل سلولها قرار گرفته اند. دا نسيته جريان اعمالي بر اساس طرح A/M2 210 و دا نسيته فعليA/M2 280بوده و جريان برق توسط ركتيفايرها اعمال شده و در نهايت در طي دو مرحله برداشت از هر آند دو عدد كاتد توليد و باقيمانده آند به صورت قراضه به واحد ذوب برمي گردد، ناخالصيهاي آند به صورت لجن شامل عناصر گرانبهاي طلا و نقره به واحد شستشوي لجن ارسال و در آنجا فيلتر و خشك ميگردد.
تعداد 50 سلول از سلولهاي پا لايشگاه مربوط به توليد ورقهاي اوليه بوده كه الكترود مثبت آن آند اوليه و الكترود منفي آن بلانك تيتانيوم بوده كه بعد از 24 ساعت ورقهاي مسي اوليه مورد نياز بخش تجاري توليد مي گردد.
40 سلول مربوط به كارهاي آزمايشي بوده ضمن اينكه تعدادي از سلولهاي پالايشگاه جهت تصفيه الكتروليت به عنوان سلولهاي مس زدا منظور شده است.
واحد ريخته گريها
شامل واحدهاي ريخته گري پيوسته و نيم پيوسته بوده كه در ريخته گري پيوسته مفتول 8 ميليمتري ودر ريخته گري نيم پيوسته شمشهاي اسلب و بيلت توليد مي گردد. اين واحد در ارديبهشت ماه 1365 راه اندازي شد.
الف) ريخته گري پيوسته
1 – كوره آساركو : كوره عمودي با ظرفيت ذوب دهي 50 تن در ساعت كه با كمك 23 مشعل حرارتي مس كاتدي پالايشگاه ذوب مي گردد.
2- كوره هولدينگ : با ظرفيت 20 تن كه مذاب خروجي از كوره آساركو وارد كوره حرارتي هولدينگ شده تا پارا مترهاي مهم ريخته گري نظير اكسيژن , دما, و سرباره كنترل گردد.
سپس مذاب پس از خروج از هولدينگ وارد قسمت فلوكنترل شده و توسط قاشقك ريخته گري وارد ماشين هزلت مي گردد.
3- ماشين هزلت: ماشين نواري دو قلوي ريخته گري كه مي تواند با سرعتي حدودm/min 9 شمشي به ابعاد120×50 ميليمتر را ريخته گري نما يد.
4- خط نورد كه شامل 15 استند بوده ( نورد خشن 3 استند- نورد مياني 10 استند- و نورد نهايي 2 استند ) شمش خروجي از ماشين هزلت پس ازعبور از مراحل نوردوتبديل به مفتول 8 ميليمتري واردخط اكسيد زدايي شده و سپس به شكل كويل در مي آيد.
تكنولوژي ريخته گري پيوسته بر ا ساس Hazelett-kruppContinuous casting ويا Contirod ميباشد.
ب) ريخته گري نيم پيوسته
فسمت ذوبدهي آن مشابه ريخته گري پيوسته بوده ولي ظرفيت كوره آساركو 30 تن بر ساعت مي باشد.
اين واحد شامل دو ايستگاه بوده كه مذاب پس از خروج از كوره آساركو وارد دو عدد كوره هولدينگ كه ظرفيت هر كدام 20 تن ميباشد شده كه پارامترهايي از قبيل اكسيژن , دما و سرباره در آن كنترل مي شود.
مذاب پس از خروج از قسمت فلو كنترل وارد قالبهاي ريخته گري شده و شمشهاي اسلب و بيلت توليد ميگردد.
سرعت ريخته گري اسلبmm/min 300 و سرعت ريخته گري بيلتmm/min 270 مي باشد.
ظرقيت ريخته گري اسلب 4/11 تن بر ساعت و ظرفيت ريخته گري بيلت 5/9 تن بر ساعت مي با شد.
تكنولوژي ريخته گري نيم پيوسته بر اساس Semicontinuous casting مي باشد.
واحد ليچينگ
تكنولوژي استخراج در اين واحد به روش هيدرومتالورژي ميباشد و در ارديبهشت ماه 1376 راه اندازي گرديد.
عمليات هيدرومتالورژي را ميتوان به سه دسته تقسيم كرد:
الف : حل كردن
ب : تصفيه و پر عيار كردن محلول
ج : بازيابي فلز از محلول
الف- حل كردن
در مجتمع مس سرچشمه با توجه به شرايط موجود از ميان روشهاي مختلف حل كردن، روش انحلال توده اي انتخاب شده كه دراين روش خاك حمل شده به هيپ عمدتا"از كانيهاي مسي كه قسمت اعظم آن از كانيهاي اكسيدي وقابل حل بوسيله اسيد سولفوريك رقيق ميباشد، تشكيل شده است. عمليات انحلال در هيپ در يك سيكل بسته انجام مي شود. دركارخانه ليچينگ و واحد استخراج با حلال به كمك يك ماده آلي يونهاي مس از محلول خروجي از واحد انحلال توده اي جدا ميگردد، سپس رافينيت خروجي از واحد استخراج با حلال كه تركيبي از اسيدسولفوريك وآب وغلظت پاييني از مس ميباشد، بوسيله پمپهاي گريز از مركز به واحد انحلال توده اي براي پاشش ارسال ميگردد. محلول پاشيده شده بر روي هيپ از ميان كانسنگ مي گذرد، مس و ساير عناصر قابل حل از جمله آهن راشسته ودر سطح قاعده هيپ جمع مي كند واز آنجا به داخل حوضچه جمع كننده محلول باردار يوني، منتقل مي سازد. محلول جمع آوري شده در داخل پوند بوسيله پمپهاي گريز از مركز به واحد استخراج با حلال پمپ مي شود و بعد از استخراج مس دوباره به واحد هيپ براي پاشش فرستاده ميشود.
ب-روش تصفيه وغني سازي محلول
روش استخراج توسط حلال هاي آلي انتخابي در نظر گرفته شده است.
استخراج يك يا چند فلز از يك مايع توسط فاز مايع ديگر كه در يكديگر قابل حل نيستند اساس اين روش را تشكيل مي دهد. فلز با ارزش موجود در فاز مايع اول كه معمولا" از حل كردن سنگ معدني در يك حلال مناسب و همراه با ساير ناخالصيها بصورت محلول در آب در آمده است ( محلول آبي يا فاز مايع آبي ) ، توسط فاز مايع ديگر كه فاز حلال آلي مي ناميم جدا شده و وارد فاز حلال آلي مي گرددو بعد از بازيابي فلز از حلال آلي نياز به تصفيه ديگري نداريم.
در عمليا ت استخراج با حلال كارخانه ليچينگ خوراك، باردار يوني pls وحلال عبارت از فاز آلي حاوي استخراج كننده با قدرت انتخابي مناسب براي مس ميباشد. تركيب فاز آلي شامل 86 درصد رقيق كننده و 14 درصد استخراج كننده (Acorga و Lix ) است.
در اين واحد دو مرحله استخراج با جريان ناهمسو وجود دارد، كه هر مرحله بصورت تعادلي عمل ميكند، به طوريكه فازهاي استخراج شده و پس ماند با هم در حال تعادل هستند.
از آنجايي كه خوراك داراي يون cu2+ بوده وحلال حاوي استخراج كننده نيز داراي ماهيت اسيدي ميباشد (R-H)، در اسيديته پايين در هر مرحله از استخراج واكنش زير انجام مي شود.
2R-H + CU2+ = CUR2 + 2H
پس از اينكه فاز آلي كاملا" از مس باردار گرديد به واحد استريپينگ هدايت مي شود تا با از دست دادن مس، تشكيل يك الكتروليت قوي دهد، كه خوراك واحد الكترووينينگ است.
ج- روش بازيابي فلز از محلول
در مجتمع مس سرچشمه بازيابي فلز مس با روش الكترووينيگ انجام مي گيرد.
اساس كار بازيابي فلز مس از محلول غني شده و رسوب دادن آن بر روي صفحات كاتد تعبيه شده در واحد الكترووينينگ مي باشد . (ادامه دارد...)
مقدمه اي بر هيدروليك و پنوماتيك
امروزه در بسياري از فرآيندهاي صنعتي ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزينه و با دقت زياد مورد نظر است در همين راستا بکارگيري سيال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه هاي صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سيال به دو شاخه مهم هيدروليک و نيوماتيک ( که جديدتر است ) تقسيم ميشود .
از نيوماتيک در مواردي که نيروهاي نسبتا پايين (حدود يک تن) و سرعت هاي حرکتي بالا مورد نياز باشد (مانند سيستمهايي که در قسمتهاي محرک رباتها بکار مي روند) استفاده ميکنند در صورتيکه کاربردهاي سيستمهاي هيدروليک عمدتا در مواردي است که قدرتهاي بالا و سرعت هاي کنترل شده دقيق مورد نظر باشد(مانند جک هاي هيدروليک ، ترمز و فرمان هيدروليک و...).
حال اين سوال پيش ميايد که مزاياي يک سيستم هيدروليک يا نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي يا الکتريکي چيست؟در جواب مي توان به موارد زير اشاره کرد:
1.طراحي ساده 2.قابليت افزايش نيرو 3. سادگي و دقت کنترل
4. انعطاف پذيري 5. راندمان بالا 6.اطمينان
در سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي قطعات محرک کمتري وجود دارد و ميتوان در هر نقطه به حرکتهاي خطي يا دوراني با قدرت بالا و کنترل مناسب دست يافت ، چون انتقال قدرت توسط جريان سيال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شيلنگ ها) صورت ميگيرد ولي در سيستمهاي مکانيکي ديگر براي انتقال قدرت از اجزايي مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده ميکنند.
در اين سيستمها ميتوان با اعمال نيروي کم به نيروي بالا و دقيق دست يافت همچنين ميتوان نيرو هاي بزرگ خروجي را با اعمال نيروي کمي (مانند بازو بسته کردن شيرها و ...) کنترل نمود.
استفاده از شيلنگ هاي انعطاف پذير ، سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک را به سيستمهاي انعطاف پذيري تبديل ميکند که در آنها از محدوديتهاي مکاني که براي نصب سيستمهاي ديگر به چشم مي خورد خبري نيست. سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک به خاطر اصطکاک کم و هزينه پايين از راندمان بالايي برخوردار هستند همچنين با استفاده از شيرهاي اطمينان و سوئيچهاي فشاري و حرارتي ميتوان سيستمي مقاوم در برابر بارهاي ناگهاني ، حرارت يا فشار بيش از حد ساخت که نشان از اطمينان بالاي اين سيستمها دارد.
اکنون که به مزاياي سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک پي برديم به توضيح ساده اي در مورد طرز کار اين سيستمها خواهيم پرداخت.
براي انتقال قدرت به يک سيال تحت فشار (تراکم پذير يا تراکم ناپذير) احتياج داريم که توسط پمپ هاي هيدروليک ميتوان نيروي مکانيکي را تبديل به قدرت سيال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نيرو به نقطه دلخواه است که اين وظيفه را لوله ها، شيلنگ ها و بست ها به عهده ميگيرند .
بعد از کنترل فشار و تعيين جهت جريان توسط شيرها سيال تحت فشار به سمت عملگرها (سيلندرها يا موتور هاي هيدروليک ) هدايت ميشوند تا قدرت سيال به نيروي مکانيکي مورد نياز(به صورت خطي يا دوراني ) تبديل شود.
اساس کار تمام سيستم هاي هيدروليکي و نيوماتيکي بر قانون پاسکال استوار است.
قانون پاسکال:
1. فشار سرتاسر سيال در حال سکون يکسان است .(با صرف نظر از وزن سيال)
2. در هر لحظه فشار استاتيکي در تمام جهات يکسان است.
3. فشار سيال در تماس با سطوح بصورت عمودي وارد ميگردد.
همانطور که در شکل زیر مي بينيد يک نيروي ورودي ۱۰۰۰۰۰نیوتنی نيوتني ميتواند نيروي مورد نياز چهار سيلندر ديگر را تامين کند.
يا در شکل زير داريم:
کار سيستمهاي نيوماتيک مشابه سيستم هاي هيدروليک است فقط در آن به جاي سيال تراکم ناپذير مانند روغن از سيال تراکم پذير مانند هوا استفاده مي کنند . در سيستمهاي نيوماتيک براي دست يافتن به يک سيال پرفشار ، هوا را توسط يک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در يک مخزن ذخيره مي کنند، البته دماي هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا ميرود که مي تواند به قطعات سيستم آسيب برساند لذا هواي فشرده قبل از هدايت به خطوط انتقال قدرت بايد خنک شود. به دليل وجود بخار آب در هواي فشرده و پديده ميعان در فرايند خنک سازي بايد از يک واحد بهينه سازي براي خشک کردن هواي پر فشار استفاده کرد.
اکنون بعد از آشنايي مختصر با طرز کار سيستمهاي هيدروليکي و نيوماتيکي به معرفي اجزاي يک سيستم هيدروليکي و نيوماتيکي مي پردازيم.
اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي هيدروليکي:
1- مخزن : جهت نگهداري سيال
2- پمپ : جهت به جريان انداختن سيال در سيستم که توسط الکترو موتور يا 3- موتور هاي احتراق داخلي به کار انداخته مي شوند.
4- شيرها : براي کنترل فشار ، جريان و جهت حرکت سيال
5- عملگرها : جهت تبديل انرژي سيال تحت فشار به نيروي مکانيکي مولد کار(سيلندرهاي هيدروليک براي ايجاد حرکت خطي و موتور هاي هيدروليک براي ايجاد حرکت دوراني).
شکل زير يک سيستم نيوماتيکي را نشان ميدهد:
اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي نيوماتيکي:
1- کمپرسور
2- خنک کننده و خشک کننده هواي تحت فشار
3- مخزن ذخيره هواي تحت فشار
4- شيرهاي کنترل
5- عملگرها
1- در سيستمهاي نيوماتيک از سيال تراکم پذير مثل هوا و در سيستمهاي هيدروليک از سيال تراکم ناپذير مثل روغن استفاده مي کنند.
2- در سيستمهاي هيدروليک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظيفه روغن کاري قطعات داخلي سيستم را نيز بر عهده دارد ولي در نيوماتيک علاوه بر روغن کاري قطعات، بايد رطوبت موجود در هوا را نيز از بين برد ولي در هر دو سيستم سيال بايد عاري از هر گونه گرد و غبار و نا خالصي باشد
3- فشار در سيستمهاي هيدروليکي بمراتب بيشتر از فشار در سيستمهاي نيوماتيکي مي باشد ، حتي در مواقع خاص به 1000 مگا پاسکال هم ميرسد ، در نتيجه قطعات سيستمهاي هيدروليکي بايد از مقاومت بيشتري برخوردار باشند.
4- در سرعت هاي پايين دقت محرک هاي نيوماتيکي بسيار نامطلوب است در صورتي که دقت محرک هاي هيدروليکي در هر سرعتي رضايت بخش است .
5- در سيستمهاي نيوماتيکي با سيال هوا نياز به لوله هاي بازگشتي و مخزن نگهداري هوا نمي باشد.
6- سيستمهاي نيوماتيک از بازده کمتري نسبت به سيستمهاي هيدروليکي برخوردارند.
پمپ هاي هيدروليكي
با توجه به نفوذ روز افزون سيستم هاي هيدروليکي در صنايع مختلف وجود پمپ هايي با توان و فشار هاي مختلف بيش از پيش مورد نياز است . پمپ به عنوان قلب سيستم هيدروليک انرژي مکانيکي را که توسط موتورهاي الکتريکي، احتراق داخلي و ... تامين مي گردد به انرژي هيدروليکي تبديل مي کند. در واقع پمپ در يک سيکل هيدروليکي يا نيوماتيکي انرژي سيال را افزايش مي دهد تا در مکان مورد نياز اين انرژي افزوده به کار مطلوب تبديل گردد.
فشار اتمسفر در اثر خلا نسبي بوجود آمده به خاطر عملکرد اجزاي مکانيکي پمپ ، سيال را مجبور به حرکت به سمت مجراي ورودي آن نموده تا توسط پمپ به ساير قسمت هاي مدار هيدروليک رانده شود.
حجم روغن پر فشار تحويل داده شده به مدار هيدروليکي بستگي به ظرفيت پمپ و در نتيجه به حجم جابه جا شده سيال در هر دور و تعداد دور پمپ دارد. ظرفيت پمپ با واحد گالن در دقيقه يا ليتر بر دقيقه بيان مي شود.
نکته قابل توجه در در مکش سيال ارتفاع عمودي مجاز پمپ نسبت به سطح آزاد سيال مي باشد ، در مورد روغن اين ارتفاع نبايد بيش از 10 متر باشد زيرا بر اثر بوجود آمدن خلا نسبي اگر ارتفاع بيش از 10 متر باشد روغن جوش آمده و بجاي روغن مايع ، بخار روغن وارد پمپ شده و در کار سيکل اختلال بوجود خواهد آورد . اما در مورد ارتفاع خروجي پمپ هيچ محدوديتي وجود ندارد و تنها توان پمپ است که مي تواند آن رامعين کند.
پمپ ها در صنعت هيدروليک به دو دسته کلي تقسيم مي شوند :
1- پمپ ها با جا به جايي غير مثبت ( پمپ های ديناميکي)
2- پمپ های با جابه جايي مثبت
(ادامه دارد...)
چیلرChiler
امروزه استفاده از تهويه مطبوع در ساختمانهاي بزرگ از جمله برجهاي مسكوني و اداري، بيمارستانها، فرودگاهها، سالن توليدات كارخانه اي، دانشگاهها و بطوركلي مراكز آموزشي و . . . بخصوص براي كشورهايي با آب و هواي گرم و خشك در فصل تابستان(از جمله ايران)اجتناب ناپذير است.
انتقال گرما از محيط گرم به محيط سرد بطور طبيعي انجام شده و نيازي به صرف انرژي احساس نمي شود، ولي اگر انتقال انرژي حرارتي از محيط سرد به محيط گرم مورد نظر باشد، اين حالت به خودي خود مقدور نيست و حتما لازم است كه مقداري انرژي صرف گردد. براي درك بهتر به اين مثال توجه كنيد: اگر يك جريان آب را درنظر بگيريم كه از يك منبع مرتفع به سمت پايين بيايد يك امر طبيعي رخ داده است و باعث تعجب كسي نخواهد شد ولي اگر همين آب بخواهد از پايين به سمت بالا حركت كند ديگر بطور طبيعي امكانپذير نخواهد بود و نياز به وسايل كمكي از قبيل پمپ وجود خواهد داشت، در همين رابطه دستگاههايي كه انرژي حرارتي را از يك منبع سرد به منبع گرم منتقل مي كنند پمپ گرمايي ناميده مي شوند(ترموديناميك).
بنابر توضيحات بالا صرف انرژي براي توليد برودت الزامي به نظر مي رسد بطوريكه براي ايجاد آن در صنعت سرمايشي كشور دو روش كلي زير مورد استفاده قرار مي گيرد:
۱. روش توليد برودت با استفاده از انرژي الكتريكي در نوع چيلر ضربه اي يا تراكمي
۲. روش توليد برودت با استفاده از انرژي حرارتي يا انتقال حرارتي در چيلر جذبي
در روش اول چون تهيه انرژي الكتريكي در ايران كه فاقد رودخانه هاي پرآب مي باشد، توليد برق عمدتا با استفاده از سوختهاي فسيلي(گاز، مازوت و . . .) صورت مي گيرد كه با هزينه هاي بسيار زيادي اجرا مي شود.
در اين روش چون از الكتروموتورها براي چرخاندن كمپرسور استفاده ميشود، برق يا آمپر زيادي با توان بالا مصرف خواهد شد كه براي انواع بزرگتر از همين سيستم به چندين كمپرسور نيازمنديم تا بتوانيم فشار لازم را در مبرد بوجود آوريم.
پس با توضيحاتي كه داده شد، فقط در نواحي از كشورمان استفاده از اين روش اقتصادي است كه هزينه برق در آنجا پايين باشد(قسمتهايي از جنوب و مركز كشور).
ولي برعكس در مناطقي كه قيمت مصرف برق در آن زياد باشد استفاده از روش دوم يعني بهره برداري از انرژي حرارتي مقرون به صرفه است.
در روش دوم توليد برودت از طريق انرژي حرارتي يا انتقال حرارتي بدينصورت است كه از يك مبرد(الزاما مواد فرئوني[1] نمي باشد)آب يا آمونيك و يك سيال ابزوربر يا جاذب مثل ليتيوم برمايد يا آب استفاده ميشود. اين دو سيال مبرد[2] و ابزوربر[3] باهم يك سيكل گردشي همراه با ديگر اجزا(كه بعدا معرفي مي شوند) بوجود مي آورند كه بدون صرف مقدار زيادي انرژي الكتريكي، برودت مورد دلخواه در تناژهاي مختلف بدست ميآيد. با وجود منابع عظيم نفت، گاز و انرژي هاي نو(بادي، خورشيدي، هسته اي و . . . )، انرژي حرارتي سهل الوصولتر و ارزانتر از انرژي الكتريكي خواهدبود لذا از ديدگاه اقتصادي در كشور ما با شرايط موجود، مناطقي كه مصرف برق گران است توليد برودت با استفاده از اين روش براي مصرف كننده ارزانتر خواهد بود. با بهره برداري از اين روش مي توانيم صرفه جويي كلاني را در مصرف انرژي الكتريكي بوجود آوريم.
چون استفاده از روش دوم با توجه به موقعيت كشور ما بهينه ميباشد، بطور وسيعي گسترش يافته است.
توليد برودت به روش جذبي خود به دو طريق انجام مي شود:
۱. سيال مبرد آب و سيال ابزوربر(جاذب) ليتيم برمايد(H 2O/LiBr )است.
۲. سيال مبرد آمونياك و سيال ابزوربر(جاذب) آب (NH3/H2O) است.
هردو متد گفته شده داراي مزايا و معايبي مي باشد كه در ذيل مفصل درمورد آن بحث خواهد شد.
استفاده از ليتيم برمايد بعلت هماهنگي با محيط زيست هيچگونه آلودگي ايجاد نخواهد كرد. برعكس آمونياك بعنوان سيال مبرد در روش دوم بعلت سمي بودن براي حالتهاي عام پيشنهاد نمي شود.
درصورتيكه مبرد آب باشد درجه حرارت را نمي توان در دماي زير نقطه انجماد آن پايين آورد كه اين مسئله در مكانهايي كه به دماي زير صفر نيازمنديم يك ضعف خواهد بود. ولي در آمونياك نقطه انجماد حدود 77- درجه سانتي گراد مي باشد كه وسعت كاري آنرا خيلي گسترده تر از آب مي كند.
۱. در فن آوري اول سيستم خنك كننده چگالنده[4](كندانسور) از نوع آبي است.يعني توسط آبي كه از طريق برج خنك كننده[5] تامين مي شود بخار مبرد درون كوييل كندانسور تبديل به مايع ميشود(توضيح كامل اين وسيله در شماره بعدي چاپ خواهد شد). ولي در فن آوري دوم سيستم خنك كننده چگالنده هوا مي باشد كه اين روش مزيتي را نسبت به روش اول دارد چون در روش اول يك هزينه اوليه بابت برج به مصرف كننده تحميل ميشود.
۲. استفاده از مشعل يا برنر[6] در چيلرهاي از نوع شعله مستقيم[7](براي گرم كردن ژنراتور) براي هر دو روش گفته شده امكانپذير است.
۳. در فن آوري اول مي توان ظرفيت چيلر را تا 1500 تن تبريد[8] و حتي بيشتر افزايش داد درحاليكه در فن
آوري دوم ظرفيت چيلر حداكثر تا 25 تن تبريد مي باشد كه به اين ترتيب كاربرد سيستم اول يعني H2O/LiBrوسعت بيشتري برخوردار شده است.
۵. در فن آوري اول مي توان ظرفيت چيلر را تا 1500 تن تبريد و حتي بيشتر افزايش داد درحاليكه درفن آوري دوم ظرفيت چيلر حداكثر تا 25 تن تبريد مي باشد كه به اين ترتيب كاربرد سيستم اول يعني H 2O/LiBr ازوسعت بيشتري برخوردار شده است.
[1] CFC & HCFC
[2] Refrigrant
[3] Absorber
[4] Condansor
[5] Cooling tower
[6] Burner
[7] Direct fire
[8] هر يك تن تبريد توانايي برودت 36 تا 50 متر مربع، بسته به تعداد افراد و نوع كار را دارد.
پيل هاي سوختي
سوخت هيدروژن
امروزه گاز هيدروژن براي استفاده در موتورهاي احتراقي و وسايل نقليه الكتريكي باتريدار مورد بررسي قرار گرفته است. هيدروژن در دما و فشار طبيعي، يك گاز است و به اين علت، انتقال و ذخيره آن از سوخت هاي مايع ديگر، دشوارتر است. سامانه هايي كه براي ذخيره هيدروژن توسعه يافتهاند،
عبارتند از هيدروژن فشرده، هيدروژن مايع و پيوند شيميايي ميان هيدروژن و يك ماده ذخيره (براي
مثال، هيدريد فلزات). با اين كه تاكنون هيچ سامانه حمل و نقل و توزيع مناسبي براي هيدروژن وجود نداشته، اما توانايي توليد اين سوخت از مجموعه متنوعي از منابع و خصوصيت پاك سوز بودن آن،
هيدروژن را به سوخت جانشين مناسبي تبديل كرده است. هيدروژن يکي از سادهترين و سبكترين سوخت هاي گازي است که در فشار اتمسفري و دماي جوي حالت گاز دارد. سوخت هيدروژن همان گاز خالص هيدروژن نيست، بلكه مقدار كمي اكسيژن و ديگر مواد را نيز با خود دارد. منابع توليد سوخت هيدروژن شامل گاز طبيعي ، زغال سنگ ، بنزين و الكل متيليك هستند. فرآيند فتوسنتز در باكتري ها يا جلبك ها و يا شكافتن آب به دو عنصر هيدروژن و اكسيژن به كمك جريان الكتريسيته يا نور مستقيم
خورشيد از آب، روش هاي ديگري براي توليد هيدروژن هستند. در صنعت و آزمايشگاه هاي شيمي، توليد هيدروژن به طور معمول با استفاده از دو روش شدني است:
1- الكتروليز
2- توليد گاز مصنوعي از بازسازي بخار يا اكسيداسيون ناقص
در روش الكتروليز با استفاده از انرژي الكتريكي، مولكولهاي آب به هيدروژن و اكسيژن تجزيه ميشوند. انرژي الكتريكي را ميتوان از هر منبع توليد الكتريسيته كه شامل سوخت هاي تجديد پذير نيز ميشوند، به دست آورد. وزارت نيروي آمريكا به اين نتيجه رسيده است كه استفاده از روش الكتروليز براي توليد مقادير زياد هيدروژن در آينده مناسب نخواهد بود.
روش ديگر براي توليد گاز مصنوعي، بازسازي بخار گاز طبيعي است. در اين روش، ميتوان از هيدروكربنهاي ديگر نيز به عنوان ذخاير تامين مواد استفاده كرد. براي نمونه، ميتوان زغال سنگ و ديگر مواد آلي (بيوماس) را به حالت گازي درآورد و آن را در فرآيند بازسازي بخار براي توليد هيدروژن به كار برد. از طرفي چون هيدروکربن هاي فسيلي محدود و رو به اتمام هستند، پس بهتر است ديد خود را
به سمت استفاده از منابع تجديد شونده معطوف کنيم. گاز هيدروژن مي تواند هم از منابع اوليه تجديد پذير و هم از منابع تجديد ناپذير توليد شود. امروزه توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد پذير به سرعت مراحل توسعه و رشد خود را مي پيمايد. اين در حالي است که توليد گاز هيدروژن از منابع تجديد ناپذير
به ويژه منابع فسيلي به علت محدود بودن اين منابع روز به روز کاهش مي يابد.گاز هيدروژن در اثر واکنش هاي تخميري ميکروارگانيسم هاي زنده، به ويژه باکتري ها و مخمرها روي بيوماس، توليد ميشود. بيوماس از منابع اوليه تجديد پذير است که از موادي مانند علوفه، ضايعات گياهان و فضولات حيوانات به دست مي آيد. در روند توليد گاز هيدروژن، باکتري هاي بي هوازي با استفاده از پديده تخمير، مواد آلي و آب را به گاز هيدروژن تبديل مي کنند.
براي توليد هيدروژن به وسيله باکتري ها دو نوع تخمير وجود دارد: يک نوع تخمير نوري است که در آن به منبع نور نياز است و نوع ديگر، تخمير در تاريکي است که نيازي به نور ندارد. در اين واکنش ها منابع کربني زيادي استفاده مي شود که همگي از بيوماس تامين مي شوند.
در طبيعت ميکروارگانيسم هاي بي هوازي در غياب اکسيژن و با استفاده از پديده تخمير، گاز هيدروژن توليد مي کنند، ولي مقدار اين گاز از نظر کمي پايين است و از نظر اقتصادي براي مصارف صنعتي و خانگي و ... قابل توجيه نيست؛ از اين رو بايد با استفاده از روش هايي، بازده توليد گاز هيدروژن را افزايش داد. يکي از روش هايي که مي توان بازده توليد گاز هيدروژن را بالا برد، تغييرات ژنتيک در ژنوم اين باکتري ها با استفاده از روش هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي است. روش ديگر، استفاده از ترکيبي از باکتري هاي هوازي و بي هوازي در کنار هم است. در اين روش چون باکتري هاي بي هوازي در فرآيند تخمير توليد اسيد هاي آلي مي کنند، رفته رفته محيط واکنش اسيدي مي شود و PH پايين مي آيد؛ از اين رو توليد هيدروژن کاهش مي يابد. ولي هنگامي که باکتري هاي هوازي در محيط باشند، از اسيد هاي آلي استفاده و آنها از محيط خارج مي کنند؛ در نتيجه راندمان توليد گاز
هيدروژن بالا مي رود. تحقيق و توسعه وزارت نيروي آمريكا براي توسعه استفاده از هيدروژن دو برنامه اصلي را دنبال ميكند که يکي برنامه هيدروژن وزارت نيرو و ديگري شبكه اطلاعاتي تكنولوژيهاي هيدروژن است. هيدروژن، سومين انرژي فراوان بر روي سطح زمين است. همان طور كه به صورت ابتدايي در آب و تركيبات آلي يافت مي شود. هيدروژن از هيدروكربن ها يا آب به دست مي آيد و هنگامي كه به عنوان سوخت مصرف مي شود، يا براي توليد الكتريسيته از آن استفاده مي شود و يا با تركيب مجدد با اكسيژن توليد آب مي كند. از اين رو و با توجه به قابليت بالاي توليد انرژي در اين سوخت اخيراً تلاش هاي زيادي براي جانشين کردن اين سوخت صورت مي گيرد.
مسائل ايمني هيدروژن از ديدگاه ايمني نيز مطمئن و مطلوب است و براي حمل ونقل ، نگهداري و استفاده، خطرناك تر از سوخت هاي رايج ديگر نيست. به هر صورت مسائل ايمني همچنان به عنوان يكي از اساسيترين مقوله ها در استفاده از انرژي هيدروژن باقي مي ماند.استانداردهاي متداول دنيا امنيت استفاده از آن را با سختگيري در طراحي و انجام آزمايش هاي متعدد فراهم مي آورد. همچنين در حوزة نگهداري و حمل آن، استانداردهاي بسياري براي تمام تجهيزات مرتبط تدوين شده است.
اقتصاد هيدروژن براي هيدروژن به عنوان يك سوخت، سيستم توزيعي مناسبي وجود ندارد. با اين كه معمولاً انتقال از طريق خط لوله با صرفهترين راه انتقال سوختهاي گازي است، اما در حال حاضر سيستم خط لوله مناسبي موجود نيست. انتقال هيدروژن به طور خاص از طريق مخزن و تانكرهاي گاز صورت ميگيرد. استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت به يك زير ساختار براي حمل ونقل و نگهداري
و با توجه به مسائل ايمني و اقتصادي نياز دارد. ديدگاه ايجاد يك زير ساختار كه هيدروژن را به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار ميدهد، مفهوم اقتصادي بودن اين طرح را پديد آورده كه بهترين راه جهت ايجاد تقاضاي بيشتر براي توليد و مصرف اين انرژي است، زيرا منابع توليد هيدروژن بسيار ارزان و دردسترس هستند. هيدروژن قابليت بالايي براي توليد انرژي دارد و ميزان آلودگي ناشي از مصرف اين سوخت در محيط زيست بسيار کم است. اين سوخت به عنوان منبعي تجديدپذير، پاک و فراوان تر از سوخت فسيلي مي تواند کاربرد زيادي براي نيروگاه ها و بخش حمل و نقل داشته باشد.
خودرو هاي هيبريدي : (Hybrid Vehicles)
خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخ
لی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندک همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می کند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب کرده است خودرو های هیبریدی می توانند سرعت و مسافت بیشتری نسبت به انواعی که موتورهای درون ساز دارند داشته باشند، با این حسن بزرگ که شارژباتری هایش هرگز تمام نمی شود بازدهی این خودروهابسیار بالا بوده و میزان تولید آلودگی شان کاهش یافته است. به همین دلیل بسیاری از کارخانه ها از سال 1999 تولید خودروهای هیبریدی را به صورت انبوه آغاز کرده اند.
تاریخچه خودروی هیبریدی
یک مهندس آمریکائی به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 یک ماشین هیبریدی ساخت که قادر بود در طی 10 ثانیه تا 25 مایل شتاب بگیرد. موتور این خودرو ترکیبی از موتور بنزینی و موتور الکتریکی بود که امروزه به عنوان موتور هیبریدی شناخته میشود. Piper در سه سال و نیم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ اما پیشرفت سریع موتورهای احتراق داخلی با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنین قابلیت استارت بدون هندل آنها و از همه مهمتر پایین بودن قیمت سوختهای فسیلی و مطرح نبودن آلودگی محیط زیست، سبب عدم توجه به این نوع خودروها شد. در پی بحرانهای نفتی سالهای 1970 دوباره این خودروها مورد توجه قرار گرفتند ولی تا سال 1990 که کار اصولی با مشارکت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمریکا آغاز گردید، این خودروها به طور جدی پیگیری نشدند. امروزه خودروهای هیبریدی مورد توجه کمپانیهای بزرگ جهان قرار گرفته اند که از آن جمله میتوان به شرکتهایی مانند: تویوتا، هندا، میتسوبیشی، فورد، فیات، جنرال موتورز، دایملر کرایسلر، نیسان و پژو و ... اشاره نمود. توفیق این محصولات به حدی چشمگیر بوده که از دسامبر سال 1997 تا ابتدای سال 2000 بیش از چهل هزار محصول پریوس کمپانی تویوتا به فروش رسیده است. خودروهای هیبریدی به وسیله دو منبع انرژی – یک واحد تبدیل انرژی (همچون یک موتور احتراق یا پیل سوختی) و یک وسیله ذخیره انرژی (هم چون باتری هل یا فرا خازن ها)- توان می گیرند . واحد تبدیل انرژی امکان قدرت گرفتن از بنزین ، متانول ، گاز طبیعی فشرده ، هیدروژن یا سوخت های جانشین دیگر را دارد. خودروهای هیبریدی این پتانسیل را دارنئ که 2 تا 3 برابر راندمان بالاتری نسبت به خودروهای متداول داشته باشند. خودروهای هیبریدی می توانند دارای طراحی موازی طراحی سری یا ترکیبی از هر دو باشند. در یک طراحی موازی ، واحد تبدیل انرژی و سیستم محرکه الکتریکی مستقیما به چرخ های خودرو مرتبط شده اند. موتور اصلی برای رانندگی در بزرگراه ها استفاده می شود ، موتور الکتریکی توان اضافی را هنگام پیمودن سر بالایی ها ، شتاب گرفتن و مواقع دیگر که توان بالای خودرو نیاز باشد فراهم می آورد.در یک طراحی سری ، موتور اصلی به یک ژنراتور تولید کننده الکترسیته مرتبط است . الکتریسیته باتری هایی را شارژ می کند که موتور الکتریکی را که به چرخ ها توان می دهد به کار می اندازد. بر خلاف خودروهای الکتریکی ، خودروهای هیبریدی نیازی به اتصال به برق شهر ندارند. در عوض آنها با ترمز واکنشی یا ژنراتور شارژ می شوند
اجزاء خودروهای هیبریدی
خودروهای هیبریدی یک ترکیب بهینه از اجزای مختلف هستند.یک نمونه خودرو هیبریدی را دیاگرام بالا می بینید.
· کنترل کننده ها / موتور کشنده الکتریکی
· سیستم های ذخیره کننده انرژی الکتریکی ، همچون باتری ها و فراخازن ها
· واحد توان هیبریدی همچون موتور احتراق جرقه ای ، موتورهای انژکتور مستقیم احتراق تراکمی (دیزل) توربین های گازی و پیل های سوختی
· سیستم های سوخت رسانی برای واحد توان هیبریدی
· جعبه دنده (گیربکس)
برای کمک به گازهای خروجی و بهبود کارایی های خودرو ، اجزاء وسیستم های زیر بواسطه تحقیق و توسعه اصلاح شدند :
· سیستم های کنترل گازهای خارجی
· مدیریت انرژی وکنترل سیستم ها
· مدیریت حرارتی اجزاء
· وزن پایین وایرو دینامیک بدنه / شاسی
· مقاومت غلطشی پایین (شامل طراحی بدنه وتایرها )
· کاهش بار لوازم اضافی
کنترل کننده ها / موتورهای هیبریدی
موتورهای کارگران پر کار سیستمهای راننده خودروهای هیبریدی هستند ، یک موتور کشنده الکتریکی ، انرژی الکتریکی واحد ذخیره انرژی را به انرژی مکانیکی که چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.بر خلاف خودروهای معمول که برای بدست آوردن گشتاور کامل ، موتور باید سرعت بگیرد موتور الکتریکی گشتاور کامل رادر سرعت های پایین نیز فراهم می کند. همین مشخصه شتاب غیر خطی عالی به خودرو می دهد . مشخصه های مهم موتور خودروی هیبریدی شامل کنترل خوب رانندگی با خطای مجاز صدای کم وراندمان بالا می باشد. مشخصه های دیگر شامل انعطاف پذیری مربوط به نوسان ولتاژ و البته قابل قبول بودن قیمت تولید انبوه می شود. تکنولوژی موتور جلو برنده برای کاربردهای خودروی هیبریدی شامل آهنربای دائمی ، القای جریان متناوب و موتورهای مقاومت مغناطیسی متغییر می باشد.
باتری خودرو هیبریدی
باتری ها یک از اجزای ضروری خودروخهای هیبریدی هستند . گر چه تعداد کمی از تولیدات خودروهای هیبریدی با باتریهای پیشرفته در بازار عرضه شده اند اما هیچ کدام از باتری های رایج یک ترکیب قابل قبول اقتصادی از توان ، راندمان انرژی و طول عمر را برای حجم بالای تولید خودرو ارائه نداده اند. ویژگیهای مطلوب باتریهای با توان بالا برای کاربردهای خودروهای هیبریدی شامل این موارد است : پیک و توان مخصوص تکانه بالا ، انرژی مخصوص بالای توان تکانه ، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه کردن بهره بری ترمز واکنشی و طول عمر طولانی . روش ها و طراحی های در حال توسعه برای هماهنگی مجموعه به صورت الکتریکی و حرارتی ، روشهای دقیق در حال پیشرفت برای تعیین وضع شارژ باتری ، باتریهای بادوام در حال پیشرفت و قابلیت بازاریابی ، چالش های تکنیکی دیگر هستند.
فراخازن های خودروهای هیبریدی
فراخازنها انرژی مخصوص بالاتری دارند و نوع قویتری از خازن های الکترولیتی هستند که انرژی را به عنوان شارژ الکتریسته ساکن ذخیره می کنند. فراخازنها سیسمتهای الکتروشیمیایی هستند که انرژی را در لایه ای از مایع قطبیده شده در سطح مشترک مابین یک الکترولیت رسانای یونی و یک الکترود رسانا ذخیره می کنند . ظرفیت ذخیره انرژی با افزایش مساحت سطح مشترک افزایش می یابد. فراخازنها به عنوان اولین ابزار برای کمک به توان موتور در شتاب گیری و سر بالایی رفتن هستند که به هملن خوبی بازیافت انرژی ترمزگسترش پیداکرده اند فراخازنها به صورت بالقوه به عنوان دومین شیوه ذخیره انرژی در خودروهای هیبریدی ، برای تامین توان بار گذاری باتری های شیمیایی سودمندند. الکتریسیته اضافی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در مواقعی که چگالی انرژی پایین است مورد نیاز است.
پیل های سوختی خودروهای هیبریدی
پیل های سوختی به واسطه یک واکنش الکتروشیمیایی که هیدروژن را با اکسیژن در هوای محیط ترکیب می کند ، الکتریسیته تولید می کنند.هیدروژن خالص یا هر سوخت فسیلی دیگری که اصلاح شده باشد می تواند برای تولید گاز هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد. متانول یک انتخاب معمول برای سوخت است. تنها گاز خروجی پیل سوختی بخار آب است که توان بالقوه آن را به عنوان تمیزترین واحد توان هیبریدی می رساند. راندمان ، صدای کم ، قابلیت اطمینان و راندمان تبدیل انرژی تا 50% پیش بینی شده پیلل های سوختی ، نشان می دهد که به طور نسبه مشخصه های خودروی هیبریدی در قیاس با راندمان 20-25 درصد موتورهای بنزینی احتراق داخلی مناسب تر هستند.
انتشارات پایین و راندمان بالا
تفاوت در گازهای خروجی خودروهای الکتریکی هیبریدی بستگی به خودرو و پیکر بندی اجزا آن دارد. ولی به طور کلی خودروهای هیبریدی گازهای خروجی کمتری نسبت به خودروهای معمولی دارند چرا که در موتور این خودروها یک موتور الکتریکی به همراه یک موتور احتراق داخلی دارد و موتور الکتریکی در بسیاری از مواقع جبران کننده موتور احتراق داخلی است بنابراین مصرف سوخت و گازهای خروجی کاهش می یابد ، در ضمن این خودروها قادرند فقط با موتورالکتریکی کار کنند که باعث کاهش آلودگی می شود.هیبریدهابه سادگی کار کرد موتور را کنترل می کنند و این عمل خورو را دارای راندمان بیشتر و آلودگی کمتر می کند.
مقایسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هایبرید
خودروهای برقی گرچه به عنوان اولین راهکار برای کاهش میزان آلودگی معرفی گردیده اند اما به علت آنکه در سیکلهای رانشی طولانی با مشکل ر وبرو می شوند از اینرو حضور موفقی نداشته اند و در حقیقت با شکست مواجه گردیده اند .ایده خودروهای هایبرید به علت استفاده از دو منبع انرژی در تولید سیستم محرکه رانشی نه تنها مشکل آلودگ ی و مصرف خودروهای هایبرید به علت استفاده از دو منبع انرژی در تولید سیستم محرکه رانشی نه تنها مشکل آلودگ ی و مصرف سوخت را به حداقل رسانده است بلکه مشکلات ناشی از خودروهای برقی خالص را حل نموده است .واین مزیت خودروهای هایبرید برقی نسبت به خودروهای برقی خالص می باشد.
تحليلي از جنبه هاي فلسفي قوانين ترموديناميك
چكيده : در اين مقاله جنبه هاي فلسفي و منطقي استدلال در قوانين ترموديناميك براساس ديدگاههاي كلاسيك فلسفهء علم ارا ئه ميشود . آيا قوانين ترموديناميك احكامي عام ومسلم ازاعيان خارجي و منافي اراده آزاد هستند؟ وآيا قوانين ترموديناميك فقط و فقط اشكال رياضي ﻤﺄخوذ ازتجربه وعاري ازهرگونه معني ملموس هستند؟ دراين نوشتار پرسشهايي از اين دست تحليل و بررسي ميگردد.
مقدمه:
يكي از تعاريف عالي ترموديناميك اين است كه ترموديناميك علم انرژي و آنتروپي ميباشد. ترديدي نيست كه علم در چنين تعريفي با تعبيري پوزيتيويستيك(1) به معناي دانشي بر پايهء مشاهدات تجربي بيان شده است. از اين منظر هركجا كه سخني از علم ميرود مقصود علم تجربي است . برتراند راسل(2) معتقد است اگر نتوانيم از چيزي آگاهي تجربي بدست آوريم هيچ آگاهي ازآن نخواهيم داشت.اگر پرسيده شود كه صحت خود اين مدعا چگونه به اثبات ميرسد پاسخ اين است كه اساساً چنين پرسشهايي تجربي نيستند. بدين معنا كه نميتوان آن را به محك تجربه گذاشت. سوالاتي از ازاين دست.
در حوزه متافيزيك جاي ميگيرند. روش پاسخ دادن به چنين سوالاتي كه به جنبه هاي معرفت شناختي (3) علم مربوط ميشوند نظير همهء مسائل متافيزيكي تعقل ومنطق است و نه آزمون تجربي . تفاوت عمده اي هست ميان علم پوزيتيويستي كه بر پايه ي تجربه پذيري بنا شده و متافيزيك كه تفسيري عام و فراگير از مسائل جهان هستي است. حوزهء مبحث اين نوشتار اغلب تحليل جنبه هاي استدلال منطقي در قوانين ترموديناميك وبرخي پرسشهاي فلسفي ومعرفت شناختي پيرامون آن است. با اين تفاسير ترموديناميك يك علم تجربي است. چرا كه در قوانين بنيادي آن يافته هاي تجربي بصورت روابط رياضي درآمده اند. بنيان ترموديناميك بر پايهء مشاهدات تجربي است. تجربي است از اينرو كه قابليت تجربه پذيري همگاني(4) دارد. " پديده اي كه مورد كاوش تجربي قرار مي گيرد بايد چنان باشد كه همه بتوانند در آزمون آن شركت كنندوهركس با تحصيل شرايط خاص بتواند به آساني آن را تجربه كند. اموري كه تنها براي يكبار اتفاق مي افتد يا اموري كه تجربه آنها همگاني نيست از قلمروكاوشهاي علمي بيرون مي مانند" [1 ]
تجربه مشاهدات تكرارپذيريست كه عيني(5) بوده وهمه بتوانندآن كاوش را انجام داده و نتايجش را بررسي كنند.بنابراين واضح است كه ترموديناميك واجد شرايط تجربه پذيري علمي است. بااين وجود مباحث مربوط به ترموديناميك فاقد آن تجربه گري صرف است كه در برخي ازعلوم وجود دارد. بدين معني كه ترموديناميك فقط برپايه تجربه ومشاهده نيست.اصولا مباحث مرتبط با مكانيك و شاخه هاي آن دقت و تاكيد فراواني بر استدلال استقرايي(6) دارندواصول بنيادي مكانيك برپايه مدلسازي رياضي ازپديده هاي فيزيكي است . پايه هاي اصلي مباحث ترموديناميك را مانند تكيه گاههاي منطقي علم مكانيك بايد در شهود و تجربه جستجوكرد.ازآن پس ميتوان يك چارچوب ذهني ترتيب داد و به عنوان مثال با پي ريزي يك مدل منطقي ميتوان مطالعهء مكانيك شاره ها را در ادامهء مكانيك مقدماتي و ترموديناميك قرار داد.
پايه ها ي مطالعه مكانيك شاره ها:
پايستاري جرم
قانون دوم نيوتن
اصل تكانه زاويه اي
قانون اول و دوم ترموديناميك
شش اصل بنيادي در مكانيك مقدماتي
اصل قابليت انتقال
قانون گرانش نيوتن
قانون اول نيوتن
قانون دوم نيوتن
قانون سوم نيوتن
قانون متوازي الاضلاع براي جمع بستن نيروها
به استثناء قانون اول نيوتن و اصل قابليت انتقال كه دو اصل بنيادي مستقل هستند ساير اصول مكانيك مقدماتي مبتني بر شواهد تجربي اند.با اين اوصاف مطالعه ترموديناميك صرفاً بر پايهء تجربه گري نيست بلكه آميزه اي از درك شهودي(7) و تجربهء مستقيم ميباشد. قوانين ترموديناميك را ميتوان بر اساس تعاريف اصولي و رايج علم نيز بررسي كرد:
الف: يك قانون علمي نظمي هميشگي و پايدار را بيان ميكند.قضاياي كلي عموما" با هميشه/هيچ/هر يا همه آغاز ميشوند
ب: قوانين علمي توانايي پيشگويي مشروط دارند و با دانستن وضع فعلي سيستم ميتوان آيندهء آن را به طور مشروط معلوم كرد.
ج: قوانين علمي وقوع برخي پديده ها را در جهان نامكمن و نشدني اعلام مي كنند ابطال پذيرند(8) و ميتوان تصور كرد كه روزي تجربه اي خلاف آن مشاهده شود.
د: قوانين و فرضيات علمي توتولوژيك(9) نيستند حصر منطقي ندارند و جميع حالات ممكن را در بر نميگيرند
ه: قوانين علمي گزينشي(10) هستند و هرگز همه جوانب پديده ها را تجربه و تحقيق نمي كنند.
قوانين ترموديناميك مجموعهء اين تعاريف را ارضا مي كند. في المثل وقتي گفته ميشود كه قانون اول ترموديناميك براي هر سيكل بسته اي برقرار ميباشد سخن از يك تجربه هميشگي و پايدار گفته ايم. با قوانين ترموديناميك مي توان آيندهء يك سيستم را از قرائن فعلي آن پيش بيني نمود. قوانين ترموديناميك همچنين وقوع پديده هايي را ناممكن اعلام مي كنند. اين خاصيت ابطال پذيري قوانين علمي است كه به پديده ها اجازه هرگونه جهتي را نمي دهند ونسبت به جهتگيري حوادث بي تفاوت نيستند." ابطال پذيري به معناي باطل بودن نيست. قانون ابطال پذير يعني قانوني كه براي آن بتوان تصور كرد كه در صورت وقوع پديده اي باطل مي شود. نقش تجربه هم در علوم كشف بطلان است و نه اثبات صحت . ابطال پذيري به معناي اين نيست كه اين قوانين حتماً روزي باطل خواهند شد بلكه اگر صحت يك قانون علمي تضمين هم شده باشد باز هم ابطال پذير خواهد بود.
يعني در فرض مي توان تجربه اي را كه ناقض آن است پيدا كرد.ابطال پذيري معادل تجربه پذيري است. قانوني علمي است كه تجربه پذير باشد ووقتي تجربه پذير است كه ابطال پذير باشد و وقتي ابطال پذير است كه نسبت به جهان خارج وجهت پديده هاي آن بي تفاوت نباشد"[1] قوانين ترموديناميك مثل هر قانون علمي ديگرگزينشي هستند. وفقط چند خاصيت محدود را بررسي مي كنند. بعنوان مثال مدل گازايده آل فرايند پلي تروپيك PV=mRT
فقط به چند خاصيت از قبيل فشار دما حجم و... محدود مي شود. هيچ قانون ترموديناميكي يافت نمي شود كه در آن همهء خواص ترموديناميكي منظور شده باشد.هر قانون تنها جنبه هايي خاص را مورد بررسي قرار مي دهد. بدين ترتيب در ترموديناميك با يك سري قواعد اصالتاً علمي مواجهيم كه ضمن علمي بودن نتايج و برداشتهاي فلسفي با اهميتي را نيز در بر مي گيرد.
1.1 تكامل منطقي قوانين ترموديناميك
ترموديناميك در قالب چهار قانون بنيادي ارائه مي شود و در نامگذاري اين چهار قانون نوعي روند تكاملي لحاظ شده است.
- قانون صفرم ترموديناميك: هر دو جسم كه با جسم سومي داراي تساوي درجه حرارت باشند آن دو جسم نيزبا هم تساوي حرارت دارند
- قانون اول ترموديناميك: براي هر سيستم در حال پيمودن يك سيكل انتگرال سيكلي حرارت متناسب با انتگرال سيكلي كار مي باشد.(قانون بقاي انرژي)
- قانون دوم ترموديناميك:غيرممكن است وسيله اي بسازيم كه در يك سيكل عمل كند وتنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به گرمتر باشد.
قانون سوم ترموديناميك: اين قانون بيان ميكند كه ممكن نيست از طريق يك سلسله فرايند متناهي به صفر مطلق دست يافت. به عبارتي رسيدن به صفر مطلق محال است.
قانون صفرم ترموديناميك منطقاً بديهي به نظر مي رسد.اگر چه كه تجربه پذير است و مي توان صحت و اعتبار آن را آزمايش كرد.اين قانون اساس اندازه گيري درجه حرارت است و نمي توان آن را از ساير قوانين نتيجه گرفت. قانون صفرم ترموديناميك از اين رو قبل از قوانين اول و دوم مي آيد كه براي بيان ساير قوانين ترموديناميك به مقياسي براي ادوات اندازه گيري درجه حرارت نياز است. بدين ترتيب اعدادي را روي دماسنج قرار داده و گفته مي شود جسم داراي درجه حرارتي است كه روي دماسنج قرائت مي شود. بنا براين منطقي است كه اين قانون قبل از ساير قوانين ترموديناميك ارائه شود.مطابق با اين قانون اندازه گيري درجه حرارت يك پايه منطقي پيدا مي كند و در ادامه مي توانيم ساير قوانين بنيادي ترموديناميك را با اتكا به اين پايه منطقي بيان كنيم. قانون اول ترموديناميك بيانگر اين مطلب است كه در يك سيكل ترموديناميكي مقدار حرارت منتقل شده از سيستم برابر با مقدار كار انجام شده بر سيستم مي باشد. در عين حال اين قانون هيچ محدوديتي براي جهت جريان حرارت و كار ايجاد نمي كند. اين محدوديت در قالب قانون دوم بيان ميشود.
قانون دوم ترموديناميك بيان مي دارد كه يك فرايند فقط در يك جهت معين پيش مي رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نيست. " متناقض نبودن يك سيكل با قانون اول دليلي بر اين نيست كه آن سيكل حتما اتفاق مي افتد.اين نوع مشاهدات تجربي منجر به تنظيم قانون دوم ترموديناميك مي شود. پس فقط آن سيكلي قابل وقوع است كه با قوانين اول و دوم ترموديناميك همخواني داشته باشد." [2] پس واضح به نظر مي رسد كه قانون دوم بيان يك توضيح تكميلي از قانون اول است كه قيد مجاز نبودن به هر جهت دلخواه براي كار و حرارت را بر آن مي نهد. از اين رو در روند تكامل منطقي قوانين ترموديناميك پس از قانون اول بيان مي شود. " در كاربرد قانون دوم دانستن مقدار مطلق آنتروپي ضروري مي شود و همين مساله منجر به تنظيم قانون سوم ترموديناميك مي گردد." بنابراين مشاهده شد كه قوانين ترموديناميك در يك سير تكامل منطقي در امتداد يكديگر بيان مي شوند. قانون اول پايهء منطقي اندازه گيري درجه حرارت را مي دهد. قانون اول منجر به بيان قانون دوم شده وقانون دوم نيز به بيان قانون سوم ترموديناميك مي انجامد.
2.1 تحليل منطقي از قانون اول ترموديناميك
قانون اول ترموديناميك را اغلب قانون بقاي انرژي مي نامند.اين قانون بيان مي دارد كه در يك سيكل ترموديناميكي انتگرال سيكلي حرارت برابر با انتگرال سيكلي كار مي باشد. قانون اول متضمن مفهوم انرژي است.مفهوم بنيادي انرژي در كاربردهاي روزمره آشنا و ملموس است و يك درك عمومي از كلمه انرژي وجود دارد. از نقطه نظر ماكروسكوپيك تنها به صورتي از انرژي توجه داريم كه به شكل حرارت منتقل مي شود. در حاليكه در ترموديناميك آماري, ديدگاه ما راجع به خواص ماكروسكوپيك تنها يك ارزيابي آماري از خواص ميكروسكوپيك هستند. "قوانين ترموديناميك را مي شود به آساني از اصول مكانيك آماري بدست آورد و آنها در واقع بيان ناقصي از همين اصول اند... در موارد ساده شده ايده آل مي توان از پس محاسبات پيچيده اصول مكانيك آماري برآمد و به قانوني با صحت اساساً نامحدود رسيد."[3] بنابراين به نظر مي رسد مفهوم بنيادي انرژي يك تحليل نوعاً آماري در رفتار مكانيكي مجموعه بسيار بزرگي از اتمهاست. " براي تشريح كامل رفتار سيستم از ديدگاه ميكروسكوپيك لزوما با حد اقل 20^10×6 معادله سر وكار خواهيم داشت. حتي با يك كامپيوتر بزرگ نيز انجام چنين محاسباتي كاملا خستگي آور و نااميد كننده است. با اين وجود دو روش براي كاهش تعداد معادلات و متغيرها تا حد پذيرفتني وجود دارد...يكي از اين راهها روش آماري است كه بر اساس نظريه هاي آمار و احتمال مقادير متوسط را براي همه ذرات سيستم در نظر مي گيريم ... راه حل دوم براي كاهش تعداد متغيرها ديدگاههاي ماكروسكوپيك ترموديناميك كلاسيك ميباشد همانگونه كه از كلمه ماكروسكوپيك استنباط مي شود اثرات كلي تعدادي مولكول را مورد توجه قرار مي دهيم." [2]چون ما مرتباً ازعبارت انرژي استفاده ميكنيم و آن را به پديده هايي كه مي بينيم نسبت مي دهيم كلمه انرژي مفهومي خاص در ذهن ما يافته است و وسيله اي موثر براي بيان افكار و ايجاد رابطه شده است. انرژي از مفاهيم مجردي است كه انسان براي برخي مشاهدات خود آن را ابداع كرده است. زماني كه از انرژي صحبت مي كنيم يك ادراك كلي را در نظر داريم كه مستقل از تحليلهاي آماري است. به بيان ديگر ديدگاه ما نسبت به انرژي به گونه كاملا محرزي مستقل از اين مساله است كه تعبير ماكروسكوپيك آن, بواسطه كاربرد آمار در رفتار تعدادي مولكول بدست آمده است. در ترموديناميك كلاسيك براي اينكه نشان داده شود انرژي يك خاصيت ترموديناميكي است به نوعي با مفاهيم عاري از معاني ملموس روبرو هستيم. بدين معني كه Q, Wو , Eتحت قواعد رياضي و جبري قرار مي گيرد و از آن نتايجي عام و كلي استحصال مي شود. گويي كه مي شد همين اعمال رياضي را روي, Y,X Z انجام داد.
در ترموديناميك, كار وحرارت تحت عنوان انرژي در حال گذار از مرزسيستم تعريف مي شود. با اين وصف مفهوم انرژي بايد يك اصل موضوعه و به طور ضمني تعريف شده باشد." تعريف صريح همه اصطلاحات فني يك مبحث همان قدر غير ممكن است كه اثبات كليه احكام آن, زيرا كه يك اصطلاح فني را بايد به كمك ساير اصطلاحات فني تعريف كرد و اين اصطلاحات را توسط اصطلاحات ديگر و قس عليهذا, به منظور رفع اين مشكل و براي احتراز از دوري(11) بودن در تعريف اصطلاح x به كمك اصطلاح y , و سپس تعريف اصطلاح y به كمك اصطلاح x , مجبوريم كه در مقدمه مبحث مورد نظر, مجموعه اي ازاصطلاحات اوليه يا اساسي را در نظر بگيريم و معاني آنها را مورد پرسش قرار ندهيم. تمام اصطلاحات فني ديگر مبحث را مآلاً بايد به كمك اين اصطلاحات اوليه تعريف كرد.[4]" از اين روبراي پرهيز از دوري بودن, تعريف انرژي بايد مستقل از كار وحرارت باشد ويا بالعكس. يا اينكه انرژي يك اصل موضوعه قلمداد شود و هيچ تعريفي هم براي آن ارائه نگردد.
اگر سيستم دستخوش تحولات يك سيكل باشد و طي فرايند A از حالت 1 به 2
تغيير يافته و سپس طي فرايند B از حالت 2 به حالت 1 بازگشت كند
2.2 نتايج فلسفي قانون اول ترموديناميك
اينكه قانون اول ترموديناميك توصيف يك امر ذاتي و حقيقت في نفسه است يا صرفاً يك مدل ذهني , اساساً يك پرسش فلسفي است. جان لاك (1704_1632) بيان مي كرد كه "تمام معلومات ما از طريق تجربه و حواس بدست مي آيد و آنچه نخست به حس در نيايد در ذهن وجود ندارد".[5] اما امانوئل كانت در كتاب نقد عقل محض (15) ميگويد: همه معلومات ما از راه محسوسات نيست. تجربه به هيچ عنوان تنها راه درك وعلم نيست. تجربه فقط ما را به _آنچه هست_ راهنمايي مي كند نه به آنچه_ بايد چنين باشد_ و دست آخر نتيجه مي گيرد كه از تجربه, حقايق كلي به دست نمي آيد. يعني حقايق ,بدون توجه به تجربه ما واقعيت دارند و حتي اين واقعيت پيش از تجربه(16) هم وجود داشته است. " طبق نظريه پوپر, تئوريها هرگز انعكاس عينيت نيستند بلكه بسيار به مدلهاي ذهني كانت شباهت دارند."[6] از ديدگاه پير دوئم (17) قوانيني نظير قانون اول ترموديناميك نه تفسيرهاي متافيزيكي هستند و نه مجموعه اي از قوانين كه صحتشان از طريق تجربه و استقراء به ثبوت رسيده باشد, " اين تئوريها بناهايي مصنوع هستند كه به كمك كميات رياضي ساخته شده اند ونسبت اين كميات با مفاهيم مجردي كه از تجربه برمي خيزند مانند نسبت علامت به ذي العلامه است... اين تئوريها با دقت جبري- رياضي قابليت گسترش دارند, چون به تقليد از جبر, اين تئوريها را مي توان با تركيب كمياتي كه ما به روش خاص خودمان آراسته ايم, بنا كرد."[1] مساله ديگر اين است كه ما معادلاتي را با مشاهدات تجربي استخراج كرده و اينك از همان معادلات براي توصيف پديده مورد نظر استفاده مي كنيم. درست مثل اينكه اصطلاح نارنج را با مشاهده ميوه نارنج ابداع كرده ايم آنگاه اگر از ما بخواهند كه رنگ ميوه نارنج را توصيف كنيم خواهيم گفت نارنجي! حال آنكه اين تفاسير بوضوح ad hoc مي باشند. البته طبيعي است كه اينگونه باشد و ما هميشه در تفسير رفتار وعملكرد يك شيء خاص, تنها چيزي را كه بررسي مي كنيم اوصاف ذاتي و لاينفك همان شيء خاص است. معادلات رياضي با مشاهده رفتار سيستم استخراج شده و تنها بواسطه آن است كه مي توان رفتار سيستم را تعبير نمود.
2.2 آيا مي توان امتناع رفتار آزاد را از قانون اول استنتاج كرد؟
آيا معادلات بر پديده ها ارجح هستند؟ پير دوئم استدلال مي كند كه اينگونه نيست. به اعتقاد دوئم , معادلات از ابتدا وجود نداشته اند و آنها با مشاهده يك نظم عمومي در رفتار سيستم استخراج و تنظيم شده اند. بنابراين لايتغير بودن اين معادلات فقط به دليل انطباق آنها با پديده ها در همه زمانهاست و اين مساله گواهي بر محال بودن ارادهء آزاد نيست. هرگز نمي توانيم ثابت و هميشگي بودن معادلات را دليل بر اين بگيريم كه قوانين عيني مطلقاً جبري هستند. بدين ترتيب قانون اول ترموديناميك نيز فقط معادله اي است كه از مشاهدات تجربي تصويرسازي شده و هرگز منجر به اين استنتاج نخواهد شد كه قوانين و واقعيات عيني نيز لايتغير خواهند بود. اصل بقاي انرژي حكمي عام و مسلم درباره اعيان موجود خارجي نيست. بلكه يك فرمول رياضي است كه به فرمان آزادانه ذهن ما ساخته شده است تا همراه با فرمولهاي ديگر كه به همين نحو ساخته مي شود ما را مجاز و قادر بدارد تا از آنها نتايجي را استنتاج بكنيم كه به خوبي و درستي بر قوانين مكشوف آزمايشگاهي انطباق يابند وازآنها حكايت كنند." نه فرمول بقاي انرژي و نه سايرفرمولهايي كه با آن همراه ميكنيم هيچكدام را نميتوان گفت درست يا نادرستند. چرا كه احكامي درباره واقعيات عيني نيستند. آيا امتناع رفتار مختارانه جزو لوازم اصل بقاي انرژي است يا نه؟ و اينجا بايد گفت اصل بقاي انرژي هيچ نتيجه عيني و خارجي در بر ندارد. چگونه مي توان از اصل بقاي انرژي و اصول مشابه آن اين نتيجه را استنتاج كرد كه ارادهء آزاد محال است؟ به خاطر مي آوريم كه اين اصول گوناگون معادل دستگاهي از معادلات ديفرانسيل اند كه بر تغييرات حالات اجسام تابع آنها حاكمند. نتيجه اين مي شود كه در ميان اين اجسام هيچ حركت آزادي نمي تواند به وجود آيد. حال مي پرسيم ارزش اين استدلال چقدر است؟ما اين معادلات ديفرانسيل را و يا اصولي را كه صورت اصلي آنها هستند برگرفتيم چون كه مي خواستيم تصويري رياضي از گروهي از پديده ها داشته باشيم. براي نمايش اين پديده ها به كمك دستگاهي از معادلات ديفرانسيل, پيشاپيش مفروض گرفتيم كه آن پديده ها تابع جبر مطلق اند." با توجه به ديدگاه دوئم درمي يابيم كه ما در ساختن يك مدل و تصوير رياضي بر اثر مشاهدهء تجربي يك پديده, فرض را بر نوشتن معادله اي گذاشتيم كه ابدي و پايدار است. يعني از قبل مطمئن بوده ايم كه جايي براي ارادهء آزاد در اين طبقه بندي باقي نيست. با اين وصف واضح است كه از لايتغير بودن معادله نمي توان به لايتغير بودن واقعيت عيني حكم داد.همانطور كه در مثالي گفتم ما از اين رو نارنجي را به عنوان يك توصيف پايدار از يك رنگ مي شناسيم كه از پيش يقين داريم رنگ ميوهء نارنج هميشه و در همه زمانها بدون تغيير خواهد بود. و با همين پيش فرض است كه مي توانيم اصطلاح نارنجي را به هر جسم همرنگ با ميوه نارنج اطلاق كنيم. و به همين دليل هم هست في المثل رنگي به نام (كتابي) نداريم. زيرا كه پيشاپيش مي دانيم رنگ كتابها هميشه يكجور نيست. از اين رو نبايد تصور كنيم كه يك معادله, طبيعت و پديده ها را ملزم به تابعيت از خود مي كند. معادلهء قانون اول ترموديناميك پديده ها را تابع يك جبر مطلق العنان نمي كند بلكه فقط تصويري ذهني يا مدلي رياضي است. حتي اگر حقيقت عيني پديده, ثابت و پايدار هم باشد اين امر را نمي توانيم از لايتغير و پايدار بودن مدل رياضي آن پديده استنتاج بكنيم.(ادامه دارد...)
پي نوشتها
1)positivistic
2)Russell
3)Epistemology
4)testability intersubjective
5)objectivity
6)Inductive reasoning
7)Intuitive reasoning
8)Refutable , falsifiable
9) تكراري بودن تعريف يا همانگويي
10)selective
11)circular
12)Essentialism
13) K . popper
14)initial conditions
15( critic of pure reason
16)a priori
17)Pierre duhem