ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΜΟΣ:

Transcript

1 Π.Σ.Π.Α. ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΜΟΣ: Κατασκευή ανεμογεννήτριας και έρευνα σχετικά με τη μεταβολή της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του ανέμου. Κωνσταντίνα Τομαρά Γ Επιβλέπον Καθηγητής: Δημήτριος Μανωλάς

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εξώφυλλο Περιεχόμενα Περιγραφή του προβλήματος Τι είναι και ποιο ρόλο έχει μια ανεμογεννήτρια; Περιγραφή του σκοπού της έρευνας Περιγραφή των κοινωνικών αναγκών που εξυπηρετεί η έρευνα Διαμόρφωση της υπόθεσης της έρευνας Ανάλυση των παραμέτρων που θεωρήθηκαν οτί δεν επηρεάζουν τα αποτελέσματα της έρευνας Περιγραφή των ορίων και περιορισμών της έρευνας Περιγραφή της διαδικασίας που ακολούθησεο ερευνητής Συμπεράσματα Προτάσεις για συμπληρωματική έρευνα στο μέλλον Βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε και παραρτήματα

3 Περιγραφή του προβλήματος Τα κύρια θέματα που διαπραγματεύεται η έρευνα είναι: η ανεμογεννήτρια (μεθοδολογία κατασκευής και συμπεράσματα) και η έρευνα και ο πειραματισμός Στην παρούσα εργασία θα κατασκευάσουμε μία ανεμογεννήτρια και, με έρευνα και πειραματισμό, θα απαντήσουμε σε δύο ερωτήματα που απασχολούν. Το πρώτο ερώτημα ασχολείταιμε το αν και κατά ποσό πολύ αλλάζει η τάση στους πόλους της ανεμογεννήτριας, αν αυξηθεί ή μειωθεί η ταχύτητα του ανέμου. Το δεύτερο ερώτημα ασχολείται περισσότερο με την αλλαγή που μπορεί να συμβεί στην τάση στους πόλους της ανεμογεννήτριας που κατασκευάσαμε αν και εφόσον αλλάξει η κατεύθυνση του ανέμου. Ανεξάρτητες μεταβλητές: Η ταχύτητα και η φορά του ανέμου Εξαρτημένες μεταβλητές: Η ένδειξη του βολτόμετρου

4 Τι είναι μία ανεμογεννήτρια; Η ενέργεια που υπάρχει στην κίνηση του ανέμου (αιολική ενέργεια) μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια από τις ανεμογεννήτριες.ο άνεμος περιστρέφει τα πτερύγια της ανεμογεννήτριας, τα οποία με τη σειρά τους περιστρέφουν ένα μοτέρ το οποίο παράγει ρεύμα.πολλές ανεμογεννήτριες μαζί αποτελούν ένα αιολικό πάρκο. Όμως υπάρχει μεγάλο κόστος για να κατασκευαστεί και να τοποθετηθεί μία ανεμογεννήτρια και ακόμη μεγαλύτερο κόστος για να κατασκευαστεί ένα αιολικό πάρκο. Ωστόσο, ένα τέτοιο πάρκο θα μπορούσε να τροφοδοτήσει με ρεύμα κατοικημένες περιοχές όπως πόλεις, κωμοπόλεις ή χωριά. Οι ανεμογεννήτριες είναι πάρα πολύ σημαντικές για τη καθημερινή μας ζωή και για το περιβάλλον, εφόσον είναι ένας από τους πιο περιβαλλοντολογικά φιλικούς τρόπους για να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια.

5 Περιγραφή του σκοπού της έρευνας Ο σκοπός της παρακάτω έρευνας δεν είναι άλλος από την επίλυση των ερωτημάτων που μας δημιουργήθηκαν, δηλαδή η κατανόηση της ανεμογεννήτριας. Πιστεύω πως το να εξερευνήσουμε την λειτουργία των ανεμογεννητριών είναι πολύ ενδιαφέρον καιωφέλιμο, διότι μπορούμε να καταλάβουμε την χρησιμότητα τους και την ανάγκη που έχουμε για αυτές ως κοινωνικό σύνολο. Αξίζει λοιπόν να ανακαλύψουμε τον τρόπο με τον οποίο ο άνθρωπος κατάφερε να τιθασεύσει την ορμή του ανέμου και να την μετατρέψει σε κάτι πολύ χρήσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον. Ύστερα υπάρχει και το γεγονός της κατασκευής μιας ανεμογεννήτριας, το οποίο βρήκαμε σαν μία πρόκληση τόσο ενδιαφέρουσα, όσο και επιμορφωτική.στις επόμενες σελίδες θα δούμε επίσης και τις κοινωνικές ανάγκες που μπορεί να εξυπηρετήσει η εργασία.

6 Περιγραφή κοινωνικών αναγκών που εξυπηρετεί η έρευνα Η έρευνα που διεξάγουμε πιστεύω πως θα εξυπηρετήσει την κοινωνική ανάγκη που έχουμε για ηλεκτρική ενέργεια. Όπως ήδη γνωρίζουμε, για να παρέχουμε ηλεκτρική ενέργεια στα σπίτια μας χρησιμοποιούμε κυρίως τους μη ανανεώσιμους φυσικούς πόρους (ορυκτά, καύσιμα), οι οποίοι κάποια στιγμή στο μέλλον θα εξαλείφουν. Γι' αυτό οι άνθρωποι έχουν αρχίσει να σκέφτονται κάποιους εναλλακτικούς τρόπους μετατροπής ενέργειας (αιολική, φωτεινή) σε ηλεκτρική. Δυστυχώς αυτοί ακόμα δεν χρησιμοποιούνται από όλους. Ωστόσο με την εργασία που ακολουθεί, οι πιο έμπειροι μπορεί να καταφέρουν να βρουν ένα τρόπο να αξιοποιήσουν αυτά που παρατηρήσαμε και τους προμηθεύουμε στη συνέχεια, με σκοπό την εξοικονόμηση των φυσικών πόρων και την ευημερία του κοινωνικού συνόλου.

7 Διαμόρφωση της υπόθεσης της έρευνας Στα πειράματα που θα ακολουθήσουν πιστεύω πως τα αποτελέσματα που θα συλλέξουμε είναι τα εξής: Για το πρώτο ερώτημα: Αν υποθέσουμε ότι η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται (ή στη δικιά μας περίπτωση η ανεμογεννήτρια πλησιάσει την πηγή του ανέμου) τότε θα δούμε μία ραγδαία αύξηση στην τάση στους πόλους της. Αντιθέτως αν η ένταση του ανέμου μειωθεί, τότε θα παρατηρήσουμε μία πτώση στην ένδειξη του βολτόμετρου. Για το δεύτερο ερώτημα: Όταν φυσάμε την ανεμογεννήτρια προς τα δεξιά βλέπουμε την φυσιολογική ένδειξη του βολτομέτρου. Αν υποθέσουμε ότι η φορά του ανέμου αλλάζει, θα παρατηρήσουμε ότι το βολτόμετρο μετράει πλέον με αρνητικούς αριθμούς την τάση στους πόλους της ανεμογεννήτριας. Στη συνέχεια θα διεξάγουμε τα πειράματα μας, με σκοπό να διαπιστώσουμε αν είχαμε υποθέσει σωστά σχετικά με τα αποτελέσματα της έρευνας μας.

8 Ανάλυση των παραμέτρων που θεωρήθηκαν ότι δεν επηρεάζουν τα αποτελέσματα της έρευνας Οι παράμετροι που πιστεύω πως δεν επηρέασαν τα αποτελέσματα των πειραμάτων και κατ επέκταση της έρευνας ήταν: Η θερμοκρασία του δωματίου μέσα στο οποίο διεξάχθηκε η έρευνα, Η θερμοκρασία του αέρα που εξερχόταν από την μηχανή που χρησιμοποιήσαμε και Η υγρασία του δωματίου. Οι παραπάνω μεταβλητές δεν συνέβαλαν στην έκβαση του πειράματος και θεωρήθηκαν αμελητέες από τον ερευνητή. Τα αποτελέσματα βασίζονται αποκλειστικά στις μεταβλητές που αναφέρθηκαν σε προηγούμενες ενότητες.

9 Περιγραφή των ορίων και περιορισμών της έρευνας Σε αυτό το κεφάλαιο θα περιγράψουμε τους περιορισμούς της έρευνας ως προς την αξιοπιστία της. Ένας από αυτούς είναι η χρονική διάρκεια της έρευνας. Η διαδικασία αυτή δεν κράτησε για αρκετά μεγάλο διάστημα κι έτσι μπορεί να υπάρξει κάποια αναξιοπιστία σχετικά με τα αποτελέσματα της. Επίσης ο αριθμός των πειραμάτων περιορίζεται σε έναν σχετικά μικρό αριθμό, που μπορεί κάλλιστα να δημιουργήσει κάποια σύγχυση σχετικά με τις παρατηρήσεις. Τα στοιχεία κατατάχθηκαν σε πίνακα, πράγμα που μπορεί να μπερδέψει τον αναγνώστη της έρευνας. Κρίθηκε παρόλα αυτά από τον ερευνητή ως έναν από τουςκαλύτερους τρόπουςταξινόμησης των δεδομένων.

10 Περιγραφή της διαδικασίας που ακολούθησε ο ερευνητής Χρονοδιάγραμμα έρευνας Η έρευνα διεξάχθηκε σε μία περίοδο 11 εβδομάδων: Τις πρώτες τέσσερις εβδομάδες: Έγινε η αναζήτηση των τμημάτων της ανεμογεννήτριας και η αγορά τους. Την πέμπτη εβδομάδα: Έγινε η κατασκευή της ανεμογεννήτριας. Τις επόμενες τρεις εβδομάδες: Έγινε η συγγραφή της εργασίας. Την ένατη και δέκατη εβδομάδα: Έγιναν τα πειράματα και συλλέχθηκαν οι μετρήσεις που πήραμε. Την τελευταία εβδομάδα: Βγήκαν τα συμπεράσματα σχετικά με αυτά που παρατηρήσαμε στα πειράματα μας.

11 Μεθοδολογία Πρώτα αποφασίσαμε να ψάξουμε τρόπους κατασκευής μίας ανεμογεννήτριας. Αφού βρήκαμε ένα βίντεο που έδειχνε έναν αποτελεσματικό τρόπο κατασκευής της, ξεκινήσαμε την αναζήτηση για τα τμήματα που αναφέρονταν στο βίντεο. Ύστερα αγοράσαμε όλα τα μέρη της και αρχίσαμε να την κατασκευάζουμε. Υπήρξαν μερικά προβλήματα σχετικά με το πώς να την κάναμε να σταθεί, αλλά ανταπεξήλθαμε. Μετά από την κατασκευή της λοιπόν, κάναμε μερικές δοκιμές για να δούμε αν η κατασκευή είναι σταθερή. Πιο αναλυτική μεθοδολογία της έρευνας και της κατασκευής υπάρχει παρακάτω. Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή ανεμογεννήτριας: μοτεράκι, έλικα, καλώδια, βίδες, κόπτης καλωδίων, κατσαβίδι, σωλήνες, πριτσίνια, πριτσιναδόρος, τρυπάνι. Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν αργότερα στην έρευνα: μπαταρία, πολύμετρο, φυσητήρας, καλώδια, κροκοδειλάκια. Οικονομικό κόστος έρευνας: Η έρευνα κόστισε περίπου 45. Παρακάτω θα γίνει μία παρουσίαση των υλικών και της διαδικασίας της κατασκευής της ανεμογεννήτριας, αλλά και του πειράματος που ακολούθησε.

12 Στις διπλανές εικόνες παρατηρούμε την έλικα και το μοτεράκι. Εδώ φαίνονται τα εργαλεία που χρησιμοποιήσαμε.

13 Στις παρακάτω εικόνες βλέπουμε τους σωλήνες και τη διάταξη με την οποία τους συναρμολογήσαμε.

14 Ύστερα περάσαμε τα καλώδια από τους σωλήνες και τα ενώσαμε με τις βίδες που βάλαμε στις εσοχές του σωλήνα.

15 Έτσι ολοκληρώθηκε η κατασκευή της ανεμογεννήτριας.

16 Για την συνέχεια του πειράματος χρειάστηκαν, όπως φαίνεται και στις εικόνες, ένα πολύμετρο και ένας φυσητήρας.

17 Το πείραμα Πρώτα τοποθετήσαμε ένα μέτρο σε απόσταση δύο μέτρων από την ανεμογεννήτρια. Ύστερα συνδέσαμε το πολύμετρο με την ανεμογεννήτρια και το ρυθμίσαμε να μετράει τα δεδομένα σε mv. Συνδέσαμε τον φυσητήρα με την πρίζα και το τοποθετήσαμε σε απόσταση ενός μέτρου από την ανεμογεννήτρια. Ενεργοποιήσαμε τον φυσητήρα και κάναμε 10 μετρήσεις. Έπειτα μεταφέραμε τον φυσητήρα σε απόσταση μισού μέτρου από την ανεμογεννήτρια, έτσι ώστε η δύναμη του αέρα να είναι μεγαλύτερη, τον ενεργοποιήσαμε ξανά και κάναμε άλλες 10 μετρήσεις. Μετρήσεις από Μετρήσεις απόσταση 1m απόσταση 0.5m 1η μέτρηση 0,2 mv 0,6 mv 2η μέτρηση 0.1 mv 0,7 mv 3η μέτρηση 0.0 mv 0,5 mv 4η μέτρηση 0.3 mv 0,5 mv 5η μέτρηση 0.1 mv 0,8 mv 6η μέτρηση 0.2 mv 0,7 mv 7η μέτρηση 0.0 mv 0.6 mv 8η μέτρηση 0.1 mv 0.7 mv 9η μέτρηση 0.2 mv 0.5 mv 10η μέτρηση 0.1 mv 0.8 mv Μέσος όρος 0,13 mv 0.64 mv από

18 Μετά συνεχίσαμε τα πειράματα για να δώσουμε λύση στο δεύτερο ερώτημα. Μεταφέραμε τον φυσητήρα στα αριστερά της ανεμογεννήτριας και παρατηρήσαμε ότι οι μετρήσεις βγαίνουν θετικές. Κάναμε το ίδιο και από την δεξιά πλευρά της ανεμογεννήτριας και παρατηρήσαμε ότι τα αποτελέσματα βγαίνουν αρνητικά.

19 Συμπεράσματα Από τα παραπάνω αποτελέσματα βγαίνουν τα εξής συμπεράσματα: Για το πρώτο ερώτημα: Όταν η δύναμη του αέρα μεγαλώνει, τότε και η αντίσταση(v) του ηλεκτρικού ρεύματος αυξάνεται, που σημαίνει ότι είναι ανάλογα. Έπισης παρατηρούμε ότι η υπόθεση της έρευνας επιβεβαιώνεται. Για το δεύτερο ερώτημα: Βλέπουμε επίσης ότι όταν ο αέρας φυσάει με διαφορετική φορά από την καθορισμένη τότε οι μετρήσεις βγαίνουν αρνητικές, άρα παρατηρήται και στο δεύτερο ερώτημα η επιβεβαίωση της υπόθεσης της έρευνας.

20 Προτάσεις για συμπληρωματική έρευνα στο μέλλον Πρωσοπικά πιστεύω πως ερευνητές που θα ασχοληθούν με παρόμοια έρευνα στο μέλλον θα πρε πει να εστιασάσουν στο να επιβεβαιώσουν το κατα πόσο τα δεδομένα αντιστοιχούν και σε μία κανονικού μεγέθους ανεμογεννήτρια. Επίσης μία μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να αναπτύξει το παρακάτω ερώτημα: Τι σχέση έχει ο αριθμός των ανεμογεννητριών ενός αιολικού πάρκου με την αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας; Βιβλιογραφία Wikipedia

21 Ευχαριστώ για την προσοχή σας!