ΦΥΣΙΚΗ -ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΙ ΓΕΩΡΓΙΑ

Transcript

1 Γιάννης Λ. Τσιρογιάννης Γεωργικός Μηχανικός M.Sc., PhD Επίκουρος Καθηγητής ΤΕΙ Ηπείρου Τμ. Τεχνολόγων Γεωπόνων Κατ. Ανθοκομίας Αρχιτεκτονικής Τοπίου ΦΥΣΙΚΗ -ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΙ ΓΕΩΡΓΙΑ Ηλεκτρισμός Έκδοση 1, 2015 This presentation is available under the Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC) license and is freely 1 accessible online to anyone.

2 Εισαγωγή Ο ηλεκτρισμός είναι η οργανωμένη κίνηση (ροή) των ηλεκτρονίων προς μία κατεύθυνση μέσα σε ένα υλικό - τον αγωγό του ηλεκτρισμού. 2

3 Ηλεκτρικό ρεύμα Σε κάθε ηλεκτρικό σύστημα μας ενδιαφέρει: η τάση (V, Volt) η ένταση (I, Ampere) η αντίσταση η ισχύς, έργο (W, Watt) Ο τύπος του ηλεκτρικού ρεύματος 3

4 Τάση Για να υπάρξει ηλεκτρικό ρεύμα χρειάζονται δύο σημεία που να συνδέονται μεταξύ τους με έναν αγωγό, το ένα σημείο με υψηλό δυναμικό και το άλλο με χαμηλό. Η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στα δύο σημεία είναι που προξενεί την κίνηση των ηλεκτρονίων, και έτσι έχουμε ηλεκτρισμό. Διαφορά δυναμικού μεταξύ 2 σημείων είναι η ενέργεια που χρειάζεται ένα ηλεκτρικό φορτίο για να μετακινηθεί από ένα σημείο σε κάποιο άλλο. 4

5 Τάση Τάση ρεύματος ή ηλεκτρική τάση ονομάζεται η διαφορά δυναμικού μεταξύ 2 σημείων. Ορίζεται ως το πηλίκο της ενέργειας προς τη μονάδα του φορτίου αντίστοιχα. Η τάση συμβολίζεται με το γράμμα V και έχει μονάδα μέτρησης το 1V (1 Volt). Την τάση μεταξύ 2 σημείων την μετράμε με το βολτόμετρο. Παράδειγμα: Ο ένας πόλος της μπαταρίας έχει υψηλότερο ηλεκτρικό δυναμικό από τον άλλο, έτσι όταν συνδέσουμε τους δύο πόλους μεταξύ τους με έναν αγωγό, έχουμε ηλεκτρικό ρεύμα (το ηλεκτρικό ρεύμα κινείται από τον αρνητικό πόλο της μπαταρίας προς τον θετικό). 5

6 Ένταση Η ροή ηλεκτρονίων ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται ένταση του ηλεκτρισμού. Η μονάδα μέτρησής της είναι το Ampere (αμπέρ), με σύμβολο το Α. Είναι κάτι αντίστοιχο με το να μετρούσαμε πως από μια σωλήνα νερού περνάει ένα λίτρο το λεπτό. Όταν από έναν αγωγό περνάει ρεύμα έντασης ενός Ampere, αυτό σημαίνει πως από κάθε σημείο του αγωγού περνούν ηλεκτρόνια κάθε δευτερόλεπτο. 6

7 Αντίσταση Στην κίνηση του νερού σε έναν σωλήνα, εκτός από τη διαφορά της πίεσης, παίζει ρόλο και το πόσο μεγάλος είναι ο σωλήνας. Ένας φαρδύς σωλήνας, με την ίδια πίεση, θα μεταφέρει περισσότερο νερό απ' ότι ένας στενός σωλήνας. Ομοίως λειτουργούν και οι ηλεκτρικοί αγωγοί, καθώς, ανάλογα με το υλικό και τη διάμετρό τους, έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, που μετριέται σε Ohm (ωμ), με σύμβολο το "Ω". Όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο περισσότερο ρεύμα θα περάσει, για την ίδια τάση. 7

8 Νόμος του Ohm Σχέση μεταξύ τάσης (voltage), έντασης (current) και αντίστασης (resistance). Η ένταση σε ένα κύκλωμα είναι ανάλογη της τάσης και αντιστρόφως ανάλογη της αντίστασης: I = V/R 8

9 Έργο ή Ισχύς Ο ηλεκτρισμός, μέσα από την κίνηση των ηλεκτρονίων μεταφέρει ενέργεια, η οποία καταναλώνεται για να παραχθεί κάποιο έργο. Το έργο από την κατανάλωση της ενέργειας μπορεί να π.χ. η κίνηση μίας αντλίας Η μονάδα που χρησιμοποιούμε για να δείξουμε την κατανάλωση είναι το Watt (βατ) που συμβολίζεται με W. Ισχύει: W=VxI. 9

10 Συνεχές ρεύμα (Direct current, DC) Σταθερή φορά στην κίνηση ηλεκτρονίων 10

11 Εναλλασσόμενο ρεύμα (alternating current, AC) Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, κάθε ένα σταθερό χρονικό διάστημα, η ροή των ηλεκτρονίων αλλάζει εντελώς κατεύθυνση. Στην Ελλάδα, από το 2004 και μετά το ρεύμα στην πρίζα έχει τάση 230 volt (με όρια διακύμανσης +/- 10%, ήτοι 207V έως 253V) και συχνότητα 50Hz, που σημαίνει πως αλλάζει κατεύθυνση 50 φορές ανά δευτερόλεπτο. 11

12 Μονοφασικό, Τριφασικό ρεύμα Στον κάθε καταναλωτή παρέχονται πάντα ένα τριπλό καλώδιο, που το αποτελούν ο ουδέτερος (O) στον οποίο δεν παρέχεται από τη ΔΕΗ ρεύμα, και οι φάσεις, στα οποία παρέχεται το ρεύμα, ενώ ο καταναλωτής είναι υποχρεωμένος να παρέχει για ασφάλεια μία γείωση. Ανάλογα με τις παρεχόμενες φάσεις της, η παροχή μπορεί να είναι μονοφασική ή τριφασική: Μονοφασική παροχή: Στον καταναλωτή παρέχεται μία φάση (R). Αν συνδεθείμέσω ενός κυκλώματος η φάση με τον ουδέτερο τότε δημιουργείται κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Τριφασική παροχή: Στον καταναλωτή παρέχονται τρεις φάσεις (R,S,T). 12

13 Ασφάλειες & Γείωση Η ηλεκτρική ασφάλεια είναι ένας ηλεκτρικός διακόπτης, ο οποίος παρεμβάλλεται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με σκοπό να το προστατεύσει από τις ζημίες που θα προκληθούν από την υπερφόρτωσή του ή κάποιο βραχυκύκλωμα. Η γείωση είναι ένα βασικό μέτρο προστασίας, που έχει σκοπό να προφυλάξει την εγκατάσταση από διαρροές ρευμάτων και το προσωπικό από επικίνδυνες τάσεις επαφής, που προέρχονται από την καταστροφή μόνωσης των αγωγών. 13

14 Μετατροπή μεταξύ τύπων Η μετατροπή του ρεύματος από εναλλασσόμενο σε συνεχές γίνεται στον μετασχηματιστή, ο οποίος στους σταθερούς υπολογιστές είναι ενσωματωμένος στο τροφοδοτικό. 14

15 Χρέωση Watt-hours (βατώρες) κλπ Οι βατώρες είναι οι μονάδες με βάση τις οποίες μας χρεώνει η ΔΕΗ. Με απλά λόγια, είναι το πόσα Watt έχουμε καταναλώσει σε μια ώρα. Μια κιλοβατώρα (=1000 βατώρες) κοστίζει 0,0946 ευρώ με το υπάρχον τιμολόγιο της ΔΕΗ, εφόσον η κατανάλωσή μας το τετράμηνο κυμαίνεται από 800 έως 2000 κιλοβατώρες. 15

16 Προσοχή! Ηλεκτρολόγος για το τμήμα του δικτύου που αφορά ρεύμα 220V 16

17 Μελέτη περίπτωσης: Αυτόματο σύστημα άρδευσης [irrigation controllers ή timers] 17

18 Γενική δομή αυτοματοποίησης ενός συστήματος άρδευσης Καλώδια Ένα κοινό και ένα σε κάθε πηνίο 18

19 Προγραμματιστές άρδευσης Βασικά πρόκεται για χρονοδιακόπτες που εφαρμόζουν προγράμματα άρδευσης (συχνότητα και διάρκεια αρδευτικών γεγονότων) ελέγχοντας ηλεκτροβάνες (και αντλίες) Μπορούν να αξιοποιήσουν εισόδους από αισθητήρες ώστε να αναστείλουν ή να ρυθμίσουν την διάρκεια ή τη συχνότητα αρδευτικών γεγονότων Τυπική διάταξη ανεξάρτητου προγραμματιστή 19

20 Επιλογή προγραμματιστή Πόσες στάσεις? Πολλές μπορεί να είναι καλύτερα με αποκωδικοποιητές Επεκτάσιμος? Η διαφορά σε τιμή είναι μικρή. Κεντρικά ελεγχόμενος στο μέλλον? Ίδιοι προγραμματιστές σε ορισμένες περιπτώσεις Έχετε ρεύμα? Θέλετε καλώδια? Εαν όχι προγραμματιστής μπαταρίας. Κοντά σε πίνακα ρεύματος ή σε περιοχή με υπερτάσεις και διακοπές ρεύματος? Αγοράστε καλό προγραμματιστή με καλή προστασία από υπερτάσεις. 20

21 Τυπικοί προγραμματιστές

22 Ingress Protection Code International Standard IEC

23 Ηλεκτροβάνες [control valves] 23

24 Αρχή λειτουργίας Πάνω σε κάθε ηλεκτροβάνα υπάρχει ένα εξάρτημα που ονομάζεται σωληνοειδές ή απλά πηνίο Αν το συνδεμένο με το πηνίο ηλεκτρικό κύκλωμα κλείσει (προϋποθέτει έναν αγωγό που φέρνει ρεύμα στο πηνίο καλώδιο ελέγχου ή φάση ή θερμό καλώδιο- και έναν αγωγό που κλείνει το κύκλωμα ουδέτερος αγωγός-) τότε αυτό μαγνητίζεται και σηκώνει ένα μικρό έμβολο που ανοίγει τη βαλβίδα. Χρειάζεται μεγαλύτερη ένταση ρεύματος για να ανοίξει η ηλεκτροβάνα και μικρότερη για να μείνει ανοικτή (βοηθά και η πίεση του νερού). Κάθε ηλεκτροβάνα θέλει το δικό της καλώδιο ελέγχου, ενώ ο ουδέτερος είναι κοινός. 24

25 Λειτουργία τυπικής ηλεκτροβάνας Ρύθμιση παροχής Πηγή: Το πηνίο ανοίγει, αδειάζει το νερό από τον πάνω θάλαμο της βάνας και σηκώνεται το διάφραγμα 25

26 Ενδιαφέροντα Η/Β που δουλεύουν στα 240V να αποφεύγονται λόγω κινδύνων ηλεκτροπληξίας χωρίς ουσιαστικά πρακτικά οφέλη (δεν χρειάζεται μετασχηματιστής) 26

27 Απαλλαγή από ανάγκη για ενεργό καλώδιο Συστήματα με decoders 27

28 Σύνδεση αντλίας Ρελέ έναρξης αντλίας [pump start relay] 28

29 Σύνδεση Η σύνδεση αυτή πολλές φορές χρησιμοποιείται για την σύνδεση κεντρικής βάνας (master valve) 29

30 Καλώδια [wires] 30

31 Χαρακτηριστικά καλωδίων Χάλκινα καλώδια UF (underground feeder) για να μπαίνουν στο χώμα χωρίς άλλη προστασία Μέγεθος διατομής Συνήθως περισσότερα από ένα καλώδια στο ίδιο περίβλημα, π.χ. 5κλωνα, 7κλωνα κοκ Τα καλώδια συνδέονται με αδιάβροχους συνδέσμους (σύνδεσμοι σιλικόνης) 31

32 Ενδιαφέροντα Προσοχή τα ΚΑΛΩΔΙΑ EΛΕΓΧΟΥ ME ΜΟΝΩΣΗ ΚΑΙ ΜΑΝΔΥΑ ΑΠΟ PVC (κοινώς γνωστά ως ΝΥΥ) που χρησιμοποιούνται στους αυτοματισμούς κτηρίων δεν κάνουν για απευθείας τοποθέτηση στο έδαφος. Πάντα να αναζητάτε το χαρακτηριστικό UF. Τα καλώδια τοποθετούνται για προστασία κάτω από τους σωλήνες άρδευσης, για μεγαλύτερη προστασία σωλήνων και καλωδίων μπορεί να μπει κάποια ταινία ή δίκτυ στο χώμα 1-2cm πάνω από τον αγωγό (θα το συναντήσει πρώτο όποιος σκάψει) Τα καλώδια έχουν εσωτερικά νήμα που βοηθά στην απογύμνωση Προσοχή, 5κλωνο καλώδιο συνδέει έως 4 ηλεκτροβάνες μια και το πέμπτο είναι το κοινό Στο ουδέτερο χρησιμοποιούμε συνήθως το λευκό καλώδιο Να μένει περιθώριο για πιθανή αυξομείωση μήκους καλωδίων (λόγω ψύχους, θερμότητας). Συνήθως η περίσσια μορφοποιείται σαν ελατήριο. 32

33 Σύνδεση στον προγραμματιστή 33

34 Διαστασιολόγηση καλωδίων 1. Πόσο μακριά από τον προγραμματιστή βρίσκονται οι ηλεκτροβάνες; 2. Ποια είναι η στατική πίεση του νερού στις ηλεκτροβάνες; 3. Πόσες ηλεκτροβάνες είναι στην ίδια στάση του προγραμματιστή; 4. Το μέγεθος της διατομής των καλωδίων δίνεται σε AWG (American Wire Gauge) ή σε mm 2. Συντελεστές μετατροπής: diameter [mm] = * 92 ^ ((36-AWG)/39) και στην συνέχεια υπολογισμός επιφάνειας διατομής AWG = -(ln (diameter [mm]/0.127) / (ln (92) * 39) - 36) Πηγή: Simplified Irrigation Design 34

35 Πίνακες επιλογής Οι εταιρείες παρέχουν στοιχεία που σχετίζονται με συγκεκριμένες Η/Β Αν και δεν είναι απαραίτητο συνηθίζεται να μπαίνει το ίδιο μέγεθος σε καλώδιο ελέγχου και κοινό. Ακόμη συνηθίζεται να μπαίνει το ίδιο μέγεθος καλωδίου σε όλο το έργο (αυτό που θα υπολογιστεί για τη δυσμενέστερη κατάσταση) ώστε να αποφέυγονται προβλήματα. Το συνηθισμένο μέγεθος για κήπους είναι το 14 (AWG) (=2,5 mm 2 ) Πηγή: Simplified Irrigation Design; Μπαμπίλης,

36 Αισθητήρες [sensors] 36

37 Αισθητήρας βροχής Η χρήση αισθητήρα βροχής μειώνει την κατανάλωση νερού κατά 15-20% RSD-BEx RAIN CHECK MS-100 Προσοχή: ο αισθητήρας να είναι εκτεθειμένος στη βροχή στάσεις που δεν επηρεάζονται από βροχή π.χ. φυτά σε βεράντες ή κλειστούς χώρους δεν πρέπει να σχετίζονται με τον αισθητήρα βροχής. 37

38 NO και ΝC αισθητήρες ΝΟ: Normally open, τυπικά ανοικτό κύκλωμα δεν περνά ρεύμα ΝC: Normally closed, τυπικά κλειστό κύκλωμα περνά ρεύμα Οι οδηγίες προγραμματιστών και αισθητήρων έχουν σχετικές αναφορές 38

39 Αισθητήρας ανέμου Ανεμόμετρο για διακοπή άρδευσης με τεχνητή βροχή όταν πνέουν ισχυροί άνεμοι 39

40 Σύνδεση απλών αισθητήρων Σε ειδική θέση στον προγραμματιστή Στο κοινό ή το ενεργό καλώδιο Η/Β 40

41 Εμπορικός αισθητήρας παραμέτρων εδάφους Τοποθετείται σε μία αντιπροσωπευτική περιοχή της αρδευόμενης επιφάνειας. Τοποθετείται στο ριζικό σύστημα του φυτού (περίπου σε βάθος 10 εκατοστών για χλοοτάπητες). Μετράει και μεταδίδει ψηφιακά την απόλυτη περιεκτικότητα του εδάφους σε νερό με 3 διαφορές μετρήσεις (υγρασία, θερμοκρασία και αγωγιμότητα). Πηγή: Αγροδομή 41

42 Ενδιαφέροντα Οι προγραμματιστές μπορούν να ελέγχουν και το φωτισμό σε ένα έργο πράσινου Εάν όλες οι στάσεις δεν χρησιμοποιούνται και ένα ρελέ αντλίας συνδέεται με τον προγραμματιστή, οι ελεύθερες στάσεις πρέπει να γεφυρώνονται σε στάση που χρησιμοποιείται. Αυτό γιατί αν ο προγραμματιστής ενεργοποιηθεί σε εφεδρικό πρόγραμμα έπειτα από μακροχρόνια διακοπή ρεύματος και υπάρχουν στάσεις που δεν αντιστοιχούν σε ηλεκτροβάνα σύστημα κίνησης νερού η αντλία μπορεί να δουλέψει στεγνά και να καεί. Αν πρέπει να συνδεθούν 2+ ηλεκτροβάνες σε μία στάση πρέπει να γίνεται έλεγχος αν ο προγραμματιστής μπορεί να υποστηρίξει κάτι τέτοιο. 42

43 Αναφορές Landscape irrigation: design and management. Smith S.W., John Wiley, 1997 ( SMI) Simplified Irrigation Design, Melby P., Van Nostrand Reinhold, 1995 Μπαμπίλης Δ., Αρδευτικά Δίκτυα Πρασίνου, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΣΤΑΜΟΥΛΗ Α.Ε Rainbird, Spec Draw CD, 2006 Δαλαμάγκας Χρήστος, Παρουσίαση Rainbird Academy, 2007 Κακαβάς Ιωάννης, Κουρβέλου Γεωργία, Παρουσίαση Αγροδομή,

44 Ενδιαφέροντα %CE%B7%CE%BB%CE%B5%CE%BA%CF%84%CF%81%CE%B9%CF%83%CE%BC% CF%8C%CF%82-%CF%80%CF%89%CF%82- %CE%BB%CE%B5%CE%B9%CF%84%CE%BF%CF%85%CF%81%CE%B3%CE%B5% CE%AF/ 44