ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ι

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΧΑΝΙΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ι Ι. ΒΟΥΡ ΟΥΜΠΑΣ -.ΚΟΛΟΚΟΤΣΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1: Κατασκευή ενός αυτόνοµου φωτοβολταϊκού αυτοµατοποιηµένου συστήµατος άρδευσης 1.1 Θεωρητικό µέρος 1.1.1 Γενικά Τα αυτόνοµα φωτοβολταϊκά συστήµατα µπορούν να τροφοδοτήσουν µε ηλεκτρική ενέργεια διάφορα φορτία, όταν είναι δύσκολη η χρήση του ηλεκτρικού δικτύου για την παροχή ενέργειας. Ιδιαίτερα το καλοκαίρι, που η ηλιοφάνεια στην Ελλάδα είναι έντονη, η χρήση τους σε ορισµένες περιπτώσεις µπορεί να είναι αποτελεσµατική. Μια τέτοια εφαρµογή πραγµατεύεται το πείραµα αυτό, όπου ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα παράγει την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδοσία ενός αυτοµατοποιηµένου συστήµατος άρδευσης, το οποίο µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την παροχή νερού σε διάφορες καλλιέργειες το καλοκαίρι. Το αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα αποτελείται από: α) Το φωτοβολταϊκό στοιχείο. β) Τον ηλεκτρονικό ρυθµιστή. γ) Το συσσωρευτή. δ) Το µετατροπέα (µετασχηµατιστή / ανορθωτή). Το αυτοµατοποιηµένο σύστηµα άρδευσης αποτελείται από : α) Τον προγραµµατιζόµενο ελεγκτή. β) Τις ηλεκτροβάνες. 1.1.2 Αυτόµατο σύστηµα άρδευσης Ένα αυτόµατο σύστηµα άρδευσης έχει τη δυνατότητα να επιτύχει την άρδευση διαφόρων καλλιεργειών από ένα σηµείο υδροληψίας χωρίς την επέµβαση των καλλιεργητών. Αποτελείται από ένα προγραµµατιζόµενο ελεγκτή και διάφορες ηλεκτροµαγνητικές βάνες, όπου ο ελεγκτής προγραµµατίζεται να ανοίγει και να κλείνει τις ηλεκτροβάνες κατά ορισµένα χρονικά διαστήµατα, επιτρέποντας έτσι την άρδευση διαφόρων καλλιεργειών. Ανάλογα µε τον τύπο του προγραµµατιζόµενου ελεγκτή, 2

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 µπορούν να συνδεθούν 4 ή περισσότερες ηλεκτροβάνες µε αυτόν. Για λόγους ασφαλείας τα συστήµατα αυτά συνήθως απαιτούν την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας 24V E.P., ενώ η κατανάλωση του προγραµµατιζόµενου ελεγκτή των ηλεκτροβανών είναι χαµηλή. Αφού συνήθως η τροφοδότηση του ελεγκτή γίνεται από µία πηγή 220V E.P., αυτός έχει ενσωµατωµένο ένα µετατροπέα 220V E.P. 24V E.P. 1.1.3 Αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα Επειδή στις αγροτικές περιοχές που είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθούν τα αυτόµατα συστήµατα άρδευσης δεν υπάρχει συνήθως παροχή δικτύου κοντά στις υδροληψίες, η απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο µπορεί να χορηγηθεί από ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα. Το καλοκαίρι που γίνονται οι αρδεύσεις στις καλλιέργειες, υπάρχει άφθονη ηλιοφάνεια και έτσι είναι δυνατόν ένα µικρό αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα να παρέχει την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια που χρειάζεται το αυτόµατο σύστηµα άρδευσης. Το αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα θα έχει ένα µετατροπέα της τάσης από 12V Σ.Ρ. 220V E.P. Στη συνέχεια ένας άλλος µετατροπέας του προγραµµατιζόµενου ελεγκτή θα µετατρέπει την τάση από 220V E.P. 24V E.P., που χρησιµοποιούν ο ελεγκτής και οι ηλεκτροβάνες. Βέβαια θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί (αν βρεθεί εύκολα) ένας µόνο µετατροπέας (αντί για δύο) 12V Σ.Ρ. 24V E.P. 1.2 Πειραµατικό µέρος 1.2.1 Πειραµατική διάταξη Στο σχήµα 1.1 που ακολουθεί, φαίνεται η πειραµατική διάταξη. Τα µέρη του συστήµατος είναι: α) Το φωτοβολταϊκό στοιχείο Μετατρέπει την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ονοµαστική του ισχύς είναι 35W και οι διαστάσεις του 0,4 m 2. 3

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 Φωτοβολταϊκή Ηλεκτρονικός Ανορθωτής/ Προγραµµατιζόµενος γεννήτρια ρυθµιστής Συσσωρευτής Μετασχηµατιστής ελεγκτής Ηλεκτροβάνες Σχ. 1.1. ιάταξη αυτόνοµου φωτοβολταϊκού αυτοµατοποιηµένου συστήµατος άρδευσης β) Ο ηλεκτρικός ρυθµιστής Ρυθµίζει τη ροή της ηλεκτρικής ενέργειας προς και από το συσσωρευτή. Παρεµποδίζει την υπερφόρτιση και την υπερβολική αποφόρτιση του συσσωρευτή. Είναι 4 Α. γ) Ο συσσωρευτής Χρησιµεύει για την αποθήκευση της παραγόµενης από το φωτοβολταϊκό στοιχείο ηλεκτρικής ενέργειας. Η χωρητικότητά του είναι 100 ΑΗ (12V Σ.Ρ.) δ) Ο µετατροπέας (ανορθωτής-µετασχηµατιστής) Μετατρέπει την τάση του συσσωρευτή από 12V Σ.Ρ. σε 220V Ε.Ρ. Η ισχύς του είναι 200W. ε) Προγραµµατιζόµενος ελεγκτής Ρυθµίζει την άρδευση µε τη ρύθµιση του ανοίγµατος και του κλεισίµατος των ηλεκτροβανών. έχεται 4 ηλεκτροβάνες. Η ισχύς του είναι 5W. Λειτουργεί στα 24V E.P. και έχει µετατροπέα 220V E.P. 24V E.P. στ) Ηλεκτροβάνες Ηλεκτροµαγνητικές βάνες που ανοίγουν και κλείνουν δεχόµενες εντολές από τον ελεγκτή. Λειτουργούν στα 24V Ε.Ρ. και η ισχύς τους είναι 5W εκάστη. ιάµετρος εκάστης 2 in. ζ) Πολύµετρα, Βολτόµετρα, Αµπερόµετρα Χρησιµοποιούνται για τη µέτρηση της τάσης και της έντασης. 1.2.2 Εκτέλεση του πειράµατος Στην αρχή του πειράµατος θα γίνει συναρµολόγηση του συστήµατος και στη συνέχεια θα γίνει προγραµµατισµός του ελεγκτή σύµφωνα µε τις οδηγίες του. Ακολούθως, αφού το σύστηµα τεθεί σε λειτουργία, θα γίνουν οι εξής µετρήσεις: Η τάση του συσσωρευτή. 4

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 Η τάση εξόδου του µετατροπέα. Η τάση του φωτοβολταϊκού στοιχείου. Η ένταση του ρεύµατος όταν είναι ανοικτή και όταν είναι κλειστή µία ηλεκτροβάνα. Η ένταση του ρεύµατος από το φωτοβολταϊκό στοιχείο στο συσσωρευτή. Η ένταση του ρεύµατος που καταναλίσκει ο µετατροπέας (χωρίς φορτίο). Από τις µετρήσεις της τάσης και της έντασης θα υπολογιστούν : α) Η ισχύς του µετατροπέα 12V Σ.Ρ. 220V Ε.Ρ. (χωρίς φορτίο). β) Η ισχύς του προγραµµατιζόµενου ελεγκτή. γ) Η ισχύς της ηλεκτροβάνας. 1.2.3 Αποτελέσµατα Τα αποτελέσµατα θα παρουσιασθούν σε δύο ενότητες. Στην πρώτη ενότητα θα αναφερθούν οι δυσκολίες που παρουσιάσθηκαν κατά τη σύνδεση των διαφόρων συσκευών και τη λειτουργία του συστήµατος. Στη δεύτερη ενότητα θα αναγραφούν τα διάφορα χαρακτηριστικά των επί µέρους συσκευών του συστήµατος κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του, όπως: α) Ένταση. β) Τάση. γ) Καταναλισκόµενη ισχύς. Τα αποτελέσµατα αυτά θα σχολιασθούν σε σχέση µε τη λειτουργία του εν λόγω συστήµατος. Στη συνέχεια, χρησιµοποιώντας κάποια δεδοµένα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια του πειράµατος, θα επιλυθεί µια άσκηση. Στο πείραµα που διεξάγεται θεωρούµε ότι η ισχύς και οι ώρες λειτουργίας των διαφόρων επί µέρους συσκευών είναι: Ισχύς Ώρες λειτουργίας /ηµέρα α) Ηλεκτροβάνα 5W 18 β) Προγραµµατιζόµενος ελεγκτής 5W 24 Yπολογίσατε την ονοµαστική ισχύ του φωτοβολταϊκού στοιχείου και τη χωρητικότητα των συσσωρευτών για ένα τέτοιο σύστηµα στην Ιεράπετρα Κρήτης, που θα λειτουργεί 5

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 το µήνα Ιούνιο. εχθείτε ότι ο µέγιστος συνεχής αριθµός ηµερών χωρίς ηλιοφάνεια στην περιοχή είναι 3. Επίσης, δεχθείτε ότι δεν θα είναι συνεχώς πάνω από µια ηλεκτροβάνα ανοικτή και ότι για 6 ώρες ηµερησίως δεν θα είναι καµµία ηλεκτροβάνα ανοικτή. 1.2.4 Ερωτήσεις 1. Ποιός είναι ο βαθµός απόδοσης των φωτοβολταϊκών στοιχείων; 2. Από ποιούς περιβαλλοντικούς παράγοντες επηρεάζεται ο βαθµός απόδοσης του φωτοβολταϊκού στοιχείου; 3. Τί ηλεκτρική ενέργεια παράγει το Φ/Σ, συνεχή ή εναλασσόµενη και σε τί τάση; 4. Ποιό σύστηµα στο εργαστηριακό αυτό πείραµα καταναλώνει περισσότερη ενέργεια, ο ηλεκτρονικός φορτιστής της µπαταρίας ή ο µετατροπέας/ ανορθωτής της τάσης; 5. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο που χρησιµοποιείτε στο πείραµα σας, θα παράγει περισσότερη ενέργεια τον Ιούνιο, στη Κρήτη ή στη Θράκη όταν όλες οι άλλες παράµετροι (κλίση ως προς το έδαφος κλπ.) είναι οι ίδιες και γιατί; 6. Αναφέρατε και εξηγείστε τις ενεργειακές µετατροπές που γίνονται κατά τη πραγµατοποίηση του πειράµατος αυτού. 7. Στο πείραµα αυτό σε ποιά περίπτωση ο βαθµός απόδοσης είναι µεγαλύτερος. α) Οταν η ηλιακή ενέργεια µετατρέπεται σε ηλεκτρική ή β) Οταν η ηλεκτρική ενέργεια µετατρέπεται σε χηµική. Εξηγείστε. 8. Ποιός είναι ο επιτρεπτός βαθµός εκφόρτισης του συσωρευτή στο πείραµα σας; Τί θα προτείνατε για πιο σύνθετα βιοµηχανικά συστήµατα; 9. Τί θα συµβεί αν στο πείραµα αυτό και για τη λειτουργία του συστήµατος για σχετικά µεγάλο χρονικό διάστηµα δεν χρησιµοποιήσοµε τον ηλεκτρονικό ρυθµιστή µπαταρίας. 10. Εάν σε ένα σύστηµα όπως αυτό του πειράµατος σας, ο προγραµµατιζόµενος ελεγκτής και οι ηλεκτροβάνες λειτουργούσαν στα 12V Σ.Ρ., θα µπορούσαµε να αποφεύγαµε την χρησιµοποίηση του ανορθωτή /µετασχηµατιστή; Σε µια τέτοια περίπτωση θα υπήρχαν πλεονεκτήµατα; Εξηγείστε. Equation Section (Next) 6

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2: Φόρτιση συσσωρευτών ηλεκτρικών 2.1 Θεωρητικό µέρος 2.1.1 Γενικά Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκό ή αιολικό σύστηµα, θα πρέπει να αποθηκευτεί πριν καταναλωθεί. Συνήθως η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται µε τη µετατροπή της σε χηµική ενέργεια σε κατάλληλους ηλεκτρικούς συσσωρευτές. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλεκτρικών συσσωρευτών, ανάλογα µε τον τύπο των ηλεκτροδίων τους. Οι πιο διαδεδοµένοι είναι εκείνοι που τα ηλεκτρόδιά τους είναι πλάκες από κράµατα µολύβδου (Pb) βυθισµένα σε διάλυµα θειϊκού οξέος (H 2 SO 4 ). Η λειτουργία των συσσωρευτών Μολύβδου στηρίζεται σε µια αντιστρεπτή ηλεκτροχηµική διαδικασία, που περιγράφεται από την αµφίδροµη αντίδραση : φόρτιση 2 PbSO 4 + 2H 2 O PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb εκφόρτιση Κάθε συσσωρευτής µε ονοµαστική τάση περίπου 12 V αποτελείται από 6 κυψελίδες στη σειρά, ονοµαστικής τάσεως 2V εκάστη. Οι απλοί συσσωρευτές αυτοκινήτου χρησιµοποιούνται για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας σε πολύ απλές εφαρµογές των Α.Π.Ε. και το βάθος της εκφόρτισής τους δεν υπερβαίνει το 10-20%. Συνήθως όµως χρησιµοποιούνται πιο σύνθετοι συσσωρευτές, όπου το βάθος εκφόρτισής τους κυµαίνεται από 50% έως 90%. Ανάλογα µε τον τύπο τους οι συσσωρευτές µολύβδου αντέχουν συνήθως µέχρι 500-1500 κύκλους φορτίσεων-εκφορτίσεων, ενώ µετά αχρηστεύονται. Είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθούν συσσωρευτές εν σειρά, οπότε αυξάνεται η τάση τους και έτσι µπορούν να επιτευχθούν τάσεις συνεχούς ρεύµατος 100 ή και περισσότερων Volts. Όταν χρησιµοποιηθούν παράλληλα αυξάνεται η χωρητικότητά 7

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 τους, ενώ η τάση παραµένει στα 12V. Οι φορτισµένοι συσσωρευτές εξάλλου αυτοεκφορτίζονται µε ρυθµό 2-5% µηνιαίως, ρυθµός που αυξάνει µε την ηλικία των συσσωρευτών. 2.1.2 Xωρητικότητα συσσωρευτών Χαρακτηριστικό µέγεθος ενός συσσωρευτή είναι η χωρητικότητά του και εκφράζεται σε αµπερώρια (Αh). Η ποσότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που µπορεί να αποθηκευθεί σε έναν σωσσωρευτή είναι το γινόµενο της χωρητικότητάς του επί την ονοµαστική του τάση. Έτσι ένας συσσωρευτής χωρητικότητος 75 Ah µε ονοµαστική τάση 12V, έχει ονοµαστική ικανότητα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας 75Ah x 12V = 900 AVh = 900WH. Εφόσον ο συσσωρευτής αυτός εκφορτιστεί κατά 20%, µπορεί να δώσει ωφέλιµη ηλεκτρική ενέργεια 900 wh x 0.2 = 180 wh. Χαρακτηριστικό µέγεθος του συσσωρευτή είναι ο βαθµός απόδοσής του, που ορίζεται ως: Μέση ενέργεια εκφόρτισης Βαθµός απόδοσης συσσωρευτή= Μέση ενέργεια φόρτισης (1.1) Ο βαθµός απόδοσης των συσσωρευτών συνήθως λαµβάνεται 0.85. Αν δεχθούµε ότι ένας συσσωρευτής έχει: α) βαθµό απόδοσης 0.85 (η) β) επιτρεπόµενο βαθµό εκφόρτισης 0.6 (a) γ) ονοµαστική χωρητικότητα 100 Αh (C) δ) τάση 12V (V) τότε η ποσότητα της ηλεκτρικής ενέργειας (E) που λαµβάνεται κατά την εκφόρτισή του είναι : E = C V n α = 100 Ah 12V 0.85 0.6 = 612Wh Από την προαναφερθείσα εξίσωση µπορούµε να υπολογίσουµε την ονοµαστική χωρητικότητα ενός συσσωρευτή που θέλουµε να µας καλύπτει τις ανάγκες µας σε ηλεκτρική ενέργεια. 8

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 E C = C n α (1.2) Η χωρητικότητα των συσσωρευτών εξαρτάται από την ένταση του ρεύµατος που δίδουν στην κατανάλωση. Έτσι ένας συσσωρευτής ονοµαστικής χωρητικότητος ορισµένων αµπεροωρών θα εξαντληθεί συντοµότερα, εάν η ένταση του ρεύµατος που δίδει στην κατανάλωση είναι µεγαλύτερη, και αργότερα εάν η ένταση του ρεύµατος που δίδει στην κατανάλωση είναι µικρότερη. Ορισµένοι κατασκευαστές συσσωρευτών δίδουν τη χωρητικότητα του συσσωρευτή συναρτήσει του χρόνου αποφόρτισής τους. 2.1.3 Φόρτιση και εκφόρτιση ηλεκτρικών συσσωρευτών Η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας σε ηλεκτρικούς συσσωρευτές και στη συνέχεια η χρησιµοποίησή της συνεπάγεται τη διαδοχική φόρτιση και εκφόρτιση του συσσωρευτή. Η διάρκεια της χρήσιµης ζωής των συσσωρευτών εξαρτάται: α) από το πλήθος των διαδοχικών κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης β) από το βάθος κάθε εκφόρτισης. Για να αποφεύγεται η εκφόρτιση των συσσωρευτών πέρα από κάποιο σηµείο καθώς και η υπερβολική φόρτισή τους (που έχουν σαν αποτέλεσµα την ταχεία φθορά τους), χρησιµοποιούνται ηλεκτρονικές διατάξεις, οι οποίες : α) διακόπτουν τη ροή ενέργειας προς το συσσωρευτή όταν η χωρητικότητά τους υπερβεί κάποιο σηµείο, β) διακόπτουν τη ροή ενέργειας προς την κατανάλωση όταν η χωρητικότητα του συσσωρευτή κατέλθει σε κάποιο σηµείο. Οι ηλεκτρονικές αυτές διατάξεις προφυλάσσουν τους συσσωρευτές και είναι απαραίτητες σε κάθε αιολικό ή φωτοβολταϊκό αυτόνοµο σύστηµα. 2.2 Πειραµατικό µέρος Σκοπός του πειράµατος είναι να καταγράψει τη σχέση χρόνου-έντασης του ρεύµατος κατά τη διάρκεια της φόρτισης δύο συσσωρευτών και να υπολογίσει τη ροή της εισερχόµενης ενέργειας συναρτήσει του χρόνου καθώς και τη συνολικά προστιθέµενη ενέργεια κατά τη διάρκεια της φόρτισης των συσσωρευτών. 9

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 2.2.1 Πειραµατική διάταξη Κατά τη διεξαγωγή του πειράµατος χρησιµοποιούνται τα εξής : Συσσωρευτής τύπου αυτοκινήτου χωρητικότητας 50-100 ΑΗ. Συσσωρευτής µεγαλύτερου βάθους εκφόρτισης χωρητικότητας περίπου 100 ΑΗ. Απλή συσκευή φόρτισης συσσωρευτών µε ενσωµατωµένο αµπερόµετρο ισχύος 100 W. Πολύµετρο. Η πειραµατική διάταξη φαίνεται στο σχήµα 2.1. Φορτιστής A Συσσωρευτής Σχ. 2.1.Πειραµατική διάταξη για τη µέτρηση της έντασης του ρεύµατος κατά τη διάρκεια της φόρτισης συσσωρευτή 2.2.2 Εκτέλεση πειράµατος Πριν αρχίσουν οι µετρήσεις πρέπει να είµεθα βέβαιοι ότι ο συσσωρευτής έχει εκφορτισθεί µέχρι του σηµείου εκείνου που το επιτρέπει ο ηλεκτρονικός ρυθµιστής υπερφόρτισης-αποφόρτισης συσσωρευτή, δηλαδή µέχρι να ανάψει η ένδειξη συσσωρευτής εκφορτισµένος. Κατά τη διάρκεια του πειράµατος µετρώνται τα εξής : Α. Η τάση των συσσωρευτών πριν αρχίσει η φόρτισή τους. Β. Μετά την έναρξη της φόρτισης η ένταση του ρεύµατος κάθε 15 λεπτά. Γ. Η τάση των συσσωρευτών µετά το πέρας της φόρτισης. Από τα δεδοµένα αυτά µπορούν να υπολογιστούν τα Αµπερώρια που εισέρχονται στο συσσωρευτή κάθε ώρα καθώς και τα συνολικά αµπερώρια που προστέθηκαν κατά τη διάρκεια της φόρτισης (όπως και το βάθος εκφόρτισης του συσσωρευτή). 2.2.3 Αποτελέσµατα Τα αποτελέσµατα θα δοθούν σε πίνακες και διαγράµµατα υπό την ακόλουθη µορφή (για κάθε συσσωρευτή) : 10

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 Πίνακας 1: Χρόνος φόρτισης - Ένταση του ρεύµατος φόρτισης Πίνακας 2: Χρόνος φόρτισης - Αµπερώρια που προστίθενται στο συσσωρευτή Πίνακας 3: Χρόνος φόρτισης - Σύνολο αµπερωρίων που έχουν εισέλθει στο συσσωρευτή Πίνακας 4: Χρόνος φόρτισης - % της χωρητικότητας του συσσωρευτή Τα στοιχεία των πινάκων αυτών θα παρουσιαστούν σε διαγράµµατα. Θα υπολογιστεί η ωφέλιµη ενέργεια που µπορεί να ληφθεί από το συσσωρευτή, όταν ο βαθµός απόδοσής του είναι 0.9. Να απαντηθούν από τους σπουδαστές κατά τη διάρκεια του πειράµατος : 1. Γιατί πρέπει να αποφεύγεται η υπερφόρτιση και η υπερβολική αποφόρτιση των ηλεκτρικών συσσωρευτών ; 2. Πώς µπορεί να αποθηκευτεί η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ένα αυτόνοµο αιολικό ή φωτοβολταϊκό σύστηµα εκτός από τους ηλεκτρικούς συσσωρευτές ; 3. Πώς µεταβάλλεται η τάση του ηλεκτρικού συσσωρευτή κατά τη διάρκεια της φόρτισής του ; 2.2.4 Άσκηση Αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα χρησιµοποιεί ηλεκτρικούς συσσωρευτές για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας. Κατανάλωση 1250 w πρέπει να τροφοδοτείται για 6 ώρες ηµερησίως και για 4 συνεχείς ηµέρες χωρίς ηλιοφάνεια από τους συσσωρευτές, οι οποίοι έχουν µέγιστο βάθος εκφόρτισης 60%. Υπολογίσατε τη χωρητικότητα των συσσωρευτών (βαθµός απόδοσης συσσωρευτών = 0,85). 2.2.5 Ερωτήσεις 1. Η Μπαταρία αποτελεί ένα σύστηµα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενεργείας σε Χηµική Ενέργεια. Αναφέρατε άλλα συστήµατα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλη ενεργειακή µορφή. 2. Οι διεργασίες που γίνονται στη µπαταρία κατά τη µετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε χηµική είναι 11

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 α) Φυσικές β) Θερµοχηµικές γ) Βιολογικές δ) Ηλεκτροχηµικές. 3. Οταν αποθηκεύεται ηλεκτρική ενέργεια σε χηµική µορφή στη µπαταρία που κυµαίνεται ο βαθµός απόδοσης της ενεργειακής µετατροπής. 4. Μεταβάλλεται ή όχι η χωρητικότητα της µπαταρίας ανάλογα µε την ένταση του ρεύµατος εκφόρτισης. 5. Πώς µεταβάλλεται η τάση της ηλεκτρικής µπαταρίας κατά τη διάρκεια της φόρτισής του; 6. Γιατί πρέπει να αποφεύγεται η υπερφόρτιση και η υπερβολική αποφόρτιση των ηλεκτρικών µπαταριών; 7. Κάντε το σκαρίφηµα τάση µπαταρίας ένταση ρεύµατος για µεταβαλλόµενο φορτίο κατανάλωσης (πριν φθάσοµε το επιθυµητό βάθος εκφόρτισης). 8. Σε τί µοιάζει και σε τί διαφέρει µια µπαταρία από µία κυψέλη καυσίµου; 9. Στις απλές µπαταρίες αυτοκινήτου Μολύβδου Θειϊκού οξέως α) Ποιό είναι το βάθος εκφόρτισης τους β) Πόσους κύκλους φόρτισης εκφόρτισης αντέχουν. 10. Από τι επηρεάζεται ο χρόνος ζωής των µπαταριών; 11. Πώς µεταβάλλεται η τάση και η χωρητικότητα των µπαταριών όταν συνδέονται; α) Στη σειρά β) Παράλληλα 12. Το ρεύµα που δίδουν οι µπαταρίες είναι α) συνεχές; β) Εναλλασόµενο; 12

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3: Μέτρηση της έντασης (Ι) διάφορων ηλεκτρικών συσκευών µε κινητήρα και υπολογισµός της απαιτούµενης ισχύος του µετατροπέα σε ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκο ή αιολικό σύστηµα 3.1 Θεωρητικό µέρος Για την τροφοδοσία ηλεκτρικών συσκευών στα 220V EP από συσσωρευτές 12V ΣΡ απαιτείται η παρεµβολή µετατροπέων (µετασχηµατιστών/ανορθωτών). Κατά την εκκίνηση ενός κινητήρα, για µικρό χρονικό διάστηµα απαιτείται αυξηµένη κατανάλωση ισχύος σε σχέση µε την κανονική λειτουργία του κινητήρα. Έτσι στιγµιαία απαιτείται πολλαπλάσια ένταση ρεύµατος (5-7 φορές συνήθως η ένταση κανονικής λειτουργίας) από τον κινητήρα, γεγονός το οποίο πρέπει να ληφθεί υπ όψη κατά τη διαστασιολόγηση του µετατροπέα που τροφοδοτεί τον κινητήρα µε ηλεκτρική ενέργεια. Έτσι π.χ. σε ένα ψυγείο το οποίο κατά την κανονική λειτουργία του απαιτεί 1Α, στιγµιαία κατά την εκκίνηση του µοτέρ καταναλώνει 6-7Α. Η διαστασιολόγηση του µετατροπέα θα πρέπει να λάβει υπ όψη της το γεγονός αυτό, γιατί διαφορετικά, εφόσον ο µετατροπέας παρέχει µόνο την απαιτούµενη ενέργεια για την κανονική λειτουργία της συσκευής, δεν θα είναι δυνατή η εκκίνηση του κινητήρα. Ο κατασκευαστής του µετατροπέα δίδει συνήθως : α) Την ισχύ (και την ένταση) κανονικής λειτουργίας του. β) Την ισχύ (και την ένταση) για µικρό χρονικό διάστηµα (περίπου 30 sec). Γνωρίζοντας τις στιγµιαίες και τις κανονικές απαιτήσεις µιας ηλεκτρικής συσκευής (ή και περισσότερων) καθώς και τα χαρακτηριστικά του µετατροπέα, µπορεί να γίνει η επιλογή του κατάλληλου συστήµατος, ούτως ώστε να ικανοποιούνται οι στιγµιαίες αλλά και κανονικές απαιτήσεις της. 13

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 3.2 Πειραµατικό µέρος Σκοπός του πειράµατος αυτού είναι η µέτρηση της έντασης του ρεύµατος διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών µε κινητήρα και ο υπολογισµός της απαιτούµενης ισχύος του µετατροπέα (µετασχηµατιστή/ανορθωτή) για την τροφοδοσία τους µε ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκό ή αιολικό σύστηµα. 3.2.1 Πειραµατική διάταξη Η πειραµατική διάταξη αποτελείται από : Μία αµπεροτσιµπίδα. Μία µπαλαντέζα όπου σε ένα σηµείο έχει αποµακρυνθεί το εξωτερικό περίβληµα και είναι διακριτά τα τρία καλώδια (φάση, ουδέτερος, γείωση), ούτως ώστε τα άκρα της αµπεροτσιµπίδας να µπορούν να εγκλωβίζουν το καλώδιο της φάσης ή του ουδέτερου. 3.2.2 Εκτέλεση πειράµατος Με τη χρήση της αµπεροτσιµπίδας και της µπαλαντέζας µετρώνται : 1. Η στιγµιαία (εκκίνησης) και η κανονική ένταση που απαιτεί η λειτουργία ενός ψυγείου. 2. Η στιγµιαία (εκκίνησης) και η κανονική ένταση που απαιτεί η λειτουργία ενός ανεµιστήρα. 3. Η στιγµιαία (εκκίνησης) και η κανονική ένταση που απαιτεί η λειτουργία µιας ηλεκτρικής συσκευής µε µοτέρ της επιλογής σας. 3.2.3 Υπολογισµός ισχύος µετατροπέα Για να διαστασιολογήσετε και να επιλέξετε τον κατάλληλο µετατροπέα για ένα σύστηµα θα πρέπει να γνωρίζετε τις απαιτήσεις των ηλεκτρικών συσκευών. Έστω λοιπόν ότι θα τροφοδοτήσετε ένα ψυγείο 200 W, του οποίου ο κινητήρας απαιτεί στιγµιαία 1200 W. Θα πρέπει να επιλέξετε ένα µετατροπέα, ο οποίος θα καλύπτει τις ανάγκες του ψυγείου και στιγµιαία, αλλά και στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας του. 3.2.4 Άσκηση Έστω ένα αυτόνοµο φωτοβολταϊκό σύστηµα που θα τροφοδοτεί : 14

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 α) ύο λαµπτήρες των 20 W. β) Ένα ραδιόφωνο των 15 W. γ) Ένα ψυγείο των 100 W (στιγµιαία των 600 W). δ) Έναν ανεµιστήρα των 50 W (στιγµιαία των 320 W). Επιλέξατε τα χαρακτηριστικά του µετατροπέα. 3.2.5 Ερωτήσεις Σε ποιές περιπτώσεις η στιγµιαία ένταση του ρεύµατος κατά την εκκίνηση µιας συσκευής είναι µεγαλύτερη από την ένταση κατά τη κανονική λειτουργία της. α) Ηλεκτρική σόµπα β) Ηλεκτρικός θερµοσίφωνας γ) Λαµπτήρας φθορισµού δ) Ψυγείο ε) Πλυντήριο πιάτων στ) Ηλεκτρικό µάτι ζ) Κλιµατιστικό µηχάνηµα Εξηγείστε 15

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4: Παραγωγή αιθανόλης απο σακχαρούχο διάλυµα 4.1 Θεωρητικό µέρος 4.1.1 Βιολογικά καύσιµα Τα συµβατικά καύσιµα που χρησιµοποιούνται σήµερα στη κίνηση των οχηµάτων, των πλοίων, των αεροπλάνων κ.ά. είναι ορυκτά καύσιµα και προέρχονται από το πετρέλαιο. Είναι όµως γνωστό ότι το πετρέλαιο όπως και τα άλλα ορυκτά καύσιµα, δηλαδή ο άνθρακας και το φυσικό αέριο, θα τελειώσουν σε ορισµένες δεκάδες χρόνια. Συνεπώς εντείνεται το ενδιαφέρον και οι προσπάθειες για την ανεύρεση εναλλακτικών καυσίµων που θα υποκαταστήσουν µε ασφαλή τρόπο τα ορυκτά καύσιµα που κυρίως χρησιµοποιούµε σήµερα. Τα βιολογικά καύσιµα µπορούν να υποκαταστήσουν το πετρέλαιο και τη βενζίνη στην κίνηση οχηµάτων. Λέγοντας βιολογικά καύσιµα εννοούµε τα καύσιµα εκείνα που προέρχονται από φυτικές (ή ζωϊκές) πρώτες ύλες και µπορούν να χρησιµοποιηθούν µετά από κατάλληλη επεξεργασία. Περιλαµβάνουν: α)το Βιοαέριο, β)τη Βιοαιθανόλη, γ)τα Βιοέλαια. 4.1.2 Βιοαιθανόλη Η βιολογική αιθανόλη (οινόπνευµα) είναι η αιθανόλη (αιθυλική αλκοόλη) που προέρχεται από φυτικές πρώτες ύλες και παράγεται µε τη βοήθεια µικροοργανισµών (ζυµών). Οι ζύµες µετατρέπουν τα σάκχαρα σε οινόπνευµα, το οποίο αφού διαχωρισθεί από το νερό µπορεί να χρησιµοποιηθεί σαν καύσιµο οχηµάτων αντί της βενζίνης, χωρίς σηµαντικές αλλαγές στον κινητήρα των αυτοκινήτων. Η ενέργεια των βιολογικών καυσίµων προέρχεται από την ηλιακή ενέργεια, που έχει µετατραπεί σε χηµική µε τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, στους φυτικούς οργανισµούς. Η χρήση των βιολογικών καυσίµων έχει σηµαντικά περιβαλλοντικά ωφέλη σε σχέση µε τη χρήση των συµβατικών καυσίµων. 4.1.3 Το οινόπνευµα σαν καύσιµο Το οινόπνευµα παράγεται µε τη ζύµωση απουσία αέρα, σακχαρούχου υδατικού διαλύµατος. Σαν πρώτες ύλες για την παραγωγή του σακχαρούχου υδατικού 16

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 διαλύµατος µπορούν να χρησιµοποιηθούν γεωργικές πρώτες ύλες πλούσιες σε σάκχαρα. Γεωργικές ύλες που περιέχουν άµυλο µπορούν επίσης να χρησιµοποιηθούν, αφού όµως πρώτα το άµυλο υδρολυθεί σε σάκχαρα. Μετά την παραγωγή του υδατικού διαλύµατος και τον εµβολιασµό του µε ζυµοµύκητες αρχίζει η ζύµωση που διαρκεί µερικές ηµέρες και παράγεται ένα αλκοολούχο υδατικό διάλυµα. Ο διαχωρισµός του οινοπνεύµατος από το νερό γίνεται µε κλασµατική απόσταξη, αφού το οινόπνευµα ζέει σε χαµηλότερη θερµοκρασία από το νερό. Το τελικό προϊόν που λαµβάνεται µε την απόσταξη είναι οινόπνευµα 95 µέρη και νερό 5 µέρη (αζεοτροπικό µίγµα). Το οινόπνευµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε κατόπιν ανάµιξης µε βενζίνη είτε ως έχει για την κίνηση οχηµάτων. Ευρύτατα χρησιµοποιείται το βιολογικό οινόπνευµα για την κίνηση οχηµάτων στη Βραζιλία από πολλές δεκαετίες. Σαν γεωργική ύλη χρησιµοποιείται το σακχαροκάλαµο που καλλιεργείται εκτεταµένα στη χώρα αυτή και υπάρχουν πολλά αυτοκίνητα που χρησιµοποιούν αυτό το καύσιµο αντί για βενζίνη. Στις ΗΠΑ επίσης παράγεται βιολογικό οινόπνευµα κυρίως από καλαµπόκι. Όταν το οινόπνευµα αναµιχθεί µε βενζίνη σε αναλογία 5-15%, δεν απαιτείται ουδεµία αλλαγή στον κινητήρα του αυτοκινήτου, ενώ όταν όµως χρησιµοποιηθεί σε µεγαλύτερες αναλογίες, τότε απαιτούνται κάποιες αλλαγές στον κινητήρα του αυτοκινήτου. Το οινόπνευµα έχει υψηλότερο βαθµό οκτανίου από τη βενζίνη, ενώ η χρήση του οινοπνεύµατος σαν καύσιµο έχει επίσης πολλά περιβαλλοντικά πλεονεκτήµατα σε σχέση µε τη χρήση της βενζίνης. 4.2 Πειραµατικό µέρος 4.2.1 Γενικά Κατά τη διεξαγωγή του πειράµατος αυτού οι σπουδαστές αναµένεται να αποκτήσουν τις απαραίτητες γνώσεις και να κατανοήσουν τις διεργασίες που αφορούν την παραγωγή οινοπνεύµατος (αιθανόλης, αιθυλικής αλκοόλης) από σακχαρούχες ύλες γεωργικής προέλευσης. Οι τεχνολογίες αυτές βρίσκουν σήµερα εφαρµογή εκτός από τη βιοµηχανία τροφίµων και στη βιοµηχανία παραγωγής υγρών καυσίµων που χρησιµοποιούνται για την κίνηση οχηµάτων και προέρχονται από γεωργικές πρώτες ύλες. 17

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 Η παραγωγή οινοπνεύµατος (αιθανόλης-αλκοόλης) από σακχαρούχες πρώτες ύλες είναι γνωστή από την αρχαιότητα και είναι ευρύτατα διαδεδοµένη και σήµερα για την παραγωγή κρασιού από το µούστο. Η µετατροπή γίνεται µε βιολογικές µεθόδους µε τη βοήθεια των µικρο-οργανισµών και απουσία οξυγόνου, δηλαδή αναερόβια. Η βασική εξίσωση της αλκοολικής ζύµωσης είναι: ΖΑΧΑΡΗ ιοξείδιο του άνθρακα + Αιθανόλη C 6 H 12 O 6 2 CO 2 + 2 C 2 H 5 OH MB=180 MB=44 MB=46 Αιθανόλη µπορεί να παραχθεί και από αµυλούχες γεωργικές πρώτες ύλες, αφού µετατραπεί το άµυλο σε σάκχαρο και στη συνέχεια σε αιθανόλη σύµφωνα µε τις εξισώσεις : ΑΜΥΛΟ Υδρόλυση ΣΑΚΧΑΡΟ ΣΑΚΧΑΡΟ Ζύµωση ΑΙΘΑΝΟΛΗ 4.2.1.1 Παρασκευή του διαλύµατος ηµιουργούµε αρχικά ένα υδατικό διάλυµα σάκχαρης περίπου 20% κ.β. µε τη διάλυση 100 γρ. σάκχαρης σε 500 cm 3 νερού. Στο διάλυµα προσθέτουµε: α) ξινό (τρυγικό οξύ, κιτρικό οξύ κ.ά.) β) θρεπτικά στοιχεία (Ν, Ρ, Κ κ.ά.) γ) Μεταδιθειώδες Κάλιο (Σε µικρή ποσότητα για να παρεµποδίσει τη δηµιουργία ανεπιθύµητων ζυµώσεων όπως π.χ. τη µετατροπή της αιθανόλης σε οξεικό οξύ) που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των ζυµοµυκήτων και την αποφυγή ανεπιθύµητων ζυµώσεων. Αφού ογκοµετρήσοµε το διάλυµα και καταγράψοµε την ένδειξη του µετρητή συγκέντρωσης σακχάρων (Μπωµόµετρου) καθώς και τη θερµοκρασία και το ph του διαλύµατος, προσθέτουµε τους ζυµοµύκητες. Εφόσον χρησιµοποιήσοµε αποξηραµένους ζυµοµύκητες, θα πρέπει να τους ενεργοποιήσοµε διατηρώντας τους σε υδατικό διάλυµα θερµοκρασίας 35-40 C για 15-30 λεπτά. 4.2.1.2 Η ζύµωση Η ζύµωση των σακχάρων σε οινόπνευµα γίνεται στο πλαστικό δοχείο, απουσία αέρα και διαρκεί 15 ηµέρες περίπου. Η ενδεικνυόµενη θερµοκρασία κατά τη διάρκεια της ζύµωσης είναι 25 C, ενώ όταν ανέλθει ελαφρά η θερµοκρασία επιταχύνεται η ζύµωση. 18

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 Κατά τη διάρκεια της ζύµωσης εκλύεται CO 2 και παρατηρείται ελαφρός αφρισµός του διαλύµατος. 4.2.1.3 Η απόσταξη του οινοπνεύµατος Ο διαχωρισµός του οινοπνεύµατος από το υδατικό διάλυµα γίνεται µε απλή απόσταξη. Προσθέτουµε µια ογκοµετρηµένη ποσότητα ζυµωµένου διαλύµατος στη φιάλη και αρχίζουµε την απόσταξη. Το σηµείο ζέσεως του οινοπνεύµατος είναι 78,4 C. Ογκοµετρούµε το παραγόµενο διάλυµα και υπολογίζουµε µε το αλκοόµετρο την ποσότητα του οινοπνεύµατος που παρήχθη. Κατά τη διάρκεια της απόσταξης ρυθµίζουµε την παροχή θερµότητας, ούτως ώστε η απόσταξη να είναι ήπια. Οι ιδιότητες της αιθανόλης είναι: α) Πυκνότητα 0,79 gr/cm 3 β) Θερµαντική αξία 5088 Kcal/lt ή 6432 Kcal/Kg. Προσοχή: Μετά το τέλος του κάθε σταδίου του πειράµατος πλύνουµε τις συσκευές και τα όργανα καλά µε νερό. 4.2.2 Πειραµατική διάταξη Συσκευές που θα χρησιµοποιηθούν (Σχήµα 4.1) α) οχείο δηµιουργίας αρχικού διαλύµατος β) Πλαστική φιάλη ζύµωσης γ) Φιάλη απόσταξης δ) Ψυκτήρας νερού ε) Ογκοµετρική φιάλη συλλογής οινοπνεύµατος στ) Σύστηµα θέρµανσης µε υγραέριο ζ) Ράβδος ανάµιξης η) Μπωµόµετρα θ) Αλκοολόµετρα ι) Ογκοµετρικός κύλινδρος ια) Θερµόµετρο ιβ) Ταινία µέτρησης ph 19

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 Σχ. 4.1. Συσκευή απόσταξης για το διαχωρισµό της αιθανόλης Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι το υδατικό διάλυµα αιθανόλης, που προκύπτει µε την απλή απόσταξη του ζυµωµένου διαλύµατος, δεν είναι κατάλληλο για καύσιµο οχηµάτων. Σαν καύσιµο είναι κατάλληλη η αιθανόλη, που προκύπτει από την κλασµατική απόσταξη του ζυµωµένου σακχαρούχου διαλύµατος και έχει σύσταση 95% αιθανόλη και 5% νερό (Αζεοτροπικό µίγµα). 4.2.3 Αποτελέσµατα Η παρουσίαση των αποτελεσµάτων θα γίνει σε πίνακες. Από την καταναλισκόµενη σάκχαρη ηµερησίως θα υπολογιστεί το παραγόµενο οινόπνευµα και το εκλυόµενο CO 2 ηµερησίως, αφού ληφθούν υπ όψιν ότι από 1gr σακχάρου παράγεται 0,48gr CO 2 και 0,51gr αιθανόλης. Από τους πίνακες που παρατίθενται, µπορούν επίσης να γίνουν οι υπολογισµοί, ενώ θα πρέπει να γίνουν αναγωγές των συγκεντρώσεων σακχάρων και οινοπνεύµατος, όπως αυτές µετρώνεται µε το µπωµόµετρο και το αλκοολόµετρο σε θερµοκρασία 15 C. Σύµφωνα µε τους πίνακες θα γίνει γραφική παράσταση των σχέσεων: α) Χρόνος - ζυµούµενα σάκχαρα β) Χρόνος - παραγόµενη αιθανόλη 20

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 γ) Χρόνος - εκλυόµενο CO 2. Η µετατροπή της συγκέντρωσης σακχαρούχου διαλύµατος σε 15 C γίνεται ως εξής. Έστω ότι καταγράφεται ειδικό βάρος διαλύµατος σακχάρου Χ στους Α C. Τότε το ειδικό βάρος Υ στους 15 C δίδεται από τη σχέση : Υ = Χ + [0.00035 * (Α-15)], αν Α> 15 C ή από τη σχέση Υ = Χ - [0.00035 * (15-Α)], αν Α < 15 C 4.2.4 Άσκηση Κατά τη διάρκεια της αλκοολικής ζύµωσης σακχαρούχου υδατικού διαλύµατος όγκου 1 LT η σχέση χρόνου-συγκέντρωσης σακχάρων στο διάλυµα µετρήθηκε ως εξής: Χρόνος Σάκχαρα (15 C) (ηµέρες) (Μπωµέ) 0 13,34 2 13,23 4 13,11 6 12,52 8 10,68 10 8,29 12 7,65 14 7,00 Υπολογίσατε την παραγόµενη αιθανόλη και το εκλυόµενο CO 2 συναρτήσει του χρόνου κατά τη διάρκεια της ζύµωσης αυτής. 4.2.5 Ερωτήσεις Τι εννοούµε µε τον όρο βιολογικά καύσιµα ; Ποια βιολογικά καύσιµα είναι αέρια και ποια υγρά ; Ποια βιολογικά καύσιµα προέρχονται από βιολογικές µετατροπές και ποια από φυσικοχηµικές µετατροπές ; Πού οφείλεται η ενέργεια των βιολογικών καυσίµων ; Πού οφείλεται το ενδιαφέρον για τη χρήση των βιολογικών καυσίµων σήµερα ; 21

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 Πώς παράγεται το βιολογικό οινόπνευµα ; Σε ποια χώρα χρησιµοποιείται ευρύτατα η βιοαιθανόλη σήµερα ; Αναφέρατε τρεις σακχαρούχες γεωργικές πρώτες ύλες που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Είναι οικονοµικά συµφέρουσα σήµερα η χρήση της βιοαιθανόλης σαν καύσιµο οχηµάτων στην Ελλάδα ; Γιατί ; Μπορούν οι αµυλούχες και οι κυταρινούχες γεωργικές πρώτες ύλες να χρησιµοποιηθούν για τη παραγώγη βιοαιθανόλης σήµερα; Εξηγείστε. Αναφέρατε γεωργικές πρώτες ύλες που έχουν γίνει εκτεταµένα πειράµατα και µελέτες στην Ελλάδα για τη παραγωγή βιοαιθανόλης. Η χρήση της βιοαιθανόλης σαν καύσιµο οχηµάτων έχει ουδέτερες επιπτώσεις στο φαινόµενο του Θερµοκηπίου. Εξηγείστε. Ποιά είναι η Ευρωπαϊκή χώρα µε τη µεγαλύτερη παραγωγή βιοαιθανόλης σήµερα; Ποιά γεωργική πρώτη ύλη χρησιµοποιείται για το σκοπό αυτό. Ποιά είναι η χηµική αντίδραση παραγωγής αιθανόλης από τα σάκχαρα; Τί µπορεί να συµβεί κατά τη ζύµωση των σακχάρων σε αιθανόλη, εάν δεν προσθέσοµε µεταδιθειώδες Κάλιο στο διάλυµα; 22