ΑΝΕΜΟΜΥΛΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. του μαθητή Μιχάλη Πλατέλα, Α Γυμνάσιο Αμαρουσίου

Transcript

1 ΑΝΕΜΟΜΥΛΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ του μαθητή Μιχάλη Πλατέλα, Α3 4 0 Γυμνάσιο Αμαρουσίου Καθηγήτρια: κα Βασιλική Αλεξανδροπούλου Ιανουάριος 2017

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.Πρόλογος σελ 2 2. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΣΧΥΣ 2.1.Ενέργεια σελ Ισχύς σελ Πορεία εργασίας σελ Γενική Περιγραφή Ανεμόμυλου σελ Οι προϋποθέσεις για την εξάπλωση και κατασκευή σελ των ανεμόμυλων 4.3. Η Λειτουργία του ανεμόμυλου σελ Χρησιμότητα του έργου για τον άνθρωπο και την σελ κοινωνία 6.Ιστορική εξέλιξη σελ Πηγές πληροφοριών σελ

3 1. Πρόλογος Η επιλογή μου για την εργασία της τεχνολογίας, ο ανεμόμυλος, χρειάστηκε αρκετή σκέψη. Για να καταλήξω στον ανεμόμυλο, αρχικά, σκέφτηκα πια τεχνολογική ενότητα θα αναλύσω. Αποφάσισα πως με ενδιέφερε να βρω πληροφορίες για την ενέργεια, αφού πάντα με εντυπωσίαζαν οι μετατροπές της και το πώς ο άνθρωπος κατάφερνε να την χρησιμοποιήσει από τα προϊστορικά χρόνια, για να διευκολύνει τις συνθήκες της ζωής του. Δεύτερον, όταν έψαχνα για κατασκευή, βρήκα έναν ανεμόμυλο και θυμήθηκα τους ανεμόμυλους που είχα δει στο Λασίθι. Μου άρεσε που με αυτή την όμορφη κατασκευή θα μπορούσα να αναπαραστήσω με ρεαλισμό τη λειτουργία του ανεμόμυλου. Ιδιαίτερη εντύπωση μου έκαναν και οι σύγχρονες προσπάθειες να χρησιμοποιηθούν οι παραδοσιακοί ανεμόμυλοι για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο συνδυασμός της καλαισθησίας, της διατήρησης της παράδοσής μας και ο εκσυγχρονισμός της λειτουργίας μιας τόσο παλιάς ανθρώπινης κατασκευής έχει για μένα εξαιρετικό ενδιαφέρον. Οι ανεμόμυλοι έχουν μια μεγάλη ιστορία, η οποία συνδυάζει την ιστορία της αιολικής ενέργειας, αφού είναι ένα κομμάτι της, και ταυτόχρονα τα διάφορα είδη τους δείχνουν πώς κάποιοι σπουδαίοι τεχνίτες κατάφερναν να βελτιώνουν συνεχώς αυτή την κατασκευή για να έχουν όλο και καλύτερα αποτελέσματα, συνδυάζοντας τις τεχνικές και επιστημονικές τους ικανότητες με το περιβάλλον. Επομένως, διάλεξα να αναλύσω τον ανεμόμυλο, γιατί με ενδιαφέρει η χρήση της ενέργειας από τον άνθρωπο με φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο και με εντυπωσιάζει ότι αυτά τα όμορφα πετρόκτιστα κτίρια μπορούν να φανούν χρήσιμα ακόμη και σήμερα. 2

4 2.1. Ενέργεια ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΣΧΥΣ Σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε σήμερα, πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια έγινε μετασχηματισμός ενέργειας σε μάζα και έτσι δημιουργήθηκε το σύμπαν. [Γ.Θ. Καλκάνης, <<Εκπαιδευτική Φυσική>>, 2002] Ο κόσμος μας δηλαδή αποτελείται από μάζα και ενέργεια. Ενώ τη μάζα μπορούμε να την αντιληφθούμε με τις αισθήσεις μας (τη βλέπουμε, την αγγίζουμε κτλ) η ενέργεια γίνεται αντιληπτή μόνο από τις αλλαγές που προκαλεί. Όλες οι αλλαγές που συμβαίνουν στη φύση οφείλονται στην ενέργεια. Άλλοτε είναι ωφέλιμες, όπως όταν βρέχει, όταν φυσάει ή όταν μεγαλώνουν τα φυτά, και άλλοτε καταστροφικές, όπως όταν γίνονται σεισμοί, πυρκαγιές και πλημμύρες. Οι άνθρωποι για να αναπνέουμε, να μιλάμε, να κινούμαστε, χρειαζόμαστε ενέργεια που παίρνουμε από τις τροφές. Στην ενέργεια, ανάλογα με την προέλευση και τον τρόπο με τον οποίο την χρησιμοποιούμε, της δίνουμε διάφορα ονόματα. Αυτά τα <<πρόσωπα>> με τα οποία εμφανίζεται η ενέργεια ονομάζονται μορφές ενέργειας. Οι μορφές ενέργειας που συναντάμε στη φύση είναι: Η Κινητική ενέργεια: η ενέργεια που έχει ένα σώμα όταν κινείται και αναφέρεται στην ικανότητά του να παράγει έργο. Η Δυναμική ενέργεια: η ενέργεια που έχουν τα σώματα λόγω της θέσης τους (ύψος στο οποίο βρίσκονται) ή της κατάστασής τους (παραμόρφωση). Η Θερμική ενέργεια: το σύνολο δηλαδή της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που συγκροτούν τα υλικά σώματα, καθώς αυτά κινούνται στο εσωτερικό τους. Η Χημική ενέργεια: το σύνολο της δυναμικής ενέργειας που απαιτήθηκε για τη συγκρότηση μορίων χημικών ουσιών από διάφορα άτομα, κάτω από την αλληλεπίδραση ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Η χημική ενέργεια είναι αποθηκευμένη στο πετρέλαιο, στα ξύλα, στις τροφές και 3

5 ονομάζεται έτσι γιατί απελευθερώνεται με χημική αντίδραση, την καύση. Φωτεινή ενέργεια: η ενέργεια που έχουν τα σώματα που φωτίζουν γιατί το φως είναι ενέργεια. Ηλεκτρική ενέργεια: η κινητική ενέργεια κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα) που οφείλεται στην ύπαρξη διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού. Πυρηνική ενέργεια: η δυναμική ενέργεια που είναι εγκλωβισμένη στους πυρήνες των ατόμων λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων που τους συγκροτούν και απελευθερώνεται με τη σχάση (διάσπαση) των πυρήνων. Παντού γύρω μας υπάρχει ενέργεια, η οποία συνεχώς αλλάζει μορφές. Μία βασική ιδιότητα της ενέργειας είναι η αρχή διατήρησης της ενέργειας, την οποία επαλήθευσε με τις εργασίες του ο Άγγλος φυσικός Τζέιμς Πρέσκοτ Τζάουλ τη δεκαετία του Σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της ενέργειας, η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί από το μηδέν και δεν μπορεί να καταστραφεί, δεν χάνεται. Μπορεί να αλλάζει μόνο μορφή και τόπο, αλλά το σύνολο της ενέργειας στο Σύμπαν είναι σταθερό. Ένα ακόμη βασικό χαρακτηριστικό της ενέργειας είναι ότι κάθε φορά που μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη, ένα ποσό της αποδίδεται, χάνεται στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας, η οποία είναι μη αξιοποιήσιμη μορφή ενέργειας (νόμος της εντροπίας). Προκύπτει λοιπόν ότι δεν μπορούμε να εξοικονομήσουμε ενέργεια ανακυκλώνοντας την ίδια την ενέργεια (όπως κάνουμε με την ύλη). Για όλες τις δραστηριότητές μας χρησιμοποιούμε ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στη φύση ή αποθηκεύουμε εμείς. Τις αποθήκες ενέργειας τις ονομάζουμε πηγές ενέργειας. Διακρίνουμε τις φυσικές πηγές ενέργειας (ήλιος, γαιάνθρακας, ορυκτά καύσιμα, πυρηνική ενέργεια των ραδιενεργών στοιχείων, θερμική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο εσωτερικό της γης, τρόφιμα) και τις τεχνητές πηγές ενέργειας που κατασκευάζει ο άνθρωπος (πχ μπαταρίες). Η πιο σημαντική πηγή ενέργειας είναι ο ήλιος γιατί αν και στη γη φτάνει μόνο ένα μικρό ποσοστό της ηλιακής ενέργειας, είναι αρκετό 4

6 για να συντηρεί τη ζωή στον πλανήτη. Η Ηλιακή ενέργεια είναι πυρηνική ενέργεια που προέρχεται από τη σύντηξη πυρήνων υδρογόνου στον ήλιο και φτάνει στη γη με τη μορφή φωτός και θερμότητας. Αφού φτάσει στη γη, η ενέργεια του ήλιου μπορεί να αλλάξει μορφές καθώς χρησιμοποιείται. Επιπλέον οι περισσότερες φυσικές πηγές έχουν αποθηκεύσει ενέργεια που προέρχεται από τον ήλιο. Πχ τα φυτά μετατρέπουν μέσω της φωτοσύνθεσης την ηλιακή ενέργεια σε χημική. Οι άνθρωποι και τα ζώα λαμβάνουν την ηλιακή ενέργεια υπό τη μορφή χημικής ενέργειας αποθηκευμένης στα φυτά ή σε άλλα ζώα με τα οποία τρέφονται. Ο γαιάνθρακας και τα ορυκτά προήλθαν από φυτά και υπολείμματα έμβιων όντων αντίστοιχα, τα οποία είχαν αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια. Ο Ήλιος με την ενέργειά του τροφοδοτεί και τα καιρικά συστήματα. Η θερμότητά του προκαλεί τους ανέμους και τα σύννεφα. Σε όλη τη διάρκεια της ύπαρξής του ο άνθρωπος στήριξε την επιβίωση και την πρόοδό του στην αξιοποίηση της ενέργειας. Οι πρωτόγονοι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν τη σωματικής τους ενέργεια, δηλαδή τη χημική ενέργεια που αποθήκευαν στον οργανισμό τους με τη λήψη τροφής. Πριν από περίπου χρόνια, με την ανακάλυψη της φωτιάς, μετέτρεψαν την αποθηκευμένη χημική ενέργεια στα ξύλα σε θερμότητα και φως. Περίπου το π.χ. οι άνθρωποι κατάλαβαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τη δύναμη κάποιων εξημερωμένων ζώων, μετατρέποντας την αποθηκευμένη χημική τους ενέργεια σε κινητική. Το άλογο για παράδειγμα αποτέλεσε το σημαντικότερο μέσο για τις μεταφορές των ανθρώπων από το 3000 π.χ. μέχρι την λειτουργία των σιδηροδρόμων το 19 ο αιώνα. Η κατασκευή του τροχού, μεταξύ του 4000 και του 3500 π.χ., έδωσε τεράστια ώθηση στις μεταφορές. Ήδη από την αρχαιότητα η θερμική ενέργεια μετατράπηκε σε κινητική χάρη στην αιολόσφαιρα που κατασκεύασε ο Ήρωνας ο Αλεξανδρινός τον 1 ο αιώνα μ.χ. Ο ίδιος κατασκεύασε πρώτος 5

7 και ανεμόμυλο για να κινεί τα πιστόνια του μουσικού του οργάνου. Το 18 ο αιώνα με την κατασκευή της πρώτης λειτουργικής ατμομηχανής μετατράπηκε αποτελεσματικά η θερμική ενέργεια σε κινητική. Η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας από τον άνθρωπο για τις μετακινήσεις και τις μεταφορές του ξεκίνησε περίπου το 3000π.Χ., με την εφεύρεση των πρώτων ιστίων (πανιών) από τους αρχαίους Αιγυπτίους. Πολύ αργότερα το 600μ.Χ. περίπου οι Πέρσες κατασκεύασαν του πρώτους ανεμόμυλους και η αιολική ενέργεια αξιοποιήθηκε για την άλεση σιτηρών, την κίνηση μηχανών ή την άρδευση αγρών. Στη σύγχρονη εποχή οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται για την μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Η κινητική ενέργεια του νερού χρησιμοποιήθηκε από την αρχαιότητα με τους νερόμυλους για την άλεση καρπών και αργότερα για την κίνηση μηχανών (πριόνια, σφυριά κ.α.). Σήμερα η κινητική ενέργεια του νερού χρησιμοποιείται στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς για την παραγωγή ενέργειας. Στα τέλη του 19 ου αιώνα κατασκευάστηκαν οι μηχανές εσωτερικής καύσης, δηλαδή οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται μέχρι και σήμερα, στις οποίες τα ορυκτά καύσιμα αξιοποιούνται για την κίνηση οχημάτων και μηχανών. Η χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στα καύσιμα μετατρέπεται σε θερμότητα και αυτή με τη σειρά της σε κινητική ενέργεια. Επίσης ορυκτά καύσιμα (πχ λιγνίτης) χρησιμοποιήθηκαν στα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα προέρχεται κυρίως από θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Στην Περιφέρεια Δυτικής Μακεδονίας παράγεται περίπου το 50% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο λιγνίτης είναι σημαντική εγχώρια ενεργειακή πηγή, συνεισφέροντας το 6

8 53.15% της εγχώριας παραγωγής για το [Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας] Στα τέλη του 19 ου αιώνα η ανακάλυψη της ραδιενέργειας από τρεις Γάλλους φυσικούς, Αντουάν Μπεκερές, Μαρί και Πιερ Κιουρί, οδήγησε σε μια νέα πηγή ενέργειας την πυρηνική ενέργεια. Στη δεκαετία του 1940 Αμερικανοί επιστήμονες κατασκεύασαν πυρηνικούς αντιδραστήρες. Στην προσπάθειά τους να κατασκευάσουν ένα νέο όπλο συνειδητοποίησαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν την τεράστια ποσότητα θερμότητας που παραγόταν από τις πυρηνικές αντιδράσεις για να παράγουν ηλεκτρισμό. Ωστόσο παρά την προοπτική για παραγωγή φτηνής ηλεκτρικής ενέργειας τα πυρηνικά εργοστάσια συνδέθηκαν με τον κίνδυνο ατυχημάτων και τα ραδιενεργά απόβλητα που παράγουν. Ο σύγχρονος τρόπος ζωής βασίζεται στην ηλεκτρική ενέργεια καθώς οι περισσότερες συσκευές λειτουργούν με ηλεκτρική ενέργεια. Στις σύγχρονες κοινωνίες η κατανάλωση ενέργειας αποτελεί κριτήριο της ποιότητας του βιοτικού επιπέδου. Ο ηλεκτρισμός είναι η πιο ευέλικτη μορφή ενέργειας αφού μπορεί να αποθηκευτεί, να μεταφερθεί από το ένα μέρος στο άλλο και να μετατραπεί σε οποιαδήποτε μορφή ενέργειας χρειαζόμαστε. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται με την εκμετάλλευση διαφόρων φυσικών πηγών ενέργειας και παρουσιάζει μεγάλες διαφοροποιήσεις από χώρα σε χώρα. Οι πηγές παραγωγής ενέργειας διακρίνονται στις: Συμβατικές, μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που έχουν μεγάλη απόδοση, αξιοποιούνται εύκολα, αλλά δεν είναι ανεξάντλητες και η χρήση τους ρυπαίνει το περιβάλλον, απειλώντας μεταξύ άλλων με δραματική κλιματική αλλαγή τον πλανήτη, θέτοντας σε κίνδυνο τη ζωή όπως την ξέρουμε σήμερα. Οι μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνουν : Τα στερεά καύσιμα των γαιανθράκων, όπως λιγνίτη Τα υγρά καύσιμα που παίρνουμε με κατεργασία, όπως πετρέλαιο, βενζίνη κλπ 7

9 και στις Τα αέρια καύσιμα όπως το φυσικό αέριο, υγραέριο κλπ. Την πυρηνική ενέργεια που παίρνουμε από τη σχάση ραδιενεργών υλικών. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που δεν εξαντλούνται, γιατί ανανεώνονται συνέχεια από τη φύση με πολύ γρήγορους ρυθμούς, αλλά έχουν μικρή απόδοση και αξιοποιούνται πιο δύσκολα. Οι Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι η αιολική, η ηλιακή, η υδραυλική, η γεωθερμική και η βιομάζα. Μετά από 200 περίπου χρόνια υπερεντατικής κατανάλωσης ενέργειας, η εξάντληση των ορυκτών καυσίμων και τα περιβαλλοντικά προβλήματα που δημιουργούνται από τη χρήση τους, μας πιέζουν να στραφούμε πάλι στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Σήμερα το 20% περίπου της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας προέρχεται από αυτές τις πηγές. Ας δούμε εν συντομία με ποιους τρόπους αξιοποιούνται οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ηλιακή ενέργεια Η ηλιακή ενέργεια αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισμού με δύο τρόπους. Ο πρώτος τρόπος είναι η συλλογή της ηλιακής ενέργειας με στόχο την παραγωγή θερμότητας (χρησιμοποιείται κυρίως για τη θέρμανση του νερού και τη μετατροπή του σε ατμό για την κίνηση τουρμπίνων), ενώ στον δεύτερο τρόπο τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρισμό με τη χρήση φωτοβολταϊκών κυψελών ή συστοιχιών. Μπορεί όμως να αξιοποιηθεί και με άλλους τρόπους, όπως, τα κτίρια να σχεδιάζονται με μεγάλες γυάλινες επιφάνειες και έτσι θα θερμαίνονται φυσικά κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η τεχνολογία αυτή εμφανίστηκε στις αρχές του 1970 στις ΗΠΑ. Υδραυλική ενέργεια 8

10 Υδραυλική ενέργεια Το νερό στη φύση, όταν βρίσκεται σε περιοχές που έχουν μεγάλο υψόμετρο, έχει δυναμική ενέργεια η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε κινητική, όταν το νερό ρέει προς χαμηλότερες περιοχές. Με τα υδροηλεκτρικά έργα (φράγμα, κλειστός αγωγός πτώσεως, υδροστρόβιλος, ηλεκτρογεννήτρια, διώρυγα φυγής) γίνεται δυνατή η εκμετάλλευση της ενέργειας του νερού (υδραυλική ενέργεια) για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος, το οποίο διοχετεύεται στην κατανάλωση με το ηλεκτρικό δίκτυο. Μετά με τη μετατροπή της ενέργειας των υδατοπτώσεων και τη χρήση υδραυλικών τουρμπίνων παράγεται η υδροηλεκτρική ενέργεια. Γεωθερμική ενέργεια Γεωθερμία ή Γεωθερμική ενέργεια ονομάζεται η φυσική, θερμική ενέργεια της Γης που διαρρέει από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη, τον πυρήνα, προς την επιφάνεια. Η μετάδοση της θερμότητας πραγματοποιείται με δύο τρόπους. Μπορεί να γίνει είτε α) με αγωγή από το εσωτερικό προς την επιφάνεια, ή β) με ρεύματα μεταφοράς, τα οποία όμως περιορίζονται στις ζώνες κοντά στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών, λόγω ηφαιστειακών και υδροθερμικών φαινομένων. Η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας έχει μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο, ώστε να καλύψει τις ανάγκες τους, καθώς είναι μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Ανάλογα με το θερμοκρασιακό της επίπεδο μπορεί να έχει, επίσης, διάφορες χρήσεις, για παράδειγμα, μπορεί να τροφοδοτήσει μια ολόκληρη πόλη με ρεύμα ή και να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση σπιτιών. 9

11 Βιομάζα Βιομάζα χαρακτηρίζουμε οποιοδήποτε υλικό το οποίο παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων κ.λπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για την παραγωγή ενέργειας. Η ενέργεια η οποία είναι δεσμευμένη στις φυτικές ουσίες, προέρχεται από τον ήλιο. Τελικά,αυτή την ενέργεια αποδίδει η βιομάζα μετά την επεξεργασία και τη χρήση της, ενώ αποτελεί ταυτόχρονα ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, γιατί στην πραγματικότητα είναι αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια, η οποία δεσμεύτηκε από τα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση. Η βιομάζα είναι η πιο διαδεδομένη και παλιά ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Όλα τα παραπάνω υλικά, τα οποία άμεσα ή έμμεσα προέρχονται από το φυτικό κόσμο, αλλά και τα υγρά απόβλητα και το μεγαλύτερο μέρος από τα αστικά απορρίμματα (υπολείμματα τροφών, χαρτί κ.ά.) των πόλεων και των βιομηχανιών, μπορούν να μετατραπούν σε ενέργεια. Ενέργεια από τη θάλασσα Η θάλασσα μπορεί να μας προσφέρει τεράστια ποσά ενέργειας. Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι για να εκμεταλλευτούμε την ενέργεια της θάλασσας: ενέργεια των κυμάτων, παλιρροϊκή ενέργεια και ενέργεια από τις θερμοκρασιακές διαφορές του νερού των ωκεανών. 10

12 Αιολική ενέργεια Αιολική ενέργεια ονομάζουμε την ενέργεια του ανέμου. Η ενέργεια αυτή προέρχεται από τη μετακίνηση αερίων μαζών στην ατμόσφαιρα. Δημιουργείται έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία, γιατί από την ανομοιόμορφη θέρμανση στην επιφάνεια της γης προκαλείται η μετακίνηση μεγάλων μαζών αέρα από τη μια περιοχή στην άλλη, δημιουργώντας έτσι τους ανέμους και τα σύννεφα. Μπορούμε να δεσμεύσουμε την αιολική ενέργεια με ειδικές μηχανές, τις ανεμογεννήτριες, και να μετατρέψουμε την κινητική ενέργεια των ανεμογεννητριών σε ηλεκτρική. Η αιολική ενέργεια κατατάσσεται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αφού η ενέργεια του ανέμου δεν εξαντλείται ποτέ. Πρόδρομος των ανεμογεννητριών είναι ο ανεμόμυλος που αποτελεί το αντικείμενο της εργασίας μου. Σήμερα, η αιολική ενέργεια αποτελεί μια πολύ ελκυστική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροπαραγωγής. Το «καύσιμο» (δηλαδή ο αέρας) είναι άφθονο και δωρεάν. Επίσης, δεν εκλύονται αέρια και άλλοι ρύποι και οι επιπτώσεις στο περιβάλλον είναι μικρές, σε σύγκριση με τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής από συμβατικά καύσιμα. Άρα, αφού και τα οικονομικά οφέλη μιας περιοχής από την ανάπτυξη της αιολικής βιομηχανίας είναι αξιοσημείωτα, η αιολική ενέργεια είναι μία πολύ χρήσιμη ενέργεια με την οποία μπορούμε να αντικαταστήσουμε πολλές ανανεώσιμες πηγές που ρυπαίνουν το περιβάλλον. 11

13 Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν, όπως όλα, μερικά πλεονεκτήματα, για τα οποία τις προτιμάμε από τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αλλά και μερικά μειονεκτήματα. Τα πλεονεκτήματα είναι τα εξής: Είναι ανεξάντλητες πηγές ενέργειας. Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον. Έχουν συνήθως χαμηλό λειτουργικό κόστος. Μπορούμε να τις προσαρμόσουμε στην κατάλληλη μορφή ενέργειας, ώστε να καλύψουμε τις ανάγκες μας. Ο εξοπλισμός στη συντήρηση και την κατασκευή είναι απλός και διατηρείτε για πολλά χρόνια. Τα μειονεκτήματα είναι τα εξής: Έχουν μικρό συντελεστή απόδοσης. Η παροχή και η απόδοσή τους εξαρτάται από τον τόπο που έχουν εγκατασταθεί, το κλίμα και το γεωγραφικό πλάτος. Ο εξοπλισμός δεν είναι κομψός από αισθητική άποψη. Ο εξοπλισμός κάνει πολύ θόρυβο και προκαλεί θανάτους πουλιών. Ο εξοπλισμός τους είναι ακριβός. 12

14 2.2. Ισχύς Ισχύ ονομάζουμε το πηλίκο της ενέργειας που καταναλώνει ή παράγει μια μηχανή σε έναν συγκεκριμένο χρόνο, προς το χρόνο αυτό. Επίσης, είναι ένα χρήσιμο μέτρο σύγκρισης μεταξύ μετατροπέων ενέργειας. Μονάδα μέτρησης της Ισχύς είναι τα Watt (W). Ισχύει ότι: όσο περισσότερη ισχύ έχει μια μηχανή, τόσο περισσότερη ενέργεια καταναλώνει και τόσο πιο αποτελεσματική είναι. Η Ισχύς χωρίζεται σε: Θερμική, Μηχανική, Ηλεκτρική και Υδραυλική. Μερικοί τύποι για: την θερμική ισχύ: για παράδειγμα, όταν ένα δοχείο με νερό σε υψηλή θερμοκρασία αφήνεται να κρυώσει, προσδίδει στο περιβάλλον θερμική ισχύ. Τότε ισχύει αυτός ο τύπος, όπου ΔQ είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας που παρατηρείτε σε Δt χρόνο και cp είναι η θερμοχωριτηκότητα του νερού. την μηχανική ισχύ: Η μηχανική ισχύς που προσδίδεται ένα σύστημα, το οποίο κινείται σε γραμμική κίνηση, με το γινόμενο της ταχύτητας του επί τη δύναμη. σε ισούται Η μηχανική ισχύς, η οποία προσδίδεται σε ένα σύστημα σε περιστροφική κίνηση, ισούται με το γινόμενο της γωνιακής ταχύτητας του επί τη ροπή. την ηλεκτρική ισχύ: για παράδειγμα, εάν ένα αγώγιμο καλώδιο, συνδεδεμένο με μπαταρία τάσης V αν διέρχεται από ρεύμα Ι, καταναλώνει ισχύ. την υδραυλική ισχύ: Για παράδειγμα, το κομπρεσέρ σε ένα εκσκαπτικό μηχάνημα (μπουλντόζα) δίνει στο έμβολο κίνησης του εκσκαφέα (πιστόνι) παροχή λαδιού Q υπό πίεση p και παράγει ισχύ. 13

15 Καθώς το αντικείμενο μελέτης αυτής της εργασίας είναι ο ανεμόμυλος, αναφέρω στη συνέχεια τα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την ισχύ του ανεμόμυλου. Επειδή ο ανεμόμυλος χρησιμοποιεί την ενέργεια του ανέμου αναζήτησα αρχικά πώς υπολογίζουμε με τη βοήθεια της φυσικής την αιολική ενέργεια: Η ενέργεια που μεταφέρεται από τον άνεμο είναι κινητική και δίνεται από τον τύπο: Εκιν =1/2 m V 2 και μετριέται σε N.m. Η μάζα του αέρα ανά δευτερόλεπτο που διέρχεται από μία επιφάνεια Α ισούται με το γινόμενο της πυκνότητας του αέρα επί τον όγκο ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή: m= ρ ΑV οπότε προκύπτει: Eκιν= 1/2ρ AV 3, η οποία προφανώς είναι η ισχύς αφού έχουμε ενέργεια ανά δευτερόλεπτο, άρα: Ρ =1/2ρ AV 3 Παρατηρούμε δηλαδή ότι η ισχύς του ανέμου είναι ανάλογη της επιφάνειας από την οποία διέρχεται και του κύβου της ταχύτητας του. Αυτά τα χαρακτηριστικά χρησιμοποιούσαν από πολύ παλιά οι κατασκευαστές των ανεμόμυλων για να επιλέξουν τον τόπο κατασκευής (μυλοτόπια) και να σχεδιάζουν κατάλληλα τη φτερωτή του ανεμόμυλου. Ο πρώτος ανεμόμυλος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας κατασκευάστηκε στο Cleveland του Οχάιο το 1888 και είχε ισχύ 12 KW. Το πρώτο και μεγαλύτερο αιολικό πάρκο του κόσμου με ισχύ που υπερέβαινε τα 5MW λειτουργούσε από τις αρχές του αιώνα μας στο οροπέδιο του Λασιθίου, με τους ειδυλλιακούς και γραφικούς ανεμόμυλους. 14

16 3. Πορεία Εργασίας ΜΕΛΕΤΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΝΟΤΗΤΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ ΜΕΛΕΤΗΣ (ΑΝΕΜΟΜΥΛΟΣ) ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΠΡΟΜΗΘΕΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ (ενότητες 1 έως 6) ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΣΧΕΔΙΑ ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ (ενότητες 7 έως 8) ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 15

17 4. ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΑΝΕΜΟΜΥΛΟΥ 16

18 4.1 Γενική Περιγραφή Ο άνθρωπος από τα αρχαία ακόμη χρόνια προσπάθησε να αξιοποιήσει τον άνεμο για να παράγει έργο. O εγκλωβισμός, κατά τον Όμηρο, των ανέμων στον ασκό του Αιόλου εκφράζει αυτή ακριβώς την επιθυμία των ανθρώπων της εποχής εκείνης. Οι νερόμυλοι και οι ανεμόμυλοι ήταν οι πρώτες μηχανές που κατασκεύασε ο άνθρωπος για να αντικαταστήσει τα ζώα ως πηγές ενέργειας. Οι ανεμόμυλοι χρησιμοποιούν την κινητική ενέργεια του ανέμου (αιολική ενέργεια) για να παράγουν έργο. Η λειτουργία τους στηρίζεται στους έλικες με πτερύγια που κινούνται από τον άνεμο που φυσά. Στο πέρασμα των χρόνων υπήρξαν πολλές τροποποιήσεις στη σχεδίαση των ανεμόμυλων με σκοπό να βελτιωθεί η αποδοτικότητά τους. Αυτές τις αλλαγές τις περιγράφω συνοπτικά στην ενότητα της Ιστορικής Αναδρομής (ενότητα 6). Λόγω τις μεγάλης ποικιλομορφίας των ανεμόμυλων έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για την ταξινόμησή τους. Επικράτησε η μέθοδος του Ολλανδού ερευνητή Νότεμπααρτ, ο οποίος εξετάζοντας τους ανεμόμυλους για πρώτη φορά σε παγκόσμια κλίμακα, κατέληξε στην εξής ταξινόμηση: Ανεμόμυλοι οριζόντιας περιστροφής φτερωτής (χωρίς ανοίγματα για τον αέρα, με σταθερά ανοίγματα και με ρυθμιζόμενα ανοίγματα) Ανεμόμυλοι κατακόρυφης περιστροφής φτερωτής (σταθεροί, με περιστρεφόμενο σώμα και με περιστρεφόμενη στέγη). Στην Ελλάδα ειδικότερα εντοπίζουμε τέσσερις τύπους ανεμόμυλων που έχουν αρκετές διαφορές μορφολογικά και λειτουργικά, από τους αντίστοιχους ευρωπαϊκούς. Αυτοί είναι οι: ταράλης κατακόρυφου άξονα ή ταβλόμυλος ταράλης οριζόντιου άξονα αξετροχάρης ή μονόπαντος ή μονόκαιρος ξετροχάρης 17

19 ΤΑΡΑΛΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΥ ΑΞΟΝΑ ή ΤΑΒΛΟΜΥΛΟΣ Το επίπεδο που ορίζεται από τα πτερύγια της φτερωτής είναι οριζόντιο, κάθετο στον άξονα και πάνω από τις μυλόπετρες. Η φτερωτή βρίσκεται στο στεγασμένο δωμάτιο του κτιρίου και ο αέρας οδηγείται στα πτερύγια περνώντας μέσα από παράθυρα. Στα παράθυρα από τα οποία ο άνεμος έμπαινε για να κινήσει την φτερωτή ξύλινα παραθυρόφυλλα χρησιμοποιούνταν ώστε να μπορεί να μειωθεί η δύναμη του αέρα πάνω στην φτερωτή, αν χρειαζόταν. Η κίνηση της φτερωτής από τον άνεμο κινεί τον κατακόρυφο άξονα και με ένα σύστημα ξύλινων γραναζιών η κίνηση αυτή μεταδίδεται τελικά στις μυλόπετρες. Δεν υπάρχει δυνατότητα αλλαγής της γωνίας πρόσπτωσης του αέρα πάνω στα πτερύγια με αποτέλεσμα όταν ο αέρας που φυσά δεν είναι ευνοϊκός για την κίνηση των πτερύγιων, ο ανεμόμυλος αυτού του τύπου να μην μπορεί να λειτουργήσει. Ανεμόμυλοι αυτού του τύπου είναι σπάνιοι. ΤΑΡΑΛΗΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΑΞΟΝΑ Επίσης σπάνιος τύπος ανεμόμυλου και εξέλιξη του προηγούμενου. Το επίπεδο που ορίζεται από την φτερωτή είναι κατακόρυφο και κάθετο στον άξονα. Και σε αυτόν δεν υπάρχει η δυνατότητα αλλαγής της γωνίας πρόσπτωσης του αέρα πάνω στα πτερύγια. Ανεμόμυλος οριζόντιου άξονα (Πάρος) 18

20 ΑΞΕΤΡΟΧΑΡΗΣ Έχει σύστημα οριζόντιου άξονα κατακόρυφων πτερυγίων, που όμως δεν μπορεί να περιστραφεί, επομένως λειτουργεί μόνο όταν ο άνεμος που φυσά μπορεί να περιστρέψει την φτερωτή. ΞΕΤΡΟΧΑΡΗΣ Είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος ανεμόμυλου στην Ελλάδα, κυρίως στα αιγαιοπελαγίτικα νησιά και την Κρήτη. Ο μηχανισμός του ανεμόμυλου έχει σύστημα οριζόντιου άξονακατακόρυφων πτερυγίων και διαιρείται σε τρεις μικρότερους μηχανισμούς: 1. τον κινητικό Βρισκόταν έξω από τον πυργόμυλο και είχε σκοπό να μετατρέπει τη δύναμη του αέρα σε κίνηση. Περιελάμβανε δύο βοηθητικά συστήματα, ένα για τη μετάδοση της κίνησης στις μυλόπετρες και ένα για τη διακοπή της κίνησης 2. τον αλεστικό Εκπλήρωνε τη βασική λειτουργία του ανεμόμυλου, το άλεσμα, και είχε τρία βοηθητικά συστήματα. Ένα για την τροφοδότηση, ένα 19

21 για τη ρύθμιση των μυλοπετρών και ένα για τη συλλογή του παραγόμενου αλευριού και 3. την ειδική διάταξη περιστροφής της φτερωτής ανάλογα με την διεύθυνση του ανέμου, ώστε να γίνεται η καλύτερη δυνατή εκμετάλλευσή του. Αυτός ο μηχανισμός ήταν και το μεγάλο πλεονέκτημα αυτών των ανεμόμυλων. Η τοποθέτηση του μηχανισμού γινόταν σε πέτρινο κτίσμα, τύπου πύργου (πυργόμυλος), κυλινδρικού σχήματος. Συναντάμε επίσης πυργόμυλους σχήματος κόλουρου κώνου, με την διάμετρο δηλαδή στην κορυφή μικρότερη από την διάμετρο στην βάση ή ακόμη σπανιότερα με διάμετρο κορυφής μεγαλύτερη από την διάμετρο της βάσης. Η τεχνική που εφαρμοζόταν για το κτίσιμο του πυργόμυλου καθοριζόταν κυρίως από το τοπικό πέτρωμα. Συνήθως χρησιμοποιούσαν αφορμάριστη πέτρα, εκτός από τις περιοχές που υπήρχε σχιστόλιθος. Παρατηρώντας τα υλικά κατασκευής και την εσωτερική διαρρύθμιση μπορούμε να ξεχωρίσουμε τέσσερις κατηγορίες: Ανεμόμυλοι μονόπατοι ή δίπατοι με ξύλινες εσωτερικές κατασκευές και σκελετό από δοκάρια Ανεμόμυλοι με χτιστές πέτρινες εσωτερικές κατασκευές (τρίπατοι) Ανεμόμυλοι με μικτές (ξύλινες και χτιστές) εσωτερικές κατασκευές (τρίπατοι) και Ανεμόμυλοι μονόπατοι με θολωτές (τρουλωτές) κατασκευές. Οι μονόπατοι ανεμόμυλοι αποτελούνται από ισόγειο (κατώι) και έναν όροφο (ανώι), οι δίπατοι αποτελούνται από ισόγειο (κατώι), πατάρι και έναν όροφο (ανώι) και οι τρίπατοι αποτελούνται από ισόγειο (ανώι) και δύο ορόφους. Κάθε όροφος προοριζόταν για διαφορετική χρήση. Στο ισόγειο (κατώι) βρισκόταν συνήθως ο χώρος υποδοχής και αποθήκευσης. Στον επάνω όροφο (ανώι) βρίσκονται οι μυλόπετρες αρμοσμένες σε ξύλινο κατακόρυφο άξονα και τα απαραίτητα στοιχεία της ξυλομηχανής για την μετάδοση της κίνησης από τα εξωτερικά πτερύγια στον οριζόντιο 20

22 άξονα και από αυτόν στον κατακόρυφο άξονα που φέρει τις μυλόπετρες. Στον μεσαίο όροφο (πατάρι) γινόταν η συγκέντρωση του αλέσματος. Οι μυλόπετρες είναι βαριές πέτρινες κατασκευές σε σχήμα δίσκου. Κάθε ανεμόμυλος έχει δύο μυλόπετρες την μία επάνω στην άλλη. Η κάτω μυλόπετρα (καταριά) είναι ακίνητη. Η επάνω μυλόπετρα (παναριά) είναι προσαρμοσμένη σταθερά στον εσωτερικό κατακόρυφο άξονα του ανεμόμυλου και περιστρέφεται μαζί του καθώς ένα σύστημα ξύλινων αξόνων και τροχών μεταφέρει την κινητική ενέργεια του ανέμου μετατρέποντάς την σε ωφέλιμο έργο άλεσης. Ανάμεσα στις δύο οριζόντιες μυλόπετρες συνθλίβονταν οι καρποί για να γίνουν αλεύρι. Οι μυλόπετρες περιβάλλονται από ξύλινο ή μεταλλικό δοχείο, όπου συγκεντρώνεται το αλεύρι και στο οποίο ο μυλωνάς έχει πρόσβαση από το πατάρι του ανεμόμυλου, όπου γίνεται η συσκευασία του σε σακιά. 21

23 Στην εσωτερική περιφέρεια του κτίσματος βρισκόταν η πέτρινη σκάλα και ακολουθούσε την καμπυλότητα του κτίσματος. Ο πυργόμυλος είχε συνήθως δύο ανοίγματα, την ξύλινη πόρτα εισόδου στο ισόγειο και ένα παράθυρο ψηλά, προσανατολισμένα στην διεύθυνση του ασθενέστερου ανέμου για την περιοχή. Ιδιαίτερα προσοχή χρειαζόταν και για την κατασκευή της στέγης (τρούλας), η οποία έπρεπε να αντέχει στους δυνατούς ανέμους και ταυτόχρονα να μην επιτρέπει να περάσει σταγόνα νερό. Ο σκελετός της στέγης ήταν ξύλινος, κωνικού σχήματος και με επένδυση από χόρτο. Στα νεότερα χρόνια αντικαταστάθηκε στα πιο πλούσια νησιά από στέγη κωνική, ή τετράρριχτη πυραμιδοειδή πάλι με ξύλινο σκελετό πάλι και επένδυση από σανίδια. Για να προστατεύουν τα σανίδια από το σκάσιμο ή το σκέβρωμα το κάλυπταν με πισσόχαρτο ή με λεπτά φύλλα τσίγκου. Παρόλο που η σανιδένια στέγη ήταν πιο ανθεκτική, προτιμούσαν τη χόρτινη γιατί ήταν φθηνότερη, μπορούσε να συντηρηθεί από τον ίδιο το μυλωνά, μόνωνε καλύτερα, δίνοντας δροσιά το καλοκαίρι και ζέστη το χειμώνα, και επιπλέον ήταν ελαφρύτερη, γεγονός που διευκόλυνε την περιστροφή της. Για καλύτερη προστασία της χόρτινης στέγης άπλωναν από πάνω κάποιο παλιό ψαράδικο δίχτυ ώστε να την προστατεύει επιπλέον και από τον αέρα. 22

24 Εσωτερικό χόρτινης τρούλας με καλάμι (Βασιλική Παπαγγελίδου) Για να μπορεί να περιστραφεί η φτερωτή ανάλογα με τη διεύθυνση του αέρα, επινοήθηκε το χώρισμα της στέγης σε δύο μέρη: Στη σταθερή βάση που ήταν προσαρμοσμένη στην κορυφή του πέτρινου πύργου και Στο κινητό τμήμα της που περιστρεφόταν πάνω στην ακίνητη βάση μαζί με το αξόνι, τη φτερωτή και τη ρόδα. Όσον αφορά τις φτερωτές, οι περισσότερες απεικονίσεις περιηγητών τις δείχνουν ξύλινες (όπως της βορειοδυτικής Ευρώπης) ως και τον 18ο αιώνα την έκδοση του Choiseul-Gouffier του 1782, οι φτερωτές στο συγκρότημα της Οίας της Θήρας είναι ολλανδικού τύπου σε νεότερη έκδοση του 1823 έχουν πανιά σε σχέδιο του 1790 του Hope, βλέπουμε στην Πάρο τριγωνικά πανιά σε συνδυασμό με ξύλινες φτερωτές, σε σκαλιστή μαρμάρινη πλάκα του Χ. Αντώνη Λύτρα, βλέπουμε το 1837 στην Τήνο, ψάθινη φτερωτή σαν κι αυτές που γνωρίζουμε ότι υπήρχαν στο οροπέδιο του Λασιθίου ως το τέλος του 19ου αιώνα, όταν έκαψαν τους μύλους οι Τούρκοι. 23

25 Ιδιαίτερη κατηγορία είναι οι αντλητικοί ανεμόμυλοι που εγκαταστάθηκαν στο οροπέδιο Λασιθίου στην Κρήτη. [άρθρο του Χ. Ματζάνα "Οροπέδιο Λασιθίου: το πρώτο αιολικό πάρκο της Ελλάδας", περ.αρχαιολογια τεύχ.77, Δεκ. 2000]. Οι παλαιές τεχνικές άντλησης αποτέλεσαν έμπνευση για τον Εμμανουήλ Παπαδάκη ώστε να κατασκευάσει τον πρώτο αντλητικό ανεμόμυλο. Κατάφερε να συνδυάσει τον μηχανισμό της φτερωτής του ανεμόμυλου με την κλασική αναρροφητική αντλία. Οι πρώτοι ξύλινοι ανεμόμυλοι τοποθετήθηκαν γύρω στο 1900 στα πηγάδια που υπήρχαν μόνο στους κήπους των σπιτιών κοντά στα χωριά ενώ είχαν μικρό βάθος γύρω στα 4 μέτρα. Την εποχή αυτή πρέπει να υπήρχαν 20 περίπου ξύλινοι ανεμόμυλοι σε όλο το οροπέδιο με τους περισσότερους στην περιοχή του χωριού Ψυχρού. Μετά το θάνατο του Εμμανουήλ Παπαδάκη, ο Στέφανος Μαρκάκης ή "Μαρκοστεφανής", ένας μαθητής του από το χωριό Φαρσάρω, ακολουθεί τα χνάρια του δασκάλου του κάνοντας μια σειρά από καινοτομίες στον ήδη υπάρχοντα ξύλινο ανεμόμυλο. Κατάφερε να εκσυγχρονίσει και να τον τελειοποιήσει, φτάνοντάς τον στην σημερινή του μορφή. Άλλαξε τον ξύλινο πύργο με μεταλλικό, κάνοντάς τον πιο στέρεο. Έτσι μπόρεσε και να αυξήσει το ύψος του μύλου. Με την προσθήκη δε της ουράς, του ειδικού λαμαρινένιου τριγωνικού τιμονιού ο μύλος στρεφόταν μονός του, προς κάθε φύσημα του ανέμου. 24

26 Επιπλέον, αντικατέστησε τις κλασικές αναρροφητικές αντλίες με δικής του κατασκευής. Μια άλλη επινόηση του ήταν το σύστημα της μεταδοτικής, ώστε ο ανεμόμυλος να έχει την δυνατότητα να αντλεί νερό από μεγαλύτερο των 8 μέτρων βάθος. Ενώ δεν υπάρχει καμία μηχανή που να μπορεί να αντλεί νερό από βάθος μεγαλύτερο των 8 μέτρων, ο ανεμόμυλος με την χρήση της μεταδοτικής μπορεί και αντλεί από μεγαλύτερο βάθος νερό έως και 20 μέτρα. 4.2.Οι προϋποθέσεις για την εξάπλωση και κατασκευή των ανεμόμυλων Όπως θα περίμενε κανείς, οι ανεμόμυλοι χτίζονταν σε περιοχές όπου υπήρχε κατάλληλος άνεμος, τόσο σε συχνότητα όσο και σε ένταση. Οι τοποθεσίες που συγκέντρωναν αυτές τις προϋποθέσεις, ονομάζονταν μυλοτόπια. Οι θέσεις αυτές ήταν σχεδόν πάντα σε ύψωμα ή οροπέδιο, σε λόφους, σε ρεματιές, στην έξοδο κάποιου φαραγγιού, σε ακρωτήρια Η απόσταση του μύλου από την κατοικημένη περιοχή ήταν εξίσου σημαντική. Ο ανεμόμυλος χτιζόταν σε μέρος με εύκολη πρόσβαση για ζώα, κοντά σε χωριά, αλλά σε μακρινή απόσταση από άλλα οικοδομήματα ώστε να μην παρεμποδίζεται η ομαλή λειτουργία του. Εξάλλου, το ανεμπόδιστο του αέρα απ όλα τα μέρη μνημονεύεται ρητά στις αγοραπωλησίες των ανεμόμυλων. Είναι γνωστό ότι περισσότερος αέρας στην Ελλάδα υπάρχει στη θάλασσα. Γι αυτό στα νησιά και τις παραθαλάσσιες περιοχές βρίσκουμε τους περισσότερους ανεμόμυλους. Ο καταλληλότερος άνεμος για τη λειτουργία τους υπάρχει στο Αιγαίο και λιγότερο στο Ιόνιο. Υπάρχουν βέβαια και εξαιρέσεις όπως π.χ. το οροπέδιο της Τρίπολης κ.ά. Η κατασκευή τους ήταν δύσκολη και πολυδάπανη και απασχολούνταν εξειδικευμένοι μυλομαραγκοί, ξυλουργοί, κτιστάδες, σιδεράδες και αγωγιάτες. Η μεγάλη δυσκολία στη κατασκευή των ανεμόμυλων έγκειται στο ότι η ανέγερση του πύργου και η τοποθέτηση του μηχανισμού έπρεπε να προχωρούν παράλληλα, γιατί πύργος και μηχανισμός ήταν συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Τέλος πολύ σημαντική 25

27 ήταν η επιλογή της κατάλληλης ξυλείας καθώς και κατάλληλου υλικού για την κατασκευή των μυλόπετρων. Σύμφωνα με στοιχεία του Ινστιτούτου των Ελληνικών Μύλων (Ι.τ.Ε.Μ.) υπολογίζεται ότι υπάρχουν γύρω στους ανεμόμυλους στον ελληνικό νησιωτικό χώρο (Αιγαίο πέλαγος), τα παράλια και κάποιες κορυφές βουνών της ηπειρωτικής Ελλάδας (πχ το οροπέδιο της Τρίπολης). 26

28 4.3. Η λειτουργία του ανεμόμυλου Η ενέργεια του ανέμου μεταβιβάζεται στην φτερωτή, με στροφική κίνηση σε κατακόρυφο επίπεδο και στον οριζόντιο άξονά της. Στη συνέχεια, μέσα από τα κατάλληλα γρανάζια μεταβιβάζεται στον κατακόρυφο άξονα και τέλος στην πάνω μυλόπετρα η οποία εκτελεί στροφική κίνηση σε οριζόντιο επίπεδο. Η μυλόπετρα περιστρέφεται με τη βοήθεια της ρόδας,ενός ξύλινου οδοντικού τροχού, που εφάπτεται με την φτερωτή. Για να περιστραφεί η φτερωτή ώστε να προσανατολιστεί κάθετα με τη ροή του ανέμου, ο μυλωνάς κάνει το ντριτσάρισμα, με λοστό που τοποθετείται σε κατάλληλες τρύπες. Η ταχύτητα της περιστροφής εξαρτάται από την επιφάνεια των πανιών. Το φρενάρισμα γίνεται με τη βοήθεια ενός χοντρού σχοινιού του σοκορόσχοινου, που είναι δεμένο στέρεα γύρω από τον άξονα. Το σιτάρι (ή το κριθάρι κ.λ.π. ) τοποθετείται στην κοφινάδα, που είναι σαν ξύλινο χωνί, η οποία συνδέεται με τον «ταιστή», μια σέσουλα που οδηγεί το σιτάρι στη μυλόπετρα. Το αλεσμένο σιτάρι, το αλεύρι, συγκεντρώνεται σε τσουβάλια ή στην αλευροκασέλα. Η μετάδοση της κίνησης στην πάνω μυλόπετρα γίνεται από ένα κατακόρυφο άξονα, το βασιλικό, που το κάτω μέρος του στηρίζεται στο πατάρι του μύλου και ανεβοκατεβαίνει με μια μανιβέλα ανάλογα με το πόσο ψιλό αλεύρι θέλει ο μυλωνάς. Στο πάνω μέρος του,το βασιλικό στηρίζεται σε ένα οριζόντιο ξύλο, το ζυγό. Ο κατακόρυφος άξονας έχει ενσωματωμένο ένα ξύλινο κυλινδρικό γρανάζι με 12 τις περισσότερες φορές δόντια, που λέγεται φανάρι ή ανέμη. Κάθετα στον κατακόρυφο άξονα βρίσκεται ένας οριζόντιος, το αξόνι. Ένα ξύλινο γρανάζι,η ρόδα, είναι προσαρμοσμένο κάθετα στο αξόνι και περιστρέφεται μαζί με αυτό. Η ρόδα έχει διάμετρο 2μ. Και συμπλέκεται με το φανάρι. Το αξόνι πατά σε δύο κατάλληλα διαμορφωμένες υποδοχές, τα μαξιλάρια. Στην άκρη του αξονιού υπάρχει η φτερωτή που αποτελείται από ξύλινα δοκάρια ακτινωτά τοποθετημένα και κάθετα στον άξονα, που έχουν τριγωνικά πανιά από καραβόπανο καρφωμένα επάνω τους. Η φτερωτή λαμβάνει την ανεμοπίεση και περιστρέφεται το αξόνι. Το αξόνι μεταδίδει πολλαπλασιαστικά την κίνηση στο βασιλικό (η ρόδα έχει 27

29 60 δόντια και η ανέμη 12) και το βασιλικό περιστρέφει την μυλόπετρα. Στον κοινό πυργόμυλο όλο το σύστημα που περιγράψαμε περιστρέφεται ώστε το αξόνι να είναι πάντα παράλληλο με τη διεύθυνση του ανέμου. Αυτή η περιστροφή γίνεται ως εξής: Το αξόνι πατά στα μαξιλάρια τα οποία στηρίζονται σε ένα ξύλινο στεφάνι. Το στεφάνι περιστρέφεται στην πάνω επιφάνεια του τοίχου που είναι διαμορφωμένη από μια κυκλική ξύλινη αμετακίνητη τροχιά. Η περιστροφή του κινητού στεφανιού γίνεται εύκολα με ένα λοστό που σχηματίζει μοχλό πρώτου είδους. Με δύναμη το χέρι,υπομόχλιο ένα σιδερένιο ραβδί μπηγμένο στο αμετακίνητο στεφάνι και αντίσταση στο κινητό στεφάνι. Πάνω από τις μυλόπετρες υπάρχει ένα ξύλινο κιβώτιο κρεμασμένο από τη σκεπή, η κοφινίδα. Ο καρπός αδειάζει από την κοφινίδα στο άνοιγμα στο κέντρο της πάνω μυλόπετρας, απλώνεται ανάμεσα στις μυλόπετρες και γίνεται αλεύρι. 28

30 5.Χρησιμότητα του έργου για τον άνθρωπο και την κοινωνία Η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας χάνεται στα βάθη της ιστορίας. Οι ανεμόμυλοι όπως είδαμε είναι κατασκευές που χρησιμοποιούν την κινητική ενέργεια του ανέμου (αιολική ενέργεια) για να παράγουν έργο. Από την αρχή της εμφάνισής τους συνδέθηκαν με την ανάπτυξη της γεωργίας, που με κύριο προϊόν τα δημητριακά, θεωρείται ένα από τα πιο σημαντικά ορόσημα στην ιστορία της ανθρωπότητας. Έτσι, σε παγκόσμια κλίμακα οι ανεμόμυλοι χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για: την άλεση δημητριακών, για την αποξήρανση εδαφών, έργα αποστράγγισης για την δημιουργία καλλιεργήσιμων εκτάσεων και για την άντληση νερού από πηγάδια, σε μερικά μέρη όμως, όπως στις περισσότερο αραιοκατοικημένες περιοχές των Η.Π.Α., της Αυστραλίας και της Νότιας Αφρικής, υπάρχουν ακόμα εγκατεστημένες πολλές χιλιάδες από ανεμόμυλους-αντλίες. Ανάλογα με τις τοπικές ανάγκες, χρησιμοποιήθηκαν και για διάφορες άλλες δουλειές, όπως να λιώνουν ελιές σε λιοτρίβια, να ξεφλουδίζουν το ρύζι, να τρίβουν κακάο, ζαχαροκάλαμο και παντζάρια για παραγωγή ζάχαρης. Αντίστοιχα στον ελλαδικό χώρο χρησιμοποιήθηκαν παντού για την παραγωγή αλευριού για τις τοπικές ανάγκες και για τον εφοδιασμό των περαστικών καραβιών. Στη Σαντορίνη έκοβαν φάβα, ενώ στη Χίο και τη Σύρο έτριβαν φλούδα πεύκου, βελανιδιών και σπόρων σχοίνου για τα βυρσοδεψεία. Σαν αντλητικός δούλεψε από παλιά κυρίως στη Ρόδο, στην Κω και αργότερα στην Κρήτη. Τέλος, βρέθηκε ένας που άλεθε θειάφι στα ορυχεία της Μήλου. Η χρήση του ανεμόμυλου ως κινητήριας μηχανής εγκαταλείπεται μόλις στα μέσα του προηγούμενου αιώνα. Είναι η εποχή που εξαπλώνονται ραγδαία τα συμβατικά καύσιμα και ο ηλεκτρισμός, ο οποίος φτάνει ως τα πιο απομακρυσμένα σημεία. Με την ανάπτυξη νέων 29

31 πηγών ενέργειας οι άνθρωποι σταμάτησαν να χρησιμοποιούν τους ανεμόμυλους. Από τη δεκαετία του 1970 και μετά, ανανεώθηκε το ενδιαφέρον για την αιολική ενέργεια λόγω κυρίως της ενεργειακής κρίσης του πετρελαίου και των προβλημάτων που δημιουργεί η χρήση του, με την ρύπανση του περιβάλλοντος. Οι ανεμόμυλοι θεωρούνται πως είναι οι πρόδρομοι των ανεμογεννητριών που χρησιμοποιούνται σήμερα όλο και περισσότερο, για την "καθαρή" παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αιολική ενέργεια. Ο πρώτος ανεμόμυλος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας κατασκευάστηκε στο Cleveland του Οχάιο το 1888 και είχε ισχύ 12 KW. Γίνεται φανερό από όσα προαναφέρθηκαν ότι οι ανεμόμυλοι είχαν πολύ σημαντικό οικονομικό, κοινωνικό, ιστορικό και πολιτιστικό ρόλο στις τοπικές κοινωνίες που αναπτύχθηκαν. Μία είδηση από την Πάτμο παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον και δείχνει ότι οι ανεμόμυλοι μπορεί ακόμη και σήμερα να μας φανούν χρήσιμοι. Πρόκειται για το έργο της ερευνητικής ομάδας που αποτελείται από την αρχιτέκτονα Δάφνη Μπέκετ και τους ηλεκτρολόγους μηχανολόγους Νίκο Καμπάνη και Αντώνη Πλυτά. Στην ομάδα αυτή ανατέθηκε από την Ιερά Μονή Αγίου Ιωάννη του Θεολόγου η αναπαλαίωση ανεμόμυλων της Πάτμου. Οι έμπειροι ερευνητές όμως θέλησαν να ενσωματώσουν στους ανεμόμυλους μια νέα τεχνολογία για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Δεν άλλαξαν κανένα στοιχείο από τον πύργο του μύλου. Οι μόνες παρεμβάσεις που έγιναν ήταν η τοποθέτηση ενός ανθεκτικού υφάσματος στα πανιά της φτερωτής του ανεμόμυλου και η τοποθέτηση ενός μηχανικού φρένου στη δοκό κύλισης που κρατάει τη φτερωτή, προκειμένου να καταφέρνει ο χειριστής της γεννήτριας να σταματά την κίνηση της μπάρας και να της αλλάζει προσανατολισμό ανάλογα με την κατεύθυνση του ανέμου. Παλαιότερα, η διαδικασία αυτή ήταν πολύ δύσκολη και συχνά έβαζε σε κίνδυνο τη ζωή του ίδιου του χειριστή-μυλωνά, αφού για να φρενάρει τον ογκώδη μηχανισμό χρησιμοποιούσε μέχρι και άγκυρα. 30

32 Η ιδέα του φρένου ανήκει στους δύο μηχανικούς της ομάδας. Αυτοί το τοποθέτησαν στη δοκό. Στο εξής, λοιπόν, η αλλαγή κατεύθυνσης της φτερωτής θα γίνεται με ασφάλεια. Πάνω στη δοκό υπάρχει ένας τεράστιος ξύλινος κύλινδρος-γρανάζι, ο οποίος μέχρι πρότινος κινούσε τον μηχανισμό και γυρνούσε τη μυλόπετρα ώστε να αλέθει το σιτάρι. Στη θέση της μυλόπετρας θα τοποθετηθεί μια γεννήτρια, ενώ ο ξύλινος δίσκος θα αντικατασταθεί από έναν σιδερένιο, που θα αποδίδει περισσότερη ισχύ. «Ο μηχανισμός θα λειτουργεί σαν το δυναμό του ποδηλάτου: θα απορροφά ενέργεια και θα την αποθηκεύει σε μια μπαταρία», επισημαίνει ο Ν. Καμπάνης, υπογραμμίζοντας: «Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να παράγεται ισχύς έως και 15 κιλοβάτ, χωρίς να γίνει καμία απολύτως επέμβαση σε ολόκληρο το οικοδόμημα του μύλου. Μελλοντικά, αυτή η τεχνολογία μπορεί να αυξήσει την ισχύ του ρεύματος του ανεμόμυλου ακόμα και στα 30 κιλοβάτ». Αυτή η αλλαγή, σύμφωνα με τους επιστήμονες, πρόκειται να αλλάξει ριζικά τη μορφή της ανεμογεννήτριας και να ανοίξει νέα πεδία έρευνας για τις δυνατότητες του ανεμόμυλου. Αλλωστε, σε ολόκληρη την Ελλάδα υπάρχουν θέσεις ανεμόμυλων. Μερικοί από αυτούς έχουν ανακαινιστεί από τους ιδιοκτήτες τους, ενώ άλλοι έχουν ερειπωθεί. «Εάν το πράσινο εγχείρημα της Πάτμου εφαρμοζόταν σε όλους τους ανεμόμυλους της χώρας, θα είχαμε ένα νέο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας, η ισχύς του οποίου θα μπορούσε να φτάσει με την ήδη υπάρχουσα τεχνολογία έως και τα 225 μεγαβάτ», εξηγεί στην «Real» ο Αντ. Πλυτάς [από άρθρο του Γιάννη Μύττη]. Αν είχαμε τη δυνατότητα, με την σημερινή τεχνολογία, να αξιοποιήσουμε το συνολικό αιολικό δυναμικό της γης, εκτιμάται ότι η παραγόμενη σε ένα χρόνο ηλεκτρική ενέργεια θα ήταν υπερδιπλάσια από τις ανάγκες τις ανθρωπότητας στο ίδιο διάστημα. 31

33 6. Ιστορική εξέλιξη ανεμόμυλου Σήμερα, δεν γνωρίζουμε πότε πρωτοεμφανίστηκαν οι ανεμόμυλοι, αλλά φαίνεται πως οι αρχαίοι λαοί της Ανατολής χρησιμοποιούσαν ανεμόμυλους. Επίσης, τον 1 ο αιώνα μ.χ., ο Ήρωνας της Αλεξάνδρειας, σχεδίασε έναν ανεμόμυλο οριζόντιου άξονα περιστροφής με τέσσερα πτερύγια. Όμως, άργησαν να αναφερθούν. Πρωτοαναφέρθηκαν τον 9 ο αιώνα σε έργα Αράβων συγγραφέων. Οι πρώτοι ανεμόμυλοι ήταν κατακόρυφου άξονα και είχαν φτερωτή οριζόντιου τύπου με τα πτερύγια κάτω από τις μυλόπετρες, όπως συμβαίνει με τους οριζόντιους νερόμυλους. Η οριζόντιοι ανεμόμυλοι πιστεύεται ότι είναι οι πρόδρομοι αυτού του τύπου ανεμόμυλων. Δυστυχώς, δεν ήταν αποδοτική, αλλά με την πάροδο του χρόνου η σχεδίασή τους βελτιώθηκε, έτσι ώστε να γίνουν πιο αποδοτικοί. Οι ανεμόμυλοι κατακόρυφου άξονα άρχισαν να χτίζονται γύρω στο 700 μ.χ.. Αρχικά, γνώρισαν μεγάλη εξάπλωση στην Ιβηρική και τη Νότια Ευρώπη. Αργότερα, γύρω στο 1500, χρησιμοποιήθηκαν στην Ολλανδία ως μέρος του αντιπλημμυρικού συστήματος της χώρας. Κυρίως, όμως, χρησιμοποιήθηκαν για την άλεση γεωργικών προϊόντων αλλά και την άντληση νερού. Μια μεγάλη συζήτηση για το πως έφτασαν οι ανεμόμυλοι στην Ευρώπη συνεχίζει να γίνεται και σήμερα. Παρόλο που μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι μόνο η έμπνευση ήρθε από την Ανατολή αλλά ότι οι ανεμόμυλοι εμφανίστηκαν και εξελίχτηκαν ανεξάρτητα στην Ευρώπη, η επικρατέστερη σήμερα άποψη είναι ότι έφτασαν με τους Άραβες είτε μέσω του Βυζαντίου κατά την περίοδο της Φραγκοκρατίας, ή μέσω των Σταυροφοριών και πιο συγκεκριμένα της Ά Σταυροφορίας και μετά Κινέζοι ερευνητές. Αργότερα, γύρω στα τέλη του 12ου αιώνα, εμφανίστηκε στην Γαλλία και στην Αγγλία ένας νέος τύπος ανεμόμυλου, ο οποίος ήταν με φτερωτή κατακόρυφου τύπου και ακτινικά πτερύγια, που κινούσαν οριζόντιο άξονα ο οποίος, στηριζόταν κατακόρυφα πάνω σε ένα στύλο και περιστρεφόταν ανάλογα με τη διεύθυνση του ανέμου, έτσι ώστε να πετυχαίνεται πάντα η κάθετη πρόσπτωση του αέρα στα πτερύγια της φτερωτής από όποια διεύθυνση και να φυσούσε. 32

34 Στη συνέχεια, στις αρχές του 14 ου αιώνα, εμφανίστηκε στην Γαλλία ένας ανεμόμυλος σε σχήμα πύργου (πυργόμυλος). Σε αυτόν τον τύπο ανεμόμυλου η φτερωτή είναι κατακόρυφου τύπου, με πτερύγια τα οποία κινούν οριζόντιο άξονα ο οποίος με τη σειρά του μεταδίδει την κίνηση στον κατακόρυφο άξονα στον οποίο είναι αρμοσμένες οι μυλόπετρες. Ο πυργόμυλος είναι γνωστός στο Βυζάντιο περίπου από τον 15 ο αιώνα. Η βασική διαφορά του πυργόμυλου από τον ανεμόμυλο σε στύλο, του οποίου είναι βέβαια εξέλιξη, είναι ότι στον ανεμόμυλο σε στύλο περιστρέφεται ολόκληρος ο ανεμόμυλος κατά την διεύθυνση του ανέμου, ενώ στον πυργόμυλο μόνο η οροφή με την πτερωτή και τον άξονα. Στον ελλαδικό χώρο, οι ανεμόμυλοι εμφανίστηκαν τον 12 ο αιώνα και ο τύπος ανεμόμυλου που βρήκε μεγαλύτερη διάδοση στην Ελλάδα είναι ο ξετροχάρης. Οι ανεμόμυλοι συνέχισαν να εξαπλώνονται σε διάφορες χώρες, όπως στη βόρεια Κίνα από τον 13 ο αιώνα εώς τον 16 ο. Στην Ευρώπη, όμως, παρουσιάστηκαν διάφοροι τύποι ανεμόμυλου, οι οποίοι ήταν εξέλιξη των αρχικών τύπων και έκαναν την όλη κατασκευή πιο αποδοτική ή ακόμα χρησιμοποιήθηκαν για εξειδικευμένες εργασίες. Τέτοιοι τύποι ανεμόμυλου είναι: ο ανεμόμυλος θαμμένου άξονα, ο πυραμιδωτός ανεμόμυλος, ο ανεμόμυλος κοίλου άξονα και ο ανεμόμυλος αυτόματης στροφής. 33

35 34

36 9. ΠΗΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ Πτυχιακή εργασία, ο Ανεμόμυλος του Ξυδή στη Σέριφο, Παπαγγελίδου Βασιλική και Τριανταφυλλοπούλου Βασιλική, Νοέμβριος 2000, Αθήνα, ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ Βιβλίο Μαθητή Φυσικής Στ Δημοτικού Βοήθημα τεχνολογίας Ά Γυμνασίου, εκδόσεις Σαββάλας Βοήθημα φυσικά ΣΤ Δημοτικού, εκδόσεις ελληνοεκδοτική Βοήθημα φυσικά Έ Δημοτικού, εκδόσεις ελληνοεκδοτική (για εικόνες) (για εικόνες) (για εικόνες) OS/Aioliki%20Energeia.htm dvantages_disadvantages.html (για εικόνες) (για εικόνες) (για εικόνες) daomicroniota.html 35

37 (για εικόνες) lectricity/production.csp catid=5 36