انرژی گرمایی و کاربر های آن

خلاصه :

انرژی گرمایی چیست؟

انرژی جنبشی یا حرکت ذرات تشکیل دهنده یک ماده باعث تغییرات قابل اندازه گیری دمای داخل اشیا می شود، به مجموع انرژی جنبشی موجود در ذرات یک ماده انرژی گرمایی گفته می شود از انرژی گرمایی در زمینه های مختلف زندگی روزمره از جمله آشپزی، گرم کردن خانه، لوازم منزل و همچنین صنایع مختلف استفاده می شود..

تفاوت دما با سرعتی که ذرات داخل یک ماده حرکت می کنند رابطه دارد و زمانی که یک جسم گرم می شود سرعت جنبش ذرات افزایش می یابد.

برای واضح تر شدن این تعریف یک کتری برقی را در نظر بگیرید که آن را به پریز برق وصل کرده اید، انرژی الکتریکی که وارد المنت کتری می شود باعث می شود مولکول های المنت سریع تر حرکت کرده، گرم شوند و گرمای تولید شده توسط المنت به داخل کتری آزاد شود.

وقتی آب سرد را داخل کتری می ریزیم گرمای تولید شده توسط المنت به داخل آب منتقل شده و با گرم شدن آب، ذرات آن سریع تر حرکت می کنند و در نهایت زمانی که آب به نقطه جوش خود می رسد این مولکول ها از هم جدا و آب به بخار تبدیل می شود.

انتقال انرژی گرمایی از المنت به آب همان چیزی است که به آن گرما گفته می شود. گرمای حاصل باعث افزایش دما می شود و انرژی حاصل از افزایش دما همان انرژی است که به آن انرژی گرمایی گفته می شود.

نوع استفاده از انرژی گرمایی با توجه به منابع مورد استفاده، نحوه تولید و کاربردهای آن طبقه بندی می شود. موارد زیر برخی از رایج ترین منابع انرژی گرمایی موجود هستند:

• انرژی گرمایی زیست توده
• انرژی گرمایی خورشیدی
• انرژی گرمایی مکانیکی
• انرژی گرمایی الکتریکی
• سوخت های فسیلی
• انرژی زمین گرمایی

انرژی گرمایی تولید شده توسط این منابع در کاربردهای مختلف خانگی و صنعتی استفاده می شود که در ادامه به تعدادی از آن ها اشاره می کنیم:

انرژی گرمایی زیست توده

چوب یکی از منابع زیست توده است و انرژی گرمایی حاصل از آن فراوان ترین انرژی گرمایی مورد استفاده در کشورهای در حال توسعه می باشد، گفته شده بیش از 2.5 میلیارد نفر در این کشورها به انرژی چوب برای مصارف داخلی و صنعتی خود متکی هستند.

به طور کلی معمولا از چوب هایی همچون کنده ها، شاخه ها، محصولات چوبی مانند الوار و خاک اره برای این منظور استفاده می شود و بسیاری از خانوارها و تولید کنندگان صنعتی چوب را می سوزانند تا از انرژی گرمایی حاصل در زمینه های زیر استفاده کنند:

1. چوب خشک در اجاق گازهای سنتی برای ایجاد شعله و تولید انرژی حرارتی مورد نیاز آشپزی در منزل، جوشاندن آب و سایر مصارف خانگی استفاده می شود

2. کنده های چوبی در یک گودال یا کوره دفن شده و روی آن ها را می پوشانند تا بدون اکسیژن بسوزند و زغال سنگ تولید شود. زغال سنگ نسبت به هیزم تمیزتر بوده و گرمای ایجاد شده از آن نیز بیشتر است. از زغال سنگ برای تولید حرارت مورد نیاز در پخت و پز، دیگ های بخار، گرمایش و بسیاری مصارف خانگی دیگر استفاده می شود.

3. چوب خشک به خصوص درخت های مخروطی و صنوبرها به سرعت می سوزد و از آن برای تولید گرمای زیاد مورد نیاز در تنورهای نان استفاده می شود.

4. شومینه های باز و دیگ های بخار از کنده های چوب سخت استفاده می کنند که آهسته تر می سوزد و حرارت ثابت ایجاد می کند. انرژی گرمایی تولید شده برای جوشاندن آب در تولید بخار و سایر مصارف صنعتی به کار می رود.

5. تولید و سخت شدن سرامیک، کاشی و آجر به انرژی گرمایی نیاز دارد و هنوز چوب به عنوان تولید کننده انرژی گرمایی اولیه برای این منظور کاربرد دارد.

6. بسیاری از محصولات صنعتی مانند کاغذ و مقوا به مقدار زیادی انرژی گرمایی نیاز دارند که از سوختن چوب حاصل می شود.

7. دستگاه های تمیز کننده بخار از سوزاندن چوب برای تولید گرما استفاده می کنند، این انرژی باعث می شود آب به درجه بالاتر از نقطه جوش رسیده و بخار حاصل از آن فشرده می شود که از آن برای نرم کردن خاک، کشتن کنه های گرد و غبار، کپک ها و هر گونه آلرژن مضر دیگر استفاده می شود.

8. دیگ های بخار چوب نیز برای گرم کردن آب گرم می شوند، بخار تولید شده از این فرایند برای به کار انداختن توربین های مولد جریان برق به کار می روند.

9. سوخت های زیست توده می توانند به گاز مولد قابل احتراق تبدیل شوند، به این صورت که چوب یا زغال سنگ در محفظه احتراق قرار داده شده و در فرایندی به نام گاز زدایی به شدت گرم می شود، گرما زیست توده را به گاز مولد تبدیل می کند.

10. از انرژی گرمایی برای تبدیل چوب، ضایعات کشاورزی و ضایعات زغال سنگ به خشته نیز استفاده می شود، به این صورت که طی فرایند متراکم سازی باقی مانده چوب و زغال سنگ کربنیزه شده و انرژی گرمایی حاصل از آن برای تولید خشته استفاده می شود.

11. از طریق هیدرولیز کردن و با کمک انرژی گرمایی که برای کمک به تبدیل مایع استخراج شده از انواع مختلف زیست توده مانند خمیر چوب، نیشکر و غیره به اتانول یا الکل استفاده می شود می توان سوخت مایع تولید کرد.

انرژی گرمایی خورشیدی

انرژی گرمایی خورشیدی یکی از پاک ترین انرژی های پایدار و تجدید پذیر روی کره زمین است که از دو طریق گرمایش خورشیدی فعال و گرمایش خورشیدی غیر فعال جمع آوری می شود. این انرژی جمع آوری شده یا به صورت گرمایش خورشیدی غیر فعال ذخیره می شود یا به صورت مکانیکی جمع آوری و توزیع می شود.

1. انرژی حرارتی خورشیدی برای افزایش انرژی داخلی یک عنصر از طریق تابش خورشیدی استفاده می شود، سپس از طریق مایع به جایی که نیاز است منتقل می شود.

2. از جمع کننده های خورشیدی نیز برای جمع آوری و ذخیره انرژی گرمایی خورشیدی استفاده می شود که این روش برای گرم کردن آب در مصارف خانگی کاربرد دارد.

3. پنل های فتوولتائیک انرژی خورشیدی را برای تبدیل به جریان مستقیم جمع آوری می کنند که می تواند به عنوان منبع الکتریکی AC استفاده شود.

4. انرژی خورشیدی گرمایی در نیروگاه های گرمایی جمع آوری شده، برای گرم کردن آب و تولید بخار استفاده می شود و سپس به یک منبع هدایت می شود تا یک توربین مولد برق ایجاد کند.

5. از انرژی خورشیدی گرمایی برای گرم کردن استخرهای سر باز و سر پوشیده به خصوص در زمستان استفاده می شود.

6. یکی دیگر از کاربردهای انرژی گرمایی خورشیدی در گرم کردن آب گرم کن های خانگی برای گرم کردن حمام، مصارف آشپزخانه و غیره می باشد.

7. انرژی خورشیدی برای تهویه مطبوع ساختمان ها و فرایندهای سرمایش صنعتی نیز استفاده می شود.

8. خشک کردن غلات یکی دیگر از کاربردهای انرژی گرمایی حاصل از خورشید است.

9. اجاق گازهای خورشیدی از انرژی گرمایی خورشیدی برای پخت نان، کیک ها و هر چیز دیگری که نیاز به پخت دارد استفاده می کنند که از نظر کارایی و ایمنی برای استفاده خانگی و صنعتی مناسب هستند.

10. نیروگاه های نمک زدای خورشیدی از انرژی گرمایی خورشید برای تصفیه آب نمک و تامین آب آشامیدنی تمیز استفاده می کنند.

انرژی گرمایی مکانیکی

انرژی گرمایی مکانیکی زمانی ایجاد می شود که دو جسم با هم تماس پیدا کرده و اصطحکاک ایجاد می شود.

تولید آتش یکی از نمونه های عالی از تولید انرژی گرمایی مکانیکی است که با ایجاد اصطحکاک مکانیکی در کبریت، جرقه ای ایجاد شده و کبریت روشن می شود.

انرژی گرمایی برقی

انرژی الکتریکی در نتیجه حرکت ذرات باردار اتفاق می افتد و می تواند انرژی گرمایی بسیار قدرتمندی ایجاد کند. بنابراین این انرژی به راحتی به انرژی گرمایی تبدیل و در بخش های مختلف استفاده می شود.

1. توستر نان نمونه عالی از انرژی گرمایی الکتریکی است که انرژی الکتریکی فیلامنت ها را گرم کرده و باعث برشته شدن نان تست می شود.

2. استفاده دیگر از انرژی گرمایی الکتریکی در اتو موی برقی است که انرژی الکتریکی باعث گرم شدن شانه اتو و صاف کردن موها می شود.

3. یک اجاق گاز برقی، الکتریسیته را به المنت ها منتقل کرده و باعث داغ شدن آن ها می شود، انرژی گرمایی ایجاد شده به هر ظرفی که روی اجاق گاز است منتقل شده و غذا را گرم می کند.

4. برقی که وارد یک کتری برقی می شود المنت را داغ کرده و باعث تولید انرژی گرمایی برای جوشیدن شیر، آب یا قهوه می شود.

5. مایکروویوها در محدوده فرکانس دستگاه تابش الکترومغناطیسی انجام می دهند و با چرخش مواد غذایی داخل مایکروویو از طریق گرمایش دی الکتریک، انرژی گرمایی تولید شده و غذا پخته یا گرم می شود.

6. لامپ رشته ای هنگام روشن شدن با عبور جریان الکتریکی و به واسطه گرم شدن فیلامنت باعث تولید انرژی گرمایی می شود.

انرژی گرمایی صنعتی

1. انرژی گرمایی الکتریکی در کارخانه های خمیر کاغذ برای بخار دادن و هضم چوب استفاده می شود، این ماده برای سفید کننده ها و آماده سازی های شیمیایی، تبخیر و خشک کردن محصولات نهایی کاربرد دارد.

2. پالایشگاه های نفتی در چندین فرایند از جمله ترک خوردگی، اصلاح کردن و تصفیه از انرژی گرمایی استفاده می کنند. این فرایند به انواع مختلف انرژی گرمایی، بخار دادن و گرمای مستقیم برای احتراق و جداسازی نیاز دارد.

3. اصلاح کاتالیزوری فرایندی است که طی آن بنزین اکتان پایین و نفالین از طریق هیدروژن زدایی نفتالین، حلقه ای شدن هیدروژن زدایی پارافین به آروماتیک ها، ایزومریزاسیون و هیدروتوراکس به آروماتیک های آکتان بالا تبدیل می شوند، همه این فرایندها به انرژی گرمایی نیاز دارند.

4. صنایع فولاد و آهن از انرژی گرمایی برای گرمایش و ذوب شدن سنگ آهن به همراه کک و سنگ آهک برای تولید فولاد استفاده می کنند.

5. کارخانه های تولید کاغذ برای خشک کردن محصولات خود به مقدار زیادی انرژی گرمایی نیاز دارند، آن ها از گرما به شکل هوای گرم و بخار که از الکتریسیته تولید شده استفاده می کنند.

6. صنایع برای تولید انرژی گرمایی مورد نیاز برای گرم کردن فرایندهای صنعتی و گرمایش فضای داخل ساختمان ها از گاز طبیعی، برق، نفت و زغال سنگ استفاده می کنند.

7. تولید اتیل الکل در طول فرایند تقطیر به انرژی اتانول نیاز دارد، انرژی گرمایی در مراحل مختلف این فرایند از جمله خشک کردن و تهویه ذرت و تولید بخار مورد نیاز در تقطیر استفاده می شود.

8. لاستیک ها و چسب های الیاف پلاستیکی با استفاده از انرژی گرمایی پردازش می شوند. آن ها معمولا به عنوان پلیمر شناخته شده اند و شامل قطعات خودرو، قطعات هواپیما، فوم فنجان های قهوه و غیره می باشند.

9. کلر توسط الکترولیز تولید می شود که شامل عبور جریان الکتریکی از یک محلول آب نمک برای آزاد سازی انرژی گرمایی می باشد که ترکیبات سود سوزآور و هیدروژن را دگرگون می کند.

10. کود نیتروژن از آمونیاک، نیترات آمونیوم و اوره تولید می شود که با استفاده از انرژی گرمایی و تحت فشار زیاد فراوری می شوند.

11. آسیاب مرطوب ذرت از انرژی گرمایی برای تجزیه هسته ذرت به روغن ذرت، پروتئین، نشاسته ذرت و فیبر استفاده می کند.

12. سیمان از تجزیه سنگ آهک تحت انرژی گرمایی حاصل می شود.

13. پتاس با استفاده از انرژی گرمایی و از طریق الکترولیز برای تجزیه ترکیبات شیمیایی به خاکستر محلول در آب تولید می شود.

14. بلانچ کردن فرایندی است که در آن از انرژی گرمایی ملایم برای حفظ و نگهداری بهتر سبزیجات و دیگر فرایندهای غذایی در صنعت غذایی و بسیاری از صنایع دیگر استفاده می شود.

سوخت های فسیلی

1. بنزین موتورها باعث تولید انرژی گرمایی می شوند که برای تامین نیروی مورد نیاز در انواع مخلتف ماشین آلات از جمله توربین های مولد برق استفاده می شود.

2. مایعات گازی هیدرو کربن مواد همه کاره ای هستند که در زمینه های مختلف صنعت، خانگی و کشاورزی استفاده شده و از انرژی گرمایی آن ها در گرم کردن منازل، آشپزی و فرایندهای صنعتی بهره می برند.

3. از سوخت مقطر برای گرم کردن و کار کردن موتور در وسایل نقلیه موتوری مانند اتوبوس ها و سایر وسایل نقلیه تجاری استفاده می شود و انرژی گرمایی ایجاد شده به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

4. مواد اولیه پتروشیمی محصولات شیمیایی به دست آمده از نفت هستند و از آن ها برای پردازش الفین های ساده مانند اتیلن استفاده می شود که برای ایجاد انرژی گرمایی که می تواند برای پردازش سایر محصولات به کار رود مهم هستند.

5. از روان کننده ها برای کاهش انرژی گرمایی در موتورهای در حال کار استفاده می شود.

6. بنزین حمل و نقل هوایی انرژی گرمایی مورد نیاز برای موتورهای جت را تولید می کند.

7. از نفت سفید برای تولید انرژی گرمایی مورد استفاده در آشپزی استفاده می شود.

8. از گاز برای تامین انرژی گرمایی مورد نیاز برای مصارف خانگی و صنعتی بهره می برند.

انرژی گرمایی زمین

چشمه های آب گرم و دیگر منابع انرژی گرمایی زمین انرژی خود را از فعالیت های آتشفشانی می گیرند. این انرژی گرمایی آب گرم یا بخار تولید می کند که در بسیاری موارد از نظر صنعتی و تجاری قابل استفاده می باشد.

1. چشمه های آب گرم برای راه اندازی توربین های مولد برق مهار می شوند و انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

2. آبی که مستقیما با انرژی گرمایی آتشفشان گرم شده برای گرم کردن ساختمان ها و استخرهای شنا قابل استفاده است و می توان از آن در آب گرم کن ها و امکانات درمانی استفاده کرد.

3. انرژی گرمایی تولید شده توسط زمین را می توان برای پخت و پز مورد استفاده قرار داد یا از آن برای خشک کردن تجاری میوه ها، سبزیجات و چوب بهره برد.

4. این انرژی برای ذوب کردن برف در مقیاس های بزرگ جاده ها کاربرد دارد.

5. پمپ های گرمایشی زمین از انرژی گرمایی برای گرم کردن خانه ها و موتور استفاده می کنند.

6. انرژی گرمایی زمین در پاستوریزه کردن شیر نیز نقش دارد.

منبع: allusesof