Posledni kes #10 (Chladici vez) Mystery Cache

Chladicí věž

(Poslední keš #10)

Úvod

Nepřehlédnutelnou dominantou uhelných i jaderných elektráren a četných chemických provozů jsou chladicí věže. Oblaka bílého dýmu, která se nad nimi občas vznášejí, jsou také jen stěží přehlédnutelná. U nás jsou nejvyšší věže v Temelíně (155 m), v Německu jsou i 200metrové.

Uhelná elektrárna

Teplo, vzniklé spalováním rozdrceného uhlí v kotli, ohřívá v primárním okruhu upravenou (demineralizovanou) vodu. Voda se v kotli postupně mění na páru o teplotě přes 600 °C a o přetlaku více jak 6 MPa. Tato přehřátá pára je vedena do turbiny, v níž roztáčí lopatky turbíny. Turbina je spojena s alternátorem, v němž se vyrábí elektrická energie. Elektřina o napětí 3000 V je vedena do transformátorů, v nichž se napětí upravuje a pak je vyvedena do rozvodné sítě.
Pára, která v turbině předala svou energii, je svedena do kondenzátoru. V něm se ochladí a zkondenzuje. Pomocí napájecích čerpadel se kondenzát opět vrací do kotle. V kondenzátoru je pára ochlazována neupravenou vodou. Tato tzv. chladící voda se zde ohřeje (a ochladí kondenzát) a proto je z kondenzátoru vedena do chladících věží, kde se ochladí a opět vrací do chladicího okruhu. Úbytek chladicí vody, vzniklý jejím odpařením ve věžích, je doplňován z vodních toků. 

Chladicí věže

Chladicí věž (na obr. vlevo jsou čtyři temelínské věže) funguje jako tepelný výměník, v němž se předává teplo chladicí vody do okolního vzduchu. Přiváděná voda se v nich rozstřikuje na drobné kapičky, které jsou ochlazovány proudem stoupajícího vzduchu. Chladicí věž přitom působí jako komín. Typický tvar její konstrukce (geometricky jde o rotační hyperboloid; jako první navrhl tento tvar Holanďan van Iterson v roce 1918) je důležitý pro zajištění přirozeného tahu věže, zvýšení rychlosti v místě zúžení a nasávání vzduchu zezdola. Z chladící věže uniká do ovzduší pouze vodní pára a teplo.
Nejpoužívanější jsou chladicí věže s přirozeným tahem. Horkou vodou ohřátý vzduch stoupá věží do výšky a nasává zezdola studený vzduch. Dalším typem jsou ventilátorové chladicí věže, kde se pro vytvoření tahu chladicího vzduchu využívá vestavěný ventilátor. Tyto věže jsou menší než chladicí věže s přirozeným tahem a ke své činnosti potřebují přívod elektrické energie. Svoji funkci však plní bez ohledu na meteorologické podmínky. Dále se dělí podle uzavřenosti okruhu chladicí vody na otevřené okruhy  (voda je přímo v kontaktu s okolním vzduchem) a na ​uzavřené okruhy, kde je chlazená kapalina uzavřena v trubkách a nedochází přímo k jejímu kontaktu s okolním vzduchem. Podívejte se na webové stránky sem (pěkná animace dějů ve věži) a sem (schéma uhelné elektrárny). Spousta obrázků chladicích věží je zde .

V chladicí věži systému s otevřeným okruhem  dochází k přímému styku teplé vody s okolní atmosférou. Přiváděná teplá voda (cca 33 °C) je rozstřikována v horní části chladicí věže a následně stéká přes výplň chladicí věže do sběrné jímky. Proti stékající vodě proudí vzduch, který je nasáván otvory ve spodní části věže (mezi nožičkami) a ochlazuje se rozstřikovanou a stékající vodu zhruba na 14 až 22 °C v závislosti na okolní teplotě vzduchu. Hlavním zdrojem odvodu tepla je odpařování. Ochlazená voda je následně z bazénu na dně věže pomocí čerpadla dopravována zpět k opakovanému použití. Toto řešení šetří vodu potřebnou pro provoz elektrárny. Jen tam, kde je v blízkosti řeka s velkým průtokem (např. Labe u Elektrárny Mělník I), lze z ní brát studenou vodu a teplou vodu vypouštět rovnou do řeky, jejíž teplotu prakticky nezvýší. Tomu se říká průtočné chlazení.

Jak najít keš

Přenesme se v duchu do příštího století. Ekologičtí aktivisté si vymohli, že se elektrická energie na celém světě nesmí vyrábět z fosilních paliv, z jádra a ani využitím vodních zdrojů, zakázány jsou i rozsáhlé fotovoltaické elektrárny v krajině. Pro průmysl jsou povoleny pouze větrné elektrárny, domácnosti a školy smějí používat jen ušetřenou energii, nemocnice využijí energii získanou šlapáním pacientů na rotopedech v rámci rehabilitace, zatímco banky a ministerstva si musejí vyrábět elektřinu třením ebonitových tyčí liščími ocasy. Polovina obyvatelstva na světě produkuje všemožné příkazy, zákazy, návody a směrnice, co se (výjimečně) smí a co ne, čtvrtina je zaměstnána v institucích, které to všechno přísně kontrolují a zbytek pobírá podporu v nezaměstnanosti, fetuje, případně obojí. Důchodového věku (135 let mínus počet dětí u žen) se podle statistik dožily už dvě osoby na světě! – – – Uplynulo ještě jedno století a lidstvo samo sebe prakticky zahubilo. Zbylo snad ještě pár lidí v pralesích Nové Guineje a možná i na Čukotce.
Dějinnou příležitost vycítili mravenci, kteří rychle vytvořili světovou civilizaci. Mravenci také rychle pochopili, že zásada „chléb a hry“ platí i pro ně. Svůj oblíbený sport – běh na pyramidu – povýšili na vrcholovou úroveň. K tomu jim dobře slouží opuštěné chladicí věže bývalých uhelných a atomových elektráren.

Zadání (změna od verze 1.4): Jedna taková chladicí věž tvaru rotačního hyperboloidu má tyto rozměry: celková výška věže (včetně „nožiček“) je 108 m, z toho na nožičky připadá 6 výškových metrů. Výška pláště věže h je tedy 102 metrů. Nejužší místo je ve výšce 75 metrů nad zemí, poloosa a = 20,5 a b = 38.
Závod probíhá tak, že závodící mravenci vylezou po nožičkách věže na startovní čáru na začátku betonového pláště věže (viz obr. vlevo) a na startovní povel co nejkratší cestou (tj. kolmo vzhůru) běží po vnější straně pláště až na hranu horního okraje věže, kde je cíl a rozhodčí. Na fotce vlevo sice je na horním okraji věže „rantl“ (česky obruba nebo lem, zkrátka ztluštění), ale počítejte, jako by tam nebyl (v Ledvicích taky není), takže plášť věže na vnější straně plynule pokračuje až ke svému hornímu okraji, kde končí ostrou hranou (tam je cíl). Ostrá hrana je i na dolním konci, kde se plášť stýká s nožičkami (tam je start). Všechny průměry jsou vnější.

Ve skutečnosti  není tvar věže přesně hyperbolický, protože prvních pár metrů pláště je kvůli statice zesíleno vně i uvnitř (např. v Ledvicích je plášť nasedající na horní konce nožiček tlustý 90 cm a v následujících 12 metrech se postupně zeslabuje na 26 cm; zesíleno je i posledních 10 metrů nahoře z 18 na 90 cm). Počítejte však s přesným hyperboloidem pláště věže od horního konce nožiček  až k cílové čáře na horním konci věže.

1. Kolik metrů měří horní vnější průměr věže?
    Výsledek zaokrouhlete na dvě desetinná místa. Číslice za desetinnou čárkou budou KL.
    (Např. když průměr věže vyjde 113,35672 m, zaokrouhlíte ho na 113,36 m a tedy KL bude 36).
2. Kolik metrů měří závodní dráha (od startovní čáry do cíle)? 
    Výsledek zaokrouhlete na dvě desetinná místa. Číslice za desetinnou čárkou budou MN.

Čísla KL a MN dosaďte do vzorce  KL * MN + 319    (změna!!!)  a z výsledku vypočtěte druhou odmocninu.
Dostanete číslo ABCDEFGH. Desetinné čárky si nevšímejte a číslici H nezaokrouhlujte. Pak už jen dosaďte:

N 50° (36.860 – 2*0.EDC)´       E 13° (47.007 + 2*0.GHF)´

Ještě kontrola...

... a je to!

Poznámky

• Za námět k této keši děkuji Emilu Vlasákovi. Když se vracel z jedné mé Poslední keše a jel kolem trmické teplárny, tak ho „něco“ napadlo. Neprozřetelně se o tom zmínil v logu... – a už to bylo! Taktéž mu děkuji za preventivní kontrolu mých výpočtů (tentokrát jsme se shodli na první pokus).

• V keši je jen logbook a tužka. Víc tam nedávejte (ani CWG, GC, TB), nevejde se to tam.

• 10. 4. 2018 jsem ještě podstatně zjednodušil zadání úlohy a upravil vzorec pro výpočet souřadnic. Keš je ale stále na stejném místě.

• Literatura: internet, především stránky ČEZ a wikipedie. První a poslední fotka jsou moje, ostatní jsou volně dostupné pod licencí CC (autoři: Jagro – Elektrárna Tušimice II - výřez a JAPO (věže JETE Temelín).

Konec

GC6Q8FW – verze 1.4 z 10. 4. 2018

(CC BY-SA 3.0 CZ) ladislavappl, 2016