Autor i: Laura Cristina SERAFIM [601341]

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE ENERGETICĂ
Specializarea : Inginerie economică în domeniul electric, electronic și
energetic

Lucrare stiintifica la energetica generala
Energia ab urului si energia termica

Autor i: Laura Cristina SERAFIM
Cadru didactic îndrumător: Ion N. Chiuta

București,2015

Energia aburului si energia termica

– 1 –

CUPRINS

1 Ce este energia regenerabila ? ……… …………………………………………. …………………………. …….2
2 Energia termica…………………………………. ………………………………………………………………. …….3
2.1Notiuni generale…………………………………. ……………………………………. ………………………….3
2.2 Energia termica ecologica…………………… ……………………………………………………………….. 3
2.3 Energia provenita din sol……………………… ………………………………….. ………………………….4
2.4 Energia aerului ambiant………………………. …………………………………… ………………………….5
2.5 Apele subterane ca sursa de energie ……… ………………………………….. ………………………….6
3 Energia aburului…………. ………………………. …………………………………. …………… ………………..7
3.1 Turbina cu abur ………… ……………………………………. ……………………… ………………………….7
3.2 Motoare termice ……………………………………………… ……………………………………. ……………9
3.2.1 Istoric………… ……… ………………………………………………………… .9
3.2.2 Forta pistonului …………… …… ……………………………………………… 10
3.2.3 Masina lui Watt ……………… ….…………………………………………… 11
3.2.4 Miscarea rotativa …………… .………………………………………………… 11
3.2.5. Tansformarea energiei …………………………………………………………. 11
Concluzie ……… ….……………………………………………………………………. 12

Energia aburului si energia termica

– 2 –
Capitolul 1
Energia regenerabila
Energii regenerabile sunt considerate în practică, energiile care provin din surse care fie că
regenerează de la sine în scurt timp, fie sunt surse practic inepuizabile. Termenul de energie
regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din
procese naturale regenerabile.
O resursa neregenerabila este o resursa naturala, care nu poate fi reprodusa, cultivata, generata
sau utilizata pe o scara care po ate sustine rata de consum. Odata epuizata nu mai este disponibila
pentru nevoile viitoare. De asemenea, resursele neregenerabile sunt resursele care sunt consumate
mult mai repede decat natura le poate crea, ca de exemplu combustibilii fosili (cum ar fi
carbunele, petrolul si gazele naturale), energia nucleara (uraniul) si anumite exemple acvifere.
Minereurile metalifere sunt primele exemple de resurse non -regenerabile.
Sursele regenerabile de energie energia solară, energia eoliană, energia hidro -electrică,
energia mareelor, cea geotermală și cea obținuta din biomasă – sunt alternative esențiale la
combustibilii fosili.
Toate sursele regenerabile cu excepția mareelor și surselor geotermale sunt, de fapt, derivate din
energia solară, Soarele fiind sursa principală de energie a Pământului, sursă care generează toate
procesele biologice și meteorologice.
Folosind aceste surse se contribuie la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră rezultate din
producerea și consumul de energie din surse convenț ionale. Se apreciază la 50% contribuția
dioxidului de carbon la efectul de seră, alături de ozon 8%, fluoroclorocarburi 24%, metan 13% și
oxizi ai azotului 5%.
Pentru a atinge ținta de 20% consum de energie din resurse regenerabile (din totalul energiei
consumate) până în anul 2020, Uniunea Europeană intenționează să -și orienteze eforturile către
sectoarele electricitate, încălzire, răcire și biocombustibili .
Toate aceste forme de energie sunt, în mod tehnic, valorificabile putând servi la generarea
curentului electric, producerea de apă calde, etc. Actualmente ele sunt în mod inegal valorificate,
dar există o tendință certă și concretă care arată că se investește insistent în această, relativ nouă,
ramură energetică.
Caracteristicile energiei regenerabile
Energiile regenerabile Energiile neregenerabile
-nu sunt legate de o anumita locatie geografica – au o locatie geografica definita
-nu au o cantitate finita – au o cantitate finita

Energia aburului si energia termica

– 3 –

Capitolul 2
Energia termica

2.1 Notiuni generale
Energia termică este energia conținută de un sistem fizic și care poate fi transmisă sub formă
de căldură altui sistem fizic pe baza diferenței dintre temperatura sistemului care cedează
energie și temperatura sistemului care primește energie.
Producția energiei termice are loc în agregatele de cogenerare. Generatoarele electrice sunt
puse în mișcare de motoare cu ardere internă, în 4 timpi, cu 20 sau 24 de cilindri,motoare
alimentate cu gaz natural. Gazele rezultate în urma proces ului de ardere sunt evacuate la
schimbătoarele de căldură, apoi la atenuatorul de zgomot și, în final, la coșul de dispersie.
Schimbătoarele de căldură recuperează, practic, căldura disipată de motorul cu ardere internă.
Aceasta este folosită pentru încălzirea apei destinate circuitului de termoficare a orașului.
Echipamentele Bepco sunt dotate cu mai multe tipuri de schimbătoare de căldură, plasate în așa
fel încât eficiența să fie maximă.
Cele mai bune sisteme de încălzire a orașelor sunt cele bazat e pe încălzirea centralizată. În
condițiile liberalizării prețului la gaze, încălzirea cu ajutorul centralelor individuale va deveni
foarte scumpă. De asemenea, sistemele individuale – centrale murale, sobe cu gaz, convectoare –
sunt mai puțin sigure și po luează. Un sistem bun de încălzire centrală, fără pierderi pe rețea, va fi
întotdeauna mai ieftin, mai sigur și mai ecologic. Acesta este motivul pentru care politicile
energetice ale Uniunii Europene susțin încălzirea centralizată și, acolo unde este cazu l, susțin
rebranșarea.
2.2 Energia termica ecologic a
Sursele de energie alternative devin din ce în ce mai atractive. Unul dintre motive este creșterea
continuă a prețurilor combustibililor convenționali. Natura ne oferă numeroase oportunități pentru
producerea de căldură ecologică și rentabilă. Pompele de căldură folosesc energia pe care natura
ne-o oferă gratuit.

Energia aburului si energia termica

– 4 –

Solul în special este un uriaș magazin de energie. La câțiva metri adâncime stochează căldura
soarelui. Din interiorul pământului te mperaturi de 6.500 grade Celsius radiază spre straturile
exterioare. Pompele de căldură folosesc căldura geotermală, sau căldura din apele subterane, în
funcție de tehnologie. Energia stocată în aerul ambiant este de asemenea potrivită pentru
încălzirea lo cuințelor și pentru producerea apei calde. Pompele de căldură pot folosi aceste
resurse și prin urmare se economisesc dramatic costurile de încălzire.
Indiferent de tehnologia utilizată: pompele de căldură funcționează eficient chiar și la
temperaturi ambiante joase. Până la 75 % din necesarul dumneavoastră de încălzire poate fi
obținut direct din mediu și în mod gratuit. Num ai 25% trebuie adăugat sub formă de energie
electrică. Pompele de căldură sunt capabile să utilizeze trei surse diferite de căldu ră în funcție de
tehnologie.
Avantajele utilizării căldurii ecologice ca sursă de energie:
• Fără emisii de CO2
• Sursă de energie inepuizabilă
• Independență față de furnizorii externi
• Costuri de încălzire reduse
Cerințe pentru utilizarea căldurii ecolo gice:
• Radiatoare mari pentru un sistem cu temperatură scăzută
• Izolare corespunzătoare a clădirii .
2.3 Energia provenită din sol
Pompele de căldură pot utiliza energia provenită din sol. Furnizarea se realizează în două
moduri diferite. Fie se utili zează căldura aproape de suprafață, caz în care temperatura anuală este

Energia aburului si energia termica

– 5 –
aproape uniformă. Un colector de suprafață instalat ca o bobină de încălzire la o adâncime de 1,5
m extrage căldura din sol.
Sau, alternativ, recuperarea căldurii este posibilă c u ajutorul unei sonde geotermale care
economisește spațiu. Căldura geotermică este scoasă cu ajutorul unor sonde speciale care ajung
până la adâncimea de 100 de metri în pământ. Temperatura este constantă tot timpul anului, de
aproximativ 10 °C, ceea ce es te suficient pentru a obține căldura.
Avantajul utilizării căldurii geotermice:
• bună stocare a căldurii: temperaturi constante de 7 -13 °C tot timpul anului
Cerințe pentru utilizarea căldurii geotermice:
• Suprafață de teren extinsă, cu acces deschis (colector de suprafață)
• Poate fi necesară autorizație .
2.4 Aerul ambiant ca sursă de energie
Pompele de căldură pot utiliza aerul ambiant și folosesc energia stocată pentru încălzire.
Pompele noastre moderne de căldură funcționează economic pentru a produce încălzire chiar și
cu o temperatură a aerului exterior de -20 °C.
Avantajele folosirii aerului ambiant:
• Disponibilitate excelentă datorită accesului liber la sursa de energie fără adaptări
• Acces liber
• Costuri de investiție reduse
• Adecva t mai ales pentru modernizare
Cerințe pentru utilizarea aerului ambiant:
• loc de instalare pentru unitatea exterioară

Energia aburului si energia termica

– 6 –
2.5 Apele subterane ca sursă de energie
Pompele de căldură pot extrage căldura din apele subterane. Temperatura acestora este constantă
indiferent de anotimp și de temperatura din exterior. Pentru extragerea apelor subterane este
nevoie de fântână.
Avantajele utilizării apelor subterane:
• eficiență ridicată
• bună depozitare a căldurii: menține o temperatură de 7 -12 °C în zilele geroase de iarnă
Cerințe pentru utilizarea apelor subterane:
• Autorizație
• Calitate și cantitate a apei subterane: apă subterană care nu are suficiente minerale și oxid de
calciu .

Energia aburului si energia termica

– 7 –
Capitolul 3
Energia aburului
3.1 Turbina cu abur
Turbina cu abur este o mașină termică rotativă motoare, care
transformă entalpia aburului în energie mecanică disponibilă la cupla turbinei . Transformarea se
face cu ajutorul unor palete montate pe un rotor cu care se rotesc solidar.
În prezent, turbinele cu abur înlocuiesc complet motoarele cu abur datorită randamentului termic
superior și unui raport putere/greutate mai bun. De asemenea, mișcarea de rotație a turbinelor se
obține fără un mecanism cu părți în translație, de genul mecanismului bielă -manivelă, fiind
optimă pentru acționarea generatoarelor electrice — cca. 86 % din puterea electrică produsă în
lume este generată cu ajutorul turbinelor cu abur.
Principiul de funcționare

Turbină monoetajată. Componente: Camera de admisie a aburului (gri), ajutajele (bej), paletele
(portocaliu), discul și arborele (verde).
Aburul, cu presiune și temperatură ridicată este destins în paletele statorului , numite și ajutaje ,
până la o presiune mai mică. Energia aburului, caracterizată prin entalpie este transformată
în energie cinetică . Aburului cu viteză mare i se schimbă direcția de curgere cu ajutorul
unor palete , rezultând o forță care acționează asupra paletelor, forță care creează
un moment asupra rotorului. Acesta se rote ște cu o anumită viteză unghiulară, livrând la
cuplă putere sub formă de lucru mecanic în unitatea de timp.
Ținând cont că:[13]
 viteza la care este accelerat aburul prin destindere este:
(m/s)

Energia aburului si energia termica

– 8 –
unde ht este căderea (diferența) totală de entalpie, exprimată în (kJ/kg) într -o transformare
izoentropică pornind din starea inițială a aburului și până la presiunea finală;
 viteza tangențială a paletelor (adică în direcția în care ele se mișcă momentan) este:

unde D este diametrul mediu al rotorului în dreptul paletelor, în (m), iar n este turația
rotorului, în (rot/s);
 randamentul la palete maxim se obține la un raport x1 = u/c1 de 0,5 pentru turbinele
cu acțiune și de 1,0 pentru turbinele cu reacțiune;
rezultă că la o anumită cădere de entalpie disponibilă, trebuie realizat un anumit
produs D n. La căderi de entalpie mari, care asigură randamente termice mari ale ciclului ,
rezultă sau diametre, sau turații prea mari. După modul cum s -a rezolvat această
problemă au apărut diverse soluții tehnice, care duc la clasificarea turbinelor după cum
urmează.

Energia aburului si energia termica

– 9 –

3.2 Motoare termice
Motoarele termice sunt motoarele ce consuma un combustibil :benzina, motorina, alcool, etc si
transforma caldura dezvoltata in lucru mecanic.
Energia aburilor inca mai asigura o mare parte din energia folosita in prezent.Chiar si cele
mai avansate reactoare nuclea re sunt doar simple surse de caldura care transforma apa in aburi
pentru a actiona turbinele legate la generatoare de electricitate .
3.2.1 Istoric
Prima masina cu aburi a fost inventata in secolul I e. n de catre inginerul grec Heron din
Alexandria.O sfera goala pe dinauntru era pivotata pe doua tuburi prin care treceau aburii dintr -un
mic fierbator.Aburii umpleau sfera si ieseau prin tevi dispuse in parti opuse ale acesteia.Jeturile
de aburi care tasneau determinau sfera sa se roteasca. Totusi,in ciud a faptului ca era o inventie
interesanta,masina nu servea unui scop util.
Prima masina cu aburi cu utilitate practica a fost inventata in 1698 de un inginer englez pe
nume Tomas Savery .Aburul dintr -o camera era racit pana se condensa si forma o c antitate mica
de apa.Reducerea mare a volumului producea un vid partial,care era folosit pentru a absorbi apa
din minele de capbuni.

Energia aburului si energia termica

– 10 –
In 1707 Demis Papiu reactualizeaza problema si construieste o masina cu vapori pe care o
instaleaza pe o corabie. Principi ul de functionare era urmatorul: apa fierbea intr -un cazan inchis si
vaporii treceau intr -un cilindru care impingea un piston,miscarea alternativa a pistonului era
comandata manual prin deschiderea si inchiderea unor robinete.
Mai tarziu, in anul 1765, sc otianul James Watt perfectioneaza masina cu vapori, dandu -i
forma definitiva sub care functioneaza si astazi.
De-alungul timpului turbinele cu vapori s -au dezvoltat foarte mult, extinzandu -se pe o
scara tot mai larga. Turbinele cu aburi produc miscarea ro tativa nemijlocit prin forta
aburilor.Vaporii de abur au o masa specifica mult mai mica decat a apei si de aceea trebuie sa
intre in paletele turbinei cu o viteza mult mai mare. Aceasta viteza ajunge uneori la 1 km/s iar
presiunea la 200 at.Mai multi inven tatori au experimentat cu turbine cu aburi in anii 1800,insa
abia in anul 1884 a aparut un model eficient si manevrabil,inventat de inginerul englez Charles
Parsons. La cativa ani de la inventie turbinele Parsons erau folosite la propulsarea vaselor si
actionarea generatoarelor.
Motoarele cu ardere interna sunt motoarele termice de cea mai larga raspndire.Ele au
inceput sa evolueze mult mai tarziu datorita temperaturilor dezvoltate (cca 2000 °C) in corpul
motorului. Din acest motiv dezvoltarea lor a avut loc odata cu dezvoltarea metalurgiei care a
ajuns sa produca oteluri si aliaje suficient de rezistente. Avantajul acestora fata de turbinele cu
abur este ca au gabarite mult mai reduse si pot fi puse in functine imediat. Astazi se construiestc
aseme nea masini cu puteri de 2500 CP la o greutate de numai 500g/CP.
O alta masina termica este motorul Diesel . El a aparut la inceputul anului 1900 in
Germania si a fost inventat de Rudolf Diesel. La aceste motoare aerul este comprimat rapid in
cilindru pana la 25 -30 at. Aceasta comprimare ridica temperatura pana la 7 -800 °C, producand
astfel aprinderea combustibilului sub forma de mici picaturi produse de un vaporizator. Motorul
Diesel este mult mai robust decat motoarele cu explozie si are avantajul ca folos este combustibil
ieftin: motorina, titei sau chiar praf de carbune.
Se fabrica pe scara larga in industrie, pe locomotive, automobile, autocamioane. In
prezent puterea dezvoltata de aceste motoare poate ajunge pana la 20 000 CP.
3.2.2 Forta pistonului
La masina inventata de inginerul englez Tomas Newcomen, in jurul anului 1710,aburii
impingeau un piston in sus printr -un cilindru.Apoi cilindrul era racit pentru a condensa aburii,si
pistonul era tras in jos.Condensarea aburilor reducea presiunea din cilindru, astfel incat
presiunea atmosferica era suficienta pentru a impinge pistonul in jos.Masina cu aburi era folosita
pentru a pune in functiune pompe de mina.Desi s -a dovedit mult mai eficienta decat sistemul lui
Savery ,masina lui Newcomen era ext rem de inceata si ineficace.Acesta pentru ca dupa racire
cilindrul trebuia incalzit pentru a produce din nou aburi necesari care sa impinga pistonul in
sus.Astfel aburii s -ar fi condebsat instantaneu.

Energia aburului si energia termica

– 11 –
3.2.3 Masina lui Watt
Cel care a rezolvat aceasta problema a fost inginerul scotian James Watt . La masina sa
inventata in 1769,aburii treceau intr -o camera separata pentru condensare.Deoarece cilindrul nu
era incalzit si racit alternativ,pierderile de caldura ale masinii erau r elativ scazute.De
asemenea,masina lui Watt era mai rapida,pentru ca putea admite mai multi aburi in cilindru odata
ce pistonul se intorcea in pozitia initiala.Aceasta si alte imbunatatiri concepute de Watt au facut
ca masina cu aburi sa fie folosita intr -o gama mare de aplicatii.
In perioada victoriana,locomotivele cu aburi puternice revolutionasera deja calatoria pe
uscat.Masinile cu aburi au facut posibile si tiparirea ziarelor,torsul si tesutul textilelor si
actionarea masinilor de spalat in "s palatoriile cu aburi".Masinile cu aburi puneau in miscare
caruselele iar unii fermieri foloseau energia de abur pentru a ara pamantul.Antreprenorii de
curatatorii aveau aspiratoare cu aburi,si la cele mai bune frizerii din orase existau chiar si perii
pentru masarea capului actionate de aburi.
3.2.4 Miscarea rotativa
Miscarea primelor masini cu aburi produceau o miscare alternativa (de "du -te-vino") prin
intermediul pistoanelor care se deplasau in cilindrii.Aceasta miscare a putut apoi sa fie
transformata in miscare rotativa prin mijloace mecanice.
Turbinele cu aburi produc miscarea rotativa nemijlocit prin forta aburilor.Mai multi
inventatori au experimentat turbinele cu aburi in anii 1800,insa inginerul englez Charles Parsons
a invent at un model eficient si manevrabil care a aparut abia in anul 1884.
3.2.5. Tansformarea energiei
Masinile cu aburi si turbinele trannsforma caldura in energie.La ambele caldura produsa de
combustibil este folosita la fieberea de apa,obtinandu -se un volum de aburi de 1600 de ori mai
mare,iar aburii comprimati provoaca miscare.La motoarele cu piston aburii se dilata intr -un
cilindru,impingand un piston.La turbinele cu aburi,aburii care se dilata actioneaza rotoare.In
ambele cazuri,aburii pierd energie termica.
Masinile cu aburi si turbinele sunt exemple de motoare cu ardere externa,deoarece
caldura se aplica afara sectorului de lucru,de obicei prin combustie(arderea
combustibililor).Aburii sunt creati in fierbatoare prin arderea petrolului sa u a carbunilor.In
centralele nucleare caldura este produsa prin reactii nucleare.

Energia aburului si energia termica

– 12 –

Concluzie

Exista si alternative la motoarele termice (de exemplu motorul electric ce functioneaza pe
baza de curent electric care este transformat in camp magnetic) si care prezinta si resurse practic
inepuizabile dar datorita costurilor carburantilor si posibilitatilor de a -i inmagazina, motoarele
termice au ramas mult timp cele mai des intalnite.
Cele mai clare exemple de motoare termice sunt motorul cu ardere inter na pentru ca este
si cel care se foloseste la automobile si motorul cu aburi folosit la locomotive in zone
neelectrificate.
In zona noastra exista chiar Termocentrala Mintia care produce curent electric bazandu -se
pe principiul motoarelor termice. Vaporii de apa sunt incalziti pana la temperaturi ce depasesc
100°C si apoi sunt eliberati cu presiune pe paletele unei turbine generatoare, producand lucru
mecanic prin rotirea acesteia.

Energia aburului si energia termica

– 13 –