காற்றாலைகளில் 3 இறக்கைகள் மட்டுமே இருப்பது ஏன்? (Wind Turbines)

மலைப்பகுதிகளிலும் கடற்கரையோரங்களிலும் பிரம்மாண்ட வெள்ளைக் கோபுரங்களாக உயர்ந்து நிற்கும் காற்றாலைகளை (Wind Turbines) நாம் அனைவரும் பார்த்திருப்போம். அவற்றைக் கூர்ந்து கவனித்தால், உலகெங்கிலும் உள்ள நவீன மின் உற்பத்தி காற்றாலைகள் அனைத்திலும் துல்லியமாக மூன்று இறக்கைகள் மட்டுமே பொருத்தப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம். பழைய கிராமத்துக் காற்றாலைகளில் பத்துக்கும் மேற்பட்ட இறக்கைகள் இருந்தபோது, நவீன அதிநவீன காற்றாலைகளில் மூன்றே மூன்று இறக்கைகள் மட்டும் இருப்பதன் பின்னணியில் பிரமிக்க வைக்கும் காற்றியக்கவியல் (Aerodynamics) மற்றும் கட்டமைப்புப் பொறியியல் உண்மைகள் பொதிந்துள்ளன ^[1].

பெட்ஸ் விதி மற்றும் காற்றியக்கவியல் திறன் (Betz’s Law & Aerodynamics)

காற்றாலைகளில் இறக்கைகள் மின் விசிறியைப் போல காற்றைத் தள்ளுவதில்லை; மாறாக, விமானத்தின் இறக்கைகளைப் போல செயல்படுகின்றன. காற்றின் ஓட்டத்தினால் இறக்கையின் மேல் மற்றும் கீழ் பரப்புகளில் ஏற்படும் அழுத்த வேறுபாடு ‘ஏரோடைனமிக் லிப்ட்’ (Aerodynamic Lift) விசையை உருவாக்குகிறது. ஜெர்மன் இயற்பியலாளர் ஆல்பர்ட் பெட்ஸ் என்பவரால் முன்மொழியப்பட்ட ‘பெட்ஸ் விதியின்படி’ (Betz’s Law), ஒரு காற்றாலையால் காற்றின் இயக்க ஆற்றலில் அதிகபட்சமாக 59.3 சதவீதத்தை மட்டுமே மின்சாரமாக மாற்ற முடியும். அதிக இறக்கைகளை வைத்தால், ஒரு இறக்கையால் ஏற்படும் கொந்தளிப்பான காற்று சுழல் (Wake Turbulence) அடுத்த இறக்கையின் செயல்திறனைக் குறைத்துவிடும் ^[2].

கைரோஸ்கோபிக் சமநிலையும் கட்டமைப்பு நிலைத்தன்மையும் (Gyroscopic Stability)

காற்றாலைகள் காற்றின் திசையை நோக்கித் திரும்பும்போது (Yawing) கைரோஸ்கோபிக் விசைக்கு உள்ளாகின்றன. இரண்டு இறக்கைகள் மட்டுமே இருந்தால், அவை செங்குத்தாக இருக்கும்போது ஒரு திசையிலும் கிடைமட்டமாக இருக்கும்போது மற்றொரு திசையிலும் சமநிலையற்ற முறுக்கு விசையை (Torque Imbalance) உருவாக்கும். இது காற்றாலையின் நடுக்கத்திற்கும், ஜெனரேட்டர் மற்றும் கோபுரத்தின் விரிசலுக்கும் வழிவகுக்கும். ஆனால் மூன்று இறக்கைகள் இருக்கும் போது, சுழற்சியின் மையத்தில் எப்போதுமே சமச்சீரான மும்முனை சுழற்சி நிலைமம் (Rotational Inertia) நிலவுவதால், எவ்வித அதிர்ப்புமின்றி மென்மையாக இயங்க முடிகிறது.

இறக்கைகளின் எண்ணிக்கையும் செயல்திறனும்: ஒப்பீட்டு அட்டவணை (Comparison)

பொருளாதார மற்றும் அழகியல் காரணிகள் (Economic & Aesthetic Reasons)

நவீன காற்றாலை இறக்கை ஒவ்வொன்றும் 50 முதல் 80 மீட்டர் நீளம் கொண்டது; ஃபைபர்கிளாஸ் மற்றும் கார்பன் ஃபைபர் கொண்டு மிகக் கவனமாக வார்க்கப்படுகிறது. நான்காவது இறக்கையைச் சேர்த்தால் ஒட்டுமொத்த கோபுரத்தின் எடையும் உற்பத்திச் செலவும் 25% அதிகரிக்கும்; ஆனால் மின் உற்பத்தியோ வெறும் 0.5% மட்டுமே உயரும். மேலும் மனிதக் கண்களுக்கு மூன்று இறக்கைகள் சீரான வேகத்தில் சுழல்வது மனதிற்கு அமைதியான, இயற்கையோடு இயைந்த அழகியலைத் தருகிறது.

ஆதாரங்கள் மற்றும் மேற்கோள்கள் (References)