Na verdade, existem várias estruturas semelhantes no mundo. Vamos começar com a Fornalha Solar na França, ou seja, na França.
O Solar Furnace na França é projetado para gerar e concentrar as altas temperaturas necessárias para vários processos.
Isso é feito capturando os raios do sol e concentrando sua energia em um só lugar. A estrutura é coberta por espelhos curvos, seu brilho é tão grande que não dá para olhar, dói nos olhos. Em 1970, esta estrutura foi erguida, os Pirenéus Orientais foram escolhidos como o local mais adequado. E até hoje, a Fornalha continua a ser a maior do mundo.
Um conjunto de espelhos recebe as funções de um refletor parabólico e um regime de alta temperatura no próprio foco pode chegar a 3.500 graus. Além disso, você pode ajustar a temperatura alterando os ângulos dos espelhos.
O Forno Solar, aproveitando um recurso natural como a luz solar, é considerado um método indispensável para a geração de altas temperaturas. E eles, por sua vez, são usados para uma variedade de processos. Portanto, a produção de hidrogênio requer uma temperatura de 1400 graus. Os modos de teste de materiais realizados em condições de alta temperatura fornecem uma temperatura de 2500 graus. É assim que as naves espaciais e os reatores nucleares são testados.
Portanto, o Forno Solar não é apenas um edifício incrível, mas também vital e eficiente, sendo considerado uma forma ecologicamente correta e relativamente barata de obter altas temperaturas.
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A matriz de espelhos atua como um refletor parabólico. A luz está focada em um centro. E a temperatura lá pode atingir temperaturas nas quais o aço pode ser derretido.
Mas a temperatura pode ser ajustada ajustando os espelhos em diferentes ângulos.
Por exemplo, temperaturas em torno de 1400 graus são usadas para produzir hidrogênio. Temperatura 2500 graus - para testar materiais em condições extremas. Por exemplo, reatores nucleares e espaçonaves são testados dessa forma. Mas temperaturas de até 3.500 graus são usadas para a fabricação de nanomateriais.
O Forno Solar é uma forma econômica, eficiente e ecologicamente correta de gerar altas temperaturas.
No sudoeste da França, as uvas se enraízam de maneira notável e todos os tipos de frutas amadurecem - está quente! Entre outras coisas, o sol brilha aqui quase 300 dias por ano e, em termos de número de dias claros, esses lugares são, talvez, perdendo apenas para a Cote d'Azur. Se caracterizarmos o vale perto de Odeillo em termos de física, o poder da radiação de luz aqui é de 800 watts por 1 metro quadrado. Oito lâmpadas incandescentes potentes. Pequeno? O suficiente para um pedaço de basalto se espalhar em uma poça!
Vamos continuar nosso tour com a revista Onliner.by:
“O forno solar em Odeillo tem capacidade de 1 megawatt e isso requer quase 3.000 metros de superfície espelhada”, diz Serge Chauvin, zelador do museu local de energia solar. - Além disso, você precisa coletar a luz de uma superfície tão grande em um ponto focal com o diâmetro de um prato.
Heliostatos - placas de espelho especiais - são instalados em frente ao espelho parabólico. Existem 63 deles com 180 seções. Cada heliostato tem seu próprio "ponto de responsabilidade" - um setor da parábola, que reflete a luz coletada. Já em um espelho côncavo, os raios do sol são coletados em um ponto focal - o próprio forno. Dependendo da intensidade da radiação (leia-se - a claridade do céu, a hora do dia e a época do ano), as temperaturas podem ser muito diferentes. Em teoria - até 3800 graus Celsius, na realidade subiu para 3600.
“Junto com o movimento do sol, os helióstatos se movem no céu”, Serge Chauvin começa sua excursão. - Cada um tem um motor na parte traseira e juntos são controlados centralmente. Não é necessário colocá-los na posição ideal - dependendo das tarefas do laboratório, o grau no ponto focal pode ser variado.
A construção do forno solar em Odeillo começou no início dos anos 60, e foi comissionado já nos anos 70. Por muito tempo, ele permaneceu o único de seu tipo no planeta, mas em 1987 uma cópia foi erguida perto de Tashkent. Serge Chauvin sorri: "Sim, exatamente uma cópia."
O forno soviético, aliás, também continua operacional. Nele, porém, eles realizam não apenas experimentos, mas também algumas tarefas práticas. É verdade que a localização do forno não permite atingir as mesmas altas temperaturas da França - no ponto focal, os cientistas uzbeques conseguem chegar a menos de 3.000 graus.
O espelho parabólico consiste em 9.000 facetas. Cada um é polido, revestido de alumínio e ligeiramente côncavo para melhor foco. Após a construção do forno, todas as facetas foram instaladas e calibradas manualmente - levou três anos!
Serge Chauvin nos leva a um local perto do prédio do forno. Junto conosco - um grupo de turistas que chegava a Odeillo de ônibus - o fluxo dos amantes do exotismo científico não para. O curador do museu estava prestes a demonstrar o potencial oculto da energia solar.
- Madame e monsieur, atenção! - Embora Serge pareça mais um cientista, ele se parece mais com um ator. - A luz emitida por nossa estrela permite que os materiais os aqueçam, acendam e derretam instantaneamente.
Um trabalhador de forno solar pega um galho normal e o coloca em um grande tanque com interior espelhado. Serge Chauvin leva alguns segundos para encontrar o ponto de foco, e o manche instantaneamente se inflama. Maravilhas!
Enquanto os avós franceses suspiram e gemem, o trabalhador do museu vai até um heliostático independente e o move exatamente para que os raios refletidos caiam em uma cópia menor do espelho parabólico instalado ali. Este é outro experimento visual que mostra as capacidades do sol.
- Madame e monsieur, agora vamos derreter o metal!
Serge Chauvin põe um pedaço de ferro no suporte, move o torno em busca de um ponto focal e, encontrando-o, afasta-se um pouco.
O sol está fazendo seu trabalho rapidamente.
Um pedaço de ferro aquece instantaneamente, começa a soltar fumaça e até faíscas, sucumbindo aos raios quentes. Em apenas 10-15 segundos, um buraco do tamanho de uma moeda de 10 cêntimos é queimado nele.
- Voila! - Regozija-se Serge.
Quando voltamos ao prédio do museu, e os turistas franceses sentam-se na sala do cinema para assistir a um filme científico sobre o funcionamento do forno solar e do laboratório, o zelador nos conta coisas interessantes.
- Na maioria das vezes as pessoas perguntam por que tudo isso é necessário, - Serge Chauvin levanta as mãos. - Do ponto de vista da ciência, foram estudadas as possibilidades da energia solar, aplicada sempre que possível na vida quotidiana. Mas há tarefas que, em termos de escala e complexidade de execução, requerem instalações como esta. Por exemplo, como simulamos o efeito do sol na pele de uma nave espacial? Ou aquecer a cápsula descendente voltando da órbita para a Terra?
Em um recipiente refratário especial, instalado no ponto focal do forno solar, você pode recriar tais condições, sem exagero, sobrenaturais. Calculou-se, por exemplo, que um elemento de revestimento deve suportar temperaturas de 2500 graus Celsius - e isso pode ser testado empiricamente aqui em Odeillo.
O zelador conduz-nos pelo museu, onde estão instaladas várias exposições - participantes de inúmeras experiências realizadas no forno. Nossa atenção é atraída para o disco de freio de carbono …
- Oh, essa coisa é do volante de um carro de Fórmula 1, - concorda Serge. - Seu aquecimento em algumas condições é comparável ao que podemos reproduzir em laboratório.
Como mencionado acima, a temperatura no ponto focal pode ser controlada usando heliostatos. Dependendo dos experimentos realizados, varia de 1400 a 3500 graus. O limite inferior é necessário para a produção de hidrogênio em laboratório, uma faixa de 2.200 a 3.000 para testar vários materiais sob condições extremas de calor. Por fim, acima de 3.000 está a área de trabalho com nanomateriais, cerâmicas e criação de novos materiais.
“O forno de Odeillo não cumpre tarefas práticas”, continua Serge Chauvin. - Ao contrário de nossos colegas uzbeques, não dependemos de nossas próprias atividades econômicas e nos dedicamos exclusivamente à ciência. Entre nossos clientes não estão apenas cientistas, mas também vários departamentos, por exemplo, defesa.
Nós apenas paramos em uma cápsula de cerâmica, que acabou sendo o casco de um navio drone.
“O Departamento de Guerra construiu um forno solar de diâmetro menor para suas próprias necessidades práticas aqui, no vale perto de Odeillo”, diz Serge. - Pode ser visto de alguns trechos da estrada de montanha. Mas para experimentos científicos, eles ainda recorrem a nós.
O supervisor explica qual é a vantagem da energia solar sobre qualquer outra no desempenho de tarefas científicas.
- Primeiro, o sol brilha de graça - ele curva os dedos. - Em segundo lugar, o ar da montanha contribui para a realização de experimentos de forma "pura" - sem impurezas. Terceiro, a luz solar permite que os materiais sejam aquecidos muito mais rápido do que qualquer outra instalação, o que é extremamente importante para alguns experimentos.
É curioso que o forno funcione quase todo o ano. Segundo Serge Chauvin, o mês ideal para a realização de experimentos é abril.
- Mas se necessário, o sol vai derreter um pedaço de metal para os turistas ainda em janeiro - sorri o zelador. - O principal é que o céu está claro e sem nuvens.
Uma das vantagens indiscutíveis da própria existência deste laboratório único é a sua total abertura ao turista. Até 80 mil pessoas vêm aqui anualmente, e isso faz muito mais para popularizar a ciência entre adultos e crianças do que uma escola ou universidade.
Font Romeu Odeillo é uma típica cidade pastoral francesa. Sua principal diferença de milhares de outros é a coexistência do mistério da vida cotidiana e da ciência. No contexto de uma parábola de espelho de 54 metros - vacas leiteiras de montanha. E o sol quente constante.
Agora vamos passar para outro prédio.
Parte das fotos de Viktor Borisov.
A quarenta e cinco quilômetros de Tashkent, no distrito de Parkent, no sopé do Tien Shan a uma altitude de 1050 metros acima do nível do mar, existe uma estrutura única - o chamado Large Solar Fven (BSP) com capacidade de mil quilowatts. Ele está localizado no território do Instituto de Ciência de Materiais NPO "Física-Sol" da Academia de Ciências da República do Uzbequistão. Existem apenas dois fogões assim no mundo, o segundo está na França.
“O BSP foi colocado em operação durante a União Soviética em 1987”, disse Mirzasultan Mamatkassymov, secretário científico do Instituto de Ciência de Materiais da NPO Physics-Solntse, Ph. D. - Fundos suficientes são alocados do orçamento do estado para preservar este objeto único. Dois laboratórios do instituto estão localizados em nosso país, quatro em Tashkent, onde está localizada a principal base científica, onde são estudadas as propriedades químicas e físicas de novos materiais. Estamos no processo de sua síntese. Fazemos experiências com esses materiais, observando o processo de fusão em diferentes temperaturas.
BSP é um complexo ótico-mecânico complexo com sistemas de controle automático. O complexo consiste em um campo heliostático localizado na encosta de uma montanha e direcionando os raios do sol para um concentrador parabolóide, que é um espelho côncavo gigante. No foco deste espelho, a temperatura mais alta é criada - 3000 graus Celsius!
O campo heliostático consiste em sessenta e dois heliostatos escalonados. Eles fornecem à superfície do espelho do concentrador um fluxo de luz no modo de rastreamento contínuo do Sol ao longo do dia. Cada heliostato, medindo sete e meio por seis e meio metros, consiste em 195 elementos de espelho plano chamados "facetas". A área refletora do campo heliostático é de 3.022 metros quadrados.
O concentrador, para o qual os helióstatos direcionam os raios do sol, é uma estrutura ciclópica de quarenta e cinco metros de altura e cinquenta e quatro de largura.
Note-se que a vantagem dos fornos solares, em comparação com outros tipos de fornos, é a obtenção instantânea de uma temperatura elevada, o que permite obter materiais puros sem impurezas (graças também à pureza do ar da montanha). Eles são usados para petróleo e gás, têxteis e uma série de outras indústrias.
Os espelhos têm uma determinada vida útil e, mais cedo ou mais tarde, falham. Em nossas oficinas, fabricamos novos espelhos que substituem os antigos. Existem 10700 deles apenas no concentrador e 12.090 em helióstatos. O processo de fabricação de espelhos ocorre em instalações de vácuo, onde o alumínio é pulverizado sobre a superfície dos espelhos gastos.
Ferghana. Ru: - Como o senhor resolve o problema de encontrar especialistas, afinal, depois do colapso da União, eles estavam saindo para o exterior?
Mirzasultan Mamatkassymov: - Na época da instalação em 1987, trabalhavam aqui especialistas da Rússia e da Ucrânia, que treinaram os nossos. Graças à nossa experiência, agora temos a oportunidade de treinar especialistas nesta área por conta própria. Os jovens vêm até nós do departamento de física da Universidade Nacional do Uzbequistão. Depois de me formar na universidade, eu próprio trabalho aqui desde 1991.
Ferghana. Ru: - Quando se olha para essa grandiosa estrutura, para as delicadas estruturas metálicas, como se flutuando no ar e ao mesmo tempo sustentando a "armadura" do concentrador, vêm-se à mente frames de filmes de ficção científica …
Mirzasultan Mamatkassymov: - Bem, na minha vida ninguém tentou filmar ficção científica usando esses "cenários" únicos. É verdade que as estrelas pop uzbeques vieram para filmar seus clipes.
Mirzasultan Mamatkassymov:- Hoje vamos derreter briquetes prensados de óxido de alumínio em pó, cujo ponto de fusão é de 2500 graus Celsius. Durante o processo de fusão, o material flui por um plano inclinado e goteja para uma bandeja especial, onde os grânulos são formados. Eles são enviados para uma oficina de cerâmica localizada próximo ao BSP, onde são triturados e utilizados na fabricação de diversos produtos cerâmicos, desde pequenos alimentadores de fios para a indústria têxtil até bolas ocas de cerâmica que lembram salas de bilhar. As bolas são utilizadas na indústria de óleo e gás como flutuadores. Ao mesmo tempo, a evaporação da superfície de produtos petrolíferos armazenados em grandes recipientes em depósitos de petróleo diminui em 15-20 por cento. Nos últimos anos, produzimos cerca de seiscentos mil desses carros alegóricos.
Fabricamos isoladores e outros produtos para a indústria elétrica. Eles são caracterizados por maior resistência ao desgaste e resistência. Além do óxido de alumínio, também usamos um material mais refratário - o óxido de zircônio com ponto de fusão de 2.700 graus Celsius.
O controle do processo de fusão é feito pelo chamado "sistema de visão", que é equipado com duas câmeras de televisão especiais. Um deles transfere diretamente a imagem para um monitor separado, o outro para um computador. O sistema permite monitorar o processo de fusão e realizar várias medições.
Deve-se acrescentar que o BLB também é utilizado como um instrumento astrofísico universal que abre a possibilidade de realizar estudos do céu estrelado à noite.
Além dos trabalhos acima, o instituto dedica grande atenção à fabricação de equipamentos médicos à base de cerâmicas funcionais (esterilizadores), instrumentos abrasivos, secadores e muito mais. Esse equipamento foi implementado com sucesso em instituições médicas de nossa república, bem como em instituições semelhantes na Malásia, Alemanha, Geórgia e Rússia.
Paralelamente, o instituto desenvolveu instalações solares de baixa potência. Por exemplo, os cientistas do instituto criaram fornos solares com capacidade de um quilowatts e meio, que foram instalados no território do Instituto Tabbin de Metalurgia (Egito) e no Centro Internacional de Metalurgia de Hyderabad (Índia).
