درگاه:مهندسی/مقاله برگزیده

درگاه:مهندسی/box-header درگاه:مهندسی/مقاله برگزیده/۱

نیروگاه هسته‌ای به تأسیساتی صنعتی و نیروگاهی می‌گویند که بر پایهٔ فناوری هسته‌ای و با کنترل فرآیند شکافت هسته‌ای، از گرمای تولید شدهٔ آن اقدام به تولید انرژی الکتریکی می‌کند. کنترل انرژی هسته‌ای با حفظ تعادل در فرآیند شکافت هسته‌ای همراه است که با استفاده از گرمای تولیدی برای تولید بخار آب (مانند بیشتر نیروگاه‌های گرمایی) اقدام به چرخاندن توربین‌های بخار و به دنبال آن ژنراتورها می‌کند. در سال ۲۰۰۴ انرژی هسته‌ای در تولید کل انرژی مصرفی جهان سهمی در حدود ۶٫۵٪، و در تولید انرژی الکتریکی سهمی در حدود ۱۵٫۷٪ داشته‌است و نخستین بار به وسیله انریکو فرمی در سال ۱۹۳۴ در یکی از آزمایشگاه‌های دانشگاه شیکاگو تولید شد. این اتفاق زمانی رخ داد که تیم او مشغول بمباران کردن هسته اورانیوم با نوترون بودند.

بنا بر پیش‌بینی اتحادیه جهانی هسته‌ای در سال ۲۰۱۵ به طور میانگین هر ۵ روز یک‌بار یک نیروگاه هسته‌ای در جهان آغاز به کار می کند. شکافت هسته‌ای صورت گرفته در یک راکتور فقط بخشی از یک چرخه هسته‌ای است. این چرخه از معادن شروع می‌شود.میزان اورانیوم موجود در پوسته زمین نسبتاً زیاد است به طوری که با منابع فلزاتی همچون قلع و ژرمانیوم برابری می‌کند و تقریباً ۳۵ برابر میزان نقره موجود در پوسته زمین است. اورانیوم ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجسام اطراف ما مانند سنگ‌ها و خاک است. بنا بر آمارگیری جهانی معادن شناخته شده جهان در حال حاضر برای تامین بیش از ۷۰ سال انرژی الکتریکی جهان کافی هستند. بهای میانگین اورانیوم در سال ۲۰۰۷، ۱۳۰ دلار آمریکا به ازای هر کیلوگرم بود. به این ترتیب ثبات تامین سوخت هسته‌ای از بسیاری از دیگر مواد معدنی بیشتر است.

مهمترین مسئله‌ای که مخالفان انرژی هسته‌ای بیان می‌دارند امنیت محیط زیستی نیروگاه هسته‌ای است زیرا با کوچکترین اشتباه، ممکن است فجایعی مانند فاجعه چرنوبیل به بار آید.
ادامه... درگاه:مهندسی/box-footer

درگاه:مهندسی/box-header درگاه:مهندسی/مقاله برگزیده/۲

سامانهٔ هشدار زمین‌لرزه سامانه‌ای برای اطلاع‌رسانی سریع زمین‌لرزه‌های بزرگ قریب‌الوقوع است. این فناوری هم‌اینک تنها فناوری دارای قابلیت پیش‌بینی زمین‌لرزه در لحظاتی پیش از رخ دادن زمین‌لرزه است. افزایش جمعیت و تراکم صنعتی در مناطق آسیب پذیر از چند دهه آخر قرن بیستم به بعد، نرخ مرگ‌ومیر و زیان‌های اقتصادی ناشی از بلایای طبیعی را افزایشی نمایی داده و اهمیتی ویژه به سامانه‌های هشدار زمین‌لرزه به عنوان مهمترین ابزار کاهش شدت فاجعه داده‌است.

نحوه عملکرد انواع جدید سامانه به این صورت است: در هنگام وقوع زمین‌لرزه، از کانون آن چندین موج با سرعت‌های مختلف منتشر می‌شود. امواج سریع‌تر (امواج پی) با سرعتی حدود ۷ کیلومتر بر ثانیه منتشر می‌شوند. این امواج به طور کلی آسیب کمی می‌رساند. امواج مخرب (موج اس) با سرعتی حدود ۴ کیلومتر بر ثانیه منتشر می‌شوند. بنابراین موج پی زودتر از موج اس قابل حس کردن است. حسگری رخ دادن زمین‌لرزه را در نزدیکی مرکز آن حس می‌کند و از آنجایی که سرعت حرکت سریعترین امواج زمینی زلزله (امواج اولیه، یا امواج P) از سرعت حرکت امواج رادیویی کمتر است، هشدار مربوط به وقوع زمین‌لرزه را چندین ثانیه پیش از رسیدن امواج زلزله به محل اسکان مردم به آنها می‌رساند.

مفهوم سامانهٔ هشدار زمین‌لرزه توسط کوپر در سال ۱۸۶۸ معرفی شد اما در آن زمان امکان عملی پیاده‌سازی سامانه پیشنهادی وجود نداشت. اولین سامانه آشکارساز زمین‌لرزه در نیمه دوم دهه ۱۹۵۰ برای قطارهای شینکانسن در ژاپن پیاده‌سازی شد. با پیشرفت‌های بعدی سامانه‌هایی ساخت شد که از مفهوم امواج پی استفاده می‌کردند. زمین‌لرزه کوبه محرک تحقیقات بیشتری جهت بهبود سامانهٔ هشدار زمین‌لرزه شد. اولین سامانهٔ هشدار زمین‌لرزه برای عموم مردم در سال ۱۹۹۵ در مکزیکو سیتی پیاده‌سازی شد. پس از آن سامانه‌های هشدار متعددی در نقاط گوناگون دنیا نصب شد. سامانه‌های هشدار زمین‌لرزه در ایتالیا، رومانی و ترکیه در دست اقدام هستند. برخی کشورها، از جمله ایالات متحده آمریکا، هنوز در حال پژوهش بر روی سامانه هستند.
ادامه... درگاه:مهندسی/box-footer

درگاه:مهندسی/box-header درگاه:مهندسی/مقاله برگزیده/۳

مخزن خارجی شاتل فضایی (به انگلیسی: ET: External Tank) محل نگهداری سوخت هیدروژن و اکسیدکنندهٔ اکسیژن مایع فشرده مورد نیاز موتور اصلی شاتل فضایی هنگام پرتاب و عبور از جو زمین است. مخزن خارجی از سه بخش مخزن هیدروژن مایع، مخزن میانی و مخزن اکسیژن مایع تشکیل شده‌است. پس از خاموش شدن موتور‌های شاتل، این مخزن از مدارگرد جدا و وارد هواکره می‌شود و باقی‌مانده‌های آن در اقیانوس می‌افتند، ولی برای استفادهٔ دوباره بازیابی و تعمیر نمی‌شوند. از این مخزن همچنین به عنوان شالودهٔ اصلی سیستم شاتل هنگام پرتاب استفاده می‌شود، به طوری که مدارگرد و موشک‌های پیشرانه سوخت جامد در روی آن سوار و از طریق آن به یکدیگر متصل می‌شوند. برای جلوگیری از داغ شدن و خرابی مخزن در طول عبور از جو لایه محافظی از کف روی آن پوشانیده شده‌است. رنگ نارنجی آن هم به دلیل همین لایهٔ محافظ است. سه موتور اصلی مدارگرد هنگام پرتاب و عبور از جو، حدود ۱۰۴ تُن هیدروژن را در حدود ۸٫۵ دقیقه مصرف می‌کنند، که این میزان سوخت و مادهٔ اکسیدکنندهٔ آن همگی در مخزن خارجی قرار گرفته‌اند. این مخزن‌ها تا زمان استفاده از شاتل فضایی (ماموریت اس‌تی‌اس-۱۳۵) یکی از بخش‌های پروژه شاتل‌های فضایی بودند و پس از بازنشستگی شاتل‌ها، استفاده از آن‌ها نیز پایان یافت.
ادامه... درگاه:مهندسی/box-footer

درگاه:مهندسی/box-header درگاه:مهندسی/مقاله برگزیده/۴

روش مک کیب-تیل (به انگلیسی: McCabe–Thiele method) روشی است در مهندسی شیمی که برای طراحی برج‌های تقطیر پالایشگاهی و صنعتی استفاده می‌شود. در برج‌های تقطیر صنعتی، تعدادی صفحهٔ بزرگ در فاصله‌های معین قرار دارند که به سینی معروف هستند. بر اثر انتقال جرم بین بخار که در ریبویلر ایجاد می‌شود و مایعی که از کندانسور ریزش می‌کند، جداسازی در طی طول برج و بر روی سینی‌ها انجام می‌شود.. در این روش، محاسبهٔ تعداد سینی‌های مورد نیاز در طراحی برج‌های تقطیر صنعتی و پالایشگاهی با روش ترسیمی بیان می‌شود. برای این منظور نیاز به داشتن نموداری است که غلظت بخار و مایع در دماها و فشارهای مختلف در طی فرآیند تقطیر را نشان داده باشد. این نمودار به «نمودار تعادلی» معروف است. در فرآیند تقطیر ممکن است دو یا بیش از دو جز از یکدیگر جداسازی شوند، ولی در این روش فقط به جداسازی دو جز با فراریت‌های مختلف از هم پرداخته می‌شود.

ویژگی مهم روش مک کیب-تیل سادگی آن برای بیان یک فرآیند پیچیده صنعتی و فیزیکی است، به طوری که با استفاده از یک نمودار ساده می‌توان به شکل کلی تغییرات داخل یک برج تقطیر را بررسی کرد. این روش اگرچه دارای خطای زیادی است ولی از لحاظ آموزشی دارای اهمیت بالایی است، طوری که تقریبا در تمام دانشگاه‌های جهان در رشته مهندسی شیمی تدریس می‌شود. دیگر روش‌های موجود برای محاسبه سینی‌ها در برج تقطیر عبارتند از روش پانچون-ساواریت و معادله فنسک. این روش‌ها نسبت به روش مک کیب-تیل اطلاعات دقیق‌تری به دست می‌دهند ولی در عوض پیچیدگی محاسبات در آن‌ها بالاتر است. روش مک کیب-تیل نسبت به این روش‌ها ساده‌تر می‌باشد ولی خطای آن بیشتر است.

روش مک کیب-تیل در سال ۱۹۲۵ میلادی، توسط دو مهندس شیمی به نام‌های وارن لی مک کیب و ارنست تیل که هر دو از دانش آموختگان دانشگاه MIT بودند، ارائه شد.
ادامه... درگاه:مهندسی/box-footer

درگاه:مهندسی/box-header درگاه:مهندسی/مقاله برگزیده/۵

رآکتور شیمیایی یا واکنشگاه شیمیایی وسیله‌ای است که در آن یک واکنش شیمیایی انجام می‌شود و طی آن مواد اولیه خام به محصولات تبدیل می‌شوند. طراحی و بهره‌برداری از رآکتورهای شیمیایی از جمله مهمترین وظایف متخصصین صنایع شیمیایی از جمله مهندسین شیمی است. طراحی رآکتور شیمیایی نیازمند شناخت درست از واکنش شیمیایی انجام گرفته در رآکتور است و برای این منظور تسلط بر علومی چون ترمودینامیک شیمیایی، سینتیک شیمیایی و ریاضیات ضروری است. رآکتورهای شیمیایی می‌توانند در ابعاد بزرگ و برای مصارف صنعتی یا در ابعاد کوچک جهت کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی ساخته و تولید شوند. همچنین جنبه‌های اقتصادی نیز بر طراحی بهینه رآکتور تاثیر گذار است. از جمله صرف هزینه کمتر برای طراحی رآکتور کاراتر و کوچکتر، صرف انرژی کمتر برای تولید محصول بیشتر، رساندن مواد اولیه به بیشترین درصد تبدیل و بالا بردن راندمان فرآیند و ... . در طراحی رآکتورها پارامترهای زیادی از جمله:زمان اقامت($\tau$)، حجم(V)، دما(T)، فشار(P)، غلظت گونه‌های شیمیایی(C_۱,C_۲,C_۳,...,C_n)، ضریب انتقال حرارت (U, h)، سرعت واکنش (r) و ...، دخالت دارند. رآکتورهای شیمیایی بر اساس نوع واکنش و موارد کاربرد در اشکال مختلف و با جزئیات خاص طراحی می‌شوند که پیچیدگی آن‌ها را زیاد می‌کند. اما می‌توان رآکتورها را در چند دسته بزرگ و کلی از جمله رآکتورهای پیوسته و ناپیوسته، رآکتورها سیال بستر یا ثابت بستر، رآکتورهای لوله‌ای و مخزنی یا رآکتورهای همگن و ناهمگن، طبقه بندی کرد. رفتار رآکتورها معمولاً با معادلاتی موسوم به معادله رآکتور مطرح می‌شود که برای گونه‌های مختلف رآکتور متفاوت بوده و رابطه ریاضیاتی بین پارامترهای موثر در رآکتور را بیان می‌کند.
ادامه... درگاه:مهندسی/box-footer