This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
കാറ്റാടിയന്ത്രം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
കാറ്റാടിയന്ത്രം
Wind Mill
കാറ്റിന്റെ ഊര്‍ജം ഉപയോഗിച്ച്‌ ശക്തി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുന്ന യന്ത്രം. ഒരു കേന്ദ്രഷാഫ്‌റ്റില്‍ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന, ലോഹത്തകിടുകൊണ്ടോ കാന്‍വാസ്‌കൊണ്ടോ ഉണ്ടാക്കിയിരിക്കുന്ന ഏതാനും ബ്ലേഡുകള്‍ അഥവാ ഇതളുകള്‍ ചേര്‍ന്നതാണ്‌ ഇതിന്റെ മുഖ്യഭാഗം. കാറ്റ്‌ തട്ടുമ്പോള്‍ ഈ ബ്ലേഡ്‌പടലം തിരിയുന്നു. അപ്പോള്‍ അതിനോടു ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഷാഫ്‌റ്റ്‌ കറങ്ങുകയും അങ്ങനെ കാറ്റിന്റെ ഗതികോര്‍ജം ഷാഫ്‌റ്റിലേക്കു കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദനം, പമ്പുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനം, ധാന്യം പൊടിക്കുന്ന മില്ലുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനം തുടങ്ങിയ ആവശ്യങ്ങള്‍ക്കുവേണ്ടി ഈ യാന്ത്രികോര്‍ജം ഉപയോഗപ്പെടുത്താം.
ചരിത്രപശ്ചാത്തലം. വളരെ പുരാതനകാലം മുതല്‌ക്കുതന്നെ വെള്ളം പമ്പുചെയ്യുക, ധാന്യങ്ങള്‍ പൊടിക്കാനുള്ള മില്ലുകള്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിക്കുക മുതലായ ആവശ്യങ്ങള്‍ക്ക്‌ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നുവെങ്കിലും വളരെ വ്യാപകമായ തോതില്‍ ഈ ഊര്‍ജസ്രാതസ്സ്‌ അക്കാലത്തൊന്നും ഉപയോഗപ്പെടുത്തിയിരുന്നതായി അറിവില്ല. എ.ഡി. 12-ാം ശ. മുതലാണ്‌ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍ക്ക്‌ കൂടുതല്‍ പ്രചാരം സിദ്ധിച്ചത്‌. 19-ാം ശതകത്തില്‍ നീരാവിയന്ത്രങ്ങള്‍ പ്രചാരത്തില്‍ വരുന്നതുവരെ യൂറോപ്യന്‍ രാജ്യങ്ങളില്‍ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍ ധാരാളം ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. ക്രമേണ ആന്തരദഹന എന്‍ജിനുകള്‍, വൈദ്യുതി എന്നിവ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതോടെ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളുടെ ഉപയോഗം ഏതാണ്ടു പൂര്‍ണമായിത്തന്നെ നിലച്ചുപോയി. എന്നാല്‍ ബെല്‍ജിയം, ഹോളണ്ട്‌, ഡെന്മാര്‍ക്ക്‌ തുടങ്ങിയ രാജ്യങ്ങളില്‍ കാറ്റാടിമില്ലുകള്‍ തുടര്‍ന്നും ഉപയോഗിച്ചുവന്നു. 20-ാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആരംഭകാലത്ത്‌ ഡെന്മാര്‍ക്കില്‍ മാത്രം മൊത്തം നൂറു മെഗാവാട്ട്‌ ഉത്‌പാദനശേഷിയുള്ള മുപ്പതിനായിരത്തോളം ഗാര്‍ഹികക്കാറ്റാടിമില്ലുകളും മറ്റൊരു നൂറുമെഗാവാട്ട്‌ ആകെ ശേഷിയുള്ള മൂവായിരത്തോളം വ്യാവസായികക്കാറ്റാടി മില്‍ യൂണിറ്റുകളും പ്രവര്‍ത്തിച്ചിരുന്നുവെന്നു കണക്കാക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്‌. കാലക്രമത്തില്‍ ഈ രാജ്യങ്ങളിലൊഴികെ ലോകത്തിന്റെ മറ്റു ഭാഗങ്ങളില്‍ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍ ഏതാണ്ട്‌ നാമാവശേഷമായിത്തീര്‍ന്നു.
ഫോസില്‍ ഇന്ധന ശേഖരങ്ങള്‍ ഏതാനും വര്‍ഷങ്ങള്‍കൊണ്ട്‌ തീര്‍ന്നുപോയേക്കുമെന്ന ഭീഷണി നിലവില്‍ ഉള്ളതുകൊണ്ട്‌ അടുത്തകാലത്തായി വീണ്ടും കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളില്‍ താത്‌പര്യം വന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്നുണ്ട്‌. ഇതിനെപ്പറ്റി ഇന്ന്‌ ലോകത്തിന്റെ പല ഭാഗത്തും പഠനങ്ങള്‍ നടന്നുവരുന്നുമുണ്ട്‌. ഹോളണ്ട്‌, ഡെന്മാര്‍ക്ക്‌ പോലുള്ള രാജ്യങ്ങളില്‍ പഴയ കാറ്റാടിമില്ലുകളുടെ സ്ഥാനത്ത്‌ കാറ്റാടി വൈദ്യുത ജനറേറ്ററുകള്‍ നിലവില്‍ വന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. അടുത്തുതന്നെ യു.എസ്സിലെ വീടുകളിലും വ്യാപാരസ്ഥാപനങ്ങളിലും കാറ്റ്‌ ഉപയോഗിച്ച്‌ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുന്ന വൈദ്യുതി ലഭ്യമായിത്തുടങ്ങുമെന്ന്‌ പ്രതീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. യു.എസ്സിലെ ഊര്‍ജഗവേഷണവികസന സ്ഥാപനം പരിഷ്‌കൃത രീതിയിലുള്ള കാറ്റാടിമില്ലുകള്‍ സ്ഥാപിക്കാന്‍ രാജ്യത്തിന്റെ വിവിധഭാഗങ്ങള്‍ തിരഞ്ഞെടുത്ത്‌ അതിനുള്ള യത്‌നത്തില്‍ ഏര്‍പ്പെട്ടിരിക്കുകയാണ്‌. ഈ കാറ്റാടിമില്ലുകള്‍ക്ക്‌ 125 കിലോവാട്ട്‌ മുതല്‍ 1.5 മെഗാവാട്ട്‌ വരെ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുവാന്‍ കഴിയുമെന്നാണ്‌ പ്രതീക്ഷ.
ഭാരതത്തില്‍. ഭാരതത്തിലും കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളെപ്പറ്റിയുള്ള ഗവേഷണങ്ങള്‍ നടന്നുവരുന്നുണ്ട്‌. 1966ല്‍ ബാംഗ്ലൂരിലെ നാഷണല്‍ എയ്‌റോനോട്ടിക്കല്‍ ലബോറട്ടറി (N.A.L.) വെള്ളം പമ്പുചെയ്യുന്നതിനു പറ്റിയ ഒരു കാറ്റാടിമില്‍ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കുകയുണ്ടായി. മണിക്കൂറില്‍ 4,000 ലി. വീതം വെള്ളം 10 മുതല്‍ 12 വരെ മീ. ഉയരത്തിലേക്കു പമ്പുചെയ്യാന്‍ ഇതിനു കഴിയുമായിരുന്നു. ഇത്തരം 68 മില്ലുകള്‍ പല ഭാഗത്തുമായി അക്കാലത്തു സ്ഥാപിക്കുകയുണ്ടായെങ്കിലും ആവശ്യമായ സംരക്ഷണമില്ലാതെ പോയതിനാല്‍ അവയില്‍ പലതും പിന്നീട്‌ ഉപയോഗശൂന്യമായിത്തീരുകയുണ്ടായി.
വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കാന്‍ പറ്റിയ വന്‍മില്ലുകള്‍ ഡിസൈന്‍ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള സാധ്യതയെക്കുറിച്ച്‌ എന്‍.എ.എല്ലില്‍ ഇപ്പോള്‍ ഗവേഷണങ്ങള്‍ നടക്കുന്നുണ്ട്‌. കൂടാതെ, വൈദ്യുതി കടന്നുചെല്ലാത്ത ഗ്രാമപ്രദേശങ്ങളില്‍ കാറ്റാടിമില്ലുകള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ ജലസേചനപദ്ധതികള്‍ ആസൂത്രണം ചെയ്യുന്നതിനെപ്പറ്റിയും ഗൗരവമുള്ള ആലോചനകള്‍ നടന്നുവരുന്നു. ഗ്രാമപ്രദേശങ്ങള്‍ക്കു പറ്റിയ ചെറിയ യൂണിറ്റുകള്‍ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കാന്‍ ബാംഗ്ലൂരിലെ ഇന്ത്യന്‍ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട്‌ ഒഫ്‌ സയന്‍സിലും ശ്രമങ്ങള്‍ നടന്നുവരുന്നുണ്ട്‌. 3 മീ. വ്യാസവും 4 മീ. ഉയരവുമുള്ള യൂണിറ്റുകളാണ്‌ അവിടെ പരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നത്‌. 1620 വരെ ശതമാനം ക്ഷമത (efficiency) പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന ഈ യൂണിറ്റുകള്‍ക്ക്‌ മണിക്കൂറില്‍ 15 കി.മീ. വീതം വേഗത്തില്‍ കാറ്റടിക്കുന്ന സന്ദര്‍ഭത്തില്‍ 0.1 കുതിരശക്തി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുവാന്‍ കഴിയുമെന്ന്‌ കരുതപ്പെടുന്നു. ഇത്തരമൊരു യൂണിറ്റിന്‌ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന ചെലവ്‌ ഏകദേശം 1,500 രൂപയാണ്‌. മദ്രാസിലെ ഇന്ത്യന്‍ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട്‌ ഒഫ്‌ ടെക്‌നോളജിയിലുള്ള ഊര്‍ജഗവേഷണകേന്ദ്രവും കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളുടെ കാര-്യത്തില്‍ താത്‌പര്യമെടുത്തു പ്രവര്‍ത്തിച്ചുവരുന്നുണ്ട്‌.
നിര്‍മാണരീതികള്‍. കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളുടെ ഏറ്റവും പ്രധാനമായ ഭാഗം അവയുടെ ബ്ലേഡുകളാണ്‌. ഒരു ഷാഫ്‌റ്റിനു ചുറ്റുമായാണ്‌ ഈ ബ്ലേഡുകള്‍ പിടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത്‌. കാറ്റു തട്ടുമ്പോള്‍ കറങ്ങുക എന്നതാണ്‌ ഇവയുടെ ധര്‍മം. അതുകൊണ്ട്‌ കാറ്റേറ്റാല്‍ കറങ്ങാന്‍ പറ്റിയ ആകൃതിയായിരിക്കണം ബ്ലേഡുകള്‍ക്കുള്ളത്‌. നിര്‍മാണരീതിയെ ആസ്‌പദമാക്കി കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളെ നാലു പ്രധാനപ്പെട്ട വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: (i) ഡച്ച്‌ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍; (ii) അമേരിക്കന്‍ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍; (iii) പ്രാപ്പല്ലര്‍ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍; (iv) കുത്തന്‍ഷാഫ്‌റ്റ്‌ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍. ഇവയില്‍ ആദ്യത്തെ മൂന്നിലും വിലങ്ങന്‍ അക്ഷത്തിലാണ്‌ ബ്ലേഡുകള്‍ കറങ്ങുന്നത്‌. എന്നാല്‍ കുത്തന്‍ ഷാഫ്‌റ്റ്‌ യന്ത്രങ്ങളില്‍ കുത്തന്‍ദിശയിലുള്ള ഒരക്ഷത്തെ കേന്ദ്രമാക്കിയാണ്‌ ബ്ലേഡുകള്‍ തിരിയുന്നത്‌. ഡച്ചുമില്ലുകളില്‍ കാന്‍വാസ്‌കൊണ്ടുണ്ടാക്കിയ മൂന്നോ നാലോ ബ്ലേഡുകളുണ്ടായിരിക്കും. അവയുടെ വ്യാസം അമേരിക്കന്‍ യന്ത്രങ്ങളുടേതിനെക്കാള്‍ വളരെ കൂടുതലാണ്‌.
അമേരിക്കന്‍ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളില്‍ അനവധി ബ്ലേഡുകളുണ്ടായിരിക്കും. താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ വേഗത്തില്‍ കാറ്റുള്ളപ്പോള്‍ത്തന്നെ പ്രവര്‍ത്തിച്ചുതുടങ്ങാന്‍ പാകത്തിനാണ്‌ അമേരിക്കന്‍ കാറ്റാടിമില്ലുകളുടെ ഡിസൈന്‍. ഇവയുടെ ബ്ലേഡുകള്‍ ലോഹനിര്‍മിതമായിരിക്കും.
വിദ-്യുച്ഛക്തി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുവാന്‍വേണ്ടി ഡിസൈന്‍ ചെയ്യപ്പെട്ട കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളില്‍ മിക്കതിലും രണ്ടോ മൂന്നോ ബ്ലേഡുകളുള്ള പ്രാപ്പല്ലര്‍ ആണ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. യു.എസ്‌., സ്വിറ്റ്‌സര്‍ലണ്ട്‌, പശ്ചിമ ജെര്‍മനി, ഡെന്മാര്‍ക്ക്‌ തുടങ്ങിയ രാജ്യങ്ങളില്‍ ഇത്തരം കാറ്റാടിമില്ലുകള്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്‌. യു.എസ്സിലെ സ്‌മിത്ത്‌പുറ്റ്‌നം (Smith Putnam) കാറ്റാടിയന്ത്രത്തിന്റെ പ്രാപ്പല്ലര്‍ ബ്ലേഡ്‌ പടലത്തിന്‌ 53 മീ. വ്യാസമുണ്ടായിരുന്നു. ഒരു മെഗാവാട്ട്‌ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുവാന്‍ ഉദ്ദേശിച്ചുള്ളതായിരുന്നു ഈ മില്‍.
കാറ്റാടിമില്ലുപയോഗിച്ചുള്ള വൈദ്യുതോത്‌പാദനത്തിന്‌ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റൊരു സമ്പ്രദായമാണ്‌, എന്‍ഫീല്‍ഡ്‌ആന്‍ഡ്രൂ (Enfield-Andreau) രീതി. ഇതനുസരിച്ച്‌ പ്രാപ്പല്ലര്‍ ബ്ലേഡ്‌ പൊള്ളയായിരിക്കും. കാറ്റടിക്കുമ്പോള്‍ ഈ ബ്ലേഡുകള്‍ കറങ്ങുകയും തന്മൂലം നടുക്കുള്ള പൊള്ളയായ കുത്തന്‍ഷാഫ്‌റ്റില്‍ ഒരു ചൂഷണമര്‍ദം (suction) സംജാതമാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതുമൂലം ഷാഫ്‌റ്റില്‍ക്കൂടി അടിയില്‍നിന്ന്‌ മുകളിലേക്ക്‌ വായുപ്രവാഹം സൃഷ്‌ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ വായുപ്രവാഹം ഉപയോഗിച്ച്‌ ഒരു വായു ടര്‍ബൈന്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുകയും അതിനോടു ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ജനറേറ്റര്‍ വൈദ്യുതി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ്‌ ഈ രീതിയുടെ സവിശേഷസ്വഭാവം.
ശക്തിയും ക്ഷമതയും. കാറ്റിന്റെ ഗതികോര്‍ജമാണ്‌ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങള്‍ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നത്‌. ഗതികോര്‍ജം ദ്രവ്യമാനത്തിന്‌ ആനുപാതികമാണ്‌. ഒരു കാറ്റാടിയന്ത്രത്തിലെ ബ്ലേഡ്‌പടലങ്ങളുടെ വ്യാസം ഉ ആണെന്നിരിക്കട്ടെ. അപ്പോള്‍ ബ്ലേഡ്‌പടലങ്ങളുടെ വിസ്‌തൃതി D2ന്‌ ആനുപാതികമായിരിക്കും. കാറ്റിന്റെ പ്രവേഗം V ആണെന്നു സങ്കല്‌പിച്ചാല്‍ ബ്ലേഡ്‌പടലങ്ങളില്‍ തട്ടുന്ന കാറ്റിന്റെ ദ്രവ്യമാനം (M) D2Vക്ക്‌ ആനുപാതികമായിരിക്കും. M ദ്രവ്യമാനമുള്ള കാറ്റ്‌ V പ്രവേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുമ്പോള്‍ അതുള്‍ക്കൊള്ളുന്ന ഗതികോര്‍ജം MV2 ആണ്‌. അതുകൊണ്ട്‌ മേല്‌പറഞ്ഞ കാറ്റാടിയന്ത്രത്തില്‍ക്കൂടി കടന്നുപോകുന്ന കാറ്റില്‍ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഗതികോര്‍ജം D2.V.V2 (അതായത്‌ D2V3)ന്‌ ആനുപാതികമായിരിക്കും. കാറ്റിന്റെ ദ്രവ്യമാനം അതിന്റെ ദ്രവ്യസാന്ദ്രതയെയും ആശ്രയിച്ചാണിരിക്കുന്നത്‌. ദ്രവ്യസാന്ദ്രത P ആണെന്ന്‌ വിചാരിക്കുക. എങ്കില്‍ താഴെപ്പറയുന്ന അനുമാനത്തിലെത്താം: ഒരു കാറ്റാടിയന്ത്രം ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുന്ന ശക്തി പ്രധാനമായി V3, D2, P എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇതിനും പുറമേ ശക്തി, യാന്ത്രികവും എയ്‌റോഡൈനാമികവുമായ മറ്റു പല ഘടകങ്ങളെയും ആശ്രയിക്കുന്നു. ഉദാ. ഒരു പ്രാപ്പല്ലര്‍ കാറ്റാടിമില്ലിന്റെ കാര്യത്തില്‍ മേല്‌പറഞ്ഞ ഘടകങ്ങളുടെ പട്ടികയില്‍ ബ്ലേഡ്‌കോണ്‍, ബ്ലേഡ്‌ ട്വിസ്റ്റ്‌, ബ്ലേഡ്‌ വിസ്‌തീര്‍ണവും കറക്കവൃത്തത്തിന്റെ വിസ്‌തീര്‍ണവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം, പ്രാപ്പല്ലര്‍ കറങ്ങുന്ന തലവും കാറ്റിന്റെ ദിശയും തമ്മില്‍ ഉണ്ടാകുന്ന കോണം, കാറ്റിന്റെ പ്രവേഗവും ബ്ലേഡുകളുടെ പ്രവേഗവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം, കറങ്ങുന്ന ഭാഗങ്ങളുടെ ആകെ ഭാരം എന്നിവ ഉള്‍പ്പെടുന്നു. ഒരു പ്രാപ്പല്ലര്‍ കാറ്റാടിമില്ലിന്റെ ക്ഷമത ഏകദേശം 40 ശതമാനവും ബഹു ഇതള്‍ കാറ്റാടിമില്ലിന്റേത്‌ ഏതാണ്ട്‌ 15 മുതല്‍ 30 വരെ ശതമാനവും ഡച്ച്‌ മില്ലിന്റേത്‌ ഏകദേശം 5 മുതല്‍ 10 വരെ ശതമാനവും ആണ്‌.
(ആര്‍. രവീന്ദ്രന്‍നായര്‍)
