Pawan Chakki माहिती MaRaathi पवन चक्की माहिती मराठी

पृथ्वीच्या वातावरणामधील वाऱ्‍याच्या रूपातील गतिज ऊर्जेचा यांत्रिक ऊर्जा मिळविण्यासाठी उपयोग करणारे साधन. मानवाने यांत्रिक ऊर्जा मिळविण्याकरिता योजिलेल्या साधनांपैकी पवनचक्की हे एक मूलभूत साधन मानण्यात येते.

इतिहास

वाऱ्‍यातील गतिज ऊर्जेचा नौका चालविण्यासाठी उपयोग केल्याचे उल्लेख ख्रिस्तपूर्व काळातीलही आढळतात पण या ऊर्जेचा जमिनीवर उपयोग करण्याच्या दृष्टीने प्रयत्न झाल्याचे सर्वांत जुने उल्लेख इराणमध्ये इ. स. 644 च्या सुमाराचे आढळतात. इराणमधील सीस्तान भागात 915 मध्ये पवनचक्कीचा धान्य दळण्यासाठी उपयोग करण्यात येत होता. पाण्याच्या गतिज ऊर्जेचा उपयोग करून पाणी वरच्या पातळीत चढविण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्‍या फिरत्या रहाटगाडग्यासारख्या जलचक्राच्या धर्तीवरच या साधनाची रचना केलेली होती. यात इमारतीच्या छपरातून एका उभ्या लाकडी दंडाचे ( वाशाचे) वरचे टोक बाहेर काढून त्यावर फुलीच्या आकारात चार शिडे आडव्या पातळीत. (त्रिज्येच्या दिशेने) पक्की बसविलेली होती. शिडे सु 3-4 मी. लांब व 1 मी. रुंद अशा लाकडी पट्ट्यांच्या चौकटीवर चिवट कापड ठोकून तयार केलेली होती. लाकडी दंडाच्या खालच्या टोकाला दगडी जात्याची बरची तळी पक्की बसविल्याने शिडांतून वारा धुसला की, ती खालच्या तळीतील मध्यभागी असलेल्या खुंटाभोवती फिरू लागे आणि वरच्या तळीतील पाळातून टाकलेले धान्य दळले जाई. या पवनचक्कीत दंतचक्रांचा उपयोग केलेला नव्हता. अशा आडव्या पवनचक्क्यांचा उपयोग क्रिमिया, पश्चिम यूरोप व अमेरिकेतही नंतर थोड्या प्रमाणात करण्यात आला. इराणमधील काही कुशल कारागिरांना चंगीझखान (1167-1227) यांनी चिनला कैदी म्हणून नेऊन तेथे त्यांच्या मार्गदर्शनाखाली शेतीला पाणीपुरवठा करण्यासाठी पवनचक्क्या उभारल्या. या पवनचक्क्यांना सभोवती आधार नव्हता व उपयुक्ततेच्या दृष्टीने त्यात फरकही करण्यात आला होता. चीनमध्ये तेव्हापासून पवनचक्कीचा वापर रूढ झाला.

आडव्या अक्षावर उभ्या पातळीत फिरणाऱ्‍या शिडांची उभी पवनचक्की रोमन जलचक्रापासून व्युत्पन्न झाली असावी. तथापि पवन ऊर्जेचा प्रत्यक्ष उपयोग करण्याची कल्पना पूर्वेकडूनच यूरोपात गेली असावी. ही पवनचक्की दंतचक्रांच्या एकाच जोडीवर चालत असे व त्यांच्या साहाय्याने शिडांच्या अक्षाची गती दगडी जात्याला दिली जाई. अशा प्रकारच्या पवनचक्कीचे यूरोपातील उल्लेख फ्रान्समध्ये 1180 व इंग्लंडमध्ये 1187 या सुमाराचे आढळतात.

सर्वांत जुन्या प्रकारच्या उभ्या पवनचक्कीची रचना पेटीसारखी असे (पोस्ट मिल). या प्रकारच्या पवनचक्क्या अद्यापही पहावयास मिळतात. पेटीत दंतचक्रे, दळणाची जाती व इतर यंत्रसामग्री असून तिच्या बाहेरच्या बाजूस शिडे लावलेली असतात. ही पेटी मजबूत पायावर उभ्या केलेल्या एका खांबावर बसविलेली असून हा खांब पेटीच्या दुसऱ्‍या मजल्यावरील एका आडव्या खांबाला जोडलेला असतो. त्यामुळे शिडे वाऱ्‍याच्या दिशेला योग्य रीतीने राहतील अशा प्रकारे पेटी वळविता येते. सामान्यतः खांब व त्याच्या खालील बांधकाम जमिनीच्या वर असते पण काही ठिकाणी ते एखाद्या दगडाच्या राशीत बंदिस्त केलेले असते. खांबाच्या खालील बांधकामाभोवती संरक्षणार्थ गोलाकांर भिंत असते आणि तिच्या आतील बाजूचा कोठीसारखा उपयोग होतो.

पवनचक्कीच्या विकासातील यानंतरची पायरी म्हणजे दंतचक्रे व जाती एका स्थिर मनोऱ्‍यात बसविण्यात आली आणि मनोऱ्‍याच्या वर एका रुळासारख्या मार्गावर वळाविता येण्याजोगी टोपीसारखी योजना करून तीवर शिडे बसविण्यात आली. या प्रकारच्या पवनचक्क्याही अद्याप आढळतात. मनोरे दगड, विटा किंवा लाकूड यांचे बांधतात. सामान्यतः दगड व विटा यांचे मनोरे बाहेरून गोलाकार तर लाकडाचे मनोरे वर निमुळते होत गेलेले व अष्टकोनी असतात. अशा मनोऱ्‍याच्या पवनचक्कीचे सर्वांत जुने चित्र 1420 च्या सुमाराचे आढळले आहे. खांब व मनोरा पद्धतीच्या पवनचक्क्या यूरोपात सर्वत्र प्रसार पावल्या तसेच अमेरिकेत गेलेल्या ब्रिटिश, डच, फ्रेच इ. वसाहतवाल्यांनी तेथेही बांधल्या.

सुरुवातीस खांब आणि मनोरा पवनचक्क्यांचा उपयोग एकाच दंतचक्र जोडणीद्वारे धान्य दळण्यासाठी करण्यात येत असे. 1430 च्या सुमारास डच लोकांनी जमिनीतील पाण्याचा निचरा करण्यासाठी पोकळ खांबाची पवनचक्की प्रचारात आणली. या पवनचक्कीच्या शिडांची गती पोकळ खांबात बसविलेल्या एका उभ्या दंडाला दंतचक्रांद्वारे देण्यात येई. या दंडाच्या गतीने पूर्वीच्या जहाजात वापरण्यात येणाऱ्‍या वल्ह्यांच्या चक्रासारखे जहाज एक चक्र किंवा आर्किमिडीज स्क्रू पाणी वर खेचण्यासाठी दंतचक्रांद्वारे फिरविण्यात येई. या योजनामुळे अधिक उंच मनोऱ्‍याच्या पवनचक्क्या बांधणे शक्य होऊ लागले आणि त्यांत अनेक जाती व इतर यंत्रसामग्री बसविण्यात येऊ लागली. पुढे लाकडे कापणे, तेलबियांपासून तेल काढणे, कागद तयार करणे इ. कामांसाठीही डच लोकांनी पवनचक्कीचा उपयोग करण्यास प्रारंभ केला. बाराव्या शतकापासून एकोणिसाव्या शतकापर्यंत हॉलंडमध्ये सु. 9,000 पवनचक्क्यांद्वारे विविध प्रकारची कामे करण्यात येत होती. डत तंत्रज्ञांनी तयार केलेली सुधारित पवनचक्की डच पवनचक्की याच नावाने ओळखण्यात येते. वेस्ट इंडीज बेटांमध्ये साखरेच्या कारखाऱ्‍यात ऊस गाळण्यासाठी अनेक पवनचक्क्या उभारणात आलेल्या आहेत.

प्रथमतः खांबाच्या पवनचक्कीची पेटी अथवा मनोरा पवनचक्कीची टोपी जमिनीपर्यंत लांब ठेवलेल्या एका काठीच्या साहाय्याने हातानेच वळविण्याची व्यवस्था होती. त्यांनंतर पवनचक्कीच्या भोवती अनेक खांब उभारून साखळी व रहाटासारख्या योजनेने हे कार्य करण्यात येई. त्यानंतरच्या काळात या कामासाठी काही साध्या स्वयंचलीत योजना कार्यवाहीत आल्या.

पवनचक्कीची शिडे क्षितिजाला 5 ते 15 वरच्या दिशेने कललेल्या एका दंडावर बसविलेली असतात. शिडांची संख्या चार असते, पण मागातून 5, 6 व 8 शिडे असलेल्या पवनचक्क्याही बांधण्यात आल्या. सुरुवातीची शिडे लाकडी चौकटीवर जाड आणि चिवट कापड (सेल क्लॉथ) ताणून बसवून तयार केलेली असत. प्रत्येक शीड पवनचक्की स्थिर ठेवून योग्य स्थितीत आणावे लागे. प्रारंभाची शिडे सपाट असत व ती फिरण्याच्या दिशेशी ठराविक कोन करीत असत. त्यानंतर विमानाच्या प्रचालकाप्रमाणे (पंख्याप्रमाणे) पीळ दिल्यासारखी त्यांची रचना करण्यात येऊ लागली. 1772 मध्ये अँड्रयू मिकल या स्कॉटिश तंत्रज्ञांनी कापडाऐवजी बिजागरीयुक्त झडपा वापरलेले शीड शोधून काढले. या झडपा एक संयोग दांडा आणि प्रत्येक शिडावर बसविलेली स्प्रिंग यांच्या साहाय्याने नियंत्रित केल्या जात. प्रत्येक शीड पवनचक्की स्थिर असतानाच जरूरीप्रमाणे योग्य स्थितीत आणावे लागे आणि नंतर मात्र शिडे काही प्रमाणात स्वयंनियंत्रित राहत असत. यानंतर झडपांऐवजी पवनचक्की चालू असतानाच दूरवर्ती नियंत्रणाने गुंडाळता येणाऱ्‍या पडद्यांची योजना करण्यात आली. 1807 मध्ये बिजागरीयुक्त झडपा वापरलेली व साखळीच्या सहाय्याने दूरवर्ती नियंत्रण करून छत्रीसारखी नियंत्रित करता येणारी पेटंट शिडे विल्यम क्यूबीट यांनी प्रचारात आणली. या प्रकारच्या शिडांचा नंतर डेन्मार्क, जर्मनी व हॉलंड येथेही प्रसार झाला. 1860 साली वा शिडांकरिता गतीनियंत्रणासाठी वायू गतिरोधकाचा (ब्रेकचा) यशस्वी उपयोग करण्यात आला. स्पेन, पोर्तुगाल, ग्रीस, तुर्कस्तान, भूमध्य समुद्रातील बेटे इ. भागात 8 ते 12 त्रिकोणी शिडे वापरण्याची पद्धत आढळून येते. य़ानंतर विमानाच्या बांधणीत वापरण्यात येणाऱ्‍या वातपर्णाच्या वायुयामिकीधर्तीवर विविध प्रकारची शिडे वा पाती तयार करण्यात आली. तसेच साधारण मंद वाऱ्‍यातही पवनचक्कीचे कार्य होऊ शकेल आशा योजना करण्यात आल्या.

पाणी उपसणारी पवनचक्की

नेहमीच्या शिडांच्या ऐवजी एका चक्रावर अनेक लहान पाती बसविलेली आणि पाणी उपसण्याकरिता वापरावयाची पवनचक्की अमेरिकेत 1854 मध्ये डी. हॅलॅडी यांनी तयार केली आणि अशा प्रकारच्या पोलादाच्या पवनचक्कीचे व्यापारी उत्पादन करण्यास स्टुअर्ट पेरी यांनी 1883 मध्ये सुरुवात केली. ही पवनचक्की काहीशी अकार्यक्षम असली, तरी स्वस्त व विश्वसनीय असल्यामुळे तिचा लवकरच जगभर प्रसार झाला.

पवनचक्कीत 7 मी. किंवा जास्त उंचीचा पोलादी मनोरा असून त्याच्या डोक्यावर एका आडव्या दंडावर एक पोलादी पातीचक्र घट्ट उभ्या पातळीत बसविलेले असते. सुकाणाच्या साहाय्याने पातीचक्रांचे तोंड वाऱ्‍याच्या दिशेकडे ठेवले जाते. चक्रातील पात्यांना विशिष्ट कोन दिलेला असतो व त्यामुळे वाऱ्‍याने पात्यांवर आघात करताच चक्र फिरू लागते. पातीचक्राच्या दंडावर मागील बाजूस दोन दंतचक्रिका दुय्यम स्वतंत्र दंडावर घट्ट बसविलेल्या दोन दंतचक्रांशी निगडित केलेल्या असतात. या दोन दंतचक्रांवर भुजादंड बसवून त्याला पंपाचा दांडा जोडतात. विहिरीच्या काठावर बसविलेल्या पंपातील दट्ट्याला दांड्याचे दुसरे टोक जोडलेले असते. चक्राचा व्यास जितका जास्त तितकी जास्त शक्ती निर्माण होते. दर ताशी 32 किमी. वेगाचा वारा असल्यास 2.5 मी. व्यासाचे चक्र 0.5 अश्वशक्ती, तर 3मी. व्यासाचे चक्र 1 अश्वशक्ती निर्माण करते

विद्युत् निर्मिती

मोटरगाडीच्या प्रसारमुळे संचायक विद्युत् घटाचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग होऊ लागल्यावर आणि दूरच्या शेतीवाडीवर रोडिओसंच व प्रकाश यांसाठी विद्युत् शक्तीची आवश्यकता भासू लागल्यावर विद्युत् निर्मितीसाठी व्यापारी तत्त्वावर पवनचक्क्यांचे उत्पादन अमेरिकेत सुरू झाले. या पवनचक्क्यांची पाती मंद वाऱ्‍यासाठी 1.8–4.5 मी. व्यासाची होती व पाणी उपसणाऱ्‍या पवनचक्कीपेक्षा तिचा सहापट वेग असताना तिच्या दिडपट शक्ती या पवनचक्कीपासून मिळत असे. विद्युत् जनित्राच्या दंडावरच ही पवनचक्की बसविलेली असे व वारा वाहत असताना 6 व्होल्टचा विद्युत् घट भारित होई. जेव्हा वारा वाहत नसे तेव्हा आपोआप विद्युत् संयोग तुटण्याची सोय असे व त्यामुळे वारा पुऱ्‍हा सुरू होताना जनित्राला भार जोडलेला असण्याची आवश्यकता नसे. 4.5 मी. व्यासाची पाती असलेली मोठी संयंत्रे 32 व्होल्ट जनित्राला जोडलेली असत व त्यांचा उपयोग शेतीवाडीवरील दिव्यांना शक्तीचा पुरवठा करणाऱ्‍या मोठ्या विद्युत् घटांसाठी होत असे. पवनचक्कीत बहुपाती चक्र असल्यास दर ताशी सु. 10 किमी. पेक्षा जास्त व द्विपाती चक्र असल्यास दर ताशी सु. 13 किमी. पेक्षा जास्त वेगाचे वारे चक्र फिरवू शकतात. ज्या वाऱ्‍याच्या वेगाने पातीचक्र फिरू लागते तो वेग पात्याच्या कोनावर अवलंबून असतो. मोठ्या प्रमाणावर विद्युत् शक्ती वाहून नेणारे प्रेषण मार्ग प्रचारात आल्यावर या पवनचक्क्या मागे पडल्या.

पहिल्या महायुद्धकाळात यूरोपात व अमेरिकेत प्रयोगान्ती पवनचक्क्यांच्या रचनेत अनेक फेरफार करून निरनिराळ्या पवनचक्क्या तयार करण्यात य़ेऊ लागल्या. बहुपाती अमेरिकन, डच, प्रचालकयुक्त शीघ्र गती व घूर्णकी ( रोटर ) असे पवनचक्क्यांचे मुख्य प्रकार समजले जात.

हॉलंडमध्ये सपाट प्रदेशावर वर्षातून सु. 300 दिवस पवनचक्कीला योग्य असा वारा वाहतो. त्यामुळे तेथे पवनचक्कीचा उपयोग अनेक कामे कमी खर्चात करण्यासाठी वाढत्या प्रमाणावर होऊ लागला. 1896 सालापासून तेथे पवनचक्कीचा विद्युत् निर्मितीसाठी उपयोग होऊ लागला. 1900 सालाच्या सुमारास हॉलंडमध्ये सु 1,00, 000 पवनचक्क्यांचे जाळेच निर्माण झाले होते. 1930 मध्ये तेथे ग्रामीण भागात पवनचक्कीच्या साहाय्याने विद्युत् पुरवठा करण्यात येऊ लागला. तथापि स्वस्त खनिज इंधन उपलब्ध झाल्यानंतर तेथील पवनचक्कीचा उपयोगही मागे पडला.

दुसऱ्‍या महायुद्धातील कोळशाच्या तुटवड्यामुळे अधिक मोठ्या पवनचक्क्या यूरोपात विशेषत्वाने उभारण्यात आल्या. त्यांपैकी अद्यापही काही चालू असून त्यामुळे अधिक प्रायोगिक माहिती उपलब्ध होण्यास मदत होत आहे. डेन्मार्कमध्ये 13मी. व्यासाच्या तीन पात्यांची पवनचक्की 50 किवॉ. प्रत्यावर्ती प्रवाह (उलट सुलट दिशांनी वाहणारा प्रवाह ) जनित्राला जोडण्यात आली होती आणि तिच्या साहाय्याने 1952-53 साली 5 महिन्यांत 26,092 किवॉ.– तास इतकी शक्ती मिळविण्यात आली. जर्मनीमध्ये स्टटगार्ट येथे 33.6 मी. व्यासाच्या तीन पात्यांची एक पवनचक्की 21.6 मी. उंचीच्या मनोऱ्‍यावर बसविण्यात आलेली असून ती 100 किवॉ. प्रत्यावर्ती जनित्र चालविते.

खनिज तेलाच्या वाढत्या किंमती व प्रदूषणाची समस्या यांमुळे 1974 सालानंतर इतर शक्ती उद्गमांचा वापर करण्याच्या दृष्टीने प्रयत्न सुरू झाले. पवनचक्कीच्या पात्यांचे विविध अभिकल्प ( आराखडे), ती तयार करण्यासाठी लागणारे पदार्थ, निरनिराळ्या कामांसाठी व वाऱ्‍याच्या वेगांसाठी अभिकल्पात सुधारणा इ. बाबतींत मोठ्या प्रमाणावर संशोधन सुरू आहे. पवनशक्तीविषयी संशोधन करण्याकरिता हॉलंडमध्ये 1974 साली एक समिती नेमण्यात आली. तेथील ट्विंड महाविद्यालयाने 50 मी. उंचीच्या पोलादी मनोऱ्‍यावर 27 मी. लांबीच्या पात्यांचे चक्र असलेली 14 मी. से. वेगाच्या वाऱ्‍यावर चालणारी पवनचक्की उभारली आहे. ही पवनचक्की दर वर्षी 2 मेगॅवॉट ( 3.6 लक्ष किवॉ.–तास ) वीज निर्माण करू शकेल, अशी तिची रचना केलेली आहे. कील कालव्याच्या उत्तर समुद्राकडील टोकाजवळ 100 मी. व्यासाची पाती असलेली पवनचक्की 100 मी. उंचीच्या मनोऱ्‍यावर उभारण्यात येत असून तिच्याद्वारे 2,000 – 3,000 किवॉ.विद्युत् शक्ती मिळू शकेल. ब्रिटनमध्ये रीडिंग महाविद्यालयाने लाकूड, काचतंतू (फायबर ग्लास) आणि अल्युमिनियम यांचा वापर करून 50 मी. व्यासाच्या सरळ द्विपाती घूर्णकाची पवनचक्की उभारली असून तिच्या द्वारे 1 मेगॅवॉट विद्युत् निर्मिती होऊ शकेल. उत्तर यॉर्कशरमध्ये 17 मी. व्यासाची कायतंतूंपासून बनविलेल्या तीन पात्यांची एक प्रायोगिक पवनचक्की उभारण्यात आलेली असून ती 16 किमी./तास वेगाच्या वाऱ्‍याच्या साह्याने 30 किवॉ. विजेची निर्मिती करू शकते. अशाच प्रकारच्या 68 मीं.व्यासाच्या आणि 11 मी./ से. वेगाच्या वाऱ्‍याने 1.5 मेवॉ. वीजेची निर्मिती करू शकेल अशा पवनचक्कीचा आराखडाही ब्रिटनमध्ये तयार करण्यात आलेला आहे.

अमेरिकेच्या नॅशनल एरॉनॉटिक्स अँड स्पेस ॲडमिनिस्ट्रेशनच्या (‘नासा’ च्या) प्लमब्रूक स्टेशन, सँडस्की, ओहायओ येथे एनर्जी रिसर्च अँड डेव्हेलपमेंट ॲडमिनिस्ट्रेशनच्या ( ‘एर्डा’ च्या) विद्यमाने 29 किमी./तास वेगाच्या वाऱ्‍याने 100 किवॉ. विद्युत् निर्मिती करू शकणाऱ्‍या प्रायोगिक पवनचक्कीची उभारणी करण्यात आली आहे. वा पवनचक्कीची रचना आ. 3 मध्ये दाखविली आहे. या पवनचक्कीचा पोलादी मनोरा 30 मी. उंच असून तिच्या द्विपाती घूर्णकाचा व्यास 37.5 मी. आहे. घूर्णकाचा दंड उभ्या मनोऱ्‍याशी काटकोनात असलेल्या आडव्या सुप्रवाही ( वाऱ्‍याच्या प्रवाहाला कमी रोध होईल अशी रचना असलेल्या) आकाराच्या, काचतंतूंपासून बनविलेल्या कोठीत बसविलेला आहे. पात्यांवर ॲल्युमिनियमाचे आवरण असून प्रत्येक पात्याचे वजन सु.910 किग्रॅ. आहे. पाती विशिष्ट आकाराची असून त्यांना 26.5⁰ प्रगामी पीळ दिलेला आहे. वाऱ्‍याचा वेग 13 किमी./ तास पेक्षा कमी आणि 97 किमी./तास पेक्षा जास्त झालायास पाती फिरणे आपोआप बंद व्हावे अशी योजना करण्यास आली आहे. जनित्राच्या गतीचे नियमन तबकडी गतिरोधकाच्या साहाय्याने केले जाते. पात्यांचा तुंबा व दंड 45 : 1 या गतिगुणोत्तराच्या दंतचक्र पेटीतून [⟶ दंतचक्र] विद्युत् जनित्राला 1,800 फेरे/मि.इतके घूर्णक परिबल पट्ट्यांच्या द्वारे पुरवितात.

भारतात समुद्रकिनारी व त्याजवळील घाटमाध्यावर 10 किमी./तास पेक्षा जास्त वेगाचे वारे फक्त पावसाळ्यात वाहतात. हिवाळ्यात व उऱ्‍हाळ्यात वाऱ्‍याचा वेग यापेक्षा कमी असतो, तर काही वेळा वाराच नसतो. शेतीला पावसाळ्यापेक्षा उऱ्‍हाळ्यात व हिवाळ्यात पाणी देण्याची जास्त जरूरी असते आणि नेमके त्याच वेळी वारे कमी वेगाचे असल्याने पवनचक्कीचा उपयोग होऊ शकत नाही. तथापि 2-3 किमी./तास वेगाचे वारे सर्व ऋतूंत व सर्वत्र उपलब्ध असल्याने त्यांवर कोणत्या प्रकारची पवनचक्की चालू शकेल व त्यासाठी तिच्या रचनेत कोणते बदल करावे लागतील यासंबंधी केंद्रीय शासनातर्के बंगलोर येथे संशोधन करण्यात येत आहे. पात्यांचे वजन कमी करण्यासाठी काचतंतू किंवा ॲल्युमिनियम वापरणे, पात्यांचा कोन व आकार बदलणे, घर्षण कमी करण्यासाठी नायलॉन किंवा स्वयंवंगणी धारवे [⟶ धारवा] वापरणे, संचायक विद्युत् घटात विद्युत् शक्ती साठवून नंतर ती जरूर त्या कामासाठी वापरणे इ. दृष्टींनी संशोधन चालू आहे. बंगलोर येथे पवनचक्क्या तयार करण्याचा एक कारखाना शासनातर्फे चालविण्यात येत असून त्यांची निर्यातही केली जाते.