فوائد و استخدامات زيت الجوجوبا

زيت الجوجوبا: 

تشمل الفوائد الصحية لزيت الجوجوبا الحد من علامات الشيخوخة المبكرة ، ومرطب ممتاز ، ويساعد على تلاشي علامات التمدد ، ويساعد على محاربة الفطريات ، ويساعد على تقليل التشققات ، ويمنع حروق الحلاقة والمطبات ، ويساعد على تسريع التئام الجروح ، ويمكن أن يساعد في منع تشقق الشفاه ، وتحفيز نمو الشعر ، يساعد في علاج الصدفية والأكزيما ، ويساعد في علاج حروق الشمس ، ويساعد في علاج فروة الرأس الجافة. إذا سبق لك استخدام أي نوع من مستحضرات التجميل ، فمن المحتمل أنه يحتوي على نوع من مستخلص زيت الجوجوبا. يُستخرج زيت الجوجوبا من بذرة Simmondsia chinensis (أو ببساطة نبات الجوجوبا) ، وهي شجيرة تنمو في مناطق كاليفورنيا وأريزونا وشمال المكسيك. زيت الجوجوبا ليس اكتشافًا حديثًا ، حيث توجد أدلة على أن الهنود الأصليين الذين يعيشون في هذه المناطق استخدموا زيت الجوجوبا منذ قرون لعلاج الجروح والعديد من الأمراض الأخرى. من المثير للاهتمام أيضًا أن نلاحظ أن "زيت" الجوجوبا ليس زيتًا في الحقيقة ، ولكنه شمع سائل. هذا يفصلها عن الزيوت الشائعة الأخرى بمعنى أنها تحتوي على نسبة عالية من الدهون الثلاثية ، مما يساهم في عدم استقرارها (أو يفسر سبب تفسخها بسرعة كبيرة). الاستثناءات البارزة هي زيت جوز الهند وزيوت الخروع ، التي تحتوي على نسبة عالية من الدهون الثلاثية ولكنها مستقرة للغاية أيضًا.

زيت الجوجوبا (يُنطق هو-هو-با) هو زيت نباتي يتم الحصول عليه من الفول المطحون لشجيرة الجوجوبا (سيموندسيا تشينينس). شجيرة الجوجوبا موطنها الأصلي صحراء سونوران في شمال غرب المكسيك والمناطق المجاورة في أريزونا وجنوب كاليفورنيا. ينمو في مدرجات كثيفة في جميع أنحاء تلك المنطقة. قد يصل ارتفاع الشجيرة الخشبية دائمة الخضرة إلى 15 قدمًا (4.5 مترًا).تحتوي الجوجوبا على أوراق جلدية رمادية وخضراء مسطحة ونظام جذور عميق يجعلها تتكيف جيدًا مع حرارة الصحراء والجفاف. لها عمر افتراضي يتراوح من 100 إلى 200 سنة ، حسب الظروف البيئية. ينمو نبات الجوجوبا بشكل أفضل في المناطق التي يبلغ معدل هطول الأمطار فيها 10-18 بوصة (25-45 سم) سنويًا حيث نادرًا ما تنخفض درجات الحرارة عن 25 درجة فهرنهايت (-4 درجة مئوية) لأكثر من بضع ساعات في الليل. يمكن أن ينمو في أنواع عديدة من التربة ، بما في ذلك الصخور المسامية ، في التربة الحمضية إلى القلوية ، وعلى المنحدرات الجبلية أو في الوديان [1].

شجيرات الجوجوبا ثنائية المسكن ، مما يعني أن النباتات إما ذكور (سداة) ، تنتج حبوب اللقاح ، أو أنثى (مدققة) تنتج الأزهار. الزهور الصغيرة ليس لها رائحة أو بتلات ولا تجذب الحشرات الملقحة. يتم تلقيح الأزهار بواسطة الرياح في أواخر مارس. تتطور الأزهار إلى ثمار بحلول أغسطس ، مع اكتمال النضج بحلول أكتوبر. تجف الثمرة الخضراء في حرارة الصحراء ، ويذبل قشرها الخارجي ويتراجع ليكشف عن بذرة بنية ذات قشرة ناعمة مجعدة (يشار إليها باسم الجوز أو الفول) بحجم ثمرة زيتون صغيرة [2]. تحتوي هذه المكسرات ، التي تشبه حبوب البن ، على زيت نباتي نقي وعديم الرائحة ولكنه أقل دهنية بلمسة من زيوت الطعام التقليدية. يشكّل الزيت نصف وزن الجوز. يوجد حوالي 1700 بذرة في الرطل الواحد. يلزم 17 رطلاً (6.3 كجم) من بذور الجوجوبا لإنتاج جالون واحد من الزيت.

استخدم الأمريكيون الأصليون الجوجوبا لمئات السنين. في القرن الثامن عشر الميلادي ، أشار الأب جونيبيرو سيرا ، مؤسس 21 مهمة في كاليفورنيا ، في مذكراته إلى أن الأمريكيين الأصليين كانوا يستخدمون الزيت والبذور لأغراض مختلفة: لعلاج القروح والجروح والكدمات والحروق. كمكمل غذائي وكمثبط للشهية عندما لا يتوفر الطعام ؛ كمكيف للبشرة ، لتهدئة حروق الرياح وحروق الشمس ؛ كزيت للطبخ كعلاج للشعر أو فروة الرأس وترميم الشعر ؛ وكمشروب يشبه القهوة عن طريق تحميص البذور.

يختلف التركيب الكيميائي لزيت الجوجوبا عن الزيوت النباتية الأخرى. بدلاً من أن يكون زيتًا ، فهو في الواقع عبارة عن شمع سائل غير مشبع يشبه زيت حوت العنبر ، على الرغم من عدم وجود رائحة مريبة. وهي مصنوعة من الأحماض الدهنية وكذلك الاسترات المكونة بالكامل من كحول السلسلة المستقيمة. يحتوي كل من أجزاء الحمض والكحول في زيت الجوجوبا على 20 أو 22 ذرة كربون ، ولكل منها رابطة واحدة غير مشبعة. يصعب تركيب الشمع من هذا النوع. كشمع ، يعتبر زيت الجوجوبا مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب التحكم في الرطوبة والحماية والمطريات. زيت الجوجوبا سائل في درجة حرارة الغرفة بسبب الأحماض الدهنية غير المشبعة. لا يتأكسد ولا يتفسخ ولا يتحلل تحت درجات الحرارة والضغوط العالية. يمكن تسخين زيت الجوجوبا إلى 370 درجة فهرنهايت (188 درجة مئوية) لمدة 96 ساعة دون إظهار تدهور في التكوين العام وطول سلسلة الكربون. الثبات الذي يظهره زيت الجوجوبا يجعله مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات التجميلية.

عندما حظرت الولايات المتحدة استخدام زيت حوت العنبر (شمع spermaceti) في عام 1974 ، بدأت الحكومة في تمويل الجهود للتحقيق في زراعة الجوجوبا كبديل. تم العثور على زيت الجوجوبا ليكون بديلاً مناسبًا للتطبيقات التي سبق أن استخدمت زيت حوت العنبر. زيت الجوجوبا له استخدامات عديدة في مجموعة متنوعة من الصناعات. كمستحضر تجميلي ، فهو منظف ومرطب ومرطب ومنعم فعال للبشرة والشعر. يتم تطبيقه مباشرة على الجلد لتنعيم البشرة ، وتقليل التجاعيد وعلامات التمدد ، وللتفتيح والمساعدة في التئام الندبات ، وتعزيز صحة فروة الرأس والشعر. زيت الجوجوبا مشابه للزهم الدهني ، وهو قابل للامتزاج به ، والذي تفرزه الغدد الدهنية البشرية لتزليق وحماية الجلد والشعر. عندما ينخفض ​​إنتاج الدهون بسبب العمر أو الملوثات أو الضغوط البيئية ، يمكن استخدام زيت الجوجوبا لتكرار زيت الزهم. يمكن أن يتراكم زيت الجوجوبا حول جذور الشعر ، مما يعمل على ترطيب الشعر ويمنعه من أن يصبح هشًا وباهتًا. إذا كان هناك الكثير من الدهون المتراكمة على فروة الرأس ، فإنه يذوب ويزيل الدهون ، ويترك الشعر نظيفًا. يمكن لزيت الجوجوبا كعامل مذاب أيضًا أن يزيل التراكم اللزج على الشعر من مستحضرات الشعر وكذلك الجسيمات المحمولة جواً المترسبة على الشعر. يشكل طبقة دهنية على الجلد ، تعمل كمرطب ، كما تخترق وتمتصها الطبقة الخارجية من الجلد. يستخدم على نطاق واسع كمكون في الشامبو والبلسم ومستحضرات الوجه واليدين والجسم ومنتجات العناية بالبشرة والأظافر ومستحضرات العناية بالطفل والكريمات والزيوت والمنظفات والمرطبات وزيوت الاستحمام والصابون ومستحضرات الوقاية من الشمس ومنتجات الماكياج. يستخدم زيت الجوجوبا أيضًا كأساس في صناعة العطور. تشمل الاستخدامات العلاجية المحتملة لزيت الجوجوبا علاج حب الشباب والقروح الباردة وأمراض الجلد مثل الصدفية.

زيت الجوجوبا هو أيضًا مبيد آفات مسجل (مرخص للبيع) للاستخدام على المحاصيل. يتم استخدامه لمكافحة الذباب الأبيض على جميع المحاصيل والعفن البودرة على العنب ونباتات الزينة. يتم تطبيقه كرذاذ يحتوي على 1٪ أو أقل من التركيز النهائي لزيت الجوجوبا. يعمل كمبيد للآفات عن طريق تشكيل حاجز مادي بين الآفات الحشرية وسطح الورقة. نظرًا لسميته المنخفضة وتدهوره السريع في البيئة ، فإن زيت الجوجوبا لا يشكل خطرًا على الكائنات الحية غير المستهدفة أو البيئة ؛ على الرغم من أنه زيت ، لا ينبغي التخلص منه في البحيرات أو المسطحات المائية الأخرى.

يتم تحضير زيت الجوجوبا بالضغط على بذور الجوجوبا لاستخراج الزيت ، ثم بالترشيح. ثم يتم بسترتها لضمان سلامة المنتج. يتم إنتاج أربع درجات من زيت الجوجوبا:

أنا. زيت ذهبي نقي طبيعي ، لون أصفر ذهبي يتم إنتاجه بواسطة عملية الإنتاج الأساسية ؛

ثانيا. زيت الجوجوبا المكرر والمبيض ، مع إزالة اللون عن طريق التبييض والترشيح ؛

ثالثا. درجة مزيلة اللون / مزيلة للرائحة ، تستخدم في مستحضرات التجميل التي تتطلب زيوتًا عديمة اللون والرائحة ؛

رابعا. درجة جزيئية مقطرة ، تركيبة باهظة الثمن يتم إنتاجها بكميات قليلة ، حيث تم استبدال استخدامها في الغالب بزيت الجوجوبا المزيل للون / مزيل الرائحة.

زيت الجوجوبا مادة غير سامة وغير زؤانية (لا تسد المسام) وهي مادة مضادة للحساسية. لقد تم استخدامه على نطاق واسع لعقود في مستحضرات التجميل ، دون الإبلاغ عن أي آثار ضارة. إذا تم تناول زيت الجوجوبا ، يتم التخلص من معظمه في البراز ، مع القليل من التوزيع في الجسم. بذور زيت الجوجوبا من شجيرة Simmondsia chinensis ( S. californica) منذ فترة طويلة يستخدمها الأمريكيون الأصليون كغذاء ويتم تحميصها وطحنها لإعداد المشروبات. الزيت عبارة عن شمع سائل من أحماض دهنية طويلة السلسلة (أحماض إيكوزينية وديكوسينية (أيروسيك)) مُسترة بكحولات طويلة السلسلة (إيكوسانول ودوكوسانول). ذات أهمية في مستحضرات التجميل كبديل لزيت حوت العنبر ولكن لها أيضًا تطبيقات غذائية ، على سبيل المثال كعامل طلاء للفواكه المجففة [3]. يُعتبر القلي العميق للأطعمة في كل مكان في العالم أكثر وحدات العمليات شيوعًا المستخدمة في تحضير الطعام. يشير القلي العميق بالدهون إلى أنه يأكل الزيت أو الدهون في وجود الرطوبة والهواء ثم يخضع لتدهور شديد من خلال الأكسدة. تشتمل هذه العملية على أكسدة المراكز غير المشبعة للأحماض الدهنية غير المشبعة وما ينتج عنها من فرط الأكسيدات والمواد المسببة للسرطان ، سوف تتحلل لتنتج مواد متطايرة بشكل عام مثل الألدهيدات والكيتونات والأحماض ، وهي المركبات المسؤولة عن النكهة. في هذا الوضع ، يتم استخدام عدة طرق لمنع أو تأخير أكسدة الزيت وتحسين جودة الزيوت المقلية. تشمل هذه الطرق: ميثيل السيلوكسان ، مزج أو خلط الزيوت (خلط زيت عباد الشمس مع زيوت أخرى) ، عملية الغشاء ، كبريتات الحديدوز [4].

شعب مصر مغرم بالأطعمة المقلية مثل الفلافل ورقائق البطاطس والبطاطس المقلية وأعواد السمك والدجاج المقلي. لذلك ، هناك حاجة لكميات كبيرة من الزيوت لمواكبة الاستهلاك المرتفع للزيوت للقلي العميق الدسم. وبسبب نقص إنتاج النفط ، هناك حاجة إلى طرق بديلة للتغلب على هذا الوضع. من بين هذه الطرق إيجاد وسيلة تسخين أخرى للقلي العميق بالدهون. بشكل عام ، يجب أن يفي وسيط القلي العميق بالدهون بالخصائص التالية: مادة غير الجلسريد (مركبات منخفضة السعرات الحرارية) ، لا تدخن فوق 2000 درجة مئوية ، تتحمل الأكسدة الحرارية ولا تسبب مخاطر غذائية.

زيت الجوجوبا هو زيت صالح للأكل غني بجميع أنواع الفيتامينات والمعادن وهو ما يسبب مظهره الجسدي الكثيف. إنه مشبع بها حرفيًا ، ولهذا السبب يمكن للعديد من الصناعات اليوم أن تجد الكثير من الاستخدامات لها. يوجد أيضًا زيت الجوجوبا المكرر والعضوية للبيع حاليًا ، على غرار فئات درجة الطهي لزيوت الطهي الشهيرة الأخرى مثل زيت الزيتون. يمكن لزيت الجوجوبا أيضًا أن يتحمل درجات الحرارة العالية دون أن ينفصل. فهل يمكن استخدام زيت الجوجوبا للطبخ؟ الإجابة المختصرة هي نعم ، لكن لا يوصى بذلك على الإطلاق. الفئات والدرجات المختلفة لزيت الجوجوبا المباعة اليوم مخصصة فقط للتطبيقات الخارجية والموضعية وليس للاستهلاك [5].

عند استهلاكه ، لن يوفر زيت الجوجوبا أي سعرات حرارية لأنه لا يمكن لأجسامنا هضمه ، بل يعمل كمواد تشحيم لجهازنا الهضمي. هذا يعني أن كل محتواه الغذائي سيبقى في الزيت ، مما يجعله عديم الفائدة عمليًا بالنسبة لنا. يستخدمه الأشخاص الذين يتطلعون إلى التحكم في السعرات الحرارية التي يتناولونها كزيت للنظام الغذائي لأنه لا يوفر أي سعرات حرارية. ومع ذلك ، فإن تناول الكثير من زيت الجوجوبا يسبب الإسهال الدهني ، وهي حالة تظهر فيها الدهون الزائدة في البراز. إذا قررت على الإطلاق استخدام زيت الجوجوبا كزيت للطبخ ، فتأكد من استخدام النسخة العضوية والنقية منه لتجنب استهلاك الشوائب أو المركبات الاصطناعية الأخرى. أيضًا ، تناول كميات صغيرة ومضبوطة من زيت الجوجوبا لتجنب الإسهال الدهني. على الرغم من أن استخدامه اليوم في صناعة الطهي لا يزال محدودًا ،

يتكون الزيت بشكل أساسي من أحادي الاسترات ذات السلسلة المستقيمة في نطاق Cl8-C24 مثل كحول وأحماض ذات رابطتين مزدوجتين ، واحدة على كل جانب من رابطة الإستر [6،7]. إن إنزيمات الليباز البشرية ، التي تهضم معظم الزيوت النباتية والدهون الحيوانية ، لا تهضم زيت الجوجوبا ، مما يسمح لها بالمرور عبر الجهاز الهضمي غير المستقلب إلى حد كبير. بالإضافة إلى ذلك ، ذكرت Anantharaman [8] أن زيت الجوجوبا بطيء في التحول إلى زنخ وغير تالف بسبب التسخين إلى درجات حرارة عالية. علاوة على ذلك ، Isbell et al. (1999) درس مؤشرات الاستقرار التأكسدي للعديد من الزيوت النباتية عند 1100 درجة مئوية. أفادوا أن زيت الجوجوبا الخام يتمتع باستقرار مؤكسد جيد. كما تم توضيح النتائج المفيدة في الدراسات التي تركز على استبدال الدهون والزيوت الصالحة للأكل بزيت الجوجوبا في المارجرين والمايونيز.

فيما يتعلق باستخدامات الطب الشعبي لزيت الجوجوبا ، فقد ورد أن له مجموعة واسعة من الاستخدامات. استخدم هنود كاليفورنيا الزيت كدواء للسرطان واضطرابات الكلى والصداع والجروح والتهاب الحلق. أيضًا ، تم الإبلاغ عن استخدام الزيت في مستحضرات التجميل كمضاد للقشرة ، وفي ترميم الشعر ، وكريمات الشعر ومستحضرات ترطيب الجسم. علاوة على ذلك ، وجد أن زيت الجوجوبا فعال في علاج حب الشباب والأكزيما والصدفية. أيضًا ، يمتلك الزيت تأثيرات مضادة للميكروبات ، ومضادة للطفيليات ، ومضادة للحرارة ، ومضادة للالتهابات [9] وتأثيرات نقص الكولسترول. تم الإبلاغ عن العديد من التطبيقات ، بما في ذلك طلاء المواد الغذائية ، مما أدى إلى تحسين الاستقرار بشكل كبير مقارنة بالزيوت المهدرجة.

مشتق الهيدروكربونات المعدنية (MHC) من مصادر البترول. من الناحية الهيكلية ، تتكون الهيدروكربونات الموجودة في الزيوت المعدنية في الغالب من البارافينات (ألكانات السلاسل المستقيمة) ، والأيزوبارافينات (السلاسل المتفرعة) وإيكلوبرافين (الحلقات المشبعة ذات السلاسل الجانبية). قامت اللجنة العلمية للأغذية بتقييم سمية المعادن والاصطناعية علاوة على ذلك ، وجد أن زيت الجوجوبا فعال في علاج حب الشباب والأكزيما والصدفية. أيضًا ، يمتلك الزيت تأثيرات مضادة للميكروبات ، ومضادة للطفيليات ، وخافضة للحرارة ، ومضادة للالتهابات [9] وتأثيرات نقص الكولسترول. تم الإبلاغ عن العديد من التطبيقات ، بما في ذلك طلاء المواد الغذائية ، مما أدى إلى تحسين الاستقرار بشكل كبير مقارنة بالزيوت المهدرجة. مشتق الهيدروكربونات المعدنية (MHC) من مصادر البترول. هيكليا الهيدروكربونات الموجودة في الزيوت المعدنية هي في الغالب البارافينات (ألكانات السلاسل المستقيمة) ، الأيزوبرافين (السلاسل المتفرعة) والسيكلوبرافين (الحلقات المشبعة ذات السلاسل الجانبية). يتم تطبيق MHC والبترول عن قصد على كل من الاستخدامات المباشرة وغير المباشرة للمضافات الغذائية. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. isoparaffins (سلاسل متفرعة) و cycloparaffins (حلقات مشبعة بسلاسل جانبية). يتم تطبيق MHC والبترول عن قصد على كل من الاستخدامات المباشرة وغير المباشرة للمضافات الغذائية. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم الخاصة بالطعام ومانعات التسرب للزجاجات ومرطبانات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. isoparaffins (سلاسل متفرعة) و cycloparaffins (حلقات مشبعة بسلاسل جانبية). يتم تطبيق MHC والبترول عن قصد على كل من الاستخدامات المباشرة وغير المباشرة للمضافات الغذائية. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11]. بعض الاستخدامات المضافة المباشرة المعتمدة لـ MHC كطلاء للفواكه والخضروات ، وعوامل مانعة للتسرب وتلميع للحلويات ، وعوامل للتحكم في الغبار للحبوب أثناء التخزين وكشحم وزيوت تحرر في الخبز [10]. تشمل التطبيقات المضافة غير المباشرة لـ MHC الاستخدامات كمكونات للكرتون ومواد التعبئة والتغليف ، والمواد اللاصقة ، ومواد التشحيم للأغذية ومانعات التسرب للزجاجات وعبوات التعليب المنزلي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام MHC على نطاق واسع في مستحضرات التجميل والمنتجات الصيدلانية [11].

Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery

 Definition of a turbomachine

We classify as turbomachines all those devices in which energy is transferred either to, or from, a continuously flowing fluid by the dynamic action of one or more moving blade rows. The word turbo or turbinis is of Latin origin and implies that which spins or whirls around. Essentially, a rotating blade row, a rotor or an impeller changes the stagnation enthalpy of the fluid moving through it by either doing positive or negative work, depending upon the effect required of the machine. These enthalpy changes are intimately linked with the pressure changes occurring simultaneously in

the fluid. In the earlier editions of this book, open turbomachines, such as wind turbines, pro-pellers and unshrouded fans were deliberately excluded, primarily because of the conceptual difficulty of properly defining the mass flow that passes through the blades.

However, despite this apparent problem, the study of wind turbines has become an attractive and even an urgent task, not least because of the almost astonishing increase in their number. Wind turbines are becoming increasingly significant providers of electrical power and targets have even been set in some countries for at least 10% of power generation to be effected by this means by 2010. It is a matter of expediency to now include the aerodynamic theory of wind turbines in this book and so a new chapter has been added on the topic. It will be observed that the problem of dealing with the inde-terminate mass flow has been more or less resolved.Two main categories of turbomachine are identified: firstly, those that absorb powerto increase the fluid pressure or head (ducted fans, compressors and pumps); secondly,those that produce power by expanding fluid to a lower pressure or head (hydraulic,steam and gas turbines). Figure 1.1 shows, in a simple diagrammatic form, a selectionof the many different varieties of turbomachine encountered in practice. The reasonthat so many different types of either pump (compressor) or turbine are in use is becauseof the almost infinite range of service requirements. Generally speaking, for a given setof operating requirements one type of pump or turbine is best suited to provide optimum conditions of operation. This point is discussed more fully in the section of this chapter concerned with specific speed.

Turbomachines are further categorised according to the nature of the flow path through the passages of the rotor. When the path of the through-flow is wholly or mainly parallel to the axis of rotation, the device is termed an axial flow turbomachine (e.g. Figure 1.1(a) and (e)). When the path of the through-flow is wholly or mainly in a plane perpendicular to the rotation axis, the device is termed a radial flow turbomachine (e.g. Figure 1.1(c)). More detailed sketches of radial flow machines are given in Figures 7.1,7.2, 8.2 and 8.3. Mixed flow turbomachines are widely used. The term mixed flow in

 this context refers to the direction of the through-flow at rotor outlet when both radial and axial velocity components are present in significant amounts. Figure 1.1(b) shows a mixed flow pump and Figure 1.1(d) a mixed flow hydraulic turbine.

One further category should be mentioned. All turbomachines can be classified as

either impulse or reaction machines according to whether pressure changes are absent or present respectively in the flow through the rotor. In an impulse machine all the pressure change takes place in one or more nozzles, the fluid being directed onto the rotor.

The Pelton wheel, Figure 1.1(f), is an example of an impulse turbine.

The main purpose of this book is to examine, through the laws of fluid mechanics and thermodynamics, the means by which the energy transfer is achieved in the chief types of turbomachine, together with the differing behaviour of individual types in oper-

ation. Methods of analysing the flow processes differ depending upon the geometrical configuration of the machine, whether the fluid can be regarded as incompressible or not, and whether the machine absorbs or produces work. As far as possible, a unified treatment is adopted so that machines having similar configurations and function are considered together.

 

Units and dimensions

The International System of Units, SI (le Système International d’Unités) is a unified

self-consistent system of measurement units based on the MKS (metre–kilogram–

second) system. It is a simple, logical system based upon decimal relationships between units making it easy to use. The most recent detailed description of SI has been published in 1986 by HMSO. For an explanation of the relationship between, and use of, physical quantities, units and numerical values see Quantities, Units and Symbols (1975), published by The Royal Society or refer to ISO 31/0-1981.

Great Britain was the first of the English-speaking countries to begin, in the 1960s,

the long process of abandoning the old Imperial System of Units in favour of the

International System of Units, and was soon followed by Canada, Australia, New

Zealand and South Africa. In the USA a ten year voluntary plan of conversion to SI

units was commenced in 1971. In 1975 US President Ford signed the Metric Conversion

Act which coordinated the metrication of units, but did so without specifying a schedule of conversion. Industries heavily involved in international trade (cars, aircraft, food and drink) have, however, been quick to change to SI for obvious economic reasons, but others have been reluctant to change.

SI has now become established as the only system of units used for teaching 

engineering in colleges, schools and universities in most industrialised countries throughout the world. The Imperial System was derived arbitrarily and has no consistent numerical base, making it confusing and difficult to learn. In this book all numerical problems involving units are performed in metric units as this is more convenient

than attempting to use a mixture of the two systems. However, it is recognised that some problems exist as a result of the conversion to SI units. One of these is that many valuable papers and texts written prior to 1969 contain data in the old system of units and would need converting to SI units. 

Some SI units

The SI basic units used in fluid mechanics and thermodynamics are the metre (m),

kilogram (kg), second (s) and thermodynamic temperature (K). All the other units used in this book are derived from these basic units. The unit of force is the newton (N), defined as that force which, when applied to a mass of 1 kilogram, gives an acceleration to the mass of 1 m/s2

. The recommended unit of pressure is the pascal (Pa) which is the pressure produced by a force of 1 newton uniformly distributed over an area of 1 square metre. Several other units of pressure are in widespread use, however, foremost of these being the bar. Much basic data concerning properties of substances (steam and gas tables, charts, etc.) have been prepared in SI units with pres-

sure given in bars and it is acknowledged that this alternative unit of pressure will continue to be used for some time as a matter of expediency. It is noted that 1 bar equals105 Pa (i.e. 105 N/m2), roughly the pressure of the atmosphere at sea level, and is perhaps an inconveniently large unit for pressure in the field of turbomachinery

anyway! In this book the convenient size of the kilopascal (kPa) is found to be the most useful multiple of the recommended unit and is extensively used in most calculations and examples.

In SI the units of all forms of energy are the same as for work. The unit of energy

is the joule (J) which is the work done when a force of 1 newton is displaced through a distance of 1 metre in the direction of the force, e.g. kinetic energy (1/2 mc2) has the dimensions kg ¥ m2/s2

; however, 1 kg = 1 Ns2/m from the definition of the newton given above. Hence, the units of kinetic energy must be Nm = J upon substituting dimensions.

The watt (W) is the unit of power; when 1 watt is applied for 1 second to a system

the input of energy to that system is 1 joule (i.e. 1 J).The hertz (Hz) is the number of repetitions of a regular occurrence in 1 second. Instead of writing c/s for cycles/sec, Hz is used. The unit of thermodynamic temperature is the kelvin (K), written without the ° sign, and is the fraction 1/273.16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water. The degree celsius (°C) is equal to the unit kelvin. Zero on the celsius scale is

the temperature of the ice point (273.15 K). Specific heat capacity, or simply specific heat, is expressed as J/kg K or as J/kg°C. Dynamic viscosity, dimensions ML-1 T-1 , has the SI units of pascal seconds, i.e. Hydraulic engineers find it convenient to express pressure in terms of head of a liquid. The static pressure at any point in a liquid at rest is, relative to the pressure acting on the free surface, proportional to the vertical distance of the free surface above that point. The head H is simply the height of a column of the liquid which can be supported by this pressure. If r is the mass density (kg/m3

) and g the local gravitational acceleration (m/s2), then the static pressure p (relative to atmospheric pressure) is p = rgH, where H is in metres and p is in pascals (or N/m2

). This is left for the student to verify as a simple exercise.

 Dimensional analysis and performance laws

The widest comprehension of the general behaviour of all turbomachines is, without doubt, obtained from dimensional analysis. This is the formal procedure whereby the group of variables representing some physical situation is reduced into a smaller number of dimensionless groups. When the number of independent variables is not too great, dimensional analysis enables experimental relations between variables to be found with the greatest economy of effort. Dimensional analysis applied to turbomachines has two further important uses: (a) prediction of a prototype’s performance from tests conducted on a scale model (similitude); (b) determination of the most suitable type of machine, on the basis of maximum efficiency, for a specified range of head, speed and flow rate. Several methods of constructing non-dimensional groups have been described by Douglas et al. (1995) and by Shames (1992) among other authors.

The subject of dimensional analysis was made simple and much more interesting by Edward Taylor (1974) in his comprehensive account of the subject. It is assumed here that the basic techniques of forming non-dimensional groups have already been acquired by the student.

Adopting the simple approach of elementary thermodynamics, an imaginary envelope (called a control surface) of fixed shape, position and orientation is drawn around the turbomachine (Figure 1.2). Across this boundary, fluid flows steadily, entering at station 1 and leaving at station 2. As well as the flow of fluid there is a flow of work across the control surface, transmitted by the shaft either to, or from, the machine. For the present all details of the flow within the machine can be ignored and only externally observed features such as shaft speed, flow rate, torque and change in fluid properties across the machine need be considered. To be specific, let the turbomachine be a pump (although the analysis could apply to other classes of turbomachine) driven by an electric motor. The speed of rotation N, can be adjusted by altering the current to the motor; the volume flow rate Q, can be independently adjusted by means of a throttle valve. For fixed values of the set Q and N, all other variables such as torque t, head H, are thereby established. The choice of Q and N as control variables is clearly arbitrary and any other pair of independent variables such as t and H could equally well

have been chosen. The important point to recognise is that there are for this pump, two control variables. If the fluid flowing is changed for another of different density r, and viscosity m, the performance of the machine will be affected. Note, also, that for a turbomachine handling compressible fluids, other fluid properties are important and are discussed later.

So far we have considered only one particular turbomachine, namely a pump of a given size. To extend the range of this discussion, the effect of the geometric variables on the performance must now be included. The size of machine is characterised by the impeller diameter D, and the shape can be expressed by a number of length ratios, l1/D, l2/D, etc.

Incompressible fluid analysis

The performance of a turbomachine can now be expressed in terms of the control variables, geometric variables and fluid properties. For the hydraulic pump it is convenient to regard the net energy transfer gH, the efficiency h, and power supplied P, as dependent variables and to write the three functional relationships as

By the procedure of dimensional analysis using the three primary dimensions, mass, length and time, or alternatively, using three of the independent variables we can form the dimensionless groups. The latter, more direct procedure requires that the variables selected, r, N, D, do not of themselves form a dimensionless group. The selection of r, N, D as common factors avoids the appearance of special fluid terms (e.g. mℋℋℋℳℳ, Q) in more than one group and allows gH, h and P to be made explicit. Hence the three relationships reduce to the following easily verified forms.

Energy transfer coefficient, sometimes called head coefficient

which is frequently used is the velocity (or flow) coefficient f = cx /U where U is blade tip speed and cx the average axial velocity. Since

Because of the large number of independent groups of variables on the right-hand side of eqns. (1.2), those relationships are virtually worthless unless certain terms can be discarded. In a family of geometrically similar machines l1/D, l2/D are constant and may be eliminated forthwith. The kinematic viscosity, - ℌ = m/r is very small in turbomachines handling water and, although speed, expressed by ND, is low the Reynolds number is correspondingly high. Experiments confirm that effects of Reynolds number on the performance are small and may be ignored in a first approximation. The functional relationships for geometrically similar hydraulic turbomachines are then,

This is as far as the reasoning of dimensional analysis alone can be taken; the actual form of the functions f4, f5 and f6 must be ascertained by experiment.

One relation between y, f, h and Pˆ may be immediately stated. For a pump the net hydraulic power, PN equals rQgH which is the minimum shaft power required in the absence of all losses. No real process of power conversion is free of losses and the actual shaft power P must be larger than PN. We define pump efficiency (more precise definitions of efficiency are stated in Chapter 2) h = PN/P = rQgH/P. Therefore

 Thus f6 may be derived from f4 and f5 since Pˆ = fy/h. For a turbine the net hydraulic power PN supplied is greater than the actual shaft power delivered by the machine andthe efficiency h = P/PN. This can be rewritten as Pˆ = hfy by reasoning similar to theabove considerations

Work and potential energy

 Work and potential energy

Potential energy is closely linked with forces. If the work done by a force on a body that moves from A to B does not depend on the path between these points, then the work of this force measured from A assigns a scalar value to every other point in space and defines a scalar potential field. In this case, the force can be defined as the negative of thevector gradient of the potential field.

If the work for an applied force is independent of the path, then the work done by the force is evaluated at the start and end of the trajectory of the point of application. This means that there is a function U (x), called a "potential," that can be evaluated at the two points x_A and x_B to obtain the work over any trajectory between these two points. It is tradition to define this function with a negative sign so that positive work is a reduction in the potential, that is

where C is the trajectory taken from A to B. Because the work done is independent of the path taken, then this expression is true for any trajectory, C, from A to B.

The function U(x) is called the potential energy associated with the applied force. Examples of forces that have potential energies are gravity and spring forces.

Compressed air energy storage

 is a way to store energy generated at one time for use at another time using compressed air. At utility scale, energy generated during periods of low energy demand (off-peak) can be released to meet higher demand (peak load) periods. Small scale systems have long been used in such applications as propulsion of mine locomotives. Large scale applications must conserve the heat energy associated with compressing air; dissipating heat lowers the energy efficiency of the storage system.

,

where , and so, . Here,  is the absolute pressure,  is the volume of the vessel,  is the amount of substance of gas (mol) and  is theideal gas constant

Potential energy for a linear spring

A horizontal spring exerts a force F = (−kx, 0, 0) that is proportional to its deflection in the x direction. The work of this spring on a body moving along the space curve s(t) = (x(t), y(t), z(t)), is calculated using its velocity, v = (v_x, v_y, v_z), to obtain

For convenience, consider contact with the spring occurs at t = 0, then the integral of the product of the distance x and the x-velocity, xv_x, is x²/2.

The function

 

electrical-energy storage

1-Mechanical storage systems

The most common mechanical storage systems are pumped hydroelectric power plants (pumped hydro storage, PHS), compressed air energy storage (CAES) and fl ywheel energy storage (FES).

Pumped hydro storage (PHS)

With over 120 GW, pumped hydro storage power plants represent nearly 99 % of world-wide installed electrical storage capacity [doe07], which is about 3 % of global generation Capacity

 

Compressed air energy storage

(CAES)

Compressed air (compressed gas) energy storage is a technology known and used since the 19th century for different industrial applications including mobile ones.

 

2-Electrochemical storage systems

 

In this section various types of batteries are described. Most of them are technologically mature for practical use. First, six secondary battery types are listed: lead acid, NiCd/NiMH Li-ion, metal air, sodium sulphur and sodium nicke chloride; then follow two sorts of fl ow battery.

 

Waste Heat Recovery

 

 

Waste heat losses arise both from equipment inefficiencies and from thermodynamic limitations on equipment and processes. For example, consider reverberatory furnaces frequently used in aluminum melting operations. Exhaust gases immediately leaving the furnace can have temperatures as high as 2,2002,400°F [1,2001,300°C]. Consequently, these gases have highheat content, carrying away as much as 60% of furnace energy inputs. Efforts can be made to design more energyefficient reverberatory furnaces with better heat transfer and lower exhaust temperatures; however, the laws of thermodynamics place a lower limit on the temperature of exhaust gases. Since heat exchange involves energy transfer from a hightemperature source to a lowertemperature sink, the combustion gas temperature must always exceed the molten aluminum temperature in order to facilitate aluminum melting. The gas temperature in the furnace will never decrease below the temperature of the molten aluminum, since this would violate the second law of thermodynamics. Therefore, the minimum possible temperature of combustion gases immediately exiting an aluminum reverberatory furnace corresponds to the aluminum pouring point temperature 1,2001,380°F [650750°C]. In this scenario, at least 40% of the energy input to the furnace is still lost as waste heat (Appendix A: Documentation of Waste Heat Estimates)

Band with of sun radiation

In a point at the top of Earth’s atmosphere, the beam of nearly parallel incident

sunrays is referred to as extraterrestrial radiation (ETR). ETR fluctuates about

6.9 % during a year (from 1412.0 Wm-2 in January to 1321.0 Wm-2 in July) due to the Earth’s varying distance from the Sun

                 

Wind turbine

A wind turbine is a device that converts kinetic energy from the wind into electrical power. The term appears to have migrated from parallel hydroelectric technology (rotary propeller). The technical description for this type of machine is an aerofoil-powered generator.

The result of over a millennium of windmill development and modern engineering, today's wind turbines are manufactured in a wide range of vertical and horizontal axis types. The smallest turbines are used for applications such as battery charging for auxiliary power for boats or caravans or to power traffic warning signs. Slightly larger turbines can be used for making contributions to a domestic power supply while selling unused power back to the utility supplier via the electrical grid. Arrays of large turbines, known as wind farms, are becoming an increasingly important source of renewable energy and are used by many countries as part of a strategy to reduce their reliance on fossil fuels.

Types

Horizontal axis

Horizontal-axis wind turbines (HAWT) have the main rotor shaft and electrical generator at the top of a tower, and must be pointed into the wind. Small turbines are pointed by a simple wind vane, while large turbines generally use a wind sensor coupled with a servo motor. Most have a gearbox, which turns the slow rotation of the blades into a quicker rotation that is more suitable to drive an electrical generator

Vertical axis design

Vertical-axis wind turbines (or VAWTs) have the main rotor shaft arranged vertically. One advantage of this arrangement is that the turbine does not need to be pointed into the wind to be effective, which is an advantage on a site where the wind direction is highly variable. It is also an advantage when the turbine is integrated into a building because it is inherently less steerable. Also, the generator and gearbox can be placed near the ground, using a direct drive from the rotor assembly to the ground-based gearbox, improving accessibility for maintenance.

 

Breeder reactors

²³⁸U is not usable directly as nuclear fuel, though it can produce energy via "fast" fission. In this process, a neutron that has a kinetic energy in excess of 1 MeV can cause the nucleus of ²³⁸U to split in two. Depending on design, this process can contribute some one to ten percent of all fission reactions in a reactor, but too few of the about 1.7 neutrons produced in each fission have enough speed to continue a chain reaction.

²³⁸U can be used as a source material for creating plutonium-239, which can in turn be used as nuclear fuel. Breeder reactors carry out such a process of transmutation to convert the fertile isotope ²³⁸U into fissile Pu-239. It has been estimated that there is anywhere from 10,000 to five billion years worth of ²³⁸U for use in these power plants. Breeder technology has been used in several experimental nuclear reactors.

By December 2005, the only breeder reactor producing power was the 600-megawatt BN-600 reactor at the Beloyarsk Nuclear Power Station in Russia. Russia has planned to build another unit, BN-800, at the Beloyarsk nuclear power plant. Also, Japan's Monju breeder reactor is planned to be started, having been shut down since 1995, and both China and India have announced plans to build nuclear breeder reactors.

The breeder reactor as its name implies creates even larger quantities of Pu-239 than the fission nuclear reactor.

The Clean And Environmentally Safe Advanced Reactor (CAESAR), a nuclear reactor concept that would use steam as a moderator to control delayed neutrons, will potentially be able to burn ²³⁸U as fuel once the reactor is started with LEU fuel. This design is still in the early stages of development

 

Coal world consumption per day

According to a Greenpeace analysis, between the months of January and September 2015 coal use around the world was down by at least 2.3% and by as much as 4.6% versus the same period last year.

 

This historic fall was caused by a ‘perfect storm’ of circumstance: dire fossil fuel economics, rising renewable energy uptake, slowing global energy demand, and China’s crackdown on air pollution.

Because this fall doesn’t happen without China, by far the largest coal consuming country in the world.

After its rapid coal growth made a dramatic u-turn in 2014, China has seen a massive decline in its use so far this year.

The country’s 3-5% fall in the first half of 2015 (43-69Mtce) accounts for more than half of the world’s coal consumption reduction.

And yes, this analysis uses the coal stats recently reported on by the New York Times (but covered by us six months ago).

Things are changing elsewhere as well; coal use in the US, for instance, is way down in 2015, with a string of coal plant closures and mine retirements pushing production to its lowest point in three decades.

These shifts have more than offset coal gains in other countries around the world, most notably India, where consumption has grown by around 5% (8-13Mtce)

What’s also remarkable is that coal has continued to trend downwardsdespite global benchmarks falling to record lows.

With the UN climate summit in Paris to kick off at the end of November, you’d imagine all this might come up

Exothermic process

In thermodynamics, the term exothermic process (exo- : "outside") describes a process or reaction that releases energy from the system, usually in the form of heat, but also in a form of light (e.g. a spark, flame, or flash), electricity (e.g. a battery), or sound (e.g. explosion heard when burning hydrogen). Its etymology stems from the Greek prefix έξω (exō, which means "outwards") and the Greek word θερμικός(thermikόs, which means "thermal").The term exothermic was first coined by Marcellin Berthelot. The opposite of an exothermic process is an endothermic process, one that absorbs energy in the form of heat.

The concept is frequently applied in the physical sciences to chemical reactions, where as in chemical bond energy that will be converted tothermal energy (heat).

Exothermic (and endothermic) describe two types of chemical reactions or systems found in nature, as follows.

Simply stated, after an exothermic reaction, more energy has been released to the surroundings than was absorbed to initiate and maintain the reaction. An example would be the burning of a candle, wherein the sum of calories produced by combustion (found by looking at radiant heating of the surroundings and visible light produced, including increase in temperature of the fuel (wax) itself, which with oxygen, have become hot CO₂ and water vapor,) exceeds the number of calories absorbed initially in lighting the flame and in the flame maintaining itself. (i.e. some energy produced by combustion is reabsorbed and used in melting, then vaporizing the wax, etc. but is (far) outstripped by the energy produced in breaking carbon-hydrogen bonds and combination of oxygen with the resulting carbon and hydrogen).

On the other hand, in an endothermic reaction or system, energy is taken from the surroundings in the course of the reaction. An example of an endothermic reaction is a first aid cold pack, in which the reaction of two chemicals, or dissolving of one in another, requires calories from the surroundings, and the reaction cools the pouch and surroundings by absorbing heat from them. An endothermic system is seen in the production of wood: trees absorb radiant energy, from the sun, use it in endothermic reactions such as taking apart CO₂ and H₂O and combining the carbon and hydrogen generated to produce cellulose and other organic chemicals. These products, in the form of wood, say, may later be burned in a fireplace, exothermically, producing CO₂ and water, and releasing energy in the form of heat and light to their surroundings, e.g., to a home's interior and chimney gasses.

Endothermic process

In thermodynamics, the term endothermic process describes a process or reaction in which the system absorbs energyfrom its surroundings; usually, but not always, in the form of heat. The term was coined by Marcellin Berthelot from the Greek roots endo-, derived from the word "endon" (ἔνδον) meaning "within" and the root "therm" (θερμ-) meaning "hot." The intended sense is that of a reaction that depends on absorbing heat if it is to proceed. The opposite of an endothermic process is an exothermic process, one that releases, "gives out" energy in the form of (usually, but not always) heat. Thus in each term (endothermic & exothermic) the prefix refers to where heat goes as the reaction occurs, though in reality it only refers to where the energy goes, without necessarily being in the form of heat.

The concept is frequently applied in physical sciences to, for example, chemical reactions, where thermal energy (heat) is converted to chemical bond energy.

Endothermic (and exothermic) analysis only accounts for the enthalpy change (∆H) of a reaction. The full energy analysis of a reaction is the Gibbs free energy (∆G), which includes an entropy (∆S) and temperature term in addition to the enthalpy. A reaction will be a spontaneous process at a certain temperature if the products have a lower Gibbs free energy (anexergonic reaction) even if the enthalpy of the products is higher. Entropy and enthalpy are different terms, so the change in entropic energy can overcome an opposite change in enthalpic energy and make an endothermic reaction favorable.

electromagnetic waves

Electromagnetic radiation (EM radiation or EMR) is the radiant energy released by certain electromagneticprocesses. Visible light is one type of electromagnetic radiation; other familiar forms are invisible electromagnetic radiations, such as radio waves, infrared light and X rays.

Classically, electromagnetic radiation consists ofelectromagnetic waves, which are synchronizedoscillations of electric and magnetic fields that propagate at the speed of light through a vacuum. The oscillations of the two fields are perpendicular to each other and perpendicular to the direction of energy andwave propagation, forming a transverse wave. Electromagnetic waves can be characterized by either the frequency or wavelength of their oscillations to form the electromagnetic spectrum, which includes, in order of increasing frequency and decreasing wavelength: radio waves, microwaves, infrared radiation,visible light, ultraviolet radiation, X-rays and gamma rays.

Electromagnetic waves are produced whenever charged particles areaccelerated, and these waves can subsequently interact with any charged particles. EM waves carry energy, momentum and angular momentum away from their source particle and can impart those quantities to matter with which they interact. Quanta of EM waves are called photons, which are massless, but they are still affected by gravity. Electromagnetic radiation is associated with those EM waves that are free to propagate themselves ("radiate") without the continuing influence of the moving charges that produced them, because they have achieved sufficient distance from those charges. Thus, EMR is sometimes referred to as the far field. In this language, the near field refers to EM fields near the charges and current that directly produced them, specifically,electromagnetic induction and electrostatic induction phenomena.

In the quantum theory of electromagnetism, EMR consists of photons, theelementary particles responsible for all electromagnetic interactions. Quantum effects provide additional sources of EMR, such as the transition of electronsto lower energy levels in an atom and black-body radiation. The energy of an individual photon is quantized and is greater for photons of higher frequency. This relationship is given by Planck's equation E=hν, where E is the energy per photon, ν is the frequency of the photon, and h is Planck's constant. A single gamma ray photon, for example, might carry ~100,000 times the energy of a single photon of visible light.

The effects of EMR upon biological systems (and also to many other chemical systems, under standard conditions) depend both upon the radiation's pow٢دer and its frequency. For EMR of visible frequencies or lower (i.e., radio, microwave, infrared), the damage done to cells and other materials is determined mainly by power and caused primarily by heating effects from the combined energy transfer of many photons. By contrast, for ultraviolet and higher frequencies (i.e., X-rays and gamma rays), chemical materials and living cells can be further damaged beyond that done by simple heating, since individual photons of such high frequency have enough energy to cause direct molecular damage.