160

CAPITOLUL 4.

UTILAJE PENTRU MRUNIRE

4.1. Scopul i importana operaiei de mrunire

0runirea reprezint operaia unitar de reducere a dimensiunilor geometrice ale

particulelor ca urmare a unor aciuni mecanice exterioare (aciuni a organelor active ale utilajelor de mrunit).

Att materiile prime solide, ct i produsele rezultate n urma a diferite procese de fabricaie sunt folosite n mod excepional n forma lor iniial, respectiv rezultat din procesul tehnologic. Acestea pentru a fi folosite n operaiile urmtoare sau comercializate trebuie Prunite la mrimea corespunztoare condiiilor de utilizare.

Utilizarea materiilor prime n diferite industrii, dar mai ales n industria alimentar, presupune mrunirea acestora, deoarece sunt prea mari i au forme diferite. Prin particule, n cazul produselor agroalimentare, se nelege orice tip de produse obinute printr-un proces natural (mere, morcovi, boabe de gru etc.) sau obinute n urma unor procese tehnologice specifice (boabe lefuite, polizate, decorticate, crupele, griul, brizura, buci de carne, buci de fructe etc.). n ceea ce privete procesul de mrunire, trebuie menionat c n timpul acestei operaii starea corpurilor solide se modific, ele fiind solicitate mecanic i termic. n interiorul materialului supus mrunirii apar stri de deformaii i eforturi unitare. La depirea local a rezistenei materialului apar alunecri n planele de clivaj, sau ruperea fragil sau o reacie combinat. Procesul de mrunire al produselor agroalimentare este foarte complicat. Aceasta se explic prin faptul c materialele agroalimentare sunt neomogene i cu proprieti variabile n timp i n spaiu. Cerinele privind mrunirea produselor agroalimetare se refer la principalii factori care influeneaz procesul de mrunire cum ar fi:

- caracteristicile texturale ale particulelor; - regimul de mrunire ales; - parametrii geometrici ai organelor de lucru ale mainilor la care se face mrunirea.

Dat fiind faptul c procesul de mrunire se caracterizeaz printr-o mare complexitate, fenomenele care au loc nu pot fi analizate din punct de vedere matematic. Sunt o serie de factori variabili i anume: poziia reciproc a bucilor de produs supuse mrunirii, forma produsului, proprietile fizico-mecanice i texturale, plasticitatea, umiditatea, starea suprafeei produsului de Prunit, viteza, masa i acceleraia organelor de mrunire, care nu pot fi prini sub aspect cantitativ n anumite relaii. n alegerea unui anumit procedeu de mrunire, trebuie s se in seama de faptul c operaia de mrunire trebuie s duc la obinerea unui produs calitativ superior cu un consum redus de energie. n acest sens se ine seama de faptul c:

161

- la fiecare aciune de mrunire, ndeosebi la mrunirea prin frecare, se produc pulberi fine cu consum mare de energie;

- materialele friabile se rup relativ uor prin oc; - ruperea (spargerea) unei buci de material se produce la o valoare critic a forei de

rupere Fcrr. La fore de rupere Fr mai mici dect fora critic de rupere, se produce deformarea plastic a materialului, iar pentru fore de rupere mai mari dect fora critic de rupere, randamentul energetic se micoreaz;

- rezistena la compresiune sau la ntindere a particulei crete odat cu creterea vitezei de solicitare;

- duritatea particulei este corelat cu rezistena acesteia la mrunire. Duritatea poate fi apreciat prin valoarea forei de sfrmare sau a tensiunii ce ia natere n produs (limita de rezisten). n acest caz este necesar a se lua n considerare tipul de deformaie aplicat, deoarece rezistena la rupere, comprimare, ncovoiere pentru particulele boabe ca i pentru alte materiale nu este aceiai. Exist devieri eseniale ntre valoarea forei de sfrmare chiar n cadrul aceluiai soi, cauzate de condiiile pedoclimatice, de condiiile de recoltare, lucrul valabil i n cazul duritii.

- n general structura materialului iniial se pstreaz n structura produsului, structura iniial poate fi distrus prin mrirea duratei de mrunire;

- n cursul mrunirii, materialele se nclzesc ceea ce are efecte defavorabile, modific dezavantajos comportarea la rupere a materialului (micoreaz fragilitatea), uneori determinnd distrugerea termic a materialului. Datorit varietii dimensionale a particulelor, varietii de proprieti mecanice,

compoziie chimic etc., mrunirea este o operaie complex. Este o operaie des ntlnit n industria alimentar deoarece:

- realizeaz operaii tehnologice din industria morritului pentru obinerea produselor fin Prunite (fina, mlaiul, griul, dunstul etc.);

- favorizeaz extragerea substanelor din materiile prime (grsimea din seminele de floarea soarelui, grsimea din slnin etc.);

- este operaia de baz n industria preparatelor din carne, unde prin mrunire i apoi amestecare se obine compoziia pentru diferite preparate;

- favorizeaz realizarea altor operaii cum sunt difuzia, transmiterea cldurii etc.

n funcie de duritatea i consistena materialului, mrimea bucilor supuse mrunirii i a celor rezultate n urma operaiei de mrunire, precum i de forma obinut la produsul final, operaia de mrunire poart diferite denumiri:

- sfrmare, operaia de reducere a dimensiunilor unui material dur, fie prin loviri aplicate manual cu ciocanul, fie n maini speciale;

- concasare, operaia de sfrmare a unui material dur n buci mai mici, cu ajutorul utilajelor speciale numite concasoare;

- Prunire, operaia de sfrmare a unui material, dup care se obin buci de dimensiuni cuprinse n intervalul (1 5) mm;

- Pcinare, operaia de sfrmare fin a materialelor. n industria alimentar, prin mcinare se nelege totalitatea operaiilor de transformare a boabelor de cereale n granule sau materiale pulverulente i separarea sorturilor rezultate;

- granulare, operaia de sfrmare a unui material dur, n buci mrunte avnd forme geometrice rotunjite;

- Wiere, operaia de detaare sau desprindere a unei poriuni dintr-un material solid, prin strivire local (ceea ce constituie tierea propriu-zis), forfecare, despicare sau achiere.

162

Produsele supuse mrunirii se caracterizeaz prin:

- dimensiuni liniare (medii sau limite) ale particulelor; - suprafa geometric a particulelor; - omogenitatea particulelor i a masei de particule; - duritatea (microduritatea) particulelor.

Avnd n vedere c produsele cu textur variabil au proprieti diferite, n masa produselor supuse mrunirii exist o varietate destul de mare de particule, care se deosebesc dup dimensiuni, suprafa, compoziie, trebuie s se asigure pe de o parte o separare intens a particulelor de nveli i pe de alt parte o valorificare la maximum a particulelor. Din aceste considerente, mrunirea poate fi simpl sau foarte complex. Prin mrunire simpl nu se pot obine ambele deziderate i de aceea se renun fie la puritatea produselor obinute, fie la valorificarea intens a potenialului economic al particulei de baz (cazul mcinrii cerealelor). Prin mrunirea complex se urmrete obinerea unui produs de calitate superioar n condiiile unei valorific ridicate a particulei iniiale. n funcie de starea n care se prezint materialele supuse mrunirii, operaia de mrunire poate fi:

- Prunirea materialelor n faz solid, reprezentat prin operaiile de: sfrmare, spargere, mcinare, tocare, aplatizare, zdrobire etc;

- Prunirea materialelor n stare lichid: emulsionare, pulverizare, omogenizare; - Prunirea materialelor n stare gazoas: dispersare.

Este important ca la mrunire s se respecte regula fundamental s nu se sfrme nimic inutil. De aceea este necesar ca:

- Prunirea s se fac numai pn la gradul de mrunire necesar; - Prunirea s nu fie nsoit de procese secundare; - efectuarea n mai multe etape a procesului de mrunire n cazul unui grad de mrunire

ridicat. 4.2. Bazele teoretice ale mrunirii

4.2.1. Factorii care influeneaz mrunirea 0runirea materialelor solide este frecvent utilizat i este important datorit marilor cantiti de materii prime i produse prelucrate precum i a consumului de energie din care doar o infim parte (0,1 0,2) % se consum efectiv pentru nvingerea forelor de coeziune din particule, restul disipndu-se inutil i chiar duntor sub form de cldur. Pentru ca procesul de mrunire s se desfoare cu eficien maxim este necesar ca nainte de stabilirea condiiilor n care se va desfura acesta, s se cunoasc n mod precis indicii caracteristici ai produselor supuse mrunirii (proprietile materiilor prime, condiiile de calitate solicitate, proprietile legate de textura produselor supuse mrunirii) i influena acestora asupra procesului de mrunire. Principalii factorii care influeneaz operaia de mrunire, pot fi sistematizai astfel:

1. Factori referitori la materialul supus mrunirii: - cantitatea sau debitul de alimentare; - granulometria sistemului polidispers iniial;

163

- duritatea; - masa hectolitric; - umiditatea; - elasticitatea i plasticitatea; - sensibilitatea chimici termic; - agresivitatea chimic; - sticlozitatea.

2. Factori referitori la produsul obinut dup mrunire: - forma i structura particulei obinute; - granulometria sau mrimea particulei; - suprafaa specific; - densitatea n vrac; - tendina de aglomerare a particulelor.

3. Factori referitori la organele active de mrunit: - modul i durata de aciune a forelor de mrunire asupra materialului; - temperatura de lucru; - gradul de mrunire dorit; - uzura organelor active; - impurificarea produsului mrunit.

4. Factori referitori la instalaia de mrunit: - numrul treptelor de mrunire; - amplasarea de separatoare ntre i dup treptele de mrunire; - tipul de transport al materialului.

5. Factori referitori la operaia de mrunire: - consumul specific de energie; - costul operaiei; - costul manoperei; - tipul de funcionare; - tipul de mrunire (uscat sau umed); - ali factori specifici (de exemplu prezena adjuvanilor).

4.2.2. Indicii care definesc operaia de mrunire Efectul mrunirii particulelor poate fi apreciat prin scderea dimensiunilor acestora. Indicii ce caracterizeaz procesul de mrunire sunt:

- gradul de mrunire, Z; - fineea de mrunire, apreciat prin diametrul mediu al particulei obinute; - energia necesar mrunirii.

4.2.2.1. Gradul de mrunire, Z Gradul de mrunire reprezint raportul dintre volumul iniial al particulei i volumul final al particulei (obinut dup mrunire):

164

333

O dD

VVZ

f

i (4.1)

n care: = D/d, este indicele de apreciere a gradului de mrunire; D dimensiunea echivalent a particulei sau a bucii de material nainte de mrunire; d dimensiunea echivalent a particulei sau bucii de material dup mrunire. Experimental s-a demonstrat c:

i

f

SS O (4.2)

unde: Sf este suprafaa particulei nainte de mrunire; Si suprafaa total a particulelor rezultate din particula iniial. O justificare a relaiei (4.2), se poate efectua considernd un cub cu muchia l, secionat cu plane orizontale i verticale, prin mpUirea n n pUi egale a fiecrei muchii (Fig. 4.1).

Fig. 4.1. Verificarea indicelui de mrunire .

n acest caz se vor obine n3 cuburi de muchie l/n, aria desfurat a acestora fiind n3 (6l2/n2)i, deci:

n

lnln

SS

i

f 2

223

6/6

(4.3)

dar

nnl

ldD

/ (4.4)

Da nct:

l

l/2

l

l/n

165

i

f

SS

dD O (4.5)

n cazul particulelor de form sferic, dintr-o particul de diametru D se va obine un anumit numr de particule de acelai diametru.

333

6/

6

dDdDn SS (4.6)

Pentru aceast situaie:

dD

Dd

dD

Ddn

SS

i

f

223

2

2

SS (4.7)

obinndu-se, n final, aceeai relaie (4.5). Din cele artate se poate considera c procesul de mrunire este un proces de creare de noi suprafee. Suprafaa specific nou creat n procesul de mrunire reprezint suma suprafeelor nou create raportat la unitatea de mas sau de volum. n funcie de mrimea gradului de mrunire, operaia de mrunire se clasific n:

- sfrmare, la care 1 < < 9; - Prunire grosier, 9 < < 99; - Prunire fin, 99 < < 999; - Prunire extrafin, > 999; - Wiere, > 1; - tocare, > 1; - zdrobire, > 1.

4.2.2.1.1. Metode de determinare a gradului de mrunire

Determinarea gradului de mrunire presupune posibilitatea stabilirii suprafeei iniiale, respectiv finale, ale particulelor supuse operaiei de mrunire. Pentru determinarea gradului de mrunire a produselor intermediare i a produselor finite rezultate n urma mrunirii, se pot utiliza metode moderne, metode directe i indirecte de determinare i anume: difracia laser, analiza digital de imagini, metoda adsorbiei, a sedimentrii, a turbidimetriei, a permeabilitii i a cernerii, distribuia Gauss, distribuia Rosin-Rammler-Bennet, distribuia logaritm normal. Difracia laser, mai exact denumit Devierea luminii la unghiuri mici (Low Angle Light Scattering LALLS), devine metoda standard, preferat n multe industrii pentru caracterizarea i msurarea granulometric a unor produse. Aceast metod ofer un domeniu de msurare foarte larg i este foarte flexibil. Faptul c este nedestructiv i ofer informaii directe privind volumul (greutatea particulelor, cnd densitatea este constant), face ca metoda s fie foarte relevant. Alte avantaje ale acestei metode sunt legate de rapiditatea deosebit a msurtorilor, admite o rezoluie nalti repetabilitatea procedurii. n Figura 4.2 se prezint un astfel de aparat

166

Analysette 22 Economy, iar n Figura 4.3 principiul de lucru, respectiv direcia razelor aflate n cmpul vizual. Pentru msurtorile particulelor rezultate n urma mrunirii s-au imaginat dispozitive, care adaptate aparatului s permit determinarea parametrilor dimensionali.

Fig. 4.2. Vedere de ansamblu a aparatului Analysette 22 Economy.

Fig. 4.3. Direcia razelor n cmpul vizual. n Figura 4.4 se prezint principiul de lucru al acestor dispozitive, ce urmeaz a fi montate, n fluxul de produs, direct pe conductele de produs.

Laser

Lentil colectoare

Lentil de reglare

Raze de difracie

Punctul de focalizare a fascicolului

Unitate de

procesare

Detector

Laser

Lentil de reglare

Unitate de

procesare

Detector Lentil

colectoare

167

Fig. 4.4. Principiul de lucru al dispozitivelor aparatului. Analiza digital de imagini se bazeaz pe principiul msurrii i procesrii de imagini digitale, aparatul furnizeaz rezultate de nalt acuratee n timp real. Utiliznd, n general, dou camere digitale identice, ca dimensiuni i performane, produsele de orice form, uscate, pulberi sau granule sunt msurate cu mare precizie, ntr-o gam de dimensiuni de la 30 m pn la 30 mm. Un astfel de aparat este aparatul Camsizer, prezentat n Figura 4.5.

Fig. 4.5. Aparatul Camsizer, pentru analiza digital a imaginilor. 4.2.2. Fineea de mrunire Fineea de mrunire se apreciaz prin diametrul mediu al particulei rezultate n urma proceselor de mrunire i se determin prin analiza granulometric a materialului mrunit, caracterizat prin distribuia claselor de dimensiuni. Diametrul mediu al particulei se calculeaz ca media ponderat a diametrelor medii ale claselor de dimensiuni ale materialului mrunit:

168

p

n

iii

m m

dmd

1 (4.8)

n care: mi este cantitatea de material mrunit rmas pe sita de ordinul i; di diametrul mediu al particulelor fraciei de material rmas pe sita i, calculat ca medie aritmetic; mp masa probei de material. Fineea de mrunire este influenat n primul rnd de viteza de impact, de mrimea ochiurilor sitei i de proprietile mecanice ale produsului supus mrunirii. 4.2.3. Energia de mrunire ntruct operaia de mrunire este una din cele mai costisitoare operaii din industria alimentar, pentru raionalizarea procesului i implicit reducerea costurilor, au fost elaborate numeroase studii referitoare la determinarea factorilor care influeneaz consumul de energie la Prunire. Energia specific necesar mrunirii, J/kg, reprezint energia necesar obinerii unui anumit grad de mrunire a unitii de mas din produsul supus mrunirii. n principal energia necesar pentru mrunire depinde de:

- proprietile texturale ale produselor supuse mrunirii; - tipul de solicitare n procesul de mrunire (compresiune, forfecare etc.); - viteza i durata solicitrilor mecanice aplicate; - gradul de mrunire.

Energia consumat la mrunire este numai n parte util, restul se refer la producerea deformaiilor elastice i plastice n materialul de mrunit, la frecarea particulelor ntre ele i de organele active ale utilajului, precum i la pierderile mecanice interne ale utilajelor. Din punct de vedere al consumului de energie, mrunirea este un proces ineficient. Nu exist o metod clar de calcul a consumului minim de energie necesar la mrunire, ns n acest sens au fost avansate cteva teorii. Determinarea energiei de mrunire se poate face prin dou modaliti: 1. Se pornete de la ecuaia diferenial general a consumului specific de energie necesar n procesul de mrunire (ecuaia lui Chearles), i anume:

nxk

dxdE (4.9)

sau

dxxkdE n

unde:

dE este variaia energiei de mrunire; dx variaia dimensiunii particulei; x dimensiunea particulei;

169

k, n coeficieni determinai experimental care sunt funcie de natura i starea particulei, viteza i durata forelor aplicate. Conform acestei teorii, raportul dintre variaia energiei de mrunire dE i variaia dimensiunii particulei dx este negativ i invers proporional cu dimensiunea particulei ridicat la o putere n, ce depinde de natura materialului i de condiiile n care se face mrunirea. Energia util de mrunire va fi:

dxxkE nf

0

0 (4.10)

unde:

E este energia de mrunire; x dimensiunea particulei.

Integrnd relaia (4.10), obinem:

21

2

11

1

0x

x

nx

x

nn

xkdxxkE

(4.11)

Relaia (4.11) reprezint ecuaia general a mrunirii. Dac n relaia (4.10), n = 0,25, dup integrare se obine:

4 3

14 3

243

143

241

0 34

141

2

1

xxkxxkdxxkEx

x

(4.12)

nlocuind pe x1i x2 prin valoarea dimensiunii medii a particulei supuse mrunirii D i

ale particulei mrunite d, i notnd 3

4kkc se obine:

4 34 3 DdkE cc (4.13)

Ecuaia (4.13) nu a fost confirmat n practic pentru nici un tip de mrunire. Dac n relaia (4.10), n = 0,5i se integreaz obinem:

1221

121

221

0112

21

2

1xx

kxxkdxxkEx

x

(4.14)

i fcnd aceleai nlocuiri ca i n relaia (4.12), notnd kkd 2 , obinem:

170

DdkE dd

11 (4.15)

Pentru n = 1, integrnd, relaia (4.10) devine:

2

1

1

212

10 lnlnlnlnln 21

2

1xx

kxx

kxxkxkdxxkE xxx

x

(4.16)

)cnd aceleai nlocuiri ca n relaia (4.12), dup cteva transformri simple i notnd kkK , obinem:

dDkE kk ln (4.17)

n care: kk este constanta lui Kick. Unde:

nmk SFk (4.18)

n care: Fm reprezint fora de mrunire, N; Sn suprafaa nou creat, m2. Suprafaa nou creat este reprezentat de relaia:

ifn SSS (4.19)

Relaia (4.17) reprezint legea lui Kick i se refer la energia de mrunire necesar particulei pn n momentul ruperii. Este confirmat n practic pentru mrunirea grosier a particulelor (9

171

D este dimensiunea particulei nainte de mrunire; d dimensiunea particulei dup mrunire; kB este constanta lui Bond, dat de relaia:

nmB SFk 2 (4.22) Ecuaia obinut reprezint legea lui Bond i corespunde cu ecuaia energiei de mrunire n = 0,5. Dac n relaia (4.10), n = 2, i se integreaz, atunci ecuaia energiei de mrunire devine:

12

11

12

20

112

1xx

kxxkdxxkEx

x (4.23)

)cnd aceleai nlocuiri ca n ecuaia (4.12), notnd kkR avem:

DdkE RR

11 (4.24)

n care: kR este constanta lui Rittinger, considerat ca fiind:

nmR SFk (4.25)

Ecuaia obinut reprezint legea lui Rittinger i arat c energia consumat n procesul de Prunire este direct proporional cu suprafaa nou creat n procesul de mrunire i este confirmat n practic pentru mrunirea fin (99

172

Ecuaia lui Escudero Sainy, este o combinaie ponderat ntre legea lui Rittinger i legea lui Kick, unde kKi kR reprezint constante proprii fiecrui material.

dDk

DdkE RKS ln

11

(4.28)

Dintre numeroasele ncercri de a ajunge la o relaie ntre energie i gradul de mrunire este important relaia lui Mittag:

dGE mM V (4.29)

n care: m este rezistena la mrunire, N/m2; G masa materialului de mrunit, kg; d dimensiunea particulelor obinute dup mrunire, m.

Ecuaia lui Djingenzhian (teoria termodinamic):

QCQE mic (4.30)

unde: Ec este energia cinetic necesar mrunirii, J; Qi energia termic intern transformat n lucru util, J; Q cldura generat la mrunire; Cm constanta termodinamic a materialului. Ecuaia lui Carey i Stairmand (teoria liberei mruniri):

K cmp EEE (4.31)

unde: Ep este energia asociat produsului rezultat prin mrunire, J; Em energia asociat materialului supus mrunirii, J; Ec energia consumat de maina de mrunit, J; - randamentul energetic al mainii de mrunit. 2. Modalitatea a doua de calcul pornete de la consumul total de energie specific (J/kg). Acest consum poate fi pus sub forma dat de Rebinder:

21 LLLsp (4.32)

n care: L1 este lucrul mecanic consumat de utilajul de mrunire pentru consumul propriu; L2 lucrul mecanic consumat de materialul supus mrunirii. Relaia de mai sus poate fi scris ca suma elementelor matricei

2,12,1

jiijL :

173

2221

1211

LLLL

Lij (4.33)

unde: L11 este lucrul mecanic consumat pentru deformarea elastic a organelor de lucru; L12 lucrul mecanic consumat prin uzura organelor active ale mainii de mrunit; L21 lucru mecanic consumat pentru deformarea elastic a particulelor; L22 lucrul mecanic consumat pentru crearea de noi suprafee. Lucrul mecanic consumat prin deformarea i uzura organelor active L1, trebuie s fie ct mai mic i reprezint un procent din consumul total de energie necesar mrunirii. Ultimul termen al ecuaiei (4.32), reprezint singurul lucru util, (restul consumului corespunde pierderilor prin cldur sau uzur) i poate fi scris:

22212 LLL (4.34)

n care:

dEzL 21 (4.35)

fmd VEE

2

2V (4.36)

Considerm particula sferic, atunci:

6

1 3DV f SO (4.37)

unde: z reprezint numrul ciclurilor de mrunire; Ed energia de deformaie, J; Vf volumul particulelor deformate, m3; m tensiunea la rupere a materialului, N/m2; E modulul de elasticitate al materialului, N/m2. i nlocuind n relaia (4.35), dup cteva transformri simple obinem:

32

2121 2D

EKzL m V (4.38)

unde OS621

K coeficient de proporionalitate.

AlL A ' 22 (4.39)

174

n care: A aria specific a suprafeei nou create, m2; lA lucru mecanic specific de mrunire care se determin pentru fiecare produs Prunit, Nm/m2.

Dl mA V (4.40)

unde n este exponent ce depinde de condiiile de mrunire. Din relaia gradului de mrunire se obine:

ODd (4.41)

Suprafaa bucii de material (considerat sferic), nainte de mrunire va fi A=SD2, iar dup mrunire va fi:

OS

OOSS

23

322 D

DDDZda (4.42)

astfel:

1222 ' OSSOS DDDAaA (4.43)

n care: a este aria suprafeelor particulelor rezultate dup mrunire, m2; A aria suprafeei bucii de material nainte de mrunire, m2; Z gradul de mrunire. nlocuind relaia (4.43) n relaia (4.39), dup cteva transformri simple, avem:

1222 OS DlL A (4.44)

innd seama de relaiile (4.44) i (4.38), relaia (4.37)devine:

1)2

( 232

211 OSV DlD

EkzLL Amsp (4.45)

Relaia (4.45)reprezint legea generalizat a mrunirii, care ia n considerare att gradul de mrunire, prin mrimea A, ct i condiiile n care se face mrunirea. Randamentul mrunirii se poate calcula cu relaia:

175

21

22LL

LLL

sp K (4.46)

Pentru ca randamentul s aib valori ct mai ridicate (ct mai aproape de unitate), trebuie ca:

- energia consumat prin deformarea i uzura organelor active de lucru ale mainii de Prunit s fie ct mai mic;

- numrul treptelor de mrunire s fie mic; - regimul de lucru s fie ales corespunztor.

4.3. Metode de mrunire

0runirea materialelor solide se produce sub aciunea unor fore exterioare care pot aciona asupra materialului n diferite moduri. n momentul cnd se depHte limita de plasticitate a materialului, acesta ncepe s se fisureze, crap, apoi se desface n buci, [65, 66]. Avnd n vedere variaia texturii particulelor modul de solicitare a particulei sau a bucii de material solid difer n funcie de tipul de main folosit, iar din acest punct de vedere avem urmtoarele procedee de mrunire:

- Prunirea prin presare (Fig. 4.6.a) a unei particule ntre dou suprafee dure, care pot fi plane sau curbate (concave sau convexe), netede sau nervurate;

- Prunirea prin frecarea particulelor ntre dou suprafee dure, care pot fi plane (Fig. 4.6.b) sau curbate (concave sau convexe)., netede sau nervurate (Fig. 4.6.c), antrenate n micare de translaie sau de rotaie;

- Prunirea prin lovire (oc, impact) a particulei de o suprafa dur (Fig. 4.6.d); - Prunirea prin tierea particulei sau a materialului (Fig. 4.6.e); - Prunirea prin ciocnirea particulelor ntre ele (Fig. 4.6.f).

Fig. 4.6. Metode de mrunire.

Se mai folosesc, dar n mic msur: mrunirea materialelor solide n medii gazoase prin destinderea brusc a gazului ntr-un spaiu nchis n care se afl particulele mpreun cu gazul; Prunirea materialelor solide n medii lichide cu vscozitate ridicat n care se realizeaz descrcri pulsatorii de nalt tensiune (mrunirea electrohidraulic).

F

a)

F

c)

F

d)

F2

F1

e) b)

F2

F1

f)

176

4.4. Maini i instalaii pentru mrunire

4.4.1. Clasificare Clasificarea mainilor pentru mrunire se poate realiza dup mai multe criterii:

1. Dup tipul solicitrii la care sunt supuse particulele. n procesul de mrunire, materialul este supus unor solicitri complexe, motiv pentru care clasificarea mainilor de mrunit se face dup tipul solicitrii principale, astfel:

- maini care realizeaz mrunirea prin strivire: concasoare cu flci, concasoare conice, concasoare cu cilindri, mori cu corpuri de rostogolire, mori cu inel i valuri (Fig. 4.7. a, b, c, d, e, n ordinea enumerrii);

- maini care realizeaz mrunirea prin lovire: concasoare i mori cu ciocane, mori cu tambur rotativ cu corpuri libere, dezmembratoare i dezintegratoare, mori cu jet (Fig. 4.7. f, g, h, i, n ordinea enumerrii).

Fig. 4.7. Scheme ale mainilor pentru mrunire.

- maini care realizeaz mrunirea prin tiere: maini de tiat cu disc, maini de tiat cu tob, maini de tocat, dezintegratoare, mori coloidale etc.

2. Dup modul de amplasare al mainii de mrunit n instalaia de mrunire. - maini de mrunit care lucreaz n circuit deschis (Fig. 4.8.a); - maini de mrunit care lucreaz n circuit nchis (Fig. 4.8.b); - maini de mrunit care lucreaz n circuit mixt (Fig. 4.8.c).

Fig. 4.8. Scheme de amplasare a mainilor pentru mrunire n instalaiile respective.

La mrunirea n circuit deschis, produsul obinut este fie produs finit, fie produs intermediar, dirijat la alte utilaje pentru urmtoarea etap de prelucrare, produsul are n general, spectrul granulometric larg.

a) b) c) d) e)

f) g) h) l)

M

S

M

S

M

S2

S1

177

La mrunirea n circuit nchis, produsul necorespunztor ca dimensiuni este reintrodus n main, n acest caz spectrul granulometric este mai ngust (snt necesare ns utilaje suplimentare precum ciururile, transportoarele etc.). n procesul de mrunire n circuit mixt, o parte din materialul supus mrunirii are, deja de la intrare n maina de mrunit, particule de mrimea solicitat dup mrunire. n acest caz se realizeaz o sortare a materialului la intrarea n main, iar materialul cu dimensiuni mai mici dect dimensiunile ce rezult dup operaia de mrunire, nu va mai trece prin maina de mrunit pentru a realiza economii de energie. De asemenea, dup mrunire, o parte din materialul rezultat are dimensiunile mai mari dect cele dorite, n acest caz, materialul respectiv este dirijat, din nou, ctre maina de mrunit. Aceasta este soluia cea mai economic, care realizeaz indici de calitate superiori.

3. Dup mrimea medie a particulelor (materialului) nainte i dup mrunire, mainile pentru mrunirea materialelor solide se mpart n:

- concasoare; - mori.

n Tabelul 4.3. sunt prezentate operaiile pe trepte de mrunire, pe dimensiuni iniiale i finale ale particulelor, precum i pe grade de mrunire corespunztoare fiecrei trepte de Prunire.

Tabelul 4.1. Trepte de mrunire.

Operaia 0rimea iniial, D, m

0rimea final, d, m

Gradul de mrunire

Materiale dure Concasare:

- grosier - mijlocie - Prunt

1,5-0,3 0,5-0,05

0,05-0,02

0,5-0,1 0,1-0,01

0,01-0,001

3

5-6 5-20

0cinare: - grosier - mijlocie - fin

0,025-0,003 0,005-0,001

0,0012-0,00015

10 >10 >15

Materiale moi Concasare 0,5-0,1 0,05-0,01 10 0cinare:

- grosier - fin

0,012-0,0015 0,004-0,0005

0,0005-0,0001 0,0001-0,00001

20 50

0cinare coloidal

178

excentric 3. Legturile bielei cu falca mobil se fac prin intermediul unor piese de presiune 5 i 6, ambele fiind condiionate n micare de articulaia 7.

Fig. 4.9. Schema concasorului cu flci.

Dup modul de acionare al flcii mobile (Fig. 4.10), deosebim: concasoare cu dubl articulaie (Fig. 4.10.a), concasoare cu simpl articulaie, inferioar (Fig. 4.10.b), concasoare cu simpl articulaie, superioar (Fig. 4.10.c); cu acionare inferioar prin cam (Fig. 4.10.d), cu acionare inferioar prin sistem cu pistoane (Fig. 4.10.e).

Fig. 4.10. Tipuri de concasoare cu flci.

Sunt formate din dou piese puternice numite flci, falca mobil 2 (Fig. 4.11) execut o micare de oscilaie n jurul unui arbore orizontal, apropiindu-se de falca fix 1, fixat pe batiul mainii. Unghiul de apucare se determin considernd c particula prins ntre flcile concasorului este de form sferic, iar asupra ei acioneaz fora de apsare P i forele de frecare Ff. Unghiul dintre cele dou flci este unghiul de apucare i fcnd proiecia forei pe bisectoarea acestui unghi (Fig. 4.12), se obine condiia de funcionare a concasorului:

GFP f d 2cos22sin2DD (4.47)

8

1

9

3

4 7

6 5 2

a) b)

c) d) e)

179

Fig. 4.11. Schema concasorului cu flci: 1- falca fix; 2- falca mobil; 3- gur de ncrcare; 4- fant de descrcare.

Dac se neglijeaz greutatea particulei G, la egalitate sau la componente ale forei de frecare mai mici dect componentele forei de presare, particula iese din spaiul de lucru fU a fi Prunit. Relaia dintre coeficientul de frecare i unghiul de frecare, precum i relaia dintre fora de frecare i fora de apsare sunt cunoscute, respectiv:

MP tg i PFf P (4.48)

Fig. 4.12. Schema pentru calculul funcional al concasorului cu flci. a)pentru calculul unghiului de apucare; b)pentru calculul turaie optime a excentricului.

Condiia necesar de apucare a materialului de ctre flci este ca unghiul de apucare dintre cele dou flci s fie mai mic dect dublul unghiului de frecare:

3

4

1 2

a

/2 /2

Ff Ff Ff cos(/2) Ff cos(/2)

P sin(/2) P sin(/2)

2 1

P P

G h

s

a) b)

180

MMM

PPD 2

12

12

22 tgtgtgtg

(4.49)

rezult:

MD 2d (4.50)

n mod obinuit unghiul dintre flcile concasorului are valori cuprinse ntre 15-20o. Turaia optim a arborelui cu excentric se determin din ipoteza c falca mobil se deplaseaz printr-o micare de translaie i nu de rotaie fa de articulaie. La o curs a flcii mobile, din concasor va fi evacuat un volum de material egal cu volumul prismei de nOime hi aria bazei egale cu seciunea gurii de evacuare a concasorului. Considernd = ct. n timpul de retragere t a flcii mobile, din schem rezult relaia de calcul a nOimii h:

221 tgh (4.51)

ecuaia (4.51), reprezint ecuaia cderii libere a corpurilor, unde: g reprezint acceleraia gravitaional, m/s2; t timpul de cdere, s; Dar cursa activ a flcii mobile se realizeaz n timpul unei jumWi de rotaie a arborelui cu excentric:

n

t 30 , (s) (4.52)

nlocuind relaia (4.52) n (4.51), avem:

Dtgs

ngh

2302

(4.53)

unde:

s cursa flcii mobile. Din relaiile (4.51), (4.52) i (4.53), rezult relaia de calcul a turaiei arborelui cu excentric:

s

tgn D5,66 , (rot/min) (4.54)

Turaia optim se ia mai mic deoarece n mod real exist o ntrziere a materialului la ieirea din concasor, ntrziere datorat frecrii materialului cu pereii concasorului:

181

s

tgnoptD63...60 , (rot/min) (4.55)

Debitul concasorului cu flci se calculeaz cu relaia:

DJ tgsBndCQ medu 51 , (t/h) (4.56)

n care: J este greutatea specific, n vrac, a materialului mrunit, t/m3; Cu = 0,25-0,65 coeficient de umplere; dmed diametrul mediu a particulelor mrunite, m; n turaia arborelui, rot/min; B lungimea gurii concasorului, m. 4.4.3. Concasoare conice giratoare Sunt destinate mrunirii grosiere, mijlocii i fine a materialelor de duritate mare i medie. Primul concasor conic a fost construit n anul 1880 n SUA (la firma Allis Chalmares). Multe dintre particularitile acestei maini se pstreazi la construciile actuale (excentricul sub spaiul de lucru, acionare prin intermediul unui grup conic .a.). 0runirea materialelor are loc n flux continuu i se realizeaz ntre conul exterior fix i conul interior aflat n micare de rotaie, micare imprimat de o buc excentric (Fig. 4.13). Procesul de lucru poate fi asemuit cu cel de la concasoarele cu flci, cu precizarea c se consider concasorul conic ca fiind format dintr-un numr foarte mare de concasoare elementare cu flci, lucrnd n serie, iar fiecare dintre ele lucrnd ntr-o alt faz a sfrmrii. Clasificarea concasoarelor se poate face astfel: - n funcie de poziia arborelui sau axei geometrice verticale: cu arbore rezemat (suspendat)

ntr-un lagr superior (Fig. 4.13.a), cu arborele rezemat ntr-un lagr inferior, cu axul arborelui fix (Fig. 4.13.b);

- n funcie de caracteristicile miFrii conului mobil: cu micare rotativ oscilant, excentric n raport cu conul fix, cu micare de translaie n plan orizontal;

- n funcie de acionare: dintr-o parte (Fig. 4.13.b) sau din dou pUi (Fig. 4.13.a) prin intermediul unor roi de curea;

- n funcie de sistemul de amortizare utilizat: fU sistem de amortizare, cu sistem de amortizare cu arc, cu cilindrii hidraulici sau pneumatici ori cu sistem hidraulic la captul inferior al arborelui;

- n funcie de unele particulariti tehnologice: concasoare pentru concasare grosier (se caracterizeaz printr-un grad de mrunire Z d 7), concasoare pentru concasarea mijlocie, concasoare pentru concasarea mrunt.

n comparaie cu concasoarele cu flci, concasoarele conice au urmtoarele particulariti, [49]:

a) consum de energie mai mic pe tona de material concasat, funcionare mai linitit, lipsind cursa n gol, nu este necesar volantul iar concasarea se face continuu, alimentarea se poate face din orice direcie;

182

b) dimensiunile maxime ale materialului alimentat sunt mai mici dect la concasoarele cu flci, din spaiul de lucru pot scpa buci plate, lungi;

c) construcie mai complicat, mai scumpe i mai greu de ntreinut dect concasoarele cu flci.

Fig. 4.13. Tipuri constructive de concasoare conice giratoare: a) cu conul mobil suspendat (pentru mrunirea grosier); b) cu ax fix (mrunire

grosier); c) cu arbore n consol (pentru mrunirea mijlocie i fin):1- conul fix; 2- conul mobil; 3- buc excentric; 4- angrenaj conic; 5- arbore de acionare.

0runirea materialelor are loc n flux continuu i se realizeaz ntre conul exterior fix i conul interior aflat n micare de rotaie, micare imprimat de o buc excentric (Fig. 4.14). Procesul de lucru poate fi asemuit cu cel al concasoarelor cu flci, cu precizarea c se consider concasorul conic ca fiind format dintr-un numr foarte mare de concasoare elementare cu flci, lucrnd n serie, iar fiecare dintre ele lucrnd ntr-o alt faz a sfrmrii.

b)

1

A

3 5

a)

2

4

c)

183

Fig. 4.14. Schema de principiu pentru concasoarelor conice.

Concasoarele conice au un consum redus de energie deoarece realizeaz mrunirea att prin presare ct i prin ncovoierea materialului. /imea gurii de alimentare B, se determin din condiia ca alimentarea s se poat face cu materiale cu o anumit dimensiune D:

DB 33,1...25,1 , (m) (4.57)

Dimensiunea maxim a materialului la alimentare se poate aprecia:

iDD 3,0# , (m) (4.58)

n care: Di reprezint diametrul inferior la conului fix. Unghiul de apucare sau de prindere se stabilete ca la concasoarele cu flci:

MDDD 221 d (4.59) unde: D1 i D2 sunt unghiurile la baza mare a conului fix, respectiv la baza mare a conului mobil; M - unghiul de frecare dintre material i conurile concasorului. Turaia bucei excentrice se determin diferit, n funcie de destinaia concasorului. nOimea de cdere liber a materialului prin spaiul de descrcare este:

O

O1

O O1 Di

e + 2 r

e s

D

B

2 1

1

2

S = 2r

h

2r

184

2

2tgh (4.60)

nn

t 306021 (4.61)

Fig. 4.15. Schema pentru calculul turaiei concasorului conic.

nlocuind relaia (4.61) n relaia (4.60), rezult:

2

230n

gh (4.62)

Din Figura 4.15 rezult:

stghtgh 21 DD (4.63)

de unde:

21 DD tgtgsh (4.64)

nlocuind relaia (4.62) n (4.64), avem:

21

2302 DD tgtg

sn

gh

(4.65)

de unde rezult turaia bucei excentrice:

s

tgtgn 2124,66 DD , (rot/min) (4.66) n care:

e+2r h

e s

D2 D1

185

s este cursa pe orizontal a conului mobil la o jumtate din timpul necesar executrii unei rotaii complete a bucei excentrice. Pentru concasoarele care realizeaz mrunire grosier:

l

n 12 cossin4,66 DPD , (rot/min) (4.67)

unde:

iDl 08,0...07,0 , (m) (4.68)

Debitul concasoarelor giratorii, indiferent de tipul mrunirii se determin cu relaia:

J VCnQ u60 , (kg/h) (4.69)

n care: V este volumul de material ce pUsete concasorul la o rotaie a bucei excentrice. Celelalte mrimi din relaia (4.69) au aceiai semnificaia ca mrimile din relaia (4.56). 4.4.4. Concasoare i mori cu valuri

n principiu aceste concasoare se compun din dou valuri (cilindri, tYlugi), care se rotesc n sensuri contrare (Fig. 4.16), fornd materialul s treac printre ele. Mrunirea se realizeaz prin aciunea forelor de comprimare i de frecare a materialului ntre cele dou valuri aflate n micare de rotaie.

Fig. 4.16. Schema de principiu a mainilor de mrunit cu valuri.

186

Numrul valurilor difer n funcie de gradul de mrunire ce se dorete a se obine. Din acest punct de vedere avem urmtoarele tipuri de maini pentru mrunire: cu un vali o falc curbat fix, cu dou valuri, cu trei sau mai multe valuri. Vitezele periferice ale valurilor pot fi egale sau diferite. Viteze diferite se obin, fie avnd valuri cu turaii egale dar cu diametre diferite, fie avnd diametre egale la valuri, dar turaiile sunt diferite. n cazul vitezelor diferite mrunirea se realizeazi prin forfecarea materialului (se recomand n special la materialele moi). Valurile pot fi netede, riflate sau cu dini n funcie de natura materialului care se mrunHte i de gradul de mrunire dorit (valurile cu dini se folosesc pentru mrunirea materialelor moi, iar cele netede la mrunirea materialelor dure). Att pentru concasoarele cu valuri ct i pentru morile cu valuri condiia de mrunire (de apucare a materialului) i diametrul valului se determin dup schema din Figura 4.17. Considernd dou valuri netede pentru mrunire, aflate la distana e, rotindu-se cu viteza unghiular Z, asupra particulelor de diametru d vor aciona urmtoarele fore:

- greutatea particulei, gmG ; - reaciunile valurilor asupra particulei, N = N1 = N2; - forele de frecare dintre particuli valuri, 21 fff FFNF P .

Se fac urmtoarele aproximri:

- particula este sferic; - ntre valuri se afl o singur particul; - cilindrii sunt egali ca diametru i netezi, R = R1 = R2; - vitezele unghiulare a celor dou valuri sunt egale, Z=Z1=Z2i de sens contrar.

Fig. 4.17. Schema pentru determinarea condiiei de mrunire i a diametrului valurilor. Pentru ca particula s fie antrenat de cele dou valuri trebuie ndeplinit condiia:

0cos2sin2 GNN DPD (4.70)

Neglijnd greutatea particulei G, care este foarte mic n raport cu celelalte fore, relaia (4.70) devine:

MDPDDPD ,,cossin tg (4.71)

Ff Ff

d

N N

D

Z

R

R

e

O2 O1

Z

D

G

C

A

187

n care: D este unghiul de prindere; M - unghiul de frecare dintre particuli valuri. Conform relaiei (4.71), pentru a se realiza prinderea particulei n spaiul dintre tYlugi este necesar ca unghiul de prindere s fie mai mic dect unghiul de frecare dintre particul i suprafaa valului. Se observ de asemenea (Fig. 4.17) c distana dintre axele celor dou valuri va fi:

DD coscos2221 dReROO (4.72)

nlocuind: 2R = D, rezult relaia de calcul a diametrului valurilor:

DD

cos1cos

edD (4.73)

Pentru D < M, rezult:

MM

cos1cos

edD (4.74)

Considernd:

22 1

11

1cosPM

M

tg

(4.75)

relaia (4.74) se poate scrie n funcie de coeficientul de frecare:

1112

2

PPedD (4.76) (6.30)

Diametrul minim al valurilor se obine la egalitatea celor doi membrii ai relaiei (4.76):

11

12

2

min

PPed

D (4.77)

Pentru cazul cnd se cunoate diametrul valurilor i trebuie ales materialul pentru Prunire din punct de vedere al diametrului acestuia, se folosete relaia:

e

Dd d M

Mcos

cos1 (4.78)

Aceste condiii sunt valabile pentru valurile netede, la valurile cu rifluri sau dini dimensiunile particulelor sau a bucilor de material pot fi mai mari, deoarece riflurile sau dinii angreneaz particulele ntre valuri.

188

4.4.5. Concasoare cu valuri O parte din calculul funcional este diferit la concasoarele cu valuri fa de morile cu valuri. Debitul concasorului cu valuri se determin din condiia de funcionare continu a concasorului n ipoteza alimentrii constante cu material (Fig. 4.18).

LeDnCQ u JS60 , (kg/h) (4.79)

n care: Cu este coeficient de umplere a volumului de lucru al concasorului, are valori mici pentru materiale dure i valori mari pentru materiale moi, (0,2-0,6); J - masa volumic a materialului, kg/m3; n turaia valurilor, rot/min; D diametrul valurilor, m; e distana ntre valuri, m; L lungimea valurilor, m.

Fig. 4.18. Schema pentru determinarea debitului concasorului cu valuri.

Turaia valurilor se determin din deziderentul c: o turaia prea mare duce la micorarea calitii mrunirii, iar o turaie prea mic duce la realizarea unor productiviti mici, se recomand ca turaia valurilor s ndeplineasc condiia:

Ddn d J

P616 , (rot/min) (4.80)

n care: P este coeficientul de frecare dintre material i valuri; J - masa volumic a materialului, kg/m3; d dimensiunea particulei sau a materialului la alimentare, m; D diametrul valurilor, m.

e

L D D

189

4.4.6. Mori cu valuri Sunt mult mai des folosite n industria alimentar, n special la sfrmarea seminelor n scopul eliberrii endospermului din nvelii/sau pentru mrunirea acestuia n vederea obinerii Iinurilor de diferite granulaii. Din punct de vedere constructiv, o moar cu valuri este format din dou pUi identice, fiecare parte avnd cte o pereche de valuri de mcinare, aezate n aceiai carcas (Fig. 4.19). n carcasa 1 sunt montate cele dou perechi de valuri, unul rapid 2, cellalt lent 3, astfel nct s se asigure gradul de mrunire dorit. Produsul pentru mcinat, este adus prin gura de alimentare 4, care este comandat de sistemul format din prghia 5 i clapeta mobil 6. Produsul este lsat s cad pe distribuitor, apoi ajunge pe valul (cilindrul, tYlugul) de alimentare 7. 7Ylugul accelerator 8 primete produsul i-l distribuie uniform pe toat lungimea valurilor de Pcinare 2 i 3 prin intermediul unui plan de alunecare. Produsul mcinat este colectat n melcul transportor 9 i evacuat prin gura de evacuare 12. Pentru curirea valurilor de mcinare se utilizeaz cuitele de raclare 10 sau periile 11. Valurile sunt acionate de motoare electrice sau termice (pentru morile mobile), prin transmisie cu curele la unul din valuri. Transmiterea miFrii de la un val la altul se face prin angrenaje cu roi dinate.

Fig. 4.19. Schema constructiv a unei mori cu dou perechi de valuri. Morile cu valuri (cilindrii, tYlugi) se pot clasifica astfel:

1. Dup modul de dispunere a tYlugilor n funcie de drall: - cu lagre fixe; - cu lagre mobile; - cu lagre mobile i fixe. 2. Dup natura suprafeei cilindrilor: - cu cilindri netezi; - cu cilindri riflai; - cu cilindri cu dini.

12

4

5 7

8

10

11

9 3

2 1

6

190

3. Dup numrul cilindrilor: - cu un cilindru i plac zdrobitoare; - cu doi cilindri cu axele n plan orizontal; - cu trei cilindri (dou treceri); - cu dou perechi de cilindri (dou treceri); - cu cinci cilindri (patru treceri).

i la morile cu valuri, procesul de mcinare (mrunire) este influenat de proprietile fizico-mecanice i structurale ale materialelor supuse mrunirii, parametrii constructivi i funcionali ai mainii de mcinat i regimul de lucru ales. Prin corelarea optim a acestor factori se poate mri eficiena mainilor de mrunire. Dintre proprietile fizico-mecanice, cele care intereseaz cel mai mult sunt rezistena specific la mrunire i modulul de elasticitate al materialului care trebuie mrunit. Factorii constructivi i funcionali ai mainii de mcinare se refer la tipul mainii, varianta constructiv, forma organelor de lucru, dimensiunile acestora, metoda de alimentare i de evacuare a materialului, precum i la regimul cinematic ales.

4.4.6.1. Tipuri constructive de mori cu valuri

Moara cu valuri constituie utilajul de baz folosit la mcinarea cerealelor. Atestat documentar n 1588, moara cu valuri realizat de Ramelli, sufer n decursul anilor o serie de perfecionri. n 1873 Wegman realizeaz o nou variant de val, perfecionat, care va conduce la realizarea unor mori de construcie modern. Dei a evoluat destul de mult, moara cu valuri a Sstrat acelai principiu de mcinare, trecerea cerealelor sau a produselor intermediare printre 2 cilindrii de mcinare (tYlugi), situai la o distan reglabil unul fa de altul, care se rotesc n sensuri contrare, cu viteze unghiulare diferite. Perfecionarea morilor cu valuri a cunoscut o serie de etape care au adus noi soluii tehnice privind: autoreglarea debitului de alimentare, cuplarea i decuplarea automat, acionarea, transmiterea miFrii de rotaie la cilindrii mcintori i de alimentare, curarea suprafeelor de lucru a cilindrilor mcintori etc. Morile cu valuri se clasific dup mai multe criterii astfel: Dup poziia relativ a tYlugilor se disting urmtoarele tipuri de mori cu valuri (Fig. 4.20):

- simpl cu o pereche de tYlugi aezai cu axele n plan orizontal, (a); - simpl cu o pereche de tYlugi aezai cu axele n plane orizontale, paralele, (b); - simpl cu dou perechi de tYlugi, ce lucreaz succesiv cu axele n plane orizontale

paralele, (c); - simpl diagonal, (d); - dubl diagonal, cu tYlugul inferior rapid, (e); - dubl diagonal, cu tYlugul superior rapid, (f); - simpl, cu dou trepte de mrunire (3 tYlugi), (g); - simpl, cu trei trepte de mrunire (4 tYlugi), (h).

Morile simple, cu o pereche de tYlugi se folosesc din ce n ce mai rar pentru mcinarea cerealelor. Cel mai frecvent folosite sunt morile duble cu dou perechi de cilindri mcintori Dezai diagonal sau orizontal. n cazul morilor cu valuri aezate n diagonal, acestea au limi mai mici n comparaie cu cele orizontale. n ultima perioad, la mcinarea grului, au nceput s apar morile cu patru perechi de tYlugi, cu dou trepte de mrunire consecutive. Ele realizeaz

191

o mrunire intensiv fiind utilizate n special la primele trepte de rotare precum i la primele Pcintori pentru mrunirea intensiv a griului i dunstului.

Fig. 4.20. Moduri de amplasare a valurilor de mcinare.

Utilizarea acestui tip de moar are ca efect: - reducerea numrului de trasee de transport pneumatic; - reducerea volumului ocupat de moar; - reducerea consumului de energie.

Morile cu trei i patru tYlugi, cu dou respectiv cu 3 mciniuri consecutive se utilizeaz frecvent la morile de mcinat porumb.

1. Dup numrul cilindrilor de alimentare: - moar cu un cilindru de alimentare; - moar cu doi cilindrii de alimentare.

Marea majoritate a morilor cu valuri au cte doi cilindrii de alimentare pentru fiecare pereche de cilindrii mcintori. n comparaie cu alimentarea cu un cilindru, utilizarea a doi cilindrii, asigur o perdea mai uniform de produs care ajunge ntre cilindrii mcintori.

2. Dup utilizarea transportoarelor melcate la alimentarea sau evacuarea unei perechi de cilindri mcintori:

- moar cu melc de distribuie la alimentare; - moar cu melc de distribuie att la alimentare ct i la evacuare.

Melcul de distribuie la alimentare se folosete pentru morile cu valuri cu lungimi ale cilindrilor mcintori mai mari de 1000 mm. Melcul de distribuie se afl n buncrul de alimentare deasupra cilindrilor de alimentare asigur mprtierea uniform pe toat lungimea zonei de mcinare a produsului de mrunit.

g)

a) c) e) b) d)

f) h)

192

3. Dup tipul sistemelor de cuplare decuplare: - moar cu cuplare-decuplare manual; - moar cu cuplare manuali decuplare automat; - moar cu cuplare - decuplare automat.

Prima categorie de mori cu valuri este mai puin rspndit n unitile de morrit din ara noastr. Cea de-a doua i a treia categorie sunt cel mai rspndite, prezint avantajul proteciei suprafeei exterioare de mrunire ale cilindrilor. n cazul valurilor care lucreaz n regim strns, cu distane foarte mici ntre cilindrii mcintori, exist pericolul atingerii lor atunci cnd se ntrerupe alimentarea cu produse de mrunit. Datorit vitezelor periferice diferite, suprafaa sufer o deteriorare mai mic sau mai mare, funcie de durata absenei produsului ntre cilindri. La morile cu valuri cu decuplare automat, o clapet situat n buncrul de alimentare sesizeaz lipsa produsului i comand automat fie printr-un sistem mecanic, fie prin unul hidraulic, deprtarea tYlugilor protejndu-i. La unele tipuri de mori cuplarea se poate realiza fie manual, fie automat.

4. Dup modul de evacuarea a produselor mrunite: - mori cu evacuare gravitaional printr-o tremie colectoare; - mori cu evacuare cu transportor elicoidal; - mori cu evacuare prin transportor pneumatic.

Majoritatea morilor cu valuri folosite n unitile de morrit fac parte din categoria celor cu evacuare gravitaional. Mai rar sunt utilizate morile cu evacuare cu melc. n cazul utilizrii la secia de mcini a transportului pneumatic, este indicat folosirea morilor cu valuri la care evacuarea produselor mrunite se face prin transport pneumatic, printr-o conduct destinat fiecrei jumWi de moar, plasate pe lng cilindrul central de alimentare. Poziia acestor conducte se afl la partea inferioar a tremiei fiecrei jumWi de moar. Utilizarea acestui tip de moar, conduce la reducerea consumul de energie pentru transportul pneumatic, ca urmare a reducerii nOimii de ridicare a produselor mrunite. Un alt avantaj al utilizrii lor, este reducerea numrului de nivele ale cldirii morii n ansamblu, moara cu valuri putnd fi montat pe planeul primului nivel. n momentul de fa la construciile existente n ara noastr mai exist un nivel sub cel al morii cu valuri.

5. Dup tipul instalaiei automate de cuplare-decuplare: - moar cu acionare hidraulic; - moar cu acionare pneumatic.

Instalaiile de cuplare i decuplare automat cel mai des utilizate la morile cu valuri din ara noastr sunt cele cu acionare hidraulic. Acestea pot fi cu pomp de ulei proprie sau cu pomp central, pentru un grup de mori. n afara sistemelor hidraulice, la morile valuri, se pot utiliza i sisteme pneumatice, locul pompei de ulei fiind luat de un compresor, care trimite aerul prin conducta fiecrei electrovalve, care asigur distribuia aerului ntr-un piston pneumatic pentru cuplare i decuplare. Avantajul mrunirii const n aceea c suprafaa de contact cu boabele, n timpul solicitrii este foarte mic. La anumite viteze unghiulare i la anumite caracteristici ale suprafeei de lucru, aciunea tYlugilor asupra boabelor n procesul de mrunire, este asemQtoare unei aciuni instantanee, deoarece acetia sunt tangeni cu generatoare.

193

Poziia relativ a valurilor difer de la o variant constructiv la alta. Pentru obinerea diferitelor sorturi de mcini se folosesc mori cu mai multe trepte de mrunire, respectiv cu mai multe valuri sau perechi de valuri. Valurile sau cilindrii de alimentare au rolul de a dirija materialul de mcinat ctre spaiul de lucru al valurilor de mcinare. Au suprafaa riflat pentru ca mrunirea s se fac mai uniform. De obicei morile cu valuri au cte doi cilindrii de alimentare, unul dozator cu amplasare superioar, i unul distribuitor amplasat sub cilindrul dozator (se mai numete i cilindru accelerator). Suprafaa cilindric a tYlugilor poate fi rifluit sau neted, alegerea fcndu-se n funcie de procesul tehnologic. Astfel, dac tYlugii se folosesc pentru sfrmare boabelor i separarea endospermului de nveli, suprafaa va fi rifluit, dac se folosesc la transformarea particulelor de endosperm n fin (mrunirea griurilor i a dunsturilor curite) suprafaa va fi neted. 0cinarea boabelor de cereale cu mori avnd tYlugii netezi, n aparen, este foarte simpl. n realitate, este influenat de o serie de caracteristici ale tYlugilor mcintori. Dintre acestea cele mai importante sunt: suprafaa tYlugilor, raportul dintre viteza tangenial a WYlugului rapid i a tYlugului lent k, modul de curire a suprafeelor cilindrice de lucru a WYlugilor. Iniial, suprafaa cilindric de lucru a tYlugilor este rectificat. Dup un anumit timp de funcionare, aceasta devine lucioas (oglind) i aciunea ei asupra boabelor de cereale se reduce foarte mult. Din acest motiv, tYlugii sunt supui operaiei tehnologice de rectificare de cte ori este nevoie. Trebuie menionat urmtorul aspect: tYlugii netezi nu se rifluiesc, iar tYlugii rifluii nu se fac netezi. Structura i duritatea suprafeei de lucru nu admite asemenea schimbri. Astfel de modificri nu aduc de regul dect dezavantaje privind durabilitatea tYlugilor. 0cinarea cu tYlugi netezi se face mai mult prin solicitarea de compresiune i mai puin prin frecare. Prin urmare, raportul vitezelor este k = (1 y 1,5). Raportul k = 1 se recomand pentru obinerea de granule aplatizate, adic la pasajul de germeni. n timpul procesului de mcini, tYlugii se nclzesc conducnd la lipirea unui strat de granule pe suprafaa cilindrului de lucru. Pentru ndeprtarea stratului de granule lipit se folosesc cuite din oel rezistent la uzur, cuite din lemn tare sau perii confecionate n acest scop. Periile nu pot ndeprta n totalitate stratul de granule lipit i se uzeaz repede. Totui constituie metoda cea mai folosit. ntruct acetia au dimensiuni mici, este necesar ca suprafaa de lucru a tYlugilor s fie neted, iar abaterile geometrice de ordinul 1 i 2 (abateri de form i respectiv granulaia suprafeei) s fine minime. Existena neregularitilor pe suprafeele de lucru ale tYlugilor prezint, n condiiile de funcionare o serie de dezavantaje, ce influeneaz n final calitatea produsului mrunit. Practic, suprafaa de lucru trebuie s aib rugozitatea Ra = 1,6, care se obine prin operaii de rectificare cilindric exterioar (se utilizeaz corpuri abrazive de form cilindric plan). 4.4.6.2. Rifluirea tYlugilor

0cinarea cerealelor de natura grului i secarei este influenat n mare msur de calitatea tYlugilor rifluii. De aceea valul de moar trebuie s fie astfel realizat, nct rezemarea WYlugilor n lagre s fie perfect i s se poat roti fU trepidaii. Mrunirea boabelor i rotului este influenat n principal de urmtorii factori: forma riflurilor (DE); numrul riflurilor pe 10 mm de circumferin a tYlugului; nclinarea riflurilor fa de generatoarea tYlugului; diametrul tYlugilor; raportul vitezelor periferice ale tYlugilor.

194

Fig. 4.21. Profilurile unor rifluri de la valurile de alimentare.

De o mare importan este i poziia relativ a riflurilor celor doi tYlugi, deoarece la obinerea finii sau a griului, funcionarea valului depinde de aceast poziie. 7Ylugii rifluii nu trebuie s fie nlocuii dup un grafic, ci dup capacitatea lor de funcionare. Att timp ct tYlugii rifluii funcioneaz nc n condiii normale i cu rezultate bune, ei trebuie s rmn n exploatare. Pe de alt parte nu trebuie s se evite schimbarea acestora, cnd este oportun pe considerentul c nlocuirea este legat de cheltuieli mari i consum de timp. Atunci cnd riflurile sunt uzate i tYlugii nu mai lucreaz corect, trebuie rifluii din nou (recondiionai), deoarece moara cu valuri consum mai mult energie, se nclzesc tYlugii i produc pelicule de fin care alunec. n acest caz la mcinarea grului, n special la rotul I i II, se reduce n mod nsemnat randamentul n griuri. Controlul uzurii riflurilor se poate face cu ajutorul unei lupe. Sub lup, mrindu-se de mai multe ori riflul, se observ dac acesta are suprafaa neted lucioasi tLul ascuit. La o uzur puternic, faeta riflului este mai lati poate fi observat cu ochiul liber. ntotdeauna se poate constata cnd marginea riflului este mai mult sau mai puin rotunjiti astfel faeta riflului apare lat. De multe ori se poate observa, n special la primul i la al doilea rot i n cazul cnd materialul tYlugilor nu este corespunztor, o uoar frmiare a muchiilor riflurilor. n astfel de cazuri se impune recondiionarea tYlugilor. Recondiionarea se face prin polizarea prealabil a riflurilor uzate, rectificarea suprafeelor cilindrice la o rugozitate Ra = 1,6 i apoi rifluirea. Operaia se face pe maini speciale de rectificat i rifluit valuri de moar. Riflurile nsi care se compun din dou unghiuri (Di E) trebuie executate pe suprafaa exterioar cilindric a tYlugului n aa fel nct pe partea periferic a acestuia ntre dou rifluri consecutive s rmn o poriune plan faeta. Dup mrimea faetei, se poate controla n ce Psur cilindrul rmne perfect rotund. Limea faetelor plane poate fi fixat la 0,2 mm n cazul a cinci rifluri pe 10 mm de circumferin. Pentru a evita execuia nefavorabil a riflurilor s-a renunat la metoda potrivit creia riflurile vecine se mbin la baz (fund) sub un unghi ascuit, fiind mai avantajos s se prevad rifluri cu fundul avnd forma plat sau rotund. n funcie de numrul riflurilor, fundul acestora poate avea r = (0,5 0,1) mm. n Figura 7.9, sunt prezentate dimensiunile riflurilor recomandate la pasaje de mcini ale grului, [69]. n acelai timp, fundul riflurilor mai prezint avantajul c nu este necesar un vrf perfect ascuit la cuitul de rifluit, astfel c durabilitatea acestuia poate fi prelungit. O protecie important a riflurilor o realizeaz nclinarea acestora. De fapt, este absolut necesar ca ambii tYlugi s aib rifluri cu aceeai nclinaie(la dreapta sau la stnga).

rotare (n afar de ultimul pasaj)

nr. rifluri 33,

nclinare 8 % () 88 mm);

nr. rifluri 26, nclinare 8

%, () 88 mm), nclinare 88

8,48

1

75o 321

2,5

195

Dac s-ar monta un tYlug cu rifluri nclinate la dreapta i cellalt tYlug cu rifluri nclinate la stnga, nu ar mai exista nici un efect de forfecare, ci riflurile tYlugilor s-ar aeza reciproc paralel ceea ce ar avea acelai efect, ca i cum nici unul dintre tYlugi nu ar fi cu rifluri ci cu suprafa cilindric neted. nclinaia riflurilor fa de generatoarea tYlugului, exprimat n procente, este diferit pentru fiecare pasaj. Astfel, ca orientare, pentru roturile de secar, nclinaia se recomand (14 18) %, iar pentru mcinarea griului de circa (16 18) %. n cazul roturilor de gru se admite (10 18) %, iar pentru mcinarea griului de gru, (10 14) %. Aceste valori depind de natura cerealelor i numrul pasajelor (mrimea morii).

Fig. 4.22. Dimensiunile riflurilor recomandate la pasajele de mcini ale grului.

4.4.6.3. Durabilitatea tYlugilor 7Ylugii mcintori constituie organele de lucru ale morilor cu valuri. n timpul procesului de mrunire, acetia sunt supui la solicitri mecanice complexe. Procesul de frecare dintre suprafeele tYlugilor n contact cu granulele supuse mrunirii are ca efect pierderea de energie manifestat prin cldura produsi uzura fizic, rezultat al desprinderii de material i al modificrii strii iniiale a acestor suprafee. Boabele de cereale exercit o aciune de lefuire aproape att de puternic ca nisipul sau pietriul, condiie care impune tYlugilor rezisten la uzur. Suprafeele de lucru ale tYlugilor sunt supuse, n principal, la uzura prin abraziune sub presiuni de contact ridicate i uzur prin oboseal superficial. Formele de manifestare a uzurii depind de suprafaa cilindric de lucru (neted sau cu rifluri), de raportul vitezelor tangeniale ale WYlugilor, proprietile fizico mecanice ale granulelor supuse mrunirii etc. Asigurarea strict a formei geometrice, a condiiilor dimensionale privind diametrele WYlugilor i fanta de evacuare, a calitii suprafeelor sub aspectul duritii i al microgeometriei

90o 25o

65o

0,4

r=0,

10,

5

95o

30o

65o

0,3

r=0,

1.

0,5

105o 0,2

70o r=0,

10,

5

35o

0,15 111o

75o r=

0,1

0,5

35o

85o 0,4 25o

60o r=0,

10,

5

100o 0,2 40o

60o r=0

,1

0,5

r=0,

10,

5

90o 30o

60o

0,3

196

se realizeaz prin alegerea materialului de execuie corespunztor i tehnologia de execuie corect, la un cost optim. TYlugii rifluii trebuie s aib o duritate a stratului superficial mai mare dect tYlugii netezi, ns un tYlug rifluit nu trebuie s fie prea dur, deoarece n acest caz, exist pericolul s se rup riflurile. De aceea, pentru o rifluire calitativ bun este absolut necesar ca materialul pentru tYlugi s aib proprieti corespunztoare. Fabricarea tYlugilor prin turnare centrifug asigur omogenitatea i duritatea stratului exterior. Permite s se echilibreze static i dinamic precis, iar dimensiunile riflurilor nu reduc duritatea stratului exterior. 7Ylugii turnai n cochile, dei au form compact din punct de vedere al materialului, execuiei suprafeei i preciziei de finisaj sunt piese foarte pretenioase. Important este uniformitatea structurii, iar tensiunile interne ce se manifest prin uoare deformri, se observ mai greu i nseamn un dezavantaj. De aceea tYlugii turnai n cochil trebuie lsai un timp pentru mbtrnire natural, perioad n care tensiunile interne dispar complet. n majoritatea cazurilor, tYlugii se execut din fonte cenuii modificate i fonte albe i pestrie cu crust dur sau semidur. Fontele cenuii de calitate superioar sunt obinute prin modificare: introducerea unei cantiti mici de substane (modificatori), care conduc la formarea unui grafit sub form de filamente ct mai fine i uniform distribuite ntr-o mas metalic de baz preponderent perlitic. Aceste caracteristici structurale privind grafitul i masa metalic confer fontelor proprieti de rezisten mecanic ridicat, respectiv ncadrarea lor n mrcile: Fc250 Fc400 sau Fc200X Fc 300X. Tensiunea de rupere a fontelor modificate poate atinge limita de 600 N/mm2. Fontele speciale albe i pestrie cu crust dur sau semidur se obin ca urmare a turnrii n forme metalice. Grosimea crustei este de obicei (835) mm. Cele mai frecvente defecte ntlnite la turnarea tYlugilor din aceste fonte sunt crSturile pe suprafaa de lucru i n special crSturile longitudinale. Tendina de apariie a crSturilor crete odat cu mrirea temperaturii de turnare i a micorrii coninutului de carbon. n S.U.A., se recomand pentru execuia tYlugilor, fonte aciculare mediu aliate cu nichel i molibden de tipul IROSTEEL A, avnd compoziia chimic: 3,4 % C; 2,4 % Si; (0,3 0,4) % Mn; maxim 0,035 % P; maxim 0,025 % S; (0,6 0,8) % Cu; (1 1,2) % Mo; (0,4 0,5) % Ni. Molibdenul mbunWHte rezistena i durabilitatea la uzur n condiii de frecare i alunecare. TYlugii au structura bainito austenitic cu grafit nodular i prezint caracteristici mecanice: Rm = 1060 N/mm2; Rc = 650 N/mm2; A = 4 % i HB = (269 290). Conform datelor firmei italiene OCRIM durabilitatea tYlugilor rifluii de la pasajul I de rotuire este de (12 16) luni, iar la pasajul al II-lea (20 24) luni, la al III-lea (12 16) luni, la al IV-lea (8 10) luni i la al V-lea (6 7) luni. Durabilitatea ridicat este justificat prin viteza periferic a tYlugilor de (3,5 5) m/s, alimentarea spaiului de mrunire controlat, uniform i ritmic, iar ncrcarea specific a tYlugilor (25 50) kg /10mm24h.

4.4.6.4. Paralelismul tYlugilor

Reglarea distanei dintre tYlugi (fanta de evacuare) este o operaie de mare finee. Reglarea optim a fantei asigur obinerea unui procent ridicat de fin superioar, prin prelucrarea uniform a fraciilor intermediare. O fant prea mic (reglaj prea strns) la primele pasaje de rotare conduce la mrunirea intensiv a endospermului i a unei pUi din nveli, care trec n fin. De asemenea, ultimele pasaje de val fiind mai puin ncrcate, vor mcina n continuare nveliul, care la cernere va trece n fin. O fant prea mare (reglaj prea larg) la primele pasaje aglomereaz cu granule ultimele valuri care vor lucra mai strns pentru realizarea extraciei de fini vor deprecia astfel calitatea

197

acesteia. Gradul de mrunire crete de la 10 % la 24 % n cazul micorrii distanei dintre WYlugi de la 1,2 mm la 0,8 mm. La distana dintre tYlugi de 0,6 mm, gradul de mrunire ajunge la 45 %. n Tabelul 4.4, se fac recomandri privind dimensiunea fantei de evacuare funcie de pasajul de rotuire, masa hectolitrici viteza medie a granulei. Distana dintre tYlugi trebuie meninut constant pe tot parcursul desfurrii procesului. Pentru aceasta, periodic se controleaz paralelismul dintre cei doi tYlugi, lipsa denivelrilor provocate de uzur, jocurile n lagre i angrenaje. Alimentarea trebuie s fie uniform pe toat lungimea tYlugilor, astfel nct s se realizeze gradul de mrunire impus. Paralelismul se realizeaz att prin utilizarea de tYlugi cu dimensiuni geometrice corecte, precum i prin reglarea corespunztoare a poziiei arborilor i a suprafeelor de lucru, plecnd de la un punct de referin. Fa de acestea se stabilesc tangentele corecte, n raport cu care se poate fixa distana ntre tYlugi la mrimea dorit.

Tabelul 4.2. Valori privind dimensiunea fantei de evacuare funcie de pasajul de rotuire, mas

hectolitrici viteza medie a granulei. Pasajul Masa hectolitric,

MH, kg/hl Fanta de evacuare,

e, mm Viteza medie a

granulei, vp, m/s rotul I 78 2 0,5 rotul II 62 1,1 0,4 rotul III 50 0,8 0,38 rotul IV 40 0,6 0,3 rotul V 35 0,4 0,28 rotul VI 27 0,25 0,25

Metoda de reglare a paralelismului tYlugilor depinde de sistemul constructiv al morii cu valuri, care poate fi de tip orizontal sau n diagonal (Fig. 4.23). Pentru controlul paralelismului se folosesc rigle din font sau echere speciale i nivele cu bul de aer. Dispozitivul const dintr-o rigl gradat 1 pe care se gsete n poziie vertical tija de regalare 2, avnd grosimea egal cu Primea fantei dintre tYlugi. Nivela cu bul de aer 3 stabilete poziia orizontal. Tija de reglare poate fi fixat cu ajutorul urubului 6 pe anumite poriuni ale riglei. n vederea reglrii corecte se deplaseaz tija de reglare ntre cei doi tYlugi, n apropierea unui capt i apoi se sprijin rigla tangenial pe acetia. Tija de reglare susine dispozitivul vertical fa de axa geometric a tYlugilor 4, n poziie corespunztoare msurrii i permite efectuarea probei de Ftre o singur persoan. Nivela cu bul de aer se regleaz cu ajutorul urubului cu pas fin 5, astfel nct bula de aer s fie n poziie central. Apoi dispozitivul se aeaz la captul cellalt al WYlugilor. n funcie de poziia bulei de aer se poate trage concluzia asupra abaterilor de la paralelismul tYlugilor i reglarea corect a distanei dintre acetia. 0surarea fantei de evacuare se face cu calibre de interstiii numite sonde sau spioni. Calibrele sunt de forma unei lame rotunjite la capete, cu lungimea de 100 mm. Dimensiunea caracteristic a unui calibru de interstiiu este grosimea, care poate avea valori cuprinse ntre (0,03 1) mm, cu trepte (variaii) de 0,01 mm i 0,25 mm.

Calibrele de interstiii se execut n dou clase de precizie, 1 i 2 i se livreaz prinse ntr-o teac de protecie. Calibrele de interstiii sunt introduse n trei zone diferite pe lungimea WYlugilor (Fig. 4.24) i se face media aritmetic a valorilor msurate.

198

Fig. 4.23. Dispozitive de reglare (rigle) a paralelismului tYlugilor.

Fig. 4.24. Dispozitive de reglare (calibre de interstiie) a paralelismului tYlugilor. 0surtorile se fac numai n poziia de repaus a valului. n cazul cnd valul este n stare de funcionare se folosesc platbande din plumb cu dimensiunile (30 x 5) mm a cror grosime variaz ntre (0,35 0,5) mm. Acestea sunt introduse pe la partea superioari sunt recuperate la

3

5

6

1

4

4 e

D D

2

D

D

e

4

4

3

5 6

1

2

S1 S2 S3

III II I

199

ieirea din spaiul de mrunire. Grosimile rezultate se msoar cu ajutorul unor aparate de Psurat corespunztoare (micrometre). Din punct de vedere constructiv, o moar cu valuri este format din dou pUi identice, fiecare parte avnd cte o pereche de valuri de mcinare aezate n aceeai carcas. Determinarea poziiei de desprindere a particulei de pe valul accelerator se realizeaz pornind de la considerentul c asupra particulei aflate pe suprafaa valului accelerator acioneaz urmtoarele fore, [66]: G greutatea particulei; N reaciunea suprafeei valurilor asupra particulei; Fc fora centrifug datorat miFrii de rotaie a valului accelerator; Ff fora de frecare dintre particuli suprafaa valului accelerator. 4.4.6.5. Calculul valurilor n Figura 4.25, este prezentat schema de calcul pentru poziia valului accelerator cuprinznd fore care acioneaz asupra particulei n punctul de desprindere M, aflat sub unghiul de desprindere fa de orizontal, de pe valul distribuitor care are viteza unghiular Z. Considernd sistemul rectangular de axe xMy, particula se afl la distana a fa de planul orizontal ce trece prin centrul valului accelerator i la distana b fa de punctul de contact cu valul de mcinare. Cnd particula se desprinde de valul accelerator fora de reaciune N devine nul, rezultnd:

DZ sin2 gmrmFc (4.81)

Pentru zborul liber al particulei, traiectoria particulei va fi descris de ecuaiile:

2

cos

sin2

0

0

tgtvy

tvx

D

D (4.82)

Eliminnd timpul t din ecuaiile (4.82), rezult:

DD 222

sin2

ovxg

tgxy (4.83)

Relaia (4.83) reprezint ecuaia unei parabole, i este necesar n stabilirea poziiei de amplasare a valurilor de mcinare fa de cele de alimentare (construcia parabolei se poate face prin puncte). Dac punctul de desprindere se abate de la axa vertical, cu maxim 5-10o ecuaiile de micare ale particulelor, ncepnd din punctul M n coordonatele xi y vor fi:

tvx

tgy

o

2

2

(4.84)

200

de unde:

20

2

2vxgy (4.85)

Fig. 4.25. Schema de calcul pentru valurile de alimentare. Viteza particulei n momentul atingerii valului de mcinare va fi:

bgvvk 2cos220 D (4.86)

Viteza de cdere a particulei trebuie corelat cu viteza de rotaie a valului. Viteza maxim a valului distribuitor este considerat cnd particula se desprinde n punctul A de pe valul accelerator, i cunoscnd c:

ZD

rv

ra

0

,sin (4.87)

se obine viteza maxim a valului distribuitor pentru sinD =1:

rgv max0 (4.88)

ntruct, n practic, diametrul valului accelerator (de distribuie), este cuprins n intervalul (70 90) mm, rezult c viteza periferic a acestuia este de aproximativ 0,7 m/s, la care corespunde o turaie a valului de 135 rot/min. innd seama c valurile de alimentare au suprafaa riflat, viteza periferic a acestora se poate mri. Datorit, att greutii, formei i mrimii ce difer n masa de particule, ct i faptul c particulele se ciocnesc ntre ele, desprinderea particulei de pe valul accelerator se realizeaz n

k

mg

c

b

a

M A

0v y1 y2

y

x1

x2

x

r Z

45o

201

puncte diferite, iar cderea pe valul de mcinare se realizeaz pe o fie de lime ci lungime egal cu lungimea valului de alimentare. Pentru ca particulele de material s nu aglomereze sau s ajung ntr-un strat prea subire pe valul de mcinare, trebuie ca viteza particulelor n momentul atingerii valului s fie egal cu viteza periferic a valului. Valul de mcinare pe care cad particulele poate fi cel rapid sau cel lent. Construcia i calculul valurilor de mcinare. Valurile (cilindrii, tYlugii) reprezint principalele organe de lucru ale morii (organele active de lucru). Sunt realizate din font turnat n cochilie, iar lungimea lor este standardizat la 600, 800 i 1000 mm. n Figura 4.26 este prezentat un val de mcinare n seciune transversal format din cilindrul tubular 1, avnd la capete semiarborii 2 montai prin presare. n adncime, cilindrul prezint trei straturi cu duriti diferite: un strat de suprafa de (20 25) mm cu duritate de (400 500) HB, un strat de tranziie de (8 10) mm i stratul inferior de aproximativ 190-270 mm. La capete cilindrii au o conicitate pentru a elimina deformaiile produse de cldura degajat n procesul de mrunire.

Fig. 4.26. Elementele dimensionale ale unui val de mcinare. Conicitatea (teitura) se poate justifica i prin aceea c la mrunire, alimentarea nu se face pe toat lungimea tYlugului. Pe o lungime de (20 30) mm, la ambele capete ale WYlugilor, acetia rmn neuzai, astfel c prin conicitate se asigur posibilitatea apropierii WYlugilor n timpul operaiei de mrunire. n literatura tehnic, cu privire la prelucrarea capetelor tYlugilor, se gsesc diferite recomandri. Astfel, dup Kettner ambii tYlugi ar trebui s fie micorai n diametru la capete, cu (0,15 0,2) mm, dup Flechsing ambii tYlugi trebuie s fie micorai n diametru la capete cu (0,05 0,2) mm, fU a face vreo referire pe ce lungime, dup Lochwood numai tYlugul superior (rapid) trebuie micorat la capete cu 0,05 mm pe o lungime de 150 mm, iar tYlugul inferior (lent) trebuie s fie cilindric perfect, iar dup Worf se recomand micorarea diametrului la capete cu 0,005 mm, fU a face vreo referire pe ce lungime. n practic, se recomand prelucrarea capetelor tYlugilor conform figurii 4.15.

2

c

d

D

B

b2 b1

1

202

Fig. 4.27. Prelucrarea capetelor tYlugilor. Suprafaa valurilor de mcinare poate fi neted sau rifluit. Valurile de mcinare au suprafaa riflat pentru ca mrunirea particulelor s se fac sub aciunea unor solicitri complexe (compresiune, forfecare, strivire), astfel nct valul poate realiza patru operaii principale:

- rotare (fragmentarea particulelor mari n particule mai mici, cu evitarea obinerii de pulbere);

- desfacerea (desprinderea anumitor fraciuni dintr-un agregat); - Pcinarea (mrunirea fin propriu-zis); - aplatizarea (laminarea particulelor).

Riflurile sunt crestturi practicate pe suprafaa cilindric a tYlugilor cu scopul de a desface mai uor miezul boabelor din nveli. Acestea au forma unei elice cilindrice cu pas foarte mare. Unghiul de nclinare fa de generatoarea tYlugului variaz de la o faz la alta a procesului de mcini. Riflurile se caracterizeaz prin (Fig. 4.28):

- profil sau form; - unghiul de nclinare al riflului fa de generatoarea tYlugului; - poziia riflurilor; - numrul riflurilor; - viteza tYlugilor; - lungimea tYlugilor; - diametrul tYlugilor; - distana dintre tYlugi; - capacitatea de lucru a tYlugilor.

Numrul total de rifluri al valului (tYlugului) de mcinare se poate determina cu relaia:

sr nDN S (4.89)

n care: D este diametrul valului, m; nsp= 5-12 - numrul specific de rifluri de pe un centimetru din circumferina valului.

d

d d D

d D

a

203

Fig. 4.28. Forma i caracteristicile riflurilor.

Att numrul de rifluri, ct i elementele geometrice ale acestora depind de destinaia morii, adic de locul de amplasare a morii n cadrul fluxului tehnologic (desfacere, sfrmare, rotare, mcinare fin etc.). n Figura 4.17 sunt prezentate elementele geometrice ale riflurilor valurilor de mcinare. Riflul este executat n suprafaa exterioar a valului la un pas t, pe o adncime H care variaz n funcie de destinaia morii, adncime ce este determinat de unghiurile de atac D i E i de numrul de rifluri de pe suprafaa valului. Legturile ce exist ntre elementele geometrice ale riflurilor se pot determina prin aplicarea teoremei sinusului n triunghiul abc:

ESDSESS

2sin

22sin

mt (4.90)

n care: D - este unghiul tLului riflului; E - unghiul spatelui riflului; m lungimea muchiei tLului, mm; t pasul riflului, mm. de unde:

DSESS

ES

22sin

2sint

m (4.91)

dar:

E

E D

180-D

180-D

0,10 0,40 mm

E D

p n

e

m r

t

204

DS

2sinmH (4.92)

din relaia (4.90), dup efectuarea calculelor, se obine:

tH ED

EDsin

coscos (4.93)

Fig. 4.29. Elementele geometrice ale riflurilor valurilor de mcinare.

Cercetrile au artat c asupra adncimii riflurilor acioneaz o serie de factori: - cu ct crete unghiul tLului, crete i adncimea riflului; - cu ct se micoreaz unghiul spatelui crete i adncimea riflului; - odat cu modificarea unghiului tLului se modifici lungimea spatelui riflului.

Dimensiunile riflurilor sunt caracterizate prin distana dintre dou vrfuri, prin pasul t:

rND

t S , (mm) (4.94)

unde: D este diametrul tYlugilor; Nr numrul total de rifluri, determinat cu relaia:

spr nDN S (4.95)

n care: nsp reprezint numrul specific de rifluri.

t

H

2S E

2S D

E

a b

m c

R

r

E J

t

205

Numrul total de rifluri ce particip la mrunire depinde de lungimea zonei de mrunire, de numrul specific de rifluri pe centimetru circumferin de tYlug, de viteza medie a particulelor n zona de mrunire i de viteza periferic a celor doi tYlugi. n consecin cu ct va fi mai mare numrul de rifluri pe centimetru circumferin de WYlug, ceilali parametri rmnnd constani, cu att este mai intens mrunirea deoarece crete numrul zonelor de comprimare i forfecare a particulelor ntre cei doi tYlugi, la strbaterea de Ftre particul a zonei de mrunire. Profilul riflurilor este dat de forma n seciune transversal a crestturii. Forma riflurilor influeneaz n mare msur nu numai gradul de sfrmare ci i forma particulelor. Unghiul tLului riflului Di unghiul spatelui riflului E, formeaz unghiul de ascuire J = (D+E). Cu ct unghiul de ascuire J este mai mare cu att Quleul este mai larg, tLurile sunt mai teite, iar aciunea de tiere asupra produsului este mai redus. Adncimea anului riflului depinde de mrimea unghiului spatelui riflului E, iar aciunea de tiere depinde de unghiul de tL D. Cnd unghiul spatelui riflului E este mai mare, aciunea de tiere a riflului este mic, iar aciunea de desfacere, de rzuire este mai mare. Unghiul de ascuire J are valori cuprinse ntre 900i 1200, funcie de efectul de prelucrare dorit. Odat ce se trece de la un pasaj la altul valoarea unghiului de ascuire J crete. n proiectarea valului, diametrul acestuia D, unghiul tLului riflului Di unghiul spatelui riflului E se aleg n funcie de destinaia valului. Pentru primele operaii de rotare, unde Prunirea se realizeaz prin tiere, unghiurile D i E au valori mici, iar pentru mrunirea fin valorile acestui unghi sunt mai mari. Valorile uzuale pentru aceste elemente geometrice sunt: D = (220 300) mm, D = (30 45)0 iar E = (60 75)0. Pentru fazele finale de mrunire se pot folosi valuri netede dar cu o rugozitate mai mare, care realizeaz mrunirea prin presare. Forma riflurilor este determinat de unghiurile Di E, pe care le fac cele dou suprafee de lucru ale riflului cu raza tYlugului care trece prin fundul anului. Valoarea unghiurilor de atac D, E i J, care determin natura efectului de mrunire (forfecare, strivire) prezint o mare importan, motiv pentru care au fost standardizate de fiecare ar (Tabelul 4.3). Studiile efectuate au demonstrat c modificarea unghiurilor Di E determin modificarea intensitii de mrunire ca urmare a modificrii raportului forfecare-comprimare precum i prin modificarea adncimii riflurilor. Creterea unghiului spatelui riflului E, pentru acelai pas t, acelai numr de rifluri pe circumferin de tYlug i aceeai valoare a unghiului tLului riflului D, determin creterea adncimii riflului i n consecin scderea gradului de mrunire z. Pe msur ce unghiul D crete, scade fora de forfecare i crete fora de comprimare. De asemenea creterea unghiurilor Di E conduce la scderea adncimii riflurilor. Pe suprafaa valului de mcinare, riflurile se execut nclinat fa de generatoarea valului pentru ca aciunea lor asupra particulelor s fie progresivi ct mai intens. nclinaia riflurilor numit i drall, variaz de la o treapt de mrunire la alta, i se exprim n procente fa de lungimea tYlugului, respectiv cu ci cm se deplaseaz riflul la 1 m de lungime de tYlug. Pentru determinarea nclinrii riflurilor trebuie s se cunoasc lungimea tYlugilor Li deplasarea fa de generatoare a unui riflu S:

100 LSI , % (4.96)

206

nclinarea riflurilor face s avem mai multe puncte de forfecare. Numrul acestor puncte este cu att mai mare cu ct nclinarea riflurilor este mai mare. Dac riflurile ar fi paralele cu generatoarea cilindrului, I = 0 %, mrunirea s-ar produce periodic, la ntlnirea a 2 cte 2 rifluri existente pe suprafaa celor doi tYlugi mcintori, valul ar lucra neuniform i s-ar produce vibraii.

Tabelul 4.3. Unghiurile de atac ale riflurilor adoptate n diferite ri.

ara Diametrul WYlu-gilor, mm

ncr-carea

specifi-c,

kg/cm24h

Viteza periferi-F a WYlu-gului rapid, m/s

Raportul vitezelor, k=vr/vl

Unghiul de atac, 0

rotuire 0cinare D E J

Federaia Rus

250 85 6-9 2,5 1,5-2,5 20-40 60-80 90-110

Anglia 250 18-20 3,2-3,5 - 1,5 40-45 65-70 110 Italia 250 42-50 3,6-4,0 - 1,2-1,5 -- - -

Germania

250 16-20 4,0-4,2 - 1,5 25-40 65-70 90-110

Ungaria 250 38-45 3,8-4,0 2,5 1,2-1,5 25-45 55-80 80-125 Canada 250 17-20 - - - - - - Frana 250 47 - - - 40-45 65-70 110

Romnia 220-300 35-55 2,8-6,5 2,5 1,2-2,5 30-40 60-70 90-110 $ezarea valurilor n funcie de nclinaia riflurilor se face ca n Figura 4.30. Cei doi tYlugi au viteze periferice diferite, din care cauz n practic, se ine seama de sensul de nclinare al riflurilor de pe fiecare val (stnga sau dreapta), deoarece acestea se rotesc n sensuri contrare, iar mrunirea materialului prin forfecare se realizeaz n punctele de intersecie ale riflurilor de pe cele dou valuri. Cu ct nclinarea riflurilor este mai mare, i punctele de intersecie sunt mai multe, i prin urmare mrunirea se realizeaz mai intens.

Fig. 4.30. Poziia riflurilor i a valurilor de mcinare.

S

L

$ezare corect $ezare incorect

207

n punctul de contact O a dou rifluri, unul de pe valul lent, cellalt de pe valul rapid, se afl o particul, asupra creia acioneaz dou fore: Pr, datorat riflului de pe valul rapid i Pl datorat riflului de pe valul lent (Fig. 4.31). Pentru acelai unghi \, de nclinare a riflurilor de pe cele dou valuri, rezult Pr = Pl = P. Dup descompunerea acestor fore dup dou direcii (verticali orizontal), rezult:

\\

sincos

PTPN

(4.97)

Componenta normal a forei P realizeaz comprimarea particulei, iar componenta tangenial imprim particulei o tendin de deplasare paralel cu generatoarea valului. Acest lucru este posibil cnd componenta tangenial T, este mai mare dect fora de frecare a particulei cu riflul, adic:

\PP\ cossin t PNFPT f (4.98)

sau, dup nlocuiri:

M\ t (4.99)

Cei doi tYlugi au viteze periferice diferite, din care cauz n practic unul se desemneaz ca tYlug rapid iar altul lent. Din aceast cauz efectul de mrunire are un caracter de forfecare i strivire, n timp ce dac cei doi tYlugi ar avea aceeai vitez, avem aproape numai strivire pur.

Fig. 4.31. Forele care acioneaz asupra unei particule aflat n punctul de contact ntre dou rifluri.

Viteza particulelor ntre cei doi cilindri se aproximeaz cu media vitezelor periferice ale acestora:

2lr

pvv

v (4.100)

Studiile ntreprinse au demonstrat c particula este reinut un timp pe loc de tYlugul lent, astfel c asupra ei acioneaz riflurile tYlugului rapid. Pentru simplificare se poate considera c tYlugul lent ar sta pe loc iar cel rapid s-ar deplasa cu viteza relativ (diferenial):

N

O

N Pr

P

T

\

\

208

lrd vvv (4.101)

Dup modul de aezare a celor 2 valuri de mcinare, riflurile acestora se pot ntlni n patru poziii (Fig. 4.32):

1. Poziia tL/tL (T/T) boabele care se macin sunt prinse de tLul tYlugului cu vitez mic (tYlugul lent), tLurile tYlugului cu vitez mare (tYlugul rapid) trec peste ele, iar rezultatul obinut poate fi comparat aproximativ cu ajutorul unei foarfeci

(solicitare de forfecare): D = 30-400; DSH 2

= 120-1300. Este stabilit c poziia T/T

execut mai mult o solicitare de forfecare cu o frecare mai mic i deci produce mai puin cldur. Urmare a acestui fapt productivitatea este ridicat dar i consumul de energie este mare. n afar de aceasta, poziia T/T este mai potrivit pentru produc