IntroducereIntroducerea n domeniul industriei lemnului de maini i agregate complexe, fr sau cu comand computerizat, trebuie nsoit,, n scopul creterii productivitii muncii i a condiiilor de munc, de utilizarea de instalaii de transport tehnologic care s deplaseze cantiti mari de material lemons aflat n diferite stadii de prelucrare. Perfecionarea continu a acestor instalaii din punct de vedere al soluiilor constructive i funcionale a fcut ca astzi s existe n lume un numr foarte mare de instalaii de transport tehnologic destinate industriei lemnului i a produselor pe baz de lemn. Lucrarea de fa prezint studenior principalele instalaii de transport tehnologic utilizate n fabricile din domeniul industriei lemnului at din punct de vedere constructiv-funcional ct si al calculelor pentru proiectare. n prima parte a cursului se trateaz instalaiile de tansport n cureni de aer, un accent deosebit punndu-se pe elementele componente ale instalaiilor de exhaustare, pe variantele constructive ale lor (far sau cu recirculaia aerului). Pentru aceste instalaii sunt realizate calculele de dimensionare i de stabilire a puterii prin metoda presiunilor dinamice. n partea a doua a lucrrii sunt prezentate instalaii de transport cu aciune continu (transportoare cu band, transportoare longitudinale i transversale cu lan, transportoare suspendate).

Obiectivele cursului La finalizarea studiului acestui curs studentul va fi capabil s: - identifice posibilitatea de utilizare eficient a unui anumit tip de transportor n cadrul fluxului tehnologic al unei ntreprinderi; - calculeze capacitatea de transport necesar pentru procesul tehnologic; - dimensioneze corect instalaiile de transport n cureni de aer i a celor mecanice; - stabilesc prin calcul puterea motoarelor electrice de antrenare a transportoarelor cu aciune continu i a instalaiilor de exhaustare;

Cerine preliminare Disciplina se bazeaz pe noiuni de algebr, geometrie, trigonometrie, geometrie descriptiv i desen, mecanisme i organe de maini, maini unelte pentru industria lemnului.1

Mijloace de lucru Parcurgerea prii teoretice din materialul de curs i a exemplelor, rezolvarea exerciiilor, testelor de autoevaluare i a temelor de control necesit utilizarea unui computer, rigl, echer, compas i un calculator de buzunar.

Structura cursului Cursul este structurat pe dou module: Modulul I este compus din 8 uniti de nvare ce se refer la instalaii de transport n cureni de aer (instalaii de exhaustare arborescente, instalaii universale cu colector, instalaii de exhaustare cu recircularea aerului); Modulul II este format din 6 uniti de nvare ce trateaz instalaii de transport cu aciune continu (transportoare cu band, transportoare longitudinale i transversale cu lan, transportoare suspendate). Fiecare instalaie prezentat este studiat din punct de vedere constructiv i funcional dup care se realizeaz calcule de proiectare. Fiecare unitate de nvare conine att partea teoretic ct i exemple, teste, i teste de evaluare sau autoevaluare. Testele ntlnite n cadrul materialului de curs (fie sub form de TO DO, fie sub form de Test de evaluare, Problem sau Exerciiu), vor fi rezolvate de ctre studeni acas. Ei vor alctui un Dosar de Teste ce va fi predat cadrului didactic nainte de data examenului. Acest dosar va fi evaluat de ctre cadrul didactic i va avea o pondere de 10% din nota final. Rspunsurile la Testele coninute de unitile de nvare se gsesc, de regul, la sfritul lucrrii. Materialul de curs conine dou teme de control a cror rezolvare este obligatorie. Temele de control vor fi date pe grupuri de studeni la orele de laborator sau vor fi trimise, n format electronic, prin email i ncrcate pe platforma eLearning. Comunicarea tematicii acestor teme de control dar i constituirea grupurilor de lucru se face n cadrul orelor de laborator programate n orar. Prima tem de control se gsete la sfritul modulului I i const n calculul2

unei instalaii de exhaustare de tip arborescent sau cu colector. Timpul de rezolvare, trimitere i ncrcare pe platform este de 6 sptmni. A doua tem de control se gsete la sfritul modulului II i const n calculul complet al unui transportor. Timpul de rezolvare, trimitere i ncrcare pe platform este de. 6 sptmni.

Durata medie de studiu individual Fiecare unitate de nvare este astfel structurat ca parcurgerea prtii teoretice i rezolvarea problemelor i a testelor de evaluare s nu depeasc 3,5 ore.

Evaluri pe parcurs i evaluarea final Evalurile pe parcurs sunt reflectate de ctre cele dou teme de control i de activitatea la laborator, acestea reprezentnd 30% din nota final a disciplinei i de Dosarul de Teste care reprezint 10% din nota final. Evaluarea final const din dou subiecte teoretice i dou probleme, cu o pondere nsumat de 60%.

Spor la lucru !

3

Cuprins

Introducere.................................................................................................................. Cuprins...................................................................................................................... Modulul I. Instalaii de transport n cureni de aer........................................................ Introducere.............................................................................................................. Competene............................................................................................................. Unitatea de nvare I.1 Elemente teoretice privind transportul particulelor n cureni de aer. U I.1.1. Introducere.................................................................................................. U I.1.2. Obiectivele unitii de nvare U I.1.3.Elemente teoretice privind transportul particulelor n curent de aer U I.1.3.1. Noiuni generale i clasificri U I.1.3.2. Formele caracteristice de transport a particulelor n curent de aer.. U I.1.3.3. Parametrii aerului transportor i ai materialului transportat U I.1.3.4. Concentraia amestecului aer particule.................................................... U I.1.3.5. Limitele concentraiei de explozivitate a prafului din lemn.......................... U I.1.3.6.Protecia mpotriva incendiului.. Rezumat.................................................................................................................. Test de autoevaluare................................................................................................. Unitatea de nvare I.2. Elemente teoretice privind transportul particulelor n curent de aer I.. U I.2. 1. Introducere.. U I.2.2. Obiectivele unitii de nvare U I.2.3. Viteza de cdere liber.. U I.2.4. Ecuaia general de micare a particulelor. Rotaia i accelerarea particulelor.. U I. 2.5. Viteza de transport a curentului de aer. U I. 2.6. Pierderile de presiune la deplasarea n conducte a amestecului de aerparticule..................................................................................................................... U I. 2.6.1. Pierderile de presiune n conducte orizontale............................................ U I. 2.6.2. Pierderile de presiune n conducte verticale..............................................4

1 4 11 11 11 12 12 12 13 13 14 15 18 20 22 23 23 24 24 24 25 27 29 30 32 33

U I. 2.6.3. Pierderile de presiune n conducte curbe................................................... Rezumat................................................................................................................... Test de autoevaluare.................................................................................................. Unitatea de nvare I. 3. Presiunea static i dinamic. Tipuri de instalaii de exhaustare. U I.3. 1. Introducere. U I.3.2. Obiectivele unitii de nvare... U I.3.3. Presiunea static i dinamic.. U I.3.3.1. Calculul pierderilor de presiune la deplasarea aerului prin conducte. U I.3.3.2. Coeficienii de rezisten liniar pentru conducte drepte............................. U I.3.3.3. Coeficienii de rezisten local............................................................... U I.3.4. Tipuri de insalaii de exhaustare utilizate actual.. U I.3.4.1. Instalaiile de exhaustare obinuite de tip arborescent................................ U I.3.4.2. Instalaiile de exhaustara cu magistral de seciune constant..................... U I.3.4.3. Instalaii de exhaustare universale simplificate cu colector.......................... Rezumat.................................................................................................................. Test de autoevaluare................................................................................................. Unitatea de nvare I. 4. Elemente componente ale instalaiilor de exhaustare. U I.4. 1. Introducere.. U I.4.2. Obiectivele unitii de nvare U I.4.3. Guri (capote) de aspiraie............................................................................ U I.4.3.1. Efectul mecanic asupra particulelor......................................................... U I.4.3.2. Efectul hidrodinamic............................................................................... U I.4.3.3. Condiiile necesare pentru proiectarea gurilor de aspiraie......................... U I.4.3.4. Determinarea coeficientului de rezisten local la gura de aspiraie........... U I.4.3.5. Determinarea dimensiunilor optime ale deschiderii unei guri de aspiraie..... Rezumat.................................................................................................................. Test de evaluare....................................................................................................... Unitatea de nvare I. 5. Conductele instalaiilor de exhaustare... U I.5. 1. Introducere.5

34 35 35 36 36 36 37 38 39 40 41 41 43 45 49 49 50 50 50 51 51 54 56 58 58 61 61 62 62

U I.5.2. Obiectivele unitii de nvare... U I.5.3. Conductele instalaiilor de exhaustare.. U I.5.3.1. Conductele drepte i rigide...................................................................... U I.5.3.2. Conducte flexibile.................................................................................. U I.5.3.3. Elemente de calcul la conducte................................................................ U I.5.3.4. Curbe (Coturi)....................................................................................... Rezumat.................................................................................................................. Test de autoevaluare................................................................................................. Unitatea de nvare I. 6. Alte elemente componente ale instalaiilor de exhaustare.. U I.6. 1. Introducere.. U I.6.2. Obiectivele unitii de nvare U I.6.3. Ventilatoarele............................................................................................. U I.6.3.1. Calculul puterii de antrenare a ventilatorului............................................ U I.6.3.2. Legile ventilatoarelor............................................................................. U I.6.3.3. Alegerea ventilatoarelor........................................................................ U I.6.4. Colectoarele.............................................................................................. U I.6.5. Sisteme de separare a amestecului aer-particule............................................. U I.6.6. Separarea prin filtrare... U I.6.7. Dispozitive de alimentare cu material a conductelor de refulare.......................... Rezumat.................................................................................................................. Test de evaluare....................................................................................................... Unitatea de nvare I.7. Calculul instalaiilor de exhaustare. U I.7. 1. Introducere.. U I.7.2. Obiectivele unitii de nvare U I.7.3. Calculul instalaiilor de exhaustare arborescente prin metoda presiunilor dinamice... U I.7.3.1. Date iniiale de baz.. U I.7.3.2. Metodica de calcul.. U I.7.3.3. Determinarea debitului de aer al ventilatorului. U I.7.3.4. Calculul pentru stabilirea ciclonului6

62 63 63 63 65 66 70 70 71 71 71 72 73 74 76 80 84 89 93 95 95 96 96 96 97 97 101 107 108

U I.7.3.5. Alegerea ventilatorului Rezumat.................................................................................................................. Tem de control 1.1................................................................................................. Unitatea de nvare I.8. Calculul instalaiilor de exhaustare cu collector.. U I.8. 1. Introducere.. U I.8.2. Obiectivele unitii de nvare U I.8.3. Calculul instalaiilor de exhaustare cu colector prin metoda presiunilor dinamice.. U I.8.3.1. Date iniiale de baz. U I.8.3.2. Metodica de calcul Rezumat................................................................................................................. Test de evaluare...................................................................................................... Tem de control 1.2... Modulul II. Instalaii de transport cu aciune continu............................................... Introducere.............................................................................................................. Competene.............................................................................................................. Unitatea de nvare II. 1. Transportoare cu band I U.II.1. 1. Introducere. U.II.1.2. Obiectivele unitii de nvare... U.II.1.3. Construcia i funcionarea transportoarelor cu band U II.1.3.1. Noiuni generale i clasificri. U II.1.3.2. Benzile de transport.. U II.1.3.3. Organele de rezemare ale transportoarelor cu band... U II. 1.3.4. Mecanismul de acionare al transportorului cu band. U II. 1.3.5. Mecanismul de ntindere. Rezumat................................................................................................................. Test de evaluare....................................................................................................... Unitatea de nvare II. 2. Transportoare cu band II.. U II.2. 1. Introducere. U II.2.2. Obiectivele unitii de nvare..7

110 111 112 114 114 114 115 115 118 123 124 124 126 126 126 127 127 127 128 128 136 139 142 146 148 149 150 150 150

U II.2.3. Calculul transportoarelor cu band.. U II.2.3.1. Date iniiale de baz.. U II.2.3.2. Alegerea benzii U II.2.3.3. Calculul sarcinii pe metru liniar de band.... U II.2.3.4. Dimensionarea tamburilor i a rolelor.. U II.2.3.5. Calculul forelor de rezisten n lungul traseului de transport.................... U II.2.3.6. Calculul mecanismului de acionare a benzii.. Rezumat............................................................................................................................. Test de evaluare........................................................................................................ Unitatea de nvare II. 3. Transportoare cu lan...

151 151 152 157 157 160 167 172 172

174 U.II.3. 1. Introducere. II.1. 174 1745 U.II.3.2. Obiectivele unitii de nvare.. 174 .Test U.II.3.3.Construcia i funcionarea transportoarelor cu lan. 175 de U II.3.4. Calculul transportoarelor longitudinale cu lan. eval 181 U II. 3.4.1. Date iniiale de baz. uare 181 U II. 3.4.2. Calculul capacitii de transport U II.3.4. 3. Alegerea organului de traciune. U II.3.4.4.Alegerea organele active ale lanului.. Rezumat............................................................................................................................. Test de evaluare....................................................................................................... 181 183 185 185 186 187 187 187 188 188 189 191 195 199

Unitatea de nvare II. 4. Calculul transportoarelor longitudinale cu lan. U.II.4. 1. Introducere U.II.4.2. Obiectivele unitii de nvare.. U.II.4.3. Calculul transportoarelor longitudinale cu lan. U.II.4.3.1. Repartizarea sarcinilor pe metru lungime transportor U II. 4.3.2. Determinarea forele rezistente de pe traseul de transport.. U.II.4.3.3. Forele de traciune din lan U.II.4.3.4. Staia de acionare a transportorului longitudinal cu lan.. U.II.4.3.5. Staia de ntindere a lanului de transport8

U. II.4. 4. Transportorul transversal cu lan Rezumat.............................................................................................................................. Test de evaluare....................................................................................................... Unitatea de nvare II. 5. Transportoare suspendate... U.II.5. 1. Introducere U.II.5.2. Obiectivele unitii de nvare.. U.II.5.3.Construcia i funcionarea transportoarelor suspendate. U II.5.4. Calculul transportoarelor suspendate.. U II. 5.4.1. Date iniiale de baz. U II. 5.4.2. Alegerea organului de traciune. U II. 5.4.3. Alegerea cii de rulare i a crucioarelor. U II. 5.4.4. Calculul capacitii de transport. Rezumat................................................................................................................. Test de evaluare................................................................................................................. Unitatea de nvare II. 6. Calculul transportoarelor suspendate. U.II.6. 1. Introducere.. U.II.6.2. Obiectivele unitii de nvare.. U.II.6.3. Calculul repartiiei sarcinilor pe unitatea de lungime a transportorului.. suspentat Alegerea poziiei staiei de acionare U II.6.4. U II.6.5. Estimarea forei maxime de traciune din lan. U II.6.6. Determinarea forelor rezistente pe traseul de transport.. U II.6.7. Calculul forelor de traciune din lan. U II.6.8. Verificarea alegerii lanului. U II.6.9. Roi pentru antrenarea lanului U II.6.10. Staia de acionare.. U II.6.11. Staia de ntindere a organului de traciune. Rezumat................................................................................................................. Tem de control 2............................................................................................................... Rspunsuri probleme..................................................................................................9

200 208 209 210 210 210 211 218 218 218 221 224 226 226 227 227 227 228 228 229 231 232 234 235 240 243 243 244 246

Bibliografie............................................................................................................................ ANEX Tabele pentru calculul instalaiilor de exhaustare...

249 250

.

10

Modulul I.Cuprins

Instalaii de transport n cureni de aer

Unitatea de nvare I.1 Elemente teoretice privind transportul particulelor n cureni de aer... Unitatea de nvare I.2 Elemente teoretice privind transportul particulelor n cureni de aer I. Unitatea de nvare I.3 . Presiunea static i dinamic. Tipuri de instalaii de exhaustare Unitatea de nvare I.4 Guri (capote) de aspiraie. Unitatea de nvare I.5 Conductele instalaiilor de exhaustare.. Unitatea de nvare I.6 Elemente componente ale instalaiilor de exhaustare Unitatea de nvare I.7. Calculul instalaiilor de exhaustare.. Unitatea de nvare I.8. Calculul instalaiilor de exhaustare cu collector..

12 24 36 50 62 71 96 114

IntroducereModulul I al lucrrii este dedicat instalaiilor de transport n cureni de aer utilizate n industria lemnului. n prima parte a modulului, se prezint elementele componente ale instalaiilor pentru transportul particulelor lemnoase, n cureni de aer iar n cea de-a doua, se trateaz metodici de calculul ale instalaiilor de exhaustare, frecvent utilizate n fabrici din industria lemnului.

CompeteneDup parcurgerea acestui modul studentul va fi capabil s: aleag tipul instalaiei de exhaustare optim pentru o anumit intreprindere; stabileasc structura i dimensiunile elementelor componente ale intalaiei de exhaustare funcie de necesitile practice; calculeze ntreaga instalaie i s determine valorile celor doi parametrii importani pentru o astfel de instalaie: debitul de aer-particule i pierderea de presiune. n final, va putea determina puterea motorului electric de acionare a ventilatorului centrifugal i tipul ciclonului.

11

Unitatea de nvare I. 1. Elemente teoretice privind transportul particulelor n cureni de aer

CuprinsUnitatea de nvare I. 1. Elemente teoretice privind transportul particulelor n cureni de aer.. U I.1. 1. Introducere U I.1.2. Obiectivele unitii de nvare.. U I.1.3. Elemente teoretice privind transportul particulelor n curent de aer. U I.1.3.1. Noiuni generale i clasificri.. U I.1.3.2. Formele caracteristice de transport a particulelor n curent de aer. U I.1.3.3. Parametrii aerului transportor i a materialului transportat. U I.1.3.4. Concentraia amestecului aer particule.......................................................... U I.1.3.5. Limitele concentraiei de explozivitate a prafului din lemn................................ U I.1.3.6.Protecia mpotriva incendiului 12 12 12 13 13 14 15 18 20 22

U I.1.1.IntroducereUnitatea de nvare prezint: formele caracteristice de transport a particulelor n curent de aer, parametrii aerului transportor i a materialului transportat precum i limitele de expozie a prafului de lemn.

U I. 1.2.Obiectivele unitii de nvareDup parcurgerea acestei uniti de nvare studentul va fi capabil s: stabileasc forma de transport n curent de aer a particulelor de lemn. protejeze instalaiile de exhaustare mpotriva eventualelor incendii sau explozii.

Durata medie de parcurgere a unitii de nvare este de 2,5 ore.

12

U I.1.3. Elemente teoretice privind transportul particulelor n curent de aerU I. 1.3.1. Noiuni generale i clasificri Prin transport n curent de aer se nelege translaia materialelor sub form pulverulent sau de granule cu ajutorul unui curent de aer printr-un sistem de conducte. Sub aspect aerodinamic, transportul n curent de aer a particulelor constituie un caz tipic al curgerii bifazice, n care agentul transportor (de obicei aerul) reprezint faza gazoas, iar agentul transportat (particulele de material) - faza solid. Instalaiile de transport n cureni de aer a particulelor se pot clasifica n dou mari categorii: instalaii de exhaustare - care realizeaz aspiraia particulelor i transportul acestora n suspensie de aer pn la locul de separare i depozitare. Aceste instalaii realizeaz valori reduse ale gradului de ncrcare cu material a aerului ( = 0,15 o,25 kg material/kg aer); instalaii de transport pneumatic - ndeplinesc numai funcia de deplasare a particulelor n cureni de aer, alimentarea fcndu-se cu dispozitive speciale de alimentare. Aceste instalaii realizeaz valori mrite ale gradului de ncrcare cu material a aerului ( = o,4 o,8 kg material /kg aer). n funcie de valoarea presiunii de lucru a ventilatorului, instalaiile de transport n curent de aer a particulelor pot fi: de presiune mic (p < 5.103 Pa; de presiune medie (p = 5103 2104 Pa); de presiune mare (p > 2104 Pa). n funcie de poziia ventilatorului n cadrul instalaiei, distingem: - instalaii aspiratoare; - instalaii refulatoara; - instalaii aspiratoare-refuatoare. Instalaiile aspiro-refulatoare sunt de obicei utilizate ca instalaii de exhaustare adic pentru transportul particulelor rezultate din procesele de prelucrare mecanic. Instalaiile aspiratoare sau refulatoare sunt utilizate la transportul particulelor care nu trebuie s-i schimbe dimensiunile sau pentru a proteja paletele ventilatorului de uzuri pronunate. Pentru instalaiile de exhaustare din industria lemnlui se utilizeaz n exclusivitate ventilatoare radiale care realizeaz diferene de presiune ce nu depesc 5000 Pa. n privina consumului de energie electric pentru operaia de deplasare a particulelor lemnoase se13

recomand utilizarea instalaiilor de exhaustare n exclusivitate pentru colectarea deeurilor rezultate din procesele de prelucrare mecanic, iar oparaiile ulterioare de transport urmnd a fi efectuate cu ajutorul instalaiilor de transport pneumatic sau mecanic. Aceast recomandare este n legtur cu proporionalitatea dintre puterea absorbit la ventilator i debitul de aer, sau ntre puterea absorbit la ventilator i cantitatea de material transportat.

definii transportul n curent de aer i stabilii ce reprezint transportul n curent de aer a particulelor, din punct de vedere aerodinamic; identificai diferenele dintre instalaiile de exhaustare i cele de transport pneumatic ; clasificai instalaiile de transport n curent de aer a particulelor, n funcie de valoarea presiunii de lucru i de poziia ventilatorului. Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.1.3.1, iar ca surs suplimentar bibliografia.

U I. 1.3.2. Formele caracteristice de transport a particulelor n curent de aer Transportul particulelor n curent de aer se efectueaz de regul n conducte, ntlnindu-se mai multe forme ale deplasrii. Considernd o particul de form sferic aflat ntr-o conduct avnd curent de aer ascendant, n funcie de mrimea forei ascensionale i greutii particulei putem avea: ridicarea, plutirea sau coborrea acesteia (fig.U I.1.1,a). Pentru forme diferite de cea sferic a particulei, deplasarea n interiorul conductei se face dup traiectorii, determinate continuu de cutarea poziiei, n care particula ntmpin cea mai mic rezisten la deplasare. Deplasarea n zbor (fig.U I.1.1,b) este cea mai ntlnit form de transport a particulelor n practic. La aceast form de deplasare, particulele sunt distanate ntre ele, se lovesc de pereii interiori ai conductei i concomitant cu deplasarea principal (care este axial), execut i o micare radial combinat cu una n spiral. Deplasarea prin mpingere (fig.U I.1.1,c) const n deplasarea compact, sub forma unei coloane nentrerupte a materialului adus n stare de plutire. Distana dintre particulele nvecinate este considerabil mai mic, posibilittile de deplasare radiale ale particulelor fiind extrem de limitate. Dificultile legate de realizarea acestei forme de deplasare, o fac preferabil doar pentru acoperirea distanelor scurte de transport (exemplu deplasarea n conducta de refulare a ventilatorului).14

Transportul sub form de dopuri (fig. U I.1.1,d) este o form a deplasrii particulelor n funcie de modul de alimentare cu particule a conductei (exemplu, alimentarea conductelor de transport prin dozatoare rotative compartimentate). Transportul n strat fluidizat (fig.U I.1.1,e) const n deplasarea particulelor pe un suport fluid (aerul), deplasarea fcndu-se n conducte nclinate sau orizontale. n practica industrial, pe lng formele caracteristice de curgere, pot fi ntlnite forme intermediare de curgere a amestecului aer-particule.

Fig.U I.1.1. Formele caracteristice de transport ale particulelor n curent de aer: a condiiile deplasrii particulei n conduct; b deplasarea particulelor n zbor; c deplasarea particulelor prin mpingere; d deplasarea particulelor sub form de dopuri; e i f deplasarea n strat fluidizat. U I.1.3.3. Parametrii aerului transportor i ai materialului transportat Aerul transportor - este considerat n tehnica transportului pneumatic, ca un amestec de aer atmosferic curat, vapori de ap i componeni de impurificare. n stare de repaus este caracterizat de urmtorii parametrii fizici: presiune (static), temperatur, umiditate i coninut de cldur. n calculele tehnice, se neglijeaz influena umiditii i se admite valabilitatea legii gazelor n vederea determinrii densitii n funcie de temperatur i de presiune. La compararea rezultatelor calculelor, cu msurtorile efectuate pentru diverse stri de echilibru, se alege aa numita stare normal, care n tehnica transportului este definit de: temperatura TN = 293,15K, presiunea PN = 10.1325 Pa, umiditatea relativ N = 5o %, densitatea strii normale a= 1,2 kg/m3.15

n funcie de presiune, pentru un traseu de conduct dreapt (T=const.), variaia densitii se calculeaz cu relaia:

unde: ae este densitatea aerului la ieirea din conduct; a densitatea aerului la intrarea n conduct (a = 1,2 kg/m3) cnd aerul intr n conduct din mediul nconjurtor; pi presiunea static la intrarea n conduct (pi = 1,0 Pa, pentru condiia de mai sus); pe - presiunea msurat sau calculat n punctul de ieire din conduct: pe =pi p, n Pa; p pierderea de presiune ntre punctul de intrare i ieire din conduct, n Pa. La deplasarea particulelor n curent de aer, regimul de curgere este n toate cazurile turbulent. innd seama de repartiia vitezelor n seciunea transversal a conductei, se consider:

unde: vmed este viteza medie a curentului de aer; vmax viteza maxim a curentului de aer; La calculele de dimensionare a instalaiilor de exhaustare i a celor de transport pneumatic de presiune mic, se consider aerul ca un fluid incompresibil, astfel nct pentru dou seciuni ale unei conducte se poate scrie: unde: QVa este debitul volumic de aer, n m3/s; S1 i S2 seciunile transversale considerate ale conductei, n m2; va1 i va2 - vitezele medii ale curentului de aer n cele dou seciuni ale conductei, n m/s. Pentru instalaiile de transport pneumatic de presiune medie i mare se au n vedere variaiile vitezei i ale debitului volumetric, ca urmare a variaiei densitii aerului n lungul conductei i a presiunii de lucru. n aceste condiii, cu pstrarea constant a debitului masic n cele dou seciuni, ecuaia de continuitate va avea forma: Qma = S1va1 a1 = S2 va2 a2 unde: Qma este debitul masic de aer, n kg/s; S1 i S2 seciunile transversale ale conductei considerate, n m2; va1 i va2 vitezele medii ale curentului de aer n cele dou seciuni ale conductei, n m/s; a1 i a2 densitatea aerului n cele dou seciuni considerate, n kg/m3 .16

[kg/s]

n calculele de proiectare pentru instalaiile de exhaustare se consider: a- ipoteza incompresibilitii aerului, deoarece nu se obin erori sensibile (pentru cazul considerat); b- evidenierea vscozitii, deoarece aerul are o vscozitate bine determinat i influeneaz curgerea n conduct, datorit frecrilor; c- la curgerea aerului prin conducte, rezistenele opuse la deplasare sunt evideniate prin pierderile de presiune, care pentru dou seciuni ale unei conducte, snt date de relaia:

unde: pS1 i pS2 sunt presiunile statice ale aerului n cele dou seciuni, n Pa; a densitatea aerului, n kg/m3 . p pierderea total de presiune ntre seciunile considerate, n Pa; va1 i va2 vitezele medii ale aerului n cele dou seciuni ale conductei, n m/s. Relaia se poate scrie i sub forma:

Materialul transportat, respectiv materialul lemnos mrunt, se caracteristizeaz prin neomogenitatea particulelor componente dup form, dimensiuni i mas. Forma materialelor mrunte rezultate la prelucrarea mecanic a lemnului, variaz n limite foarte largi, de multe ori greu de definit, cu excepia particulelor lemnoase tehnologice (chibrituri, toctur pentru fabricile de PFL, PAL, fin de lemn etc.). Neomogenitatea materialelor mrunte, deriv din: - neomogenitatea dimensional; - domeniul larg de variaie a densitii n funcie de specie; - variaia de umiditate - ntre 5 i l00 %. La construcia i calculul instalaiilor de exhaustare i de transport pneumatic se va ine seama de: a- forma particulelor; b- destinaia particulelor - la fabricarea chibriturilor l a plcilor din achii de lemn snt preferate instalaiile aspiratoare, pentru a evita frmiarea materialului la trecerea prin ventilator; c- dimensiunile particulelor, determin diametrul minim admis al conductelor de absorbie, n scopul evitrii nfundrii sau a frmirii achiilor. Din acest motiv, diametrul la gurile de absorbie trebuie s fie de minim 100 mm, iar la mainile care produc achii cu lungimi mari (ex. maina de rindeluit la grosime) de minim 150 mm.17

La transportul liniei de lemn, diametrul conductei de transport trebuia s fie mai mare de 250 300 mm, pentru a se evita nfundarea conductelor i frmiarea achiilor sub form de band. O particul de form sferic aflat ntr-o conduct vertical, avnd curent de aer ascendant, poate avea, n funcie de mrimea forei ascensionale i greutii sale o micare de ridicare, coborre sau plutire. Pentru particule de forme diferite de cea sferic, micarea n interiorul conductei, este determinat de cutarea continu a poziiei n care, acestea ntmpin cea mai mic rezisten la deplasare. Formele caracteristice de transport a particulelor n curent de aer sunt: n zbor, prin mpingere, sub form de dopuri, n strat fluidizat. n stare de repaus aerul este caracterizat de urmtorii parametrii fizici: presiune (static), temperatur, umiditate i coninut de cldur. La deplasarea particulelor n curent de aer, regimul de curgere este n toate cazurile turbulent. La dimensionarea instalaiilor de exhaustare i a celor de transport pneumatic de presiune mic, se consider aerul ca un fluid incompresibil, astfel nct, pentru dou seciuni ale unei conducte debitul volumic este constant. Pentru instalaiile de transport pneumatic de presiune medie i mare se au n vedere variaiile vitezei i ale debitului volumic. n aceste condiii, pentru dou seciuni ale conductei se consider constant debitul masic. La curgerea aerului prin conducte, rezistenele opuse la deplasare sunt evideniate prin pierderile de presiune. Caracteristic pentru materialul lemnos mrunt, este neomogenitatea particulelor componente dup form, dimensiuni i mas. U I.1.3.4. Concentraia amestecului aer -particule - reprezint mrimea ce caracterizeaz ponderea volumic sau masic a particulelor lemnoase n cadrul amestecului aer-particule i este exprimat prin: - concentraia masic:

-concentraia volumic:18

] - densitatea solidului dispersat:

unde: Cm este concentraia masic; mp - masa particulelor m - masa amestecului aer-particule; Cv - concentraia volumic; Vp volumul particulelor din cadrul amestecului; V volumul amestecului aer-particule (volumul total). Pentru o conduct cu lungimea i aria seciunii transversale cunoscute, prin care circul un amestec de aer-particule, ponderea volumic a aerului , n cadrul volumului total, va fi:

unde: Va este volumul aerului. n funcie de masa particulelori a aerului sau a volumelor acestora, se poate scrie:

unde: ma este masa aerului. n funcie de debitul masic de material, concentraiile se exprim prin relaiile:

unde: Qmp este debitul masic al materialului (particulelor); p - densitatea medie a particulelor; S - aria seciunii transversale a conductei de transport; vp - viteza particulelor n conduct. Gradul de ncrcare a aerului (concentraia medie a amestecului), se poate determina cu relaia:

unde: Qma este debitul masic al aerului transportor: va viteza medie a aerului din conducte;19

;

a densitatea aerului; ponderea volumic a aerului . definii concentraia amestecului aer- particule; prezentai relaiile de exprimare ale concentraiei amestecului aer- particule; Folosii drept surs de rspuns paragraful U 1.1.3.4. U I.1.3.5. Limitele concentraiei de explozivitate a prafului din lemn Explozivitatea suspensiilor n aer a prafurilor industriale este condiionat de: nsuirile fizico-chimice ale materialului din care provine praful; coninutul lor de substane chimice active (n stare volatil, exprimat n % fa de masa combustibil). Inflamabilitatea prafului de lemn este determinat mai mult de cinetica descompunerii pirogenetice cu degajarea substanelor volatile i a oxigenului, dect de difuziunea oxigenului spre substan (fig.U I.1.2).

Fig.U I.1.2. Incendiu provocat de praful de lemn n cazul instalaiilor din industria lemnului (dup Venti).

La explozia prafului de lemn iau parte numai substanele volatile degajate, ntruct nu toate particulele de praf se nclzesc integral n timpul exploziei. Presiunea creat de explozie n interiorul camerei se calculeaz cu ajutorul relaiei experimentale: P = - 63120 +2950 Cmv [Pa] unde: Cmv este concentraia prafului de lemn n aer, n g/m3 Relaia este valabil n intervalul Cmv = 30 200 g/m3 deci limita inferioar de explozivitate este de 30 g/m3.20

Fraciunile de praf cele mai explozive sunt cele sub 120m, prezena substanelor rinoase activeaz explozivitatea prafului iar adaosurile de coaj i mrirea umiditii o reduc. Temperatura de iniiere a exploziei, se reduce cu ct crete cantitatea de substane volatile. Cea mai redus temperatur de inflamare este 980 l000 K i o au amestecurile de praf-aer la concentraia Cmv =170 g/m3 i proporia de substane volatile de 78,7 %. Praful din lemn de molid este cel mai inflamabil. Pentru siguran, instalaiile de exhaustare pentru praf de lemn vor fi separate da celelalte instalaii de exhaustare. Din acelai motiv, nu este recomandat nsilozarea prafului de lemn sau depozitarea lui timp ndelungat. Praful de poliesteri, prezint pericol de autoaprindere, de aceea trebuie colectat separat n saci iar pentru separarea acestui praf sunt recomandate separatoare umede, agentul de umezire accelernd sedimentarea. Iniierea incendiilor sau exploziilor n instalaiile de exhaustare se poate datora i scnteilor generate de sculele achietoare sau electricitii statice. Concentraia real CR a amestecului de aer i material:

unde: Qm - debitul de material n kg/m3; Qa - debitul de aer n kg/ m3; va - viteza aerului transportor n m/s; vm - viteza materialului, n m/s. Concentraia medie volumic a amestecului: n mediul industrial, din cercetrile efectuate de firma danez Moldow, rezult c mecanizarea tot mai accentuat n industria lemnului a dus la o tot mai mare concentrare a prafului n aerul transportor (10 100 g/m3). Cercetri referitoare la mrimea granulelor de praf arat c: 12 26% din cantitatea de praf are mrimea particulelor mai mic de 60m n cazul prelucrrii lemnului prin ferstruire i rindeluire; 45 85% din cantitatea de praf are o mrime a granulelor mai mic de 60m n cazul lefuirii. n prezent, concentraia maxim admisibil, conform normelor internaionale, pentru aerul filtrat din instalaiile de exhaustare este de 50 mg praf/m3 aer i tinde n viitorul apropiat la 0,5 mg/m3 (pentru Germania, Canada, Suedia) condiie care va fi greu de realizat i de instalaiile de filtrare.

21

U I. 1.3.6. Protecia mpotriva incendiului Incendiile i exploziile, n cazul instalaiilor de exhaustare din industria lemnului, pot apare sub diferite forme, att la buncre i silozuri, ct i la instalaiile de separare a prafului de lemn. Cerinele referitoare la sigurana mpotriva incendiilor la instalaiile de exhaustare sunt : legarea la pmnt a instalaiilor, iar la instalaiile cu filtrare, utilizarea de saci filtrani din fibre naturale sau poliester antistatic; echiparea cu clapete de suprapresiune pe conducta principal de aspiraie, pentru ca eventualul foc s nu se ntind; separarea seciunilor, n scopul limitrii pagubelor; clapete antifoc pe conducte de aer recirculat (la instalaiile de exhaustare cu recirculare), acionate prin elemente fuzibile, obturnd conducta respectiv i n acelai timp, ntrerupnd curentul electric; termostatul pentru foc din conducta principal, ntrerupe curentul electric din ntreaga instalaie la temperaturi de peste 69C. la instalaiile de exhaustare cu recirculare a aerului, la racordarea dintre filtru i conducta de transport se vor monta ecluze rotative; tabloul de comand trebuie s asigure, nainte de pornirea instalaiei de aspiraie un sistem de supraveghere activ.

Fig.U I.1.3. Echipamente utilizate la instalaiile de exhaustare pentru prevenirea sau extinderea incendiilor [ALWO]. expunei de cine este condiionat explozivitatea suspensiilor n aer a prafurilor industriale; spunei ce substane iau parte la explozia prafului de lemn. De ce nu particip toate particulele de praf de lemn;22

explicai care este limita inferioar a concentraiei prafului de lemn n aer ce poate produce explozie i care sunt, din punct de vedere dimensional, fraciunile cele mai explozive. Ce factori activeaz sau reduc explozivitatea; artai care este temperatura minim de inflamare a amestecurilor de aer-praf i n ce condiii se declaneaz; identificai dac exist o legtur ntre specia lemnului i inflamabilitate. Dac da, explicai de ce !; stabilii care este sectorul de prelucrare n care cea mai mare cantitate de particule de praf are dimensiunea sub 60 m; prezentai care este concentraia maxim admisibil de praf, conform normelor internaionale, pentru aerul filtrat din instalaiie de exhaustare i spre ce valoare se tinde n viitorul apropiat. explicai unde pot s apar incendii i explozii n cazul instalaiilor de exhaustare din industria lemnului. Stabilii care sunt cerinele referitoare la sigurana mpotriva incendiilor, pentru instalaiile de exhaustare din industria lemnului. Folosii drept surs de rspuns paragrafele U I.1.3.5 i U I.1.3.6 iar ca surs suplimentar bibliografia.

Rezumat Formele caracteristice de transport a particulelor n curent de aer sunt: n zbor, prin mpingere, sub form de dopuri, n strat fluidizat. n stare de repaus aerul este caracterizat de urmtorii parametrii fizici: presiune (static), temperatur, umiditate i coninut de cldur. La deplasarea particulelor n curent de aer, regimul de curgere este turbulent. La dimensionarea instalaiilor de exhaustare i a celor de transport pneumatic de presiune mic, se consider aerul ca un fluid incompresibil, deci, seciuni ale unei conducte debitul volumic este constant. TEST DE AUTOEVALUARE S se realizeze schiele de prezentare a formelor caracteristice de transport a particulelor n current de aer. S se explice fiecare form de transport i s se arate unde poate fi ntlnit. pentru dou

23

Unitatea de nvare I. 2. Elemente teoretice privind transportul particulelor n curent de aer ICuprinsUnitatea de nvare I.2. Elemente teoretice privind transportul particulelor n curent de aer I.. U I.2. 1. Introducere. U I.2.2. Obiectivele unitii de nvare... U I.2.3. Viteza de cdere liber... U I.2.4. Ecuaia general de micare a particulelor. Rotaia i accelerarea particulelor. U I. 2.5. Viteza de transport a curentului de aer.. U I. 2.6. Pierderile de presiune la deplasarea n conducte a amestecului de aer-particule........ U I. 2.6.1. Pierderile de presiune n conducte orizontale...................................................... U I. 2.6.2. Pierderile de presiune n conducte verticale......................................................... U I. 2.6.3. Pierderile de presiune n conducte curbe.............................................................. 24 24 24 25 27 29 30 32 33 34

U I.2.1.IntroducereUnitatea de nvare este dedicat determinrii vitezei de cdere liber i a ecuaiei generale de micare a particulelor. O alt problem important este studiul pierderilor de presiune la deplasarea n conducte a amestecului de aer-particule.

U I. 2.2.Obiectivele unitii de nvareDup parcurgerea acestei uniti de nvare studentul va fi capabil s: determine viteza de cdere liber a particulelor de lemn; stabileasc pierderile de presiune ce apar n conducte verticale, orizontale sau nclinate.

Durata medie de parcurgere a unitii de nvare este de 2,5 ore.

24

U I.2.3. Viteza de cdere liberViteza de cdere liber respectiv viteza de plutire reprezint caracteristicile aerodinamice ale particulelor la transportul acestora n cureni de aer. Viteza de cdere liber este viteza de deplasare a particulei devenit staionar dup perioada de accelerare, ntr-un spaiu n care aerul se gsete n stare de repaus. Viteza de plutire este viteza curentului ascendent de aer, capabil s menin particulele n stare de suspensie. Pentru calcule se consider o particul de form oarecare amplasat ntr-un spaiu nemrginit n care aerul este n stare de repaus. Se presupune c particula a parcurs spaiul de accelerare i efectueaz o micare uniform. Direcia de deplasare va fi cea n care particula va ntmpina cea mai mic rezisten (fig. U I.2.1.a).

Fig.U I.2.1. Cderea liber a unei particule ntr-un spaiu nemrginit n care aerul este n repaus. Ecuaia de echilibru a forelor ce acioneaz asupra particulei (fig. U I.2.1.b i c), este: =0 unde: G este fora gravitaional: G = mg = pVpg Vp volumul particulei, n m3; m masa particulei, n kg; g acceleraia gravitaional, n m/s2 ; Fas fora ascensional static: Fas = mg = a Vp g [ N ] a densitatea aerului, n kg/m3;25

(1) [N]

p densitatea materialului din care provine particula, n kg/m3;

Fp fora de presiune ce acioneaz pe suprafaa particulei:

Fac fora ascensional cinematic, ce acioneaz perpendicular pe direcia de deplasare a particulei:

Ca coeficientul forei ascensionale cinematice; A - aria proieciei particulei pe un plan perpendicular pe direcia de deplasare; vd viteza de deplasare a particulei, in m/s; F fora de rezisten ce acioneaz pe direcia de deplasare a particulei:

C coeficientul forei de rezisten, este funcie de forma particulei i numrul lui Reynods Re ce se determin cu relaia:

unde: v este viteza fluidului (aerului); d diametrul conductei; vscozitatea cinematic a fluidului. Pornind de la ecuaia ( 1 ) rezult: n sistemul ortogonal de axe proiecia dup axa vertical a forelor va fi: deci :

Suma proieciilor forelor dup axa orizontal va fi: deci:

26

nlocuind Ca n relaia (2 ) rezult:

Viteza de deplasare a particulei va fi:

Viteza de cdere liber este dat de relaia:

stabilii cine determin caracteristicile aerodinamice ale particulelor la transportul acestora n cureni de aer; definii viteza de cdere liber i viteza de plutire; identificai care sunt ipotezele considerate pentru calculul vitezei de cdere liber a particulei; realizai desenul din figura U I.2.1. i determinai forele ce acioneaz asupra particulei. Scriei ecuaia de echilibru ce cuprinde toate aceste fore; - deducei relaia de calcul a vitezei de cdere liber pentru particula considerat; Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.2.3., iar ca surs suplimentar bibliografia.

U I.2.4. Ecuaia general de micare a particulelor. Rotaia i accelerarea particulelor.Particulele transportate ntr-un curent de aer rectiliniu, manifest tendina de a se orienta astfel, nct rezistena opus curentului s fie minim. Efectul turbioanelor de aer, determin o micare oscilatorie, favoriznd un joc alternativ ntre fora curentului da aer i inerie ce imprim particulelor o micare pendular sau de rotaie. Considernd27

aceste fore, ecuaia general de micare a particulelor antrenate de un curent de aer are forma:

unde: G este fora gravitaional; Fas fora ascensional static; Fr fora de reinere determinat de ciocnirile dintre particule i frecrii particulelor de pereii conductelor; F fora propulsoare, egal cu rezistena pe care o opune particula curentului de aer:

va viteza medie a curentului turbulent de aer n punctul n care se gsete particula; vp viteza instantanee a particulei; Fac fora ascensional cinematic:

n majoritatea cazurilor se consider c fora de presiune acioneaz n centrul de greutate al particulei.

Fig.U I.2.2. Micarea de rotaie i de accelerare a particulelor: a- micarea de rotaie; b- poligonul forelor la accelerarea particulelor.28

n cazul particulelor de o form oarecare, fora gravitaional i ascensional static, pe de o parte i fora de presiune, pe de alt parte, acioneaz pe direcii diferite, imprimnd particulelor o micare de oscilaie sau de rotaie. n micarea de rotaie particulele formeaz, un strat limit care mrete volumul masei n rotaie, care devine apropiat de cea sferic. Din analiza figurii U I.2.2 rezult c particula are o micare de translaie i de rotaie. n cazul c particula ncepe deplasarea din poziia de repaus, pn la deplasarea n regim staionar ( cu v = constant), aceasta efectueaz o accelerare care se manifest printr-o for de inerie (Fi) prezentat n figura U I.2.2 b. Particulele transportate n curent de aer, au tendina de a se orienta astfel nct, rezistena opus curentului s fie minim. n cazul particulelor de o form oarecare, fora gravitaional i ascensional static, pe de o parte i fora de presiune, pe de alt parte, nu mai au acelai punct de aplicaie i acioneaz pe direcii diferite. Ca efect, se imprim particulelor o micare de oscilaie sau de rotaie. n micarea de rotaie particulele formeaz, un strat limit care mrete volumul masei n rotaie, ce devine apropiat de cea sferic. n cazul n care particula ncepe deplasarea din poziia de repaus, pn la deplasarea n regim staionar ( cu v = constant), aceasta efectueaz o accelerare care se manifest printr-o for de inerie (Fi). Efectul turbioanelor de aer, determin o micare oscilatorie, favoriznd un joc alternativ ntre fora curentului de aer i de inerie a particulelor.

U I. 2.5. Viteza de transport a curentului de aerViteza de transport este viteza minim a curentului de aer capabil s asigure deplasarea materialului n lungul traseului de transport. Viteza de transport se determin n funcie de viteza de cdere liber a particulelor pentru cazurile: a pentru conducte verticale cu sens ascendent al curentului de aer: va > vcl unde: va este viteza curentului ascendent de aer; vcl viteza de cdere liber a particulelor. Componenta vertical a vitezei de deplasare a particulelor va fi: vpv = va vcl29

b pentru conducte verticale cu sens descendent al curentului de aer: vpv = va + vcl c-pentru conducte orizontale de deplasre a aerului transportor: vpo = va vcl unde este un coeficient de corecie pentru deplasarea particulelor n plan orizontal. n cazurile practice viteza de deplasare a particulelor este mai mic dect cea a curentului de aer. Viteza relativ a particulelor este: Vr = va vp definii viteza de transport a curentului de aer; stabilii n funcie de cine se determin viteza de transport i care sunt cazurile considerate; scriei relaiile de calcul ale vitezelor de deplasare teoretic a particulelor pentru fiecare caz; Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.2.5., iar ca surs suplimentar bibliografia.

U I. 2.6. Pierderile de presiune la deplasarea n conducte a amestecului de aer-particule.Deplasarea amestecului de aer-particule este nsoit de aciunea comun a unor fore ce se opun micrii celor dou faze ale amestecului. Forelor rezistente le corespund presiuni rezistente. O parte a presiunii curentului de aer este consumat pentru nvingerea presiunii rezistente. Aceast parte reprezint pierderile de presiune. n cazul particulelor de lemn care nu influeneaz distribuia vitezelor aerului transportor (transportul n zbor), pierderile totale de presiune sunt: unde: pa este pierderea de presiune la curgerea aerului curat prin conducte; ps pierderea de presiune suplimentar determinat de prezena particulelor n curentul de aer: prp pierderile de presiune suplimentare pentru ridicarea particulelor de la un nivel la altul; pap pierderile de presiune suplimentare pentru accelerarea masei particulelor30

transportate; pfp pierderile de presiune suplimentare determinate de lovirea i frecarea particulelor de pereii conductei i de ciocnirea particulelor ntre ele. Reprezentarea grafic a pierderilor de presiune la deplasarea amestecului de aer particule printr-o conduct nclinat este artat n figura U I.2.3. Pentru cazul prezentat ntre seciunile 1 i 3 pierderile de presiune totale sunt:

Fig. U I.2.3. Variaia pierderilor de presiune la deplasarea amestecului aer-particule n conducte. ntre seciunile 1 i 2 ale tronsonului de conduct (curba AC), are loc accelerarea particulelor de la viteza vp1 la viteza vp2 . Pierderile suplimentare de presiune n aceast zon sunt: n zona 2-3 deplasarea amestecului de aer-particule este n regim staionar, pierderile de presiune31

variaz liniar (pap(2-3) se anuleaz deoarece vp1 = vp2 ), i ca urmare: prp(1-2) i respectiv prp(2-3) reprezint pierderile de presiune determinate de nvingerea diferenei de nivel h1-2 i h2-3 . n calculul pierderilor de presiune a aerului curat pentru conducte drepte de seciune circular se utilizeaz relaia:

unde: l este lungimea conductei considerate, n m; D diametrul conductei, n m; a densitatea aerului, n kg/m3; va viteza aerului, n m/s; coeficientul de rezisten liniar (coeficientul pierderilor liniare de presiune). Coeficientul se poate determina cu diferite relaii de calcul sau tabelar.

U I. 2.6.1. Pierderile de presiune n conducte orizontale Pierderile suplimentare de presiune, n cazul conductelor orizontale de transport (fig. U I.2.4.), la deplasarea n regim staionar a amestecului aer-particule sunt: presiune total este: n funcie de caracterul curgerii pierderile suplimentare de presiune se determin cu relaia: deci pierderea de

unde: so este coeficientul pierderilor suplimentare de presiune pentru conducte orizontale. nlocuind n relaia (1) de mai sus rezult pierderea de presiune total n conducte orizontale la deplasarea n regim staionar:

32

Fig. U I.2.4. Reprezentarea grafic a pierderilor de presiune la deplasarea n regim staionar a amestecului aer-particule prin conducte orizontale. U I. 2.6.2. Pierderile de presiune n conducte verticale n cazul conductelor verticale de transport (fig. U I.2.5), studiind relaia general a pierderilor de presiune suplimentare: se constat c pap = 0 i deci

Fig. U I.2.5. Reprezentarea grafic a pierderilor de presiune la deplasarea n regim staionar a amestecului aer-particule prin conducte verticale.

explicai ce reprezint pierderile de presiune i din ce se compun pierderile totale de presiune; scriei relaia de calcul a pierderilor de presiune a aerului curat pentru conducte drepte de seciune circular;33

prezentai pierderile de presiune ce apar la o conduct nclinat cu alimentarea particulelor n seciunea 1 (fig. U I.2.3) ; Studiai figurile U I.2.4 i U I.2.5 i stabilii pierderile de presiune pentru fiecare situaie. Folosii drept surs de rspuns paragrafele: U I.2.6, U I.2.6.1, U I.2.6.2 iar ca surs suplimentar bibliografia.

U I. 2.6.3. Pierderile de presiune la deplasarea amestecului aer-particule prin conducte curbe Deplasarea amestecului aer-particule prin conducte curbe prezint urmtoarele particularitii: - sub aciunea forei centrifuge n curbe se produce o separaie a particulelor de aerul transportor; - particulele de material se deplaseaz n strat continuu sau n salturi de-a lungul peretelui exterior al curbei; - datorit frecrii accentuate de peretele conductei particulele sunt puternic frnate, diminundu-se viteza pe care au avut-o la intrarea n curb. Dup ieirea din curb, pe poriunea liniar a conductei, particulele sunt accelerate i readuse la viteza iniial (staionar). n figura U I.2.6 se prezint variaia presiunii statice medii ntr-o curb orizontal i n conductele rectilinii racordate la aceasta. Pierderile totale de presiune, pentru conducte curbe se exprim prin relaia: unde: pac este pierderea de presiune la curgerea aerului curat prin conducte curbe; psc pierderea de presiune suplimentar determinat de prezena particulelor n conducte curbe. Pierderile de presiune n curb pc , se exprim prin relaia general:

unde: c este coeficientul de rezisten local pentru curbe (ce se determin din tabele); a densitatea aerului, n kg/m3; va viteza aerului, n m/s. nlocuind relaia (2) n relaia (1) rezult:

i n final34

unde: tc este coeficientul de rezisten local total al curbei considerate; ac coeficientul de rezisten local al curbei la curgerea aerului curat; sc coeficientul de rezisten local al curbei corespunztoare pierderilor suplimentare de presiune. La evaluarea pierderilor de presiune cauzate de prezena curbei, trebuie s se in seama i de pierderile din zona de influen, adic de conductele rectilinii delimitate la 30d nainte de curb i 50d dup curb (d este diametrul interior al conductei).

Fig.U I.2.6. Graficul presiunii statice medii ntr-o curb orizontal i n conductele rectilinii racordate la aceasta. explicai particularitile deplasrii amestecului aer-particule prin conducte curbe; scriei relaia general de calcul a pierderilor de presiune pentru conducte curbe de seciune circular; studiai figura U I.2.6 i stabilii pierderile de presiune ce apar pentru conducta curb. prezentai care sunt zonele de influen unde apar pierderi de presiune, n cazul conductelor curbe. Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.2.6.3.

Rezumat Viteza de cdere liber i viteza de plutire reprezint caracteristicile aerodinamice ale particulelor, la transportul acestora n cureni de aer. Particulele transportate n curent de aer, se orienteaz ca rezistena opus aerului s fie minim. TEST DE AUTOEVALUARE S se realizeze reprezentrile grafice ale pierderilor de presiune totale pentru toate variantele prezentate i s se scrie relaiile pierderilor de presiune pentru fiecare caz studiat.

35

Unitatea de nvare I. 3. Presiunea static i dinamic. Tipuri de instalaii de exhaustareCuprinsU I.3. 1. Introducere U I.3.2. Obiectivele unitii de nvare.. U I.3.3. Presiunea static i dinamic. U I. 3.3.1. Calculul pierderilor de presiune la deplasarea aerului prin conducte.................. U I. 3.3.2. Coeficienii de rezisten liniar pentru conducte drepte.................................. U I. 3.3.3. Coeficienii de rezisten local.................................................................... U I.3.4. Tipuri de insalaii de exhaustare utilizate actual U I.3.4.1. Instalaiile de exhaustare obinuite de tip arborescent.......................................... U I.3.4.2. Instalaiile de exhaustara cu magistral de seciune constant.............................. U I.3.4.3. Instalaii de exhaustare universale simplificate cu colector................................. 36 36 37 38 39 40 41 41 43 45

U I.3.1.IntroducereUnitatea de nvare prezint n prima parte noiuni privind presiunea static i dinamic precum i calculul pierderilor de presiune la deplasarea aerului curat prin conducte. Sunt indicate relaiile de calcul pentru determinarea coeficienilor de rezisten pentru conducte drepte i pentru coeficienii de rezisten local. Partea a doua a unitii de nvare este dedicat diferitelor tipuri de instalaii de exhaustare utilizate acum n domeniul industriei lemnului.

U I. 3.2.Obiectivele unitii de nvareDup parcurgerea acestei uniti de nvare studentul va fi capabil s: determine presiunea static i dinamic i coeficienii de rezisten liniar i local; prezinte instalaiile de exhaustare utilizate actual n industria lemnului.

Durata medie de parcurgere a unitii de nvare este de 2,5 ore.36

U I. 3.3. Presiunea static i dinamicPresiunea static reprezint presiunea ce se exercit asupra pereilor conductelor, perpendicular pe direcia de micare a fluidului i se consum pentru nvingerea rezistenelor opuse micrii fluidului de ctre conducte. Presiunea static realizat de ventilator ntr-o conduct dat, n care se transport particule de material lemnos este consumat pentru: - nvingerea rezistenelor la frecarea cu pereii conductelor, pfr ; - nvingerea rezistenelor la schimbarea direciei de curgere, pcot (cot, ramificaie, confuzor, difuzor etc.); - nvingerea rezistenelor la separarea particulelor de material lemnos de aer, psep ; - nvingerea rezistenelor la ridicarea amestecului de aer-particule la o nlime n conductele verticale sau nclinate, prid ; Presiunea static se calculeaz cu relaia: pst = pfr + pcot + psep + prid Acestor presiuni vor corespunde pierderile de presiune:

unde: este coeficientul de rezisten la conducte drepte; l lungimea conductei; D diametrul conductei; coeficientul de rezsten local; h nlimea de ridicare; a concentraia amestecului, a = 0,2 kg material / kg aer;

mp masa particulelor transportate n timp de o or, n kg/h;37

ma masa aerului transportat n timp de o or, n kg/ h; a densitatea aerului, n kg/m3, a = 1,2 kg/ m3; Ac aria seciunii transversale a conductei, n m2; va viteza aerului, n m/s: va = 16 m/s pentru transportul rumeguului uscat; va = 17 m/s pentru transportul prafului de la lefuire; va = 20 21 m/s pentru transportul rumeguului umed sau achiilor.

- presiunea dinamic, n Pa.Presiunea dinamic pd , este presiunea determinat de micarea unui fluid i se exercit pe direcia de micare a acestuia. Presiunea dinamic este direct proporional cu viteza fluidului i este nul n cazul unui fuid aflat n stare de repaus. definii presiunea static i stabilii rezistenele ce sunt nvinse de presiunea static realizat de ventilator ntr-o conduct dat; scriei relaia de calcul a presiunii statice ce ine seama de aceste rezistene i relaiile de calcul ale pierderilor de presiune corespunztoare rezistenelor; definii presiunea dinamic i scriei relaia ei de calcul; Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.3.3, iar ca surs suplimentar bibliografia.

U I. 3.3.1. Calculul pierderilor de presiune la deplasarea aerului prin conducte. Relaia general de calcul a pierderilor de presiune, pentru cazul deplasrii prin conducte a aerului curat, are forma:

Diametrul de calcul al conductei Dc se determin n funcie de debitul minim Qmin i viteza minim va cu relaia:

unde: Qmin este debitul minim de aer prin conduct, n m3/s ; DN diametrul normalizat al conductei, n m. Se alege din tabele: DN < Dc ; l lungimea conductei drepte pentru care se calculeaz pierderea de presiune, n m; coeficientul de rezisten n conducte drepte. Se determin funcie de numrul lui Reynolds38

i rugozitatea relativ; suma coeficienilor de rezisten local:

ga coeficientul de rezisten local la gura de aspiraie; 90 - coeficientul de rezisten local la o curb (cot) de 90 ( se ia din tabele); - coeficientul de rezisten local la o curb diferit de 90 ( se ia din tabel); n i m numrul de rezistene locale de acelai tip;

- presiunea dinamic, n Pa. Se ia din tabel.Relaia general de calcul cuprinde suma pierderilor de presiune liniare i locale. U I. 3.3.2. Coeficienii de rezisten liniar pentru conducte drepte Coeficientul de rezisten liniar n conducte drepte ., ine seama de frecrile interioare i este n funcie de numrul lui Reynolds i rugozitatea conductei: Numrul lui Reynolds este dat de relaia:

unde: va este viteza aerului, n m/s; D diametrul interior al conductei, n m; vscozitatea cinematic: = 0,14510-4 m2 / s n funcie de rugozitatea absolut i diametrul interior al conductei D se determin rugozitatea relativ a conductei: Grafic se determin . Pentru regim turbulent de curgere, coeficientul de rezisten liniar , este determinat cu relaiile: a- pentru conducte netede: formula lui Blasius: formula lui Konakov: formula lui Prandtl: pentru Re 105 ;

b- pentru conducte puin rugoase:

- formula Colabrook-White:39

)

c- pentru conducte rugoase: formula lui Nikuradze: unde k este rugozitatea echivalent rugozitii absolute a pereilor interiori ai conductei. Pentru transportul particulelor de lemn prin conducte confecionate din tabl subire, se recomand relaia:

Pentru simplificare tabelar se poate determina direct raportul /DN n funcie de mrimea diametrului normalizat. scriei relaia general de calcul a pierderilor de presiune la deplasarea aerului curat prin conducte; deducei relaia general de calcul a debitului volumic de aer QVa , funcie de aria seciunii transversale interioare a conductei Ac i viteza aerului va ; determinai relaia diametrului de calcul al conductei Dc (din relaia dedus mai sus) funcie de debitul volumic i viteza aerului. Descriei mudul de stabilire al diametrului normalizat DN. specificai din ce se compune suma coeficienilor de rezisten local ; prezentai de cine ine seama coeficientul de rezisten n conducte drepte i cum se determin. Folosii drept surs de rspuns paragrafele U I.3.3.1, U I.3.3.2 iar ca surs suplimentar bibliografia. U I. 3.3.3. Coeficienii de rezisten local. Pierderile locale de presiune apar n zonele n care micarea aerului are un grad ridicat de neuniformitate, cum ar fi: curbe, schimbri de seciune, ramificaii etc. Infuena asupra micrii, de ctre elementul ce introduce pierderi locale de presiune se resimte pe o lungime relaiv restrns a curentului, de cel mult cteva zeci de diametre, n aval de obstacol i mai puin spre amonte. Relaia de calcul pentru pierderile locale de presiune este:

Datorit complexitii fenomenului de pierdere local de presiune, metoda teoretic este nc puin40

aplicat, uzual valorile alegndu-se din tabele stabilite experimental. prezentai care sunt zonele n care apar pierderi locale de presiune i care sunt zonele de influen scriei relaia general de calcul a pierderilor locale de presiune la deplasarea aerului curat prin conducte; explicai cum se determin acum coeficienii de rezisten local i de ce metoda teoretic este puin aplicat. Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.3.3.3. iar ca surs suplimentar bibliografia.

U I.3.4. Tipuri de insalaii de exhaustare utilizate actualn condiiile actuale, toate mainile care prelucreaz lemnul snt racordate la instalaiile de exhaustare. nsi instruciunile de protecia muncii, oblig ca nainte de pornirea mainilor prelucrtoare s se pun n funciune instalaia de exhaustare. Indiferent de tipul instalaiei de exhaustare, n faza actual, cnd se pune problema economisirii energiei de toate tipurile, instalaiile de exhaustare ncep i fie considerate ca mari consumatoare de energie, deoarece multe din cele existente au fost proiectate i executate pe criteriul asigurrii, n toate condiiile, a unei bune funcionri, adic a deplasrii de particule lemnoase de dimensiuni foarte variate, ajungndu-se pn acolo ca n instalaiile de exhanstare s se deplaseaze i buci din lemn, rezultate n procesele da prelucrare. Consumul mare de energie electric a instalaiilor de exhaustare actuale rezult i din faptul c la proiectarea acestora, s-a luat n considerare condiia funcionrii tuturor mainilor, aceasta determinnd debitul maxim de absorbie i nu cazul real, al funcionrii unei pri din maini, deci utilizarea unui coeficient de simultaneitate. n condiiile actuale pentru exhaustarea materialelor se folosesc instalaii cum snt cele prezentate n figura U I.3.1, fiecare din acestea cutnd s rezolve o serie de condiii obiective i s nlture unele dezavantaje. U I.3.4.1. Instalaiile de exhaustare obinuite de tip arborescent Instalaiile de exhaustare obinuite (fig. U I.3.1, a) au conducta magistral compus din segmente de conduct dispuse n serie, a cror diametru crete de la extremitatea instalaiei ctre ventilator, asigurnd concomitent creterea vitezei aerului de la 16 la 20 m/s. Amplasarea conductei magistrale se poate face prin suspendare la nivelul tavanului sau fermelor41

halei sau ngropat sub nivelul pardoselii. Amplasarea suspendat este mai des utilizat ntruct este mai uor de ntreinut dar greu de modificat n cazul reorganizrii fluxului tehnologic, deci a reamplasrii utilajelor, cu condiia recalculrii ntregii reele. Amplasarea suspendat este mai des utilizat ntruct este mai uor de ntreinut dar greu de modificat n cazul reorganizrii fluxului tehnologic, deci a reamplasrii utilajelor, cu condiia recalculrii ntregii reele. Amplasarea sub nivelul pardoselii este mai rar ntlnit deoarece este o instalaie care nu mai poate fi modificat a timp, este greu de ntocmit i n cazul unei proiectri greite se poate nfunda. Singurul avantaj al acestei amplasri coast n faptul c elibereaz spaiul halei de reeaua de conducte. n funcie de principiul de curgere al aerului i a materialului instalaiile de exhaustare obinuite pot fi construite n aa fel nct s protejeze ventilatorul, adic particulele mari s fie separate nainte de a trece prin ventilator. Astfel de instalaii snt prezentate a figura 1.3,b i c. Instalaiile de exhaustare obinuite de tip arborescent se utilizeaz pentru sectoare n care nu se execut reorganizri ale proceselor tehnologice, nu se introduc utilaje noi i au asigurat un coeficient ridicat de simultaneitate n funcionarea mainilor. De obicei acestea dau rezultate bune numai pentru sectoare cu numr redus de maini.

Fig. U I.3.1. Schemele de principiu ale instalaiilor de transport a particulelor lemnoase n cureni de aer. a- instalaie de transport aspirorefulatoare arborescent obinuit; b,cinstalaii aspiro-refulatoare arborescente (construite pentru protecia ventilatorului sau a formei particulelor mari); dInstalaie refulatoare (pentru protecia formei particulelor);.

42

prezentai de ce instalaiile de exhaustare, n faza actual sunt considerate mari consumatoare de energie; desenai schemele de principiu pentru instalaiile de exhaustare arborescente i prezentai calitile i deficienele acestor variante de instalaii; Folosii drept surs de rspuns paragraful U I.3.4.. iar ca surs suplimentar bibliografia. U I.3.4.2. Instalaiile de exhaustare universale cu magistral de seciune constant, prin sistemul lor constructiv, nltur n bun parte deficienele instalaiilor de exhaustare obinuite i ofer posibiliti mai largi de reorganizare a fluxului, deci de reamplasare a utilajelor, fr ca funcionarea s fie mult afectat. Pe lng aceasta, la asemenea instalaii se poate efectua racordarea unor noi utilaje, neincluse n calculele iniiale de proiectare, dar care sunt necesare prin reorganizarea procesului tehnologic. Instalaiile de exhaustara cu magistral de seciune constant se clasific n funcie de felul descrcrii conductei magistrale n: a - instalaii cu descrcare mecanic a conductei magistrale (fig. U I.3.2, e i f) cu transportor cu band, cu transportor cu raclei, cu transportor cu melc; b - instalaii cu descrcarea pneumatic a conductei magistrale (fig. U I.3.2, g): prin refulare, prin absorbie; c - instalaii cu descrcare gravitaional a conductei magistrale (fig. U I.3.3, h i i) cu conduct magistral cu plnii, cu conduct magistral n zig-zag. Instalaiile de exhaustare universale cu descrcare mecanic a conductei magistrale au seciunea acestei conducte constant pe toat lungimea. Dimensiunile seciunii transversale a conductei magistrale se aleg astfel, nct viteza maxim a curentului de aer n poriunea cea mai ncrcat (situat n zona final) s nu depeasc 10 m/s. n conduct, viteza medie va fi de 5,00 m/s, aceasta permind meninerea pierderilor de presiune la valori relativ reduse, iar presiunea static relativ pe lungimi de 50 m nu depete 20%. Diferena mic a presiunii statice relative arat c mutarea unei ramificaii n oricare punct al conductei magistrale determin modificri ale debitului absorbit i ale vitezei de deplasare a curentului de aer, ce nu depete 5% din valorile luate n calcul, ceea ce practic nu afecteaz funcionarea normal a ramificaiei. Viteza mic a curentului de aer n conducta magistral este insuficient pentru a43

asigura

transportul

n suspensie a particulelor absorbite prin ramificaii, astfel nct n lungul conductei

magistrale este necesar utilizarea unul mijloc de transport suplimentar cum ar fi: banda, racleii sau melcul.

Fig. U I.3.2. Schemele de principiu ale instalaiilor universale cu conduct de seciune constant, pentru transportul particulelor lemnoase n cureni de aer. e- instalaie universal cu conduct de seciune constant i descrcare mecanic; f- instalaie universal cu dou conducte de seciune constant; g- instalaie universal cu conduct de seciune constant i decrcare pneumatic.

n

cazul

n

care

lungimea

conductei magistrale este mare, deci avem un numr mare de utilaje, se utilizeaz un ventilator suplimentar care are debitul absorbit, egal cu al primului ventilator. Pentru a evita absorbia de ctre cel de-al doilea ventilator a materialului descrcat n conducta magistral, plnia de absorbie spre acest ventilator se dimensioneaz astfel, nct viteza aerului de intrare n plnie s nu depeasc 3-5 m/s. Asemenea instalaii sunt recomandate pentru secii mari cu un numr mare de maini, montate n linii paralele care realizeaz un flux tehnologic continuu. Instalaiile de exhaustare universale cu descrcare pneumatic a conductei magistrale (Fig.U I.3.2,g) caut s rezolve, de asemenea, problema deplasrii achiilor n lungul conductei magistrale prin utilizarea unui strat de aer suplimentar introdus n partea inferioar a conductei magistrale prin intermediul unui ventilator. Aceste instalaii nu au dat rezultate scontate ntruct prezint nesiguran u exploatare, au o ntreinere greoaie, conducta magistral se poate nfunda uor, rezerv de capacitate limitat, deci posibilitatea racordrii unor noi utilaje este limitat, iar consumul de aer este44

ridicat, caea ce determin puteri mari la ventilatoare. Instalaiile de exhauatare universale cu descrcare gravitaional a conductei magistrale caut s elimine impedimentele prezentate la cele dou tipuri de instalaii expuse mai sus, fiind construite principial n dou variante: - cu conduct magistral cu plnii (fig. U I.3.3,h); - cu conduct magistral n zig-zag (fig. U I.3.3,i). Aceste instalaii prezint o mai mare flexibilitate n racordarea mainilor la conducta magistral ntruct separarea i colectarea particulelor mari n conducta magistral se face gravitaional, dar au dezavantajul c execuia conductei magistrale este complicat, iar dimensiunile, n special nlimea ocupat de conduct, este mare (1,8 - 2,3 m), aceasta necesitnd hale industriale cu nlimi peste 5 m. Pentru toate instalaiile de exhaustare universale cu conduct magistral se observ c principalul dezavantaj const n faptul c dimensiunile conductelor magistrale snt mari, puterile consumate pentru exhaustare sunt mari, datorit cantitilor mari de aer, iar posibilitatea racordrii conductelor de absorbie de la maini este limitat ceea ce, produce greuti n cazul reorganizrii fluxurilor tehnologice i a reamplasrii utilajelor.

clasificai instalaiile de exhaustare cu magistral de seciune constant n funcie de felul descrcrii n conducta magistral; desenai schemele de principiu pentru instalaiile de exhaustare cu magistral de seciune constant. Prezentai calitile i deficienele acestor variante de instalaii; Folosii drept surs de rspuns paragrafele U I.3.4.2 iar ca surs suplimentar bibliografia. U I.3.4.3. Instalaii de exhaustare universale simplificate cu colector n tehnica exhaustrii s-au cutat noi soluii de realizare a instalaiilor, n special n scopul mbuntirii posibilitii racordrii de utilaje la instalaii. Avnd n vedere acest deziderat se folosesc n ntreprinderile de prelucrarea lemnului din ara noastr instalaii de exhaustare simplificate n care locul conductei magistrale de seciune constant cu dimensiuni mari i construcie pretenioas este luat de un colector care , indiferent de varianta constructiv n care se execut , are dimensiuni mult reduse, este uor de realizat, din punct de vedere constructiv, i poate fi prevzut cu rezerve pentru racordarea la colector de noi utilaje.

45

Fig. U I.3.3. Schemele de principiu ale instalaiilor universale cu descrcare gravitaional i cu colector: h- Instalaie universal cu conduct de seciune constant cu decrcare gravitaional; i- Instalaie universal cu conduct de seciune constant n zig-zag; j1- Instalaie universal cu colector vertical cu racordarea ramificaiilor lateral; j2- Instalaie universal cu colector vertical cu racordarea ramificaiilor la partea superioar; j3- Instalaie universal cu colector conic cu racordarea ramificaiilor la partea superioar;

Instalaiile de exhaustare simplificate (cu colectoare) se clasific n funcie de tipul colectorului n: a - cu colector vertical: cu racordarea ramificaiilor n partea lateral; cu racordarea ramificaiilor n partea superioar; cu colector conic; b - cu colector orizontal; c - cu colector de tip lustr cu racordarea conductei colectoare n partea superioar; cu racordarea conductei colectoare n partea inferioar; d - cu dou colectoare i conduct de echilibrare. La toate tipurile de asemenea instalaii, colectorul are rolul unui racord care unete ramificaiile aferente instalaiei ntr-o singur conduct colectoare, prin care materialul absorbit este apoi transportat pn la locul de descrcare. n acest fel, toate ramificaiile se gsesc sub aceeai diferen de presiune egal cu valoarea presiunii relative din colector, determinat pentru cea mai mare deprtare a unei maini fa de poziia de amplasare a colectorului. Rezerva de capacitate la asemenea instalaii este condiionat de existena sau inexistena, unui numr corespunztor de racorduri libere la colector cum i de posibilitatea mririi debitului ventilatorului, n limitele impuse de puterea motorului electric de acionare. Pe lng aceasta, aceste46

tipuri de instalaii, dau posibilitatea reamplasrii utilajelor n limitele suprafeei de calcul, fr ca funcionarea instalaiei s fie afectat. Aceste instalaii au o construcie simpl, prezint siguran n exploatare, factori care au determinat o utilizare mai larg in sectoarele productive. Instalaiile de exhaustare cu colectoare verticale (fig. U I.3.3, j), difer ntre ele prin tipul colectorului i modul de racordare al conductelor de la maini pe colector. n cazul racordrii ramificaiilor n partea lateral a colectorului, poziia acestora se va dispune n spiral pe suprafaa lateral a zonei cilindrice. Acest mod de poziionare a ramificaiilor duce la o nlime mare a colectorului. Utilizarea colectoarelor cu racordarea ramificaiilor n partea superioar necesit introducerea unor curbe suplimentare pe traseul ramificaiilor, prin aceasta existnd o pierdere de presiune n conducte ceva mai mare, iar nlimea necesar la amplasarea colectorului crete n funcie de dimensiunile conductelor i raza de racordare a acestora la colector. Coeficientul de rezisten local la acest colector este mai mic dect la colectorul vertical. Sub aspectul rezistenelor locale, cum i al curbelor pentru racordarea ramificaiilor, colectoarele conice ocup o poziie intermediar n raport cu tipurile de colectoare prezentate mai sus. Sub aspectul poziiei conductei colectoare i a sensului de deplasare a materialului n interiorul colectorului, adic de sus in jos, se reduce posibilitatea de nfundare a colectorului i se asigur o funcionare corespunztoare a ntregii instalaii. Inconvenientul pe care l prezint utilizarea instalaiilor de exhaustare cu colectoare verticale, apare n cazul halelor industriale, cu nlime redus. Pentru asemenea hale industriale, se utilizeaz instalaii de exhaustare cu colectoare orizontale, care au forma unor plnii orizontale plate, reprezentnd corpuri geometrice cu baza sub forma unui sector de cerc, pe a cror suprafa lateral snt montate racordurile ramificaiilor, cu axele orientate n direcie radial. Colectoarele orizontale (fig. U I.3.4, k) permit racordarea ramificaiilor numai dintr-o singur parte, neajuns ce poate fi nlturat prin utilizarea a dou colectoare legate n paralel. Pentru cel de-al doilea caz, este necesar luarea n calcul a unor msuri de redistribuire a debitului de aer i a pierderilor de presiune. Datorit construciei aceste instalaii nu prezint rezerv de capacitate, funcionarea colectoarelor orizontale fiind mai puin sigur datorit pericolului de nfundare, fapt care necesit mrirea debitului de aer peste valoarea necesar. Instalaiile de exhaustare cu colectoare de tip lustr (fig. U I.3.4, l ) au denumirea datorit formei47

colectorului. La aceste tipuri de instalaii racordarea mainilor de colector se face la partea inferioar a colectorului, iar conducta de transport a materialului se racordeaz la partea superioar. Prin forma pe care o are colectorul i modul de racordare al conductelor de la maini colectorul poate fi amplasat ntre fermele acoperiului halei. Acest tip de colector prezint dezavantajul c se poate nfunda pentru cazul particulelor de dimensiuni mari, fapt pentru care snt preferate colectoare de tip lustr cu racordarea n partea superioar i evacuarea achiilor i rumeguului n partea inferioar, ntruct se folosete n procesul de deplasare al particulelor i principiul gravimetric.

Fig. U I.3.4. Schemele de principiu ale instalaiilor de exhaustare universale cu colector: k- Instalaie universal cu dou colectoare orizontale; l - Instalaie universal cu colector de tip lustr; m- Instalaie universal cu dou colectoare conice i conduct de echilibrare. Utilizarea n cadrul unei secii mari a unei instalaii cu un singur colector prezint dezavantajul c acesta ajunge la dimensiuni exagerate, iar puterea absorbit de motorul electric este mare ntruct debitele i pierderile de presiune cresc exagerat. Pe lng aceasta configuraia halelor este dreptunghiular lungimea fiind, n multe cazuri, mult mai mare dect limea, ceea ce determin creterea exagerat a presiunii statice din colector. Pentru suprafee mari cu un numr sporit de utilaje, se utilizeaz instalaii de exhaustare cu dou colectoare, racordate n paralel i deservite de un singur ventilator. n cazul reamplasrii utilajelor care impune i o redistribuire a gurilor de absorbie pe cele dou colectoare, apare frecvent ncrcarea diferit a celor dou colectoare astfel nct, se ajunge la dezechilibrarea instalaiei, n special n punctul de racordare a celor dou conducte de transport a48

materialului lemnos de la colectoare. n acest punct de racordare pot aprea viteze de transport i presiuni diferite, condiii necorespunztoare unei funcionri normale. Pentru evitarea acestui fenomen se racordeaz n partea superioar, cele dou colectoare, printr -o conduct de echilibrare a presiunilor i debitelor. n aceast situaie, n cazul suprancrcrii unui colector, prin conducta de echilibrare se deplaseaz o cantitate din aerul care suprancarc colectorul, iar presiunile din cele dou colectoare se apropie de aceeai valoare (fig. U I.3.4, m). La racordarea conductei de echilibrare se va avea n vedere ca, prin construcie, viteza de intrare a aerului n aceast conduct s nu depeasc 3 -5 m/S (pentru a evita absorbia din colector a particulelor aspirate prin ramificaii), iar n conducta de echilibrare viteza s se situeze ntre 12-16 m/s. La dimensionarea diametrului conductei de echilibrare se va ine cont ca, debitul ce va trece prin aceast conduct, s reprezinte 30 % din debitul normal ce revine unui colector. clasificai instalaiile de exhaustare simplificate (cu colectoare) n funcie de tipul colectorului utilizat; desenai schemele de principiu pentru instalaiile de exhaustare simplificate cu colector. Prezentai calitile i deficienele acestor variante de instalaii; expunei n ce situaie se utilizeaz instalaii de exhaustare simplificate cu dou colectoare. Care este rolul conductei de echilibrare. Folosii drept surs de rspuns paragrafele U I.3.4.3.

Rezumat Presiunea static reprezint presiunea ce se exercit asupra pereilor conductelor, perpendicular pe direcia de micare a fluidului. Presiunea dinamic, este presiunea determinat de micarea unui fluid i se exercit pe direcia de micare a acestuia. TEST DE AUTOEVALUARE a- S se stabileasc rezistenele ce sunt nvinse de presiunea static realizat de ventilator ntr-o conduct dat i s se scrie relaia de calcul a presiunii statice ce ine seama de aceste rezistene i relaiile de calcul ale pierderilor de presiune corespunztoare rezistenelor. b-S se scrie relaia general de calcul a pierderilor de presiune la deplasarea aerului curat prin conducte. c- S se realizeze schemele de principiu pentru toate variantele de instalaii de exhaustare prezentate.

49

Unitatea de nvare I. 4. Elemente componente ale instalaiilor de exhaustareCuprinsUnitatea de nvare I. 4. Elemente componente ale instalaiilor de exhaustare......................... U I.4. 1. Introducere. U I.4.2. Obiectivele unitii de nvare... U I.4.3. Guri (capote) de aspiraie.............................................................................................. U I.4.3.1. Efectul mecanic asupra particulelor................................................................. U I.4.3.2. Efectul hidrodinamic.................................................................................... U I.4.3.3. Condiiile necesare pentru proiectarea gurilor de aspiraie................................. U I.4.3.4. Determinarea coeficientului de rezisten local la gura de aspiraie................... U I.4.3.5. Determinarea dimensiunilor optime ale deschiderii unei guri de aspiraie............ 50 50 50 51 51 54 56 58 58

U I.4.1.IntroducereUnitatea de nvare este dedicat studiului fenomenelor, care se poduc la aspiraia aerului cu particule, de ctre gurile de absobie ale mainilor din industria lemnului. O alt problem important este determinarea coeficientului de rezisten local la gura de aspiraie i a dimensiunilor optime ale deschiderii unei guri de aspiraie.

U I. 4.2.Obiectivele unitii de nvareDup parcurgerea acestei uniti de nvare studentul va fi capabil s: proiecteze capotele de aspiraie ale mainilor i agregatelor utilizate n industria lemnului; stabileasc coeficientul de rezisten local la gura de aspiraie a unui utilaj; -determine dimensiunile optime ale deschiderii unei guri de aspiraie pentru o situaie dat. Durata medie de parcurgere a unitii de nvare este de 2,5 ore.

50

U I.4.3. Guri (capote) de aspiraieGurile de aspiraie sunt elemente componente ale instalaiilor de exhaustare care servesc la captarea particulelor (rumegu, achii, praf etc.) generate n cadrul proceselor de prelucrare mecanic a lemnului. Pe lng aceast funcie, gurile de aspiraie mai ndeplinesc i rolul de capotare a sculei i de reducere a nivelului de zgomot. Studiind fenomenele care se poduc la aspiraia aerului cu particule, se constat apariia unui efect mecanic i a unui efect hidrodinamic. a- Efectul mecanic este datorat energiei cinetice transmis de scul particulelor, ce are ca rezultat dispersia acestora sub forma unui fascicul divergent, deviat n sensul de rotaie al sculei. Efectul mecanic este influenat de: - parametrii cinematici i dinamici ai procsului de prelucrare (frezare, ferstruire, lefuire etc.) ce determin form i mrimea particulelor; - materialul lemnos sau pe baz de lemn prelucrat (specie, umiditate, densitate, plci de PAL, PFL, MDF, OSB, placaj etc.). b- Efectul hidrodinamic este generat de fora de suciune a curentului de aer existent n interiorul gurii de aspiraie i de felul n care se realizeaz deplasarea aerului, nainte i dup intrarea acestuia n gura de aspiraie. U I.4.3.1. Efectul mecanic asupra particulelor Teoretic, direcia de deplasare a particulelor, care sunt generate de procesul de prelucrare, ar trebui s fie tangent la circumferina descris de muchiile tietoare ale sculei, n punctul de ieire al acestora din golul dintelui, de pe faa de degajare a sculei (fig. U I.4.3).

Fig. U I.4.1. Schema procesului de degajare i proiectare a particulelor de lemn

Practic, dup cum rezult din figurile U I.4.1. are loc o deplasare a particulelor sub forma unui fascicul deviat n sensul de rotaie al sculei. Poriunea haurat din figurile U I.4.2. i U I.4.3. constitue fascicolul principal iar cea punctat reprezint zona de dispersie a particulelor de dimensiuni mai mici i a unora izolate, de alte dimensiuni.51

Fig. U I.4.2. Traiectoria particulelor rezultate n procesul de prelucrare prin ferstruire.

Fig. U I.4.3. Traiectoria particulelor rezultate n procesul de prelucrare prin frezare. unghiul de aezare al direciei principale de dispersie; 1 - unghiul de aezare al fascicolului total de dispersie; 2 unghiul de aezare al fascicolului concentrat de dispersie; 1 unghiul fascicolului total de dispersie; 1 unghiul de degajare al fascicolului total de dispersie; 2 - unghiul fascicolului concentrat de dispersie; 2 - unghiul de degajare al fascicolului concentrat de dispersie. Poziia unghiului principal de dispersie i a celorlalte unghiuri prezentate n figurile U I.4.2. i U I.4.3. sunt funcie de: - parametrii geometrici ai sculelor;52

- parametrii dinamici ai procesului de prelucrare viteza de achiere i viteza de avans. La creterea turaiei, unghiul principal de aezare scade , datorit faptului c grosimea medie a achiilor i greutatea acestora crete. Mrirea avansului duce la micorarea unghiului din considerentele de mai sus iar mrirea adncimii de prelucrare duce la mrirea unghiului . Compoziia granulometric a particulelor rezultat din procesele de prelucrare, influeneaz de asemenea modul de dispersie i aspiraie. Rumeguul este un amestec neomogen de particule de lemn, care rezult n procesul de debitare la mainile cu pnze tietoare dinate. Mrimea particulelor de rumegu, variaz n cadrul amestecului de la 0,15 la 2,5 mm, iar forma lor este n general neregulat. n amestecul de particule sunt cuprinse n proporie redus (15 25% ) i particule alungite. Proporia particulelor depinde de mai muli factori: - tipul utilajului (gater, ferstru circular, ferstru panglic etc.); - tipul parametrilor geometrici ai sculelor, de parametrii cinematici i dinamici ai procesului de aschiere; - calitatea i umiditatea lemnului (la scderea umiditii, crete proporia de particule fine ): - direcia fibrelor i poziia inelelor anuale fa de planul de tiere (rumeguul rezultat din operaia de retezare prezint fraciuni fine n proporie mai mare); - specia lemnului particulele de rumegu din rinoase sunt mai mari dect cele de foioase iar ca form sunt alungite; - mrimea ceaprazului i grosimea pnzei la ferstraele circulare, determin structura fracional a rumeguului. La mrirea ceaprazului, se nregistreaz o cretere a proporiei fracionale grosiere; Volumul golului dintelui trebuie s fie sufucient de mare pentru acumularea aschiilor pe nlimea tieturii i evacuarea acesteea la ieirea din tietur. n general se recomand ca golul dintelui s fie de aprox. 10 ori mai mare dect volumul achiei degajate. La pnzele de gater nlimea dinilor H i raza de racordare a golului dintelui r , au o mare influen asupra modului de evacuar a aschiilor: - cu ct crete nlimea de tiere, evacuarea rumeguului este mai grea; - pentru aceiai mrime a nlimii dinilor h, dac raza racordrii dinilor scade, evacuarea rumeguului se face mai dificil; La turtirea dinilor se d posibilitatea folosirii pnzelor mai subiri, pasul dinilor putnd fi mrit cu 30 40%. - La discurile circulare evacuarea achiilor este mai bun deoarece apar forele centrifuge; - La rinoase evacuarea achiilor este ngreunat prin faptul c rina lipete rumeguul n gol;53

- La burghie pentru nmagazinarea i evacuarea achiilor se folosete canalul burghiului care poate fi elicoidal sau drept; - La freze golul dintelui se face mult mai mare. definii gurile de aspiraie i stabilii ce rol mai ndeplinesc n afara funciei principale; prezentai efectul mecanic asupra particulelor. De cine este influenat; realizai schema procesului de degajare i proiectare a particulelor de lemn expunei de cine este generat efectul hidrodinamic. desenai traiectoria particulelor rezultate n procesul de prelucrare (cu reprez