Laborator 1 UPPPA

1

L1. Evidenţierea experimentală a separării seminţelor după dimensiunile

geometrice pe site şi trioare

Blocul de separare cu site plane

Cea mai mare răspândire în efectuarea operaţiilor de curăţire şi sortare, o au maşinile cu site şi canale de aer, completate adesea cu trioarele cilindrice. Separarea amestecurilor de seminţe pe site cu orificii dreptunghiulare are loc după grosimea seminţelor şi pe site cu orificii circulare după lăţimea seminţelor. Pentru a fi posibilă separarea seminţelor prin orificiile sitei este necesar să se imprime seminţelor o stare de cernere faţă de suprafaţa sitei. Acest fapt are loc prin antrenarea sitei într-o mişcare de oscilaţie, efectuată, de regulă, cu ajutorul unui mecanism bielă manivelă. Schema cinematică a acţionării blocurilor cu site plane folosite la maşinile de curăţirea seminţelor este prezentată, în cazul general, în figura 1.1. Starea de cernere a materialului pe suprafaţa sitei, respectiv caracterul mişcării relative a seminţelor pe suprafaţa sitei se poate caracteriza prin relaţiile de ordine între valorile minime ale indicilor cinematici ai sitei. Analiza tipului mişcării relative a seminţelor pe suprafaţa sitelor plane

Procesul de separare a unei mase de seminţe cu ajutorul sitelor plane este, în principal influenţat de caracterul mişcării relative a seminţelor faţă de sită. Unul din parametrii cinematici ai mişcării relative a seminţelor, care poate da o imagine asupra caracterului mişcării seminţelor, este viteza medie de deplasare a acestora pe suprafaţa sitei.

Rama sitei plane se sprijină prin intermediul suporţilor elastici paraleli (de regulă verticali), şi este acţionată, în mişcare de oscilaţie, de un mecanism bielă-manivelă (fig.1.1).

Fig. 1.1 Schema cinematică a sitei plane

Cu aproximaţie satisfăcătoare se poate aprecia că sita are o mişcare de translaţie

rectilinie, oscilatorie, armonică. Direcţia x-x (perpendiculară pe suporţi în poziţia lor medie) pe care are loc oscilaţia sitei este direcţia de oscilaţie, al cărei unghi cu orizontala se notează cu ε. Când suporţii de suspendare sunt verticali ε = 0. Sita se montează cu o înclinare faţă de orizontală de unghi α , astfel încât α < φ , (φ – unghiul de frecare al seminţelor pe sită). Pentru studiul mişcării relative a particulei faţă de sită, forţele care

Laborator 1 UPPPA

2

trebuie luate în considerare sunt reprezentate în figura 2.1. În această figură mg este greutatea particulei, N – reacţiunea planului sitei, Ff – forţa de frecare a particulei pe sită şi Fi – forţa datorită mişcării de transport a particulei cu sita (forţa de inerţie).

Dintre forţele enumerate, forţa care asigură producerea mişcării relative este Fi. Direcţia forţei Fi este constantă (x-x), dar mărimea şi sensul său variază pe direcţia de oscilaţie conform relaţiei:

)cos(2tmAFi ⋅⋅−= ωω (1.1)

unde: m este masa particulei; A este amplitudinea oscilaţiei sitei (A ≈ r); ω – viteza unghiulară a excentricului; ωt – unghiul de rotaţie a manivelei. În funcţie de Fi, direcţia de oscilatţie şi frecarea particulei cu sita, particula poate avea următoarele tipuri de mişcare relativă faţă de sită:

a) repaus relativ faţă de sită; b) deplasarea fie numai în sus, fie numai în jos pe sită; c) deplasarea în ambele sensuri pe sită. Oricare dintre aceste tipuri de mişcări relative poate avea loc cu desprinderea

materialului de pe suprafaţa sitei, sau făra desprindere. Caracterizarea acestor tipuri de mişcare relativă se poate obţine prin relaţiile de ordine

între indicele regimului cinematic efectiv de funcţionare al sitei (k) şi indicii regimurilor cinematice limită (minime) ale sitei de la care încep deplasările relative ale materialului în jos pe sită (kj), în sus pe sită (ks) şi de desprindere (ko).

Aceşti indici se calculează, pentru cazul general, cu relaţiile:

g

Ak

2ω⋅= (1.2)

,)cos(

)sin(

ϕαε

ϕα

++

+=sk ,

)cos(

)sin(

ϕαε

ϕα

−+

−=jk

)sin(

)cos(

αε

α

+=ok (1.3)

În practică, de regulă, suporţii de suspendare ai blocului cu site sunt verticali şi în

acest caz relaţia de calcul pentru indicii kj, ks, ko se obţine particularizând ε = 0 în relaţiile (1.3).

Dintre tipurile de mişcare relativă menţionate, pentru separarea pe site este recomandabil tipul c) cu sau fără desprinderea materialului de pe sită. Acest tip de mişcare are loc când este indeplinită condiţia exprimată de relaţia:

jk < sk < k < ok (1.4)

Viteza medie vm a mişcării seminţelor pe sită depinde de mărimea deplasării S a acestora pe sită la o oscilaţie completă (o rotaţie a manivelei)

sj SSS −= (1.5)

unde: Sj, Ss sunt deplasările seminţelor în jos, respectiv în sus pe sită în timpul unei rotaţii a manivelei.

Dacă se cunoaşte S, atunci valoarea vitezei medii se calculează din expresia:

π

ω

260S

Snvm == (1.6)

unde n este turaţia manivelei (rot/min).

Laborator 1 UPPPA

3

O alta relaţie de calcul a vitezei medii a seminţelor pe sită a fost propusă de Dietrych şi se exprimă prin:

2

1)1(

)sin(

)cos( 2 −−

−=

kk

gvm

βω

αβ (1.7)

unde, β este unghiul de rotaţie a manivelei ( β = ωt). Viteza limită a seminţelor pentru care are loc trecerea prin orificii este exprimată

de relaţia:

g

alL

lLv

)cos(/2)sin()22(

)cos()(lim

αα

α

+−

− (1.8)

în care L este lungimea orificiului; 2l – lungimea maximă a seminţelor cu grosime mică; α – unghiul de înclinare a sitei faţă de orizontală; 2a – lăţimea maximă a seminţelor care se separă; g – acceleraţia gravitaţională.

Determinarea experimentală a vitezei medii a seminţelor pe sită se face folosind blocul de site plane existent în laborator. Schema modelului funcţional pentru determinarea vitezei medii de deplasare a seminţelor pe suprafaţa sitei plane este prezentată în figura 2.2. Se folosesc pentru determinări seminţe de porumb care se alimentează manual, pe suprafaţa sitei în timp ce aceasta este antrenată în mişcare de oscilaţie. Se cronometreaza timpul t cât durează deplasarea l1, pe sită, a unei seminţe, între două repere trasate pe rama sitei. Viteza medie de deplasare vm este:

t

lvm

1= (1.9)

La determinare se fac cel puţin 4-5 repetiţii, luându-se valoarea medie a lor.

Fig. 2.2 Schema modelului pentru determinarea vitezei medii a seminţelor

Puterea necesară acţionării blocului de site plane

Pentru calculul puterii necesare acţionării în timpul lucrului blocului cu site (Pms) se va folosi relaţia dedusă din considerentul că întreaga energie preluată de la motor în timpul unei rotaţii a excentricului se regăseşte în enegia cinetică acumulată de blocul cu site, şi anume:

,10183.032

3

t

ms

nAMP

η

⋅⋅= − (W) (1.10)

unde, M este masa totală a blocului oscilant (kg); A – amplitudinea oscilaţiei (m); n – turaţia excentricului (rot/min); ηt – randamentul mecanic al transmisiei de la excentric la motor. Masa totală a sistemului oscilant se poate considera:

Laborator 1 UPPPA

4

m

s

bv

LQMM += (1.11)

în care: Mb – masa constructivă a blocului de site (Mb =200 kg); Q – debitul de alimentare cu seminţe a blocului (kg/s); Ls – lungimea sitei de buruieni; vm – viteza medie a materialului (vm = 8..12 cm/s). Triorul cilindric

Trioarele cilindrice sunt suprafeţe cilindrice alveolare confecţionate din tablă cu alveolele realizate prin ambutisare pe suprafaţa interioară. Alveolele au o formă sferică putin alungita (“formă de buzunar”). În trioarele cilindrice separarea amestecurilor de seminţe în două fracţii are loc pe baza diferenţelor între lungimile seminţelor (fig. 1.3), fracţia formată din seminţele scurte (cu lungimea mai mică decât diametrul alveolelor) fiind colectată în jgheabul din interiorul cilindrului, iar cealaltă fracţie care rămâne pe suprafaţa cilindrică se colectează la capătul opus celui de alimentare, după cum este prezentat în figura 1.4.

Fig. 1.3 Separarea seminţelor în trior

Suprafaţa cilindrică se montează cu axa orizontală sau înclinată cu un unghi de 1-

2° faţă de orizontală şi este antrenată într-o mişcare uniformă de rotaţie în jurul axei proprii. Alimentarea cu materialul supus separării se face pe suprafaţa cilindrică interioară pe la un capăt al acesteia.

Pentru a fi posibilă separarea, regimul cinematic al triorului trebuie să asigure existenţa mişcării relative între stratul de seminţe în contact cu suprafaţa alveolară şi această suprafaţă pentru ca alveolele să se încarce cu seminţe la trecerea pe sub strat, ceea ce are loc dacă indicele regimului cinematic k al triorului îndeplineşte relaţia:

ϕ

ω

tgg

Rk

12

<⋅

= (1.12)

unde ϕ este unghiul de frecare al seminţelor pe suprafaţa alveolară, iar R – raza interioară a cilindrului trior [m]. Pe de altă parte, pentru ca alveolele să se descarce de seminţele scurte, înainte ca acestea să ajungă la înălţimea maximă, trebuie să îndepliească condiţia dată de relaţia:

12

<⋅

=g

Rk

ω (1.13)

Laborator 1 UPPPA

5

Fig. 1.4 Schema de funcţionare a triorului cilindric

În procesul de descărcare al alveolelor de seminţele scurte un rol însemnat îl joacă forma alveolei prin poziţia peretelui de descărcare faţă de suprafaţa alveolei, caracterizat prin unghiul λ. În procesul de descărcare se disting două faze: faza de alunecare a seminţei din alveolă, urmată de faza de desprindere a seminţei de pe suprafaţa cilindrică şi deplasarea în zbor liber în jgheab. Legătura între indicele regimului cinematic şi parametrii α, φ şi λ corespunzătoare celor două faze este exprimată prin relaţiile:

• faza de alunecare

)sin(

)cos(

ϕλ

αϕλ

+

++= ak (1.14)

• faza desprinderii )sin( dk α= (1.15)

unde αa, αd sunt unghiurile care definesc poziţia alveolei corespunzător fazei de alunecare, respectiv desprindere.

Pe cale experimentală s-a stabilit că indicele regimului cinematic optim, în cazul triorului cilindric simplu, la separarea seminţelor de neghină din cele de grâu, kop=0.41. Pentru această situaţie turaţia cilindrului trior se calculează cu relaţia:

Rnop

1.19= (rot/min) (1.16)

Turaţia maximă a unui cilindru trior dat se deduce din relaţia asigurării descărcării la limită a alveolelor (relaţia 2.10) conform relaţiei:

Rn

9.29max = (rot/min) (1.17)

unde R este raza cilindrului trior în [m].

Laborator 1 UPPPA

6

Maşina de prelevat probe de seminţe model SLN 3UK pentru curăţarea şi separarea

după dimensiune a seminţelor pentru germinare

Fig. 1.5 Curăţitor model SLN 3UK

Rolul funcţional

Identificarea calităţii sau tipului de impurităţi dintr-un lot de seminţe şi a dimensiunilor seminţelor sunt operaţii deosebit de importante atunci când se alege lotul de seminţe necesar însămânţării, materia primă pentru fabricarea malţului, sau în alte procese. Acelaşi standard pentru gradul de curăţare al seminţelor trebuie aplicat şi obţinut pentru toate produsele agricole, cereale, fasole sau produse mult mai pretenţioase ca floarea-soarelui, etc. Dacă se doreşte utilizarea maşinii pentru separarea seminţelor “de calitate specială” pentru germinare din lotul experimental de produse, un buncăr de alimentare de capacitate mai mare poate fi ataşat curăţitorului, pentru a asigura funcţionarea acestuia în regim continuu. Avantaje:

1. Selecţia unei probe de seminţe pentru examinare oferă o evaluare precisă a masei întregi de seminţe;

2. Separarea seminţelor efectuată pe baza unei probe semnificative face posibilă acceptarea sau respingerea deciziei de încadrare a lotului de seminţe în limitele standardelor impuse;

3. Curăţitorul pentru probe de laborator are o destinaţie variată şi poate fi utilizat pentru o gamă largă de produse, începând de la seminţele de rapiţă pentru ulei până la seminţele de porumb şi fasole;

4. Realizează o curăţare automată – fără mentenanţă; 5. Sitele sunt echipate cu un sistem de autocurăţare cu bile bine rodat; 6. Noul design al sistemului de separare cu site este foarte sigur şi permite

schimbarea rapidă a sitelor. Funcţioneaza cu un nivel foarte scăzut de zgomot (sub 82 dB) şi vibraţii.

Laborator 1 UPPPA

7

Fig. 1.6 Curăţitor pentru probe de laborator - Schema principală

Modul de funcţionare al curăţitorului este descris cu ajutorul schemei din figura 1.6: A. Capacul de jos al dozatorului este ridicat şi proba de seminţe este precântărită şi introdusă în dozator. B. Capacul este închis şi se porneşte maşina. După 20-60 secunde (reglabile) dozatorul descarcă proba de analizat pe sită. C. Impurităţile uşoare sunt antrenate de aerul refulat de ventilator în ciclon şi descărcate în punga de plastic. D. Seminţele bune trec prin orificile sitei pe la partea superioară a acesteia, iar impurităţile mari sunt reţinute pe sită şi transportate la partea inferioară. E. Seminţele bune sunt reţinute pe cea de-a doua sită şi transportate către partea inferioară, iar nisipul şi impurităţile mici trec de orificiile sitei. F. Seminţele bune sunt apoi reîncărcate pe sita de separare cea mai de jos. G. Cultura principală (seminţele bune) este transportată prin canalele de colectare corespunzătoare în tăviţe. H. Seminţele care nu au dimensiunile corespunzătoare sunt transportate prin canalele de colectare în tăviţele din partea stângă. I. Nisipul, seminţele mici şi impurităţile uşoare neseparate de sistemul de aspiraţie sunt transportate prin canalele de colectare în tăviţele din partea dreaptă a curăţitorului.

Laborator 1 UPPPA

8

Fig. 1.7 Schema de ansamblu a curăţitorului SLN 3UK:

1) Buton pentru pornire şi descărcarea manuală a dozatorului. 2) Capac umplere. 3) Ieşire dozator.

4) Clapetă reglare descărcare. 5) Tăviţă pentru seminţe mici. 6) Tăviţă pentru seminţe principale

(bune). 7) Ventilator. 8) Dozator. 9) Ciclon. 10) Clapetă reglare aer. 11) Electromagnet pentru

descărcarea automată a dozatorului. 12) Sita de sus. 13) Sita de jos. 14) Sita de separare. 15) Tăviţă

pentru nisip şi impurităţi neaspirate. 16) Sac de plastic pentru impurităţi aspirate. 17) Potenţiometru

avertizare timp. 18) Arcuri.

Accesorii standard: 5 tăvi de plastic de greutate uniformă; 2 metri de cablu; 3 site plate. Echipament extra:

• Site plate; Cântar electronic cu scală de calcul în procentaje. • Sistem de achiziţie şi prelucrare date DATAPRINT pentru calculul procentajelor

de material separat, ce poate fi conectat direct la computer. • Buncăr de alimentare separat, canale de transport către tăviţe şi saci de ambalare

pentru curăţarea continuă. Câteva din caracteristicile tehnice ale maşinii de prelevat probe de seminţe modelul SLN 3UK sunt prezentate în tabelul 1.

Tabel 1. Specificaţii tehnice model SLN 3UK Înălţimea H1 970 mm

Înălţimea H2 780 mm

Lăţimea W1 420 mm

Lăţimea W2 580 mm

Lungimea L 680 mm

Greutatea 85 kg

Motor 230 V - 0.37 kW

Masa de seminţe aprox. 1 kg

Nivel de sunet 82/78 dB(A)

Laborator 1 UPPPA

9

Maşini de sortare cu suprafeţe cilindrice alveolare

Fig. 1.8 Maşina de sortat şi curăţat seminţe Schmidt-Seeger model Ultra UN412

Maşina de sortare cu suprafeţe cilindrice alveolare (fig.1.8) poate fi utilizată în

următoarele procese: � Sortarea seminţelor: Ovăz - păsat de ovăz; Orz – arpacaş; Orez alb - orez alb fragmentat; Fructe cu păstăi. � Pregătire seminţe: Cereale de orice fel; Porumb; Paddy (orez brut); Seminţe de iarbă; Seminţe de trifoi; Lucernă; Semine oleaginoase; Floarea soarelui; Seminţe de in Susan; Fructe cu păstăi; Seminţe de legume.

Domeniile de utilizare sunt : Maşini de treiere pentru pregătirea orzului

În slădării • Separarea seminţelor de buruieni, a boabelor sparte şi a boabelor mici, selectarea

materialelor cu bob lung (de exemplu ovăz) În morile de coji (în afară de separarea seminţelor de buruieni, a boabelor sparte şi a boabelor lungi)

• Eliminarea orzului netăiat din uruială • Sortarea arpacaşului în diverse mărimi • Toate funcţiile de resortare din cadrul întregului proces

Maşini de triere pentru pregătirea ovăzului la morile de ovăz

• Separarea seminţelor de buruieni, a boabelor sparte şi a boabelor mici din ovăzul brut

• Sortarea ovăzului brut curăţat după lungime, de exemplu în trei categorii, înainte de decorticare

• Separarea boabelor de ovăz netăiate din cele tăiate • Toate funcţiile de resortare din cadrul întregului proces

Laborator 1 UPPPA

10

Maşini de triere pentru pregătirea orezului brut şi a celui alb la morile de orez

• Separarea seminţelor de buruieni şi a boabelor sparte din paddy (orez brut) • Sortarea orezului alb în orez întreg

Maşini de triere pentru pregătirea seminţelor

• Curăţarea şi sortarea după lungime a seminţelor fine • Curăţarea şi sortarea după lungime a seminţelor de orice fel

Maşini de treiere pentru pregătirea mirodeniilor, plantelor medicinale şi a ceaiului

• Separarea elementelor străine din mirodenii granulare, cum ar fi muştar, chimen, coriandru, ienupăr şi altele similare

• Separarea tulpinilor şi a altor părţi străine din condimentele sub formă de frunze sau flori, cum ar fi cimbru, maghiran, busuioc, pătrunjel şi altele similare

• Separarea tulpinilor şi a altor părţi străine din ceai, măcieşe, flori de păducel, flori de muşeţel şi altele similare.

Câteva din caracteristicile tehnice ale maşinii de sortat si curăţat seminţe modelul UN 412 sunt prezentate în tabelul 2.

Tabel 2. Specificaţii tehnice maşina de sortat şi curăţat Schmidt-Seeger modelul UN 412 Specificatii tehnice model UN 412

Tip Capacitate la adaos 3% Cilindru trior

Grâu Secară Orz Diametru/lungime

(mm)

UN 412/1 36.0 30.0 3x700/3000 3x2.2 UN 412/2 48.0 40.0 3x700/4000 3x3.0

Aplicaţie: Să se precizeze starea de cernere a seminţelor pe sita plană ştiind că blocul se sprijină pe suporţi elastici care fac unghiul de 150 cu verticala, sita este înclinată cu unghiul de 150 faţă de orizontală, cursa blocului este de 12 mm, turaţia excentricului fiind de 400 rot/min, iar unghiul de frecare al seminţelor pe sită 250.