pdf romana

60
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOV FACULTATEA DE ALIMENTAŢIE ŞI TURISM ing. Sorin SÎRBU CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND OPTIMIZAREA PROCESELOR DE DOZARE GRAVIMETRICĂ A PRODUSELOR SOLIDE AGROALIMENTARE REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Simion POPESCU Membru titular al Academiei de Ştiinţe Agricole şi Silvice „Gheorghe Ionescu ŞişeştiBRAŞOV, 2010

Transcript of pdf romana

Page 1: pdf romana

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRASOVFACULTATEA DE ALIMENTAŢIE ŞI TURISM

ing. Sorin SÎRBU

CER CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALEPRIVIND OPTIMIZAREA PROCESELOR DE DOZARE

GRAVIMETRICĂ A PRODUSELOR SOLIDEAGROALIMENTARE

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC:Prof. univ. dr. ing. Simion POPESCU

Membru titular al Academiei de Ştiinţe Agricole şi Silvice„Gheorghe Ionescu Şişeşti”

BRAŞOV, 2010

Page 2: pdf romana

1

PREFAŢĂ

Lucrarea de doctorat intitulată “Cercetări teoretice şi experimentale privindoptimizarea proceselor de dozare gravimetrică a produselor solideagroalimentare” este structurată în 8 capitole (ultimul reprezintă concluziile finale) şicuprinde şi o listă bibliografică cu 163 titluri de lucrări reprezentative publicate îndomeniu (inclusiv cele publicate de autor).

În capitolul 1, intitulat „Aspecte generale privind operaţiile de dozare aleproduselor agroalimentare”, se prezintă aspectele generale privind rolul şi importanţaproceselor de dozare din domeniul agroalimentar, se face o clasificarea sistemelorde dozare şi se definesc parametri de performanţă ai sistemelor de dozare

În capitolul 2, intitulat „Proprietăţile de bază ale materialelor solide în vrac”, seprezintă aspectele de bază privind proprietăţile materialelor solide în vrac, analizaformei şi dimensiunile particulelor de materiale solide granulare în vrac şi metodica şiaparatura pentru determinarea proprietăţilor materialelor solide granulare în vrac

În capitolul 3, intitulat „Stadiul actual al realizărilor constructive de dozatoaregravimetrice pentru materiale solide granulare în vrac”, se prezintă inmod sintetizatrealizări constructive reprezentative pe plan mondial privind dozatoarele gravimetrice(cu celule de cântărire ) folosite pentru materialele granulare în vrac, atât pentru celecu funcţionare continuă cât si cu funcţionare discontinuă. Se prezintă sistemele decelule de cântărire folosite la dozatoarele gravimetrice de materiale granulare ăi înultima parte se prezintă principiile constructiv-funcţionale ale dozatoare gravimetriceautomate cu mai multe capete de dozare(Multy Head)

În capitolul 4, intitulat „Stadiul actual privind cercetările teoretice şiexperimentale privind dozatoarele gravimetrice cu alimentatoare cu transportoareoscilante vibratorii”, se prezintă aspectele teoretice privind cinematica şi dinamicatransportoarelor oscilante vibratorii dezvoltate în literatura de specialitate din domeniu.Se prezintă modelele dinamice, cinematice şi matematice ale transportoarelor vibratoriifolosite ca sisteme de alimentare al dozatoarelor gravimetrice.

În capitolul 5, intitulat „Necesitatea şi obiectivele lucrării de doctorat”, sejustifică necesitatea abordării lucrării de doctorat şi se prezintă obiectivele teoretice şiexperimentale ale tezei de doctorat.

În capitolul 6, intitulat „Cercetări teoretice privind dozatoarele gravimetrice cualimentatoare vibratoare acţionate electromagnetic”, se prezintă obiectivele cercetărilorteoretic ale lucrării de doctorat, se descriu succint procesele de lucru şi se analizeazădinamica şi cinematica transportoarelor cu alimentatoare vibratoare acţionateelectromagnetic, elaborându-se modelele matematice pentru simularea proceselor delucru ale transportoarelor vibratoare acţionate electomagnetic. Se prezintă rezultatelemodelării matematice simulate pe calculator

Page 3: pdf romana

2

În capitolul 7, intitulat „Cercetarea experimentală a preciziei de dozare adozatoarelor gravimetrice cu alimentatoare vibratoare acţionate electromagnetic”, seprezintă obiectivele cercetărilor experimentale, construcţia, funcţionarea şi utilizareaechipamentului de dozare gravimetrică (standului) utilizat în laborator pentru efectuareacercetărilor experimentale, programul şi metodica cercetărilor experimentale,metodologia determinării experimentale a parametrilor cinematici ai proceselor vibratoriiai echipamentului de dozare gravimetrică şi de determinare experimentală a influenţeiparametrilor constructivi şi funcţionali ai echipamentului de dozare asupra preciziei dedozare. În final se prezintă metodica de prelucrare şi interpretarea rezultatelorcercetărilor experimentale.

În capitolul 8, intitulat “Concluzii finale şi contribuţii personale”, se prezintăconcluziile referitoare la oportunitatea temei, concluziile rezultate din cercetareateoretică şi experimentală precum şi contribuţiile personale ale autorului la realizarealucrării de doctorat.

AUTORUL

Page 4: pdf romana

3

CUPRINS

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND OPERAŢIILE DE DOZARE ALEPRODUSELOR AGROALIMENTARE

1.1. Introducere 1.2. Clasificarea sistemelor de dozare 1.3. Parametri de performanţă ai sistemelor de dozare

2. PROPRIETĂŢILE DE BAZĂ ALE MATERIALELOR SOLIDE ÎN VRAC 2.1. Caracteristicile generale ale materialelor solide în vrac 2.2. Analiza formei şi dimensiunile particulelor de materiale solide granulare învrac 2.3. Metodica şi aparatura pentru determinarea proprietăţilor materialelor solide granulare în vrac 2.4. Concluzii

3. STADIUL ACTUAL AL REALIZĂRILOR CONSTRUCTIVE DE DOZATOAREGRAVIMETRICE PENTRU MATERIALE SOLIDE GRANULARE ÎN VRAC3.1 Aspecte generale privind dozatoarele de materiale solide granulare în vrac3.2. Realizări constructive reprezentative pe plan mondial privind dozatoarele demateriale granulare în vrac3.3. Dozatoare de materiale granulare cu funcţionare continuă3.4. Dozatoare de materiale granulare cu funcţionare discontinuă3.5. Celule de cântărire folosite la dozatoarele gravimetrice de materialegranulare3.6. Dozatoare gravimetrice automate multicap (Multy Head)3.7. Concluzii

4. STADIUL ACTUAL PRIVIND CERCETĂRILE TEORETICE ŞIEXPERIMENTALE PRIVIND DOZATOARELE GRAVIMETRICE CUALIMENTATOARE CU TRANSPORTOARE OSCILANTE VIBRATORII4.1. Tipuri constructive şi funcţionale de bază de transportoare oscilantevibratorii4.2. Aspecte teoretice privind cinematica şi dinamica transportoarelor oscilantevibratorii4.3. Concluzii

5. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII DE DOCTORAT5.1. Necesitatea lucrării de doctorat5.2. Obiectivele lucrării de doctorat

6. CERCETĂRI TEORETICE PRIVIND DOZATOARELE GRAVIMETRICE CUALIMENTATOARE VIBRATOARE ACŢIONATE ELECTOMAGNETIC6.1. Obiectivele cercetărilor teoretic ale lucrării de doctorat6.2. Procese de lucru, dinamica şi cinematica transportoarelor cu

alimentatoare vibratoare acţionate electomagnetic6.3. Simularea proceselor de lucru ale transportoarelor cu alimentatoare

vibratoare acţionate electomagnetic6.4. Concluzii privind cercetările teoretice

Page 5: pdf romana

4

7. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ A PRECIZIEI DE DOZARE ADOZATOARELOR GRAVIMETRICE CU ALIMENTATOARE VIBRATOAREACŢIONATE ELECTOMAGNETIC

7.1. Obiectivele cercetărilor experimentale ale lucrării de doctorat7.2. Construcţia, funcţionarea şi utilizarea echipamentului de dozaregravimetrică (standului) utilizat în laborator pentru efectuarea cercetărilorexperimentale7.3. Programul şi metodica cercetărilor experimentale7.4. Determinarea experimentală a parametrilor cinematici ai proceselorvibratorii ai echipamentului de dozare gravimetrică7.5. Determinarea experimentală a influenţei parametrilor constructivi şifuncţionali ai echipamentului de dozare asupra preciziei de dozare.7.6. Achiziţia, prelucrarea şi interpretarea rezultatelor cercetărilorexperimentale.7.7. Concluzii privind cercetările experimentale

8. CONCLUZII FINALE8.1. Concluzii privind stadiul actual al realizărilor constructive de dozatoaregravimetrice pentru materiale solide granulare în vrac8.2. Concluzii privind stadiul actual al cercetările teoretice şi experimentaleprivind dozatoarele gravimetrice cu alimentatoare cu transportoare oscilantevibratorii8.3. Concluzii privind rezultatele cercetărilor teoretice ale lucrării de doctorat8.4. Concluzii privind rezultatele cercetărilor experimentale ale lucrării dedoctorat8.5. Contribuţii personale8.6. Direcţii viitoare de cercetare în domeniul dozatoarelor gravimetrice cuvibraţii electromagnetice

Page 6: pdf romana

1

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND OPERAŢIILE DE DOZARE ALEPRODUSELOR AGROALIMENTARE

1.1. Introducere

Unul din domeniile de mare impact economic în România (mai ales în ultimiiani), dar şi în ţările dezvoltate din punct de vedere industrial, o constituie domeniulsistemelor si echipamentelor de dozare. Datorită multiplelor sensuri pe care le are întehnică termenul de dozare, operaţia de dozare şi echipamentele care o realizeazăse întâlnesc într-o mare diversitate constructivă şi funcţională în funcţie şi dediversele sfere de aplicaţie. încă de la prima vedere asupra problematicii sistemelorde dozare, în sensul unei abordări raţionale şi totodată unitare, acest domeniu relevăo extremă complexitate şi totodată o reală importanţă economică.

În general, prin termenul de dozare se înţelege procedeul de fracţionare după oanumită regulă a unei cantităţi de material, în cantităţi mai mici (doze, porţii) încondiţii specificate de domeniul concret de aplicaţie.

Sistem de dozare (SD) este un ansamblu complex de componente mecanicesau/şi pneumatice şi hidraulice, electrice, electronice ere, care realizează operaţii dedozare. În cadrul lucrării de faţă, am ocupat în mod special de sistemele mecanicede dozare industrială a produselor, acestea fiind cele mai utilizate în practică.

.

Fig. 1.1. Domeniile implicate în sistemele automate de dozare

Extinderea operaţiei de dozare în viaţa modernă este vastă, aşa cum şitermenul de dozare este unul comun intrat în vocabularul curent al oamenilor,indiferent de specializarea lor. De la porţionarea manuală a diferitelor materiale(alimentare, de construcţii, chimice, etc.) şi până la dozarea ultraprecisă în atmosferăcontrolată a pulberilor uranice, operaţia de dozare este folosită în toate ţările lumii, încele mai diverse domenii de activitate. În această ordine de idei, sfera sistemelorautomate de dozare se află la interferenţa mai multor domenii tehnice şi ştiinţificedistincte (fig. 1.1).

1.2. Clasificarea sistemelor de dozareDozarea poate fi definită ca fiind procedeul de fracţionare după o anumită

regulă a unei cantităţi de material, în fracţiuni mai mici (porţii, doze) în condiţiispecificate de domeniul concret de aplicaţie (fig.1.1).

Page 7: pdf romana

2

Sistemele de cântărire se pot numi dispozitive de dozare, sisteme dedozare şi măsurare, compuse din ansamblurile de măsurare sau dozare şiinstalaţii de dozare, denumite astfel în funcţie de materialul dozat şi gradul decompactare al acestuia, precum şi în funcţie de diferitele soluţii tehnice dedozare, bazate pe diferite principii de funcţionare [1].

Datorită marii diversităţi de sisteme de dozare utilizate în tehnică estenecesară o clasificare a acestora după mai multe criterii prin care să se poatăevidenţia similitudinile şi diferenţierile dintre ele:

a).după principiul de lucru şi modul de desfăşurare a procesului de dozare,sistemele de dozare pot fi: volumetrice, gravimetrice, continue şi prin porţionare.

b). după starea naturală a produsului supus operaţiei de dozare:

· sisteme de dozare pentru pulberi şi granule;

· sisteme de dozare pentru produse individuale (corpuri solide de diferite mărimi);

· sisteme de dozare pentru lichide de diferite vâscozităţi;

· sisteme de dozare pentru gaze (aerosoli).

d).după gradul de automatizare a procesului de dozare, sistemele de dozarepot fi: neautomate, semiautomate şi automate.e). după criteriul cinematic, adică în funcţie de modul de sincronizare a mişcărilorelementelor de lucru sistemele de dozare pot fi:

· sisteme la care deplasarea elementelor de lucru se realizează pe o anumitătraiectorie şi cu o anumită viteză sau realizează numai nişte poziţii extreme;

· sisteme care urmăresc în plus şi realizarea unei anumite succesiuni de lucru aelementelor de lucru;

· elementelor de lucru care realizează în plus faţă de grupele anterioare şianumite interdependenţe funcţionale printre parametrii cinematici ai mişcărilorelementelor de lucruf). după modul de deplasare a produsului dozat şi a elementelor de lucru,

clasificarea sistemelor de dozare se poate face conform schemei din figura 1.2.g). în funcţie de sistemul de comandă al mişcărilor sistemele de dozare pot fi:

· cu comandă centralizată: mecanică, hidraulică, electrică, electronică,combinată;

· cu comandă descentralizată (cu contacte electromagnetice);· cu comandă combinată: electromecanice, electrohidraulice etc.

Sistemele de dozare specifice anumitor domenii se mai pot subdivide în grupeşi mai specializate. Cele pentru dozarea produselor granulare şi pulverulente înindustria de morărit şi panificaţie sunt prezentate în figura 1.4,

Page 8: pdf romana

3

Fig. 1.2. Clasificarea sistemelor de dozare după modul de deplasare a produsuluidozat şi a elementelor de lucru

Fig. 1.4. Clasificarea sistemelor de dozare pentru produse granulare şipulverulente din industria de morărit şi panificaţie

1.3.3 Relaţia precizie - productivitate – cost aplicabilă la sisteme dedozareÎn figura 1.7 sunt prezentate evoluţiile preciziei de dozare şi productivităţii

reale, cu creşterea timpului de lucru, în regimul de bază. Se observă existenţa uneizone de optim la intersecţia curbelor (precizie de dozare) si Q (productivitatea reală);situaţia este specifică pentru sisteme de dozare cu acţiune continuă şi pentru celeporţionare).

Page 9: pdf romana

4

Fig. 1.7. Evoluţiile preciziei de dozare şi productivităţii realecu creşterea timpului de lucru

Evoluţia costurilor legate de implementarea şi, respectiv, exploatareasistemelor de dozare sunt prezentate în figura 1.8.

Fig. 1.8. Evoluţia costurilor legate de implementarea sistemelor de dozare

Page 10: pdf romana

9

2. PROPRIETĂŢILE DE BAZĂ ALE MATERIALELOR SOLIDE ÎN VRAC

2.1. Caracteristicile generale ale materialelor solide în vrac Proprietăţile caracteristice care influenţează curgerea materialelor solideîn vrac sunt esenţiale sunt esenţiale pentru aplicaţiile din dozareamaterialelor. Astfel materialele granulare curgătoare umplu spaţiile deextragere din echipamentele de dozare într-un mod diferit. Prin comparaţie,lichidele umplu fără greutate şi complet spaţiile, în timp ce materialele solideleîn vrac dezvoltă pante şi perturbări ale curgerii prin boltire. Caracteristici ale materialelor granulare care influenţează procesul dozăriişi de care trebuie să se ţină seama la conceperea şi realizareaechipamentelor de dozare sunt în principal următoarele: mărimea, forma şidistribuţia particulelor; umiditatea materialului supus dozării; unghiul deaşezare αa, unghiul de curgere αc, unghiul de taluz natural αn; densitateamaterialului în vrac ρm şi densitatela vibraţii ρm; unghiul de frecare efectiv Φe şiunghul de frecare cu un perete Φp; unghiul de frecare internă Φi; coeficientulde curgere ffc şi valoarea curgerii ρmv / ρm;, Funcţionarea transportoarelor alimentatoare ale echipamentelor de dozaredepinde de proprietăţile de curgere a materialelor şi de volumul de extracţiesau de secţiunea transversală a debitului de material transportat. Curgereaconstantă şi uniformă este o cerinţă obligatorie pentru o dozare precisă

2.2. ANALIZA GRANULOMETRICĂ PARTICULELOR DE MATERIAL SOLIDÎN VRAC

Măsurarea dimensiunilor particulelor se poate face prin 2 metode:· direct, prin compararea dimensiunilor particulelor cu o scară optică

gradată, plasată în ocularul microscopului;· indirect, prin fotografierea probei, prin intermediul unui aparat de

fotografiat sau printr-un sistem de analiză a imaginii, utilizând ocameră de luat vederi, care este ataşată microscopului. Informaţiavideo este transmisă unui calculator numeric, care printr-un programspecializat, analizează şi prelucrează imaginea, afişând rezultateledeterminării. Imaginea luată de camera de luat vederi poate fiurmărită şi pe ecranul unui monitor.

Prin măsurarea unor dimensiuni caracteristice ale particulelor, suntposibile mai multe metode de evaluare a diametrului sferei echivalente.

Determinarea dimensiunilor pe cale optică se poate realiza prin următoa-rele metode: analiză microscopică, măsurarea extincţiei, măsurarea opacităţii(turbidităţii).

Analiza microscopică se aplică în cazul în care faza dispersă este formatădin particule solide. Analiza se execută asupra unei probe medii, obţinută prindispersarea în apă distilată sau într-un agent fixator a materialului ce urmeazăa fi analizat.

Analiza granulometrică prin clasare mecanică (analiză la sită) reprezintă ometodă care se utilizează pentru amestecuri eterogene polidisperse, de tipsolid - solid, a căror particule au dimensiunile mai mari de 50...70 µm.Dispozitivul utilizat pentru efectuarea analizei la sită denumit dispozitivul

Page 11: pdf romana

10

Makarov care este prevăzut cu un număr prestabilit de site plane, cu carcasade formă cilindrică, dispuse în cascadă (suprapuse).

2.3.1. Densitatea materialului în vracDensitatea materialului în vrac aşezat liber reprezintă raportul dintre masă

şi volumul solidului în vrac turnat liber. Pentru determinare, materialul în vracse toarnă printr-o pâlnie, de la o distanţă determinată, într-un vas cu un volumcunoscut până când vasul se umple. După ce se îndepărtează surplusul dematerial, se cântăreşte materialul astfel pregătit.

Pentru materialele în vrac granulare necompresibile, densitatea vraculuieste considerată ca fiind aproape constantă. Materialele coezive şicompresibile sunt adesea tasate de către presiune sau de către vibraţii şi deaceea densitatea trebuie exprimată în aceste condiţii specifice.

2.3.2. Unghiul de taluz naturalUnghiul de taluz αM este un indicator important în ce priveşte frecările

interne şi caracteristica de curgere a materialului în vrac, dar acest indicator nueste potrivit pentru calcule de dimensionare [28]. Metodele de măsurare aunghiului de taluz natural sunt prezentate în figura 4.3.

Fig. 4.3. Metode pentru măsurarea unghiului de taluz natural:a- metoda pâlniei; b- metoda de curgere liberă dintr-un vas; c- metoda

cilindrului

Relaţia de calcul a unghiului de taluz natural αM este următoarea :

vhM DD

h+×

=4arctana , (4.3)

unde h este înălţimea grămezii de material, Dh şi Dv sunt diametrele grămeziiformate măsurate la bază pe direcţii perpendiculare [28].

Corelaţia dintre unghiul de taluz natural si capacitatea materialului de aputea fi bun curgător este dată de următoarele intervale: αM < 30° - materialfoarte bun curgător; 30° < αM <45° - material care curge liber; αM > 45° -material cu o curgere dificilă [28].

2.3.3.3. Capacitatea de curgere a materialelor solide în vracInformaţii importante cu privire la capacitatea de curgerea a materialelor

în vrac sunt obţinute prin determinarea forţelor tangenţiale din materialul învrac, utilizându-se dispozitivul de măsurare denumit celula de testare Jenike(fig.4.4)

Page 12: pdf romana

11

Fig. 4.4. Schema celulei Jenike pentru determinarea forţelor tangenţiale internedin material (a) şi a forţelor tangenţiale dintre particulele de material şi pereţii

incintei de păstrare (b) [38].

Dispozitivele rotative de testarea forţelor tangenţiale la materialelesolide în vrac, au fost prima oară utilizate în mecanica solurilor la începutulsecolului XX [38]. Modelul utilizat (fig.4.4) pentru încercările efectuate poateridica o funcţie de curgere a materialului testat, poate determina unghiul defrecare dintre particulele materialului dar şi dintre particule şi suprafeţele cucare intră în contact, precum şi punctele de iniţiere a curgerii.estele de eforturitangenţiale necesită un timp îndelungat de realizare dar prezintă dateimportante pentru caracterizarea solidelor în vrac. Astfel pentru interpretareafactorului de curgere ffc = fc/σ1, se folosesc următoarele intervale pentrudescrierea curgerii: ffc < 1 pentru materiale compactate; ffc < 2 pentru materialefoarte coezive, necurgătoare; 2 < ffc < 4 pentru materiale coezive, greucurgătoare; 4 < ffc < 10 pentru materiale uşor curgătoare; ffc >10 material libercurgător.

Datele referitoare la forţele tangenţiale sunt necesare proiectareabuncărelor de alimentare, a dozatoarelor, alimentatoarelor etc.

Page 13: pdf romana

12

3. STADIUL ACTUAL PRIVIND CONSTRUCŢIA ŞI FUNCŢIONAREADOZATOARLOR PENTRU SOLIDELOR ÎN VRAC PRIN METODE

GRAVIMETRICE

3.1. Aspecte generaleÎn funcţie de principiul de funcţionare echipamentele de dozat (dozatoarele) pot fi

volumetrice (după volum), gravimetrice (după greutate) şi hibride (folosesc atât principii dedozare gravimetrice cât şi volumetrice) [3].

În afară de dispozitivele de dozare propriu-zis dozatoarele gravimetrice mai cuprindsistemele de alimentare cu material a dispozitivului de dozare şi sistemele de preluare amaterialului dozat (în vederea ambalării). Sistemele de alimentare cu material a dispozitivelor de cântărire se definescprin tipul, consrucţia şi funcţionarea organului de alimentare, putţnd fi Alimentatoarecu transpotoare cu melc, alimentatoare cu transpotoare cu bandă si alimentatoare cutranspotoare cu vibraţii

Sistemele de cântărire al dozatoarelor gravimetrice se definesc prin următoareleelemente: forma şi construcţia sistemului, construcţia mecanică tipul senzorului decântărire. Sistemele de cântărire (fig.2.31) ţin seama de câteva criterii importante laproiectarea acestora: cum este compensată greutatea sau masa încărcării şi cum setransferă valoarea rezultantei. Majoritatea sistemelor de cântărire funcţionează fie electronicfie electromecanic

.

Fig.3.31. Principii de cântărire (compensarea forţei de încărcare F, semnalul deieşire pe panoul A reprezentând greutatea). a – mecanic (1 – dispozitiv de cântărit

mecanic; 2 – transfer şi afişare mecanică); b – electromecanic (1 – platformămecanică; 2 – celulă electronică de cântărire; 3 – procesator de semnal electronic şi

afişare); c – electronic (1 – celulă electronică de cântărire; 2 – generator de câmpmagnetic; 3 – bobină); d – pneumatic sau hidraulic (1 – platforma de încărcare,pneumatică sau hidraulică; 2 – celulă de cântărire, pneumatică sau hidraulică;

3 – regulator de presiune; 4 – afişaj manometric).

Page 14: pdf romana

13

3.2. Dozatoarele gravimetrice3.2. 1. Dozatoarele gravimetrice cu alimentatore cu melcDozarea gravimetrică presupune existenţa unor dispozitive speciale monitorizare a

procesul de dozare si asigurarea unei precizii ridicate dată de domeniul în carefuncţionează dozatorul. Astfel au fost concepute o serie de elemente de cântărire, denumitecelule de cântărire, care sunt construite astfel încât să poată transforma forţa de greutate amasei materialului dozat într-o mărime (semnal) electrică proporţională cu masamaterialului. Aceste semnale sunt preluate de sistemul de asistare a funcţiilor dozatorului si,daca este nevoie, sunt afişate, înregistrate şi corectate prin bucla de legătură inversă (dereacţie) a sistemului. Forma mecanică constructivă a cântarului de cântărire ale sistemelor de dozare prin

sustragerea greutăţii poate fi: pe un suport direct sau pe suport hibrid cu sistem de pârghii.Dispozitivele de cântărire cu suport direct au sistemul de alimentare montat direct pe o

platformă de încărcare cu celulă de cântărire fără compensare.Dispozitivele de cântărire cu suport hibrid încorporează un sistem de pârghii ce

transferă forţa masei respective la celula de cântărire (hibrid = construcţie combinată,mixtă).

Schema constructivă a unui cântar cu dozare gravimetrică, realizat după schema dinfigura 3, este prezentată în figura 3.32.

Fig. 3.32 Schema constructivă a dozatorului discontinuu cu celulă de cântărire fărăcompensare

1- placa de cântărire; 2- celula de măsurare; 3- mecanism cu pârghii de preluare a greutăţiibuncărului; 4- buncăr de material; 5- dispozitiv cu clapetă pentru evacuarea materialului

dozat.Dispozitivele de alimentare montate direct pe o platformă de încărcare cu celulă

de cântărire fără compensare sunt denumite ca fiind sisteme de suport direct (fig.2.32), pe când sistemele hibrid de suport pentru cântărire încorporează un dispozitivde pârghii ce transferă forţa masei respective la celula de cântărire (hibrid =construcţie combinată, mixtă (fig. 3.34).

Avantajele sistemelor hibrid sunt numărul de celule de cântărire ce poate firedus la una în loc de trei la fiecare sistem, o celulă de cântărire poate fi folosităpentru o încărcare nominală mare prin intermediul reglării pârghiilor de compensareiar greutatea de tarare a pâlniei şi ansamblului de alimentare poate fi compensată

Page 15: pdf romana

14

parţial sau complet astfel că un interval mic de cântărire al celulei se poate folosiipentru a se creşte precizia de cântărire.

Fig. 3.34 Construcţie hibridă. cu dozator alimentator continuu prin extragere degreutate cu o singură celulă de cântărire; 1- celulă de cântărire; 2 – greutate de

tarare.Interfeţele proceselor, controlerele de supraveghere sau componentele fizice

periferice cum ar fi imprimantele, etc., pot fi realizate prin semnale digitale sauanalogice transmise prin porturi de interfaţă seriale. Aceste interfeţe pot varia înnumăr, configuraţie şi construcţie în funcţie de parametrii electrici.

Pentru materialele solide sub formă de vrac se folosesc următoarele sisteme dedozare şi porţionare a vracului ce urmează a fi alimentat în cuva de cântărire:

Alimentatoare cu melc cu sau fără agitatoare. Agitatoarele trebuie să nuproducă oscilaţii de frecvenţă joasă ce ar putea tranzita până la sistemul de cântărireşi astfel să introducă erori în măsurare. Alimentatoarele cu melci sunt cel mai desfolosite în cadrul sistemelelor de dozare cu sustragerea de greutate datorităfuncţionării line şi fără şocuri suplimentare ce pot afecta precizia de cântărire.

Alimentatoare cu vibraţii. Acestea sunt folosite pentru ingrediente cu formeregulate şi fulgi friabili sau materiale sensibile la căldură. Vibraţiile produse dealimentator nu au nici o influenţă asupra sistemului de cântărire prin scădereagreutăţii debitului de material evacuat, deoarece frecvenţa vibraţiilor este cu mult maimare decât frecvenţa de eşantionare şi astfel vibraţiile vor fi filtrate prin funcţiispecifice de filtrare incluse în controlerul de cântărire.[41]

Ecluze rotative. Acestea sunt folosite pentru materiale ne-coezive libercurgătoare.

Alimentatoare cu bandă. Acestea sunt rar folosite la dozatoare prin sustragereagreutăţii. Acestea pot fi folosite pentru materiale cu granulaţie grosolană şi fragilă,sensibile la căldură ce nu pot fi alimentate prin vibraţii.[16]Alimentatoare cu masă rotativă şi alimentatore agitatoare folosite doar în cazurispeciale.

Tipul sistemului de control este o caracteristică importantă şi distinctivă asistemului de dozat. Majoritatea controlerelor pentru dozatoarele – alimentatoare cuextragere din greutate sunt bazate în principal pe controlere cu microprocesor şiocazional pe sisteme analogice. În cazul sistemelor analogice parametrii sunt definiţiîntr-o formă digitală.

Interfeţele proceselor, controlerele de supraveghere sau componentele fiziceperiferice cum ar fi imprimantele, etc., pot fi realizate prin semnale digitale sauanalogice transmise prin porturi de interfaţă seriale. Aceste interfeţe pot varia înnumăr, configuraţie şi construcţie în funcţie de parametrii electrici.

Page 16: pdf romana

15

3.2. 2. Dozatoarele gravimetrice cu alimentatore cu transportore vibratorii

Funcţionarea dozatoarelor cu vibraţii se bazează pe efectul de „micro –aruncare” a particulelor de material antrenate de către jgheabul vibrator într-omişcare de avans. Antrenarea prin vibraţii se poate face prin diferite metode dar celmai utilizat procedeu este printr-un rotor cu excentric ce este înclinat la 20... 45° faţăde orizontala jgheabului vibrator [10]..

O condiţie esenţială pentru alegerea tipurilor de solide în vrac ce pot fi dozatecu dozatoarele cu vibraţii, este ca acestea să nu fie uşor fluidizabile şi să nu sedezaereze uşor. Dozatoarele cu vibraţii (şi cele ce generează straturi) nu pot săoprească curgerea la un moment dat, iar atunci când are loc fluidizarea materialuluiexcesiv acesta poate curge fără control. Datorită frecvenţei de stimulare ridicate (25– 100 Hz) materialul dozat nu prezintă pulsaţii la curgerea din jgheabul vibrator. Înmomentul încheierii unei operaţii de dozare, felul în care se opreşte materialul dincurgere după oprirea instalaţiei determină eroarea de dozare dar şi metoda deîmbunătăţirea preciziei şarjelor. Astfel se poate utiliza o clapetă de oprire amaterialului ce poate oprii complet sau doar parţial fluxul de curgere în momentulopririi instalaţiei.[47]

Pentru capacităţi mici de dozare se folosesc în special sistemele magnetice devibrare (figura 3.35) ce au o formă compactă şi uşor de controlat [47].

Fig. 3.35 Dozator cu vibraţii tip MechaTron (firma SCHENCK). 1 – generatorul de vibraţii; 2 – jgheabul vibrator închis, 3 – racordul pentru

evacuarea produsului dozat prevăzut cu racord pentru colectarea prafului; 4 – cuvade alimentare; 5 – racordul de alimentare; 6 – racord pentru recuperarea prafului;

7 – structura de sprijin; 8 – dispozitivul de comandă şi control a vibraţiilor.

Page 17: pdf romana

16

Dozatoarele cu vibraţii sunt des folosite pentru materialele granulare libercurgătoare, ne-fluidizabile şi cu diametrul mediu al particulelor dp mai mare de 0,2mm.

Solidele fibroase necesită o formă specială a zonei de evacuare din buncărulde alimentare al dozatorului, precum şi vibratoare egalizatoare pentru o aliniere maibună a curgerii şi a fibrelor.

Fig. 3.36. Dozator cu vibraţii pentru dozarea fibrelor de sticlă (firma KTRON).

Solidele sub formă de vrac lipicioase şi umede prezintă în general probleme ladozarea cu sisteme vibratorii datorită consolidării particulelor şi adeziunii straturilorde material între ele şi pereţii jgheabului vibrator. Uzura abrazivă este atenuatăfolosind materiale de căptuşire ce vor atenua impactul particulelor pe suprafaţa detransport şi tot odată vor îmbunătăţii consolidarea adezivă şi dezaerareamaterialelor. Materialele uşoare, elastice (de exemplu frunzele de tutun) atenueazăefectul de micro-aruncare, prezentând viteze de descărcare scăzute şi deci nu pot fidozate decât la straturi groase de material. Materialele ce formează uşor praf vortrebui dozate cu jgheaburi închise potrivit cu modelul arătat în figura 2.16.

3.4. DOZATOARE GRAVIMETRICE AUTOMATE TIP MULTI-HEAD3.4.1. construcţiea şi funcţionarea dozatoare gravimetrice automate tip

MULTI-HEADÎn ultimii ani sistemele de cântărire au evoluat spectaculos datorită dezvoltării

microprocesoarelor de sistem, a tehnologiilor de cântărire şi a sistemelor vibratorii,relizându-se sisteme noi, denumite în engleză sisteme de dozare“Multi-head”, adicăsisteme “Multi-cap”. Aceste sisteme asigură o precizie de cântărire foarte ridicatăindiferent de gradul de omogenitate al produsului, au o construcţie robustă adecvatăasigurării menţinerii caracteristicilor metrologice.

Sistemul Multi-head presupune existenţa mai multor capete de dozare(cântare electronice), în general în număr de n = 8, 12, 14, 16 sau 24 capete dedozare, dispuse circular sau liniar. Doza finală este obţinută prin alegerea dinnenumăratele combinaţii ale celor n capete de dozare a greutăţii celei mai apropriatede valoarea prescrisă, Operaţia de cântărire finală presupune fracţionarea dozeifinale în doze predeterminate şi cât mai constante. Algoritmul matematic după carefuncţionează aceste sisteme este foarte complex şi se bazează pe dispersiagaussiană a produsului, pe tehnici statistice de calcul şi tehnici de comparaţii întregrupuri.

Page 18: pdf romana

17

Schema constructivă de principiu a unui sistem de dozare Multi-Head cudispunere circulară a capetelor de dozare este prezentată în figura 1 . Sistemul decântărire este constituit din două părţi de bază: partea mecanică şi partea de control,comandă şi execuţie (partea electrică).

Partea mecanică include buncărul de alimentare, vibratoarele de alimentare,sistemele de ghidare produs, cupele de colectare, culoarul de colectare si cadrulmetalic.

Partea de control, comandă şi execuţie (partea electrică) cuprinde unnumăr de n dispozitive de control al greutăţii, un display de control, panouri electriceşi sursa de energie electrică. Display-ul se foloseşte pentru vizualizarea tuturorparametrilor, setarea pe ecran a valorilor de cântărit, precum şi a parametrilor delucru.

Fig. 3.37 Schema de principiu a unui sistem de dozare Multi-Head cu dispunerecirculară a capetelor de dozare

Sistemele funcţionează în regim vibratoriu, vibratoarele electromagneticeavând rolul de a transporta şi dispersa produsul destinat dozării. Componentele debază ale unui sistem Multi-Head cu dispunere circulară a capetelor de dozare suntprezentate în figura 2. Capetele de dozare sunt amplasate circular ca în figura 3.37.

Circuitul de curgere al produsului prin sitemul de vibrare, colectare şideversare al dozatorului MULTI HEAD este prezentat în figura 3,38. Dozatorul esteformat dintr-un vibrator central, un vibrator liniar (radial), cupă de alimentare şi ocupă de cântărire

Page 19: pdf romana

18

Fig. 3,38. Componentele unui sistem de dozare Multi-Head cu dispunerecirculară a capetelor de dozare:

1- buncăr alimentare cu produs; 2- senzor de detecţie al nivelului de produs pevibratorul central; 3- conul superior al vibratorului central; 4- tavă vibrator liniar;5-cupă alimentare; 6- cupă de cântărire; 7- culoar de colectare; 8- întrerupătorgeneral tensiune de alimentare; 9- întrerupător general tensiune de alimentare;

10 siguranţă electrică de protecţie la supratensiune; 11- suport susţinere display;12 - display multi-head (tip touch-pad sau touch-screen); 13- con colectare produs

dozat; 14- inel de manipulare sistem; 15-cadru culoar de colectare; 16- corp aluminiucu motoare si plăci electronice; 17.- vibrator central; 18- vibrator liniar

Produsul este adus în buncărul de alimentare 1 (v. fig.3.38). de cătretransportorul de încărcare, calibrat astfel încât să furnizeze un debit de produssuficient şi regulat. Întreruperea alimentării cu produs a dozatorului este realizată decătre doi senzori optici care verifică nivelul produsului pe vibratorul central 11. Cuajutorul vibratorului central 17 produsul este apoi deversat şi distribuit vibratoarelorlineare 18, care îl deversează în cupele de alimentare 5. Atunci când cupa decântărire 6 are nevoie de produs, cupa de alimentare 5 goleşte produsul în aceasta.Calculatorul dozatorului colectează datele primite de la fiecare cupă de cântărire şicalculează numeroase combinaţii pentru a obţine greutatea prestabilită, şi apoiselectează cea mai potrivită combinaţie. Odată stabilită combinaţia, sistemul, laprimirea unei comenzi externe de golire, va goli această combinaţie. Pentru fiecaredin cele n capete de dozare (n=8, 10, 12, 14, 16, 24), procesul se reia pentru fiecareciclu de cântărire.

Page 20: pdf romana

19

VIBRATOR CENTRAL

circuit curgere produs

CUPĂ ALIMENTARE

CUPĂ CÂNTĂRIRE

VIBRATOR LINIAR

Fig. 3. 40. Schema circuitul de curgere al produsului prin sitemul de vibrare,colectare şi deversare

3.4.2. Sistemul de achiziţie a datelor la sistemului MULTI-HEADFiecare doză de cântărire este integrată într-un sistem etanş, protejat astfel încât

să nu se poată produce defecţiuni accidentale sau dereglări care pot perturbafuncţionarea corectă a acestora. Informaţia furnizată de fiecare doză de cântărire(traductor de intrare) este preluată de câte un traductor intermediar care este un blocde prelucrare şi modificare a semnalelor (fig. 3.41). Semnalul prelucrat în acesteblocuri este transmis mai departe la procesorul sistemului de cântărire (traductor deieşire). Aici este interpretat şi afişat pe display-ul dozatorului.

Fig.3.41. Schema bloc a a sistemului de achiziţie şi prelucrare a datelor la sistemulde dozare MULTI-HEAD

Blocul intermediar de prelucrare a informaţiei este prins într-o cutie metalică,lipit de aceasta, capacul cutiei fiind lipit de corpul cutiei şi sigilat. O altă modalitate de

DOZACÂNTĂRIRE

TRADUCTORINTERMEDIAR

TRADUCTORFINAL

AFIŞAREINFORMAŢIE

Page 21: pdf romana

20

protecţie o reprezintă sistemul de calibrare a dozelor de cântărire, accesul la meniulde calibrare fiind sub parolă.

Există trei niveluri de acces la setările dozatorului. Primul nivel, care nu estesub parolă, este accesibil tuturor celor care utilizează sistemul şi dedicat setărilor deviteză ale dozatorului şi de prescriere a valorilor gramajelor dorite. Al doilea niveleste pentru setarea celorlalţi parametrii de lucru ai dozatorului, fiind sub parolă şiaccesibil numai persoanelor autorizate.Al treilea nivel este pentru calibrarea fiecăreidoze de cântărire. fiind sub parolă şi accesibil numai persoanelor autorizate.

Page 22: pdf romana

21

4. STADIUL ACTUAL PRIVIND CERCETĂRILE TEORETICE ŞIEXPERIMENTALE PRIVIND DOZATOARELE GRAVIMETRICE CUALIMENTATOARE CU TRANSPORTOARE OSCILANTE VIBRATORII

4.1.STADIUL ACTUAL PRIVIND CERCETĂRILE TEORETICE ASUPRATRANSPORTOARELOR OSCILANTE VIBRATORII

4.1.1. Tipuri constructive şi funcţionale de bază de transportoareoscilante vibratorii

Transportoarele vibratoare de dozare se realizează sub forma unorjgheaburi sau tuburi (conducte) montate pe batiuri care primesc mişcări oscilatorii,mecanisme bielă-manivelă sau de dispozitive vibratoare, cu mase excentrice sau cumagneţi (fig.4.11)

Fig.4.1. Tipuri de bază de transportoare vibratoare :a-cu mecanism bielă- manivelă; b-cu masă excentrică

1-mecanism de generare a vibraţiilor; 2- masa vibratoare cu jgheab detransportaror

Avantajul esenţial al acestor tipuri de transportoare îl constituie construcţiasimplă şi ieftină şi uzura scăzută. Ca dezavantaj se menţionează zgomotele mari înfuncţionare şi solicitarea intensă a componentelor sub acţiunea forţelor dinamice..

Funcţionarea alimentatoarelor cu vibraţii se bazează pe efectul de “micro –aruncare”. Agitarea prin vibraţii se induce de regulă prin intermediul unui canal (jgheab)vibrator, înclinat la 20-45o faţă de orizontală (fig. 3.11). Particulele sunt acceleratepornind de la un raport frecvenţă/amplitudine a vibraţiilor stabilit; acest regim (condiţii)de accelerare se utilizează pentru a realiza o mişcare de aruncare parabolică orientatăîn sus a particulelor, care după o deplasare anume lovesc din nou jgheabul.

Page 23: pdf romana

22

Fig. 4.2. Transport prin vibraţii pe principiul micro-aruncării.

În general toate tipurile de material solid granulat care nu este coeziv şi nu sefluidizează pot fi dozate şi măsurate precis cu ajutorul alimentatoarelor cu vibraţii.

Fig. 4.4. Descărcarea materialului după închiderea instalaţiei (a – e, materiale solidecu diferite proprietăţi).

O condiţie esenţială pentru ca un material solid să se preteze pentru dozarea cualimentatoare cu vibraţii este ca acesta să nu se fluidizeze şi să fie uşor decompactat.

4.1.2. Aspecte teoretice privind cinematica şi dinamica transportoareloroscilante vibratorii

Transportorul vibrator reprezintă un sistem dinamic cu una sau mai multemase oscilante(grade de libertate), legate de bază sau între ele cu elemente elastice(arcuri, elemente din metale şi cauciuc) şi dintr-un sistem de antrenare care asigurăforţa perturbatoare necesară pentru un sistem oscilant stabil. Tipul antrenării şi regimulmişcării influenţează într-un mod esenţial asupra forţelor din elementele sistemului, aconsumului energetic şi stabilitatea funcţionării sistemului. Parametrii dinamici secalculează pornind de la funcţionarea comună a organului cu material de transport şi aelementului de antrenare.

În figura 4.21, a, este prezentată schema de calcul a transportoruluii vibratoroscilant, luându-se pentru exemplificare cea mai simplă schemă a unui transportor cuo masă, legată cinematic rigid cu excentricul.

Fig. 4.21. Scheme de calcul ale transportorului cu bandă vibrantă, legatcinematic rigid cu excentricul de acţionare: a – generală de calcul; b – diagrama de

încărcare – descărcare a elementelor elastice (1 – încărcare; 2 – descărcare).

Page 24: pdf romana

23

Pentru calculul dinamic al transportoarelor cu un grad de libertate schema dinfigura 3.20 se transformă, de obicei, într-o schemă dinamică echivalentă de calcul (fig.4.22), care poate fi folosită pentru transportoare cu orice tip de antrenare.

Fig. 4.22. Schema de calcul dinamic a transportorului cu bandă vibrantă cu un grad delibertate pentru orice tip de acţionare.

Pentru elementele de legătură cu elasticitate vâscoasă, în cazul general, sefoloseşte ipoteza frecării vâscoase:

.),( SccScF mm += (4.16)

în care: c – rigiditatea elementelor vâscoase; μ – factorul frecării interne (pentrucauciuc μ = 0,001 s).

Productivitatea transportoarelor cu bandă vibrantă se calculează cu relaţia(1.36); în care coeficientul de umplere pentru jgheaburi deschise ψ = 0,6…0,9; pentrutuburi cu secţiune dreptunghiulară ψ = 0,6…0,8; pentru tuburi cu secţiune rotundă ψ =0,5…0,6. Valorile inferioare se adoptă pentru încărcăturile cu dispersie fină. Cea maimare productivitate se obţine prin transportul încărcăturilor pulverulente, omogene şiuscate, granulare şi în bulgări mici. Transportul încărcăturilor sub formă de praf şi acelor cu un conţinut mare de praf este îngreuiată din cauza apariţiei rezistenţei aerului,care influenţează asupra vitezei de zbor atât a particulelor individuale, cât şi a stratuluiîn ansamblu. În legătură cu aceasta, pentru transportul încărcăturilor pulverulente serecomandă să se folosească transportoarele cu excentric şi cu o amplitudine mărităpână la 12…15 mm la o frecvenţă de maxim 500…400 1/min. Pentru încărcăturile cubulgări omogeni viteza de transport nu depinde practic de grosimea stratului. Înălţimeastratului pentru încărcături pulverulente şi granulate trebuie să se afle în limitele50…100 mm.

4.1.3. Particularităţile calculul dinamic al transportoarelor vibratoareTransportorul vibrator acţionat cu excentric face parte din categoria

transportoarelor pe reazeme cu suport elastic sau cu arcuri foi. În cazul asigurăriirigidităţii cinematice a sistemului de acţionare, aceste maşini funcţionează într-un regimapropiat de cel rezonant, menţinând stabilitatea amplitudinii, determinată de razamanivelei. Totodată, ele se caracterizează printr-o gamă largă a valorilor amplitudinii(până la 15 mm) şi pot transporta orice încărcătură, inclusiv sub formă de praf.Transportoarele pe reazeme, cu excentric, au o largă răspândire, lungimea lor atinge30…35 m, iar lăţimea jgheabului este egală cu 200…1000 mm, pentru tuburi D =160…400 mm.

Sistemul cu două mase (2m) cu acţionare rigidă din punct de vedere cinematicse admite să fie analizat ca un sistem cu o masă, iar S (direcţia oscilaţiei) se considerădeplasarea unei mase m în raport cu cealaltă; atunci ecuaţia de mişcare a sistemuluicapătă forma:

)cos( 012

.

1212

..qm -=++ ptFScScSm (4.76)

Page 25: pdf romana

24

în care: c12 şi μ12 sunt rigiditatea şi factorul rezistenţelor interne în elementele elasticece unesc masele tuburilor; F – amplitudinea forţei perturbatoare; θ – unghiul dedefazare între forţa perturbatoare şi deplasarea perturbatoare.

Transportorul vibrator cu acţionare cu mase excentrice centrifugale,prezentat în figura 4.23, a are o construcţie cu o masă suspendată. Tubul 4 (jgheabul),suspendat liber pe elementele elastice 1, primeşte oscilaţii de la vibratorul centrifugal 3.Pentru cazul ruperii suspensiei elastice este prevăzută talpa de protecţie 6. Locul deplasare al sistemului de acţionare se alege în aşa fel încât direcţia forţei perturbatoaresă treacă prin centrul de masă (CM) al întregului sistem, eliminând prin aceastaposibilitatea legănării suplimentare a tuburilor, care perturbă legea armonică normalăde mişcare.

Fig.4.23. Transportorul vibrator cu acţionare centrifugală

În conformitate cu schema dinamică de calcul (v. fig.4.22 şi 4.23, a) forţaperturbatoare, care provoacă oscilaţia masei reduse, cu luarea în considerare amişcării de transport (S) şi a mişcării relative (S0), este egală cu:

)()(..

0

..

0 SSmtF +-= (4.77)

unde 0

..S este componenta acceleraţiei centripete care apare ca urmare a rotaţiei

fiecărei din cele două mase 0,5 m0 a vibratorului centrifugal.mic al zgomotului se disting printr-o durată de funcţionare redusă a lagărelor

axiale.Transportorul vibrator cu acţionare electromagnetică poate avea o

construcţie pe reazeme sau suspendată a jgheabului. Jgheabul suspendat (fig. 4.23, b),întărit cu o grindă longitudinală rigidă 7, este prevăzut cu un vibrator electromagnetic 8în execuţie simplă sau dublă cu parte mobilă (indus) şi reactivă (inductor). Întrucâtinductorul vibratorului are o masă semnificativă, este necesar ca transportorul să fieanalizat ca un sistem oscilant cu două mase. În cazul folosirii a mai multor acţionărielectromagnetice, transportorul cu bandă vibrantă reprezintă un sistem dinamic cu maimulte mase. Având dimensiuni, mase şi puteri mici (până la 1 kW), vibratoarelemonoritm (??!!) se folosesc la transportoarele uşoare. Vibratoarele puternice (până la 8

Page 26: pdf romana

25

kW) dubluritm (dublutact) cu două induse şi inductor comun cu masă mare (până la 20kg la o tonă productivitate) se montează pe alimentatoarele şi transportoarele grele cuo productivitate de 50…650 t/h.

Fig. 4.24 Transportorul vibrator cu acţionare electromagnetică

Avantajele vibratoarelor electromagnetice constau în lipsa pieselor cu frecare şia celor în mişcare de rotaţie, în reglarea progresivă a productivităţii, iar printredezavantaje se numără amplitudinea mică (0.5…2 mm), care exclude transportulîncărcăturii sub formă de praf, şi lungime mică de transport pentru un vibrator (până la2,5…6 m).

4.2. Stadiul actual privind cercetările experimentale asupra dozatoarelorgravimetrice cu alimentatoare cu transportoare vibratorii

4.2.1. Metode de determinare a masei material dozatTehnicile de cântărire măsoară masa indirect prin efectele date de masă

cum ar fi: inerţia, impulsul, absorbţia radiaţiei şi transportul căldurii [125]. Celemai precise metode de dozare sunt cele gravimetrice (v. tab.1.1), deoarecesingura lor valoare măsurată este forţa de greutate (acceleraţia gravitaţională esteo constantă locală). Aplicaţia se extinde la materialele în vrac şi fluide, de lacâteva grame la mii de tone pe şarja măsurată. Cântărirea este efectuată prinadăugare sau prin extragere de volum [124].

Procedurile de măsurare gravimetrice continue sunt folosite pentru cantităţide la câteva grame pe oră până la 100 t/oră, în principal pentru materialele în vrac[34].

Procedeele de măsurare care nu folosesc determinarea greutăţii la dozareamaselor sunt mai puţin precise deoarece aduc erori suplimentare importante, înspecial de la parametrii de variaţie ai proprietăţilor materialului dozat [34].

Dozarea materialelor în vrac prin forţe centrifuge sau prin impulsuri,depinde de proprietăţile fizico-mecanice ale materialelor dozate: unghiul de taluznatural, coeficientul de frecare intern, unghiul de frecare şi viteza de curgere.Zona principală de aplicare este pentru debite de materiale mai mari de 0,5 t/h.

Page 27: pdf romana

26

Contoarele de măsurare trebuiesc calibrate pentru fiecare tip de material dozat[121].

Dozarea prin radiaţie a debitului de material, denumită uneori eronat „cântărireanucleară”, se bazează pe fenomenul de absorbţie a radiaţiei de către materialul expus,astfel determinându-se încărcarea specifică a benzii transportoare. Calibrarea estenecesară pentru fiecare tip de material dozat. Această metodă se pretează pentrudebite mari de material, cum se întâlneşte în instalaţiile cu transportoare cu benzi, darnu este potrivită pentru cântăriri datorită preciziei limitate [35].

4.2.1. Metoda de cântărire discontinuăMasa de material dozat la un anumit moment dat de către standul de dozare

este determinat prin măsurarea la intervale foarte scurte a forţei de greutate exercitatede către materialul dozat asupra unei celule de cântărire aflate dedesubtul cuvei decântărire, care transformă forţa de greutate a materialului dozat, într-un semnal electric,ce poate fi apoi uşor măsurat şi afişat pe un ecran sau listat la o imprimantă.

Instrumentele de cântărire electro – mecanice sub forma cea mai simplăconstau dintr-un element de încărcare, o celulă de cântărire şi un indicator cu afişajelectronic. Imediat după ce este aplicată încărcarea, greutatea este indicată imediat[47]. Celula de cântărire este deci un senzor electro – mecanic ce transformă forţagreutăţii exercitată de masă într-un semnal electric proporţional cu valoarea maseicântărite :.

Cele mai răspândite principii de cântărire sunt cele cu traductoare de forţă (prindeformaţie), traductoare de forţă cu compensarea tensiunii electromagnetice şitraductoare cu furcă tip diapazon şi fir vibrator [68].

4.2.1.1. Celule de cântărire cu traductoare de forţă rezistiveÎn cazul traductoarelor de forţă (fig. 6.21) forţa greutăţii este transformată prin

intermediul variaţiei rezistenţei electrice proporţional cu valoarea forţei aplicate. Pentrua se obţine un semnal de ieşire de la traductorul de forţă rezistiv, este nevoie deamplificarea semnalului generat. Forţa de greutate aplicată pe zona de încărcare,modifică elementul de deformare până când se obţine forţa de reacţie FR = - c·s (undec este constanta elementului elastic iar s este valoare deformaţiei).

Fig. 4.25 Principiul traductorului de forţă rezistiv.

Deformarea elastică a elementului de deformare ce va fi proporţională cuîncărcarea este transferată la traductorul de forţă prin intermediul unui strat fin deadeziv. Prin această deformare, geometria grilei conductorului din care este formattraductorul precum şi rezistenţa specifică a foliei metalice din care este confecţionat, seschimbă proporţional cu valoarea forţei aplicate.

Page 28: pdf romana

27

Construcţia de bază a unui dispozitiv de cântărire cu traductor de forţă rezistiveste prezentat în figura 6.22 (în secţiune) şi în figura 6.23 (vedere).

Fig. 4.26. Structura de bază a unei celule tensometrice de cântărire.

şi au incluse ghidajele de aplicare a traductoarelor. Acestea pot prelua momentemari de torsiune fără a genera erori în cadrul măsurătorii, astfel încât nu sunt necesareghidaje suplimentare. Acoperirile cu răşini s-au dovedit a fi stabile şi de încredere petermen lung. Elementele de deformare sunt confecţionate asimetric în articulaţii (îngrosime sau în distanţe) aşa încât aplicarea unilaterală a forţei să fie suficientă.

Există mai multe tipuri de traductoare rezistive SG,fapt ce a determinat apariţiadiferitelor modele, formele tiptce fiind prezentate în figura 2.13. :

Fig. 4.27. Forme tipice pentru traductoarele rezistive şi capacitatea lor maximă demăsurare. a – cilindru de comprimare : 5 – 1000 t; b – cilindru de comprimare (scobit) :1 – 10 t; c – inel cu rotire superioară : 60 kg – 1000 t; d – inel de comprimare : 1 – 10 t;e – bară cu două braţe (simplificată) cu retur de forţă : 20 – 500 kg; f – platformă LC : 5

-500 kg; g – bară cu două braţe (simplificată) de tip S : 50 kg – 5 t; h – bară deîncovoiere : 10 – 1 t; k – bară cu un braţ cu retur de forţă : 5 – 100 kg.

4.2.1.2. Celule de cântărire cu traductoare de forţă electromagneticeÎn cazul traductoarelor de forţă electro-magnetică forţa greutăţii ce trebuie

măsurată, este transformată într-un curent electric. Structura de bază a unui traductorelectro-magnetic (EFC – LC) este prezentat în figura 3.4. Celula de măsură constădintr-un sistem magnetic electro-dinamic cu bobină, un indicator al punctului zero şi unsistem de control.

Page 29: pdf romana

28

Fig. 4.28.Structura de bază a unui traductor de forţă electromagnetic : R interfaţade control; m – masa, u – curentul de ieşire la poli; N – nordul, S – sudul.

4.2.2. Metoda de cântărire continuăMetoda continuă de cântărire este aplicată pentru determinarea debitului curgerii

continue în timpul transportului produselor sub formă de vrac, fiind cel mai întâlnită ladozarea solidelor în vrac prin benzi transportoare sau prin dispozitive ce folosescefectul Coriolis.

Dacă se poate folosii o metodă semicontinuă în locul uneia continue, acest lucruva aduce obţinerea unei precizii de măsurare ridicată. La momentul cântăririi continuenu avem o cântărire statică şi deci este nevoie de reglarea vitezelor de alimentare şi aintervalelor de cântărire pentru obţinerea unor precizii ridicate.

4.2.2.1. Dozatoare cu placă deflectoare de cântărire

În cazul acestor dozatoare masa de curgere continuă, solidul în vrac în cădereliberă, este deflectat de o placă ce este poziţionată înclinat în masa de curgere. Forţade reacţie exercitată asupra plăcii este folosită pentru măsurarea debitului de materialce curge pe placă. Metoda de măsurare este dependentă de viteza de curgere amaterialului şi de unghiul de impact al materialului cu placa. Precizia rezultatelormăsurării vor fi satisfăcătoare doar dacă se face o calibrare în timpul operaţiei printr-undispozitiv de control al măsurării.[47]

Dozatorul Brabender CP (fig.2.39) este prevăzut cu etanşare anti-praf, compactşi cu o precizie ridicată pentru dozarea solidelor prin metoda măsurării forţelorcentripete. Este destinat acelor materiale în vrac ce nu prezintă proprietăţi de adeziuneşi sunt bune curgătoare fiind utilizat la temperaturi de până la +65°C, construcţiispeciale putând fi dezvoltate şi pentru regimuri de funcţionare cu temperaturi mairidicate.

Page 30: pdf romana

29

Fig. 4.39 Dozator gravimetric cu cântărire prin placă deflectoare de cântărire.1 – placă deflectoare de măsură a forţei centripete dată de debitul de material;

2 - jgheab special pentru alimentarea materialului pe placa deflectoare; 3 – celulade măsurare a forţelor ce acţionează pe placa deflectoare.

4.3. Precizia de dozareTermenul de precizie a dozării se referă la abaterea maximă admisă faţă de

valoarea stabilită pentru debitul sau volumul de dozat (figura 5.1). În tehnica măsurăriipreciziei dozării se referă la limita erorii de dozare şi la impreciziei de dozare [47].

Fig. 4.41. Precizia dozării prezentată pe o bandă a toleranţei fată de valoarea dorită.

Pentru a se verifica precizia dozării din punctul de vedere al definirii erorii cât şi ametodologiei pentru determinare şi calculare a acesteia, sunt necesare aranjamentespecifice. Este de asemenea necesar să se convină precis asupra operaţiilor şi atimpilor de monitorizare a dispozitivelor de dozare în momentul testării lor. La acestcapitol sunt diferite incertitudini şi neînţelegeri datorate lipsei unor standarde dereglementare [47].

Dacă regulile privitoare la precizia măsurării sunt verificate în maniera stabilitărezultatul va trebui să se încadreze în banda de toleranţă (Fig. 4.41). Precizia dedozare raportată la valoarea dorită mdes este dată de relaţia:

%100×D

±=des

T mmS

&

& ,

Page 31: pdf romana

30

respectiv

%100×D

=mmST (4.1)

În cadrul intervalului de reglare R, precizia dozării poate fi raportată la valoareaminimă dorită sau la valoarea maximă a intervalului de reglare (R = 100%), fapt ceprovoacă diferenţe considerabile (Fig. 4.4.2). Variaţiile maxime raportate se propagă cu1/R în cadrul intervalului de reglare.

Fig. 4.42. Precizia dozării şi intervalul de reglare : 1 – raportată la valoarea maximă a intervalului ; 2,3 – raportată la valoarea dorită.

.

Page 32: pdf romana

31

5. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII DE DOCTORAT5.1. Necesitatea lucrării de doctorat

Pe plan naţional cercetările teoretice şi experimentale referitoare la regimul defuncţionare şi optimizarea sistemelor tehnice dozat gravimetrice cu transportoarealimentatoare cu vibratoare electromagnetice folosite la dozarea produseloragroalimentare sunt abordate sporadic şi sumar şi nu analizează concret influenţaparametrilor constructivi, funcţionali şi de exploatare ai transportoarelor vibratoareelectromagnetice asupra dinamicii şi a modului de comportare a curgerii materialelorsolide în vrac în celulele de cântărire ale dozatorului. De aceea, a apărut ca onecesitate aprofundarea cercetărilor teoretice şi experimentale asupra cinematicii şidinamicii transportoarelor vibratoare electromagnetice care să conducă în final laoptimizarea parametrilor de curgere a materialelor agro-alimentare dozate cu melciorizontali, pentru corelarea corectă a parametrilor fizico-mecanici ai materialului dozat şicei ai dozatorului vibrator, în vederea obţinerii unor doze de material cu proprietăţi şicaracteristici cât mai uniforme şi repetabile în toată şarja de material dozat, cu unimpact major asupra preciziei de dozare a produsului şi cu indici calitativicorespunzători normelor europene în vigoare.

Pentru realizarea unor procese de dozare şi cu indici calitativi şi de preciziecorespunzători, este necesar efectuarea unor cercetări teoretice şi experimentaleprivind corelarea parametrilor sistemului de dozare cu parametrii caracteristici aimaterialului dozat în vederea porţionării corecte şi obţinerea unor doze cu caracteristiciuniforme de material la dozatoarele cu melci orizontali.

5.2. Obiectivele lucrării de doctorat

În vederea realizării cercetărilor teoretice şi experimentale proprii se va analizastadiul actual pe plan naţional şi internaţional privind realizările constructiv-funcţionle dedozatoare gravimetrice. Se asemenea se va analiza stadiul actual pe plan naţional şiinternaţional asupra cercetărilor teoretice şi experimentale privind comportarea înprocesele de transport a sistemelor de alimentare ale produselor folosind echipamentetransportoare vibratoare.

Metodica de cercetare utilizată în lucrarea de doctorat studiază pentru cercetareateoretică şi experimentală a procesele de lucru ale dozatoarelor vibratoare gravimetriceeste redată sintetizat în figura 5.1.

Pentru cercetarea experimentală autorul a proiectat şi realizat un standexperimental de dozare gravimetric echipat cu transortor alimentaor vibrator acţionatelectromagnetic (prezentat în detaliu în capitolul 6).

Cercetarea teoretică a procesului de lucru realizat de sistemul de dozare alstandului de cercetare experimentală a urmărit:

· analiza parametrilor funcţionali şi a modului de curgere a materialului pe jgheabulvibrator care alimentează celulele de dozare gravimetrică., utilizând modelareamatematică a sistemelor şi proceselor fizice reale;

· stabilirea modelelor analitice echivalente (modelele matematice) care reprezentaansamblul ecuaţiilor ce exprimă legăturile dintre parametrii funcţionali aicomponentelor sistemului de dozare gravimetric cu jgheab vibrator.

· simularea pe calculator a modelele matematice elaborate pentru procesul dedozare;

· stabilirea regimurilor cinematice optime de lucru (amplitudinea şi frecvenţavibraţiilor) ale sistemului vibrator de dozare gravimetrică pentru diferite proprietăţiale materialului dozat;

Page 33: pdf romana

32

· studierea teoretică a comportării curgerii materialului pe jgeaburile transportoarevibratoare.

Fig. 5.1. Schema structurii de cercetare pentru analiza parametrilor de lucru adozatoarelor vibratoare gravimetrice

Cercetarea experimentală a sistemului de dozare cu alimentatoare elicoidaleorizontale are la bază investigarea experimentală a parametrilor cinematici carecaracterizează comportarea sistemului în procesul de lucru în diferite condiţii, prindeterminarea directă sau indirectă a parametrilor analizaţi în cercetarea teoretică.Investigarea experimentală a sistemului de dozare este realizată prin determinarea(prin măsurători) şi monitorizarea parametrilor şi mărimilor constructive şi cinematicecare caracterizează factorii care influenţează sistemul de dozare în diferite condiţii delucru funcţie de material şi de mărimea dozelor impuse.

Compararea rezultatelor cercetării teoretice şi experimentale permitecompletarea sau corectarea modelelor dinamice iniţiale şi implicit a modelelormatematice corespunzătoare, care permit simularea pe calculator a comportăriidinamice a sistemelor reale de dozare.

Pe baza analizei şi interpretării rezultatelor obţinute în cadrul cercetărilorteoretice şi experimentale, în lucrare vor fi elaborate concluzii referitoare la precizia dedozare a materialelor granulare cu diferite proprietăţi şi vor fi stabilite recomandăridestinate perfecţionării constructiv-funcţionale ale dozatoarelor gravimetrice cualimentatoare cu transportoare vibratoare. În vederea realizării unor procedee dedozare cu precizie ridicată de dozare. capacitate mare de lucru şi influenţe minimeasupra calităţii produselor dozate.

Page 34: pdf romana

33

6. CERCETAREA TEORETICĂ A PROCESELOR DE LUCRU A DOZATOARELORGRAVIMETRICE CU ALIMENTATOARE VIBRATOARE

6.4. Analiza procesului de lucru al transportoarelor alimentatoare cu vibraţii

Alimentatoarele cu vibraţii constau dintr-un dispozitiv de transport cu ajutorul căruiase deplasează stratul de material solid, dintr-un jgheab sau ţeavă, precum şi dinunitatea de acţionare/antrenare pentru excitarea vibraţiilor susţinuta de o suspensie -arc. În cazul instalaţiilor de eliberare/expulzare mai mici folosite pentru aplicaţii dedozare se utilizează unităţi de antrenare a vibraţiilor magnetice (fig. 6.18), datoritădimensiunilor lor compacte şi uşurinţei de controlare/comandare. Caracteristiciletehnice tipice sunt:

- frecvenţa f = 25/50/100 Hz- amplitudinea s0 = 0,05 - 1 mm- unghiul de agitare α = 20 – 45o

- unghiul jgheabului (urcător) = 0 – 25o

- unghiul jgheabului (coborâtor) = 0 – 14o

- lungimea jgheabului/ţevii: 0,1 – 8 m- viteza de eliberare/expulzare: 0,01 - 0,15 m/s- control/comandare prin intermediul amplitudinii

Fig. 6.18 Alimentator magnetic cu vibraţii: 1 – jgheab vibrator; 2 – carcasă vibraţii şi alte componente; 3 – magnet; 4 - placă miez

magnetic mobilă; 5,6 - mase adiţionale; 7 – arc; 8 – dispozitiv de control/comandă;9 – arcuri suspensie sf – amplitudine vibraţii (partea liberă); sa – amplitudine vibraţii

(partea activă).

Alte principii de acţionare/antrenare bazate pe sisteme cu manivelă acţionată de unmotor sau pe sisteme vibratoare cu motor sunt rar utilizate pentru aplicaţii de dozare, ciuzual la aplicaţii de transportare.

Sistemele de acţionare/antrenare magnetice utilizate ca vibratoare libere sauîmpreună cu suspensii de direcţionare funcţionează în condiţii de rezonanţă avândvalori mai sigure ale energiei de excitaţie, permiţând astfel realizarea unor unităţi foartecompacte.

Alimentatoarele magnetice cu vibraţii s-au dovedit a fi fiabile, rezistenta la uzare şiuşor de întreţinut. De asemenea au perioade (durate) scurte de pornire şi oprire, suntuşor de controlat/comandat şi asigură transportul lin al materialelor solide.

Page 35: pdf romana

34

Sistemul vibrator. Alimentatoarele cu vibraţii reprezintă sisteme tip arc - masă, lacare se iau în considerare două mase: masa ma a subansamblului de alimentare amaterialelor solide, constând din jgheabul vibrator sau ţeava vibratoare (poziţia 1),masa materialului solid (poz. 10) şi vibratorul magnetic (poz. 2-4). A doua masă mf estea părţii libere, constând din corpul mobil (poz. 5 şi 6). Cele două mase sunt legate prinarcuri (poz. 7). Unitatea de control/comandă electronică (poz. 8) este legată la o sursănormală de curent alternativ. O excitaţie normală de 50 Hz va genera o frecvenţă avibraţiilor de 100 Hz, iar cu control/comandă cu tiristoare de 25 şi 50: în acest fel serealizează un control eficient al amplitudinii.

Frecvenţa naturală fe neamortizată a sistemului arc-masă poate fi determinată înbaza maselor ma şi mf şi a constantei C a arcului:

rc m

Cf ×=p21 (6.12)

fa

far mm

mmm

+

×= (6.13)

Sistemul vibrator răspunde la o frecvenţă de excitaţie fa, amplitudinea crescând pemăsură ce fa se apropie de frecvenţa naturală fe (pentru fa/fe = 1 apare rezonanţa).Frecvenţa naturală descreşte odată cu creşterea amortizării (fig. 3.19), factorul deamplificare V fiind puternic influenţat de amortizare.

Pentru ca alimentatoarele cu vibraţii să funcţioneze la valori apropiate de rezonanţăsistemul trebuie calibrat în mod corespunzător (masele poz. 6). Amortizarea efectivăeste indusă de frecare; de exemplu frecarea din interiorul materialelor solide, şifrecarea externă pe suprafeţe.

Figura 3.19 demonstrează că funcţionarea la o valoare a excitaţiei uşor subcriticăeste cea mai recomandată, deoarece o amortizare crescută şi masa de materialuluisolid aflată pe jgheab – care de regulă coincid – au un efect stabilizator (vezi fig. 3.19DE, EF). La regimuri de funcţionare la valori critice şi supracritice trebuie de luat înconsiderare apariţia unei destabilizări (AB, BC).

Fig. 6.19 Factorul de amplificare a amplitudinilor vibraţiilor (V) în funcţie de raportulfrecvenţelor de excitaţie (fa/fe).

Mişcarea masei vibratoare poate fi considerată, cu suficientă aproximaţie,ca o mişcare oscilatorie armonică sinusoidală, elongaţia S a mişcării oscilatoriieste dată de relaţia:

Page 36: pdf romana

35

)sin(0 tss w= (6.21)în care: S0 este amlitudinea oscilaţiei; ω –pulsaţia oscilaţiei: ω = 2π f (unde f estefrecvenţa oscilaţiei, în Hz.)

Viteza mişcării oscilatorii este dată de relaţia:

)cos(0 tsv ww= (6.22) în care w00 sv = este amplitudinea vitezei. Acceleraţia mişcării oscilatorii este exprimată de relaţia:

)sin(20 tsa ww-= (6.23)

în care 200 wsa -= este amplitudinea acceleraţiei.

Frecvenţa de oscilaţie a vibratorului este dată de relaţia:

f=ω/2π(3.24)

Dacă valoarea amplitudinii acceleraţiei a0 se raportează la acceleraţiagravitaţională g, se obţine caracteristica maşinii KM, dată de relaţia:

gs

ga

K M

200 w

-== (6.25)

Deoarece la transportoarele vibratoare direcţia mişcării oscilatorii este înclinatăcu unghiul α în raport cu suprafaţa de transport (fig.3) componentele pe direcţieorizontală ale elongaţiei şi acceleraţiei se obţin cu relaţiile :

acosssh = ; (6.26)acosaah = , (6.27)

iar componentele pe direcţie verticală sunt date de relaţiile:asinssv = ; (6.28)asinaav = . (6.29)

Fig.6.20. Schema acceleraţiilor care acţionează asupra particulelor în procesul devibrare

Page 37: pdf romana

36

Ţinând seama de unghiul β de înclinare a suprafeţei de transport în raportcu orizontala caracteristica maşinii reprezintă caracteristica de aruncare KW carese exprimă în funcţie de caracteristica maşinii KM prin relaţia:

bba

cos)sin( +

= Mw KK : (6.30)

Din relaţia (4) se observă că valoarea caracteristicii de aruncare KW = an/greprezintă, la o anumită scară, valoarea acceleraţiei normale la suprafaţa detransport an. Dacă se consideră o particulă de material aşezată pe suprafeţa detransport (jgheab), în funcţie de valoarea caracteristicii de aruncare KW se distingtrei domenii distincte ale cinematicii procesului. Dacă coeficientul KW < 1, particulastaţionează pe suprafaţa de transport . Datorită forţei de inerţiei se producedesigur o anumită alunecare a particulei pe suprafaţa de sprijin. Acesta reprezintădomeniul de lucru al alunecării cu şoc.

Fig.6.21.Traiectoria materialului transportat şi condiţiile de mişcare la jgheaburilevibratoare

Dacă 1< KW < 3,3, atunci în momentul A particula se desprinde desuprafaţa de sprijin pe direcţia ascendentă (fig.4). În timpul de aruncare ΔtFparticula de material va descrie o traiectorie parabolică şi în punctul B întâlneştedin nou suprafaţa de transport şi, în cazul unei ciocniri plastice ideale, rămâne înintervalul de timp ΔtB în contact cu suprafaţa de transport, după care procesulse repetă. Acesta mod de acţionare corespunde jgheaburilor vibratoare. Straturilede material, cu o bună aproximaţie, se consideră că au o comportarecorespunzătoare unei ciocniri plastice.

Raportul KT dintre timpul de aruncare şi durata perioadei, dat de relaţia,

BF

FT tt

tKD+D

D= (6.31)

poate fi reprezentat în funcţie de coeficientul de aruncare KW (fig. 6.23). La o rezonanţă statistică KW = 3,3, se obţine ΔtB = 0 şi KT=1. Dacă factorul KWcreşte în continuare, atunci particula depăşeşte oscilaţia jgheabului, mişcareadevine neregulată şi dozatorul este puternic solicitat. La amplitudini mici aleoscilaţiilor ale vibratoarelor magnetice (la care f=50 Hz) mişcările de aruncare aparticulelor nu mai pot fi sesizate vizual. Timpii scurţi de repaus ΔtB explică uzarearedusă a echipamentelor de transport vibratoare

Page 38: pdf romana

37

Fig.6.23. Variaţia raportului KT în funcţie de factorul de aruncare KW

.În mişcarea de înaintare a materialului în transport ponderea cea mai mare

o are componenta de aruncare, încât , cu anumite excepţii, la 1<KT ≤3 vitezateoretică orizontală vth este dată de relaţia:

fctggKv T

th 2

2 a= (3.32)

în care f=ω/2π este frecvenţe de oscilaţie a vibratorului.Viteza orizontală efectivă (reală) vrh se obţine prin înmulţirea vitezei

teoretice cu un coeficient de reducere a vitezei η, fiind dată de relaţia: vrh = η vth.Coeficient de reducere η depinde de proprietăţile materialului, de valoareafactorului de aruncare KW şi de înălţimea stratului de material transportat. Într-oprimă aproximaţie, pentru coeficienţii η se pot utiliza valorile : η = 0,8...1 – pentrumateriale granulare uscate; η =0,3...0,8 – pentru materialele cu pondere mare aparticulelor fine şi cu umiditate mare; η < 0,3 – pentru materiale foarte fine. Înfigura 6 este prezentată dependenţa vitezei reale de transport vrh în funcţie deamplitudinea Sn pentru câteva categorii de materiale.

Fig.6.24 Variaţia vitezei de transport în funcţie de amplitudinea Sn la o frecvenţăf=50Hz şi înălţimea stratului de material de 200mm:

a - cereale 5mm (ρb=0,75 Kg/dm3); b - minereu de fier (ρb=2,05 Kg/dm3); c -ciment praf (ρb=1,10 Kg/dm3);d-lapte praf (ρb=0,84 Kg/dm3)

Debitul masic dozat dat de relaţia:rht vAm r××= (6.40)

Page 39: pdf romana

38

(unde At este secţiunea transversală a materialului solid, vh este componentaorizontală a vitezei şi rr este densitatea reală) poate fi exprimat astfel:

rrhPA kvkhbm r×××××= / (6.41)

unde kv = k1 k2 k3 k4, lărgimea/grosimea orificiului este b, respectiv h, iar factorul decorecţie pentru secţiunea transversală reală a stratului de material solid este kA.

Datorită dependenţei liniare dintre viteza materialelor solide vP h şi amplitudineavibraţiei jgheabului sn (respectiv so), funcţionarea alimentatoarelor cu vibraţii secaracterizează printr-o corelaţie liniară m¢ = f(sn) deplasată faţă de origine cu valoareaamplitudinii iniţiale sn0, unde componenta verticală a acceleraţiei este egală cuacceleraţia gravitaţională (K ³ 1).

Fig. 6.27 Corelaţia dintre debitul dozat şi amplitudinea vibraţiilor sn (m’100 – debitulmaxim; sn – amplitudinea maximă).

După cum s-a arătat, debitul masic şi precizia dozării sunt influenţate denumeroşi parametri. Ca urmare, pentru a realiza o funcţionare fiabilă şi precisă serecomandă calibrarea alimentatoarelor cu vibraţii cu materialul solid respectiv şi încondiţiile de instalare prefigurate.

6.4. Dinamica transportoarelor alimentatoare cu vibraţiiStudiul sistemelor vibratorii ale transportoarelor cu vibrator electromagnetic se

poate realiza şi pe modele vibrante cu singură cu o masă., acţionată cu un vibratorelectromagnetic cu simplă acţiune (fig. 3.24).

Sistemul vibrant propriu-zis este format dintr-un un vibrator electromagnetic cusimplă acţiune (fig. 2), compus dintr-un stator fix al electromagnetului 1 cu bobinele 2,conectate la reţea prin redresor, indusul 5, legat rigid cu jgheabul 3 al transportoruluiprin bara transversală 6, prevăzut cu legăturile elastice 7 şi un set de mase de reglare4, închise împreună cu arcurile în carcasa 8.

Page 40: pdf romana

39

Fig. 6.28 Construcţia unui vibrator electromagnetic

Fig. 6.29. Schema de calcul a transportorului cu vibrator electromagnetic.

Schema de calcul a transportorului cu vibrator electromagnetic cu simplă acţiuneeste dată în figura 3.25. Ecuaţia diferenţială de mişcare a sistemului vibrant are forma:

)(1

...tFScScSm =++ m (3.87)

în care:m – masa redusă a jgheabului, care include masa indusului (constantă) şi masa dereglare;c1 = c + c0 – rigiditatea redusă a sistemului, compusă din rigiditatea c a elementelor

elastice principale şi rigiditatea c0 a legăturilor elastice ale vibratorului.Înlocuirea în ecuaţia (3.87) a expresiei pentru forţa de tracţiune (forţa de

excitaţie) F(t) a electromagnetului, cu luarea în considerare a legii sinusoidale devariaţie a curentului şi influenţa jocului de aer variabil lj , se obţine o ecuaţie diferenţialăde mişcare, a cărei rezolvare este complicată. De aceea, pentru simplificarea problemeise presupune că jocul de aer variabil este egal cu o mărime constantă dată, încâtecuaţia (3.87) capătă forma unei ecuaţii diferenţiale liniare neomogene:

)2cos1(1

...tpFScScSm T+=++ m (3.88)

în care: 2/2cmF SBkF = – componenta constantă a forţei de excitaţie a vibratorului, în N;

kF = 3,98·105 – coeficient de proporţionalitate; Bm – amplitudinea inducţiei magnetice înjoc (T); Sc – aria secţiunii transversale a miezului, în m2; pT – frecvenţa curentuluialternativ.

Page 41: pdf romana

40

Soluţia particulară a ecuaţiei (6.88) are forma:

)2cos(10 j-+= tpAAS T

în care: A = F/c1 – deplasarea constantă a centrului de masă O al masei m; A1 –amplitudinea oscilaţiilor centrului O; φ – unghiul de defazaj dintre componentelevariabile ale centrului de masă O şi forţa perturbatoare:

222222111 /4)4/()/( mpcpmcmFA Tm+-= (6.89)

21 42

r

T

mpccparctg

-=

mj (6.90)

Rezonanţa sistemului oscilant apare pentru ./1 mcpT =

Pentru ca alimentatoarele cu vibraţii să funcţioneze la valori apropiate de rezonanţăsistemul trebuie calibrat în mod corespunzător (masele poz. 6). Amortizarea efectivăeste indusă de frecare; de exemplu frecarea din interiorul materialelor solide, şifrecarea externă pe suprafeţe.

2. Algoritmul de control al sistemului de dozare MULTI-HEAD

Aşa cum s-a arătat în cap. 3, sistemele de dozare MUTI-HEAD cu capete dedozare dispuse cirrcular permit reglarea unui număr foarte mare de parametri defuncţionare. Datorită vitezei mari de dozare este nevoie de luarea unor decizii într-untimp foarte scurt de ordinul milisecundelor. Astfel se pot regla următorii parametri:amplitudinea vibraţiei pentru toate vibratoarele, timpii de încărcare cu produs, greutateade material pe fiecare cupă de cântărire, limitarea numărului de cupe care să intre încombinaţii, viteza de dozare la care trebuie să lucreze sistemul etc. Condiţia defuncţionare în parametrii setaţi este ca fiecare cântar electronic din cele n (n=8, 10, 12,14, 16, 24) să fie corect calibrat iar la pornire obligatoriu să fie tarat.

După ce se porneşte sistemul, produsul este adus pe vibratorul central, cuvibraţie circulară şi este distribuit cât mai constant pe vibratoarele liniare. Există câtevasetări pentru anumiţi parametrii de la care este bine să se pornească, după cumurmează:

- amplitudinea vibraţiilor să fie la jumătatea intervalului de reglaj (50%);- numărul cupelor care intră în combinaţii să fie cuprins între 3…5 cupe;- greutatea limită pe fiecare cupă de cântărire să nu depăşească 1/4 din

greutatea impusă (greutatea finală prescrisă).Algoritmul de funcţionare a sistemului de dozare presupune o succesiune de

cicluri de dozare iar pentru fiecare ciclu de dozare sunt parcurşi următorii paşi:1. produsul de pe tavile vibratoarelor liniare (dispuse radial) este deversat în

cupele de alimentare pentru un interval de timp foarte scurt, interval carese poate modifica ;

2. produsul existent în cupele de alimentare este apoi golit în cupele decântărire ;

3. calculatorul de proces verifică ce cantitate de material există pe fiecarecanal de dozare ;

Page 42: pdf romana

41

4. dacă este găsită o combinaţie de 3…5 cupe, atunci sunt selectate acelecupe şi, la o comandă externă, produsul este golit din acestea, fiindpreluat de maşina automată de ambalat;

5. dacă nu este găsită o combinaţie de 3… 5 cupe , atunci se revine la pasul1;

6. dacă după câteva cicluri, greutatea pe anumite cupe de cântăriredepăşeşte valoarea de 1/4 din greutatea prescrisă, atunci, sitemul vamicşora progresiv amplitudinea vibraţiilor pe acele canale;

7. dacă după câteva cicluri, greutatea pe anumite cupe de cântărire estemult mai mică decât 1/4 din greutatea prescrisă, atunci, sitemul va măriprogresiv amplitudinea vibraţiilor pe acele canale;

Este posibil ca la pasul 4 mai sistemul să găsească multe combinaţii, dar va fialeasă acea combinaţie care se face dintr-un număr mai mic de cupe si cu o rezoluţiede dozare cât mai bună. De exemplu, pentru un sistem cu 14 capete de dozare sedoreşte dozarea unui anumit produs la o masă cu valoarea de 100,0 g. Dupăparcurgerea câtorva cicluri de dozare se ajunge în situaţia prezentată în figura 5

Fig. 6.35. Exemplu de schemă de încărcare a cupelor unui dozator cu 14 capete dedozare:

Canalul 1: 25,1 g;Canalul 2: 38,5 g; Canalul 3: 23,9 g; Canalul 4: 23,0 g; Canalul 5:26,1 g; Canalul 6 : 24,0 g; Canalul 7: nu este pregătit; Canalul 8: 36,0 g; Canalul 10:11,0 g; Canalul 11 : 27,2 g; Canalul 12: nu este pregătit; Canalul 13: nu este pregătit;

Canalul 14 : nu este pregătit.

Când se ajunge la pasul 4 sistemul găseşte mai multe combinaţii care pot ficonsiderate corecte. Deoarece a treia combinaţie (formată din canalul 1, 3, 8 şi 9) areeroarea de cântărire cea mai mică (fig. 6), atunci, acea combinaţie va fi luată în calculşi mai departe golită către maşina de ambalat.

Page 43: pdf romana

42

Fig. 6,36. Schema de combinaţii dintre cupe pentru dozarea unei cantităţi de 100,o g.

Se notează cu A un eveniment legat de o experienţă. Dacă într-o serie de nprobe, evenimentul A s-a realizat de ori, atunci numim frecvenţa relativă a

evenimentului A numărul .Pentru cazul de faţă analizat n=14, sistemul are 14 capete de dozare, deci 14

probe care sunt verificate. Evenimentele care pot să apară cu cele 14 capte de dozaresunt următoarele :

A = apariţia în combinaţia finală doar a 2 doze ( ).B = apariţia în combinaţia finală doar a 3 doze ( ).C = apariţia în combinaţia finală doar a 4 doze ( ).D = apariţia în combinaţia finală doar a 5 doze ( ).E = apariţia în combinaţia finală doar a 6 doze ( ).F = apariţia în combinaţia finală doar a 7 doze ( ).

Deoarece pentru a obţine un număr de combinaţii forte mare într-un timp cât maiscurt se vor limita numărul de combinaţii între cupe la valoarea 7. Pentru cele 14capete de dozare vor fi următoarele frecvenţe relative de apariţie a evenimentelor:

Page 44: pdf romana

43

Numărul de combinaţii formate din 2…7 capete de dozare sunt următoarele

unde n este numărul total de capetede dozare (n =14), iar k = numărul de capete dedozare care intră în combinaţie (k = 2 …7).

Pentru cazul analizat vor fi următoarele rezultate· pentru n = 2 :

· pentru n = 3 :

· pentru n = 4 :

· pentru n = 5 :

· pentru n = 6 :

· pentru n = 7 :

Deoarece numărul de combinaţii pentru 5 doze, 6 doze şi 7 doze, este foartemare, se setează sistemul pentru ca acele combinaţii să se realizeze cu minim 2 dozesi maxim 5 doze (optim este 3 ÷ 5 doze).

Page 45: pdf romana

44

În exemplul precedent, sistemul are de ales între 9 combinaţii posibile. Condiţiilede funcţionare sunt următoarele :

- greutatea prescrisă = 100,0 g. (tw)- greutatea pe fiecare cupă de cântărire este 1/4 din greutatea prescrisă adică

25,0g.- numărul optim de doze: 3…5 doze .- eroarea tolerată: 0.2 g.Sistemul va calcula combinaţiile optime respectând cu stricteţe condiţiile de

funcţionare impuse. Sumele obţinute pentru cele 9 combinaţii sunt următoarele :

unde C este combinatia obtinută; D - doza pe canalul k; p = numărul de combinaţiiobţinute (p=1… 9)

Combinaţiile obţinute trebuie să mai îndeplinească şi următoarea condiţie :

Comparând rezultatele se observă următoarea situaţie:

din care va fi selectată combinaţia care îndeplineşte condiţiile impuse mai sus şi maiales aceea combinaţie care este indentică cu valoarea prescrisă TW.

Page 46: pdf romana

45

7. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ A PRECIZIEI DE DOZARE ADOZATOARELOR GRAVIMETRICE CU ALIMENTATOARE VIBRATOAREACŢIONATE ELECTOMAGNETIC

7.1. Obiectivele cercetărilor experimentale ale lucrării de doctoratObiectivele de bază ale cercetării experimentale au constat ăn următoarele:

· Conceperea şi realizarea unui stand experimental echipat cu un cap de dozare

cu alimentator cu jgheab transportor vibrator electromagnetic;

· Echiparea ştandului cu sisteme de reglare a înălţimii stratului de material

descărcat din buncăr pe jgheab, programare şi control a prametrilor care

caracterizează procesul de dozare: amplitudinea vibraţiilor jgheabului, valoarea

masei dozate

· Realizarea unui sistem de determinare a parametrilor cinematici ai vibraţiilor

jgheabului alimentator: amplitudine, viteză şi acceleraţie;

· Măsurarea cu precizie a valorilor maselor dozare pentru fiecare probă stabilită

prin programul de cercetare experimentală;

· Determinarea preciziei de dozare pentru utilizarea standului pentru dozarea

următoarelor materiale: zahăr, gris, făină de grâu şi tărâţe de grâu;

· Achiziţia pe calculator a valorilor maselor măsurate pentru fiecare material şi

condiţii de încercare (doză reglată, înălţime strat de material pe jgheabul

transportor, amplitudine prestabilită pentru vibraţia jgheabului) şi determinarea

preciziei de dozare pentru fiecare probă prin prelucrarea datelor achiziţionate;

· Elaborarea de concluzii şi recomandări privind influenţei proprietăţilor

materialelor agroalimentare utilizate şi a celor cu caracteristici similare acestora

asupra preciziei de dozare în vederea stabilirii parametrilor funcţionali ai regimul

de dozare al standului pentru fiecare tip de material utilizat la încercări.

7.2. Programul şi metodica cercetărilor experimentale

Pentru analiza influenţei diferiţilor parametri funcţionali ai ecipamentului de

dozare al standului (amplitudinea vibraţiilor jgheabului transportor, înălţimea stratului de

material de jgheab şi a proprietăţilor diferitelor tipuri de materiale agroalimentare

asupra preciziei de dozare au fost supuse încercărilor 4 tipuri de materiale granulare si

pulverulente cu proprietăţi diferite: zahăr, gris, făină de grâu şi tărâţe de grâu. În

vederea analizei influenţei mărimii dozei de material asupra preciziei de dozare s-au

utilizat 3 valori distincte ale acestora D1, D2, D3.

Page 47: pdf romana

46

Pentru analiza influenţei înalţimii stratului de material aflat pe transportorul

vibrator de alimentare s-au utilizat 3 grosimi de straturi transportate h1, h2, h3; iar

pentru analiza influenţei amplitudinii vibraţiilor jgeabului transportor s-au utilizat 3 valori

de reglaj de pe panoul de reglare şi contol A1, A2, A3 . Programul încercărilor este redat

sintetizat în figura. În total au fost efectuate un număr de 729 testări, rezultatele fiind

înregistrate şi prelucrate pe calculator.

Fig. 7.1. Schema programul încercărilor utilizat pentru studiul influenţei parametrilorfuncţionali şi de reglaj asupra preciziei de dozare

7.3. Construcţia, funcţionarea şi utilizarea echipamentului de dozaregravimetrică (standului) pentru efectuarea cercetărilor experimentale

Cercetarea experimentală s-a efectuat pe un stand de dozare cu alimentator cu

transportor cu vibrator electromagnetic. Standul echipat cu un capăt de dozare şi cântar

electronic, prezentată schematizat în figura 7.2., a fost conceput şi realizat de autor,

cuprinde elementele unui dozator gravimetric modern, fiind dotat cu sistem de

programare, urmărire şi control al funcţiilor unui sistem de dozare. Standul permite

cercetarea experimentală a amplitudinii oscilaţiilor transportorului, înălţimii stratului de

material de pe jgheabul transportorului de alimentare aspra preciziei de dozare a

diferitelor materiale granulare agroalimentare, pentru diferite mase de material dozat,.

MASE DOZATE

D1=50 gr D2=100 gr D3=150 gr

AMPLITUDINI

A1 A2 A3

INALTIME STRATMATERIAL

H1=5 mm H2=10 mm H3=15 mm

Page 48: pdf romana

47

Standul este comandat din panoul 8 prin care sun stabiliţi parametrii procesului de

dozare ce urmează a fi analizaţi.

Fig.7.2. Schema standului de dozare gravimetrică echipt cu transportor vibrator dealimentare: 1- celula de măsurare (cântar electronic); 2- cupă de cântărire (cap dedozare); 3- jgheabul vibrator al dozatorului; 4- electromagnet pentru producereavibraţiilor; 5- arcuri elicoidale;; 6- buncăr de alimentare cu material; 7- clapetă de

reglare a înălţimii stratului de material; 8- pupitru de comandă şi control

Vederile de ansamblu al standului şi a aparaturii anexe sunt date în figurile 7.5 şi

7.6.

Page 49: pdf romana

48

Fig.7.5. Vederea generale ale standului de dozare instalat în laborator

Fig. 7.6. Standul de dozare pregătit pentru efectuarea încercărilor

Schema panoului de comandă şi control al standului de dozare este prezentată

în figura 7.7. Măsurările s-au efectuat utilizând aceeaşi amplitudine de vibraţie pentru

alimentarea brută a jgheabului transportor şi numai pentru alimentarea fină s-a

modificat amplitudine vibraţiilor.

Procesul de dozare este pornit de la butonul 1 de la panoul de comandă (fig. 7.7) iar

amplitudinea transportorului alimentator este ajustată cu butoanele 2 şi 3. La intrarea

(ENTER) a panoului cu tastatură 5 se introduc cele două nivele pentru alimentare brută

şi fină, stabilite pentru nivelul d 80% din doza finală, restul dozei se cuplează automat

la nivelul de alimentare fină.

Page 50: pdf romana

49

Fig.7.7. Schema panoului de comandă şi control al standului de dozare: 1- buton depornire (start); 2- buton de reglarea brută a amplitudinii vibraţiilor jgheabului; 3- buton

de reglarea fină a amplitudinii vibraţiilor jgheabului; 4- indicatorul luminos pentruterminarea dozării; 5- panou cu tastatura de fixare (setare) a dozelor şi monitorizarea

valorii dozate

După setarea parametrilor de dozare, se ajustează nivelul stratului de material care

se află pe transportor, utilizând clapeta de golire 7 (v. fig. 7.6) plasată la ieşirea

buncărului 6 al standului. Pentru fiecare set de măsurători se folosesc aceleaşi cantităţi

de material plasate în buncărul de alimentare în scopul asigurării unor condiţii similare

pentru fiecare material utilizat la încercări. Probele au fost declanşate (pornite) de la

butonul 1 (v. fig. 7.7) iar materialul este alimentat în cupa de dozare 2 cu amplitudinea

de vibraţie brută până când se atinge 80% din doza stabilită după care se cuplează

automat procesul de vibraţie cu amplitudinea fină de vibraţie a transportorului până

când se atinge doza finală măsurată de celula (senzorul) de cântărire 1, după car

procesul de alimentare cu material a cupei de dozare 3 se încheie. Materialul din cupa

de dozare se colectează în vederea măsurării cu balanţă electronică cu precizie

ridicată.

7.4. Determinarea experimentală a parametrilor cinematici ai vibraţiilorjgheabului de dozare gravimetrică

Parametrii cinematici ai vibraţiilor jgheabului transportor sunt amplitudinea, vteza

şi acceleraţia vibraţiilor la capătul jghabului transportor.atât pe direcţie verticală cât ţi pe

direcţie orizontală. În acest scop a fost necesară măsurarea acestor vibraţii, în vederea

testarea sistemului vibrant al standului, în scopul calibrării valorilor brute ale

amplitudinilor A1, A2 şi A3 care au fost utillizate la încercări prin setare de la de la

Page 51: pdf romana

50

butonul de reglare a amplitudinelilor existent pe panoul de reglare al standului (butonul

2 din fig. 7.7)

În vederea testării sistemului de a fost urmată procedura standard formată din

următorii paşi: determinarea punctelor de măsurare; alegerea echipamentului de

măsurare; calibrarea instalaţiei, măsurarea propriu-zisă şi postcalibrarea.

În acest scop s-a utilizat o instalaţie de măsurare a acceleraţiilor

Determinarea nivelul vibraţiilor la jgheabului acţionat de un sistem de tip vibrant,

atât pe direcţia verticală cât şi pe direcţie orizontală s-a făcut în două puncte în care s-

au montat traductoarele de acceleraţie corespunzătoare. În vederea realizării

măsurătorilor a fost folosit echipamentele de măsură aflate în dotarea Catedrei de

Rezistenţa materialelor şi vibraţii a Universităţii Transilvania din Braşov, formate din

următoarele componente: Traductoare de vibraţii (accelerometre) tip 4508 B 001,

producţie BRÜEL&KJAER; Platforma PULSE 12, producţie BRÜEL&KJAER; Calculator

(Laptop) conectat prin sistem LAN la platforma PULSE 12.

7.5. Determinarea experimentală a influenţei parametrilor constructivi şifuncţionali ai echipamentului de dozare asupra preciziei de dozare a materialelor.Pentru masurători s-au folosit urmatoarele materiale:

· făină albă de grâu (de tip 650 de la Spicom co)· tărâţă, de la „SC Postăvarul SA” Braşov· gris de grâu· zahăr mărgăritar

Amplitudinile vibraţiilor A au fost stabilite după cum urmează::- Amplitudinea A=180, prin reglarea valorii rezistenţei potenţiometrului la 180

kOhm, inălţimea stratului de material H1=5 mm; H2=10 mm; H3=15 mm- Amplitudinea A=170, prin reglarea valorii rezistenţei potenţiometrului la 170

kOhm, inălţimea stratului de material H1=5 mm; H2=10 mm; H3=15 mm- Amplitudinea A=160, prin reglarea valorii rezistenţei potenţiometrului la 160

kOhm inălţimea stratului de material H1=5 mm; H2=10 mm; H3=15 mm Dozele de material D u fost stabilite la valorile : D1=10 g; D2=50 g; D3=100 g; D4=150 g Prin prelucrarea datelor obţinute la măsurători s-au obţinut următoarele 32 tipuri de

grafice: a). 16 grafice privind influenţa înălţimii stratului de material asupra mărimii efectivea dozei;b). 12 grafice cu influenţa amplitudinii vibraţiilor asupra mărimii efective a dozei;c). 4 grafice privind influenţa amplitudinii şi a înălţimii stratului de material asuprapreciziei de dozare (abaterea procentuală a cantităţii dozate în raport cu valoareamasei dozei prescrise). Fiecare probă a fost repetată de 3 ori, dozele exprimate în grame fiind cântăritecu un cântar electronic cu două zecimale

Graficele de la pct. a şi b sunt date în Anexă.

Page 52: pdf romana

51

În cele ce urmează vor fi prezentate spre exemplificare o serie de grafice privindprecizia de dozare de la pct., corespunzătoare celor 4 tipuri de materiale testate, lacare s-a convertit amplitdinele A obţinute prin reglarea valorii rezistenţeipotenţiometrului standului la valorile reale obţinute prin calibrareadescrisă la subcap.7.3.

1. FAINA DE GRAU

Page 53: pdf romana

52

2. TARATA DE GRÂU

Page 54: pdf romana

53

3. GRIŞ DE GRAU

Page 55: pdf romana

54

4. ZAHAR

Page 56: pdf romana

55

8. CONCLUZII FINALE ŞI CONTRIBUŢII PERSONALE

8.1 CONCLUZII GENERALE· Activităţile de dozare a materialelor solide în vrac reprezintă o importantăcomponentă în industria de prelucrare a produselor agro-alimentare având astfel unputernic impact asupra calităţii produselor alimentare dar şi un impact economicesenţial în ce priveşte ambalarea şi prezentarea produselor finale.· Metodele şi tehnologiile moderne de dozare şi ambalare a produselor agro-alimentare cuprind o gamă largă de echipamente şi maşini cu o importanţă deosebităfiecare adresându-se unei anumite aplicaţii, acestea putând să asigure totodată şipăstrarea şi menţinerea valorii nutritive a produselor agro-alimentare la un nivel ridicatprin diferite medii protectoare sau prin menţinerea condiţiilor propice de păstrare aacestor produse, mărind astfel durata de păstrare.· Pentru realizarea unor precizii ridicate de dozare se utilizează sisteme complexe deautomatizare care prin monitorizarea procesului de dozare urmăresc îndeaproapeparametrii de lucru ai dozatorului.· Sisteme moderne de dozare au fost dezvoltate cu capete multiple de dozare,acestea devenind tot mai rapide şi mai precise având în acelaşi timp tot mai accesibiledin punct de vedere economic· În vederea corelării parametrilor de funcţionare ai dozatorului (sistemul deporţionare) cu cei ai dispozitivelor de formare şi închidere a ambalajelor (sistemul deambalare) se impune aprofundarea cercetărilor teoretice şi experimentale privinddinamica şi comportarea materialelor dozate în ansamblul complex al dozatorului prinelementele sale de control a curgerii materialelor solide în vrac, începând din zonabuncărului de alimentare, continuând cu modalitatea de extragere şi porţionare amaterialului de către organul de dozare şi sfârşind cu modalitatea de livrare a dozeiobţinute în ambalajul format sau în amestecul ce se doreşte a fi obţinut.

8.2. CONCLUZII PRIVIND STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ÎN DOMENIULDOZATOARELOR PENTRU PRODUSE SOLIDE ÎN VRAC· Datorită simplităţii constructive şi fiabilităţii în exploatare cele mai utilizate sistemede dozare a materialelor solide în vrac sunt dozatoarele cu vibraţii care preiaumaterialul dintr-o pâlnie de alimentare, alimentată constant printr-un sistem automatcare aduce materialul dintr-un buncăr de depozitare.· Cercetările teoretice şi experimentale realizate pe plan mondial şi naţionalreferitoare la dozatoarele cu alimentatoare cu vibraţii s-au concentrat, mai ales asupraproceselor executate de sistemul de antrenare a materialului prin vibraţii induse înjgheabul vibrator, care au avut ca scop optimizarea procesului de transport a organuluide dozare.· Studiile şi cercetările teoretice şi experimentale referitoare la dozatoarele pentruproduse agro-alimentare solide în vrac se axează pe diferite aspecte: cinematica şidinamica curgerii materialelor solide în vrac, analiza proceselor de distribuţie aparticulelor din cadrul materialelor solide în vrac în timpul curgerii, analiza parametrilorconstructivi şi funcţionali ai organelor de dozare, impactul formei geometrice a acestoraasupra gradului de umplere cu material precum şi realizarea şi experimentarea unor noitipuri de organe de dozare pentru aplicaţii speciale cum este cazul alimentatoarelor cuvibraţii cu protecţie la praf şi igenizare rapidă.· Din punctul de vedere al cinematicii organelor active de dozare se urmăreşte înprincipal stabilirea dependenţelor şi corelaţiilor dintre parametrii geometrici ai acestoraşi regimul de lucru impus pentru obţinerea unor precizii cât mai ridicate în concomitent

Page 57: pdf romana

56

cu atingerea unor productivităţi cât mai ridicate. Astfel se urmăreşte stabilirea frecvenţeide vibrare optime pe cale analitică pentru obţinerea unei funcţionări optime latransportul materialului dozat, stabilirea influenţei unghiului de înclinare optim al aljgheabului transportor pentru obţinerea unei eficienţe a transportului materialului dozatprin camera de dozare.· Procesul de optimizare a parametrilor constructivi şi funcţionali ai organelor dedozare cu vibraţii este unul deosebit de complex datorită comportării imprevizibile şidiferenţiate a materialelor solide în vrac, necesitând calcule matematice complicate cenu pot fi rezolvate decât prin utilizarea unor programe de calcul matematic asistate decalculatoare cu capacităţi foarte mari de calcul. Aceste modele matematice se bazeazăpe câteva proceduri de interpretare a comportării materialelor solide în vrac, procedurice se află încă în faza de concepere şi validare, cele mai cunoscute dintre ele fiindmetoda elementelor distincte (D.E.M.), metoda de calcul a fluidelor particularizată lanivelul solidelor în vrac şi analiza cu elemente finite care este şi cea mai puţin precisăavând numeroase aproximări şi simplificări.

8.3. CONCLUZII REZULTATE DIN CERCETĂRILE TEORETICE· Cercetarea teoretică a comportării dinamice a materialului solid în vrac ce sedozează dar şi a dozatorului ce realizează operaţia de dozare, se poate realiza utilizândmetoda modelării dinamice şi matematice a acestor sisteme complexe.· Având în vedere forma geometrică a componentelor dozatorului, posibilitatea şimodul de acţionare a forţelor exterioare şi de legătură ce acţionează asupra materialuluisolid în vrac (forţe exterioare ce sunt aplicate fie de buncărul de alimentare fie de cătreorganul de dozare) precum ecuaţiile de echilibru şi de mişcare ale sistemului de dozarese poate stabili modelele matematice cu ajutorul cărora se va studia comportareadinamică a agregatului de dozare în diferite condiţii de lucru. Din punct de vedere alacţiunii asupra materialului agro-alimentar dozat, sistemul de dozare cu alimentatoarecu vibraţii este alcătuit din mai multe subsisteme cu rol şi caracteristici distincte, în careexistă anumite legături de influenţă şi funcţionale. Buncărul de alimentare al dozatorului,sursa de alimentare cu material, reprezintă o componentă cu un factor puternic deinfluenţă asupra modului de alimentare cu material a organului de dozare putândinfluenţa puternic gradul de umplere al dozatorului cu vibraţii şi prin aceasta rezultatulfinal al operaţiei de dozare. Organul de lucru al dozatorului este alimentatorul cu vibraţiicare face ca prin mişcarea sa vibratorie să imprime materialului dozat, mişcarea deavans dată de direcţia de micro-aruncare a particulelor aflate pe jgheabul vibrator dar şide unghiul de înclinare al acestuia.· Pentru cunoaşterea mărimii şi caracterului forţelor (sarcinilor) implicate în operaţiade dozare ce acţionează în cadrul componentelor active din dozator (buncăr dealimentare, material dozat şi jgheabul dozator) este necesară o analiză teoreticaaprofundată a cinematicii, dinamicii şi energeticii acestor componente luate separat câtşi corelate între acestea în ansamblul procesului de lucru.· Pentru a asigura o alimentare continuă şi uniformă cu material solid în vrac, existăo corelaţie între numărul capetelor de dozare, frecvenţa vibraţiilor de dozare şi unghiulde transport al jgheabului de dozare ce determină traiectoria de avans a materialuluidozat, fapt ce permite dimensionarea optimă a dozatoarelor cu vibraţii pentru obţinereaunor cât mai curgeri de material cât mai uniforme cu impact pozitiv în funcţionareadozatorului.· Stratul minim de curgere a materialelor solide dozate este un parametru deosebitde important în proiectarea dozatorului cu vibraţii astfel încât acesta va putea fi utilizatîn condiţii optime pentru grupa de materiale solide în vrac a căror caracteristici fizico-mecanice sunt compatibile cu parametrii constructivi ai dozatorului cu vibraţii.

Page 58: pdf romana

57

· Debitul dozatorului cu vibraţii este direct legat de proprietăţile materialului dozat, deparametrii geometrici ai jgheabului vibrator şi de tipul de buncăr de alimentare din careeste preluat materialul dozat.· Deoarece comportarea la curgere a materialului dozat este sensibilă la variaţiaforţelor din interiorul masei de material solid în vrac, precizia dozării este dependentă demodalitatea de asigurare a caracteristicilor uniforme de curgere a materialului aflatdeasupra zonei de extragere a dozatorului cu vibraţii, caracteristici ce sunt analizateprin distribuţia particulelor în masa materialului solid în vrac şi prin determinareaunghiului de frecare dintre particule dar şi a forţelor tangenţiale dintre particulelematerialului dozat.· Dinamica generală de lucru a sistemului de dozare cu alimentator vibrator a putut fistudiat pe baza modelelor cinematice şi dinamice echivalente sistemelor fizice reale, ceau fost aplicate concret pentru condiţii de lucru şi de dozare. Pe baza acestor modeledinamice s-au elaborat modelele matematice cu ajutorul cărora s-a simulat pe calculatorcomportarea sistemului de dozare cu vibraţii aflat sub influenţa unor parametriifuncţionali diferiţi reprezentaţi prin gradul de umplere al organului de dozare, frecvenţade vibrare a acestuia dar şi densitatea materialului dozat. Utilizând valori determinateexperimental pentru parametrii de influenţă utilizaţi în simulare, rezultatele obţinute aufost foarte apropiate cu realitatea obţinându-se astfel o vedere de ansamblu asupracomportării sistemului în situaţiile analizate.

8.4. CONCLUZIILE CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE· Încercările experimentale privind procesele de lucru şi parametrii funcţionali aidozatoarelor cu vibraţii s-au efectuat cu trei tipuri diferite de materiale cu proprietăţi decurgere diferite: făina de grâu, tărâţa de grâu şi grişul de grâu, materiale ce auprezentat comportări diferite de curgere. În cadrul cercetărilor experimentale efectuateau fost determinaţi şi analizaţi următorii parametrii de bază ce caracterizează procesulde funcţionare al operaţiei de dozare:

o Distribuţia granulometrică a particulelor de material din masa celor treimateriale studiate în cadrul experimentelor efectuate pe standul de dozare;o determinarea proprietăţilor de curgere pentru cele trei grupe de materialesolide în vrac folosite la dozare;o determinarea preciziei de dozare pentru doze diferite, pentru diferite regimuride funcţionare ale alimentatorului vibrator şi pentru fiecare tip de material dozat;o distribuţia debitului masic de material pe parcursul şarjelor de dozare şiridicarea caracteristicii de funcţionare a operaţiei de dozare;o monitorizarea frecvenţei de vibrare a alimentatorului de dozare;o analiza factorilor constructivi, funcţionali şi de lucru ai maşinilor de dozatasupra parametrilor dinamici ai sistemelor buncăr-jgheab vibrator.

· În urma cercetărilor experimentale s-au stabilit valorile medii ale indicilor calitativide lucru particularizat fiecărui tip de material dozat utilizându-se diferite frecvenţe devibraţie cu straturi de material diferite a căror influenţă asupra preciziei şi modului dedozare au fost studiate.· Determinările experimentale efectuate pentru studiul parametrilor funcţionali ceinfluenţează operaţia de dozare, s-au concretizat în numeroase şi variate date primarece au necesitat o activitate minuţioasă de interpretare. Plecând de la studiul acestorparametrii studiaţi, s-a elaborat un set de concluzii ce sunt prezentate sintetizat în celece urmează.· Distribuţia granulometrică a celor trei tipuri de materiale studiate a fost între 0,1 şi 4mm, din care făina de grâu s-a încadrat cu un procent majoritar de particule în intervalul0,1 – 0,6 mm, tărâţa de grâu având o plajă mai extinsă de particule dimensionale

Page 59: pdf romana

58

răspândite în intervalul 0,25 – 4 mm iar grişul de grâu prezentând o distribuţie departicule în intervalul 0,5 – 2 mm. În cadrul determinărilor proprietăţilor de curgere pedispozitivul de testare a forţelor tangenţiale cu inele circulare de forfecare tip RSTC s-adeterminat faptul că făina şi tărâţa de grâu acestea prezintă proprietăţi de curgerediferite şi deci precizia este mai ridicată datorită curgerii lor dificile şi a capacităţii lor dea se auto-oprii la finalul dozării. Totuşi apar şi aici depăşiri ale dozei datorităneuniformităţii debitului dozat şi datorită curgerii sincopatice a materialului iar prinaceasta apariţia şocurilor în căderea materialului dozat, şocuri preluate de cântaruldozatorului, şi deci cu influenţe negative asupra preciziei de dozare.· Se poate observa de asemenea, că în cazul grişului, materialul ce a prezentatproprietăţile de curgere cele mai bune, acesta prezintă erori mai ridicate datorităcurgerilor necontrolate de la finalul dozării. Astfel se pot utiliza sisteme de blocareacurgerii la sfârşitul dozării sau pentru aceste materiale cu caracteristici de curgere foartebune se vor utiliza sisteme de dozare cu extragere de volume.· Funcţionarea optimă a dozatoarelor cu alimentatoare cu vibraţii a fost atinsă pentrumaterialele cu bune proprietăţi de curgere cum a fost grişul de grâu, material a căruitendinţă de curgere necontrolată a putut fi bine ţinută sub control de către sistemul dedozare. Pe de altă parte făina de grâu şi tărâţa de grâu au prezentat datorită curgerii lordificile boltiri mecanice şi prăbuşiri de avene, efecte negative ce pot fi înlăturate prininstalarea unor sisteme de agitare optime.· Frecvenţa de vibrare a dozatorului a fost studiată pentru trei regimuri diferite acesteafiind analizate prin monitorizarea în timp real prin intermediul unor traductor de vibraţiitip accelerometru. S-a constat că vibraţiile ridicate sunt nepotrivite pentru materialele cuproprietăţi de curgere dificile cum sunt făina şi tărâţa de grâu pentru care vibraţiile mediisau scăzute au dat rezultate mult mai bune dar au necesitat timpi mai ridicaţi şi deciproductivităţi mai scăzute.· Prin studiul modului de extragere a materialului din buncărul de alimentare s-a pututobserva modul de preluare a materialului de către dozatoarele cu vibraţii Pentruoptimizarea regimului de lucru al agregatului se pot utiliza metode grafo-analitice, princonstrucţia unor grafice cu curbele de variaţie ale capacităţii de lucru în funcţie de vitezade lucru, abaterea de dozare şi productivitatea dozatorului. Astfel, cunoscând valorilecapacităţilor efective optime de lucru determinate prin încercări experimentale pe bazaacestor grafice se pot determina valorile maxime ale vitezelor de lucru pentru diferitetipuri de materiale dozate şi pentru diferite valori ale dozelor ce se doresc a fi atinse.

8.5. CONTRIBUŢII PERSONALE· Elaborarea unui studiu bine documentat privind stadiul actual la nivel mondial privindsistemele de dozare destinate produselor solide în vrac şi a soluţiilor tehnice deexploatare a acestora.· Având ca bază studiul bine documentat privind stadiul actual la nivel mondial alsistemelor de dozare utilizate pentru dozarea produselor solide în vrac, lucrarea dedoctorat abordează sistematic şi original aspectele teoretice şi experimentale legate decurgerea materialelor solide în vrac şi de dinamica şi modul de funcţionare adozatoarelor cu alimentatoare cu vibraţii cu cap multiplu destinate dozării produselorsolide în vrac din agricultură şi industrie alimentară.· Lucrarea analizează aprofundat teoria procesului de lucru, a dinamicii şi comportăriimaterialelor dozate dar şi a organelor de dozare cu vibraţii, prin utilizarea unei bogatebibliografii de specialitate de la edituri de prestigiu din ţară şi din străinătate.· Modelarea matematică prin intermediul unui program asistat de calculator amodelului dinamic de simulare a funcţionării sistemului de dozare, permite simularea pecalculator a comportării dinamice a sistemului de dozare, analizându-se astfel influenţa

Page 60: pdf romana

59

diferiţilor parametrii de lucru asupra dozatoarelor cu vibraţii. Proiectarea şi concepereaunui stand modern de investigare experimentală a procesului de dozare prinmetodologii moderne, ce au permis monitorizarea în timp real a parametrilor de lucrustudiaţi, achiziţia, stocarea şi prelucrarea datelor experimentale obţinute în urmacercetărilor experimentale. Standul a fost instalat şi donat Universităţii Transilvania dinBraşov, Facultatea de Alimentaţie şi Turism şi s-a axat pe cercetarea influenţeiparametrilor geometrici şi de lucru ai dozatoarelor cu vibraţii asupra preciziei operaţiilorde dozare.· Prin utilizarea programelor de inginerie computaţională şi îndeosebi prin aplicareade tehnici moderne de simulare pe calculator a modelelor matematice, s-a construitstandul virtual pe calculator iar după analiza acestuia pe platforma virtuală acestea aufost date planurile de realizare spre execuţie. Astfel s-a putut proiecta diferite forme alejgheabului vibrator cu caracteristici geometrice diferite a căror funcţionare a putut fiiniţial studiată pe calculator în vederea alegerii variantelor optime.· S-a dezvoltat o metodă grafo-analitică pentru optimizarea regimului de lucru ce apermis construcţia unor grafice cu curbele de variaţie ale capacităţii de lucru în funcţiede viteza de lucru, abaterea de dozare şi gradul de umplere al dozatorului.· Elaborarea unui program de încercări şi a unei metodici de cercetare experimentalăadecvată ce a permis determinarea şi stabilirea valorilor optime de lucru şi deexploatare a dozatoarelor cu vibraţii pentru produse agro-alimentare solide în vrac.· Prelucrarea şi analiza datelor obţinute experimental prin măsurători şi interpretareaacestora emiţându-se concluzii referitoare la indicii calitativi ai procesului de dozare şi almodalităţii de extragere uniformă a materialului din buncărul de alimentare a dozatoruluiîn vederea obţinerii unor timpi uniformi de staţionare a materialului ce urmează a fidozat cu impact pozitiv asupra calităţii obţinute în produsul final.· În urma cercetărilor experimentale s-a concluzionat că principalul avantaj aldozatoarelor cu vibraţii cu cap multiplu îl constituie faptul că acestea pot doza şicontrola bine curgerea unor materiale solide în vrac putându-se obţine precizii ridicatede dozare şi productivităţi performante, acest fapt făcându-le să fie indispensabile într-oeconomie de piaţa dictată de normele europene.

8.6. DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE· Descrierea şi rezolvarea problemelor de curgere a materialelor solide în vrac,utilizând modele matematice bazate pe metoda elementelor discrete (D.E.M sauC.F.D), comportarea materialului solid în vrac în funcţie de variaţia unor parametriifizico-mecanici ai acestuia şi interacţiaunea acestora cu principalele elemente active aledozatorului.· Realizarea şi experimentarea unor sisteme de dozare cu multiple organe de dozare(multi-head) ce ar putea efectua nu număr foarte ridicat de operaţii de dozare pentrumateriale solide în vrac diferite, crescând astfel foarte mult productivitatea sistemului dedozare şi îmbunătăţirea aplicabilităţii acestora pentru mai multe tipuri de materiale.· Standul de dozare ce monitorizează în timp real operaţia de dozare, realizat deautor la Universitatea Transilvania din Braşov poate fi utilizat pentru cercetări viitoareprivind automatizarea completă a sistemului prin implementarea de sistememecatronice cu rolul de a creşte productivitatea şi a uşura mult operaţiile întreţinereacesta putând fi urmărit de la distanţă şi controlat prin intermediul unei legături de reţeacu un computer de monitorizare a proceselor tehnologice.· Conceperea şi realizarea unui sistem de dozare cababil să se autoregleze conformcu materialul utilizat pentru dozare şi sistem de autocurăţie.