Calculul si proiectarea unei instalatii pentru prelucrarea rumegusului

CALCULUL SI PROIECTAREA INSTALATIILOR PENTRU VALORIFICAREA DESEURILOR LEMNOASE CU FORME GEOMETRICE PRECISE

1. Calculul si proiectarea unei instalatii pentru prelucrarea rumegusului

1.1. Coeficientul de afanare al biomasei cu dimensiuni mici

Principala caracteristica tehnologica a aschiilor si rumegusului este coeficientul de afanare. Acest coeficient rezulta datorita asezarii diferite fata de pozitia initiala, dar si a ruperii aschiilor si fibrelor pe suprafata de rupere.

Fig 1. Volumul aschiilor si a lemnului pentru determinarea coeficientului de afanare

Aceasta afanare a aschiilor si rumegusului se poate exprimata cantitativ prin coeficientul de afanare, exprimat ca raport intre volumul aschiilor si volumul lemnului din care au rezultat, la aceiasi umiditate, precum urmeaza:

unde K_e este coeficientul de afanare;

V_c – volumul aschiilor, in m³;

V_w – volumul lemnului, in m³.

Daca se tine seama ca fiecare volum poate fi pus sub forma unui raport dintre masa si densitate, atit pentru lemnul masiv cat si pentru lemnul sub forma de aschii si ca masa aschiilor este similara cu cea a lemnului din care s-au obtinut, relatia de mai sus poate deveni:

Adica:

In relatia 3, cele doua densitati sunt exprimate la aceiasi umiditate, pentru ca in caz contrar coeficientul de afanare nu este corect determinat iar valoarea sa este arbitrara. Pe baza celor expuse mai sus se poate concluziona ca exista doua metode pentru determinarea coeficientului de afanare, respectiv:

metoda in functie de volume, respectiv cu prima relatie;

metoda in functie de densitati, respectiv cu cea de-a doua relatie.

In cazul primei metode, determinarea coeficientului de afanare al biomasei de mici dimensiuni se va efectua in momentul aschierii (sau la modul general, in momentul obtinerii acestora), prin masurarea volumului de lemn inainte si dupa aschiere. Volumul lemnului masiv se determina prin masurarea sau estimarea volumului bustenilor, lemnului despicat si alte sortimente cu dimensiuni relativ mari, introduse pe fluxul de fabricatie. Volumul aschiilor rezultate, respectiv volumul lemnului afanat se va determina imediat dupa aschiere pentru a avea aceeasi umiditate ca a lemnului masiv din care au rezultat, prin asezarea aschiilor in cutii paralelipipedice cu volum constant si anterior cunoscut. Trebuie sa avem aceeasi umiditate a aschiilor cu cea a lemnului masiv anterior, pentru ca in caz contrar rezultatele vor fi eronate. Trebuie cunoscute, de asemenea tipul masinii care a produs aschiile si rumegusul, parametrii de prelucrare, respectiv caracteristicile dimensionale ale produselor obtinute, umiditatea acestora, pentru ca toate acestea vor determina valoarea finala a coeficientului de afanare.

Cand nu se cunoaste volumul sortimentelor lemnoase care se introduc la prelucrare si din care se obtin aschiile tehnologice sau rumegusul, se poate utiliza relatia referitoare la densitatile lemnului si a materialului marunt, adica se va folosi a doua metoda. In acest caz se preia din literatura tehnica de specialitate densitatea lemnului, identificand specia sau speciile lemnoase din aschii. Densitatile principalelor specii lemnoase la diferite umiditati sunt prezentate in tabelul 1. Densitatea aschiilor se poate obtine prin determinarea volumului aschiilor precum s-a aratat in randurile anterioare prin asezarea aschiilor in cutii paralelipipedice cu volum constant anterior cunoscut si prin cantarirea acestor aschii pentru determinarea masei.

Tabelul 1.

Densitatea lemnului pentru diferite specii si umiditati ale acestora

Specie

Densitarea lemnului, in kg/m3

Lem verde

Conven-tionala

Molid

Fag

Carpen

Paltin

Pin

Lucrare: Invertor comandat pentru reglarea vitezei unui motor asincron trifazat cu rotorul in scurt circuit Document online: Efectele campului electric asupra organismului - actioneaza asupra celulelor si organelor si organismului

Plop

Tei

Salcie

Prin aceasta metoda secunda, se poate determina rapid coeficientul de afanare, dar precizia rezultatelor este scazuta. De asemenea in acest caz, se va determina mai intai umiditatea lemnului si a aschiilor si numai dupa aceea, in scurt timp, celalalte date necesare.

Tabelul 2.

Rezultatele determinarii coeficientului de afanare al aschiilor

Pentru determinarea acestui coefcient s-au efectuat incercari practice cu aschii preluate din tehnologia placilor din aschii de lemn. Aschiile s-au debitat pe un aschietor tip ATL din varfuri si craci 60 % si din ramasite de furnire 40%. Umiditatea acestora a fost in jur de 10 %.

1.2. Calculul si constructia camerei de alimentare

Capacitatea de lucru a camerei de amestecare:

unde: G-masa de produs incarcata la un moment dat in camera de alimentare (sarja/Kg)

G = 00 [Kg]

σ₁-durata efectiva de alimentare [min]

σ₁=14 [min] σ₁=2,5 min

-durata operatiilor auxiliare [min]

[min]

unde densitatea rumegusului

1.2.2. Calculul de dimensionare a cuvei:

Se adopta urmatoarele dimensiuni: a = 1,1 m

b = 0 m

d = 0 m

Fig.2 Volumele cuvei

V=V_I+V_II = 0,077 + 2,423 = 2,5 [m³]                                              (6)

V_II = V_geom - V_I = 2,5 – 0,077 = 2,423 [m³]   (8)

unde:

Fig. 3. Dimensiunile cuvei

unde:

-a - lungimea cuvei [m]

-b - latimea partii superioare [m];

-c - inaltimea partii superioare a cuvei [m];

-d - diametrul melcului [m];

- densitatea rumegusului [kg/m³]

- V_geom, V_I, V_II, V_t-volume de calcul a cuvei [m³];

1.3. Calculul de dimensionare al melcului de alimentare

unde φ – coeficient care tine seama de golurile din masa de material, φ = 00,4

Se adopta φ = 0,2

ψ – coeficient care tine seama de gradul de ocupare al camerei de arborele si spira melcului, ψ = 0,..0,9

Se adopta ψ = 0

k_r – coeficient de reflux, k_r = 00,65

Se adopta k_r = 0

k_ω – coeficient care caracterizeaza miscarea parazita de rotatie, k_ω = 00,3

Se adopta k_ω = 0

n – turatia, n = 260 rot/min

Se adopta n = 30rot/min 0,5 rot/s;

l – pasul spirei, se adopta in functie de diametru: l=(0,5 . .1)D

Se adopta l = 0,6D = 0 30 = 18 mm

Se adopta d = 0 m

Latimea platbandei melcului

b=0,1 0,21=0,021 [m]                                                                 (13)

1. Determinarea putereii necesara pentru a transporta materialul supus presarii de-a lungul camerei de alimentare:

Puterea P, necesara antrenarii melcului:

unde: η - randamentul melcului: η_melc = 0,85

P₁ - puterea necesara rotirii melcului se determina cu relatia:

unde: F – forta de rezistenta a mediului [N]

– viteza periferica a melcilor

– 1 [m/s]

Pentru viteza de rotatie a melcului forta de rezistenta se stabileste cu relatia

unde: – rezistenta totala

Γ₀ – rezistenta initiala

a - constanta

A – proiectia suprafetei melcului perpendicular pe F [N]

pentru rumegus Γ₀ = 68 KN/m²; a

Se adopta KN/m² ; a = 800; A= 0,1 m²

unde: n= 30 rot/min;

1.5. Alegerea motorului electric pentru camera de alimentare

Din STAS 3998 se alege urmatorul tip de motor asincron:

ASI 132S-38-8 cu urmatoarele date:

puterea P = 2,2 Kw; turatia n= 710 rot / min; randamentul η=75%; cosφ = 0,69; G_m= 60 Kg

1.6. Schema hidraulica a celor 3 cilindrii hidraulici:

Fig. : Schema hidraulica: CH₁ – cilindrul hidraulic CH₁; CH₂- cilindrul hidraulic CH₂;

CH₃ - cilindrul hidraulic CH₃; 1 –droser cu supapa de sens; 2 – distribuitor;

3 – popma; 4 – motor electric; 5 – supapa de siguranta; 6 – supapa de sens;

7 – filtru; 8 – rezervor; 9 - schimbator de caldura

Calculul caracteristicilor de presare a cilindrului hidraulic CH₁

1.7.1 Calculul fortei de presare necesara presarii rumegusului

Fig. 5. Schema de calcul a camerei de presare

Pentru cilindru hidraulic 1 – CH₁ dimensiunile camerei de presare sunt urmatoarele:

a = 140 mm = 0,14 m

b = 100 mm = 0 m

L = 1000 mm = 1 m

Forta normala:

unde: p – presiunea; p = 12 MPa = 1210⁶ Pa

A – aria; A = 0,140,1 = 0,014 [m²]                                                                (19)

Sub actiunea acestei apasari apare pe peretele camera de presare o forta de presare care va fi:

unde: f –forta de frecare; f = 0,15

Deplasarea stratului de rumegus analizat catre iesirea din camera de presare este posibila daca se inving rezistentele de deplasare ale tuturor straturilor dispuse inaintea acestuia. Daca se neglijeaza si frecarea cu peretii laterali se poate scrie:

Analizand expresia lui P care este forta de presare se vede ca aceasta are valoare maxima pentru x=0, cand:

(23)

1Kgf = 9,80665N → 144000N = 14683,91 kgf                                                             (24)

P_max reprezinta forta de presare necesara evacuarii rumegusului presat.

Practic P_max = 12.00016.000 Kgf. Nu se admit valori mai mari de 20.000 Kgf

1.7.2. Calculul pierderii de presiune la cursa de inapoiere a pistonului

Pistonul lucreaza in conditii de temperatura si presiune ridicata, fiind supus unor importante solicitari mecanice si termice. In acelasi timp sub efectul presiunii gazelor si a fortelor de inertie, asociate cu dificultatea realizarii unei ungeri lichide, lucrul mecanic de frecare capata valori insemnate determimand o intensa uzura a pistonului si a cilindrului

La retragerea pistonului, rumegusul presat, eliberat de presarea pistonului, datorita elasticitatii se destinde. Pierderea de presiune va avea o variatie liniara. Efortul transversal de comprimare va fi in acest caz:

Pierderea de presiune in acest caz se va prezenta sub forma:

Dar cum: fp_maxp_max/L, rezulta ca:                                                                   (28)

Ecuatia 30 reprezinta repartizarea presiunii in straturile comprimate.Facand x = 0 si x=L, deci la sfarsitul cursei si la inceputul cursei de inapoiere P₂ = 0, deci rumegusul nu mai este presat.

1.7.3. Randamentul procesului de preasare

Se poate exprima prin raportul:

Randamentul maxim corespunde stratului mijociu deci pentru x = 1/2L, cand

Analizand intreaga lungime a camerei de presare:

de unde se poate stabili ca randamentul mediu al procesului de presare va fi:

1.7. Viteza pistonului

unde: c₁ - cursa pistonului (L)

v₁ - viteza pistonului

- durata umplerii propiuzise

1.7.5. Randamentul hidraulic total

unde: - randamentul total

- randamentul umplerii

- randamentul hidraulic

unde: - randamentul cilindrului hidraulic

- randamentul pierderilor de presiune

- randamentul pierderilor de debit

1.7.6. Puterea motorului electric

unde: p – presiunea

v – viteza pistonului

A – aria capului pistonului

1.7.7. Alegerea cilindrului hidrauilic

Din catalogul “Elemente Hidraulice Modernizate” se alege cilindrul cu piston seria usoara cu tija unilaterala cu tiranti cu frane 51-12.

D_piston = 200 mm

D_tija = 65 mm

Numarul de cod: 51-12-63.200.65

1.7.8. Alegerea droselului

Din BALANTA Sibiu se alege drosel tip traseu cu supapa de sens

COD: 81-2.2.1.2.-10.1

1.7.9 Alegerea distribuitorului hidraulic

Din BALANTA Sibiu se alege distribuitorul cu sertar cu comanda electrohidraulica de tip 4/2 cu pozitie neretinuta. COD: Md 32.

COD 64-50.01.8.1- 1.2.25.

1.7.10. Debitul pompei

unde: v - viteza pistonului

D - diametrul pistonului

1.8. Calculul caracteristicilor de presare a cilindrului hidraulic CH₂

1.8.1 Calculul fortei de presare necesara evacuarii rumegusului preset (brichetelor)

Pentru cilindru hidraulic 2 – CH₂ dimensiunile camerei de presare sunt urmatoarele:

a = 212 mm = 0,12 m

b = 64 mm = 0 m

L = 220 mm = 0,22 m

Forta normala:

unde: p – presiunea; p = 11 MPa = 1110⁶ Pa

A – aria; A = 0,120,64 = 0,076 [m²]                                                                     (41)

1.8.2. Viteza pistonului

unde: c₁ - cursa pistonului (L)

v₁ - viteza pistonului

- durata umplerii propiuzise

1.8.3 Puterea motorului electric

unde: p – presiunea

v – viteza pistonului

A – aria capului pistonului

1.8. Alegerea cilindrului hidrauilic

Din catalogul “Elemente Hidraulice Modernizate” se alege cilindrul cu piston seria usoara cu tija unilaterala cu tiranti cu frane 51-12.

D_piston = 80 mm

D_tija = 25 mm

Numarul de cod: 51-12-63.80.25

1.8.5. Alegerea droselului

Din BALANTA Sibiu se alege drosel tip traseu cu supapa de sens

COD: 81-2.2.1.2.-10.1

1.8.6 Alegerea distribuitorului hidraulic

Din BALANTA Sibiu se alege distribuitorul cu sertar cu comanda electrohidraulica de tip 4/2 cu pozitie neretinuta. COD: Md 3

COD 64-50.05.8.1- 1.2.16

1.8.7. Debitul pompei

unde: v - viteza pistonului

D - diametrul pistonului

1.9. Calculul caracteristicilor de presare a cilindrului hidraulic CH₃

1.9.1 Calculul fortei necesara mutarii brichetei in fata jgiabului de evacuare a brichelor

Pentru cilindru hidraulic 2 – CH₂ dimensiunile camerei de presare sunt urmatoarele:

a = 80 mm = 0,08 m

b = 50 mm = 0 m

L = 212 mm = 0,21 m

Forta normala:

unde: p – presiunea; p = 4 MPa = 410⁶ Pa

A – aria; A = 0,080,05 = 0,004 [m²]   

(46)

1.9.2. Viteza pistonului

unde: c₁ - cursa pistonului (L)

v₁ - viteza pistonului

- durata umplerii propiuzise

1.9.3 Puterea motorului electric

unde: p – presiunea

v – viteza pistonului

A – aria capului pistonului

1.9. Alegerea cilindrului hidrauilic

Din catalogul “Elemente Hidraulice Modernizate” se alege cilindrul cu piston seria usoara cu tija unilaterala cu tiranti cu frane 51-12.

D_piston = 63 mm

D_tija = 20 mm

Numarul de cod: 51-12-63.63.20

1.9.5. Alegerea droselului

Din BALANTA Sibiu se alege drosel tip traseu cu supapa de sens

COD: 81-2.2.1.2.-10.1

1.9.6. Alegerea distribuitorului hidraulic

Din BALANTA Sibiu se alege distribuitorul cu sertar cu comanda electrohidraulica de tip 4/3 cu pozitie neretinuta. COD: Md 20.

COD 64-50.08.1- 1.2.25

1.9.7. Debitul pompei

unde: v - viteza pistonului

D - diametrul pistonului

1.10. Alegerea pompei hidraulice

Deoarece cele 3 pistonane sunt independente unul fata de altul se alege popmpa cu debitul cel mai mare.

Pompa aleasa este cu roti dintate si este o electropompa simpla cu ax vertical ce asigura o presiune nominala Pn = 100 [daN/m³] conform catalogului ICPTCM – Bucuresti

Tip: 31-11-100.050

Q_n = 63 l/min;

1.11. Alegerea motorului electric

Deoarece cele 3 pistonane sunt independente unul fata de altul se alege motorul cu puterea cea mai mare:

Din STAS 3998 se alege urmatorul tip de motor asincron:

ASI 132S-38-8 cu urmatoarele date:

puterea P = 15 kW; turatia n= 720 rot / min; randamentul η=856%; cosφ = 0,77; G_m= 181 Kg

1.12. Alegerea supapei de siguranta:

Supapa de siguranta se alege din BALANTA Sibiu: supapa de siguranta normal deschisa

COD: 74-20.3-200-10-1 de tip traseu.

1.13. Alegerea supapei de sens unic:

Supapa de presiune se alege din BALANTA Sibiu: COD: 76-12-200-13.1

1.1 Alegerea filtrului:

Din BALANTA Sibiu: se alege filtrul COD: 91.00

1.15. Calculul volumului rezervorului hidraulic

Rezervorul se va umple cu fluid la 80% din capacitatea sa:

1.16. Alegerea uleiului hidraulic

Uleiul hidraulic este conform STAS 1140 – 80 si este H93P si are urmatoarele conditii de calitate:

Densitatea uleiului la 15^oC max - vascozitate cinematica 20^oC→3,3

50 ^oC→1 . 10,7

100 ^oC→2 . 3,3

vascozitate conventianla - 50 ^oC1,7 . 1,9

punctul de congelare max- 50^oC

puncul e inflamabilitate.140^oC

substante insolubile in solventi organici max.0,005%

activitatea de lucru pe lame de cupru, 3ore la100⁰C

capacitatea de protectie contra ruginii

rezistenta la presiune ridicata

indicele de neutralizare KOH/g 2mg