CERCETĂRI PRIVIND POSIBILITĂȚI DE REDUCERE A ZGOMOTELOR ȘI A VIBRAȚIILOR PRODUSE DE UTILAJELE FOLOSITE ÎN FLUXURILE TEHNOLOGICE DIN BAZINUL DE LIGNIT… [302755]

Doctorat

CERCETĂRI PRIVIND POSIBILITĂȚI DE REDUCERE A ZGOMOTELOR ȘI A VIBRAȚIILOR PRODUSE DE UTILAJELE FOLOSITE ÎN FLUXURILE TEHNOLOGICE DIN BAZINUL DE LIGNIT… [302755]

Byadmin ianuarie 1, 2024

UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

ȘCOALA DOCTORALĂ

TEZĂ DE DOCTORAT

CERCETĂRI PRIVIND POSIBILITĂȚI DE REDUCERE A ZGOMOTELOR ȘI A VIBRAȚIILOR PRODUSE DE UTILAJELE FOLOSITE ÎN FLUXURILE TEHNOLOGICE DIN BAZINUL DE LIGNIT DIN OLTENIA

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Prof.univ.dr.ing. NAN MARIN SILVIU

DOCTORAND: [anonimizat]. STANCI (TATARU) ANDREEA CRISTINA

PETROȘANI

2017

CUPRINS

REZUMAT ROMANĂ

REZUMAT ENGLEZĂ

INTRODUCERE

CAPITOLUL I

PREZENTARE GENERALĂ A BAZINULUI DE LIGNIT DIN OLTENIA

Geneza cărbunelui

Cărbunele este o [anonimizat], format prin carbonizarea (îmbogățirea în carbon în condițiile lipsei oxigenului) resturilor de plante din epocile geologice. Acest proces de formarea a cărbunelui s-a produs cu milioane de ani în urmă prin două procese importante și anume:

fază biochimică care se produce cu ajutorul bacteriilor și ciupercilor care are ca scop transformarea celulozei și a ligninei din plante;

[anonimizat]. Această fază are se realizează la temperaturi și presiuni ridicate.[anonimizat].

Cărbunele a luat naștere din resturi de plante precum feriga uriașă (Pteridopsida sau Polypodiopsida), plante care formau adevărate păduri în urmă cu 400 de milioane de ani. [anonimizat] o serie de procese anaerobe. Prima etapă de formare este cea de turbă.

Cărbunele brun a luat naștere în urma depunerilor de sedimente care a dus la creșterea temperaturii și a presiunii, proces care a dus la favorizarea procesului de incarbonizarea. Presiunea crescută a [anonimizat] a dus la formarea cărbunelui brun. Cu cât presiunea este mai ridicată și pe o [anonimizat].

Compoziția chimică a cărbunelui se poate exprima ca:

[anonimizat] C, H, N, O și S din combinațiile organice;

masă combustibilă care conține și S [anonimizat] – ceea ce nu arde (masa minerală plus umiditatea) este balastul;

[anonimizat], [anonimizat];

masa uscată la aer (masa pentru analiză), [anonimizat], fiind stabilă;

[anonimizat].

Cărbunele în timpul încălzirii degajă gaze numite materii volatile. Cu cât se degajă mai multe gaze volatile cu atât capacitatea de aprindere a cărbunelui este mai mare.

În funcție de tipul cărbunelui format în România acesta se clasifică conform tabelului 1.

Tabelul 1.1 – Clasificarea cărbunilor în Romania:

[anonimizat], [anonimizat], din rocă sedimentară care s-a format prin comprimarea în mod natural a turbei (fig. 1.1).

Fig. 1.1 – Lignitul

Este considerat un cărbune inferior datorită puterii calorice mici pe care o are, 23860 kJ/kg (5700 kcal/kg). Acesta are un conținut de carbon în jur de 60-70 %. Aceasta substanța minerală utilă se găsește aproape în toată lumea și este folosit aproape exclusiv drept combustibil pentru generarea de energie electrică.

Lignitul are o umiditate ridicată. Concentrația de cenușă variază intre 6-19 %, comparativ cu 6-12 % pentru cărbunelui bituminos.

În Europa, lignitul este clasificat după perioada sa de formare:

lignit vechi (lignitul de Provence)

lignit recent (lignit, altul decât cel de Provence)

La nivelul globului există 45 de tari care dețin rezerve de lignit dintre care doar 36 dintre acestea și exploatează.

Rezerva totală de lignit la nivel global în anul 2014 era de 429162 Milioane ST (fig. 1.2).

Fig. 1.2 – Rezerva de lignit la nivel global în anul 2014

Anual se exploatează aproximativ 1199793 mii tone de lignit la nivel global (fig. 1.3).

Fig. 1.3 – Producția de lignit la nivel global în anul 2014

Tabel 1.2 – Rezerva de lignit la nivel global în anul 2014 și cantitățile de lignit exploatate, consumate, iportate și exportate la nivel global în anii 2013 și 2014.

Evoluția exploatărilor de lignit din bazinul de lignit al Olteniei

La nivelul României se exploatează anual aproximativ 26000 mii ST de lignit. Zăcămintele de lignit din Romania se găsesc în bazinul carbonifer al Olteniei.

Prezența zăcământului de cărbune în partea de sud a Romaniei, pe teritoriul Olteniei este cunoscută de foarte mulți ani. Aflorimentele din zonele colinare a Olteniei sau dezvelite pe albia râurilor Jiu, Tismana și Jaleș, și a pârâurilor adiacente. Locuitorii din vecinătatea zăcămintelor, de pe o parte și alta a râurilor de mai sus foloseau lignitul în scopuri casnice.

Prima carieră, de dimensiuni mici, a fost deschisă în albia Jiului la Balta Unchiașului urmând în aval carierele Cicani și Beterega. Din tranșeea de deschidere a celei din urmă s-a realizat spre est o nouă carieră în Dealul Bran, denumită Poiana (Rovinari Est), care exploatează stratele de lignit de sub terasele Jiului și din versantul vestic al Dealului Bran.

Concomitent cu deschiderea carierei Beterega la nord de carierele Balta Unchiașului și Cicani, s-a deschis cariera Gârla, care exploatează lignitul din zona de luncă. Ulterior a avut loc construirea unui baraj de retenție a apelor Jiului pe linia Vârf – Poiana, pentru stăvilirea viiturilor și apărarea carierelor de inundații. De la acesta în aval, râul Jiu a fost mutat pe latura vestică, apoi pe latura estică a luncii, cu ajutorul unui canal până la Cocoreni în sud, în dreptul localității Plopșoru. A urmat deschiderea la vest de Jiu a carierei Tismana, pe valea râului cu același nume care se vărsa în Jiu la Rovinari, și care a fost deviat pe un canal, la nord de baraj.

Deoarece pe axul Runcurel – Timișenii de la vest, prin Rovinari și Poiana, zăcământul se ridică într-o structură anticlinală, în dealurile din vestul Jiului, la sud de cariera Tismana, sa deschis cariera Pinoasa, pe valea cu același nume. Pe flancul sudic al anticlinalului Rovinari s-a deschis în lunca Jiului Unitatea Minieră de Carieră Roșia care s-a extins în vest în bazinul pârâului Temișeni. Pe un al doilea anticlinal care traversează Jiul la Peșteana s-au deschis două cariere de lignit Peșteana Nord și Peșteana Sud, iar în dealurile de vest, în bazinul pârâului Valea cu Apă, cariera Urdari (fig.1.4)

În prezent exploatarea la zi a lignitului are loc în lunca Jiului în carierele: Gârla, Tismana, Peșteana și în carierele din zona colinară: Pinoasa, Roșia de Jiu și Poiana (Rovinari Est).

Fig. 1.4 – Perimetrele carierelor din bazinul minier Rovinari și traseul canalului râului Jiu.

Cadrul fizico – geografic

Bazinul Minier Oltenia se întinde – secvențial – pe trei județe: Mehedinți, Gorj și Vâlcea (de la Dunăre – vest, până în apropierea pârâului Luncavăț – est) (figura 1.5) [39].

Bazinul Carbonifer al Olteniei se regăsește în trei forme majore de relief: Piemontul Getic, Depresiunea Subcarpatică a Olteniei și Podișul Mehedinți (figura 1.6).

Fig. 1.5. – Vedere generală a Bazinului Carbonifere Oltenia

Lignitul se găsește în cantități mari, rezerve care sunt localizate în mai multe regiuni ale țării. Principala regiune este cantonată în Subcarpații Getici (figura 1.6) și de Curbură, precum și în Podișul Getic.

Fig. 1.6 – Podișul Getic

Cele mai importante bazine carbonifere sunt Rovinari-Roșia de Jiu și Motru. În primul bazin carbonifer menționat, exploatarea se face în carieră, la Beterega, Rovinari, Roșia, Cicani, Gârla și Tismana.

Principalele centre din bazinul Motru sunt: Horăști, Lupoaia, Leurda, Ploștina. Celelalte centre de exploatare a lignitului din această regiune sunt: Cucești, Alunu, Albeni (în județul Vâlcea), Berevoiești, Godeni, Poienari, Jugur, Margineanca, Filipeștii de Pădure.

În partea de nord-vest a țării, între văile Crișului Repede și Crasna, se găsește a doua regiune din care se exploatează lignitul. Principalele centre de extracție sunt la: Vărzari, Varviz, Borumlaca, Ip, Sarmasag, Derna.

A treia arie Carboniferă cu exploatări de lignit se află în jurul centrelor de extracție de la Racos, Vârghiș, Căpeni, etc. din Depresiunea Baraolt, dar și la Valea Crișului din Munții Baraolt.

Centre mai mici de exploatare a lignitului se află și în Culoarul Timiș-Cerna, Depresiunea Făgăraș, bazinul Bozovici, etc. [28].

Fluxul tehnologic din Unitățile Miniere de Carieră din Bazinul Carbonifer al Olteniei

În Unitățile Miniere de Carieră din Bazinul Carbonifer al Olteniei, datorită utilajelor care intră în componența lanțului tehnologic, procesul de exploatare se desfășoară în flux continuu.

Fluxul tehnologic continuu, constă în folosirea excavatoarelor cu rotor în combinație cu transportoarele cu bandă de mare capacitate și mașini de haldat.

Datorită faptului că exploatarea la zi pe teritoriul României a început relativ recent, a dus la posibilitate alegerii unor echipamente moderne, și a putut beneficia de experiența dobândită în exploatarea altor bazine din lume.

Fluxul tehnologic al Unitățile Miniere de Carieră din Bazinul Carbonifer al Olteniei are următoarea dotare:

99 excavatoare cu rotor de tip SRs – 2000, EsRc – 1400 și SRs – 1300; EsRv – 470

50 mașini de haldat de tip A2RsB – 12500-95, A2RsB – 6300-95, A2RsB – 6500-90 și A2RsB – 4400-170.

584 transportoarele cu bandă care însumează aproximativ 325 km de diferite capacități (1400 mm, 1800 mm, 2000 mm, 2250 mm, iar cele de 1000-1400-1600 mm sunt folosite în depozitele de cărbune).

33 mașini de deposit.

Tipurile de excavatoare cu rotor utilizate în întregul bazin al Olteniei și principalele caracteristici ale acestora sunt prezentate, în ordinea capacității de excavare, în tabelul 1.3.

Tabelul 1.3. Caracteristicile tehnice principale pentru excavatoarele cu rotor utilizate în bazinele de lignit din Oltenia

CAPITOLUL II

ACTIVITĂȚI ANTROPICE SPECIFICE BAZINULUI DE LIGNIT DIN OLTENIA

Exploatarea la zi se realizează din timpuri foarte vechi. Odată cu evoluția tehnologică din secolul trecut a început exploatarea la zi a substanțelor minerale utile pe scară largă și o dată cu aceasta a crescut și capacitatea de producție. Toate acestea se datorează realizărilor în domeniul construcției utilajelor miniere și a construcțiilor de mașini în general.

Zăcămintele de lignit prezintă mari perspective pentru exploatarea în carieră, în special cele care sunt de mare extindere și apar în strate orizontale.

În Romania datorită performanțelor de natură tehnică care au permis mecanizarea operațiilor miniere, aproximativ 45% din totalul cantității de substanțe minerale utile sunt exploatate prin lucrări de exploatări la zi.

Prin intermediul lucrărilor de exploatare la zi, în prezent se extrag aproape 100% materiale de construcții, 65-70% din cărbune, 75-85% din mineralele nemetalifere și 45-50% din mineralele de metale colorate.

Carierele din bazinele Rovinari, Jilț și Motru pentru cărbune, Sănduleșli, Lespezi, Cuciulat, Chișcădaga pentru calcar, Roșia Montană, Roșia Poieni și Moldova Nouă pentru minereuri cuprifere și altele, datorită utilajelor utilizate acestea sunt organizate la capacități mari de producție.

În fluxurile tehnologice de carieră se utilizează sute de tipuri de utilaje moderne care sunt utilizate în fronturile de exploatare, la transport, în halde sau în depozitele de substanțe minerale utile. Aceste utilaje din punct de vedere constructiv nu se deosebesc esențial unele față de altele decât ca parametri tehnico-funcționali și ca utilitate în fluxul tehnologic.

Utilajele de excavat au în componență organul de tăiere (roata cu cupe sau lanțul cu cupe) ca subansamblu specific, toate celelalte părți componente (mecanisme de deplasare, de ridicare, de pivotare și transportoare cu bandă) sunt comune aproape tuturor utilajelor folosite în carierele de exploatare la zi.

Utilajele de carieră împreună cu excavatoarele cu rotor sunt mașini de lucru constituite din circa 50% construcții metalice pe care sunt montate echipamentele specifice de lucru. Aceste utilaje pentru a realiza scopul pentru care au fost construite trebuie să fi adaptate unor cerințe foarte variate de lucru dar și să satisfacă o serie de condiții specifice. Utilajele de carieră trebuie să fie deplasabile, să asigure tăierea rocilor cu o rază mare de acțiune, să realizeze la tăiere unghiuri de taluz impuse la înălțimi cât mai mari de front, să asigure transportul materialului excavat pe o anumită distanță și să-l încarce pe transportoare sau pe mijloace de transport discontinue. Aceste utilaje trebuie să reziste la condiții de lucru grele ca: temperaturi cuprinse între -40°C până la 45°C, vânt cu viteze mari și chiar unele evenimente anormale dar posibile în timpul exploatării. Forțele de tăiere relativ mari la excavatoare ridică probleme de echilibru și stabilitate.

Prin capacitățile puse în funcțiune și prin productivității ridicate, producția de cărbune din carieră este semnificativ mai mare în comparație cu exploatarea subterană.

Fluxurile tehnologice din carierele de lignit din România sunt dotate cu excavatoare cu rotor, benzi transportoare, mașini de haldat, utilaje de depozitat și complementare, care pot asigura o capacitate orară teoretică de 200 000 m3/h, respectiv de transport și de haldare de 300 000 m3/h.

Sistemul de transport din exploatările la zi asigură deplasarea lignitului la consumatori și a sterilului la halde, cu ajutorul transportoarelor cu bandă sau cu vagoane de cale ferată.

Un sistem de exploatare se caracterizează prin:

tipul utilajelor care întră în componența fluxului tehnologic (utilaje pentru extragere, transport și depunere);

felul de funcționare (discontinuu sau continuu);

modul de organizare al lucrărilor: fluxuri tehnologice, care reprezintă diferite combinații de utilaje de excavare, cu mijloace de transport și depozitare;

activitatea practică desfășurată constă în lucrări miniere la zi de excavare, transport și depozitare a masei miniere;

scopul urmărit este extragerea substanței minerale utile.

Caracteristicile utilajelor componente ale fluxurilor tehnologice din exploatările miniere la zi în raport cu continuitatea în exploatare a acestora alcătuiesc un sistem de exploatare: continuu, discontinuu sau combinat.

Sistemele de exploatare continue sunt cele mai răspândite în carierele de lignit, fazele procesului tehnologic desfășurându-se într-o succesiune normală, utilajele componente fiind corelate din punct de vedere al capacității de excavare-transport-haldare-depozitare. În cadrul acestor sisteme de exploatare cu acțiune continuă se pot regăsi excavatoare cu roata, transportoare cu bandă de mare capacitate, mașini de haldat și utilaje de depozit. Dispunerea utilajelor principale în cadrul fluxului tehnologic din cariere se face pe baza studiilor tehnice, care în funcție de parametrii geologa-minieri ai fiecărui perimetru determină: tipul, locul și modul de lucru. Fazele procesului tehnologic se desfășoară într-o succesiune normală, iar utilajele sunt corelate din punct de vedere al capacităților de excavare și adecvate condițiilor de zăcământ.

Pentru ca un sistem de exploatare să fie funcțional el trebuie analizat în raport cu procesele tehnologice de bază:

descopertarea lignitului/utilului;

extragerea substanței minerale utile.

Sistemul de exploatare trebuie să cuprindă toate fazele procesului tehnologic: dislocarea/afânarea, excavarea, încărcarea, transportul și depozitarea maselor miniere.

Mobilitatea, în raport cu fronturile de lucru, poate conduce la clasificarea sistemelor de exploatare astfel: mobile, cu mobilitate în toate direcțiile; semimobile, cu mobilitate limitată.

Activitatea de extragere este orientată pentru aplicarea celor mai economice sisteme, înregistrându-se generalizarea celor continue cu toate avantajele pe care le au în utilizarea timpului de lucru și al personalului, precum și pentru realizarea unor capacități mari de producție.

Fluxurile tehnologice de transport din exploatările la zi sunt echipate în general cu transportoare cu bandă de mare capacitate, componente ale sistemelor de exploatare cu acțiune continuă.

Transportorul cu bandă de mare capacitate face parte din sistemul de transport cu funcționare în flux continuu, fiind cel mai important și răspândit mijloc de transport, care este generalizat în carierele de cărbune datorită debitelor mari de masă minieră ce pot fi realizate și a compensării denivelărilor. Sistemul de transport care utilizează transportoare de mare capacitate permite realizarea procesului de producție în mod continuu, cu toate că în timpul desfășurării procesului de transport atât punctele de încărcare (fronturile de excavare) cât și cele de depunere/deversare în depozitele de steril sau cărbune sunt într-o perpetuă mișcare.

Debitul de transport trebuie să fie corelat cu capacitatea utilajului conducător, în așa fel încât în fronturile de lucru utilajele de excavare/depunere să funcționează continuu iar lungimea de transport să fie dimensionată optim.

Datorită faptului că în Romania exploatarea la zi a început relativ recent a creat posibilitatea alegerii unor sistem de exploatare și echipamentele moderne și a putut beneficia de experiența altor bazine miniere de pe plan mondial

Exploatarea la zi este astăzi în continuă dezvoltare în toată lumea. Caracteristicile de bază actuale ale exploatărilor la zi sunt:

utilizarea unor metode modeme cu eficiență în exploatare;

mecanizarea complexă a procesului de producție cu folosirea unor utilaje adecvate de mare capacitate;

planificarea organizării judicioase a lucrărilor.

Exploatarea la zi prezintă o serie de avantaje comparativ cu exploatarea subterană și anume:

mecanizarea integrală a procesului;

obținerea unor producții și productivități mult mai mari comparativ cu exploatarea subterană;

costul utilului este mult mai scăzut decât la exploatarea în subteran;

pierderile de exploatare sunt de aproximativ trei ori mai mici decât la exploatarea subterană;

exploatarea la zi oferă condiții mai bune de lucru, respectiv de securitate a muncii decât în exploatarea subterană;

intrarea în producție a carierelor se face într-un timp mult mai scurt decât a minelor.

Dintre metodele de exploatare ce sunt posibile a fi aplicate unui zăcământ trebuie aleasă acea metodă care să asigure producții și productivități ridicate, pierderi minime de substanțe minerale utile și condiții cât mai bune de securitate a muncii.

De metoda de exploatare aplicată vor depinde utilajele tehnologice din flux, dimensiunile carierei, numărul treptelor și elementele geometrice ale carierelor, precum și indicatorii tehnico- economici.

Metodele de exploatare se clasifică, după modul de transport al sterilului în halde, în următoarele patru clase după cum urmează:

metode de exploatare cu depunere directă a sterilului în halde;

metode de exploatare cu transbordarea rocilor sterile în halde;

metode de exploatare cu transportul rocilor sterile în halde;

metode de exploatare combinate.

Din grupa metodelor de exploatare combinate în carierele de lignit din Oltenia se folosesc următoarele metode de exploatare:

metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halda interioară și depozitarea parțială în halda interioară;

metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halde exterioare și depozitarea parțială în halde interioare;

metoda de exploatare cu transportul unei părți din steril la halde exterioare, a celei de-a doua părți la halde interioare și depozitarea directă în halda interioară a celei de-a treia părți;

metoda de exploatare cu transportul unei părți din steril la halde exterioare, a celei de-a doua părți la halde interioare și transbordarea parțială în halde interioare a celei de-a treia părți din descopertă.

Lucrări de deschidere și pregătire a zăcământului

Deschiderea zăcământului se realizează prin săparea tranșeelor principale și a tranșeelor de acces, care fac legătura între zăcământ și suprafață. Aceste tranșee constituie frontul inițial la excavarea treptelor.

Decopertarea reprezintă operațiunea prin care rocilor sterile care acoperă substanța minerală utilă sunt îndepărtate. Lucrările de decopertare sunt considerate lucrări de pregătire.

Lucrările de exploatare reprezintă extragerea substanței minerale utile din zăcământ și formează, ultima fază în exploatarea la zi a zăcămintelor.

Lucrările auxiliare sunt lucrările de decapare preliminare a formelor pozitive de relief din perimetrul exploatării la zi, alinierea taluzelor, nivelarea bermelor, treptelor etc. Lucrările de nivelare se fac prin excavări în berme când înălțimea treptei depășește pe cea maximă în funcție de parametrii excavatorului. Lucrările de curățare a feliei sau stratului de rocă sterilă cu grosimea de 0,5 – 1,5 m ce se lasă neextrasă în mod voit la decopertare în scopul evitării degradărilor substanței minerale utile sunt considerate de asemenea lucrări auxiliare.

Operațiunile în carieră încep prin lucrări de asecare, dezvelire, și abataj la începutul exploatării, ulterior aceste lucrări de desfășoară în paralel astfel în cât să existe o decalare de spațiu suficientă pentru buna desfășurare a lucrărilor.

Alegerea metodei folosită la deschiderea zăcămintelor ce urmează a fi exploatat prin lucrări miniere la zi depinde de următorii factori:

relieful zonelor unde urmează a fi amplasate carierele

volumul lucrărilor de deschidere

felul transportului sterilului și al substanței minerale utile;

condițiile geologice și hidrogeologice (acestea impun modul de amplasare a tranșeei de deschidere în zona formată din roci cu caracteristici fizico-mecanice superioare și cu presiuni hidrostatice reduse; la carierele situate în apropierea râurilor, tranșeea se execută de obicei paralel cu albia lor, pentru a se putea intercepta mai ușor prin lucrările de drenaj, afluxul de apă din acestea);

proprietățile fizico-mecanice ale rocilor acoperitoare și înconjurătoare ca tărie, fisurare, coeziune, stabilitate etc.

influențează parametrii constructivi ai treptelor și tehnologia de decopertare

Dimensiunea și configurația exploatării la zi este determinată de condiții de zăcământ, rezerve și caracteristici geometrice — amplasarea lucrărilor principale de deschidere se face în funcție de amplasarea construcțiilor de la suprafață.

Principala lucrare minieră de deschidere a zăcămintelor utilizarâtă în carieră este tranșeea principală sau capitală, aceasta determinând poziția tranșeelor de pregătire, fronturile de lucru și direcția de înaintare a acestora.

În funcție de amplasarea tranșeelor principale se stabilește și modul de prezentare a zăcământului, lungimea de transport, raza minimă a curbelor, legătura cu rețeaua de transport exterioară, racordurile cu fronturile de lucru etc.

Lucrări de exploatare în carieră

Metodele de exploatare la zi cuprind ansamblul operațiilor miniere de dezvelire și de extracție a substanței minerale utile, necesare asigurării producției planificate. Metodele de exploatare la zi cuprind ca procese principale de producție : extragerea, încărcarea masei sterile și a substanței minerale, transportul și descărcarea acestora. Nota caracteristică a metodelor de exploatare folosite în lucrările la zi este modul de executare a lucrărilor de decopertare.

Lucrările de exploatare din Unitățile Miniere de Carieră din Bazinul de Lignit al Olteniei se realizează cu ajutorul următoarelor modele de excavatoare cu rotor: SRs – 2000 (figura. 2.1), EsRc – 1400 și SRs – 1300; EsRv – 470; SRG 1065.

Fig. 2.1 – Excavator cu rotor de tip SRs – 2000

Excavatoare utilizate în carierele la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei

Excavatoarele cu rotor folosite în carierele la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei au în componență următoarele elemente:

excavator cu roata cu cupe propriu zis;

cărucior de încărcare;

instalația de benzi transport material;

instalația de aer comprimat;

instalația electrica.

Excavatoarele pot lucra succesiv pe trei nivele, ceea ce permite ca exploatarea să se poată realiza pe un front de pană la 57 m în timp ce banda de front iși păstrează poziția.

Pentru a menține stabilitatea utilajului, trebuie să se mențină înclinația de lucru maximă admisibilă a platformei de vehiculare în timpul lucrului și în timpul marșului.

La viteze ale vântului care depășesc 20 m/s utilajele trebuie scoase din funcțiune, iar deplasarea acestora este interzisă. Utilajul va fi orientat cu brațul în direcția vântului pentru a reduce la minimum presiunea vântului pe utilaj. Benzile transportoare trebuie să fie golite de material. Excavatoarele sunt dotate cu anemometre care pot comanda decuplarea alimentării cu energie electrică la viteze ale vântului mai mari de 20 m/s.

Excavatoarele au în componență următoarele elemente: mecanism de deplasare pe șenile, mecanism de rotire, mecanism roată port cupe, mecanism de ridicare a elindei, mecanism de acționare a cabinei de comandă, mecanism de deplasare macara de montaj, macara rotitoare, mecanism de ridicare și translație cărucior, lagăre și articulații, articulație cu bolțuri, cablu de ridicare braț roată port cupe, cablu de ancorare, ghidaj cu role pentru scara glisanta, electropalan cu doua viteze de ridicare și frâna de translație, tambur de cablu de alimentare, tambur cablu de comandă, limitatori de cursă, construcție metalică (figura 2.2).

Fig. 2.2 –Excavator de tip EsRc – 1400

Excavatoarele sunt destinate pentru exploatarea în carierele de steril și cărbune pentru tăierea tangențială și în adâncime, preluarea și transferul materialului excavat.

Lucrări de transport al cărbunelui și haldare a sterilului

Transportul în lucrările la zi prezintă o problemă fundamentală, datorită volumul mare de masă sterilă și substanță minerală utilă ce rezultă din exploatarea în carieră. Aproximativ 40-50% din cheltuielile de producție sunt reprezentate de cheltuielile pentru realizarea transportului în carieră. Personalul care se ocupă de realizarea transportului și haldare reprezintă aproximativ 45% din totalul angajaților dintr-o carieră.

Caracteristicile transportului în carieră constau în faptul că fronturile de lucru, punctele de încărcare și descărcare își schimbă mereu poziția. Capacitatea de transport trebuie corelată cu capacitatea utilajelor de extracție în așa fel, încât în fronturile de lucru utilajele să funcționeze continuu.

După natura mijloacelor de transport ce se pot folosi, se deosebește:

transportul pe cale ferată;

transportul cu transportoare cu bandă;

transportul cu autocamioane;

transportul hidromecanizat;

transportul cu funiculare [10].

Transportul cu transportoare cu bandă

Transportoarele cu bandă sunt utilizate pentru transportul pe orizontală sau pe direcție înclinată fată de orizontală cu un unghi care să nu depășească 25o, atât a sarcinilor vărsate cât și a sarcinilor în bucăți. Traseul transportoarelor cu bandă poate fi combinat, fiind format din zone orizontale și zone înclinate, unite între ele cu zone curbe.

Ținând seama de rezistența benzilor, transportoarele cu bandă au lungimea maximă de 300m. În cazul în care transportul se realizează pe distanțe mai mari se utilizează o instalație de transport compusă din mai multe transportoare care se alimentează în serie. În cazul transportoarelor cu bandă înclinate, unghiul de înclinare al benzii se calculează în funcție de proprietățile sarcinilor transportate, unghiul de frecare al materialului transportat cu banda, mărimea unghiului de taluz natural, viteza de transport și modul de alimentare al transportului.

În funcție de caracteristicile constructive și funcționale, transportoarele cu bandă se pot clasifica astfel:

staționare lățimea benzii [mm]: 400; 500; 600; 650; 750; 800; 900; 1000; 1100; 1200

mobile lățimea benzii [mm]: 400; 500; lungimea benzii [m]: 5; 10; 15

lățimea benzii 500 mm; lungimea benzii [m]: 7

Construcția transportoarelor cu bandă

Subansamblele principale ale unui transportor cu bandă din punct de vedere constructiv sunt:

stație de acționare pe șenile;

tronson racord suspendat;

stație de întoarcere ripabilă;

cărucior cu masă de preluare;

elemente de traseu;

casă electrică.

Schema de principiu a unui transportor cu bandă este prezentată în figura 2.3.

Transportorul cu bandă este compus din banda fără sfârșit 3 ce se înfășoară peste toba de acționare 2 și toba de întindere 7. Banda este susținută de rolele superioare 4 și inferioare 14, montate în suporți pe construcția metalică 5 și 16. Încărcarea benzii se realizează prin pâlnia 6, în dreptul tobei de întindere. Descărcarea benzii se realizează în dreptul tobei de acționare, materialul ajungând în buncărul 1, sau se poate realiza în orice punct pe lungimea transportorului cu ajutorul unui dispozitiv de descărcare mobil.

Fig. 2.3 – Schema de principiu a unui transportor staționar cu bandă

Pentru asigurarea aderenței necesare între bandă și tobă, precum și pentru asigurarea unui mers liniștit al transportorului se utilizează dispozitivul de întindere al benzii cu greutate. Toba 7 este montată pe căruciorul 8 ce se poate deplasa în lungul șinei 12. De căruciorul 8 este fixat cablul 9, care este trecut peste un grup de role 10, la extremitatea cablului fiind montată greutatea 11, sub acțiunea căreia se realizează întinderea benzii. Organele de mai sus sunt montate pe o construcție metalică de susținere, fixată pe locul de utilizare prin șuruburi de ancorare.

Antrenarea tobei de acționare se realizează cu ajutorul unui grup motor 15, cuplaj 17, reductor 18, transmiterea mișcării de la tobă la bandă realizându-se ca urmare a frecării dintre bandă și tobă.

În funcție de lățimea sa, banda se poate sprijini în partea încărcată, pe un singur rând de role, banda având forma plată (fig. 2.3 a) sau pe două sau trei rânduri de role, banda având formă de jgheab (fig.2.3 b și c). Unghiul de înclinare al axelor rolelor γ_1=15°-30°.

Pe partea inferioară neîncărcată banda se sprijină pe un singur rând de role (fig.2.3 a).

Capacitatea portantă a benzii transportoare depinde de unghiul de înfășurare al acesteia pe toba de acționare, acesta variind între 180-480o, în funcție de numărul tobelor de acționare sau a rolelor de abatere (fig.2.4.).

Fig. 2.4 Variante de montaj ale benzii pe toba de acționare

În figura 2.5 sunt prezentate diferite variante constructive ale transportoarelor cu bandă, astfel:

a) transportor cu bandă orizontală cu puncte de alimentare și descărcare fixe;

b) transportor înclinat cu puncte de alimentare și descărcare fixe;

c) și d) transportor cu traseu combinat cu montaje diferite a sistemului de întindere cu greutate, cu punte de alimentare și descărcare fixe.

Fig. 2.5 Trasee ale transportoarelor cu bandă

1 – tobă de acționare; 2 – tobă de întindere; 3 – pâlnie alimentare; 4 – greutate; 5 – sistem de întindere cu șurub; 6 – rolă de ghidare cablu; 7 – role de abatere bandă; 8 – rolă (tobă) de întoarcere; 9 – planul sistemului de întindere cu greutate.

Transportoarele cu bandă folosite în Bazinul de Lignit al Olteniei

În carierele de Bazinul de lignit al Oltenia, transportul materialului sterilului și a substanțelor minerale utile se realizează cu transportoare cu bandă. Transportul realizat cu transportoare cu bandă face parte din fluxul tehnologi continuu al carierelor și prezintă o serie de avantaje. Avantajele utilizării transportoarelor cu bandă în carierele din Bazinul de Lignit al Olteniei sunt: transport continuu, debite mari și foarte mari, pante ale terenului de 18-19 grade (iar în cazul transportoarelor speciale, panta poate atinge 35-40 grade).

Fig. 2.6 – transportoare cu bandă nestaționare

Lățimea transportoarelor cu bandă folosite în Oltenia este cuprinsă între 1000-2250 mm și viteze de 4,19-6,15 m/s, iar capacitatea de transport variază între 2500-12500 m3/h.

Lungimea totală a transportoarelor cu bandă folosite în carierele de lignit din C.N.L. Oltenia depășește 320 km. (fig. 2.6)

Haldarea rocilor sterile

Haldarea sterilului reprezintă activitatea de depozitare a rocilor sterile rezultate din procesul de decopertare în interiorul carierei, în zona deja exploatată, formând halde interioare sau în exteriorul acesteia formând halde exterioare.

Haldarea interioară se folosește în cazul zăcămintele orizontale sau cu înclinare mică, iar cea exterioară în perioada de deschidere și pregătire a zăcămintelor cu înclinare mică la începerea exploatării în carieră. În cazul zăcămintelor cu înclinare mare sau volum mare de decopertă pe toată durata de exploatare haldarea se realizează în halde exterioare.

În cazul haldelor interioare acestea sunt mai economice, mai productive și mai simple din punct de vedere organizatoric decât haldele exterioare.

Lucrările pentru formarea haldelor interioare sau exterioare sunt complet mecanizate. Utilajele folosite la realizarea haldelor sunt plugurile de haldă, buldozerele, excavatoarele cu cupe multiple, transbordoarele cu braț în console, excavatoarele tip lopată mecanică și dragline.

Transbordoarele cu braț în console sunt folosite pentru construirea haldelor în extensie lateral. Pentru construirea haldelor în extensie vertical sunt folosite excavatoarele tip lopată mecanică, draglinele și transbordoarele cu braț în consolă.

Alegerea modului de haldare se face în funcție de proprietățile fizico-mecanice ale rocilor ce urmează a fi haldate, relieful suprafeței terenului unde se face depunerea, productivitatea carierei la decopertă și felul utilajului folosit la decopertare.

Pentru asigurarea unor bune condiții de siguranță procesului tehnologic trebuie să se asigure o bună stabilitate a haldelor.

Pentru asigurarea stabilității haldelor trebuie să se respecte parametri geometrici constructivi proiectați pentru construcția treptelor de haldă și respectarea tehnologiei de haldare.

Haldarea în carierele din Bazinul de lignit al Olteniei

Depunerea materialului steril în halde formate la exploatarea în carieră din Bazinul de Lignit al Olteniei se realizează cu mașini și instalații de haldat cu debite de, 4400, 6300, 6500 și 12500 m3/h și cu lungimea brațului de deversare de 60, 90, 95, 120 și 170 m. Mașinile de haldat folosite au capacitatea de a depune sterilul în doua trepte: o treaptă înaintașă și o supratreaptă.

Treptele de halda se execută prin extensie laterală și prin ridicare în înălțime, în mod succesiv, sub forma de fâșii paralele sau în evantai Înălțimea haldelor de steril construite în carierele din Oltenia depinde de caracteristicile de rezistență ale materialului depozitat.

În figura 2.7 este prezentată schema constructivă a unei mașini de haldat de tip A2RsB 12500×95, având o capacitate teoretică de transport de 12500 m3/h și o lungime a brațului de depunere de 95 m.

Figura 2.7 – Mașina de haldat de tip A2RsB 12500×95

Mașina de haldat are în componență:

mecanism de deplasare pe senile

mecanism de rotire

mecanism de acționare a brațului de depunere

conducerea cablului

cabluri de ancorare braț contragreutate

cabluri de ancorare braț depunere

lagăre la articulații

macara cu braț rotitor de 5 tf

cărucior de sprijin

susținători cablu

tambur cablu de alimentare cu energie electrică

limitatori de cursă

instalație de aer comprimat

instalație de ungere centralizată a parții superioare

construcție metalică: șasiul de baza, platformă, turn cu stâlp, braț de echilibrare, braț de depunere, braț de alimentare

instalație de benzi

instalație electrică

calareț de bandă

Lucrări de reamenajare și redare în circuitul natural a haldelor de steril

Haldele se steril formate în urma exploatării substanțelor minerale utile din exploatările la zi trebuie reamenajate și redate în circuitul natural după finalizarea procesului de depunere.

Lucrările de reamenajare a haldelor de steril din Unitățile Miniere de Cariera din Bazinul de Lignital Olteniei sunt:

nivelarea suprafețelor haldate;

depunerea solului vegetal pe suprafețele haldate;

ameliorarea terenurilor de pe halde;

recultivare.

Nivelarea haldelor de steril se face dinspre limita haldei spre utilajul de depunere. Nivelarea suprafețelor haldate este necesară pentru a crea condițiile necesare regenerării fertilității solului și culturii plantelor. Nivelarea se realizează cu ajutorul buldozerelor de diferite tipuri și dimensiuni.

În cazul redării în circuitul agricol se recomandă ca nivelarea să se realizeze la 2-3 ani după depunerea sterilului în haldă, pentru a avea timp materialul să se taseze natural.

Lucrările de nivelare a terenului se realizează longitudinal, dar în unele cazuri și transversal.

Depunerea solului vegetal pe suprafața haldei se realizează în flux independent de cel al carierei.

Pentru realizarea procesului de depunerea a solului vegetal pe haldele de steril se pot utiliza transportoare cu bandă, excavator cu rotor, transbordor cu braț în consolă, autovehicule și buldozere. În condiții favorabile se poate folosi și o tehnică diferită de cea mecanică și anume extragerea, transportul și depunerea hidraulică a solului vegetal.

Solul vegetal este depus în straturi de 40 – 50 cm grosime cu unul din utilajele aflate în dotare, pe întreaga suprafață a haldei. După depunere se face nivelare cu buldozere și apoi scarificare, cel puțin odată, după doua direcții perpendiculare, pentru a îndepărta bolovănișul sau alte corpuri străine. După depunerea solului vegetal pe întreaga suprafață se execută drenuri de apă.

Ameliorarea terenurilor se face în scopul îmbunătățirii calității acestora. Ameliorarea terenurilor se poate face cu calciu, cenușă de cărbune sau fenoli conținuți în apele industriale.

Recultivarea este o soluții de redare în circuitul economic a suprafețelor de teren degradate în urma exploatărilor miniere la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei.

CAPITOLUL III

CONSIDERAȚII GENERALE ALE GENERĂRII VIBRAȚIILOR ȘI CARACTERISTICILE ACESTORA

Vibrațiile sunt fenomene dinamice care pot fi întâlnite la toate activitățile zilnice și tot ceea ce ne înconjoară. Sunt întâlnite vibrații la bătăile inimii, activități sportive, plimbări, legănatul copacilor, trepidațiile clădirilor la cutremure, instrumente muzicale, mașini și utilaje utilizate în industrie, etc..

Vibrațiile reprezintă mișcări nedorite care produc zgomote sau solicitări mecanice mari. Vibrațiile au efecte negative asupra mediului înconjurător, oamenilor, mașinilor și clădirilor.

Definim vibrația ca o mișcare periodică a unui corp sau a particulelor unui mediu, efectuată în jurul unei poziții de echilibru.

Oscilația este variația periodică în timp a valorilor unei mărimi care caracterizează un sistem fizic, însoțită de o transformare a energiei dintr-o formă în alta. [Dicționarului explicativ al limbii române (DEX–1998)]

Vibrațiile sunt oscilații ale unui sistem elastic. Ele reprezintă mișcări ale sistemelor mecanice datorite unei forțe de readucere elastice, astfel o coardă vibrează, în timp ce un pendul oscilează. Pot vibra toate corpurile care au o masa și elasticitate.

Conform principiului metodei lui Rayleigh, într-un sistem conservativ, în care disipare de energie lipsește, energia mecanică totală este constantă. În poziția de amplitudine maximă a deplasării, viteza instantanee este zero, sistemul are numai energie potențială. În poziția de echilibru static, energia de deformație este nulă iar sistemul are numai energie cinetică. Energia cinetică maximă este egală cu energia de deformație maximă. Egalând cele două energii se poate calcula frecvența proprie fundamentală de vibrație.

Sistemele vibratoare sunt supuse amortizării datorită pierderii de energie prin disipare sau radiație. Amortizarea produce descreșterea amplitudinii vibrațiilor libere, defazajul între excitație și răspuns, precum și limitarea amplitudinii răspunsului forțat al sistemelor vibratoare.

Producerea vibratiilor

Pentru a putea controla nivelul vibrațiilor trebuie să se cunoască frecvența și amplitudinea acestora. Aceste elemente au efecte negative asupra bunei funcționări a mașinilor și utilajelor afectând gradul de uzură și precizia de lucru.

Depășirea limitelor maxime admisibile ale vibrațiilor are influențe negative asupra sănătății umane. Ele pot duce la reducerea productivității muncii dar și la anumite afecțiuni de natură medicală precum leziuni ale unor părți ale organismului, durere, etc.

Vibrațiile care sunt produse de mașini și utilaje în timpul funcționării sunt datorate mai multor cause precum natura procesului tehnologic, principiul de funcționare și modul de acționare al acesteia, erorile de execuție și montaj uzura etc.

În cazul în care vibrațiile provin de la natra procesului tehnologic, vibrațiile pot fi reduse prin uniformizarea funcționării și prin utilizarea unor izolări active care să ajute la evitarea transmiterii vibrațiilor către alte echipamente sau către construcțiile învecinate zonei de lucru.

Principiul de funcționare produce apariția vibrațiilor la mașinile cu mișcare alternativă cum ar fi motoare, pompe cu piston, etc. Cauza apariției vibrațiilor este dată de forțele periodice care apar în timpul funcționării. Aceste vibrații pot fi diminuate prin construcția adecvată a acestor tipuri de mașini.

O altă sursă de vibrații este reprezentată de erorile de execuție și montaj, mai ales la mașinile cu mișcare de rotație precum turbinele sau motoarele. Reducerea acestor vibrații se poate realiza prin construcția și echilibrarea statică și dinamică.

Vibrațiile produse de către mașini și utilaje în timpul funcționării pot fi diminuate prin proiectarea și construcția adecvată a acestora. Restul vibrațiilor care nu pot fi evitate prin aceste metode pot fi diminuate prin folosirea unor izolatori antivibratori adecvați.

Vibrațiile produse de mașini și utilaje pe perioada de funcționare a acestora se transmit sub formă de unde elastice, prin intermediul unor legături.

Pentru reducerea transmiterii vibrațiilor, legăturile dintre mașină și elementele cu care aceasta vine în contact trebuie să fie cât mai puțin rigide.

Propagarea prin sol a vibrațiilor produse de mașină poate fi diminuată semnificativ dacă:

fundația mainii este separată de fundația clădirii;

fundația se izolează față de sol

pânza freatică, care eventual s-ar găsi sub fundație, este situată la o adâncime suficient de mare (pentru a nu crea un mediu favorabil transmiterii vibrațiilor).

Reducerea vibrațiilor se poate realiza pe baza unor principii de izolare și amortizarea a acestora.

Mașinile și utilajele realizează, în cele mai multe cazuri, mișcări vibratorii cu mai multe grade de libertate (translații și rotații).

(Gheorghe Ene Cristian Pavel, Introducere în tehnica izolării vibrațiilor și a zgomotului, Editura Matrix Rom, Bucuresti, 2012)

Caracteristicile vibrațiilor

Un sistem material scos din poziția de echilibru prin aplicarea sau suprimarea unei forțe începe să se miște. Mișcarea sistemului poate fi continuă (fig.3.1.a) sau discontinuă (fig.3.1.b), aperiodică (fig.3.1.c) sau periodică (fig.3.1.d). Există numeroase situații în care mișcarea sistemului material are un caracter imprevizibil. Aceste tipuri de mișcări se numesc aleatoare (fig.3.1.e).

Fig. 3.1. Diferite tipuri de mișcări ale sistemelor material

Dacă mișcarea sistemului fată de starea de referință este alternativă, se numește vibrație sau oscilație. Mișcările vibratorii pot fi periodice sau aperiodice.

Un sistem material sau un corp execută o mișcare periodică atunci când trece prin aceleași poziții după un același timp minim, numit perioadă (fig.3.2.).

Matematic, o mișcare periodică poate fi exprimată sub forma:

(3.1)

Cel mai simplu tip de mișcare vibratorie periodică este mișcarea armonică, în care deplasarea se exprimă printr-o funcție trigonometrică de forma:

(3.2)

în care: x – elongație;

a – amplitudine, elongația maximă;

ω – pulsația vibrației;

θ – faza la originea timpului.

Fig.3.2. Mișcarea periodică a unui sistem material

Corpul care execută mișcarea descrisă de ecuația anterioară trece periodic prin aceleași poziții. Mișcarea efectuată de corp între două treceri succesive printr-o poziție precizată, venind din același sens, se numește ciclu.

Perioada T se mai poate defini ca durata unui ciclu și este legată de pulsație prin relația:

(3.3)

Inversul perioadei este frecvența, măsurată în hertzi (perioade/s).

(3.4)

Viteza și accelerația mișcării armonice este:

(3.5)

(3.6)

În aceste relații aω este amplitudinea vitezei și aω2 amplitudinea accelerației mișcării. Reprezentarea grafică a deplasării, vitezei și accelerației pentru o mișcare armonică este dată în figura 3.3.

Fig. 3.3. Reprezentarea grafică a deplasării, vitezei și a accelerației în cazul vibrațiilor

În practica măsurării vibrațiilor se utilizează frecvent valoarea medie pătratică a amplitudinii xRMS (root mean square) definită cu relația (fig.3.4.):

(3.7)

Această valoare este uzual folosită deoarece în cazul sistemelor liniare este direct proporțională cu energia sistemului.

O altă mărime caracteristică este:

(3.8)

Valoarea de vârf xvârf este valoarea maximă a elongației. Pentru o sinusoidă, relațiile dintre aceste mărimi sunt:

(3.9)

unde Ff este “factorul de formă”, iar Fc este “factorul de vârf” sau “factorul de crestă” și se definesc cu relațiile:

(3.10)

Fig.3.4. Valoarea medie pătratică, medie și de vârf a amplitudinii în cazul vibrațiilor armonice

În cazul vibrațiilor armonice acești factori au valorile:

(3.11)

(Darabont A., IorgaI., Ciodaru M. – Măsurarea zgomotului și vibrațiilor în tehnică, Editure Tehnică, București (1983))

. Mișcări vibratorii

Vibrațiile, în funcție de cauza care produce sau susține mișcarea se pot clasifica astfel:

a) vibrații libere, produse de un impact sau o deplasare inițială;

b) vibrații forțate, produse de forțe exterioare sau excitații cinematice;

c) vibrații parametrice – datorite variației, produse de o cauză externă, a unui parametru al sistemului;

d) vibrații autoexcitate – produse de un mecanism inerent în sistem, prin conversia unei energii obținute de la o sursă de energie constantă în timp.

Un sistem elastic scos din poziția de echilibru stabil, apoi lăsat liber, efectuează vibrații libere. În prezența unor forțe de frecare, energia mecanică este disipată, iar vibrația este amortizată după un număr oarecare de cicluri.

Frecvențele vibrațiilor libere depind de masa, rigiditatea și amortizarea din sistem, fiind independente de condițiile inițiale ale mișcării sau de forțe exterioare sistemului. De aceea se numesc frecvențe proprii sau frecvențe naturale de vibrație. Inversele acestora se numesc perioade proprii de vibrație. Pentru un anumit sistem, ele au valori constante bine definite. Când toate particulele unui corp vibrează într-o mișcare armonică sincronă, deformarea dinamică este definită de o formă proprie de vibrație.

Vibrațiile forțate (întreținute) sunt produse de forțe perturbatoare care există independent de mișcare. În general, sarcinile exterioare sau deplasările sunt aplicate dinamic, deci sunt variabile în timp. Astfel de excitații implică un transfer de energie de la sursa perturbatoare periodică la sistem. Dacă transferul are loc periodic, constant pe fiecare ciclu, vibrația forțată este staționară, de amplitudine constantă. Dacă transferul se face neuniform, vibrația are caracter tranzitoriu, amplitudinea variind până la stabilirea unui regimn staționar sau până la amortizarea completă.

Aplicarea bruscă a unei perturbații produce șocuri sau impacturi. Șocul este o perturbație prin care se transmite sistemului energie cinetică într-un interval de timp scurt în comparație cu perioada sa proprie de oscilație. Răspunsul la un șoc este deci, din momentul încetării acțiunii, o vibrație liberă. Excitația tranzitorie este o perturbație care durează mai multe perioade de vibrație proprie ale sistemului.

Vibrațiile periodice și cele tranzitorii sunt fenomene deterministe, pentru care se pot stabili funcții de timp care să definească în orice moment valoarea instantanee a deplasării. În multe aplicații practice se întâlnesc vibrații aleatoare, cu caracter nedeterminist, la care valorile instantanee ale mărimilor care definesc mișcarea nu mai sunt predictibile. Se recurge la calculul probabilităților și se lucrează cu mărimi statistice sau valori medii, care în cazul proceselor staționare, ergodice și cu distribuție gaussiană devin predictibile.

În general, când asupra unui sistem liniar și cu parametri invariabili în timp se aplică o perturbație oarecare, mișcarea rezultantă este suma a două componente distincte: vibrația forțată, descrisă de o funcție asemănătoare funcției excitației și vibrația proprie, dependentă doar de caracteristicile dinamice ale sistemului, a cărei funcție de timp este de obicei o combinație între o sinusoidă și o exponențială.

În cazul unei perturbații armonice sau aleatoare staționare, vibrația proprie se amortizează imediat după începutul mișcării, rămânând doar vibrația forțată, care în anumite condiții poate produce rezonanță.

Dacă un sistem este acționat de o forță exterioară periodică, a cărei frecvență este egală cu (sau apropiată de) una din frecvențele proprii ale sistemului, vibrația produsă are amplitudini relativ mari chiar pentru amplitudini relativ mici ale forței perturbatoare. Se spune că sistemul este într-o stare de rezonanță. Un exemplu este leagănul împins la anumite intervale. Alte exemple includ vibrațiile sistemelor cu roți dințate la frecvența de angrenare, vibrațiile torsionale ale arborilor motoarelor cu ardere internă la frecvența aprinderilor din cilindri, vibrațiile rulmenților la frecvența trecerii bilelor peste un defect, etc.

Rezonanța ia naștere la frecvențele la care suma celor două energii “reactive” recuperabile – potențială și cinetică – este nulă, iar energia transmisă sistemului este egală cu energia disipată prin frecări. Fenomenul apare când spectrul de frecvențe al excitației acoperă un domeniu ce cuprinde frecvențele proprii ale sistemului.

La rezonanță o forță de amplitudine constantă produce un răspuns maxim, sau, pentru a menține un răspuns de amplitudine constantă, este necesară o forță minimă.

Rezonanța înseamnă amplitudini mari ale mișcării în anumite puncte sau părți ale sistemului în vibrație, însoțite de solicitări și tensiuni mari sau mișcări relative considerabile, care pot duce la ruperi prin oboseală, funcționare necorespunzătoare, uzură, trepidații, deci zgomot – cu acțiune nocivă aspra omului.

O rezonanță este definită de o frecvență, un nivel al răspunsului dinamic și o lățime a curbei de răspuns în frecvență. Evitarea regimurilor periculoase de vibrații din vecinătatea rezonanțelor se poate face prin:

a) modificarea frecvențelor excitatoare;

b) modificarea masei sau rigidității sistemului vibrator, pentru variația frecvențelor proprii;

c) creșterea sau adăugarea amortizării, și

d) atașarea unui absorbitor dinamic de vibrații.

Dacă mișcarea are loc în prezența unei surse de energie, pot apare autovibrații (vibrații autoexcitate). Mișcarea este întreținută de o forță periodică, creată sau determinată de mișcarea însăși, deși energia este furnizată în mod uniform de sursa exterioară. Când mișcarea se oprește, forța periodică dispare.

Exemple cunoscute sunt vibrațiile corzii de vioară produse de arcuș, “scârțâitul” cretei pe tablă sau al balamalei unei uși, “țiuitul” mașinilor unelte când sculele sunt ascuțite necorespunzător, “fluieratul” tramvaiului la curbe, vibrațiile liniilor electrice aeriene produse de vânt, etc.

În timpul vibrațiilor la rezonanță și al celor autoexcitate, sistemul vibrează la o frecvență proprie. În primul caz vibrațiile sunt forțate, deci au loc la frecvența excitatoare (sau multipli întregi ai acesteia, în cazul sistemelor neliniare). În al doilea caz, frecvența este independentă de orice stimul exterior.

Vibrațiile parametrice sunt produse de variația unui parametru dinamic al sistemului, rigiditatea sau inerția. Exemple sunt vibrațiile transversale ale rotoarelor de secțiune necirculară, pendulelor de lungime variabilă, sistemelor torsionale cu roți dințate, etc.

(Mircea Radeș, Vibrații mecanice, Editura Printech, 2008)

Amortizarea vibrațiilor

Amortizarea reprezintă disiparea energiei mecanice dintr-un sistem, deobicei prin transformare în energie termică. Pierderea energiei prin radiație, uneori definită ca amortizare geometrică, nu este tratată în această lucrare. Mecanismele de amortizare frecvent utilizate sunt:

a) frecarea uscată (coulombiană), în care amplitudinea forței de amortizare este independentă de viteză,

b) amortizarea vâscoasă liniară, la care forța este proporțională cu viteza,

c) amortizarea vâscoasă proporțională cu o putere a vitezei, și

d) amortizarea structurală (histeretică, internă) în care forța este proporțională cu deplasarea.

Amortizarea ereditară și cea dintre piesele cu jocuri sunt alte modele posibile. Amortizarea coulombiană sau amortizarea prin frecare uscată este un mecanism de amortizare neliniară, produs de forțe de frecare care se opun mișcării.

Forța de amortizare coulombiană are amplitudine constantă, fiind independentă de viteză, odată ce s-a depășit forța de frecare statică inițială. Energia disipată într-un ciclu de vibrație armonică este proporțională cu amplitudinea deplasării și independentă de pulsație.

Amortizarea vâscoasă liniară este produsă de frecarea relativă a moleculelor unui fluid vâscos, care produce forțe proporționale și de sens contrar vitezei unui obiect care se mișcă în fluid. Energia disipată într-un ciclu de vibrație armonică este proporțională cu frecvența și cu pătratul amplitudinii deplasării. Este cel mai simplu model de amortizare, frecvent utilizat datorită simplității matematice, în special pentru modelarea amortizării externe, produse de mișcarea în mediul ambiant.

Amortizoarele cu ulei din suspensia automobilelor și motocicletelor produc forțe proporționale cu o putere a vitezei relative. Amortizarea proporțională cu o putere a vitezei este un mecanism neliniar, în care energia disipată într-un ciclu de vibrație armonică depinde atât de pulsație cât și de amplitudinea vibrației.

S-a observat experimental că la multe materiale folosite curent în practică energia disipată într-un ciclu de vibrație armonică este proporțională cu pătratul amplitudinii deplasării dar este independentă de pulsație, deci modelul amortizării vâscoase liniare nu descrie corect comportarea acestor materiale. Aceeași constatare privește amortizarea produsă de mișcarea relativă a elementelor asamblate prin nituire sau cu șuruburi.

Amortizarea structurală sau histeretică este mecanismul de frecare de alunecare care descrie această comportare. Forța de amortizare este proporțională cu deplasarea relativă dar în fază cu viteză relativă. Acest model de frecare a fost postulat și este strict valabil doar în cazul vibrațiilor armonice. El nu reprezintă un mecanism de disipare a energiei realizabil fizic, deoarece în cazul solicitării în regim tranzitoriu conduce la rezultate absurde. În acest caz, valoarea instantanee a forței de amortizare depinde nu numai de variația în timp a deplasării până în momentul aplicării forței, dar și după acest moment (sistem necauzal). Totuși, în regim armonic și pe domenii limitate de frecvențe, modelul amortizării structurale dă rezultate bune, confirmate experimental pe structuri aeronautice.

Natura fizică a mecanismelor de amortizare este atât de diferită, încât pentru descrierea lor s-au elaborat mai multe modele matematice, majoritatea fiind neliniare, deci implicând dificultăți de calcul. S-a recurs la conceptul de amortizare vâscoasă echivalentă, prin care forța de amortizare neliniară se înlocuiește cu o forță vâscoasă liniară, astfel încât energia disipată pe ciclu de amortizorul neliniar să fie egală cu cea disipată de un amortizor vâscos echivalent, supus la o deplasare relativă de aceeași amplitudine.

Generalizând noțiunea de amortizare echivalentă, calculul analitic al vibrațiilor mecanice este simplificat prin folosirea cu precădere a două modele de amortizare – vâscoasă și structurală. Se egalează deci energia disipată într-un ciclu de vibrație prin toate mecanismele de amortizare, inclusiv cea datorită radiației (prin unde, în medii continue infinite), cu energia disipată printr-un singur mecanism, vâscos sau histeretic, într-un regim de vibrații cu aceeași amplitudine.

Rezultă astfel fie un coeficient de amortizare vâscoasă echivalentă, fie un coeficient de amortizare structurală echivalentă, mărimi dependente în general de pulsație și amplitudinea deplasării, cu care se lucrează ca și când ar fi constante, urmând să se determine experimental domeniile în care această ipoteză este valabilă.

(Mircea Radeș, Vibrații mecanice, Editura Printech, 2008)

CAPITOLUL IV

NOȚIUNI GENERALE ALE ZGOMOTELOR

Poluarea fonică reprezintă o componentă importantă a poluării mediului, datorată atât caracterul nociv cât și prin prezență sa în toate compartimentele vieții moderne. Poluarea fonică reprezintă o problemă majoră pentru toate țările în curs de dezvoltare economic sau deja dezvoltate economic. Poluarea fonică este produsă de diferite zgomote produse de mașini, utilaje, aparatură industrială sau casnică.

În România la fel ca și în restul țărilor nivelului de zgomot are o creștere semnificativă care apare o dată cu dezvoltarea impetuoasă a tuturor ramurilor economiei și transportului.

Ambianța mediului înconjurător în care omul își desfășoară activitățile zilnice este perturbată de poluarea fonică (acustică sau sonoră). [I. L. LĂPUȘAN, M. ARGHIR]

Sursele de poluare, prin zgomot, din interiorul unei cariere de exploatări la zi pot fi:

utilizarea vehiculelor motorizate folosite la transportul personalului, al materialelor și utilajelor, spre și dinspre carieră;

operarea utilajelor mobile și staționare din interiorul carierei precum excavatoare cu rotor, mașini de haldat, benzile transportoare s.a.

Receptorii potențiali ai poluării fonice din cariere vor include angajații carierelor și locuitorii din zonele învecinate carierelor. [Roșia Montană Gold Corporation S.A.].

Producerea zgomotelor

Sunetele sunt vibrații transmise printr-un mediu elastic sub formă de unde. Pentru anumite valori ale intensității și frecvenței sunetele sunt percepute de urechea omenească, producând senzații auditive.

Sunetele pot fi simple sau complexe. Sunetele supărătoare, indiferent de natura lor, reprezintă zgomote. Zgomotele au o influență negativă asupra sistemului nervos, provocând o stare de oboseală.

Pentru a reduce nivelul de zgomot este necesară realizarea unor lucrări de izolare fonică, atât la clădirile civile cât și la cele industriale, pentru a opri răspândirea zgomotelor ce se produc în interiorul și în exteriorul construcțiilor.

Sunetele se pot propaga prin aer, numindu-se sunete sau zgomote aeriene, sau prin medii solide (elemente de construcții), fiind numite sunete sau zgomote structurale.

Zgomotele produse de lovituri se numesc zgomote de impact și se transmit atât prin structură (elemente) cât și prin aer.

Sunetele pot fi studiate și apreciate sub două aspecte:

a) fenomen fizic (obiectiv), produs prin vibrația mecanică a corpurilor solide și fluide. În acest caz sunetele sunt caracterizate prin mărimi specifice oscilațiilor (undelor): amplitudine, perioadă, lungime de undă, frecvență, pulsație, precum și prin mărimi energetice: energie sonoră, presiune sonoră, intensitate sonoră etc.

b) fenomen fiziologic (subiectiv), prin care se înțelege senzația percepută de organele auditive. În această situație sunetele se caracterizează prin: înălțime, timbru, nivel de tărie sonoră.

Caracteristicile undelor acustice

Sunetul este o formă de energie și este produs de vibrația corpurilor, transmisă prin aer și recepționată în final de ureche. Oscilațiile ce se propagă în spațiu formează o undă, sub formă de comprimări și dilatări succesive ale mediului de propagare (fig. 4.1).

Fig. 4.1. Transmiterea prin aer a undelor acustice a. vibrația unei lame elastice; b, c, d, e. – faze de comprimare și destindere ale aerului

Particulele mediului nu se deplasează odată cu unda elastică, ci efectuează o mișcare alternativă în jurul poziției lor de echilibru, mijlocind transferul vibrațiilor, dar fără a se deplasa odată cu acestea.

Modul de propagare al undelor depinde de natura mediului. În fluide (lichide și gaze) apar numai unde longitudinale, pe când în solide pot să apară atât unde longitudinale cât și unde transversale.

Caracteristicile de bază ale undelor acustice sunt enumerate și descrise pe scurt în cele ce urmează.

Viteza de propagare (v)

Reprezintă lungimea parcursă de unda acustică într-un mediu elastic, în unitatea de timp. Determinarea vitezei undelor se poate efectua cu ajutorul formulei lui Newton:

(4.1)

unde: E – modulul de elasticitate al mediului de propagare (N/m2);

ρ – densitatea mediului (Kg/m3).

Expresia (4.1) capătă forme diferite, funcție de mediul prin care are loc transmisia undelor acustice (solid, lichid sau gazos). În tabelul 4.1 sunt prezentate valorile vitezei undelor acustice în diverse medii.

Tabel 4.1. Valorile vitezei undelor acustice în diverse medii

După cum se poate remarca din tabel, materialele compacte (oțel, beton, sticlă) permit o bună propagare a sunetelor, pe când materialele mai puțin compacte și mai ușoare (cauciuc, plută) se opun trecerii undelor acustice.

Lungimea de undă (λ)

Lungimea de undă reprezintă distanța dintre două puncte succesive în care au loc concomitent comprimări sau dilatări ale mediului elastic prin care se transmit undele acustice, și se măsoară în unități de lungime.

Pentru sunete lungimea de undă este cuprinsă în intervalul λ = 0,03 – 20 m.

Frecvența de oscilație (f)

Frecvența de oscilație este definită de numărul de vibrații (oscilații) pe secundă și se măsoară în Hz (Hertz) sau 1/s (1 Hz = 1 perioadă pe secundă).

Urechea omenească poate percepe sunetele din intervalul de frecvență f = 16 – 20 000 Hz. Vibrațiile cu frecvență sub 20 Hz se numesc infrasunete, iar cele cu frecvența mai mare de 20 000 Hz ultrasunete.

Perioada de oscilație (T)

Timpul în care se efectuează o oscilație completă, măsurat în secunde, poartă numele de perioadă de oscilație.

Între viteza de propagare, lungimea de undă, frecvența de oscilație și perioada de oscilație ce caracterizează undele acustice, există următoarele relații:

(4.2)

Presiunea acustică

Deoarece vibrația unui corp provoacă dilatări și contractări ale mediului fluid învecinat (de exemplu aerul), rezultă o variație de presiune, aceasta având valori mai mari în cazul comprimării particulelor, sau mai mici în cazul rarefierii (Fig. 4.2).

Fig. 4.2. Presiunea undei acustice (po – presiunea statică (atmosferică); pm – presiunea maximă)

Pentru măsurarea presiunii acustice se folosește unitatea de presiune sonoră numită „bar”, definită prin: 1 bar = 105 N/m2 = 105 Pa. De exemplu, șoapta creează în aer la distanța de 1 m o presiune sonoră de 0.01 bari, strigătul 10 bari iar un motor de avion cca. 200 bari.

Intensitatea acustică

Datorită propagării undelor acustice, într-un mediu elastic se transmite o anumită energie. Cantitatea de energie acustică ce cade în unitatea de timp pe o suprafață se numește flux de energie acustică.

Prin intensitate acustică se înțelege fluxul de energie sonoră ce cade pe unitatea de suprafață:

(4.3)

unde: I – intensitatea acustică (W/m2);

Φ – flux de energie acustică (W);

S – suprafața supusă acțiunii undelor acustice (m2).

Intensitatea acustică poate fi definită și ca produs între energia acustică W și viteza undelor acustice c:

(4.4)

unde: W – energia acustică (J sau Ws);

v – viteza sunetului (m/s);

p – presiunea efectivă a undelor acustice, definită ca medie pătratică a presiunii acustice instantanee în intervalul unei perioade, pentru un punct al mediului (Pa sau N/m2);

ρ – densitatea mediului (kg/ m3).

Caracterizarea sunetelor prin mărimi energetice

Nivelul de intensitate sonoră

Cel mai slab sunet care poate fi perceput de om, la frecvență de 1000 Hz, are intensitatea acustică I0 = 10-12 W/m2. Pe de altă parte, s-a constatat experimental că senzația auditivă crește cu logaritmul excitației. Datorită acestui fapt și pentru a evita dificultățile practice legate de folosirea unor numere foarte mici (10-12…100), pentru caracterizarea comodă a nivelului intensității sonore se utilizează o scară logaritmică, raportată la o intensitate de referință, conform relației:

(4.5)

unde: Li – nivelul intensității sonore (Beli);

I – intensitatea acustică (W/m2);

Io – intensitatea acustică de referință (W/m2); reprezintă, prin definiție, pragul inferior al intensității auditive ce poate fi percepută de om, la frecvența de 1000 Hz;

log – logaritmul în baza 10.

Subunitatea curent folosită în calcule și măsurători este decibelul (notat dB), în care caz relația (4.5) devine:

(4.6)

Nivelul (pragul) minim al intensității sonore ce poate fi percepută de om este:

(4.7)

Nivelul (pragul) maxim, ce corespunde intensității sonore Imax = 1 W/m2 (perceput ca debut al unei senzații dureroase), are valoarea:

(4.8)

Nivelul de presiune sonoră

Sursele acustice sunt corpuri care emit energie acustică în spațiu. Astfel, se produce o perturbație locală a presiunii, aceasta propagându-se din aproape în aproape în mediul înconjurător.

Unele surse radiază energie acustică uniform în toate direcțiile, în timp ce altele (cele mai numeroase) radiază cea mai mare parte din energie în anumite direcții. În primul caz sursa este nedirecțională sau omnidirecțională, iar în cel de-al doilea caz sursa este direcțională.

Câmpul sonor corespunzător poate fi caracterizat printr-un factor de directivitate Dθ a sursei, sau printr-un indice de directivitate dθ. Sursele acustice se împart în două mari categorii: naturale și artificiale.

Pentru o sursă omnidirecțională aflată în câmp liber, între nivelul de presiune la o anumită distanță față de receptor și nivelul de putere există relația:

(4.9)

în care :Lp – este nivelul de presiune sonoră, [dB]

W – este puterea acustică, [W]

Lw – este nivelul de putere sonoră, [dB]

d – este distanța sursă-receptor, [m]

O altă relație de legătură între nivelul de presiune la distanța d față de receptor și nivelul de putere este relația Beranek:

(4.10)

în care :Lp – este nivelul de presiune sonoră, [dB]

Lw – este nivelul de putere sonoră al sursei, [dB]

d – este distanța sursă –receptor, [m]

Relația Beranek este una dintre ecuațiile cele mai importante și mai folosite relații din acustica tehnică.

Fig. 4.3 Măsurarea nivelului de presiune între două puncte

Nivelul de presiune în punctul A aflat la distanța r1 față de sursă este:

[dB] (4.11)

Nivelul de presiune în punctul B aflat la distanța r2 față de sursă este:

[dB] (4.12)

Diferența nivelurilor de presiune sonoră dintre punctul B și A este:

[dB] (4.13)

Rescriind, obține:

[dB] (3.14)

în care : Lp1 – este nivelul de presiune sonoră măsurat la distanța r1 față de sursă, [dB]

Lp2 – este nivelul de presiune sonoră măsurat la distanța r2 față de sursă, [dB]

Astfel, se poate măsura nivelul de presiune acustică într-un punct r1 și apoi se poate calcula nivelul de presiune acustică în orice puncte aflate pe aceeași linie față de sursă.

Dacă r2 este dublul lui r1, rescriind formula (4.14), se obține :

(4.15)

Pentru fiecare dublare a distanței sursă-receptor, nivelul de presiune sonoră scade cu 6dB.

Pentru o sursă având nivelul de putere sonoră de 89 dB, nivelul de presiune calculat cu ambele formule este identic, iar la fiecare dublare a distanței, nivelul de presiune sonoră scade cu 6 dB.

În tabelul 4.2 sunt comparate rezultatele obținute pentru nivelurile de presiune acustică, calculate cu relațiile (4.9) și (4.13). Se observă că nivelurile de presiune sonoră sunt aceleași, indiferent de relația cu care sunt calculate.

Tabelul 4.2. Comparație între relațiile de calcul ale nivelului de presiune sonoră

Cele mai multe surse nu radiază energie uniform în toate direcțiile, ci emit preferențial pe o anumită direcție, care formează unghiul θ față de o axă de referință, deci sunt direcționale. Sursele de zgomot din instalații sunt cel mai adesea direcționale.

Pentru sursa monopol direcțională aflată în câmp liber există mai multe relații de legătură între nivelul de presiune sonoră și cel al nivelului de putere.

[dB] (4.16)

[dB] (4.17)

[dB] (4.18)

[dB] (4.19)

în care: Lp – este nivelul de presiune sonoră, [dB]

Lw – este nivelul de putere sonoră al sursei, [dB]

d – este distanța sursă – receptor, [m]

Dθ – este factorul de directivitate

Ω – este unghiul solid

dθ – este indicele de directivitate

Factorul de directivitate depinde de directivitatea sursei în funcție de poziția sursei în raport cu pereții reflectători ai încăperii în care se află.

În tabelul 4.3. este prezentat factorul de directivitate pentru sursele monopol.

Tabelul 4.3.Valorile factorului de directivitate pentru sursele monopol

Pentru o sursă având nivelul de putere sonoră de 85 dB, nivelul de presiune calculat cu relațiile de calcul (4.16-4.19) sunt foarte apropiate, iar la fiecare dublare a distanței, nivelul de presiune sonoră scade cu 6 dB. [Andreescu N., Luminița-Sanda]

Tabelul 4.4. Calcularea nivelului de presiune sonoră cu ajutorul relației 4.16 la diferite distanțe

Tabelul 4.5. Calcularea nivelului de presiune sonoră cu ajutorul relației 4.17 la diferite distanțe

Tabelul 4.6. Calcularea nivelului de presiune sonoră cu ajutorul relației 4.18 la diferite distanțe

Tabelul 4.7. Calcularea nivelului de presiune sonoră cu ajutorul relației 4.19 la diferite distanțe

Sunetul ca fenomen fiziologic

Sursele sonore determină oscilații care, între anumite limite, pot fi percepute prin intermediul organelor auditive, producând o anumită senzație auditivă. Cunoașterea mecanismului auditiv, a raportului între excitația fizică și percepția fiziologică, sunt probleme importante nu numai în medicină, dar și în ingineria construcțiilor. Studierea acestor probleme a permis stabilirea unor metode de măsurarea a zgomotului, a unor niveluri admisibile, a unor criterii de comportare a sălilor etc.

Principalele caracteristicile ale sunetului, privit ca fenomen fiziologic, sunt:

Înălțimea sunetului

Sunetele produse de un număr mic de vibrații, adică cele cu frecvență mică, se numesc sunete joase, iar cele produse de un număr mare de vibrații se numesc sunete înalte. Înălțimea sunetului este o caracteristică a senzației auditive prin care pot fi diferențiate sunetele joase de cele înalte, în raport cu frecvența oscilațiilor care le-au produs. Experimental s-a arătat că înălțimea nu este funcție numai de frecvență, ci și de nivelul presiunii sonore, deoarece sensibilitatea organului auditiv la variația înălțimii sunetului descrește odată cu scăderea nivelului de intensitate sonoră.

Tăria sunetului

Este o însușirea a senzației auditive, datorită căreia sunetele sunt percepute ca fiind slabe sau puternice. O mărime des utilizată este nivelul de intensitate auditivă (La), ce constituie corespondentul auditiv al nivelului de intensitate sonoră, și se definește conform relației:

(4.20)

unde: Ia, pa – intensitatea, respectiv presiunea auditivă a sunetului;

Ia,0, pa,0 – intensitatea, respectiv presiunea auditivă de referință.

Unitatea de măsură a nivelului de intensitate auditivă este fonul, ce reprezintă nivelul de tărie a sunetului etalon cu frecvența de 1000 Hz, a cărui presiune acustică este egală cu presiunea de prag (presiunea acustică minimă, pentru o frecvență dată, care produce o senzație auditivă perceptibilă de către om: pa,o = 2*10-5 N/m2).

Pentru sunetele cu frecvența de 1000 Hz valoarea nivelului intensității sonore, exprimate în dB și valoarea intensității auditive, exprimate în foni, sunt egale, având același nivel de referință. În practică, se poate considera acceptabilă aproximația echivalenței între dB și fon, în domeniul de frecvențe audibile. În Tabelul 4.8 sunt centralizate valori ale nivelului de intensitate auditivă, în situații mai des întâlnite.

Tabel nr. 4.8. Valori ale nivelului de intensitate auditivă

Timbrul

În raport cu frecvența, un sunete poate fi pur sau complex. Sunetul pur este produs de o vibrație armonică (vibrație ce poate fi reprezentată prin funcții trigonometrice simple, sinusoidale sau apropiate de o sinusoidă), pe o singură frecvență. Sunetul complex conține un anumit număr de sunete pure: un sunet fundamental, cu frecvența cea mai joasă, și o serie de sunete cu frecvență superioară celei fundamentale.

Sunetele muzicale sunt sunete complexe la care frecvențele componentelor sunt multiplii întregi ai frecvenței fundamentale. Dacă această regulă nu este respectată, sunetul respectiv poartă denumirea de zgomot.

Caracteristica prin care se pot deosebi două sunete cu aceeași frecvență fundamentală, dar cu număr de armonice diferite, poartă numele de timbru.

În concluzie, după senzația auditivă pe care o produc, sunetele se împart în: sunete pure, sunete muzicale și zgomote.

Absorbția acustică. Reverberația

Absorbția acustică

Când undele acustice întâlnesc un obstacol suferă modificări ale direcției de propagare și ale caracteristicilor energetice. Astfel, o parte din energia sonoră se reflectă (Er), o parte este absorbită de element (Ea) și o parte (Et) se transmite prin element în spațiile învecinate:

(4.21)

Raportul dintre energia acustică absorbită și cea incidentă se numește coeficient de absorbție, ce variază funcție de natura materialului și de frecvența sunetului:

(4.22)

Coeficientul de absorbție pentru materialele de construcții compacte (oțel, beton, cărămidă, lemn) are valori mici, de cca. 0,02…0,08, deoarece în aceste cazuri energia acustică reflectată este mare. Materialele poroase (vată minerală, pâslă, plută) au proprietăți bune de absorbție a sunetului (αa = 0,2…0,8).

Absorbția acustică a unei încăperi se determină cu relația:

(4.23)

unde: αi – coeficientul de absorbție al materialului suprafeței Si;

Si – suprafața elementului de construcție „i”, sau a obiectelor din încăpere (m2).

Reverberația

Un sunet emis într-o încăpere suferă numeroase reflexii pe suprafețele elementelor limitatoare și a obiectelor din interior, rezultând o suprapunere a undelor reflectate care determină întărirea și prelungirea sunetului după încetarea emisiei. Acest fenomen poartă numele de reverberație. Reverberația este mai evidentă în încăperile mari și intervine nefavorabil asupra calităților audiției.

Reverberația reprezintă amortizarea energiei acustice într-o încăpere închisă, concretizată prin prelungirea sunetului după încetarea emisiei sursei. Durata de reverberație este prin definiție (convenție) intervalul de timp în care nivelul acustic într-o încăpere scade cu 60 dB după încetarea sursei sonore.

CAPITOLUL V

NORME PRIVIND NIVELUL ADMISIBIL DE VIBRȚII ȘI ZGOMOTE

Norme privind nivelul admisibil de vibrații

Normele privind nivelul admisibil de vibrații la locul de muncă este stabilit de către Ministerul Sănătății și Familiei și Ministerul Muncii și Solidarității Sociale. Acestea se referă în general la normele de protecție a muncii.

Conform standardelor se consideră trei moduri fundamentale de expunere a omului la vibrații și anume:

vibrații transmise simultan întregii suprafețe a corpului sau a unei mari părți a lui. Aceasta se întâmplă atunci când corpul se află într-un mediu în vibrație;

vibrații transmise corpului în ansamblu prin intermediul suprafeței de sprijin și anume, picioare în cazul omului stând în picioare, șezutul în cazul omului așezat, suprafața de sprijin a unui om rezemat. Acest mod de expunere la vibrații este întâlnit mai ales în cazul vehiculelor în deplasare;

vibrații aplicate unor părți ale corpului: capului, mâinilor sau picioarelor, de exemplu de către manete, pedale sau rezemătoare ale capului sau de o largă varietate de unelte mecanizate și unelte ținute în mână.

Conform acestor trei criterii s-au introdus noțiunile de “limită de confort redus”, “limită de capacitate redusă prin oboseală” și “limită de expunere”.

Limitele sus menționate sunt exprimate prin noțiuni de frecvență, amplitudinea accelerației, timpul de expunere și direcția vibrațiilor în raport cu torsul.

Limita de expunere ca funcție de frecvență și de timpul de expunere are aceeași alură ca și limita de capacitate redusă prin oboseală, dar nivelurile corespunzătoare sunt mărite de două ori (cu 6 dB). Depășirea limitei de expunere nu este recomandată fără o justificare specială și fără precauții, chiar dacă individul expus nu îndeplinește nici o muncă de acest gen.

Limita de expunere se situează la aproximativ jumătate din nivelul considerat a fi pragul de durere (sau limita de toleranță) pentru indivizii sănătoși.

Dacă expunerea la vibrații este întreruptă de pauze în timpul unei zile de lucru, dar intensitatea expunerii rămâne aceeași, expunerea efectivă totală zilnică se obține prin însumarea timpilor de expunere.

În afara vibrațiilor cu acțiune generală, transmise corpului în ansamblu prin intermediul unei suprafețe de sprijin, omul poate fi expun și la vibrații aplicate mâinilor.

Intensitatea transmiterii vibrațiilor prin mână este influiențată de spectrul de frecvență al accelerației, durata de expunere, poziția mâinii, brațului sau a corpului în timpul expunerii (unghiurile încheieturii mâinii, cotului și articulațiile umărului).

Referințe

HOTĂRÂRE nr. 4 din 4 ianuarie 2001 – (*actualizată*)

HOTĂRÂREA nr. 267 din 22 februarie 2001;

HOTĂRÂREA nr. 1.317 din 27 decembrie 2001;

HOTĂRÂREA nr. 773 din 18 iulie 2002;

HOTĂRÂREA nr. 824 din 31 iulie 2002;

HOTĂRÂREA nr. 1.149 din 17 octombrie 2002.

HG.nr.1876/2006 privind cerintele minime de SSM la expunerea lucratorilor la riscurile generate de vibratii

H.G nr.493/2006 privind cerințele minime de securitate și sănatate refritoare la expunerea lucrătorilor la riscurile care genereaza zgomot;

Directiva parlamentului european și a consiliului 2002/44/CE din 25 iunie 2002 privind cerințele minime de securitate și sănătate referitoare la expunerea lucrătorilor la riscurile generate de agenți fizici (vibrații) stabilește cerințe minime pentru îmbunătățirea, în special a mediului de muncă, în vederea garantării unui nivel mai bun de protecție a sănătății și securității lucrătorilor, fără impunerea unor constrângeri administrative, financiare și juridice.

Directiva Consiliului 89/391/EEC din 12 iunie 1989 privind punerea în aplicare de măsuri pentru 487 promovarea îmbunătățirii securității și sănătății lucrătorilor la locul de muncă;

Directiva Consiliului 89/656/EEC din 30 noiembrie 1989 privind cerințele minime de securitate și sănătate pentru utilizarea de către lucrători a echipamentelor individuale de protecție la locul de muncă.

ISO 2631, R – 1975 – Vibrații și șocuri mecanice – Evaluarea expunerii umane la vibrațiile întregului corp – Partea 1: Cerințe generale

ISO TC 108/SC – 1975 – Vibrații mecanice, șocuri și condiții de monitorizare

SR ISO 2631 – 1:1994 – Evaluarea expunerii umane la vibrații globale ale corpului Partea I: Condiții generale.

SR ISO 1030 – 2:2000 – Vibrații mână-braț. Indicații pentru reducerea riscului la vibrații, Partea 2: Măsuri de prevenire la locul de muncă

SR 12025 -2:1994 – Acustica în construcții. Efectele vibrațiilor aspra clădirilor și părților de clădiri. Limite admisibile.

Norme privind nivelul admisibil de zgomot

Prevederi generale

Obiect

a. Protecția la zgomot este stipulată ca cerință (exigență) esențială în Directiva Consiliului Europei nr. 89/106/CEE și Documentele Interpretative aprobate la 30 noiembrie 1993 și este definită după cum urmează:

„Construcția trebuie proiectată și executată astfel încât zgomotul perceput de utilizatori sau persoanele aflate în apropiere să fie menținut la un nivel care să nu afecteze sănătatea acestora și să le permită să doarmă, să se odihnească și să lucreze în condiții satisfăcătoare”.

Cerința presupune deci crearea unor condiții de confort care pot fi completate cu asigurarea intimității în sensul non-inteligibilității vorbirii între locuințe, camere de hotel sau similare. Prezentul normativ respectă prevederile documentelor menționate mai sus.

b. „Protecția la zgomot” este în același timp CERINȚĂ DE CALITATE în construcții în contextul legii nr 10/1995.

În acest sens constituie normă cu caracter general care detaliază indicii și condițiile tehnice specifice ale cerinței, precum și măsurile necesare pentru respectarea acesteia.

Domeniu de aplicare

Normativul se referă la măsurile de protecție împotriva zgomotului în clădiri și în vecinătatea acestora.

Pe baza normativului:

se redactează sau se revizuiesc reglementări privind metodele și procedurile corespunzătoare, pentru construcții sau părți de construcție din punct de vedere al protecției la zgomot.

se fac aprecieri și intervenții în mediul înconjurător astfel încât în apropierea construcțiilor să fie îndeplinite criteriile de protecție la zgomot.

Pentru activitatea de proiectare, normativul:

este obligatoriu

– la proiectarea și execuția clădirilor noi sau la reabilitări/modernizări de clădiri existente;

– pentru proiectarea și execuția altor construcții sau amenajări în care personalul poate fi expus la zgomot la locuri de muncă cu caracter permanent;

are rol de recomandare pentru proiectarea și execuția restaurărilor de clădiri monumente istorice.

Normativul stabilește performanțele care caracterizează părți, elemente și produse de construcție din punct de vedere al protecției la zgomot. Nu se referă la modul de certificare a acestor performanțe.

Normativul nu se referă la:

măsurile de protecție privind vibrațiile în clădiri.

măsurile de protecție personală a muncitorilor împotriva zgomotului, în cazul în care la locurile de muncă ale acestora, din motive obiective măsurile de protecție la zgomot luate prin alcătuirea construcției nu pot asigura valorile limită ale nivelurilor de zgomot.

măsurile de limitare a nivelului de zgomot din interiorul unor vehicule sau emis în exterior de vehicule, echipamente, utilaje etc.

Referințe

Documente europene:

Directiva 89/106/CEE a Parlamentului European și a Consiliului CE referitoare la armonizarea dispozițiilor legislative, reglementative și administrative ale statelor membre privind produsele de construcții

Documentul interpretativ al Directivei 89/106/CEE privind cerința esențială „protecția împotriva zgomotului”

Directiva 2000/14/CE a Parlamentului European și a Consiliului CE privind armonizarea legislațiilor statelor membre referitoare la emisiile sonore în mediul exterior ale echipamentelor utilizate în exteriorul construcțiilor

Directiva 2002/49/CE a Parlamentului European și a Consiliului CE referitoare la evaluarea și gestionarea zgomotului în mediul înconjurător

Standarde armonizate (internaționale)

SR EN ISO 717-1 Acustica. Evaluarea izolării acustice a clădirilor și a elementelor de construcții. Partea 1: Izolarea la zgomot aerian

SR EN ISO 717-2 Acustica. Evaluarea izolării acustice a clădirilor și a elementelor de construcții. Partea 2: Izolarea la zgomot de impact

SR EN ISO 11654 Acustică. Absorbanți acustici utilizați în clădiri. Evaluarea absorbției acustice

SR EN ISO 140-9 Acustica. Măsurarea izolării acustice a clădirilor și a elementelor de construcție. Partea 9: Măsurarea în laborator a izolării la zgomot aerian dintre două camere printr-un plafon suspendat cu spațiu de aer intermediar

Standarde românești

STAS1957/1-88 Acustica. Terminologie. Acustica fizică

STAS1957/2-88 Acustica. Terminologie. Acustica psiho-fiziologică

STAS1957/3-88 Acustica. Terminologie. Acustica în construcții și transporturi

STAS 6161-89 Acustica în construcții. Măsurarea nivelului de zgomot în construcții civile. Metode de măsurare

STAS 10009-88 Acustica urbană. Limite admisibile ale nivelului de zgomot urban

Alte reglementări românești

NC 001-99 Normativ cadru privind detalierea conținutului cerințelor stabilite prin Legea 10/1995

C125-1987 Normativ privind proiectarea și executarea măsurilor de izolare fonică și a tratamentelor acustice în clădiri

P121-1989 Instrucțiuni tehnice pentru proiectarea măsurilor de protecție acustică și antivibratilă la clădiri industriale

P122-1989 Instrucțiuni tehnice pentru proiectarea măsurilor de izolare fonică la clădiri civile, social-culturale și tehnico-administrative

GP001-1996 Protecția la zgomot. Ghid de proiectare și execuție a zonelor urbane din punct de vedere acustic

Conform OM 536/1997, art. 17 nivelul acustic echivalent continuu măsurat la 3 m de peretele exterior al locuinței la 1,5 m înălțime de sol, sa nu depășească 50dB și curba de zgomot 45. În tmpul nopții (orele 22.00-06.00), nivelul acustic echivalent continuu trebuie sa fie redus cu 10 dB față de valorile din timpul zilei – 40 dB.

Limite admisibile ale nivelului de zgomot

Limite admisibile ale nivelului de zgomot în mediul înconjurător

Limitele admisibile ale nivelurilor de zgomot în mediul înconjurător sunt stabilite în funcție de caracteristicile activităților în aer liber sau din clădirile din zonele funcționale respective, considerate ca protejate sau ca sursă de zgomot.

Tabelul 5.1 – Limite admisibile ale nivelului de zgomot la limita zonelor funcționale din mediul urban, considerate ca surse de zgomot față de zonele alăturate

Limite admisibile ale nivelului de zgomot echivalent în exterior în apropierea clădirilor protejate.

Limitele admisibile ale nivelurilor de zgomot echivalent Lech exterior clădirilor, la distanța de 2,00 m de fațadă și înălțimea de 1,30 m față de sol sau nivelul considerat pentru clădirile protejate sunt indicate în tabelul 5.2.

Tabelul 5.2 – Limite admisibile ale nivelului de zgomot în apropierea clădirilor protejate

CAPITOLUL VI

EFECTELE POLUĂRII FONICE ȘI A VIBRAȚIILOR ASUPRA ACTIVITĂȚII ȘI SĂNĂTĂȚII FACTORILOR DE MEDIU

Efectele poluării fonice asupra activității și sănătății factorilor de mediu

În funcție de sursa de zgomot fiecare activitate produce a anumită intensitate sonoră. Pornind de la foșnetul pădurii, activitățile desfășurate la birou, sau în zonele industriale toate produc zgomote mai mult sau mai puțin deranjante. În spațiile verzi liniștite se poate întâlni o intensitate sonoră între 10 – 20 dB, o conversație poate ajunge și la o intensitate de 50 dB iar decolarea unui avion produce o intensitate sonoră mai mare de 140 dB (figura 6.1).

Fig. 6.1. – Valorile intensității sonore în funcție de anumite activități

Acțiunea poluării fonice asupra activității și sanătății factorilor de mediu este deosebit de complexă, efectele dăunătoare resimțindu-se diferit, în funcție de caracteristicile fizice și fiziologice ale zgomotului perceput.

Impactul semnificativ al poluării fonice este argumentat de eficiența redusă a măsurilor de atenuare a zgomotului, de costurile mari necesare combaterii efectelor acestora, uneori de insuficienta preocupare a factorilor responsabili și de multiplele acțiuni provocate.

Depășirea limitelor admise ale zgomotului în funcție de perioada de expunere și de caracteristicile specifice spațiului de lucru asupra sănătății oamenilor, provoacă:

afecțiuni are organismului auditiv

afecțiuni ale unor organe și aparate ale corpului

reducerea productivității muncii

reucerea inteligibilității vorbirii

Afecțiunile organelor auditive sunt produse în urma unor acțiuni îndelungate a zgomotului puternic. Afecțiunea se agravează în cazul zgomotului discontinuu cu spectru larg de frecvențe și este însoțit de vibrații mecanice.

Afecțiunile unor organe și aparate ale corpului sunt provocate de zgomote care depășesc nivelul de 40 dB, și constau în:

creșterea tensiunii arteriale

accelerarea pulsului

creșterea tensiunii vasculare intracraniene

scăderea acurității vizuale

schimbarea ritmului respirator.

Reducerea productivității muncii este determinată de starea de oboseală a organismului provocată de acțiunea întregului complex de efecte dăunătoare produse de zgomot.

Reducerea inteligibilității vorbirii este provocată de nivelele ridicate ale zgomotului perturbător în medii de lucru închise, datortă diminuării posibilitățiolr de semnalizare și de comunicare.

Acțiunea nocivă a zgomotului asupra organismului variază în raport cu caracteristicile fizice (intensitate, frecvență) precum și cu durata prezenței în mediul respectiv.

În condiții egale de intensitate și frecvență, acțiunea dăunătoare se accentuează daca:

zgomotul se produce discontinuu sau sub formă de impulsuri;

apariția zgomotului este neașteptată;

zgomotul acționează într-o gama largă de frecvențe;

zgomotul este însoțit de vibrații mecanice;

mediul de propagare este închis sau are configurație nefavorabilă.

La acești factori se adaugă cei de natură subiectivă: afecțiunile anterioare, sensibiliatea individuală, vârsta, s.a.

În literatura de specialitate zonele de nivel de zgomot sunt delimitate astfel:

0 – 30 dB – zonă care nu afectează sanatatea

30 – 60 dB – zona efectelor psihice

60 – 90 dB – zona efectelor psihice și fiziologice

90 – 120 dB – zona efectelor patologice.

Efectul nociv al zgomotelor asupra sanatății organismelor impune un control al zgomotului și acest lucru este posibil în trei stadii diferite ale transmisiei acesteia:

reducerea sunetului produs

întreruperea căii sunetului

protejarea receptorului.

Zgomotul produce perturbari și la nivelul dezvoltării plantelor. Plantele aflate în zone în care zgomotul este mai puternic se dezvoltă mult mai încet decât cele aflate în zone liniștite [8].

Terra a devenit din cauza zgomotelor un loc inconfortabil pentru animale. Pierderea auzului și creșterea rapidă a bătăilor inimii sunt doar două dintre efectele poluării fonice asupra animalelor. Sunetele intense și zgomotoase induc frică, forțând animalele să iși abandoneze habitatul.

Anxietatea poate fi de asemenea observată la animale, ele începând să tremure în momentul în care sunt expuse la prea multi decibeli.

„Multe animale și-au dezvoltat un auz foarte fin pentru a auzi în cele mai dificile condiții, însă auzul lor devine tot mai amenințat de zgomot”, a explicat Barber.

Totodată, poluarea fonică poate afecta abiliatea multor animale de a găsi și vâna prada, precum bufnițele și liliecii. Studiile de laborator au arătat că liliecii, care localizează prada prin sunetele scoase de aceasta, evită să vâneze în zonele zgomotoase.

Din cauza zgomotelor foarte puternice producția laptelui de vacă poate fi diminuată. Aceste animale au nevoie de un mediu liniștit și calm pentru a produce o mai mare cantitate de lapte. De asemenea, poluarea fonică are efecte nocive și asupra dimensiunilor normale a ouălor de găina și a scaderii producției de ouă.

Păsările din zonele urbane, care își folosesc auzul ascuțit pentru a vâna prada sunt în scădere, ca urmare a intervenției umane de producere a zgomotului. Unul dintre principalele motive a dispariției unor animale este zgomotul puternic, ce poate afecta negativ creșterea și hranirea unora dintre specii.

Se pare că poluarea fonică nu ne afectează doar pe noi ființele umane, ci și pe animale.

Zgomotul produce perturbări și la nivelul dezvoltării plantelor. Plantele aflate în zone în care zgomotul este mai puternic se dezvoltă mult mai încet decât cele aflate în zone liniștite [9].

Efectele vibrațiile asupra activității și sănătății factorilor de mediu

Vibrațiile ce depășesc anumite limite au o influență negativă atât asupra sănătății omului cât și asupra productivității muncii. Organismul uman este supus acțiunii vibrațiilor când mașinile cu care se deplasează vibrează împreună cu acesta (autocamioane, tractoare, combine, etc.), când omul se află în încăperi în care sunt în funcțiune mașini și instalații (ateliere mecanice, ateliere de forjă, stații de pompare, etc.) sau când asupra anumitor părți ale corpului uman acționează nemijlocit vibrații de frecvență joasă produse de mașini vibratoare, diferite unelte pneumatice, etc.

Vibrațiile care acționează asupra omului și care depășesc limitele de toleranță pot produce:

jenarea activității fizice și intelectuale;

leziuni ale unor părți ale organismului;

fenomene subiective.

Acțiunea vibrațiilor asupra activității fizice și psihice ale omului este puțin precizată, cunoscându-se doar că un factor important îl constituie oboseala, care la rândul ei nu permite o măsurare corespunzătoare ci o apreciere orientativă.

Leziunile se pot produce dacă accelerațiile sunt destul de mari și se manifestă prin fracturi ale oaselor, afecțiuni pulmonare, leziuni ale peretelui interior al intestinului, leziuni ale craniului, cardiopatii, ș.a.

Fenomenele subiective care se manifestă la omul supus vibrațiilor, include perceperea lor, lipsa de confort, durerea și teama. Durerile apar de obicei în regiunea abdominală în coșul pieptului, se semnalează dureri de cap, respirația este îngreunată, apare o stare generală de neliniște.

Organismul uman, supus acțiunii vibrațiilor, le amplifică sau le amortizează conform legilor mecanicii vibrațiilor, ca orice masă elastică.

În general se consideră trei trepte de apreciere a efectelor vibrațiilor și anume: pragul de percepere, de neplăcere și de intoleranță.

Prin interpretarea unor rezultate experimentale, bazate pe expuneri de aproximativ 5 – 20 minute, s-au obținut curbele din figura 6.2. în care:

curba I – reprezintă valorile medii ale accelerațiilor maxime pentru care subiectul percepe vibrațiile;

curba II – valorile pentru care se înregistrează o stare neplăcută;

curba III – valorile unde subiectul refuză să le suporte în continuare.

Suprafețele hașurate indică abaterile standard de la valoarea medie.

Fig. 6.2 – Curba de apreciere a vibrațiilor (accelerațiilor)

Deși au fost elaborate scheme pentru stabilirea reacțiilor omului la vibrații, cele mai multe date se bazează pe un număr limitat și pe tipuri specifice de experimentări sau pe interpretarea diferită a rezultatelor, existând într-o anumită măsură o contradicție între aceste date.

În general, în momentul de față este imposibil să se indice limitele precise pentru siguranța și randamentul omului, deoarece unele cazuri individuale se pot abate considerabil de la medie. Criteriile de siguranță indică numai ordinul de mărime și nu pot să constituie limite rigide. Luarea în considerație a mediei tuturor rezultatelor și generalizarea lor în grupe largi, pare să fie procedeul cel mai rezonabil.

Pentru precizarea corectă a acțiunii vibrațiilor asupra organismului uman trebuie luați în considerare simultan doi dintre parametrii mecanici care caracterizează vibrațiile: pe de o parte frecvența, iar pe de altă parte deplasarea, accelerația sau energia vibrației.

Pragul de percepere a vibrațiilor de către corpul omenesc depinde de mai mulți factori și anume: de poziția acestuia, de organul solicitat, de modul de acțiune a vibrațiilor, etc.

Din multitudinea de situații în care vibrațiile acționează asupra omului, prezintă interes cazul când anumite părți ale corpului omenesc sunt supuse acțiunii directe a vibrațiilor care se află la limita inferioară a frecvențelor audibile sau în domeniul infrasunetelor.

Acțiunea dăunătoare a vibrațiilor asupra corpului omenesc nu este încă complet precizată, datorită complexității unui asemenea studiu și faptului că nu se pot efectua cercetări asupra unor părți ale corpului luate separat pentru a se deduce acțiunea vibrațiilor asupra acestora. Rezultatele cunoscute până în prezent arată în mod clar o serie de efecte dăunătoare ale vibrațiilor este și mai accentuat dacă acestea sunt însoțite și de zgomot așa după cum nocivitatea zgomotelor se mărește prin asocierea acestora cu vibrațiile.

Vibrațiile au o acțiune diferențială asupra diferitelor organe și aparate ale corpului omenesc în raport cu diverși parametri mecanici ai vibrației. Astfel, aparatul vestibular este sensibil la accelerații, în timp ce influența frecvenței asupra acestora este neînsemnată. Frecvența are o importanță deosebită asupra organelor lui Corti, iar efectul de oboseală crește odată cu aceasta.

CAPITOLUL VII

EVALUAREA ȘI INTERPRETAREA DATELOR PRIVIND POLUAREA CAUZATĂ DE ZGOMOTE ȘI VIBRAȚII DIN EXPLOATĂRILE LA ZI DIN BAZINUL DE LIGNIT AL OLTENIEI

Evaluarea datelor privind poluarea cauzată de zgomot în cadrul exploatărilor la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei

În vederea stabilirii metodei de combatere a zgomotelor trebuie ținut seama de mai mulți factori ca: sursa de zgomot, mediul de propagare (căile) a energiei acustice și receptorii. În funcție de sistemul format de cele trei elemente în stabilirea metodei de combatere a zgomotului se regăsesc trei metode de combatere și anume: metode de combatere a zgomotului la sursă, metode de combatere a zgomotului pe căile de propagare și metode de combatere a zgomotului la receptor.

Zgomotele produse de utilajele și instalațiile miniere deranjază frecvent mediul înconjurător. Sursele de zgomot din exploatările la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei, dotate cu tehnologi în flux continuu pot fi rezumate astfel:

reductoare de acționare și de mers ale excavatoarelor cu rotor, mașinilor de haldat și tractoarelor în mișcare;

reductoarele buldozerelor, încărcătoarelor și autobasculantelor care acționează în cariere și pe drumurile dintre acestea;

transportoare cu bandă.

Problemele legate de poluarea cauzată de zgomotele produse de utilajele din carierele la zi au efecte negative atât asupra angajaților din cadrul exploatărilor cât și asupra locuitorilor din zonele învecinate exploatărilor.

Excavatoarele cu rotor reprezintă o sursă de zgomot importantă în incinta carierei. Datorită tehnologiei de exploatare în trepte poluarea sonoră produsă de excavatoarele cu rotor nu afectează zonele locuite din vecinătatea carierelor. Treptele de exploatare reprezintă o barieră naturală împotriva propagării zgomotelor. Desigur excavatoarele cu rotor introduse în fluxurile tehnologice în procesul de decopertare în funcție de distanța față de zonele locuite și împădurite pot avea efecte nocive.

Nu același lucru putem spune despre benzile transportoare cu ajutorul cărora se realizează transportul materialului excavat, benzi care sunt amplasate și a distanță de 15-20m față de zonele locuite.

Emisia de zgomot de la transportoarele cu bandă care trec prin apropierea satelor din vecinătatea exploatărilor la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei, sate precum Roșia de Jiu sau Fărcășești transportând materialul exploatat produc perturbări în aceste zonă. Valoarea recomandată de 55 dB în timpul zilei este depășită în foarte multe locuri chiar la distanțe mari de sursă.

Mașinile de haldat folosite la depunerea materialului steril în haldele exterioare sau interioare reprezintă și ele surse de poluare sonoră. La fel ca și excavatoarele cu rotor în general acestea sunt amplasate la distante mari față de zonele locuite, acestea avand efecte negative doar asupra angajaților.

Alte surse de poluare sonoră în carierele din Bazinul de Lignit al Olteniei sunt autoturismele folosite la transportul personalului înspre și dinspre carieră și buldozerele și camioanele.

Măsurătorile nivelului de zgomot din Carierele de exploatare la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei au fost efectuate cu mai multe dispozitive.

Măsurători au fost realizare cu ajutorul aparatul de măsură digital 4 în 1 PVE-222. Aparatul de măsură digital 4 în 1 cu funcții multiple pentru mediu înconjurător a fost proiectat pentru a combina funcțiile de măsurare a nivelului de zgomot, a luminozității, a umidității și de măsurare a temperaturii (fig. 7.1).

Fig. 7.1 – Aparatul de măsură digital 4 în 1 PVE-222

De asemenea ,măsurătorile nivelului de zgomot au fost realizate cu ajutorul sonometrului DT 815 și a multimetrului pentru măsurători de mediu 4 în 1. (figura 7.2)

a b

Fig. 7.2 a) sonometru DT 815; b) multimetru pentru măsurători de mediu 4 în 1.

Măsurătorile au fost efectuate în timpul zilei, în mai multe puncte din interiorul Unității Miniere de Carieră Roșia.

Determinările au fost efectuate în conformitate cu STAS-urile în vigoare, în timpul zilei, și au fost calculate cu ajutorul relației:

(7.1)

Măsurătorile au fost efectuate la toate tipurile de utilajele utilizate în carierele de exploatare la zi din cadrul Bazinului de lignit al Olteniei, atât la cele folosite pentru exploatarea zăcământului de lignit, cât și cele utilizate la transportul cărbunelui și a materialului steril, haldare, și vehicole utilizate în carieră la transportul personalului dar și la utilajele utilizate pentru reamenajarea haldelor de steril.

Măsurătorile au fost realizate în cardul Unității Miniere de Carieră Roșia din Bazinul de Lignit al Olteniei, la excavatorul cu rotor E11, banda transportoare T111 și T106A, mașina de haldat abzeter, autoturisme, camioane și buldozer din cadrul carierei.

Prezentarea genaerala a Unității Miniere de Carieră Roșia din cadrul Bazinului de Lignit al Olteniei

Unitatea Minieră de Carieră Roșia face parte din bazinul carbonifer din nord-vestul Olteniei, administrat de Complexul Energetic Oltenia, Divizia Minieră și este situată în interfluviul dintre râul Jilț și râul Jiu regularizat și dezvoltată pe o treime din suprafață în lunca Jiului, iar restul în zona colinară.

Perimetrul de exploatare a Unității Miniere de Carieră Roșia este amplasat pe teritoriul administrativ al orașului Rovinari și pe teritoriile administrative ale comunelor Fărcășești și Bălteni și face parte din bazinul minier Rovinari componentă a zonei miniere Motru-Jilț-Rovinari, amplasată în nordul Olteniei. Cărbunele extras în cariera Roșia de Jiu este folosit în termocentralele Rovinari, Turceni, Craiova, Oradea, Govora și Arad la producerea energiei electrice pentru sistemul energetic național [21].

Condițiile hidrogeologice

Unității Miniere de Carieră Roșia este cariera cu cele mai dificile condiții hidrogeologice din România.

Pentru zăcământul de lignit, condițiile hidrogeologice constituie un criteriu principal în clasificarea rezervelor în bilanț sau afară de bilanț, întrucât influențează direct asupra posibilității de exploatare.

Structural, întregul zăcământ are aspectul unui monoclin în care se conturează două cute anticlinale largi și anume anticlinalul Strâmba Rovinari și Negomir Peșteana, separate prin sinclinalul Vlăduleni (figura 7.3).

Perimetrul Unității Miniere de Carieră Roșia – zona de luncă – este situat pe flancul sudic al anticlinalului Strâmba Rovinari, chiar unde începe să se contureze sinclinalul Vlăduleni.

Afundarea bazinului de sedimentare în această zonă a permis dezvoltarea unor orizonturi acvifere atât în complexul cărbunos, cât și în culcușul acestuia.

În zona colinară zăcământul de lignit se află în mare parte deasupra cotei locale de eroziune, apa din orizonturile acvifere drenându-se gravitațional pe versanți.

În zona de luncă a Unității Miniere de Carieră Roșia prin lucrările de foraj hidrogeologic au fost puse în evidență:

orizontul acvifer freatic dezvoltat în depozitele aluvionare ale luncii Jiului;

orizonturi acvifere de adâncime.

Orizonturile acvifere de adâncime se grupează în :

orizonturi acvifere cu extindere regională, localizate sub stratul VI lignit, cu alimentare în zonele marginale ale bazinului de sedimentare, fără posibilități de drenare;

orizonturi acvifere cantonate în lentilele nisipoase superioare stratului VII lignit, care au zone de alimentare și drenare atât în zona de margine a bazinului hidrogeologic, cât și în zona internă, pe văile ce traversează regiunea.

Orizonturile acvifere cele mai puternice sunt cele din prima categorie și în special complexul acvifer din culcușul stratului IV lignit – orizontul artezian principal, caracterizat prin grosimi mari de până la 100 m și presiune piezometrică inițială de până la 164 m coloană apă în perimetrul carierei Roșia de Jiu.

Fig.7.3 Secțiune geologică prin zăcămintele de lignit din Oltenia de Nord

Dimensiunile elementelor geometrice ale Unității Miniere de Carieră Roșia

Unitatea Minieră de Carieră Roșia are o suprafață de 1.230,27 ha. Zona excavată a carierei ocupă o suprafață de 717,38 ha, din care 329,09 ha reprezintă suprafața heldei interioare, iar suprafață care se va ocupa în viitor este de 512,89 ha. Halda exterioară a Unității Miniere de Carieră Roșia ocupă o suprafață de 487 ha. Adâncimea carierei variază între 93 m în estul carierei și 122 m în vestul carierei. Lățimea carierei în zona de deschidere este de 1750 m, în timp ce lățimea în zona de rotire are 2.000 m, iar lungimea până la zona de rotire este de 550 m.

Fluxul tehnologic din Unitatea Minieră de Carieră Roșia

În Unitatea Minieră de Carieră Roșia, datorită utilajelor care intră în componența lanțului tehnologic, procesul de exploatare se desfășoară în flux continuu.

Fluxul tehnologic continuu, constă în folosirea excavatoarelor cu rotor în combinație cu transportoarele cu bandă de mare capacitate și mașini de haldat.

Faptul că exploatarea la zi în România a început relativ recent a creat posibilitatea alegerii celui mai modern echipament și s-a beneficiat de experiența altor bazine din lume astfel încât acest echipament se realizează în prezent la nivelul tehnicii mondiale.

Fluxul tehnologic al Unității Miniere de Carieră Roșia este prezentat în (figura 7.4). Fluxul tehnologic are următoarea dotare:

9 excavatoare cu rotor, din care:

3 excavatoare tip SRs – 2000;

5 excavatoare tip Erc – 1400;

1 excavator tip SRs – 1300;

5 mașini de haldat, din care:

2 abzețere tip A2RsB – 12500-95;

1 abzețer tip A2RsB – 6300-95;

1 abzețer tip A2RsB – 6500-90;

1 abzețer tip A2RsB – 4400-170.

Transportoarele cu bandă însumează peste 22,5 km, din care:

5 bucăți (2.980 m) tip 1400 mm;

16 bucăți (8.390 m) tip 1800 mm;

11 bucăți (7.700 m) tip 2000 mm;

2 bucăți (2.180 m) tip 2250 mm;

7 bucăți (1.196 m) tip 1000-1400-1600 mm, aferente depozitului de cărbune;

Fig. 7.4. Schema fluxului tehnologic din Unitatea Minieră de Carieră Roșia

Pentru asigurarea funcționării utilajelor tehnologice cariera este dotată cu următoarele utilității: 27 km de linii electrice de 20 KV, 15 stații trafo de 20/6 KV și de 6/0,4 KV, 13 km de drumuri de acces și tehnologice, 2 dispecerate de carieră , 1 dispecerat la depozitul de cărbune, 2 incinte secundare care cuprind grupuri sociale, atelier electromecanic, magazii pentru materiale și piese de schimb.

Utilajele au fost puse în funcțiune conform tabelelor 7.1 și 7.2.

Tabelul 7.1 Punerea în funcțiune a liniilor tehnologice

Tabelul 7.2 Punerea în funcțiune a mașinilor de haldat

Exploatarea cărbunelui în cadrul Unității Miniere de Carieră Roșia

Deschiderea Unității Miniere de Carieră Roșia a început în aprilie 1973 și s-a realizat cu excavatorul E 2000-01 prin excavarea unei tranșee de deschidere de la est la vest pe toată lungimea carierei.

Zăcământul de lignit din perimetrul Unității Miniere de Carieră Roșia cuprinde 12 strate (I-XII) în zona colinară și 10 strate (I-X) în zona de luncă, unde procesul de eroziune a Jiului a îndepărtat stratele XI și XII. Dat fiind adâncimea mare la care se găsesc, grosimea mică de sub 2 m și prezența rocilor nisipoase din culcușul și acoperișul acestora, care cantonează orizonturile acvifere puternice, stratele I-IV sunt neexploatabile.

Complexul stratelor exploatabile cuprinde stratele de lignit V-X în zona de luncă și V-XII în zona colinară.

Fig. 7.5 Profil geologic prin perimetrul Unității Miniere de Carieră Roșia

Fig. 7.6 Secțiune hidrogeologică cu evoluția nivelului piezometric al orizontului acvifer artezian – Unitățea Minieră de Carieră Roșia

Profilul geologic din perimetrul Unității Miniere de Carieră Roșia și caracteristicile sale sunt prezentate în figura 7.5, iar secțiunea hidrogeologică cu evoluția nivelului piezometric al orizontului acvifer artezian este prezentată în figura 7.6.

Stratul X a fost deschis în anul 1977, când s-au excavat 11 mii tone de cărbune, urmând deschiderea straturilor IX (1983), VIII (1984), complexul VI-VII (1989), iar straturile V și XII a fost deschis in anul 2000, respectiv 2003.

Exploatarae în carieră se realizează în trepte după cum urmează:

Treapta I este delimitată pe verticală de suprafața terenului la partea superioară și de acoperișul stratului X și are o înălțime de 15-20 m, excavațiile realizându-se cu excavatorul 1400-11.

Treapta a II-a are o înălțime de 14-20 m și este delimitată de acoperișul stratului X și de acoperișul stratului IX. Excavațiile se realizează cu excavatorul 2000 – 03.

Treapta a III-a este cuprinsă între acoperișul stratului IX și culcușul stratului VIII, având o înălțime de 12-13 m. Excavațiile se realizează cu excavatorul 1300-05.

Treapta a IV-a este delimitată între culcușul stratului VIII și culcușul stratului VI, având o înălțime de 20-22 m. Excavațiile se realizează cu excavatorul 1400-04.

Treapta a V-a este delimitată pe o adâncime de 15 m sub culcușul stratului VI.

Treapta a VI-a este delimitată de treapta V și culcușul stratului V, având o înălțime de 12-17 m. Excavațiile se execută cu excavatorul 1400-06.

În zona colinară avansarea treptelor de exploatare presupune rotirea la 90ș a treptelor de lucru. Începând din zona de rotire a carierei avansarea spre sud a treptei I de excavare este condiționată de deschiderea a încă trei trepte în zona colinară. Începând cu anul 1998 au început lucrările de excavare în această zonă.

Treapta a III-a (zona colinară) are o înălțime de 15-28 m. În această treaptă lucrează excavatorul 2000-02 și excavatorul 1400 – 09

Treapta a IV-a (zona colinară) are o înălțime de 6-27 m. Excavațiile se realizează cu excavatorul 1400-12.

Volumul de rocă excavată la 01.01.2005 este de:

377.859 mii m3 steril;

67.284 mii tone cărbune.

Volumul de steril depus în halde:

253.155 mii m3 în halda exterioară;

124.704 mii m3 în halda interioară.

Deschiderea stratului V cărbune

Având în vedere alunecările de teren care s-au produs pe taluzul estic al carierei în anul 1996 și care s-au accentuat în toamna anului 1997, pentru a diminua efectul acestor mișcări, tranșeea de deschidere a stratului V cărbune a fost deplasată cu 600 m în est și 400 m în vest spre avansul carierei, pentru a fi realizat prin haldare interioară un pinten de sprijin al taluzului estic. Astfel a fost abandonată o rezervă de 2 milioane tone din stratul V cărbune.

De asemenea, la un moment dat, datorită acelorași fenomene de instabilitate din taluzul estic al carierei, se vehicula ideea mutării limitei estice a treptei a VI-a cu 250 m spre vest, ceea ce ar fi condus la pierderea unei rezerve de 1,5 milioane tone.

Tehnologia de lucru adoptată prevedea excavarea intervalului dintre stratele VI și V în două trepte, respectiv treapta a V-a și treapta a VI-a.

Elementele geometrice ale tranșeei de deschidere au fost stabilite la următoarele dimensiuni:

lungimea la suprafață este 1.200 m;

lățimea la suprafață este 230 m;

cota la suprafață în sud-vestul carierei este 72 m, iar în nord-vest este79 m;

cota finală în sud-vestul carierei este 38 m, iar în sud-est este 48 m.

Datorită faptului că avansarea excavațiilor pe verticală se suprapune cu lucrările de asecare din orizonturile acvifere din culcușul și acoperișul stratului V, a fost necesar ca la atacarea fiecărui bloc de excavare să fie executate canale cu draglina sau cu rotorul pentru dirijarea apelor către jompurile de pe vatra carierei.

Astfel, atacarea propriu-zisă a excavațiilor pentru deschiderea stratului V au fost începute în luna iulie 1994 cu excavatorul 1400-06, prin realizarea unei tranșee pe limita estică și vestică a treptei a VI-a și întregirea acesteia pe toată lungimea treptei în luna august prin excavarea sub șenile.

În concluzie, până la scoaterea primei tone de cărbune din stratul V s-au excavat 12.285.000 m3 din care: 9.494.000 m3 cu excavatorul 1400-06, 1.577.000 m3 cu excavatorul 2000-03, 1.214.000 m3 cu excavatorul 470-10.

Din acest volum 1.312.000 m3 au fost depuși în halda exterioară și 10.973.000 m3 în halda interioară.

Până în anul 2005 din stratul V s-au excavat 5.158.000 tone.

Deschiderea carierei Roșia de Jiu a început din sud-vestul perimetrului, în zona de maximă afundare a zăcământului de lignit, unde stratele exploatabile V-X lignit se află în condiții hidrogeologice de la grele la foarte grele, odată cu adâncimea.

Structural zăcământul urcă cu 55 m pe o distanță de 3,5 km, iar nisipurile din intervalul V-VI cărbune se efilează în avansul carierei trecând în argile.

Toate acestea fac ca avansarea carierei și exploatarea stratului V lignit să se realizeze în condiții mult mai ușoare din punct de vedere hidrogeologic.

Caracteristici economice

Unitatea Minieră de Carieră Roșia este cea mai mare carieră din România și din sud-estul Europei prin volumul rezervelor geologice de lignit.

La 01.01.1984 au fost omologate 518.785 mii tone rezerve geologice din care 293.929 mii tone rezerve geologice de bilanț și 224.856 mii tone rezerve geologice afară de bilanț.

Caracteristicile calitative medii ale cărbunelui, fără a include intercalațiile sterile din cuprinsul stratelor, sunt cenușa la anhidru (Aanh)=28,13% și puterea calorifică inferioară (Qii)=2.269 kcal/kg [12].

Tabelul 7.3. Rezerve geologice omologate la 01.01.1984

Volumul rezervelor industriale evaluate din rezervele de bilanț, prin adăugarea diluției și scăderea pierderilor, au fost de 346.109 mii tone la 01.01.1984. Rezervele geologice omologate la această dată sunt prezentate în tabelul 7.3:

Prezentarea rezultatelor obținute în urma măsurătorilor de zgomote realizate în cadrul Unității Miniere de Carieră Roșia

Primul set de măsură a fost realizat la Excavatorul cu rotor pe șenile E11. Măsurătorile au fost realizate cu ajutorul sonometrului DT 815 și a multimetrului pentru măsurători de mediu 4 în 1. Măsurătorile au fost realizat în timpul zilei, pe o perioadă de 5 zile lucrătoare, la un interval de 60 de minute. Au fost realizate câte 3 seturi de măsurători în fiecare zi.

La momentul realizării măsurătorilor Excavatorul cu rotor pe șenile E11 era întrodus în fluxul tehnologic în procesul de decopertare.

În tabelul 7.4 sunt prezentate medile rezultatele obținute în urma măsurătorilor de zgomote, în mai multe puncte față de excavator și la diferite distanță față de acesta.

Valoarea de fond a nivelului de zgomot măsurată lângă excavator, înainte de pornirea acestuia, este de 62,9 dB.

Tabel 7.4. Valorile nivelului de zgomot la excavatorul cu rotor pe șenile E11

Pentru o mai bună interpretare a rezultatelor obținute în funcție de locul de amplasare a punctelor de măsurare și distanța față de excavator am realizat și o hartă de zgomote a zonei studiate. (figura 7.7)

Fig. 7.7 Harta de zgomot pentru de excavatorul cu rotor E11

Pentru confirmarea rezultatelor obținute au fost realizate un al doilea set de măsurători la un alt excavator cu rotor, în fașa acestuia la distanțe de 1, 10, 15, 100 și 200 m.

Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul aparatul de măsură digital 4 în 1 PVE-222, pe o perioadă de 2 zile, în timpul zilei, la un interval de 60 de minute. În fiecare zi au fost efectuate câte 6 seturi de măsurători.

Media rezultatelor obținute sunt prezentate în tabelul 7.5

Tabelul 7.5 Valorile nivelului de zgomot la excavatorul cu rotor

Fig. 7.8 Valoarea nivelului de zgomot pentru excavatorul cu rotor la 1 m de acesta

Fig. 7.9 Valoarea nivelului de zgomot pentru excavatorul cu rotor la 10 m de acesta

Fig. 7.10 – Valoarea nivelului de zgomot pentru excavatorul cu rotor la 15 m de acesta

Valoarea nivelului de zgomot înregistrat înainte de pornirea excavatorului cu rotor este de 63 dB (figura 7.11)

Fig. 7.11 Zgomotul de fond înregistrat înainte de pornirea excavatorului cu rotor

O altă sursă de poluare sonoră importantă din Carierele din Bazinul de Lignit al Olteniei este reprezentată de transportoarele cu bandă. În funcție de activitatea la care sunt folosite în fluxul tehnologic, transportoarele cu bandă pot produce o poluare sonoră care afectează carieră și angajații acesteia sau poate avea efecte negative semnificative asupra zonelor locuite din vecinătatea carierelor.

Transportoarele cu bandă folosite la transportul materialului steril spre haldele de steril și cele folosite la transportul cărbunelui în depozite au porțiuni semnificative care trec la distanțe foarte mici de zonele locuite din vecinătatea Unităților Miniere de Carieră.

În cazul Unității miniere de Carieră Roșia unde am au fost realizate măsurătorile, transportoarele cu bandă trec la distanțe foarte mici de casele din satele Roșia de Jiu și Fărcășești.

Pentru a stabili nivelul de poluare sonoră produs de transportoarele cu bandă au fost realizate mai multe seturi de măsurători la transportoarele cu bandă folosite în Unitatea Minieră de Carieră Roșia.

Primul set de măsurători a fost realizat la transportorul cu bandă T111 care la momentul realizării măsurătorilor era utilizată la transportul materialului decopertat de la excavatorul cu rotor E11.

Transportorul cu bandă T111 este amplasat la o distanță de 15 – 20 m de primele locuințe din satul Roșia de Jiu.

Măsurătorile au fost realizate cu ajutorul sonometrului DT 815 și a multimetrului pentru măsurători de mediu 4 în 1. Măsurătorile au fost realizat în timpul zilei, pe o perioadă de 5 zile lucrătoare, la un interval de 60 de minute. Au fost realizate câte 3 seturi de măsurători în fiecare zi.

Valoarea de fond a nivelului de zgomot, măsurată lângă transportoarele cu bandă din vecinătatea zonelor locuite, înainte de pornirea acesteia, este de 48,1 dB.

Tabelul 7.6. Valorile nivelului de zgomot la transportorul cu bandă T111 în vecinătatea caselor din satul Roșia de Jiu

Din determinările prezentate în tabelul 7.6, reiese că nivelul de zgomot de 50 dB, limita admisă, este depășită în conformitate cu STAS 10009/1988 și Ordinul Ministrului Sănătății nr. 536/1977, respectiv H.C.L. nr. 32/1992[1].

Pentru o mai bună interpretare a rezultatelor obținute în funcție de locul de amplasare a punctelor de măsurare și distanța față de transportorul cu bandă am realizat și o hartă de zgomote a zonei studiate. (figura 7.12)

Fig. 7.12 Harta de zgomot pentru banda transportoare T 111

Valorile nivelului de zgomot sunt crescute în anumite porțiuni conform hărții de zgomot din figura 7.13 datorită poluării sonore produsă de funcționarea în același timp atât a excavatorului cu rotor cât și a transportorului cu bandă care deservește excavatorul.

Fig. 7.13 Harta de zgomot pentru excavatorul cu rotor E11 și transportorul cu bandă T111

Un al doilea set de măsurători a fost realizat asupra transportorului cu bandă T106 A care este utilizat pentru transportul materialului steril către haldă. Acest transportor cu bandă are o porțiune semnificativă amplasată la o distanță foarte mică față de zonele locuite din satul Fărcășești situat în vecinătatea Unității Miniere de Carieră.

Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul aparatul de măsură digital 4 în 1 PVE-222, pe o perioadă de 2 zile, în timpul zilei, la un interval de 60 de minute. În fiecare zi au fost efectuate câte 6 seturi de măsurători. Măsurătorile au fost realizate la distanțe de 1, 10 și 15 m față de sursă. În anumite porțiuni distanța dintre transportorul cu bandă și primele case din zonele locuite din vecinătatea Unității Miniere de Carieră nu depășește 15 m.

Media rezultatelor obținute sunt prezentate în tabelul 7.7

Valoarea de fond a nivelului de zgomot măsurată lângă banda transportoare, înainte de pornirea acestuia, este de 45 dB.

Fig. 7.14 Zgomotul de fond înregistrat înainte de pornirea benzii transportoare

Tabelul 7.7 Valorile nivelului de zgomot la transportorul cu bandă care deservește la transportul sterilului către haldă

Fig. 7.15 – Valoarea nivelului de zgomot pentru banda transportoare la 1 m de acesta

Fig. 7.16 – Valoarea nivelului de zgomot pentru banda transportoare la 10 m de acesta

Fig. 7.17 – Valoarea nivelului de zgomot pentru banda transportoare la 15 m de acesta

O altă sursă de poluare sonoră din interiorul Unităților Miniere de Carieră este reprezentată de mașina de haldat. Aceasta afectează doar zona din interiorul Unității miniere de cariere datorită amplasării la distanță mare față de zonele locuite.

Pentru stabilirea nivelului de poluare sonoră produsă de mașina de haldat au fost realizate măsurării, în timpul funcționării acesteia. Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul aparatul de măsură digital 4 în 1 PVE-222, pe o perioadă de 2 zile, în timpul zilei, la un interval de 60 de minute. În fiecare zi au fost efectuate câte 6 seturi de măsurători. Măsurătorile au fost realizate la distanțe de 1, 10 și 15 m față de sursă.

Media rezultatelor obținute în urma măsurătorilor realizate la mașina de haldat sunt prezentate în tabelul 7.8.

La distanța de 15 m nivelul de poluare sonoră este crescut datorită funcționării concomitent atât a mașinii de haldat cât și a transportorului cu bandă care o deservește.

Zgomotul de fond înregistrat înainte de pornirea mașinii de haldat și a transportorului cu bandă care o deservește este de 45,5 dB.

Fig. 7.18 – Zgomotul de fond înregistrat înainte de pornirea mașinii de haldat

Tabelul 7.8 Valorile nivelului de zgomot la mașina de haldat

Fig. 7.19 Valoarea nivelului de zgomot pentru mașina de haldat la 1 m de acesta

Fig. 7.20 Valoarea nivelului de zgomot pentru mașina de haldat la 10 m de acesta

Fig. 7.21 Valoarea nivelului de zgomot pentru mașina de haldat la 15 m de acesta

Fig. 7.22 Valoarea nivelului de zgomot înregistrat la 15 m de mașina de haldat și 1 m de banda transportoare

Alte surse de poluare sonoră prezente în Unitățiile Miniere de Carieră sunt reprezentate de autoturismele folosite la transportul personalului în carieră, cât și buldozerele și camioanele.

Acestea reprezintă surse de poluare care nu afectează pe perioade lungi de timp, ci doar în momentul trecerii acestora.

Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul aparatul de măsură digital 4 în 1 PVE-222, la o distanță de 1 m față de acestea, în timpul funcționării. Rezultatele măsurătorilor obținute sunt prezentate în tabelul 7.9.

Tabelul 7.9 Valorile nivelului de zgomot la autorurismele utilizate la transportul personalului spre și dinspre carieră, camioane și bulldozer

Fig. 7.23 Valoarea nivelului de zgomot pentru autoturismele utilizate în Unitatea Minieră de Carieră Roșia

Fig. 7.24 Valoarea nivelului de zgomot pentru buldozerele utilizate în Unitatea Minieră de Carieră Roșia

Fig. 7.25 Valoarea nivelului de zgomot pentru camioanele utilizate în Unitatea Minieră de Carieră Roșia

Interpretarea datelor privind poluarea produsă de zgomote în Unitatea Minieră de Carieră Roșia

Limita maximă admisibilă a nivelului de zgomot în interiorul Unității Miniere de Carieră Roșia este de 65 dB. În cazul zonelor locuite din vecinătatea Unității Miniere de Carieră Roșia limita maximă admisibilă pentru nivelul de zgomot este de 55 dB.

O parte din transportoarele cu bandă care funcționează în interiorul Unității Miniere de Carieră Roșia sunt amplasate la distante mici de satele Fărcășești și Roșia de Jiu.

În cazul benzilor transportoare T111 și T106 A distanța între prima casa din Satul Roșia de Jiu, respectiv Fărcășești este de doar 15 – 20 m.

Poluarea sonoră produsă de transportoarele cu bandă după cum se poate observa în figura 5.6 este 85 dB. Odată cu depărtarea de transportorul cu bandă nivelul de zgomot scade datorită atenuării produse de aer. La o distantă de 15 m se obține o atenuare a aerului de 10 dB.

Valoarea înregistrată la 15 m de transportorul cu bandă este de 75 dB depășește cu mult limita maximă admisibilă pentru locuitorii din satele Roșia de Jiu și Fărcășești.

Valorile înregistrate pentru excavatorul cu rotor lângă acesta este de 81,5 dB, iar la 200 de metri de acesta este de 52 dB. Valori apropiate de acestea au fost înregistrate și pentru mașina de haldat unde valoarea înregistrată lângă aceasta este de 78 dB.

Cea mai mare valoare a fost înregistrată la 15 m de mașina de haldat și la 1 metru de transportorul cu bandă unde nivelul de zgomot este de 87 dB. Aceasta valoare ridicată a nivelului de zgomot rezultă din însumarea zgomotelor provenite de la cele două surse, mașina de haldat și transportor cu bandă.

Valoarea maximă admisibilă pentru zgomot în interiorul carierei de 65 dB este depășită în toate cazurile lângă utilaje. Limita maximă admisibilă este depășită între 13 și 20 dB lângă utilaje, aceasta scăzând o data cu depărtarea de acestea.

Zgomotul din interiorul carierei (cu excepția benzilor transportoare amplasate la periferia carierei), poate fi atenuat în cazul angajaților prin folosirea de echipamente speciale de protecție.

Metode de reducere a nivelului de zgomot din Unitațile Miniere de Carieră din Bazinul de Lignit al Olteniei

O soluție privind combaterea zgomotelor produse de transportoarele cu bandă, pe căile de propagare, constă în montarea acestora pe elemente vibroizolante. Această măsură asigură o atenuare a nivelului de zgomot, în principal pe componenta de joasă frecvență a oscilației acustice.

Altă metodă de combatere a zgomotului într-un anumit loc este interpunerea între acesta și sursa de zgomot a unui ecran fonoabsorbant și fonoizolant. Prin amplasarea unui asemenea ecran se obține o atenuare a nivelului de zgomot aproape pe întreaga gamă de frecvențe. La amplasarea ecranului trebuie avut în vedere ca acesta să nu deranjeze procesul tehnologic și să permită supravegherea funcționării mașinii.

Izolarea fonică a unui material compozit exprimă capacitatea sa de a împiedica transmiterea de energie sonoră. Factorul de transmitere a energiei sonore se defineste astfel: raprtul dintre energia transmisă Wt și energia acustică emisă Wi, valoarea sa find cu atât mai mică cu cât capacitatea materialului de reținere a undelor sonore este mai mare.

Izolarea fonică este proprietatea ce caracterizează toate panourile fonoabsorbante de separare, cunoașterea sa este necesară pentru a se putea preciza nivelul de izolare fonică între două medii.

În cazul în care energia acustică (Wi) întâlnește un obstacol, constând într-un alt mediu decât cel în care se propagă, apare fenomenul de descompunere (figura 7.26): o parte din energie este reflectată (Wr), o parte este transmisa (Wt), iar o parte a absorbită de catre mediu (Wa). În funcție de tipul de material folosit, se schimbă proporțiile acestei descompuneri respectându-se legile de conservare a energiei:

(7.2)

Pentru a obține o atenuare mai mare a nivelului de zgomot, pe întreaga gamă de frecvențe, se pot folosi tunele fonoizolante.

Folosirea tunelelor fonoizolante și fonoabsorbante conduce la rezultate bune în ceea ce privește izolarea fonică a sursei respective dacă un asemenea sistem este corect conceput și proiectat.

Fig. 7.26 Descompunerea energie acustice în prezența obsatacolelor

Atenuarea nivelului de zgomot realizată prin folosirea tunelelor fonoizolante asupra unei surse, considerând că în interiorul acestora există un câmp difuz, se poate determina cu relația:

[dB] (7.3)

în care, R este reducția sonoră a peretelui tunelului,

Sc suprafața peretelui tunelului,

αi coeficientul de absorbție al elementelor interioare tunelului și și suprafețele interioare corespunzătoare.

Coeficientul α de absorbție a sunetului se definește ca fiind raportul dintre energia absorbită și energia acustică, și exprimă proprietatea unui material de a absorbi energia acustică. Absorbția acustică este practic o transformare a energiei acustice incidente în căldură.

(7.4)

Din relația (7.3) rezultă că atenuarea realizată de un tunel depinde de reducția sonoră R a peretelui acestuia respectiv de masa peretelui și de coeficientul de absorbție.

Undele acustice răspândindu-se de la sursa de zgomot sub formă de unde sferice ajung pe ecranul fonoizolant sub un anumit unghi de incidență și sunt reflectate parțial sub același unghi. Pe de altă parte, suprafețele ecranului sunt excitate după teoria masică a oscilațiilor de încovoiere și undele sunt transmise cu o deviere de direcție. Astfel suprafețele fonoizolante reprezintă o frânare masică iar sunetul reflectat excită ecranul pierzând energie și presiune acustică sub formă de oscilații de încovoiere.

Capacitatea unui panou de a atenua sunetul transmis după ce a fost străbătut de acesta se numește izolarea fonică. Atenuarea sonoră obținută cu ajutorul unei bariere sonore subțiri poate fi compromisă dacă aceasta nu este concepută pentru a se asigura că nivelul de zgomot transmis nu influențează în mod semnificativ nivelul de zgomot global ce ajunge la receptor. Astfel se stabilește că o barieră sonoră atenuează nivelul zgomotului transmis cu cel puțin 0,5 dB.

Izolarea fonică obținută în urma amplasării barierelor de zgomot este influențată de o serie de factori, cum ar fi: masa pe unitatea de suprafață, grosime, rigiditate, pierderea de semnal și unghiul de incidență al sunetului. Cel mai important dintre acești factori îl reprezintă masa pe unitatea de suprafață a barierei de zgomot.

De asemenea, este esențial ca bariera să nu prezinte perforații pătrunse pentru a evita scurgerile de sunet, deoarece perforațiile de dimensiuni mari permit trecerea zgomotului fără a-l amortiza, iar cele înguste îl pot amplifica.

Pentru panourile simple omogene cea mai importantă proprietate o reprezintă masa pe unitatea de suprafață a panoului, cu ajutorul căreia se poate exprima foarte simplu pierderea de transport R:

(7.5)

unde: m – este masa pe unitatea de suparafata;

f – este frecventa critica a materialului.

Din analiza relației 7.5 se constată următoarele:

izolarea fonică R crește o dată cu mărirea frecvenței, în cazul unui perete cu masă dată. Sunetele de frecvențe înalte sunt atenuate mai bine decât cele de frecvență joasă;

izolarea fonică poate fi mărită în cazul sunetelor cu frecvență joasă dacă se mărește masa peretelui, adică dacă se realizează un perete masiv;

creșterea izolării fonice în raport cu frecvența este de 6 dB pe octavă;

în cazul unei frecvențe constante izolarea fonică crește cu masa unității de suprafață;

la frecvență constantă izolarea fonică crește cu 6 dB pentru fiecare dublare a masei.

Pentru cea mai mare parte a materialelor de construcție rigiditatea statică trebuie să fie suficient de mare astfel încât acestea să reziste la unde sonore cu o gama de frecvente cuprinsa intre 50 – 5.000 Hz.

Un panou separator fonoabsorbant simplu, lovit de energia sunetului, este supus vibrațiilor și rezonanței, fenomene care îi pot influența comportamentul acustic. Astfel în zonele de înaltă și joasă frecvență pot să apară pierderi de izolare fonică datorate frecvențelor de rezonanță sau coincidență; frecvența la care începe să aibă loc pierderea se definește ca frecvență critică (fc), valoarea sa putând fi calculată în cazul în care este cunoscută viteza de propagare a sunetului în material,

(7.6)

unde: k – este constanta elastică a materialului;

m – masa panoului.

Pentru realizarea ecranelor curbate putem folosi placi fonoabsorbante și fonoizolante din oțel, aluminiu și fibre minerale, sau se pot utiliza plăci de policarbonat.

Stratificarea aeriană între marginile de duritate ale placilor de policarbonat asigura o buna izolare fonică. în functie de tipul placii de policarbonat utilizat, se obțin diferite valori de atenuare a zgomotului, valoriile fiind prezentate în tabelul 7.10.

Tabelul 7.10 Nivelul de atenuare fonic al placilor de policarbonat

O metodă de diminuare a zgomotului pe căile de propagare, în cazul transportoarelor cu bandă, o constituie închiderea sursei de zgomot într-un tunel fonoabsorbant și fonoizolat din policarbonat, pe porțiunile din vecinătatea zonelor locuite.

În vederea determinării comportamentului plăcilor de policarbonat la diminuarea zgomotelor am realizat un tunel având o înălțime de 2,5 m și o lățime a bazei de 3,2 m. Grosimea plăcii de policarbonat este de 2 mm, cu o greutate de 0,6 kg/m2.

Fig. 7.27 Tunel experimental

Pentru experiment am utilizat o sursă de zgomot având aceeași bandă de frecvență, rezultatele obținute fiind prezentate în tabelele 7.11 și 7.12.

Tabelul 7.11. Valorile reducerii nivelului de zgomot pentru un tunel având lațimea de 3,2 m și înălțime 2,5m

Pentru determinarea reflexiei s-au efectuat măsurători în interiorul tunelului experimental și în exteriorul acestuie în trei puncte fixe față de sursă, rezultatele fiind prezentate în tabelul 4.

Tabelul 7.12 Valorile reflexiei zgomotului pentru un tunel având lațimea de 3,2 m și înălțime 2,5m

O altă metodă de reducere a nivelului de zgomot este folosirea unor ecrane curbate fonoizolante și fonoabsorbante [2].

La realizarea ecranului curbat utilizat la măsurătorile experimentale s-au folosit placi de policarbonat de 2 mm.

Fig. 7.28 Ecran curbat pentru protecție fonică

Tabelul 7.13 Valorile reducerii nivelului de zgomot pentru ecranul curbat având înălțimea de 2,5m

Tabelul 7.14. Valorile nivelului de zgomot obținute prin folosirea ecranelor curbate

Pentru reducerea poluarii sonore produsă de transportoarele cu bandă propun două metode de amplasare a ecranelor curbate.

Prima metodă constă în amplasarea ecranului curbat la o distantă de 0,5 m de structura metalică a transportoarelor cu bandă.

Fig. 7.29 Ecran curbat pentru protecție fonică – metoda unu

A doua metodă de amplasare a panoului curbat este poziționarea acestuia la înaltime de 0,5 m de la sol direct pe structura metalică a transportoarelor cu bandă. Această înălțime a fost aleasă pentru a putea fi ecranate toate părțile în mișcare ale transportoarelor cu bandă.

Fig 7.30 Ecran curbat pentru protecție fonică – metoda doi

Pentru a alege metoda ideală atât din punct de vedere economic cât și al nivelului de atenuare a zgotului în continuare voi prezenta un studiu comparativ al costurilor aferente realizării unui tronson de panou fonoizolant și fonoabsorband cu o lungime de 5m, aceasta fiind lungimea dintre doi stâlpi de sustinere a benzilor transportoare.

În urma măsurării zgomotului emis de excavatorul cu rotor pe șenile, introdus pe fluxul tehnologic pentru descopertare, așa cum rezultă din tabelul 7.4, acesta nu influențează poluarea fonică a locuințelor din satul Roșia Jiu.

Sursa principală de poluare a acestei zone locuite o constituie transportoarele cu bandă aflată în imediata apropiere a locuințelor unde valoarea medie a poluării sonore depășește cu 20-30 dB standardele în vigoare.

În urma măsurătorilor efectuate folosind ecranul curbat și tunelul de policarbonat de 2 mm a rezultat că ele pot produce o atenuare a zgomotului datorată plăcii de aproximativ 7 dB.

Diferența atenuării zgomotului folosind tunelul și ecranul curbat după cum rezultă din tabelele 3 și 5 este mică, avantajul folosirii ecranului curbat este de natura tehnologică și economic.

Îmbunătățirea calității fonoabsorbante ale ecranelor este arcuirea plăcilor de policarbonat sau chiar simpla curbare a extremității superioare. Această modalitate duce la obținerea unei puteri de absorbție mărită și în același timp diminuează înălțimea ecranelor.

Folosirea plăcilor stratificate de policarbonat duce la creșterea izolării fonice a surselor de zgomot putând ajunge chiar până la 30 dB [3].

Calcul economic:

Ecranele curbate pentru cele două metode sunt prezentate în figurile 7.31 și 7.32

Ecranul curbat pentru metoda unu are o lungime de 5 m, și o înălțime de 2,1 m. La bază ecranul curbat este prevazut cu o structură de susținere (figura 7.31).

Figura 7.31 – Model ecran curbat – metoda unu

Ecranul curbat pentru metoda doi are o lungime de 5 m, și o înălțime de 1,6 m. În comparație cu ecranul curbat de la metoda unu acesta nu are structură de susținere, el fiind prins direct pe structura metalică a transportoarelor cu bandă (fig. 7.32).

Fig. 7.32 – Model ecran curbat – metoda doi

Pentru panourile confecționate din oțel, aluminiu și fibre minerale

Tabelul 7.15 Calculul economic pentru realizarea ecranului curbat din oțel, aluminiu și fibre minerale pentru prima metodă

Tabelul 7.16 Calculul economic pentru realizarea ecranului curbat din oțel, aluminiu și fibre minerale pentru a doua metodă

Pentru ecranele curbate din placi de policarbonat vom folosi placi de policarbonat de 16 mm.

Tabelul 7.17 Calculul economic pentru realizarea ecranului curbat din policarbonat pentru prima metodă

Tabelul 7.18 Calculul economic pentru realizarea ecranului curbat din policarbonat pentru a doua metodă

Prin utilizarea panourile din oțel, aluminiu și fibre minerale se poate obține o atenuare a nivelului de zgomot de până la 40 dB, iar o placă de policrabonat de 16 mm are o atenuare a zgomotului de până la 21 dB după cum rezultă din tabelul 7.10.

În cazul amplasării panourilor de policarbonat, nivelul de zgomot va fi redus la valoarea de 55 dB, această valoare fiind limita maximă admisă a nivelului de zgomot în zonele locuite pe timpul zilei. În cazul panourilor din oțel, aluminiu și fibre minerale această valoare va fi redusă sub limita maximă admisibilă.

Costurile aferente panourilor din policarbonat sunt mult mai mici comparativ cu cele pentru panourile din oțel, aluminiu și fibre minerale.

În cazul benzilor transportoare T111 și T106A din Unitatea Minieră de Carieră Roșia, nivelul de atenuare produs de plăcile de policarbonat este suficient pe perioada de zi, aceste benzi functionând doar ziua.

Pentru a doua metodă de amplasare a panourilor, costurile sunt mai scazute datorită dimensiunilor mai reduse a panourilor și lipsei structurii de la baza panoului, acestea având și avantajul că pot fi amplasate oriunde pe structura metalică a benzilor transportoare, indiferent de denivelările prezentate de sol.

Evaluarea datelor privind poluarea cauzată de vibrații în cadrul exploatărilor la zi din Bazinul de Lignit al Olteniei

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: CERCETĂRI PRIVIND POSIBILITĂȚI DE REDUCERE A ZGOMOTELOR ȘI A VIBRAȚIILOR PRODUSE DE UTILAJELE FOLOSITE ÎN FLUXURILE TEHNOLOGICE DIN BAZINUL DE LIGNIT… [302755] (ID: 302755)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

CERCETĂRI PRIVIND POSIBILITĂȚI DE REDUCERE A ZGOMOTELOR ȘI A VIBRAȚIILOR PRODUSE DE UTILAJELE FOLOSITE ÎN FLUXURILE TEHNOLOGICE DIN BAZINUL DE LIGNIT… [302755]

Copyright Notice

ȘCOALA DOCTORALĂ DE TEOLOGIE ȘI STUDII RELIGIOASE A [602403]

Raport de cercetare 1: Stadiul actual al problematicii multi -GNSS la nivel național si international [600239]

Ana CÎTU (CRĂSNEANU) [600672]

Școala Doctorală de Medicină Veterinară [611398]

Pagina 1 din 40 [627607]

ACADEMIA DE POLIȚIE Alexandru Ioan Cuza [607566]

Copyright Notice

Similar Posts