ȘCOALA DOCTORALĂ INGINERIE MECANICĂ ȘI MECATRONICĂ [613723]

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” din BUCUREȘT I

ȘCOALA DOCTORALĂ INGINERIE MECANICĂ ȘI MECATRONICĂ

Nr. Decizie …….. din ………

TEZĂ DE DOCTORAT

CONTRIBUȚII LA VALORIFICAREA ENERGETICĂ SUPERIOARĂ A
ULEIURILOR UZATE UTILIZÂND MATERIALE NANOSTRUCTURATE

Autor : Ing. Dragne Mihai Ionel
Conducător de doctorat: prof. dr. ing. Ionel Gh. Pîșă

COMISIA PENTRU SUSȚINEREA PUBLICĂ A TEZEI DE DOCTORAT

Președinte Prof. Dr. Ing. Gheorghe
Brezeanu de la Univ ersitatea Politehnica
București
Conducător de doctorat Prof. Dr. Ing. Ionel Gh. Pîșă de la Universitatea Politehnica
București
Referent de la Universitatea Politehnica
București
Referent de la Universitatea Politehnica
București
Referent de la Universitatea Politehnica
București

BUCUREȘTI
2020

Mulțumiri

Acum, la finalul stagiului doctoral , imi doresc sa adresez câteva cuvinte de mulțumire
persoanelor care m -au inspirat , m-au sfătuit , m-au îndrumat și care mi -au acordat suportul pe
parcurusul acestor ani.
În primul rând sincere mulțumiri și sentimente de recunoștință coordonatorului meu
științific, domnului Prof. dr. ing. Ionel Gh. PÎȘĂ pentru încrederea acordată , sfaturile utile date
precum și indrumarea oferită cu tact pentru a da o finalitate acestei lucrări științifice.
În al doilea rând doresc să ii mulțumesc în mod special doamnei prof. dr. ing. Alina Elena
Pop pentru sprijinul științific și administrativ constant acordat, dar ma i ales pentru contribuția
dumneaei în formarea mea ca om.
Mulțumesc de asemnea domnilor profesori din comisia de evaluare pentru sfaturile și
îndrumările oferite, domnului Prof. dr. ing . Lucian MIHĂESCU, domnului Prof. dr. ing. Gabriel
Paul NEGREANU și domnului Prof. dr. ing. Gabriel Paul NEGREANU.
Doresc să mulțumesc domnului Conf . doc. Ing. Horațiu Laurenți POP, Prof. doc. Ing.
Gheorghe LĂZĂROIU pentru ajutorul științific acordat precum și colegului meu ing. Daniel
TABAN .
Aș dorii de asemenea s ă mulțumesc tuturor profesorilor din cadrul Universității Petrol –
Gaze din Ploiești, colegilor din cadrul I.C.E.M.E.N.E.R.G. , laboratorului de analize structurale
din cadrul Universitășii Politehnica din București pentru prietenia și ajutorul acordat.
Țin să mulțumesc domnilor profesori din comisia pentru susținerea publică a tezei pentru
sprijinul acordat…..
Vreau să mulțumesc tuturor ac elora care de -a lungul timpului au contribuit la formarea
mea umană și profesională
Mulțumesc familiei, mai ales tatălui meu pentru sprijinul permanent acordat și care,
întotdeauna a subliniat importanța unei bune educații și nu în ultimul rând mulțumesc în mod
special soției mele Ecaterina pentru răbdarea și ințelegerea acordată.

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

Uleiurile uzate sunt lubrifiant e de origine naturala sau sintetică folosit e în motoarele cu
ardere internă și în procesele industriale.De asemena uleiurile uzate sunt considerate deșeuri toxice
și periculoase atat pentru mediul înconjurator cât și petru om
Deținătorii de uleiuri uzate sunt obligați să asigure depozitarea sortată și închiderea
recipientelor etanș a diferitelor tipuri de uleiuri uzate. Recipientele etanșe în care se colectează
uleiurile uzate necesită o rezistență destul de mare la ș ocul mecanic și termic , acestea fiind
depozitate în spații special amenajate pentru p revenirea poluării mediului înconjurător
în cazul scurgerilor neprevăzute . Amestecarea uleiurilor uzate între ele sau a uleiurillor care conțin
bifenili policlorurați sau alți compuși similari, evacuarea pe sol, vărsarea acestora e ste strict
interzis ă.
Persoanele fizice deținătoare de ulei uzat au obligativitatea să înmâneze gratuit întreaga
cantitate persoanelor juridice autorizate colectării de uleiuri uzate.
Uleiurile utilizate la motoarele termice se uzează în timpul funcționării modific ând
propietățile acestuia și necesita schimbarea lui. În general factorii cei mai frecvenți care duc la
uzura uleiului sunt particulele metalice din motor rămase în ulei, murdaria și uneori apa. Uleiurile
uzate conțin particule metalice și hirdocarburi .
Poluarea a mediului înconjurător cu uleiuri uzate pot fii reduse dacă aceste deșeuri
periculoase se valorifică prin regenerarea acestora și refolosința lor în industria auto cât și în cea
industrială. Această tehnologie de revitalizare a uleiurilor uzate nec esită eforturi organizatorice,
științifice și economice pentru o evoluție a tehnologiei pe această ramură . În ultima vreme în
literatura de specialitate și sesiunile științifice, brevete de invenție, articolele științifice au ținut să
demonstreze importanț a și actualitatea temei.

1.1SUBIECTUL LUCRĂRII INTEGRAT ÎN LITERATURA DE SPECILALITATE

Lucrarea propune dezvoltarea de tehnologii avansate și integrate pentru materiale cu
proprietăți adsorbante (de exemplu, bentonită) și utilizarea acestor materiale în procese de
recuperare a uleiului uzat cu efect de re vitalizare și recuperare a energiei. Obiectivul principal este
înlocuirea combustibilului diesel, care este un combustibil scump, cu uleiuri revitalizate pentru
producerea de energie. Pentru acestea, trebuie să ne îndreptăm atenția către două seturi importante
de experimente de laborator .
Primele teste sunt legate de determinarea concentrației optime de bentonită pentru
îndepărtarea metalelor din uleiul uzat. Revitalizarea uleiului uzat conduce la protecția instalației
de ardere, la creșterea duratei de viață a acesteia și la reducerea emis iilor poluante. Al doilea set
de experimente se referă la determinarea caracteristicilor energetice ale uleiului uzat și uleiului
uzat revitalizat pentru producerea de energie. S -a determinat analiza elementară, puterea calorifică

inferioară , vîscozitatea, densitatea și analiza cenușei. S -a făcut testarea experimentală a procesului
de ardere pe un cazan la scară mică, iar rezultatele arată un proces îmbunătățit a arder ii și scăderea
emisiilor de poluante pe uleiului uzat revitalizat în comparație cu ul eiul uzat .
Poluarea mediului este o problemă de actualitate și încearc area obținerii de combustibili
nepoluanți sau recuper area de materiale reziduale în scopuri energetice , preocupă mulți cercetători
în prezent. Este necesar să se rezolve problema uleiurilor uzate ale vehiculele rutiere în
conformitate cu DIRECTIVA 2008/98 / CE privind deșeurile și legislația națională în vigoare:
Decizia nr. 235 din 7 martie 2007. Prezenta hotărâre prevede toate operațiunile prin care uleiurile
uzate transferate de la deținător la operatorii economici care pot colecta, valorifica sau elimina
aceste uleiuri sau utilizarea acestora drept combustibil cu recuperare adecvată a caldurii generate .
Uleiurile de motor sunt utilizate pentru a unge componentele ansamblului motorului, iar
proprietățile esențiale ale acestuia sunt: ungere / lubrifiere pentru a reduce frecarea între părțile
mobile, răcirea pieselor cu care intră în contact, în special pistonul, curățarea pieselor de rezidurile
depuse în urma procesului de ardere (de exemplu, cilindri, segmen ții, piston), protecție împotriva
coroziunii chimice a pieselor motorului. Contaminarea cu particule se datorează arderii incomplete
a combustibilului și conduce la creșterea v îscozității uleiului.
Uleiurile de motor utilizate se pot contamina cu impuritățile rezultate din procese nedorite
de oxidare: sedimente, apă, particule metalice și aditivi degrada ți [1]. Există mai multe metode
pentru a elimina acești contaminanți.
Tehnologia propusă vizează procesul de revitalizare a uleiurilor reziduale provenite din
motoarele cu ardere internă , cu compuși nanostructur ați naturali sau modifica ți. În această privință,
alegem bentonita ca material nanostructurat. Pulberea de bentonită joacă un rol important în
regenerarea uleiurilor uzate [2].
În final, această metodă de revitalizare a uleiului uzat, va fi aplicată pe o hală industrială,
mai exact intr -un service auto .
Aplicarea rezultatelor cercetării va contribui la asigurarea unei dezvoltări economice
durabile la nivelul domeniului proiectului. Prin aceasta se promoveaz ǎ exploatarea ș i utilizarea
zăcămintelor de absorbanț i naturali (bentonite, zeoliti) ș i utilizarea unor noi resurse energetice
economisind totodată resursele clasice. Un beneficiu important al tratării -revitalizării uleiurilor
uzate constă î n eliminarea unei surse de poluare complexe și readucerea î n consum a unui material
combustibil . Ca urmare a in vestițiilor pentru exploatarea și utilizarea în domeniul proiectului a
zăcămintelor naturale de absorbanț i va avea loc o dezvoltarea economică a zonei, ceea ce va
conduce la îmbunătățirea condițiilor de viață și de sănătate ale populației locale .
Prin crearea de noi locuri de muncă, deci prin creșterea gradului de ocupare a forței de
muncă, se contribuie și la creșterea nivelului de trai al populației. De asemenea, prin lucrările din
cadru l proiectului se susțin, în instituțiile participante în consorțiu, locurile de muncă pentru
specialiștii de înaltă valoare din domeniul cercetării oferindu -se, în același timp, condiții pentru
formarea unor specialiști în domeniu și îmbogățirea experiențe i și pentru acumularea cunoștințelor
de ultimă oră din domeniu.

CAPITOLUL 2
STADIUL ACTUAL AL CAPACIT ĂȚII DE VALORIFICARE PRIN
ARDERE A ULEIURILOR UZATE DIN ROMÂNIA ȘI
CARACTERISTICILE FIZICO -CHIMIE ALE UIELURILOR UZATE

Așa cum s -a mai aratat, uleiurile uzate reprezintă un agent de poluare a mediului și din
acestă cauză au existat preocupări de reducere a efectului acestui agent de poluare asupra mediului.
Au fost efectuate studii numeroase la nivel mondial care au condus l a evidentierea toxicitatii
acestui produs și pe baza carora s -au elaborat tenologii de regenerare a uleiurilor uzate. Printre cele
mai cunoscute și aplicate în prezent sunt: procedeul TDA, procedeul INTERLINE și procedeul
CEP-Mohawk . Aceste procedee reali zeaza separarea unui combustibil și a unei fractii de ulei
regenerat care după diverse prelucrari se folosește la fabricarea uleiurilor lubrifiante.
Problemele referitoare la reducerea poluării cu uleiuri uzate și legate de valorificarea
acestor deșeuri p ericuloase sunt incă numeroase și necesită, în continuare, multe eforturi
organizatorice, știintifice și economice pentru rezolvarea acestora. Articolele știintifice, brevete de
invenție publicate în ultima vreme în literatura de specialitate și sesiunile științifice pe aceasta temă
care s -au ținut demonstrează importanța și actualitatea temei.

2.1 REGENERAREA ULEIURILOR UZATE
Tehnologia de r egenerarea uleiurilor uzate s-a dezvoltat radical , datorită nevoii de eludare
a poluării mediului ambient cât și necesitatea de conservațiune . Colectarea masivă a uleiurilor
uzate a devenit o prioritate pentru majoritatea țărilor, urmărind obținerea unor produse
comerciabile, cât mai economince prelucrate adecvat . În Europa și în Statele Unite ale Americii s –
au ținut congrese speciale pentru tehnologia de regenerare a uleiurilor uzate, începând cu anul
1974 . După un sondaj estimativ s -a ajuns la concluzia că în Europa Occidentală exista 3,0 – 3,5
milioane tone de ulei uzat anual și numai 50% din acestea se . Având în v edere că cel mai mare
producator de ulei uzat este piața de autovehicule, acestea sunt primele luate în calcul pentru
regenerarea uleiului.
Cum s -a menționat și la precedentul capitol regenerarea uleiurilor uzate întampină cea mai
mare greutate în vederea colectării, depozitării, transportării și procesarea pe categorii
corespunzătoare urmând să se utilizeze tehnologia convenabilă, pentru realizarea unor uleiuri de
bază de calitate superioare și cât mai economic. Pentru o minimizare ale acestor dificultăți , se
recomandă colectarea uleiurilor uzat e în trei grupe :
• uleiuri de motoare (inclusiv de turbine, hidraulice și pentru transmisiile autovehiculelor),
• uleiuri de transformatoare electrice
• restul uleiurilor

Un important mijloc de amortizare a cheltuieli lor de exploatare în domeniul auto precum
și în alte sectoare este colecatarea și revitalizarea uleiurilor .
Pentru o revitalizare adecvată a propietăților uleiurilor, trebuie ținut cont de câteva ascpecte
de bază :
• colectarea strictă pe categorii în condiții de perfecta curățenie a ulueiurilor
• parcurgerea schemei adoptate pentru revitalizarea propusă trebuie respectată pas cu pas
Majoritatea tărilor Europene pun mare accent pe revitalizarea uleiurilor uzate din cauza
consumului foarte mare de uleiuri și studiul arată că uleiurile uzate nu conțin mai mult de 8 -15 %
impurități și se pune problema recuperării acestora printr -o serie de prelucrări fizice.
În uleiurile uzate sunt trei mari categorii de impurități ce s e țin cont de ele în procesul de
revitalizare a uleiurilor:
a) produși volatili , apa. O problemă deosebită o pune îndepărtarea apei care se găsește dispersată
stabil în ulei, sau cea care formează cu uleiul o emulsie. Ea nu poate fi îndepărtată printr -un simplu
proces de decantare.
b) compuși solubili în ulei, care cuprind: substanțe rezultate în urma oxidării, produși acizi,
bazici sau neutri, asfaltene, săpunuri metalice, aditivi amelioratori ai indicelui de vîscozitate și
aditivi detergenți;
c) produși i nsolubili în ulei, care sunt formați din: praf, resturi metalice, particule de carbon etc.
Foarte mulți din acești produși insolubili au dimensiuni sub un micron, fiind menținuți în suspensie
de aditivii detergenți care îngreunează foarte mult înlăturarea lor.
Procesul de regenerare cuprinde următoarele etape (fig. 1): decantare – separarea
impurităților în suspensie – eliminarea apei – tratarea acidă – neutralizarea și tratare cu pământuri
decolorante.

Fig. 2.1 Schema bloc a procedeului de regenerare a uleiurilor uzate. [16]
1 – decantare; 2 – separare impurități, filtrare; 3 – eliminarea apei (distilare în vid); 4 – tratare acidă
cu H 2SO 4; 5 – neutralizare; 6 – tratare cu pământuri decolorante; 7 – filtrare
„Invenția se refera la combustib ili ecologici obținuți din uleiuri uzate ” [29]

2.1.1 Uzarea și impurificarea uleiurilor
În timpul utilizării lor, uleiurile suferă un proces de degradare treptată. Cauzele care
provoacă degradarea uleiului sunt:
-contaminarea lui cu impurități de natură diversă;
-alterarea uleiului datorită oxidării.
Impuritățile de proveniență exterioară uleiului sunt: praf atmosferic, particule metalice
rezultate în urma uzurii pieselor, materiale abrazive ca: nisip de turnătorie, așchii și praf metalic
rezultat e în urma uzinării pieselor sau rodajului. Apa, care ajunge în ulei ca rezultat al condensării
vaporilor, are acțiune corozivă pe care o exercită prin efectul de ruginire a pieselor. Apa intensifică
spumarea uleiului și anihilează sensibil efectul aditivil or.
Una din căile importante ale degradării uleiurilor, o constituie procesul de oxidare a
acestora. Factorii care influențează în mod deosebit acest proces de oxidare sunt:
– metalele care au acțiune catalizatoare, cu efect rapid al oxidării
– mărimea suprafeței de contact a uleiului cu suprafețele fierbinți
– grosimea ulei ului; procesul de oxidare este mai activ în zonele peliculare spre deosebire în
baia de ulei
– temperatura ridicată a pieselro aflate în contact cu uleiul
Varietatea produsilor de oxidare este mare de la aclooli, aldehide, până la acizi, cetone,
rășini, asfaltene și carbene.
Efectele ce apar în urma oxidarii uleiului sunt:
– datorită rășinilor și asfaltenelor uleiul devine mai vâscos ;
– înegrirea uleiului
– aparțitia unor substanțe solubile în ulei , rezultând reziudri pe suprafața pieselor;
– formarea unor substanțe insolubile, de natură asfaltică, care se amestecă cu apa și apare reziduri
pe pereți carterelor;
– formarea unor compuși cu caracter acid, care provoac ă coroziunea pieselor;
– înegrirea uleiului
Valoare totală a impurităților cu excepția apei reprezintă în g reutate 3 -10% din uleiul
uzat, iar mărimea particulelor au dimensiuni în jur de 2 – 3 μm; particulele peste 5 μm cu o pondere
de 1%.
2.1.2 Colectarea uleiurilor uzate și valorificarea acestora
În România colectarea și revitalizarea uleiului uzat este ramura destul de slab dezvoltată
față de alte țări care au luat în serios programul celor trei R -uri (recuparare, recondiționare și
refolosire). În țara n oastra conform unui sondaj la sfârșitul anului 1989 cantitatea de ulei uzat
colectat era de 85.000 t, însă acestea erau colectate în mod necorspunzător. Aceste uleiuri uzate nu
erau sorate pe categorii, bazele de aprovizionare și desfacere care preluau uli eurile nu dispuneau
de posibiliatatea de verificare sau control, rezultând astfel o prelucrare neadcvată pentru fabricarea
unor lubrifianți de calitate.
După anul 1990, s-a acordat mai puțină atenție colectării de ulei uzat pentru re vitalizare
în România , astfel s -au înregistrat la sfârșitul anului 2000 aproape 1000 tone mai puțin de 20 de
ori față de alți ani. Paradoxul în Romania este că parcul național de autovehicule a explodat
ajugând la aproximativ 630000 de mașini înmatriculate în Romania , numărul de restaurante fast

food și al marilor magazine s-au înmulțit vertiginos , astfel se ajunge la concluzia că Romania este
o mare producătoare de ulei uzat însă la capitolul colectare uleiurilor este o ramură subdezvoltată .
Cantitățile de uleiuri uzate necolectate constituie o sursă principală de poluare a solului și a apei
. Efectele tipurilor de contaminanți din uleiuri sunt prezentate în tabelul de mai jos .

Tabel 2.1 Efectele tipurilor de contaminanți din uleiuri [29]
Contaminanți solizi Contaminanți lichizi Contaminanți gazoși
Solide dure > 3 μm
– Abraziunea metalelor
– Uzura
– Distrugerea filmului de ulei
– Coroziune în puncte
Solide moi < 3μm
– Ajută la formarea noroiului
– Facilitează retentia acidă
– Cresc frictiunea
– Determină oxidarea uleiului -Determină oxidarea
-Determină oxidarea
-Reduc vîscozitatea
-Ajută la formarea
noroiului – Contribuie la crearea cavitatilor în
echipamente
-Determină coroziunea
-Determină oxidarea uleiului
-Cauzează spumarea uleiului

Valorificarea uleiului uzat se poate face prin intermediul persoanelor juridice,
acesta având prioritatea de vitalizare a ulieului uzat. Se consideră valorificare și uleiul care se arde
dupa procesul de revitalizarea.
Ecomaster este una dintre aceste firme care detine soluții eficiente în domeniul colectării
și valorifică rii uleiurilor uzate. Ecomaster Servicii Ecologice este o companie membră a Grupului
Rompetrol spec ializarea acestei companii este colectarea, tratarea și eliminarea deșeurilor inclusiv
uleiurile uzate .

Fig.2.2 Instalație de colectare a uleiurilor uzate [29]

Ecomaster a dezvoltat o rețea națională de colectare a uleiurilor uzate din categoriile de
colectare 1, 2 și ordinul 4:
– ulieurile hidraulice minerale neclorinate, uleiurile minerale neclorinate și uleiurile sintetice de
motor, transmisie și ungere;
– uleiurile minerale și uleiurile sintetice de ungere, fără halogeni;
– uleiurile hidraulice sitetice;
– uleiuri de ungere și uleiuri hidraulice ușor biodegradabile.
2.2. CARACTERISTICILE FIZICO -CHIMICE ȘI ENERGETICE ALE ULEIURILOR
MINERALE
Ungerea motoarelor termice se face cu ajutorul uleiului mineral având o compoziție
complexă. Uleiul este compus din:
• Uleiuri de bază , aproximativ de 75 -85%
• Aditivi , aproximativ de 25 -15%
Uleiurile de bază au rol principal de lubrifiere a pieselor . În funcție de materia prima
utilizată și tehnica de fabricare uleiurile de bază sunt :
– uleiuri de bază minerale , materia primă este petrolul ;
– uleiuri de bază sintetice , se obțin prin metode chimice ;
– uleiurile de bază semi -sitetice, sunt amestecuri de uleiuri minerale și uleiuri sitetice
aproximati v de 20 -30%.
Aditivii sunt substanțe chimice care prin amestecul cu uleiul de bază, îmbunătățește
semnificativ caracteristicile acestuia în sistemul de ungere ale motoarelor termice

Fig.2.3 Compoziția aditivilor dintr -un ulei motor (SAE 5W -30) [35]

Proprietățile fizico -chimice ale uleiurilor de motor depind în mare măsură de tipul uleiului
de bază cât și de tehnologia aplicată la fabricare precum și natura aditivilor implementați în uleiul
de bază.
Octuozitatea și vâscozitatea sunt principalele caracteristici de ungere și de curgere ale
uleiurilor. Densitatea uleiurilor, variază între 0,88 și 0,99 g/cm3.
Punctul de inflamabilitate , reprezintă temperatura minima la care vaporii de ulei se a prind în
prezența unei flăcări,aceasta fiind cuprinsă între 200 -250oC la ulei

2.2.1 Onctuozitatea

Este caracteristica uleiului de a forma la suprafețele metalice o peliculă rezistentă de ulei
împiedicând frecarea pieselor, evitând astfel uzura și gripajul. Pentru mărirea onctuozității se
adaugă aditivii

Fig.2.4 Uzura prematură a arborelui cu came [35] A- arbore cu came nou, B – arbore cu came uzat
premator, C – arbore cu came uzat complet
2.2.2 Vâscozitatea

Este proprietatea uleiului de a se opune curgerii și depinde de temperatură, cu cât
temperatura crește cu atât uleiul devine mai vâscos și are o curgere mai ușoară.

2.2.3 Punctul de congelare

Punctul de congelare a u leiului este în jur de -30 șC, depinde de producător .
Una dintre sursele de degradare a uleiului este oxidarea acestuia în funcție de temperatură,
cu cât temperatura este mai mare în prezența oxigenului cu atât oxidarea este mai intensă și
vâscozitatea crește.

Fig. 2.5 Creșterea vâscozității uleiului motor datorită oxidării [35]

Fig. 2.6 Formarea depunerilor (mâlului) în baia de ulei datorită oxidării [35]

Contaminarea cu combustibili (benzină sau motorină) scade vîscozitatea și temperatura de
inflamabiitate a uleiului ce poate produce autoparinderea acestuia.
Contaminarea cu apă sau lichid de răcire duce la emulsionarea uleiului și scade capacitatea
de lub rifiere a pieselor.
Contaminarea uleiului se mai poate face și din cauza impurităților din aer, parituclelor
metalice în urma uzurii pieselor.

Fig. 2.7 Contaminarea cu apă a uleiului motor [35]
2.3. CARACTERISTICILE FIZICO -CHIMICE ȘI ENERGETICE ALE ULEIURILOR
UZATE

Metodele de analiză sunt aceleși atât pentru caracterizarea uleiurilor uzate cât și pentru
carcterizarea uleiurilor minerale (lubrifiante) . În urma analizelor unor probe de uleiuri uzate
rezulatate din diferite categorii s-a stabilit o compoziție medie a uleiului uzat.

Tabelul 2.2 Compoziția medie a uleiurilor uzate [11]
Component % masă
Benzină (punct final de fierbere 177șC) 1-6
Motorină (punct final de fierbere 177 -343șC) 10-15
Ulei (interval de fierbere 343-429șC) 60-70
Ulei greu (bright stook) 0-10
Apă 0-10
Aditivi 7-15
Produși de oxidare 5-8
Particule solide (praf, cărbune) 1-3

Din datele de mai sus constatăm ca uleiurile uzate conțin proporții mari de fier față de
uleiurile minerale, celelalte elemente chimice (calciu, bariu, zinc, fosfor, magneziu) se găsesc și
ȋn uleiul proaspăt și provin din aditivi.
Uleiurile uzate sunt mai ușor de procurat pentru obținerea de uleiuri de bază față de uleiul
mineral deoarece nu mai necesită distilarea în vid a păcurii. Un dezavantaj în prelucrarea uleiurilor

uzate este colectarea și soratarea acestora pe categorii în vederea obțineri i de uleiuri de bază
calitative precum și tehnologiile din ce în ce mai complexe și costisitoare.
Pe lângă impurități în uleiurile uzate se mai gasesc și o cantitate destul de mare de aditivii .
Pentru a exclude din uleiul uzat compușii metalici existenți c are provin din aditivii Eliminarea
compușilor metalici existenți ȋn uleiul uzat care provin din aditivi se realizează procesul
convențional de rafinare cu acid sulfuric. În urma acestui proces de rafinare rezultă g udronul ,
acesta fiind un acid și care se d epozitează în batale poluând serios mediul înconjurător . Procedeele
moderne pentru revitalziarea uleiului uzat dorește să excludă acest proces de rafinare .
” Uleiurile utilizate la ungere sau acționări industrie pot fi:
– uleiuri TIN – uleiuri pentru transmisii industriale, obținute din uleiuri neparafinoase cu adaos
de aditivi de extremă presiune, antioxidanți, anticorozivi, antiuzură și antispumanți. Se
utilizează la ungerea angrenajelor industriale. Sunt utilizate uleiuri: TIN 82/EP/90, TIN
125/EP/1 40, până la TIN 320 EP;
– uleiuri L – uleiuri pentru lagăre: L150, L235, L 460. Sunt utilizate la ungerea lagărelor în
laminoare și a altor utilaje industriale, după prescripții;
– uleiuri H – uleiuri hidraulice folosite ca fluide pentru acționarea instalațiil or hidraulice, la
presiuni de lucru cuprinse între 50 și 300 bari. Se folosesc uleiuri H 46A, H 60A, H 32EP, H
46E.” (11)
Caracteristicile uleiurilor uzate:
a) Uleiuri TIN
Tabelul 2.3 Caracteristicile uleiurilor TIN [11]
Caracteristici TIN 82/EP/90 TIN 125/EP/100
Densitate la 20oC max.
Punct de congelare, 0oC max.
Vâscozitate la 50oC, cSt
Coroziune pe lama de cupru, max.
Coroziune pe oțel
KOH/g, min.
Apă (metoda distilării) %
Impurități mecanice, % 0,919
-20
82 + 90
2
–
–
lipsă
lipsă 0,924
-15
130 + 140
2
–
–
lipsă
lipsă

b) Uleiuri L
Tabelul 2.4 Caracteristicile uleiurilor L [11]
Caracteristici L235

Densitate relativă la 20oC
Vîscozitate la 50oC, cSt
Vîscozitate Engler oE, la 50oC
Vîscozitate la 100oC, cSt
Vîscozitate la 100oC, oE
Punct de congelare, 0oC max.
Impurități mecanice
Cenușă, %, max.
Cifra de cocs, % max.
Aciditate minerală și alcalinitate
Aciditate organică, KOH/g, max.
Apă (metoda distilării) 0,910
228 + 244
30 +32
26
3,6
-4
lipsă
0,01
1,4
lipsă
0,04
Lipsă
c) Uleiuri H
Tabelul 2.5 Caracteristicile uleiurilor H [11]

2.4. COMPARAȚIA CARACTERSITICILOR ENERGETICE ALE ULEIURILOR
MINERALE ȘI ULEIURILE UZATE
2.4.1 Tehnologii de obținere a celor două tipuri de uleiuri

Uleiurile minerale, se obțin prin distilarea în vid a păcurii. În procesul de distilare se obțin
uleiuri, vaseline și asfalt. Uleiurile sunt amestecuri de alcani, alchene, cicloalcani, hidrocarburi
aromatice, compuși ciclici cu azot și sulf cu masa molecul ara cuprinsă între 300 și l000 unități
atomice de masă. Prezența alcanilor (parafinelor) este dorită în compoziția uleiurilor în timp ce
olefinele (alchenele) și compuși cu sulf diminuează mult calitățile unui lubrifiant.
Uleiurile uzate, se obțin în urma uzării uleiurilor minerale lubrifiante, acesta necesită
respectat programul celor trei R -uri (recuperare, recondiționare și refolosire).Colectarea uleiurilor
uzate tr ebuie sortată în recipiente etanșe rezistente la șoc mecanic și termic urmând procesul de
revitalizare a leiurilour și de refolosire.

2.4.2 Umiditatea

Conținutul de apă are valori nedetectabile în uleiurile minerale față de uleiurile uzate care
au o pondere de 0 – 10 % din masa acestora.

2.4.3 Densitatea
Caracteristici H100 H46A
Densitate relativă la 15oC max.
Vîscozitate cinematică la 40oC, cSt
Aciditate organică KOH/g, max.
Punct de curgere, oC
Acțiune corozivă pe cupru
Tendința de spumare 5’ suflare cu aer
Cenușă, % max. 0,910
90 + 110
0,05
-8
16
15
0,01 0,905
44 + 49
0,2
-35
16
9
0,01

Densitatea uleiurilor minerale cât și cele uzate este dependentă de temperatură dar difera
punțin valorile (880÷990) kg/ 𝑚3 la uleiurile minerale față de (95 0÷990) kg/ 𝑚3

2.4.4 Punctul de inflamabilitate

Uleiurile minerale au punctul de inflamabilitate cu valori cuprinse î ntre (200 ÷ 250) °𝐶 față
de uleiurile uzatecare au punctul de inflamabilitate între ( 160÷190) °𝐶.

2.4.5 Vîscozitatea

Vîscozitatea uleiului mineral este dependent de temperatură . La o tempera tură de 20 °𝐶 va
avea o vîscozitate cuprinsă între valorile (13,2÷14,5) °𝐸
Vîscozitatea uleiului uzat este dependent de temperatură. La o temperatură de 50 °𝐶 va
avea o v îscozitate cuprinsă între (11,6 ÷ 14,7)

CAPITOLUL 3

TEHNOLOGII PENTRU REVITALI ZAREA ULEIURILOR UZATE.
MATERIALE NANOSTRUCTURATE FILTRANTE

Acest capitol a fost destinat prezent ării de materiale adsorbante și anume bentonita.
Această argila va fi folosită în experimentele noastre și tot în acest capitol se va prezenta și
compara și alte metode de revitalizare a uleiurilor uzate .

3.1 MATERIALE DE FILTRARE

Cercetătorii sunt preocupați în prezent de materiale nepoluante sau depoluante în
sectorul de protecție a mediului înconjurător prin folosirea substanțelor minerale naturale
(argile, zeoliți, roci silicate poroase) deși realizabil, datorită procesului destul de costisitor,
informațiilor insuficiente și comportamentul acestora a rămas la stadiul de propuneri.
Argilele sunt folosite cu succes în diferite ramuri industriale (materiale de constructii,
ceramica), precum si în procesele depoluante și anume: purificarea gazelor industriale, protecția
zonelor de depozitare a rezidurilor, revitalizarea uleiurilor uzate și purificarea a apelor reziduale.
Zeoliții au fost studiați în prim plan în Romania, pentru obținerea de materiale pentru a fii
folosiți cu succes în pritecția mediului, mai exact, proprietățile de schimb cationic și capacitatea
de adsorbție -desorbție.
În Romania, studiile privind depoluarea mediului cu ajutorul argilelor s -au ca nalizat atenția
mai mult asupra zeoliților bazându -se pe propietăților de schimb ionic și catalitic și capacitatea de
adorbție -desorbție, ingorând astfel argilele betonitice care apar în cantități mari în țara noastră.
Foarte puține depozite sunt cunoscute și parțial exploatate, altele nu sunt utilizate la scară
economică, datorită informațiilor insuficiente despre porpietățile acestora astfel nu au putut fi
folosite în aplicațiile industriale. Principalele depozite de bentonite în Romania se găsesc în
Depresiunea Transilvaniei (Sădulești -Petrești, Gurasada, Orașul Nou, Ocna Mureș, Valea
Chioarului, Răzoare, Ciugud), zona extracarpatică (Brebu, Breaza) sau în Banat (Tomești, Rugi).

3.2 MATERIALE DE FILTRARE SINTETICE

Acestea sunt substante cu o mare poroz itate. Ele se impart in doua c ategorii distincte:
adsorbanții și adjuvan tii de filtrare. Primii au o a ctiune fizico-chimica și chimica, pe cand cei
din urma sunt materiale inerte, cu poroz itate mare, al caror rol este exclusiv mecanic; ei
faciliteaza filtrarea.

3.2.1 Adsorba nții

Adsorban ții pot fi împărțiți în două c lase:
– Adsorbanți de or igine animală și vegetală: cărbunele de lemn și cărbunele animal.
În gene ral, ei nu sunt utilizati În îndustria petrolului, desi cativa carbuni activi au o
selectivitate foar te mare ca age nti de raf inare a uleiurilor minerale.
– Adsorbanți i de or igine minerala. Aceștia sunt prefer ați în tratarea uleiurilor pentru că sunt mai
ieftini, mai eficienți și usor de manevrat.
Cei din urma pot fi clasificati la randul lor în:
– Adsorbanți sintetici
– Adsorbanți naturali
Gelul de silice se carac terizeaza prin dezvo ltarea porilor capilari. Supraf ața internă a unui
gram de substanță ar fi de ord inul a 50

Alumina activată – utilizata în S.U. A. ca adsorbant și desicant – devine poroa să și
adsorban tă printr-un procedeu special (U.S. Pa tents 1.868. 869 -2. 015. 593). Con tine 92 % Al²0³,
7% apă, mai puțin de 1% Na²O, mai puțin de 0,1% S iO² și Fe²O³ și mai puțin de 0,01% TiO².
Toată soda e ste combinată cu silice și alumina sub for ma unui compus insolubil.
Alumina activată se poa te utiliza pen tru a reduce formarea aciditații și a sedimentelor
care se dezv oltă în uleiurile de transformator în curs de fo losire. Can titatea de alumină ne cesara
pentru a îndeparta aciditatea unui ulei de transformator este red ată prin graf icul de la figura
numarul I. Alumina este pusa în perco latoare mici dispuse în termosifon pe partea laterală a
transformatorului.
Aluminosilicații sintetici, utilizați recent, sunt folosiți drept catalizatori de cra caj catalitic.
Ei sunt de tip montmorillonit 8 Si-2Al sau 8 S i-Al. Sunt foarte eficienți ca dec oloranți, dar pr ețul
lor ridicat face ca utilizarea lor sa fie redu să pen tru cataliză.

3.2 MATERIALE DE FILTRARE NATURALE

În aceasta categorie, vom studia în mod succesiv argilele și bauxitele.

3.2.1 Argilele

Este dificil de prevazut daca argila va fi potrivita să dea un pământ decolorant căci, la
prima vedere, nu exista nicio diferență între un pământ decolorant și o argilă obișnuită. În general,
un pământ bun prezintă o fisură mai degrabă concoidală sau poli edrică, un aspect sticlos și lucios
și este mai puțin săpunoasă la atingere. Dar cum caoliniții au aceleași caracteristici externe, doar
proba practică rămâne criteriul cel mai sigur.
În această categorie, vom studia în mod succesiv argilele și bauxitele.
Argilele sunt aluminosilicați complecși. Din punct de vedere mineralogic, acești compuși
sunt niște filițe, care se desfac în foițe subțiri și care se disting prin grosimea foiței elementare

3.2.2 Compoziția chimică: 𝑺𝒊𝑶𝟐
𝑨𝒍𝟐𝑶

Aceasta poate varia în proporții mari: între 2 și 5 în majoritatea cazurilor, dar poate ajunge
în mod excepțional la 7. Mai mult, se întamplă frecvent ca un anumit număr de elemente cum ar
fi Fe, Mg să înlocuiască aluminiul din foița elementară și Ca, Na, K pot da loc unor schimbări cu
anumiți OH. Pe lângă aceste elemente ce fac parte integrantă din structura cristalină, se gasesc
numeroase impurități formate din Fe, Ca, Mg, Na, Ti, și Si sub forma de feldspat, gips, carbonat
de calciu, diverși bicarbonați, biotit, mica , magnetit, limonit, apatit, zirconit și silice sub forma de
cuarț.
3.2.3 Clasificari succe sive ale argilelor si anume

1) Cao liniții care nu au activitate dec oloranții
2) Atapilgiții care au o pu tere deco lorantă naturală.
3) Montmorillonitii care au o putere slaba dec olorantă în stare naturală, dar pe care o pot dob ândi
prin activare termică sau ch imică. Compușii acestia sunt in acelasi timp înzestrați cu putere
adsorban tă și cu activitate catalitică. Ei sunt utilizați drept catalizatori de craca re iar structura lor
cristalina a servit drept model pentru numeroși catalizatori sintetici.

3.3 TEHNOLOGII DE REVITALIZARE A ULEIURILOR UZATE

Toți lubrifianți utiliza ți sau depozitați se degradează în timp în funcție de tipul de ulei,
condițiile de utilizare și mediului de utilizare a acestuia, precum și, uleiul de motor utilizat sunt
uleiurile care devin contaminate după utilizarea, acestea nu mai pot să își exercite at ribuțiile la
aceiași parametri. Cu toate acestea, astfel de uleiuri uzate pot fi considerate ca un produs brut
special cu caracteristici intriseci vîscozimetrice și punctul de congelare ca noile uleiuri de bază,
într-adevăr, după tratarea acestor uleiuri c u un proces de regenerare, ele pot fi reutilizate în
motoare. Din acest motiv, ele sunt considerate o sursă de regenerare foarte importantă.
Degradarea uleiului se produce și datorită contaminării acestuia cu alte substanțe. Uleiul
motor poate fi contamin at cu combustibili, apă sau lichid de răcire, particule sau impurități.
Contaminarea cu combustibili (benzină sau motorină) are ca efect scăderea vâscozității
ceea ce implică lubrifierea precară a pieselor în mișcare. De asemenea, scade temperatura de
imflamabilitate a uleiului ceea ce poate produce autoaprinderea acestuia.
Contaminarea cu apă sau lichid de răcire conduce la emulsionarea uleiului și reducerea
capacității de lubrifiere. De asemenea vâscozitatea uleiului crește iar aditivii pot fi separați de ulei
ceea ce conduce la reducerea drastică a capacității de ungere a uleiului.
Contaminarea cu particule se datorează arderii incomplete a combustibilului și conduce la
creșterea vâscozității uleiului. De asemenea, uleiul se poate contamina cu particule metalice
(provenite de la piese) sau cu impurități din aer. Particulele din ulei, dacă ajung pe suprafețele
metalice în contact, conduc la intensificarea procesului de uzură.

Fig.3.1 Utilizarea uleiului în motor [21]

Este adevărat că se fac multe studii pentru a găsii metoda de regenerare cea mai bună din
punct de vedere financiar cât și calitativ.
În continuare se va prezenta cateva tehnologii curente de revitalizare a uleiurilor uzate:

3.3.1. Tehnolohia Revivoil

Numele tehnologiei REVIVOIL
Licențiator: Viscolube S.p.A./ Axens
Descrierea procesului:

Uleiul uzat provenit din rezervoarele de stocare este mai întâi filtrat apoi pompat într -un
preîncălzitor unde este încălzit la 90 ° C. Pompele sunt de tip rotativ echipate cu sistem de control
al presiunii și supapă de siguranț ă. Ulei uzat este apoi trans ferat intr -un agitator mecanic unde este
amestecat cu aditivii de pretratare pentru a reduce ancrasarea. Amestecul este trimis intr -un
preîncălzitor de caldură unde este încalzit la temperatura de 140 ° C pentru a se vaporiza apa și
fracțiile ușoare de hid rocarburi din amestec; de aici, uleiul uzat este alimentat în coloana de
separare numită “PREFLASH”, unde se separă la vârf vaporii de apă și hidrocarburile ușoare care,
dupa condensare racire, sunt trecute în separator și apoi în vase de depozitare. Coloa na este operată
în condițtii de vid blând.
Uleiul dezhidratat este preluat de la baza coloanei PREFLASH și trimis într -un rezervor
intermediar, pentru separarea eventualelor suspensii (timpul de inerție este suficient pentru a
permite racția completă cu a ditivii de pretratare; de aici, uleiul este încălzit în cuptorul de proces
la 350 ° C și apoi pompat în coloana de distilare unde este separat în două sau trei fracții (la
presiunea de 15 torr), rezidul asfaltic fiind colectat la baza coloanei. Capacitatea de separare
remarcabilă a coloanei se datorează umpluturii speciale.
Motorina distilată la vârful coloanei și produsele intermediare de la coloana T.D.A
(dezasfaltare termica) sunt supuse hidrofinării în prezența unui catalizator de ultima generație. În
această fază se realizează reducerea și/sau îndepărtarea metalelor și metaloizilor rămași în ulei,
cocsului Conradson, acizilor organici și compușilor cu clor, sulf și azot. Hidrotratarea conduce la
ameliorarea culorii și stabilității termice, precum și l a reducerea conținutului de PAH la valori
acceptabile conform celor mai severe reglementări, indicele de vâscozitate fiind egal sau mai bun
decât al materiei prime.
Conlcuzii:
Calitatea produsului bună, uleiul fiind comparat calitativ cu uleiurile virgine și randament
ridicat. Dezavantaje costul destul de ridicat.

Fig.2 Schema Revivoil [12]
3.3.2. Tehnologia Blowdec

Numele tehnologiei: BLOWDEC

Licențiator: Konzeko Ltd., Republica Slovac ă
Descrierea procesului:
Acest proces constă în separarea hidrocarburilor de uleiul uzat creat de particulele solide
în reactorul BLOWDEC. În același timp cu separarea hidrocarburilor are loc și scăderea
vîscozitații. Reactorul funcționează pe principiul amestecului intens și sfăr âmarea amestecului
ulei-apă-solide intr -o moară -ventilator specială, unde rezultă forțe hidrodinamice prin frecare
generând caldură.
Materialele soilde anorgatice (nisipul) formeză un pat de căldur ă fluidizat unde a u loc procesele
chimice (cracare) și fizice. Majoritatea hidrocarburilor grele sunt cracate în componente mai
ușoare și totodată compușii organici se evaporă. Din acest proces rezultă propan și ulei revitalizat
cu un conținut redus de hidrocarburi și sulfați.
O centrală operațională cu capacitat ea de 3500 tone / an funcționează în Markušovce,
Republica Slovacă
Conlcuzii:
O probabilitate foarte mare de coroziune mecanică din cauza patului de căldură fluidizat
din particule solide. Procedeul oferă un produs slab calitativ, care necesită un tratament final.

Fig.3 Schema Blowdec [12]

3.3.3. Tehnologia Dunwell WFE

Numele tehnologiei: DUNWELL WFE
Licențiator: Dunwell Enviro -Tech
Descrierea procesului:
Uleiul uzat venit de la rezervor este separat de apă și particulele solide prin cetrifugare apoi
încălzit la temperatura de aproximativ 150 șC și trimis intr -un vaporizator pentru a înlătura apa și
hidrocarburile ușoare. Apa reziduală este tratată intr -o centrală de tratare a apei, iar hidrocarburile
ușoare sunt stocate intr -un rezerv or.
Uleiul care nu mai conține apă este distilat în vid (T=232 șC, p= 40 mm Hg). Uleiul este
trimis intr -un evaporator cu peliculă subțire la presiunea de 0,5 mm Hg si temperatura de 343 șC.
Apoi uleiul este vaporizat si dupa condesațtia și controlul cali tați acestuia, este amestecat cu aditivi
si folosit ca ulei lubrifiant.
Concluzii:
Uleiul are o calitate slabă și pentru o calitate mai buna uleiul trbuie amestecat cu o argilă
sau alte tratamente finale. Avantajul este că apa pe care o separăm din ulei o putem trata, iar
rezidurile grele din evaporator cu peliculă subțire și rezidurile provenite din procesul de cetrifugare
pot fi folosite ca compuși bituminoși.

Fig.4 Schema Dunwell [12]
3.3.4. Tehnologia Prop

Numele tehnologiei: PROP
Licențiator: Phillips Petroleum Company
Descrierea procesului:
În acest proces, uleiul uzat este tratat cu diamoniu dizolvat in apă pentru separarea
metalelor și a cenușei. Din cauza acestui aspect, amestecul preîncălzit de ulei uzat și soluția de
tratare este trimis intr -un recipient în care soluțtia de apă sărată este dispersată în ulei. Compuși de
metal -fosfat forma t în urma reacției chimice sunt eliminați prin filtrare. Fosfații nu prezinta un
pericol pentru mediul înconjurător așadar se pot înlătura ușor.
Ulei filtrat este împrospătat prin separarea hidrocarburilor ușoare și a apei, care pot fii
folosite pentru necesitățile uzinelor.
După împrospătare, uleiul este amestecat cu hidrogen și este filtrat cu pământ de diatomee
pentru eliminarea urmelor de compuși care pot otrăvii catalizatorul de hidrotratare. Substanțele
reținute de filtru în general sunt ar se iar pământul de diatomee este reciclat.

La final uleiul este trecut prin catalizatorul Nichel/Molibden în reactorul de hidrogenare,
unde compuși ce conțin oxigen, sulf, clor, azot sunt îndepărtați și culaorea uleiului este
îmbunătățită.
Concluzii:
Această metodă este destul de costisitoare. Este nevoie atât tratamentul prin adsorpție cât și
hidrofinare.
Avantajul este calitatea uleiului care conține 10 ppm conținut de metale. Deocamdată
metoda a fost aplicată în industrie. Unele uzine au fost constru ite, dar nu sunt operaționale din
cauza problemelor financiare.

Fig.5 Schema Prop [12]

CAPITOLUL 4
MODULAREA CA PACITĂȚII DE ADSORBȚIE ÎN SCOPUL
REVITALIZĂRII ULEIURILOR UZATE

4.1 ADSORBȚIA CA OPERAȚIE UNITARĂ

Fenomenul de adsorb ție este operația de reținere a moleculeor substanțelor lichide numit
adsorbit, pe suprafața unuir corp solid intitulat adsorbant, iar fluidul care nu se adsoarbe se numește
inert sau fluid purtator. Procesul invers se numește desorbție.
Însușirile adsorbante ale solidelor se explica prin existența unui câmp de forțe la nivelul
suprafeței de contact. Acestea pot fi de naturi diferite de timpul forțelor de coeziune van der Waals,
al forțelor electrostatice columbiene, al legaturilor de natură polară sau de timpul va lențelor
chimice.
Mărimea acestor interacțiuni și natura lor variază de la un sistem adosrbant -adsorbit, l
altul.Dacă ele nu modifică structura chimică a moleculei adsorbite și acționează numai a supra
formei orbitei electronilor de valență, adsorpția est e numita fizică.
Adsorbanții se caracterizează prin suprafețe specifice mari, prin aceasta întelegându -se
rapoarte mari între suprafața reală de contact cu mediul exterior și masa solidului.
Pentru studiul experimental al fenomenelor de adsorpție, o deos ebita importanță prezintă
impuritațile existente la suprafața solidului. Acesta pot fii aduse și de fluxul de fluid cu care solidul
este contactat sau pot sa se formeze în timpul proceselor de tratare chimică sau termica la care el
este supus.

4.1.1 Echilibrul termodinamic al adsorbției

În primă fază a contactării fluidului cu solidul, numarul de molecule de substață adsorbită
este mai mare decât cel al moleculelor a căror energie de activare le permite sa parasească suprafața
solidului. După un timp , moleculele adsorbite acoperă total suprafața solidului și se atinge starea
de echilibru rezultând astfel numărul de molecule reținute în unitate de timp egal cu cel al celor
care părăsesc solidul.
În fucție de natura adsorbantului și de caracteristicile sale, de concentrație, de presiunea de
lucru și temperatură, numărul de molecule adsorbite la echilibru diferă.
Posibilitatea separări propuse cu un anumit adsorbant se poate prevede cu ajutorul studiului
izotermelor de adsorbție, precum și influența dif eriților factorii asupra canității de substață
adsorbită.
Obținterea izotermelor se face de obicei experimental sau cu ajutorul relațiilor algebrice
bazate pe generalizarea datelor experimentale. Pentru statistica interacțiunilor moleculare de la
interfața solid -fluid, stabilirea unor relații generale nu este incă posibiliă.

Adsorbția fizică diferă de adsorbția chimică; cea fizică decurge cu viteză mare și echilibrul
se stabilește și la temperaturi joase iar cea chimică adsorbția necesită însă o a ctivare, decurge lent
și nu poate avea loc la temperaturi joase.
Adsorbția activată nu prezintă teoretic deosebiri față de cea fizică din punctul de vedere al
echilibrului termodinamic. În acest caz, legăturile între solid și adsorbit sunt mai puternice, e le
fiind valențe chimice care nu permit fixarea pe suprafața solidului decât unui strat monomolecular.
Din punct de vedere practic, între adsorbția fizică și cea chimică există mari diferențe și
anume; adsorbția chimică este reversibilă de cele mai multe ori și pentru a avea loc este necesar
furnizarea energiei de activare, concomitent, are viteza mai mică decât adsorbția fizică iar valoarea
acestuia este dependetă de creșterea temperaturii.
Izotermele de adsorbție au un aspect asemănător cu cele ale substațelor în fază gazoasă, în
cazul soluțiilor diluate lichide de neelectroliți. Este necesară o atenție sporită la stabilirea lor pentru
a determina cantitățile adsorbite, deoarece prezența lichidului inclus mecanic în golurile solidului
nu va permite u tilizarea metodelor gravimetice sau volumetrice. În acest caz este necesar să se
recurgă la masurarea adsorpției cu ajutorul variației concentrației soluției, procesul este reversibil.
Se tratează un volum V de soluție de concentrație 𝑐1 cunoscută, cu o gantitate g de
adsorbant determinată.
După adsorbție, concentrația scade la valoarea ei de echilibru, 𝑐∗, iar canitatea adsorbită
este data de marimea V(𝑐1−𝑐∗), variația volumului datorită adsorbției fiind neglijată în cazul
diluțiilor mari. Cantita tea de substață adsorbită, a, de unitatea de masă solid este dată de relația :
a=𝑉(𝑐1−𝑐∗)
𝑔 (4.1)
Din practică se știe că adeseori se supun adsorbției amestecuri relativ diluate. Dacă
ipotezele admise anterior în ce privește lipsa interacțiunii dintre componente la adsorbție și a
deplasarii componentelor greu adsorbabile, considerați mai inerți de către cei ușor adsorbabili, sunt
reale, izotermele pentru emestecuri pot fi calculate din datele furnizate de izotermele substanțelor
pure.
Teoretic, relațiile de echilibru pentru amestecul binar se pot extinde și pentru amestecul
multicomponent. În practică este recomandabil ca relațiile de echilibru să se stabilească
experimental.
Din documentație s -a constatat la vârful unei coloane ump lută cu un material adsorbant, s –
a introdus o soluție care conține mai multe componente, acestea se adsorb la început la parte ei
superioara. Introducând apoi dizolvant pur, componentele adsorbite inițial se deplasează de -a
lungul coloanei, dar cu viteze d iferite, astfel încât fiecare se acumulează într -o anumită porțiune a
ei.

4.1.2 Echilibrul la adsorbția ionilor de electroliți tari

Considerentele anterioare cuprind numai domeniul adsorbție neelectroliților sau a
electroliților slabi. În cazul acestora din urmă, sistemul se poate reduce la unul cu două
componente, dacă se utilizează un adsorbant nepolar, în condiții de pH optim în care rolul
determinant îl are adsorbția moleculelor nedisociate.
În cazul electroliților tari apare un sistem cu minimum trei componente, suprafața solidului
putând fi ocupată atât de ioni cât și de dizolvant. În acest caz adsorbția fizică este însoțită de o
adsorbție activată datorită atracției dintre sarcinile electrice ale suprafeței solidului și cele de semn
contrar ale ionilor, dar totodată, stabilirea echilibrului poate implica și schimbul unor ioni de pe
suprafața solidului cu ioni de acee ași sarcina aflați în soluție.

În cazul electroliților tari apare un sistem cu minimum trei componente, suprafața solidului
putând fi ocupată atât de ioni cât și de dizolvant. În acest caz adsorbția fizică este însoțită de o
adsorbție activată datorită at racției dintre sarcinile electrice ale suprafeței solidului și cele de semn
contrar ale ionilor, dar totodată, stabilirea echilibrului poate implica și schimbul unor ioni de pe
suprafața solidului cu ioni de aceeași sarcina aflați în soluție.
Adsorbția io nilor de electroliți tari și a ionilor metalici are numeroase aplicații analitice și
industriale. Dintre acestea, cele mai importante sunt schimbul de ioni la tratarea apelor, la
purificarea soluțiilor și la fracționarea ionilor.
O reacție de schimb ioni poate fi scrisă sub forma:
A+B’ A’+B
unde B’ și A’ sunt ioni legați de schimbator, iar A și B – ionii din soluție.
Distribuția la echilibru a unui ion între cele doua faze se poate reprezenta grafic prin
zoterme ca acelea reprezentate în fig. 1 pentru adsobția unor cationi pe un schimbator de ioni
organic, la 25 Cș.

Fig. 4.1 Concetrația de echilibru mol/l

Pentru aceste izoterme s -au dedus diferite relații empirice cu aceea a lui Freundlich;
indiferent de mecanismul reacției, ea se supune legii acțiunii maselor.

4.1.3 Adsorbția activată și chemosorbția

Privită din punctul de vedere al echilibrului termodinamic, adsrobția activată nu prezintă
teoretic diferențe față de cea fizică. În acest caz, legăturile între solid și adsorbit sunt mai puternice,
ele fiind valențe chimice care nu permit fixarea pe suprafața solidului decât unui strat
monomolecular.
Din punct de vedere practic, între adsorbția fizică și cea chimică există însa mari diferențe.

Adsorbția activată este de cele mai multe ori reversibilă și pentru ca ea sa aibă loc este
necesară furnizarea unei energii de activare. Totodată, ea are viteză mult mai mica decât adsorbția
fizică și valoarea acesteia este strâns dependentă de creșterea temperaturii.
Adesea și ad sorbția fizică poate avea loc lent, astfel încât separarea netă, pe baza datelor
constatate experimental între diferitele tipuri de adsorbții, nu este ușoară. Adsorbții activate au loc
la suprafața catalizatorilor de contact, la suprafața oxizilor metalici utilizați la purificarea gazelor
de compușii cu sulf.

4.2 CINETICA PROCESULUI DE ADSORBȚIE

4.2.1 Teoriile asupra mecanisumului procesului de adsorbție

Până în prezent nu s -a stabilit relații matematice generale pentru curbele de echilibru de
adsorbție, toate teoriile elaborate au un domeniu de aplicabilitate restrâns.
În lucrarile sale Langmuir pornește de la modelul unei suprafețea solidului pe care se găsesc
centre active aceste având valențe reziduale.
Ipoteza lui Langmuir este aceea că între moleculele adsorbite și moleculele solidului aflat
la suprafață, se stabilesc legăturii de natura valențelor chimice, acesta concluzionând că stratul
adsorbit poate fi doar monomolecular, iar între moleculele adsor bite nu există interacțiuni mutuale.
Confrom acestei teorii, la echilibru, la temperatură constantă între concentrația fazei fluide
exprimată prin presiunea parțială a componentului adsorbit, p, și cantitatea de component adsorbit,
exprimată în unități de volum, V, există relația:

V=𝑉𝑚𝑝𝑏
1+𝑝𝑏 (4.2)

b – este constanta dependentă de natura sistemului;
𝑉𝑚- volumul de substanță adsorbită la echilibru în strat monomolecular.
Izoterma lui Langmuir se aplică bine în cazul chemosorbției, la adsorbția fizică ea
aplicându -se mulțumitor numai la presiuni joase.
Datele experimentale pentru alte tipuri de izoterme, în alte condiții de lucru, teoria lui
Langmuir nu va corespunde. Ipoteza admisă de Langmuir consideră că la echilibr u cantitatea
adsorbită corespunde saturației tuturor centrelor active având valențe reziduale aflate la suprafața
solidului și al căror număr este independent de temperatură.

4.2.2 Tipuri de difuziune înt âlite la adsorbție

Difuziunea în masa fazei fluide este de două tipuri: difuziunea moleculară pentru regimul
de curgere fără agitare, și difuziune prin convecție datorită turbulenței curgerii mediului fluid. Este
necesar ca în procesele reale să se țină seama de contribuția ambelor tipuri de d ifuziune.
Viteza procesului este dată de legile lui Fick, acestea exprimând proporționalitatea
cantintății de substanță difuzată prin mediul fluid cu gradientul concentrației, 𝑑𝑐
𝑑𝑧 , constata de
proporționalitate fiind coeficientul de difuziune.
Se obișnuiește să se utilizeze termenul de ”difuziune normală” pentru procesul complex de
difuziune prin convecție și moleculară; coeficientul de proporționalitate fiind în acest caz notat cu

𝐷𝑛 și având semnificația coeficientului global care se datorea ză efectului combinat al difuziunii
moleculare și prin convecție (D+D’) din relația:
N=𝑁𝑚+𝑁𝑒=-(D+D’)𝑑𝑐
𝑑𝑧 (4.2)
Difuziunea prin solidele poroase, caracteristică adsorbției, poate fi și ea de mai multe feluri;
în procesele reale este necesar să se țină seama de contribuția fiecăruia din ele la transferul de
masă.
Caracterul curgerii fluidelor în solidele poroase depinde de raportul dintre drumul liber
mijlociu, Ω, al moleculei și raza porilor, 𝑟𝑝; materialele adsorbante frecvent uti lizate în industrie
au pori cu diametre care variază între 10−2 și 10−7 cm.
În adsorbanții granulari, în domeniul valorii criteriului Reynolds 𝑅𝑒 ≤ 4-6, curgerea este
laminară; pentru rapoartele Ω/𝑟𝑝 mari, difuziunea este moleculară.
Se menționează c ă cu variația presiunii variază și drumul liber mijlociu, care la vid înaintat
capătă valori apreciabile.
În cazul curgerii prin capilare cu diametrul 𝑑𝑐 mult mai mic decât dimenisunea drumului
liber mijlociu , difuziunea este moleculară.
Difuziunea în mediile poroase a fost studiată în detaliu de Knudsen.Aceasta arată că,
deoarece viteza de difuziune este dependentă de masa moleculara M, componentele cu mase
moleculare diferite se vor adsorbi cu viteze diferite. Knudsen definește noțiunea de
„permeabil itate” a solidului poros, drept cantitatea de substanță difuzată, proporțională cu
coeficientul de permeabilitate 𝐾𝑝 și care pentru pori cilindrici de raza 𝑟𝑝 este dat de relția :
𝐾𝑝=4𝑟𝑝
𝑒√2 𝑅𝑇
𝑀 (4.3)
Pentru regim staționar, 𝐾𝑝 este egal chiar cu coeficientul de difuziune numit Knudsen, 𝐷𝑘,
iar legea lui Fick se scrie în acest caz:
N=-𝐷𝑘𝛥𝑝𝐴
𝛥𝑧 (4.4)
unde: N este cantitatea de substanță care difuzează în unitatea de timp prin unitatea de arie;
∆𝑝𝐴- variația presiunii parșiale a componentului adsorbit pe lungimea 𝛥𝑧 parcursă prin masa
solidului în direcția de difuziune.
Difuziunea Knudsen este echivalentă cu difuziunea moleculară pentru cazul substanțelor
poroase în care curgerea are loc în capilare fine. Daca curgerea devine turbulentă, legea lui
Knudsen din relația I numai este aplicabilă.
În cazul curgerii prin pori de dimeniuni mari, tipul de difuziune în faza fluidă poate fi
normală sau moleculară, în funcție de regi mul de curgere.
Se menționează că în cazul substanțelor poroase este necesar să se țină seama de forma
porilor ți de repartiția lor. Pentru procesul staționar, pentru condiții de difuziune normală (sau
Knudsen) legea lui Fick se scrie:

N=-𝐷𝑠𝑑𝑐
𝑑𝑧′=-D𝜀
𝑥02*𝑑𝑐
𝑑𝑧 (4.5)
Unde:
𝑧′- este lungimea reală a căii de difuziune care este mai mare decât cea în direcția dreaptă
z, între aceste două lungimi existând relația 𝑧′=𝑥0z;
𝑥0- un coeficient care ține seama de sinuozitățile direcției porilor;
s- raportul dintre secțiunea reală, liberă de trecere în calea de difuziune, și secțiunea totală;
ε- porozitatea mediului care exprimă raportul între volumul porilor și volumul solidului.

În afara difuziunii în faza fluidă, din pori, un rol deosebit de important îl are „ difuziunea
de suprafață” pentru care coeficientul de difuziune notat cu 𝐷𝑠 depinde de energia de suprafață și
de repartizarea ei și variază cu gradul de acoperire.
Pătrunderea adosbitului de la suprafață de contact î n masa solidului nu poare fi explicată
decât prin existența în plus a unei forme de difuziune „în fază adosrbită” în care există un gradient
de concentrație 𝑑𝑎
𝑑𝑧 (a fiind concentrația adsorbitului în masa solidului, în moli sau grame pe
unitatea de mas ă sau de volum de adsorbant).
Legea lui Fick se scrie în acest caz:

N=-𝐷𝑎𝑑𝑎
𝑑𝑧 (4.6)

𝐷𝑎 fiind coeficientul de difuziune în fază adsorbită.
Dacă izoterma de adsorbție are o ecuație de forma a=f(c) , relația 4.6 se poate scrie, ținând
seama de derivata întâi a acestei funcții este egală cu f’(c)=𝑑𝑎
𝑑𝑐,

N=-𝐷𝑎f’(c)𝑑𝑐
𝑑𝑧 (4.7)

Dacă a=f(c) este o relație de tipul legii lui Henry, care se poate scrie: 𝑑𝑎
𝑑𝑐=H atunci :
N=-𝐷𝑎H𝑑𝑐
𝑑𝑧 (4.8)

Existența transferului de substanță în fază adosrbită a fost confirmată de constatarea că în
numeroase cazuri viteza de migrație în masa solidului este mult mai mare decât cea așteătată pentru
cazul difuziunii în faza fluidă, iar substanțele adsorbabile difuzează cu viteză mult mai mare decât
cele care nu se adsorb. Difuziunea în fază adsorbită este similară cu migrația adsorbitului în stare
condensată; în porii de dimensiuni mici, în special, acesta se găsește în stare lichidă și migrația lui
prin masa solidului are loc datorită forțelor capilare. Această ipoteză justifică și apariția
fenomenului de histereză, iar caracterul special al curgerii în faza lichidă în masele poroase este
ilustrat de viteza mai mică constatată, comparati v cu viteza lichidului în masă.

Fig. 4.2 Difuziunea în fază adsorbită

În fig. 4.2 este reprezentată variația lui 𝐷𝑎 în funcție de raza porilor 𝑟𝑝 . În domeniul 1,
raza porilor este mult mai mare decât raza moleculară adosrbite, iar efectul ciocnirilor de perete
este neglijabil; 𝐷𝑎 variază liniar cu 𝑟𝑝 , iar energia de activare este mai mică decât căldura de
adsorbție.
În domeniul 2, diametrul p orilor este numai câteva ori mai mare decât cel al moleculelor,
ciocnirile de perete au efect important și energia de activare este de ordin de mărime comparabil
cu căldură de adsorbție. În domeniul 3, diametrul porilor este apropiată de diametrul molecule lor
și energia de activare este mare.
În adsorbanți de tipul zeoliților sintetici apare o difuziune specială, specifică structurii lor,
numită „ difuziune zeolitică”. Aceasta caracterizează situațiile în care moleculele adsorbite au
dimensiuni foarte apro piate de deschidere care le permit accesul în interiorul solidului. Acest tip
de difuziune are un caracter aqctiv, energia sa de activare este de natruă polară și are unele
contingențe cu dizolvarea în mediile solide.
Adsorbanții caracterisitici pentru di fuziunea de tip zeolitic sunt sitele moleculare, care sunt
zeoliți sintetici anhidri, cu structură cristalină perfect regulată, cu porozitate mare și dimensiunile
porilor uniforme.
Ei sunt formați din anioni tetraedici Si𝑂4− și Al𝑂4−, neutralizați cu io ni 𝑁𝑎+, 𝐾+ sau 𝐶𝑎2+.
Rețeaua lor cristalină prezintă carcase formate de anionii amintiți aflate în comunicație cu
exteriorul prin deschideri de dimensiuni de ordinul Angoströmilor, bine determinate, a căror
mărime variază cu natura chimică a cationul ui.
În fig. 3 este prezentată aspectul unei asemenea carcase și așezarea ionilor pentru
deschideri de dimensiunea 4,3 Å (site tip 4A).
În afara porozității carcateristice structurii solidului (zeolit sau alt adsorbant), numită
porozitate secundară care apare în timpul prelucrării lor prin presare în granule de diferite forme
geometrice. Porozitatea secundară depinde mult de condițiile de prelucrare, de numărul de contacte
ce se stabilesc între elementele strucutrale de tipul acestora.
Porozitatea secundară mărește în medie cu 20% porozitatea inițială și contribuie și la
procesul de difuziune.

Fig 4. 3 Carcase a rețelelor cristaline zeolitice, site de tip 4 A

Viteza de adsorbție în cazul sitelor moleculare este influențată de mai mulți factori, dintre
care importanța cea mai mare o are raportul între dimensiunea moleculei adsorbite și dimensiunea
deschiderilor de acces al e cavităților solidului. Rolul cel mai important îl are forma moleculei și
nu volumul ei total și pentru ca adsorbția sa aibă loc, dimensiunile ei nu trbuie să depățească
anumită limite.

Tipul de difuziune, care are rolul cel mai important, și mecanismul transferului de masă
pot fi diferite pentru același adsorbant în funcție de gradul de încărcare și de carateristicile fluidului
prelucrat.
Din figura 4, care prezintă variația coeficientului de difuziune cu încărcarea solidului
(concentrația la suprafață, 𝑎𝑠), rezultă creșterea lui 𝐷𝑠 cu creșterea gradului de acoperire, până la
atingerea unei valori maxime care corespunde formării stratului multimolecular; 𝐷𝑠 scade apoi
brusc la formarea condensatului lichid, a cărui migrație se supune legilor hidrod inamice. Dacă în
masa solidului poros gradele de acoperire sunt diferite, forța de acționare care provoacă migrația
adsorbitului este diferența între tensiunea suprafeței libere și cea a suprafeței ocupate.

Fig.4 .4 Variația coeficientului de difuziune cu încărcarea solidului

4.2.3 Coeficienții de difuziune la adsorbț ie

Coeficienții de difuziune pentru curgerea în capilare mari a lichidelor se determină cu
relațiile cunoscute anterior și constituie coeficienții pentru difuziunea normală.
Coeficientul de difuziune Knudsen, 𝐷𝐾, se calculează cu pori cilindrii cu relația:

𝐾𝑝=4𝑟𝑝
𝑒√2 𝑅𝑇
𝑀 (4.9)

Pentru pori cu secțiune oarecare, 𝐷𝐾 se determină cu relația:

𝐷𝐾=𝐾𝑝=8𝑥1𝑠𝑐
3𝑃𝑐√2𝑅𝑇
𝜋𝑀 (4.10)

în care: 𝑥1 este un coeficien de formă a asecțiunii; pentru patrat 𝑥1=1,11, pentru dreptunghi
𝑥1=1,15 -1,5 (după cum raportul lungime -lățime este de doi până la zece);
𝑠𝑐= secțiunea transversală a capilariei;
𝑃𝑐= perimetrul acesteia
Coeficientul de difuziune de suprafață, 𝐷𝑆, este dat de relația:

𝐷𝑆=𝜆𝑙1
4𝜏𝑙 (4.11)
02468
0 20 40 60Axis Dstle
as

în care: 𝜆𝑙 este drumul parcus de moleculă adsorbită între două centre active de p e suprafața
solidului;
𝜏𝑙- durata necesară parcurgerii drumului 𝜆𝑙 prin alunecare

4.3 TRANSFERUL DE MASĂ LA ADSORBȚIE

4.3.1 Viteza de transfer de masă

În practica procesului de adsorbție a lichidelor, cazurile cele mai frecvente întâlnite sunt
cele de tratare a unui amestec format dintr -un component adsorbabil și unul care nu poate fi
adsorbit. Adsorbantul poate să se găsească în strat fix, în strat mobil, în stare fluidizată sau în
suspensie.
La adsorbția în strat fix, particulele de adsorbant imobile sunt în contact permanent unele
cu altele; la adsorbția în strat mobil particulele adsorbante rămân mereu în contact între ele , aici
însă ele se găsesc în mișcare. La adosrbția în strat fluidizat, particulele sunt în mișcare dar nu au
puncte de contact între ele și sunt menținute în stare de „fierbere” de fluxul fluid ascedent. În
suspensie se găsesc adsorbanții utilizați în istalațiile în care fluidul este agitat mecanic împreună
cu particulele solide.
Pentru a reduce influența factorilor de distribuție neuniformă a solidului în strat se dă o
deosebită atenție fabricării adsorbanților sub formă de particule cu însușirii cât mai uniforme,
dispuse în strat, după o reparație cât mai uniformă. Se reamintește faptul că suprafața de adsorbție
este legată și de numărul punctelor de contact dintre particule, acesta fiind repartizat în strat fix
sau mobil, după legi statistice.
În cazul stratului fluidizat, punctele de contact sunt reduse și toate particulele au
posibilitatea să se găsească în condiții identice, ceea ce mărește gradul de uniformitate a
caracteristicilor lui.
În special pentru viteze mari ale fluxului, cinetica adsorbției în strat prezintă diferențe față
de cea pentru parti cula singură.
În oricare dintre tipurile de contactare adoptat, procesul de transfer de masă din fază fluidă
În fază adosrbită, formată din particule poroase, prezintă următoarele etape:
1. Transferul de substanță din faza fluidă la interfață solid -fluid, care parcurge, conform
teoriei celor două filme, a lui Whitman, numită etapă de difuziune externă , două stadii:
• difuziunea componentului adsorbabil din masa fazei fluide aflată în mișcare la filmul fluid
staționar de pe una din părțile interfeței; viteza acestui stadiu este realtiv mare și depinde de
caracteristicile fizico -chimice ale fluidului si regimului de curgere;
• difuziunea componentului adsorbabil prin filmul de fluid staționar aflat la interfața; în acest
stadiu viteza de transfer de masă este mică.
2. Transferul de substanță în stratul de la suprafața particulei, constituie etapa difuziunii de
suprafață
3. Adsorbția propriu -zisă
4. Transferul de substanță în interiorul fiecărei particule prin migrare în fază adosrbită sau
condesată, este etapa difuziunii interne
5. Uniformizarea concentrației în diferitele puncte ale solidului prin difuziunea în masă
acestei faze, numita și etapa adsorb ției cinetice.

Se subliniează că ordinea etapelor 2 și 3 poate fi uneori inversată, iar etapele 2 și 4 pot avea
loc în paralel, în funcție de structura materialului adsorbant, natura fluidului tratat și condițiile de
lucru.
În timp ce vitezele etapelor 1 și 5 sunt mult mai influențate de caracteristicile constructive
ale utilajului, pentru etapele 2, 3, 4 ele sunt independente de acestea.
Etapa 1 constituie trnasportul în faza fluidă, etapele 2, 3, și 4, împreună constituie cea ce
se numește transportul în faza solidă, iar etapa 5 constituie transportul de substață care se dorește
tendinței de egalizare a concentrațiilor în strat. Transferul de masă la adsorbție este însoțit totdeuna
și de transferul de căldură ale cărui etape sunt;
• transferul prin filmul staționar de la suprafața particulei;
• transferul în interiorul particulei
Fiecare dintre etapele transferului de masă sau de căldură întâmpină o anumită rezistență,
iar viteza procesului, luat în ansamblu, este determinată de viteza etapei mai lentă, care opune
rezistență maximă.
În etapa 1, transferul de substanță adsorbabilă din faza fluidă la intefață are loc pe calea
difuziunii normale. Viteza transferului de masă este reprezentată, petru procesul staționar de
cantitatea de substanță G care difuzează spre suprafața solidului în intervalul de timp τ. Această
cantitate este proporțională cu suprafața de contact F și cu factorul de intensitate:

dG= 𝑘𝑓𝑑𝐹𝜏 𝛥𝜋 (4.12)

unde:

𝛥𝜋= 𝑐0-𝑐𝑖=ΔC (4.13)

Prin înlocuire se obține:

dG= 𝑘𝑓𝑑𝐹𝜏(𝑐0-𝑐𝑖) (4.14)

în care: 𝑐0 – este concentrația componentului adsorbabil din masa fluidului;
𝑐𝑖 – concentrația la interfață
𝑘𝑓- constantă de proporționalitate, respectiv coeficientul parțial de transfer de masă pentru
filmul staționar de fluid, care indica cantitatea de substanță transferată în unitate de
timp pe o unitate de suprafață de contact, dacă forța de acționare 𝛥𝜋, respectiv 𝛥𝑐, este
egală cu o u nitate de concentrație în fază fluidă
În realția 4.14, în locul coeficientului parțial de transfer de masă raportat la unitatea de
suprafață de contact, se introduce coeficientul de transfer de masă raportat la unitatea de volum de
contactare, 𝑘𝑓𝜏𝑎, deoarece suprafața de contact este greu de stabilit cu exactitate. Se reamintește
că 𝜏𝑎 este suprafața specifică a solidului, în 𝑚2
𝑚3. Notând cu 𝑉𝑠 volumul stratului adsorbant, ecuația
4.14 devine:
𝑑𝐺= d𝑉𝑠𝑘𝑓𝜎𝑎𝜏(𝑐0-𝑐𝑖) (4.15)

𝑐0 și 𝑐𝑖 sunt constante, regimul fiind considerat staționar. Se menționează însă că și în această
ipoteză, în condițiile transferului de masă în medii solide formate din particulele poroase, 𝑐𝑖 nu
rămâne constant la interfață.

În regim nestaționar, ec uația 4.15 devind:

𝑑𝐺
𝑑𝜏=𝑘𝑓𝜎𝑎𝑉𝑠(𝑐0-c) (4.16)

în care concentrația 𝑐𝑖 s-a înlocuit cu c, a cărei valoare se presupune că s -a luat în momentul 𝜏, dar
care variază în timp.
Ecuațiile date reprezintă relațiile care dau viteza de transfer de masă în cazul în care viteza
etapei a este cea mai mică dintre vitezele tuturor etapelor și deci rezistența majoră este întâmpinată
în filmul staționar de fluid de la interfață.
Concentrația fazei solide, în kgf/ 𝑚3 solid, a, este egală cu 𝐺
𝑉𝑠 și relația 4.16 se poate scrie:
𝑑(𝐺
𝑉𝑠)
𝑑𝜏 = 𝑑𝑎
𝑑𝜏=𝑘𝑓𝜎𝑎(𝑐0-c) (4.17)

Valoarea coeficientului parțial de transfer de masă 𝑘𝑓, dpinde de caracterul curgerii fazei
fluide, de caracteristicile curgerii fazei fluide, de caracteristicile ei fizico -chimice și de coeficientul
de difuziune pentru această fază, care, pentru difuziunea normală, este 𝐷𝑛.
Dacă locul concentrațiilor volu metrice, se trece la fracțiile molare y (pentru fază fluidă) si
x (pentru fază solidă), ținând seama de relația de echilibru Kx=y, ecuația 4.17 se scrie :

𝑑𝑥
𝑑𝜏 = 𝑘𝑓𝜎𝑎
𝐾 (y-𝑦∗) (4.18)

în care: 𝑦∗ este concentrația fazei fluide aflată în echil ibru cu concentrația suprafeței solidului;
K- coeficientul de repartiție, respectiv constanta de echilibru
La adsorbție, K este dat de relația:

K= 𝑑𝑦
𝑑𝑧 = 𝑎∗𝜌𝑎
𝑐0𝜀 (4.19)

în care: 𝑎∗ este cantitatea de substanță adsorbită de solid la ecilibru, în 𝑘𝑚𝑜𝑙
𝑘𝑔;
𝑐0- concentrația din masa fluidului prelucrat, în 𝑘𝑚𝑜𝑙
𝑚3;
𝜌𝑎- densitatea aparentă a solidului, în 𝑘𝑔
𝑚3;
𝜀- fracțiunea de goluri a solidului, în 𝑘𝑔
𝑚3;
În etapa 2, transportul de substață prin stratul de la suprafață particulei are loc datorită
existenței grandientului de concentrație în faza adosrbită și viteza ei este dată de relația:

𝑑𝑥
𝑑𝜏 = 𝑘𝑠𝜎𝑎
𝐾 (𝑥∗-x) (4.20)

în care 𝑥∗ este concentrația fazei solide în echilibru de concentrația y a fazei fluide;
𝑘𝑠- coeficientul parțial de transfer de masă pentru transferul fluidului prin filmul
adsorbitde la suprafața polilor solidului.

Etapa 3, a dsorbția propiu -zisă, are de obicei o viteză mare și rezistența opusă de ea
transferului de masă este mică.
În etapa 4, componentul adsorbabil difuzează de la suprafața porilor în interiorul particulei
solide, petru care există câte un grandient de concen trație individual. Viteza transferului de masă
dpinde de forma fiecărei particule și pentru izoterme de adosrbție liniare ea este dată de relația:

𝑑𝑥
𝑑𝜏 = 𝑘𝑝𝜎𝑎 (𝑦−𝑦∗)
𝐾 (4.21)

în care 𝑘𝑝 este coeficientul de transfer de masă în interiorul particulei poroase
Etapa 5, are o viteză de transfer de masă legată de viteza liniară a fluxului gazos și de
dimensiunile stratului adsorbant. Această etapă este inutilă pentru experiment.
Trecând la concentrații ăm fracții molare se scrie:

𝑑𝑥
𝑑𝜏 = 𝑘𝐿𝜎𝑎
𝐾 = (y-𝑦∗) (4.22)

𝑘𝐿- coeficientul de transfer de masă care ține seama de dispersia longitudinală a adsorbantului;
valoare lui pentru izoterme liniare depinde de lungimea de amestecare axială din strat și
de viteza fluxului fluid;
Rezistența totală opusă transferului de masă depinde de mărimea coeficienților de transfer
de masă, fiind dată de intervalul valorii lor, 𝑅𝑡= 1
𝑘.
Dacă resistența cea mai mare este opusă de transferul în fază fluidă din etapa 1, în relația
III.5 se introduce coeficientul total de transfer de masă 𝐾𝑓 rezistența totală va fi:

𝑅𝑡𝑓= 1
𝐾𝑓𝜎𝑎 = 1
𝑘𝑓𝜎𝑎+1
𝑘𝑝𝜎𝑎+1
𝑘𝐿𝜎𝑎 (4.23)

Dacă cea ma i mare rezistență este opusă de transferul prin difuziunea de suprafață în fază
adsorbită viteza globală a procesului va fi dată de relația 4.20 în care 𝑘𝑠 a fost înlocuit cu 𝐾𝑠 iar
rezistența opusa în etapa 2, a transferului va fi:

𝑅𝑡𝑠= 1
𝐾𝑠𝜎𝑎 = 1
𝑘𝑠𝜎𝑎+1
𝑘𝐿𝜎𝑎 (4.24)

Când rezistența de tranfer este mare în ambele faze, coeficientul total de transfer de masă
𝐾𝑇 (pentru α ≥ 1) este definit de relația:

𝑅𝑇= 1
𝐾𝑇𝜎𝑎 = 1
𝑘𝑓𝜎𝑎+1
𝑘𝐿𝜎𝑎+1
𝑘𝑠𝜎𝑎+𝑘𝑝𝜎𝑎 (4.25)

4.3.2 Metodele de contactare a fazelor pentru realizarea transferului de mas ă în
opreațiile de adsorbție

În tabelul 4.1 se prezintă principalele metode tehnice de realizare a adsorbției.
Fiecare dintre aceste metode prezintă unele analogii cu alte oper ații unitare de transfer de
masă bazate pe difuziune. Astfel, când dintr -un amestec gazos sau lichid se separă numai un singur
component se poate face o analogie cu adsorbția gazelor. Când se separă un amestec gazos sau
lichid în care ambele componente pot fi adsorbite, operația este comparabilă cu extracția, solidului
având rol de dizolvant; în acest caz se poate face analogie și rectificare în coloane cu umplutură,
în care însă energia termică necesară fracționării este înlocuită cu activitatea adsorbantă a
umpluturii. Acest experiment se axează strict pe amestec lichid.

Tabelul 4.1 Metode tehnice de realizare a adsorbției
Metoda tehnică Fluide tratate Numărul de componente necesar adsorbției Modul de lucru
Contactarea în trepte Lichide Unul Continuu sau
discontinuu
Contactarea continuă:
regim staționar (strat
mobil) Gaze și
lichide Unul sau mai multe Continuu
regim nestaționar (strat
fix) Gaze și
lichide Unul sau mai multe Semicontinuu

4.3.3 Contactarea în trepte

Un exemplu tipic pentru asemenea operații este contactarea cu agitare a substanțelor
adsorbante de tipul argilelor, cărbunilor activi, cu lichidele, în vederea recuperării unor
componente valoroase din soluții diluate sau a îndepărtă rii unor componente nedorite din lichide.
Aplicații practice unor hoirmoni din disolvanți, decolorarea, dezodorizarea și limpezirea soluțiilor
de zahăr, a produselor petroliere și uleiurilor.
Acest tip de operații presupune separarea fazelor după fiecare dreaptă de contactare, ele
putând fii asemănate cu adsorbția gazelor în trepte în aparatele de barbotare, cu mențiunea că
substanța adsorbită este în cantitate foarte mică și ea nu este solubilă în dizolvant utilizat (solidul).

Contactarea intr -o singură treaptă este reprezentată schematic în figura 4.5.
În figura 4.5 s-au adoptat următoarele notații:
𝐿𝑆 – debitul orar de adsorbant;
𝐺𝑆 – debitul orar de dizolvant neadsorbit, inert;
𝑌1, 𝑌2 – concentrațiile componentului adsorbit, în mol (sau kg) pe mol (sau kg) component
neadsorbit;
𝑋1, 𝑋2 – concentrațiile componentului neadsorbit, în mol (sau kg) pe mol (sau kg)
adsorbant proaspăt sau regenerat.
Indicii 1 și 2 reprezintă situația la in trare și la ieșirea din treapta de contactare.
Bilanțul de materiale al adsorbantului este dat de relația:

𝐺𝑆(𝑌1-𝑌2) = 𝐿𝑆(𝑋2-𝑋1) (4.26)

În coordonate X, Y această relație reprezintă linia de operație, cu panta -𝐿𝑆
𝐺𝑆; se presupune
că se cunoaște curba izotermă de ecilibru 𝑌∗=f(X).
În figura 4.6 sunt reprezentate linia de operație și curba de echilibru.
Dacă timpul de contactare este infinit, se atinge echilibrul și treapta este ideală, iar punctul
M(𝑋2, 𝑌2) se gă sește pe curba de echilibru, 𝑌2 fiind egal cu 𝑌2∗ care este în echilibru cu 𝑋2. Dacă
timpul de contactare este limitat, concentrația finală este reprezentată în punctul 𝑀,, echilibrul
nefiind atins.
În relațiile da te s-a presupus că solidul reține mecanic o cantitate de lichid neglijabilă,
justificată pentru cazul adsorbției, unde se folosesc cantități mici de solid: la adsorbție însă
cantitatea de lichid reținută mecanic capătă o importanță apreciabilă. Pentru curba de echilibru,
pentru soluții diluate, se aplică ecuația lui Freundlich scrisă sub forma:

𝑌∗= m𝑋𝑛 (4.27)

Considerând 𝑋1=0 (adsorbant pur) și înlocuind pe X din ecuația 4.26 se obține relația:

𝐿𝑆
𝐺𝑆=𝑌1−𝑌2
(𝑌2
𝑚)1/𝑛 (4.28)

Fig. 4.5 Contactarea intr -o singură treaptă

Fig. 4.6 Linia de operație și curba de echilibru

Poziția curbei de echilibru și forma ei depind de valaore lui n așa cum rezultă din figura
4.6, unde s -au trasat curbele de echilibru pentru n=1 (o dreaptă) și n<1 (o curbă cu concavitatea
pe axa OX). Pentru n<1 separarea este foarte dificilă și debidetele de solid necesare sunt foarte
mari. Cele mai bune rezultate se obțin însă pentru n>1 și anume în intervalul n=2-10.
Ecuația 4.28 permite calculul raportului 𝐿𝑆
𝐺𝑆 pentru trecerea de la concentrația 𝑌1 la 𝑌2.
Contactarea în mai multe trepte, în contracurent, este cea mai economică și este mai
frecvent utilizată. Ea este prezentată schemtic in fi gura 4.6

Fig. 4.6 Contactarea în mai multe trepte

Ecuația bilanțului de materiale este dată de relația:

𝐺𝑆(𝑌0-𝑌𝑖)= 𝐿𝑆(𝑋1−𝑋𝑖+1) (4.29)

și este reprezentată în figura 4.7 de linia de operație trasată între punctele ( 𝑋𝑖+1, 𝑌𝑖) și ( 𝑋1, 𝑌0) și
are panta 𝐿𝑆
𝐺𝑆.
Numărul de trepte de echilibru ideale necesar separării dorite se trasează grafic.
Ca și absorbția în trepte, in contracurent, raportul 𝐿𝑆
𝐺𝑆 va avea valoarea minimă pentru i=∞,
corespunzând unei linii de operație cu panta maximă care taie curba de echilibru în punctul A
(figura 4.7), pentru curbe de echilibru cu con cavitatea spre axa OY( cu n>1 în ecuația Freundlich).
Linia de operație taie curba de echilibru punctată din figura 3.4, în punctul B, dacă aceasta
are concavitatea în sens invers și corespunde la n<1 în ecuația 4.27.
Dacă se cunoaște ecuația curbei de e chilibru, de exemplu, ecuația lui Freundlich, se
procedează la calculul lui 𝐿𝑆
𝐺𝑆 pentru fiecare treaptă în parte, așa cum s -a arătat la operația cu o
singură treaptă.
Practica a arătat că dacă se aplică filtrarea solidului între trepte, nu este econom ic să se
utilizeze mai mult de doua trepte de contractare.

Fig.4.7 Ecuația bilanțului de material
1Gs, Y0
Ls, X1Y1
X2Y2
X3Yi-1
Xi2 iYi, Gs
Xi+1, Ls

Fig. 4.8 Diagrama lui Treybal

Pentru diferite valori ale lui n în ecuația lui Freundlich și pentru i=2, Treybal a stabilit
diagrama reprodusă în figura 4.8 care rezolvă ecuațiile obținute eleminâd pe 𝐿𝑆
𝐺𝑆 între ecuația 4.29
ecuația 4.27; pentru adsorbția în două trepte se obține:

𝑌0
𝑌2 -1= (𝑌1
𝑌2)1/𝑛 (𝑌1
𝑌2 – 1) (4.30)
Operația se poate conduce continuu sau discontinuu însă ultima variantă este cea mai
utilizată, filtratul de la treapta precedentă fiind tratat cu adsorbant proaspăt în cantitate identică
pentru fiecare treaptă.

3.2.2 Contactarea îm strat fix

Pe măsură ce cantita tea de fluid care trece prin stratul fix, în timp, este mai mare, solidul
înmagazinează mai mult adsorbit, procesul de contactare având caracter nestaționar. El poate fi
asemănat într -o oarecare măsură cu adsorbția, considerînd că adsorbantul este constitu it chiar de
stratul fix de solid. La adsorbția în coloane unde are lox introducerea continuă de adsorbant
proaspăt și îndepărtarea continuă de adsorbant saturat, grandienții de concentrație ai fazelor în
fiecare secțiune sunt constanți, în timp ce la adsor bția în strat fix, gradientul de concentrație la
intrarea fluidului în strat are la început o valoare mare, dar care, din cauza acumulării adosrbitului
în timp, se reduce.
Treybal presupune că procesul de adsorbție în strat fix are lox într -o zonă limitat ă, care se
deplasează de la intrare spre ieșirea spre aparat pe măsură ce adsorbantul se saturează. Această
zonă delimitată de secțiunea în care începe să aibă loc adsorbția și secțiunea în care ea încetează
(unde adsorbantul este lipsit de component adsor bit), se numește zonă de transfer de masă (ZTM).
După o anumită perioadă de expansiune în strat, ZTM atinge o lungime 𝐿𝑍, care în majoritatea
proceselor este constantă și care se deplasează cu o viteză constantă prin aparat. În această ipoteză,
procesul de adsorbție în interiorul zonei poate fi privit ca un fenomen staționar.

În figura următoare 4.9 este reprezentată schematic mișcarea zonei de transfer prin stratul
adsorbant și curba descrisă de variația în timp a concentrației fluidului ieșit din adsor ber. În
monemtul 𝜏𝐴 reprezentat de poziția I din adsorber, o parte din adsorbant este saturat, adsorbția are
loc în zona situată între secțiunile m și n, iar concentrația în component adsorbit a fluidului ieșit
din aparat, 𝑐𝑎, este practic zero. În momentul 𝜏𝐵 (poziția II) o nouă porțiune din strat a fost saturată.
Zona de transfer de masă s -a deplasat, fără însă ca ea să iasă din aparat, iar concentra ția fluidului
la ieșirea este 𝑐𝑏=𝑐𝑎

Fig.4.9 Reprezentarea mișcării zonei de transfer prin stratul adsorbant și curba descrisă de variația de
timp concentrației fluidului ieșit din adsorber

În omentul 𝜏𝐶, corespunzător poziție III, zona în care a re loc adsorbția s -a deplasat la
extremitatea de ieșire din strat, și concentrația 𝑐𝑐 a fluidului ieșit indică o creștere față de 𝑐𝑎. Acest
moment este numit punct de rupere , iar 𝑐𝑐 se numește concentrația de rupere . Aceste mărimi indică
începutul creșterii concentrației fluidului ieșit din aparat, creștere care are loc apoi repede, pe
măsură ce adsorbantul se saturează, atingând în momentul 𝜏𝐷 (poziția IV) o valoare 𝑐𝑑 foarte
apropiată de concentrația inițială 𝑐0.
Curba descrisă de concentrația c în intervalul de timp 𝜏𝐶-𝜏𝐷 se numește curba de rupere .
În momentul 𝜏𝐷 în strat nu se mai găsește decât o mică porțiune de solid nesaturat; zona de
transfer a ieșit din aparat aporape total; în momentul 𝜏𝐸 adsorbția practic nu mai are loc.
Cunoa șterea variației concentrației efluentului ieșit din strat diferitele puncte ale acestuia,
în timp, are deosebită importanță pentru dimensionarea aparatelor de adsorbție cu strat fix. Dacă
adsorbția are loc adiabatic, degajarea căldurii de adsobție provoacă o crețtere a temperaturii în strat
fix și crează o undă de temperatură care se mișscă prin aparat ca și zona de transfer de masă.
Creșterea temperaturii observată pe măsură ce zona de transfer se apropie de ieșirea din
strat, poate fi un indiciu prețios pentru stabilirea atingerii punctului de rupere.
În practică perioada de adsorbție se conduce astfel, în cât să se evite atingerea concentrației
de rupere, moment după care performanța urmărită nu mai poat e fi obținută și adsorbantul trebuie
supus regenerări.

Atât mărimea 𝐿𝑍 cât și forma curbei de rupere, constituie indicații importante pentru
determinarea vitezei cu care are loc transferul de masă, iar forma curbei de rupere și durata de
formare a zone i de transfer de masă determină metoda de lucru practică.
Teoretic, dacă procesul de adsorbție ar decurge cu viteză infinit de mare, zona de ttransfer
de masă ar avea lungimea egală cu zero și forma curbei de rupere ar fi abruptă, verticală.
Practic, îns ă, chiar și pentru adsorbții foarte rapide curba prezintă aspectul sigmoidal din
figura 3.6, panta ei fiind influențată de mărimea rezistenței opusă la transferul de masă de
difuziunea în ambele faze, fluidă și solidă.
În interiorul ei, zona de trasnfer d e masă prezintă un gradient al concentrației de mărime
variabilă, fapt care a condus la împărțirea ei în trei domenii, în care viteza transferului de masă
este diferită, deoarece și mecanismul lui diferă.
În domeniul 1 din figura 4.10 situat la extremitat ea dinspre intrarea în strat, viteza
procesului este mică, el decurgând după mecanismul stratului monomolecular conform teoriei lui
Langmuir. În domeniul 2, viteza de transfer de masă crește, procesul având loc după mecanismul
stratului multimolecular. În domeniul 3 are loc condensarea capilară cu viteză mare, iar dincolo de
acest domeniu solidul atinge saturația.

Fig. 4.10 Interiorul zonei de transfer de masă

Viteza constantă 𝑣𝑧 cu care se deplasează zona de transfer de masă este de obicei mult mai
mică decât viteza de curgere liniară a fluidului, 𝑣𝑓.
Este evident că, petru ca adsorbția să poată avea loc, lungimea totală a statului de adsorbant
Z trebuie să fie mai mare decât lungimea zonei 𝐿𝑍, fiind limita ei inferioară.
Există o lungime 𝐿𝑍 minimă, sub care punctul de rupere este atins foarte repede. Limita
superioară a lungimii este determinată, de obicei, de factorii constructivi și considerente tehnico –
economice legate de pierderi de presiune, de dimensionarea utilajelor, de concentrația fluidului.
Lungimea zonei de transfer de masă și aspectul curbei de rupere sunt influențate de
numeroase variabile, dintre care cele mai importante sunt:
• viteza fluidului prin strat 𝑣𝑓;
Lz4
3
2
1

• natura și caracteristicile fizico -chimice ale fluidului;
• natura adsorbantului, structura sa și dimensiunile particulelor solide;
• concentrația fluidului de alimentare 𝑐0;
• concentrația adsorbantului rămas neîndepărtat după regenerarea în masa solidului
(care în calcul se consideră de obicei nulă care paote influența comportarea sistemului dacă
are valoare mare);
• temperatura de lucru și căldura de adsorbție;
• presiunea de lucru;
• vechimea a dsorbantului (deci numărul de regenerări la care a fost supus);
• caracteristicile echilibrului de faze.
În afara variabilelor 𝑣𝑓 și 𝑐0, restul variabilelor citate sunt susceptibile de a fi menținute
constante.
Durata atingerii punctului de rupere scade cu reducerea înălțimii stratului și cu creșterea
vitezei fluidului, a concentrației lui și a mărimi particulelor solidului.
De obicei, mărimea 𝐿𝑍 se reprezintă în funcție de viteza superficială a fluidului 𝑣𝑓, și
depinde de mărimea criteriului Reynol ds care apare în relațiile de determinare a coeficientului
de transfer de masă pentru filmul fluid.
Variația formei curbei de rupere și a mărimii lui 𝐿𝑍 se studiază cel mai bine experimental.
În practică pot să apară o serie de variabile suplimentare ca re influențează mărimea 𝐿𝑍, dar de
acestea se ține seama la adoptarea mărimii Z cu un coeficient de siguranță adecvat. Astfel,
caracteristicile adsorbantului pot varia de la o șarjă la altă. În general, 𝐿𝑍 crește cu mărimea
dimensiunii particulelor; pe măsură ce adsorbantul este utilizat, stratul se tasează cea ce are ca
efect reducerea lui 𝐿𝑍 dar și creșterea pierderilor de presiune; prezența impurităților în fluidul
tratat cu adsorbant, creșterea temperaturii la adsorbție sau regenerare, sunt alți f actori care
produc variații în mărimea lui 𝐿𝑍.
Enumerarea acestor variabile subliniează importanța pe care o au pentru adsorbție
determinările experimentale ca bază de alegere a celei mai bune și economice soluții.
Metoda experimentală pentru determina rea lui 𝐿𝑍 este simplă, necesitând o coloană
umplută cu adsorbant bine izolată termic și prevăzută cu dispozitive de luare a probelor pentru
fluid și solid în mai multe puncte de pe lungimea ei; se vor prevedea atât termocupluri cât și
dispozitive de reg lare și de măsurare a presiunii, pentru a putea studia influența factorului
termic și a variațiilor de presiune.
Proiectarea adosrberului cu strat fix necesită stabilirea cantității de adsorbant, a
dimensiunilor stratului și a duratei perioadei de adsorbț ie între două regenerări, care se pot
determina cu ajutorul lui 𝐿𝑍. Cele mai cumplete date se obțin însă pe cale experimentală în
condiții cât mai apropiate de cele din instalația industrială care se proiectează.
Tratarea matematică a proceselor nestași onare de tipul adsorbției în strat fix, în care
intervine un număr mare de variabile, este deosebit de complexă și a putu fi făcută numai
pentru un număr relativ redus de situații.
În cele ce urmează se vor expune principalele metode de calcul al elementelor determinante
pentru transferul de masă în stratul fix.

CAPITOLUL 5

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR ENERGETICE ALE
ULEIULUI UZAT REVITALIZAT

În cadrul acestui capitol s -au realizat activități de cercetare experimentală având ca obiectiv
evidențierea particularităților și performanțelor procesului de ardere a uleiului uzat, provenit din
industria auto. Rolul acestora este de confirmare a posibil ități realizării unei pulverizări adecvate
urmată de o aprindere și ardere corespunzătoare, compatibilă cu cerințele instalațiilor energetice.
Experimentele s -au desfășurat în cadrul laboratorului Instalații de Ardere a
Departamentului Termotehnică, Moto are, Echipamente termice și frigorifice a Facultății de
Inginerie Mecanică și Mecatronică din cadrul Universității Politehnică din București.
Cercetările realizate până la această etapă au evidențiat posibilitatea valorificării prin
ardere a uliului uzat revitalizat .
Randamentul instalației de ardere depinde de alegerea judicioasă a parametrilor constructivi și
funcționali ai injectoarelor utilizate. Caracteristicile jetului pulverizat la injectoarele mecanice cu
cameră de turbionare (cu retur) sunt:
• Debi tul de combustibil și gama de reglare a acestuia;
• Unghiul de evazare a jetului;
• Densitatea de repartiție a combustibilului lichid;
• Finețea de pulverizare (diametrul mediu și distribuția picăturilor);
• Diametul maxim al picăturii de combustibil.
Aceste caracteristici trebuie realizate pentru proprietățile fizice bine definite ale uleiului
revitalizat folosit: (vâscozitatea, tensiunea superficială și densitatea) și la o temperatură de
preîncălzire necesară unei fluidități corespunzătoare (2 -3șE).

5.1 DESCRIEREA INSTALAȚIEI EXPERIMENTALE

Instalația experimentală este compusă din:
• Cazan modelul Multiplex CL 50;
• Arzătorul GB – Ganz tip ANYO -12R-2-1-0;
• Analizor de gaze de ardere MAXILYZER NG;
• Camera de termoviziune FLUKE TiX560.
Cazanului pilot Multiplex CL 50 utilizat în cercetarea experimentală, este destinat pentru
producerea de energie termică și adresat încălzirii unor locuințe, blocuri de birouri sau a halelor
unor fabrici ce nu depășesc suprafața de 1500 m3 (puterea termic ă maximă fiind de 55 kW).
Cazanul este cu circulație naturală având un coș de fum montat în exteriorul clădiri.
Cazanul este alcătuit dintr -o cameră focar în care se realizează procesul de pulverizare al
combustibilului lichid. În schimbătorul convectiv ce se află deasupra focarului se găsesc țevile de

fum pentru încălzirea apei. Reglarea procesului de ardere este efectuată cu un ventilator de aer ce
echipează arzătorului și care poate fi dirijat dintr -un tablou de comandă și un termostat. La pornire,
când apa este încă rece se permite intrarea aerului prin nișa de admisie pentru aerul de ardere
situată sub arzător.
Suprafețele interioare ale cazanului sunt permanent răcite cu apă pentru a evita
supraîncălzirea. Cu ajutorul termometrului, termostatelor și a termostatului de siguranță cu care
este echipat cazanul se poate regla și controla temperatura apei din interior.
În figura 1 se prezintă o vedere frontală a cazanului, cu evidențierea poziționării
arzătorului.

Fig.5.1 Cazanul experimental Multiplex CL 50

Injecția mixturii s -a realizat cu arzătorul monobloc GB -Ganz tip ANYO -12/R -2-1-0 din
figura 2, cu aer insuflat, în totalitate automatizat, pulverizarea se face sub presiune cu reglare în
două trepte și este destinat pentru arderea combustibilului lichid u șor sau a motorinei. Construcția
este tip monobloc, fiind urmată de o montare ușoară, o punere în funcțiune facilă, întreținerea
elementelor de reglare și protecție se realizează cu cheltuieli minime.

Fig.5.2 Arzătorul de combustibil lichid GB-Ganz tip ANYO -12R-2-1-0

Arzătorul folosit în experiment are inclus și un preîncălzitor electric de combustibil pentru
realizarea scăderi viscozități combustibilului până la valoarea optimă necesară de 1,5 – 2,5 °E la
nivelul pompei de pulverizare. Tem peratura preîncălzitorului este determinată la valoarea stabilită
de termostatul de reglare incorporat, pentru acest arzător este prevăzută o temperatură uzuală între
60 – 80 °C, cu maxima de 100 °C. Din punct de vedere constructiv sistemul de alimentare c u
combustibil prin absorbția pompei de pulverizare este în ansamblu simplu și accesibil.

În figura 3, se vizualizează prelungirea tubului de dezvoltare pentru flacără, care oferă arzătorului
o integrare perfectă la ambrazura focarului.

Fig.5.3 Tubul de direcționare a flăcării ce traversează ambraziunea focarului
Arzătorul are prevăzut un sistem de aprindere și un sistem de supraveghere a flăcării.
Presiunea de pulverizare maximă poate atinge 18 bar, iar consumul de combustibil este reglabil
între 4 l/h și 12 l/h. Motorul electric ce este amplasat lateral antrenează pompa de combustibil și
rotorul ventilatorului de aer [1]. Stabilizatorul aerodinamic pentru turbionarea flăcării este
prezentat în figura 4. și este montat pe suportul duzei de combu stibil alături de electrodul dublu
pentru aprindere.

Fig.5.4 Stabilizatorul flăcării ce generează turbionarea aerului

Se poate potrivi puterea termică a arzătorului fără a fi necesară demontarea în prealabil a
acestuia, prin modificarea a 3 elemente și anume: presiunea pompei de combustibil, poziția
clapetei de aer și poziția deflectorului din interiorul tubului de flacăr ă.. Principalele date tehnice
ale arzătorului sunt precizate în tabelul 5.1.
Tabel 5.1 Caracteristicile tehnice ale arzătorului
Tip ANYO -12/R -2-1-0
Putere nominală 70-140kW
Combustibil CLU – 60/80
Raport de relgare 1:2
Aprindere Automată cu scânteie electrică de
înaltă presiune
Tensiunea de
alimentare 230V, 50Hz
Nivel de zgomot 62±5 dB
Greutate 28kg

Gazele de ardere au fost prelevate cu analizorul de gaze de ardere MAXILYZER NG din
figura. Analizorul este dotat cu celule electrochimice de măsurare pentru O 2, CO, CO 2, NO x și
SO 2, curățare automată în funcție de concentrațiile măsurate, este multitasking, are ecran LCD cu
afișare simultană a 10 valori măsurate, memoria de date conține 100 blocuri de măsurare, are
inclusă și o imprimantă termică integrată, este protejat de o carcasă robustă, etanșă la praf și apă
prezentat în figura. În experiment sonda analizorul a fost amplasată la sfârșitul instalației de cazan,
înaintea ieșirii gazelor de ardere la coș .

Fig.5 .5 Analizor de gaze de ardere MAXILYZER Fig.5.6 Camera Fluke TiX560 folosită în experiment
Principalele date tehnice ale analizorului de gaze se regăsesc în tabelul 5.2:

Tabel 5.2 Date tehnice ale analizorului de gaze
Afișaj Model LCD grafic cu rezoluție înaltă
Imprimanta Incorporată cu hârtie termosensibilă
Temperatura de funcționare 5-40°C
Greutate 3,1 kg maxim depinde de numărul de
senzori
Domeniul de măsurare a gazului
și a temperaturii aerului de
ardere -20°C la 1000°C
Măsurare O 2 0-21,0 vol %
Măsurare CO 0-4000 ppm
Măsurare CO 2 0-2000 ppm
Măsurare NO x 0-200 ppm
Măsurare SO 2 0-2000 ppm

Camera de termoviziune FLUKE TiX560 din figura 8. a fost utilizată pentru determinarea
temperaturii în flacără și în cele două trepte ale preîncălzirii combustibilului. Tabelul 5.3 prezintă
principalele date tehnice ale acestei camere de termoviziune.

5.2 METODE ȘI DETERMINĂRI REFERITOARE LA CANTITATEA DE IONI DE
METAL DIN ULEIUL UZAT

Pentru analiza rezidurilor a uleiului din motor s -au folosit două tipuri de ulei “Castrol Edge Turbo
Diesel 5W40” și “Castrol Magnatec 10W40 A3/B4”. “Castrol Edge Turbo Diesel 5W40” s -a extras
dintr -un motor de Volkswagen Transporter, an de fabricație 2002 , capacitate cilindrică 2182 𝑐𝑚3
MAC. Al doilea tip de ulei, “Castrol Magnatec 10W40 A3/B4”, provine de la un Volkswagen Golf
IV, an de fabricație 2004 capacitate cilindrică 1400 𝑐𝑚3 MAS.
Experimentele au fost făcute in cadrul laboratorului al Facult ății de Petrol și Gaze din
Ploiești.
Mai jos, regăsim cate doua probe de ulei, înainte și după utilizarea acestora în motor.

Fig. 5.7 Ulei Fig.5.8 Ulei uzat

Din buletinul de analiză facut de catre S.C ICEMENERG BUCURESTI pe o proba de ulei
uzat, observăm un conținut puțin ridicat de apa, puterea calorifică superioara este de 51365 Kj/Kg
iar ce inferioară 48186 Kj/Kg.
Conținutul de carbon, hidrogen, azot, sulf, oxigen este unul normal pentru combustibili lichizi.
Pentru aflarea vîscozitații cinematice al uleiului uzat s -a determinat la temperaturi de 50 °𝐶, 80°𝐶,
100°𝐶 având valori de 4,05 °𝐸, 2,01 °𝐸 respectiv 1,52 °𝐸
Punctul de inflamabilitate al uleiului uzat folosit este de 152 °𝐶.Toate caracteristicile buletinului
de analiza se regasesc în anexa 1.
Analiza uleiului uzat la motoare cu aprindere prin scânteie (MAS) și motoare cu aprindere
prin compresie (MAC) s -a realizat în laboratoarele UPG.
S-a efectuat analiza a trei probe de ulei uzat, atât pentru M AS cât și pentru MAC cu scopul de a
aduce probele în soluție apoasa pentru a putea afla nivelul de nichel și de fier din acestea.
Se ia proba numarul 1B, se pune într -un creuzet cca. 5 -10 g din proba (în experiment s -a folosit
5,81 g ulei uzat) pe balanț ă tehnică.

Fig. 5.9. Balanță tehnică Fig.5.10. Cuptorul DENKAl 4

După o măsurare exactă a probei se duce la cuptor unde este supusă unei temeperaturi între 700 –
800 oC (în experiment s -a folosit temperatura de 700 oC). Când cuptorul ajunge la temperatura
dorită de 700 oC proba este lasată timp de o oră.
Cuptorul DENKAL 4 folosit pentru analiză poate fi utilizat pentru orice tip de tratament
termic:
– preîncălzire creuzete ceramice;
– smalțuire termică;
– incinerare;
– tratament termic al pieselor mici;
– măsurători termice.
Caracteristicile tehnice ale cuptorului sunt:
– dimensiuni exterioare: 370x490x420 mm;
– dimensiuni interioare (incinta termică):150x130x170 mm;
– temperatura nominala 1100 grade Celsius;
– greutate: 28 kg;
– putere nominală: 1500W.
După o oră când temperatura începe să scadă se va extrage creuzetul și se va pune în exicator.
Atașat se regăsește proba extrasă din cuptor după tratamentul termic.

Fig.5. 11 Exicator Fig.5.12 Proba în creuzet după tratamentul termic

Peste proba astfel obținută se pune 5 ml de acid clorhidric 2 normal, se ia creuzetul din
exicator și se așează pe baia de nisip și se încălzește la o temperatură aproximativă de 200 -300 oC
și se lasă până aproape de sec, pănă când volumul ajunge la o pătrime din volumul total.
Din datele existente se constată că, față de uleiurile lubrifiante proaspete, uleiurile uzate conțin
proporții mari de fier. Celelalte elemente chimice (calciu, bariu , zinc, fosfor, magneziu) se găsesc
și ȋn uleiul proaspăt și provin din aditivi.
Uleiurile uzate constituie o materie primă mai atractivă pentru obținerea uleiurilor de bază
decât fracțiunile corespunzatoare din țitei, deoarece randamentul este mai mare ș i nu necesită
operațiuni de extractie sau deparafinare cu solvenți. Totuși, prelucrarea uleiurilor uzate ȋntȃmpină
dificultați mari și s -au elaborat tehnologii din ce în ce mai complexe care țin cont de tipul și de
gradul de impurificare a uleiului uzat.

Fig.5.12 Proba pusa în creuzet pe baia de nisip

Soluția rămasă se introduce într -un balon cotat peste care se completează cu apă distilată
până la capacitatea maxima de 100 ml și se agită până se observă ca nu a ramas nicio impuritate.
Operațiunea se va aplica și pentru probele rămase.

Fig.5.13 Probele completate cu apă distilată în balon cotat pană la capacitate de 100 ml

După prelucrarea celor șase probe se analizează concentrația de fier (Fe) și nichel (Ni ) prin
metoda de absorție atomică, cu ajutorul spectrometrului de absorbție atomică secvențială rapidă
(VARIAN), prin intermediul lămpilor de Fe și Ni din interiorul aparatului care lucreza separat
fiecare dintre cele două elemente.

Fig.5.14 Spectrometrul de absorbție atomică secvențială rapidă

În arzător se va folosi combustibil oxiacetilenă, iar în flacără se atomizează proba și se
măsoară absorbanța după legea lui Lambert -Beer și anume “Absorbanța crește liniar cu
concentrația”. Cunoașt em concentrația etaloanelor (probelor) și în funcție de concentrație alegem
lungimea de undă. Se pune solvent de apă în aparat pentru a se masura cantitatea de metale din
aceasta pentru o mai mare exactitate și acuratețe asupra rezultatelor. Se aprinde fla căra se pune
etalonul M1 în aparat și se incepe procesul de analiză. Spectometrul face în decurs de cinci secunde
trei citiri, dar valoarea afișată este doar una, făcând automat media aritmetică a celor trei citiri. La
schimbarea etaloanelor spectometrul s e curață timp de zece secunde pentru o citire cât mai precisă
a acestora.
Parametrii atât pentru nichel (Ni) cât și pentru fier (Fe) au fost selectați din manualul de
laborator “ Flame Atomic Absorption Spectrometry Analytical Methods” conform anexei 2
respectiv 3.
În urmatorul tabel avem rezultatele tuturor probelor analizate:

Tabel 5.1 Rezultatele probelor din uleiurile uzate
Ulei uzat MAS B Ulei uzat MAC M
1 2 3 1 2 3
Cantitate g 5,81 5,5 5,75 5,15 5,87 5,75
Concentrația Nichel (Ni) ml/l 0 0 0 0,11 0,04 0,03
Concetrația Fier (Fe) ml/l 8,65 5,22 5,81 11,34 7,29 6,76
Concentrația Nichel (Ni) ml /kg 0 0 0 2,13 0,68 0,52
Concentrația Fier (Fe) ml/kg 148,88 94,9 101 220,19 127,19 117,56

Cocentratia medie de Ni 1,11 ml/kg.
Se va face tranformarea din ml/l în ml/kg de concetrație de metal cu urmatoarea formulă:
Notam concentrația cu C iar cantitatea cu Can pe baza formulei:
C=𝐶∗0,1
𝐶𝑎𝑛 ∗10−3 𝑚𝑙
𝑘𝑔 (5.1)
Obținem următoarele rezultate:
C𝐵1𝑁𝑖=0∗0.1
5,81∗10−3=0; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝐵2𝑁𝑖=0∗0.1
5,50∗10−3=0 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔

C𝐵3𝑁𝑖=0∗0.1
5,75∗10−3=0 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝑀1𝑁𝑖=0,11∗0.1
5,15∗10−3=2,13 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝑀2𝑁𝑖=0,04∗0.1
5,87∗10−3=0,68; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝑀3𝑁𝑖=0,03∗0.1
5,75∗10−3=0,52 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝐵1𝐹𝑒=8,65∗0.1
5,81∗10−3=148 ,88 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝐵2𝐹𝑒=5,22∗0.1
5,50∗10−3=94,9 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝐵3𝐹𝑒=5,81∗0.1
5,75∗10−3=101 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝑀1𝐹𝑒=11,34∗0.1
5,15∗10−3=220 ,19; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝑀3𝐹𝑒 =7,29∗0.1
5,87∗10−3=124 ,19 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
C𝑀3𝐹𝑒=6,76∗0.1
5,75∗10−3=117 ,56 ; 𝑚𝑙
𝑘𝑔
Un alt experiment a fost făcut in cadrul laboratorului de la I.C.E.M.E.N.E.R.G privind
puterea calorifică a uleiului uzat.
În urmatoarea prezenatre s -a efectuat la I.C.E.M.E.N.E.R.G puterea calorifică și analiza
elementară a uleiurilor uzate a M.A.S. respectiv M.A.C. Proveniența uleiului uzat a M.A.S. este
de la un autoturism marca Renault, modelul Symbol, capacitate cilindrică 1589 𝑐𝑚3, an fabricație
2008, iar cel al M.A.C. este de la un autoturism marca Volkswagen, modelul Passat, capacitate
cilindrică 1989 𝑐𝑚3, an fabricație 2008. Uleiul uzat folosit în probe a fost recoltat cu 7 zile înainte
de începerea experimentelor.
Mai departe se va prezenta modul de lucru experimentului și anume puterea calorifică a
uleiurilor uzate.
5.2.1 Condiții prealabile
Determinarea se face pe o probă de analiză generală conform ASTM D240 -17. Proba este
transportată în laborator în recipiente adecvate închise etanș. După ce se va efectua omogenizarea
probei și dacă este vâscoasă aceasta se va itroduce intr -o etuvă la otem peratura de 40 𝐶0.
5.2.2 Modul de lucru
Analiza probei se face cu ajutorul unui calorimetru marca IKA C2000 care este alcătuit din
calorimetru propriu -zis și un vas cu apă de răcire marca IKA -KV 600 (figura 5.15). Temperatura
apei de racire trebuie să sa fie la o temperatura 19 𝐶0.
• Se va lua în jur 0,3 g de ulei uzat MAS și MAC omogenizat și se introduce intr -un creuzet
Temperatura care se degajă în creuzet este preluată și se intruduce bombă (figura 5.16)
• Se introduce greutate probei pe panoul central și s e pornește analiza
• Aprinderea probei, durata de ardere perioada de transfer termic dintre vas calorimetric și
manta sunt stabilite automat.
• Creuzetul împreună cu proba i se va atașa un fir de ardere din bumbac la doi electrozi (
figura 5.17). Se introduce 1 ml apă distilată. Rolul acestui fir de bumbac este atunci când se
introduce în ”bombă” eletrozii produc un arc electric care aprinde firul de bumbac , acesta cade pe

probă și aprinde proba. După ce se introduce proba în ” bombă”, ”bomba” se asamblează, se
introduce in capul celulei de măsurare, care se inchide automat și vasul de combustie cu proba este
coborât în vasul interior. Arderea se face cu oxigen de aceea este necesar ca în vasul de combustie
să se introducă oxigen din butelie pân ă la atingerea presiuni de 30 bari . Apa din răcitor circula prin
aparat și este încalzită la 25 𝐶0
• Agitatorul magnetic asigură o distribuție unifromă a caldurii în apă din vasul interior
• După ce arderea s -a efectuat, bomba este ridicată din aparat se scoa te din suportul ei și se
depresurizează manual. Durata analizei efectuată de aparat este de 20 -25 de minute pe probă .
5.2.3 Observații

Modul de lucru a aparatului este în regim Isoperibol 25 𝐶0, fiind o determinare mai sigură.
Aportul mare de energie nu va depășii 40.000 J de aceea se pune în aparat o cantitatea mică
de probă ca sa nu depășim cei 40.000 J și putem afecta bomba.
Arderea uleiului uzat MAS cât si MAC are o ardere satisfăcătoare nefiind nevoie să se mai
adauge ajutoare de ardere. Arderea uleiului uzat MAS a lasat cateva granule de cenușă iar arderea
uleiului uzat MAC a fost o ardere completă.

Fig. 5.15 Calorimetru marca IKA C2000 și un vasul cu apă de răcire marca IKA -KV 600

Fig.5.16 Bomba dezansamblată

Fig.5.17 Creuzetul împreună cu proba, atașat de el este un fir de ardere din bumbac la doi electrozi

Fig.5.18 Butelia de oxigen

Fig.5.19 Bomba ansamblată și scoasă automat din aparat dupa efectuarea analizei

Fig.5.20 Panoul central al paratului precizând modul de lucru

Pentru analiza elementară a uleiului uzat s -a folosit aparatul de analiza elementara EA 1110
format din instrument de baza, autosampler universal pentru probe lichide sau solide, microbalanță
electronică Sartoris XM 1000 P, unitate computerizată de comandă, butelie de gaz purtător (heliu)
și butelie de oxigen tehnic pentru acționare pneumatică și butelie oxi gen pur. Cu ajutorul acestui
aparat vom determina carbonul (C), hidrogenul (H) și azotul (N) din uleiul uzat folosit în
experiment.

5.2.4 Modul de lucru

Se va lua o cantitate de ulei uzat omogenă și se va pune în capsule de staniu, cu ajutorul
unor pen se, apoi se va cântarii pe microbalața electronică proba sigilând -o ermetic să nu poată fi
poluată cu azotul din aer. Cantitatea de ulei uzat trebuie sa fie între 2 -3 mg deoarece puterea
calorifică a uleiului uzat l -am considerat normal. Probele au fost du blate pentru experiment.
După masurarea greutății se va luat capsula de staniu cu penseta și se va pune în
autosempler. Proba intra intr -o cameră încălzită la 1000 𝐶0 procesul dureaza 30 de secunde pentru
arderea probei. Apoi gazul produs din ardere este tecut printr -o coloană cr omatografică și citita de
untitatea computerizată.
Butelia de heliu a aparatului are rol de a mișca compuții către coloana cromatografica
deoarece este un gaz inert.
Butelia de oxigen pur în proporție de 99,99 % are rolul de a inbunătății arederea, rezul tând
o ardere completă.
Butelia de oxigen tehnic are un rol pneumatic pentru mișcarea autusapler -ului.

Fig.5.21 Analizor de gaze EA 1110 Fig.5.22 Autosapler universal

Fig.5.22 Microbalanță electronică Sartoris XM 1000 P Fig.5.23 Unitate de bază computerizată

Fig.5.24 Butelie oxigen tehnica și butelie heliu

Fig.5.25 Butelie oxigen pur Fig.5.26 Camera de ardere a capsulei cu proba de ulei uzat

După terminarea experimentelor, mai jos avem următoarele rezultate puterii calorifice
inferioare la starea de analiză:

5.3 CARACTERISTICILE GENERALE ALE BENTONITEI

Bentonitele sunt o constituite în principal din montmorillonit, acestea având o duritate
mica, sunt ușoare, au o culoare albă cu nuante verde -albăstrui, roz, galbene, brune. Granulația
variază între 1 -500 milimic roni. Spărtura este tipică concoidală. Greutatea specifică este între 2,7
– 2,8 g/cm3, 1,6 – 1,8 g/cm3. Au aspect compact sau poros (Brana et al. 1986).
Formula chimică a montmorillonitului este: (Na,Ca) 0,3(Al, Mg) 2[Si4O10(OH) 2]nH 2O
Alumo -silicați hidratați sunt formațiunile care alcătuiesc bentonita, aceasta având o
capacitatea de adsorbție si de schimb de ioni mare , acest lucru se datorează faptului că în mare
parte este alcătuită din montmorillonit.
În funcție de gradul de crista linitate a particulelor, de structura porilor, de particularitățile
texturale și structurale, de pH -ul și temperatura soluției și de timpul de contact soluție -adsorbant,
de natura chimică a suprafeței sorbentului, de cationul prezent în stratul mobil, depi nde capacitatea
de adsorbție și shimbul de cationi.
Capacitatea bentonitei de adsorbție este provocată în proporție de 80 % de natură
intercristalină, stârnită de schimbarile izomorfe din rețea și aproximativ 20 % de sarcinile electrice
negative necompens ate.
Bentonitele formează filme plastice, suspensii coloidale, geluri. Între planele rețelei
cristaline se adsoarbe moleculele de apă, în zona de mișcare a ionilor. Datorită suprafeței mare de
contact, puterea de adsorbție a bentonitelor este mare.
Gelifi area betonitelor sub acțiunea electroliților poartă numele de tixotropie și anume au
capacitatea să devină lichide prin agitație, reveninând la forma de gel în repaus. Are o plasticitatea
mare de 3 până la 7 ori față de calion și de 2 până la 3 ori mai mar e față de argilele plastice
obișnuite, dtermină o vâscozitate mică. Se diferențiează dou feluri de bentonită, cele calcice (Ca –
bentonite) și cele sodice (Na -bentonite). Cu cât este mai bogată în montmorillonit cu atât sunt mai
calitative.

5.3.1 Proprietăț i fizice și chimice

Bentonita este o substanță solidă, sub formă de pulberi foarte fine. Culoarea bentonitei
este de culoare alb -pal cu nuanțe de roz, verde, iar prin expunere, în timp, se întunecă deveninâd
galben, roșu sau maro. Culoarea bentonitei este dată, de oxizii din care se compune aceast,
principali fiind dioxidul de siliciu și oxidul de aluminiu.
Bentonita are capacitatea de a se expanda în soluții apoase, mărindu -și volumul de 10 -11
ori, ea fiind o substanță inodoră și insolubil ă în apă și împreuna cu apa formează mase
gelatinoase datorită particulelor coloidale din bentinită. Bentonitele au putere decolorantă și o
mare capacitate de adsorbție.
Există 3 tipuri de bentonită, în funcție de conținutul de ioni metalici, și anume:
• bentonita calcică naturală
• bentonita sodică naturală
• bentonite activate de sodiu
Bentonita sodică naturală se dilatată foarte bine, limită înaltă de lichefiere însă are o
filtrație scazută.
Bentonita calcică naturală are dilatarea și limita de lichefiere inferioară față de bentonita
sodică naturală, dar are o filtrație superioară decât cea sodică.

Bentonita sodică activată s e realizează adăugând Na 2 CO 3 solubil în bentonita calcică și
are ca efect înlocuirea ionilor de Ca cu cei de Na. Această bentonita se asemănă foarte mult cu
caracterisitcile bentonitei natural sodice.

5.3.2 Obținerea bentonitei

Bentonita este colectată brut sub formă de conglomerate, trecând printr -un proces
purificare și mărunțire sub formă de granule sub diferite forme sau soluții diluate.

5.3.3 Utilizări

Datorita proprpietății sale de adsorbție cât și de dilatare bentonita sodică este utilizată în
mai multe domenii și anume: în industria chimică, în industria textilă, în industria hârtiei, în
industria ceramică, în industria alimentară și la rafinarea petrolului

Fig.6 Bentonit ă sodică [18]

Bentonita calcică este folosită în industria farmaceutică aceasta nu are proprietăți de
dilatare însă datorită proprietăților de purificare ale acesteia este folosită în această industrie. De
obicei se află dizolvată sau combinată în apă în produsele farma ceutice .

Fig.7 Bentonit ă calcică [18]

5.3.4 Bentonitele în Romania. Valea Chioarului

În zona comunei Valea Chioarului, județul Maramureș, la aproximativ 30 km de Baia Mare
se află zăcamântul de bentonită .
Provenien ța bentonitei este dintr -o roca magmatică acidă, un riodacit. Bentonitul are o
culoare cenușie, albă, cărămiziu. Este dur, alteori este moale, plastic, friabil.
Bentonitul are în alcătuire circa 70% montmorillonit si subordonat feldspat, mică, cuarț și
mine rale opace (Brana et al., 1986), acesta diferențându -se față de celelalte zăcăminte prin
componența sa și anume varietatea de monmorillonit sodic.

5.3.5 Petrești

Bentonita de la Petrești este situată la circa 30 km sud de Cluj -Napoca și circa 2 km de
localitatea Petreștii de Sus, județul Cluj.
În analiza chimica a bentonitei din Petrești indică prezența de Al 2O3 și SiO 2 componenți i
principali și secundari titan, oxizi de calciu, fier, sodiu, potasiu.

5.3.6 Gurasada

În zona localităților Gurasada și Dobra -Mihăești , judetul Hunedoara se găsesc depozite
mari de bentonită
Montmorillonitul calcic este mineralul principal din alcătuirea bentonitei de la Gursada
(circa 64 -88%), cristobalit (8 -11%), cuarț (1,6 -3,6%), și uneori feldspat, calcit. Catitatea de
fracțiune argiloasă în bentonitele de la Gurasada este mai scăzută ca î n cazul altor bentonite având
o cantitate scăzuta de Fe2O3 (1,4-1,6%)

5.3.7 Orașul Nou

În regiunea Orașul Nou la aproximativ 30 km nord -vest de orșul Baia Mare, se află
zăcamintele de bentonită în bazinu Oaș .
Această bentonită conține minerale argiloase, carbonați, cristobalit, zeoliți, carbonați,
hidroxizi și oxizi de fier și din mineralele primare, feldspat și cuarț. Compoziția de montmorillonit
în bentonită este cuprins între 20 -85%, în funcție de stadiul de alterare al rocii, putând sa ajungă
până la 95% și are un conținut ridicat de de Al2O3 și un conținut scăzut de Na2O.
În experiment s -a folosit bentonită din producție interna și anume din Valea Chioarului,
Romania .
Schema de lucru a experimentului este prezentată in urmatoarea figură:

Fig.5.27 Schema logică de determinare a rezultatelor experimentale

5.4 MODEL MATEMATIC REFERITOR LA CAPACITATEA DE ADSORBȚIE LA
ECHILIBRU ȘI A TIMPULUI DE AMESTEC

Plecam de la ecua ția Kul and Koyuncu:

𝑄𝑡=𝐶0−𝐶𝑡
𝑚⋅𝑉 (5.2)
în care:
𝑄𝑡 – este cantitatea de ioni de metal adsorbită, mg/g;
𝐶0 – concentrația inițială de soluție poluantă , mg/litru;
𝐶𝑡 – concentrația de soluție la momentul t, mg/litru;
V – volumul soluției din rezervor, litri;
m – cantitatea de adsorbant, g
Adsorbția se face de la concentrația inițială
0C , la concentrația de echilibru
eC . Capacitatea
de adsorbție la echilibru este dată de izoterma lui Freundlich:
n
F eC K Q/1
0=
(5.3)
unde, în plus:
eQ este capacitatea de adsorbție la echilibru, mg/g;
FK este constanta izotermă a
lui Freundlich; n este constanta lui Freundlich.
Constanta 1/n are valori între 0 și 1. Ambele constante depind de materialul adsorbant (de
bentonită).
Ce se dorește? Să se determ ine capacitatea de adsorbție la echilibru și să determinăm timpul
de contact de la concentrația inițială la cea de echilibru. Am nevoie de V, diferite m,
FK =0,4 și
de 1/n =0,9.
Din analiza uleiurilor uzate (atât de la M.A.S. cât și de la cele M.A.C.), concentrația inițială
de ioni de metal este cuprinsă între 50 și 200 mg/litru. Se impun 4 clase, și anume: 50, 100, 150 și
200 mg/g. Am calculat capacitatea de adsorbție la echilibru pentru aceste 4 clase. Am obținut
valorile din tabelul de mai jos:

Tabel 5.2 Capacitatea inițiala de ioni de metal și capacitatea de adsorbție la echilibru
Cantitatea inițială de ioni de metal, mg/l 50 100 150 200
Capacitatea de adsorbție, mg/l 5 10 15 20

Următorul experiment a fost făcut la Centrul Național de Micro și Nanomateriale
(C.N.M.N.), laboratorul de analize structurale din cadrul U.P.B. După amestec, am prelevat
amestecul dintre ioni de metal adsorbiți și bentonită. Timpul de amestec nu a fost, î n aceste
experimentări, monitorizat. Am efectuat proba de cenușă prin arderea amestecului timp de 2 ore
la 815 grade Cesius. După aceea am efectuat analiza elementală a cenușii prin utilizarea unui
echipament de spectrometrie de masă cu plasmă cuplată indu ctiv (ICP -MS) Agilent 8800 (Agilent
Technologies, Japonia).
Înaintea efectuării măsurătorilor la ICP -MS, probele au fost cântărite individual și plasate
în tuburi speciale din TFM. După adăugarea a 2 ml de HNO 3, probele au fost digerate într -un
sistem de microunde (Milestone Ethos , FKV, Bergamo, Italia), la temperatura de 200 șC, timp de
35 minute, putere maximă de 1800 W. După răcire, lichidele de digestie au fost diluate cu apă
ultrapură până la 25 ml. Măsurătorile au fost efectuate pentru izotopii cei mai abundenți ai fiecărui
element în parte și s-a obșinut următoarele rezultate prezentate în tabelul următor:

Fig.5.28 Probe de cenu șă a uleiului uzat cu 20 g, 40 g, 60 g, 80 g, de bentonită

Tabelul 5.3 Rezultatele în urma analizei cenusii de bentonită în amestec cu uleiul uzat
Probă Cantitate [g] 56 Fe [mg/
g] 63 Cu [mg/
g] 66 Zn [mg/
g] 111 Cd [mg/
g] 208 Pb [mg/
g]
B 0,1004 41,13 0,028 0,19 0,00067 0,154
B 20 g 0,1009 63,24 0,077 9,8 0,0012 0,122
B 40 g 0,1005 75,24 0,058 10,5 0,00078 0,178
B 60 g 0,0999 71,16 0,043 9,4 0,00091 0,101
B 80 g 0,1002 71,93 0,046 9,8 0,0011 0,482
Din aceste analize am reușit sa trasam două grafice pentru a alege cea mai buna probă
pentru experiment.

Fig.5.29 Determinarea grafică a impurităților Cu, Zn, Cd, Pb, adsorbite de bentonită

B B 20 g B 40 g B 60 g B 80 g
63 Cu [mg/ g] 0,028 0,077 0,058 0,043 0,046
66 Zn [mg/ g] 0,19 9,8 10,5 9,4 9,8
111 Cd [mg/ g]] 0,00067 0,0012 0,00078 0,00091 0,0011
208 Pb [mg/ g] 0,154 0,122 0,178 0,101 0,4820,00010,0010,010,1110100CantitateProba

Fig.5.30 Determinarea grafică a impurităților Fe, adsorbite de bentonită

Din rezultatele prezentate am ales sa facem calculele și experimentele, pe 20 g și 40 g
bentonită i ntrodusă într -un litru de ulei uzat. Urmărim sa avem o cantitate de bentonită cat mai
mică. Timpul optim de amestec este de ordinul minutelor ( între 10 -30 min). Menționez că
amestecul a fost făcut manual, cu un amestecător cu baterie. Evident, la instalaț ia de aredere ce va
fi implementată, amestecul din rezervorul de ulie uzat va fi coordonat de un dispozitiv electric
acționat automat.
Pentru a calcula timpul minim de amestec dintre uleiul uzat și bentonită, astfel încât să se ajungă
la capacitatea de ads orbție la echilibru cu consum minim de energie electrică am derivat, în raport
cu timpul, ecuația Kul and Koyuncu:




−=
  ddC
mV
ddQt t
eQ
0
(5.4)

Am rezolvat ecuația Kul and Koyuncu. Pentru rezolvarea modelului matematic am avut
nevoie de constanta experimentală determinată prin încercări, și validată de experimente.
Adsorbția se face de la concentrația inițială 𝐶0, la concentrația de echilibru 𝐶𝑒.
Capacitatea de adsorbție la echilibru este dată de izoterma lui Freundlich:
𝑄𝑒=𝐾𝐹 ∙ 𝐶01/𝑛 (5.5)
Unde, în plus: 𝑄𝑒 este capacitatea de adsorbție la echilibru, mg/g; 𝐾𝐹 este constantă
izotermă a lui Freund lich.
Ecuația care descrie variația concentrației în timp:
𝑑𝐶𝑡
𝑑𝜏 = a𝑘𝐿(𝐶𝑒-𝐶𝑡) (5.6)
𝐶𝑡 – concetrația la un moment dat;
𝐶𝑒 – concentrația de echilibru;
a𝑘𝐿 – coeficientul volumetrică de transfer de masă (nu variază în timp);
𝑑𝜏 – perioada de timp;
𝐶𝑡 = 𝐶𝑒+ (𝐶0-𝐶𝑒) 𝑒−a𝑘𝐿𝜏 –Variația concentrației în timp

𝑑𝐶𝑡
𝐶𝑒−𝐶𝑡 = a𝑘𝐿 𝑑𝜏 => -ln|𝐶𝑒-𝐶𝑡|= a𝑘𝐿 𝑑𝜏 + constantă (5.7)
La 𝜏=0 => constantă = -ln|𝐶𝑒-𝐶0| (5.8)
-ln|𝐶𝑒-𝐶𝑡|= a𝑘𝐿 𝑑𝜏-ln|𝐶𝑒-𝐶0| (5.9) B B 20 g B 40 g B 60 g B 80 g
56 Fe [mg/ g] 41,13 63,24 75,24 71,16 71,930,110,120,130,140,150,160,170,180,190,1CANTITATEPROBA

ln|𝐶𝑒-𝐶𝑡|= -a𝑘𝐿 𝑑𝜏+ln|𝐶𝑒-𝐶0| (5.10)
ln|𝐶𝑒-𝐶𝑡|= ln 𝑒−a𝑘𝐿𝜏+ln|𝐶𝑒-𝐶0| (5.11)
ln|𝐶𝑒-𝐶𝑡|= ln [( 𝐶𝑒-𝐶0) 𝑒−a𝑘𝐿𝜏] (5.12)
(𝐶𝑒-𝐶𝑡) = ( 𝐶𝑒-𝐶0) 𝑒−a𝑘𝐿𝜏 (5.13)
𝐶𝑡 = 𝐶𝑒+ (𝐶0-𝐶𝑒) 𝑒−a𝑘𝐿𝜏 (5.14)
Unde
a𝑘𝐿 =K ∙ V (5.15)
k= 0 ÷ 0,9
Ecuația care stabilește ecuația de echilibru. 𝐶𝑒
𝑉(𝐶0−𝐶𝑒)
𝑚𝑏𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑖𝑡 ă= 𝑄𝑒= 𝐾𝐹 ∙ 𝐶01
𝑛 (5.16)
V – V soulție + V bentonita
𝐶0 – concentrația inițială de ioni de metal
𝑄𝑒 – capacitatea la adsorbție la echilibru
𝐾𝐹 – constanta izotermei Freundlich
k – constanta stabilită experimental
𝐶0−𝐶𝑒 = 𝑚𝑏𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑖𝑡 ă ∙ 𝐾𝐹 ∙ 𝐶01
𝑛
𝑉 (5.17)
În pasul următor se vor intro duce anumite valori pentru a demostra, care are cea mai mare
adsorbție a impurităților în funcție de cantitatea de bentonită introdusă în soluție:
Calculul matematic experimental s -a facut cu ajutorul unui program adaptat in Excel
folosind ecuațiile preze ntate mai sus:

DATE INTRARE 1
timp – 2261
Kf- 0,02
CO – 50
Mbentonita – 20 g
V- 1 l
k- 0,0002
1/n – 1
Fig.5.31 20 g bentonita / mg/g solu ție

DATE INTRARE 2
timp – 2335
Kf- 0,02
CO – 100
Mbentonita – 20 g

V- 1 l
k- 0,0002
1/n – 1

Fig.5.32 20 g bentonita / 100 mg/g soluție

DATE INTRARE 3
timp – 2409
Kf- 0,02
CO – 150
Mbentonita – 20 g
V- 1 l
k- 0,0002
1/n – 1
Fig.5.33 20 g bentonita / 150 mg/g soluție

DATE INTRARE 4
timp – 2483
Kf- 0,02
CO – 200
Mbentonita – 20 g
V- 1 l
k- 0,0002
1/n – 1

Fig.5.34 20 g bentonita / 200 mg/g soluție

DATE INTRARE 5
timp –1269
Kf- 0,02
CO – 50
Mbentonita – 40 g
V- 1 l
k- 0,002
1/n – 1
Fig.5.35 40 g / 50 mg/g soluție

DATE INTRARE 6
timp –1354
Kf- 0,02
CO – 100
Mbentonita – 40 g
V- 1 l
k- 0,002
1/n – 1
Fig.5.36 40 g/ 100 mg/g soluție

DATE INTRARE 7
timp –1456
Kf- 0,02
CO – 150
Mbentonita – 40 g
V- 1 l
k- 0,002
1/n – 1
Fig.5.37 40 g/ 150 mg/g soluție

DATE INTRARE 8
timp –1590
Kf- 0,02
CO – 200
Mbentonita – 40 g
V- 1 l
k- 0,002
1/n – 1

Fig.5.38 40 g/ 200 mg/l soluție

După cum se poate observa din experimente și graficele de mai sus, la 40 de grame de
bentonită adaugată intr -un lintru de ulei, are adsorbția cea mai bună și un timp mai mic.

5.5 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR JETULUI DE COMBUSTIBIL LICHID

Pentru a obține o finețe bună a picăturilor formate în cazul folosirii uleiului revitalizat
caracterizat prin vâscozitatea cinematică ν = 12 -19 cSt, tensiunea superficială σ = 2,4 -2,6 N/m și
densitatea ρ =830 -870 kg/m3, între presiunea de alimentare și diametrul de ieșire se recomandă
următoarele corespondențe: p al ≤15 bar, pentru debite G ≤ 1500 kg/h se poate alege diametrul
camerei de turbionare, d e = 6…7 mm și unghiul convergent al ajutajului de ieșire γ = 90…120o
O caracteristică importantă a injectorului turbionar , care determină în mare parte domeniul de
aplicatibilitate al acestuia, o constituie distribuția după mărime a picăturilor formate . Metoda
simplificată de apreciere a fineței de pulverizare prin diametrul maxim de picătură este descrisă în
lucrarea [ ]. Cercet ările experimentale effectuate au arătat că diametrul maxim al picăturiloor din
lichidul pulverizat este proporțional cu radic alul scării injectorului și invers proporțional cu
rădăcina pătrată a căderii totale de presiune în injector, conform relației de mai jos:

(5.17)
unde: d max este dimensiunea maximă a picăturilor, în μm; M -scara injectorului, în mm2, ∆p-căderea
de presiune prin injector (egală, în general, cu suprapresiunea de alimentare), în bar; C este un
coeficient de proporționalitate, care depinde mai ales de proprietățil e fizice ale lichidului de
pulverizat și de calitatea de prelucrare a piselor componente ale injectorului. Pentru injectoare cu
calitate superioară de prelucrare C=1500 iar pentru cele cu calitate medie C=2000. Ca prim pas
se calculează scara injectorului cu relația:
=
pG
M
77,0
(5.18)
Pentru puteri termice mici și medii (P t ≤ 200 kW ) rezultă un debit de ulei de aproximativ
25 kg/h, la o putere calorifică inferioară a uleiului de 37000 kJ/kg. În aceste condiții scara
injectorului M = 0,288 mm2 (pentru un ∆p = 15 bar ).
În final se calculează diametrul maxim al picăturii:

15/ 288,0 2000max= d = 277 μm (5.19)

Se poate concluziona că un diametru al duzei de pulverizare de 0,5 mm este optim pentru
instalația de ardere ca va echipa clădirea atelierului auto, proiectată în raportul 5.
Prin eliminarea ionilor de metal, care se regăsesc în proporțiile cele mai mari în uleiul uzat, creștem
durata de viață a duzei injectorului, care nu va mai fi supusă im pactului de către acești ioni de
metal.

5.5.1 Arderea uleiului uzat revitalizat pe instalația experimentală

Cercetările experimentale constau în analiza procesului de ardere a uleiului uzat provenit
din industria auto. Acest experiment poate ajuta la depoluarea mediului înconjurator prin arderea
uleiului uzat în condiții ecologice.
Experimentul s -a efectuat pe un amestec de ulei uzat revitalizat cu 15 -20 g de bentonită.
p MC d = /max

Pentru a determina calitatea procesului de ardere a uleiului uzat revita lizat s -au stabilit
măsurători asupra:
• temperaturii de preîncălzire a combustibilului;
• analiza gazelor de ardere efectuate cu analizorul MAXILYZER NG, ce se
integrează în normele EN50379 -2 și în directivele de mediu 98/336/EWG (EEC);
• temperatura gazelor de ardere la evacuarea din instalație (la coș);
• temperatura în flacără
Condițiile generale de experimentare:
• sarcina termică 45 -55 kW;
• tiraj natural
5.5.2 Rezultatele experimentelor de laborator pentru arderea combustibilului pe ulei
uzat și ulei uzat revitalizat

Testările au fost efectuate pe ulei uzat din domeniul auto și ulei uzat revitalizat cu bentonită,
tot din domeniul auto.
Caracteristicile măsurătorilor privind comustibilul ulei uzat și ulei uzat r evitalizat sunt
cuprinse în tabelele de mai jos folosind duza de pilverizare cu diametru d=50 mm:

Tabel 5.4 Măsuratori noxe ulei uzat
Prob ă O2 CO CO 2 NO NO 2 SO 2 NOx t gas λ
% ppm % ppm ppm ppm ppm °C
1 17.3 1628 2.7 11 0 0 11 238 5.68
2 17.3 1722 2.7 14 0 0 14 238 5.68
3 17.2 1813 2.8 15 0 0 15 242 5.53

Valorile de temperatură pentru flacăra a experimentului au fost determinate cu ajutorul
camerei de termoviziune Fluke TiX560. Aspectul jetului de flacără din timpul primului
experimentului pentru uleiul uzat este prezentat în figu rile următoare :

Fig.5.39. Aspectul flăcării în afara focarului

Fig.5.40 Aspectul flacarii cu ajutorul camerei de termoviziune cu combustibil ulei uzat, temperatură între
860-920 °C

Tabel 5.5 Măsurători noxe ulei uzat revitalizat cu 40g bentonită
Probă O2 CO CO
2 NO NO 2 SO 2 NOx t gas λ
% ppm % ppm ppm ppm ppm °C
1 16.9 1172 3 28 4 0 32 280 5.12
2 16.9 1293 3 27 4 0 31 278.3 5.12
3 17.4 1277 2,6 20 4 0 24 263.3 5.83

Aspectul jetului de flacără din timpul experimentului pe uleiul uzat revitalizat este
prezentat în figur ile următoare :

Fig.5.41 Aspectul flăcării în afara focarului

Fig.5.42 Aspectul flacarii cu ajutorul camerei de termoviziune cu combustibil ulei uzat revitalizat,
temperatură între 950 -1020 °C

Lățimea redusă a flăcării este reprezentată și prin raportul grosime/lungime, care a avut
valori cuprinse în domeniul 0,26 m – 0,29 m. Emisiile poluante au fost în limitele acceptate pentru
o instalație de capacitate termică redusă.
În figur a următoare se prezintă evacuarea la coș a gazelor de ardere din timpul
experimentului evidențiindu -se inexistența particulelor de funingine.

Fig.5.43 Coșul și aspectul gazelor de ardere (curate, fără funingine)

CAPITOLUL 6
𝐏𝐑EZENTARE HALĂ INDUSTRIALĂ ȘI DETERMINAREA
NECESARULUI DE CALDURĂ PENTRU HALA INDUSTRIALĂ

Pe baza datelor experimentale obținute în laborator, doresc sa transfer aceste date pe o
instalație reală, având la dispoziție o societatea care se ocupă în domeniul auto (reparații și revizii
autovehiculelor rutiere). Doresc să proiectez o instalație de încălzire pentru cele două hale ale
firmei, folosinf uleiul de motor uzat revitalizat. Poluarea mediului înconjurator este o problemă de
mare actualitate, iar încercarea de a obține materiale nepoluante sau depoluante preocupă
cercetătorii. Este necesară rezolvarea problemei deșeurilor de tip ulei uzat provenite de la
autovehicule rutiere conform legislației în vigoarea, Hotărârea nr. 235 din 7 Martie 2007. Prezenta
hotărâre prevede toate operațiunile prin care uleiurile uzate transferate de la deținător la operatorii
economici care pot colecta, valorifica sau elimina aceste uleiuri sau utilizarea acestora drept
combustibil cu recuperare adecvată a caldurii generate. În aces t scop am calculat pierderile de
căldură, necesarul de căldură, debitul de combustibil, puterea calorifică.
Sediul societatii VALGOLD S.R.L este:
Strada Mircești, Nr.34, localitate Bolintin Deal, județul Giurgiu
Telefon/fax: 0727774613
E-mail: valgold_srl@ yahoo.com
Societatea VALGOLD S.R.L. s-a înființat în anul 2006 și desfășoară următoarele activități:
Inspecții Tehnice Periodice (ITP) și reparații auto.
Hala are schelet metallic, placată cu izopan de 200 mm (pereții), respectiv 70 mm (acoperiș).
Construc ția este compusă din două anexe, suprafață totală de 222 𝑚2 având o ușă încadrată în
perete comun ce desparte cele 2 anexe. În continuare vom face specificații asupra construcției,
respectiv a celor două anexe ce compun hala.
HALA NR. 1
Lungime: 17.90 m;
Lațime: 6.90 m;
Înălțime: 4.70 m;
Grosime perete: 20 cm;
Fundație: 80 cm;
Pardoseala beton (planșeu): 20 cm;
Ferestre termopan: 6, cu următoarele dimensiuni lățime 2 m; înălțime 1.10 m
Uși de garaj izopan: 2, cu următoarele dimensiuni înălțime 3.9 0 m, respectiv 3.90 m, lățime 3 m,
respectiv 3.40, m grosime 5 cm;
În hala nr.1 funcționează urmatoarea aparatură:
– Exhaustor (extragerea gazelor de eșapament din hala în atmosferă);
– Opacimetru (analiza gazelor pe MAC);
– Analizor de gaze (analiza gazelor pe MAS);
– Stand de fr ânare;

– Aparat de verificat jocuri la direcție (PVJ);
– Aparat de geometrie a roților;
– 4 desktop -uri.
HALA NR.2
Lungime: 14.30 m;
Lațime: 6.90 m;
Înalțime: 4.70 m;
Grosime perete: 20 cm;
Fundație: 80 cm;
Pardoseala beton (planșeu): 20 cm;
Ferestre din termopan: 5, cu următoarele dimensiuni înalțime 2 m, lățime 1.10 m;
Uși de garaj izopan: 3, cu următoarele dimensiuni înalțime 3.30 m, lătțime 3.40 m, grosime 5 cm;
În hala nr.2 funcționează urmatoarea aparatură:
– 2 elevatoare (2.5t, respectiv 3.2t);
– Presă hidraulică (3.5t)
– Mașina de găurit vertical industrial;
– Polizor industrial;
– Compresor (100 l).

6.1 ALEGEREA SOLUȚIEI OPTIME DE ÎNCĂLZIRE

În următorul capitol se va prezenta 3 soluții de încalzire a halei industriale și vom alege cea
mai eficientă și economică soluție și anume:
• Tubulatura radiant OHA (pe gaz)
• Panouri radiante de tavan (pe curent electric)
• Cazan pe ulei uzat revitalizat

6.1.1 Tubulatura radiant OHA p e gaz

Sistemul de încălzire prin radiație poate fi utilizat pentru: hale idustriale, depozite, service –
uri auto, săli de sport, spații de înălțimi mari, pavilioane expoziționale, showroom -uri, sere de flori
și legume, crescătorii de animale, cuptoare cu temperatura strict controlată.
Sistemul de încalzire prin radiații OHA este recomandat pentru încalzirea spațiilor industriale și a
spațiilor cu înalțimi medii și mari. Flexibilitatea sistemului constă în adaptarea tubulaturii radiante
la orice exigente pr ivind traseul acestora în interiorul încăperii încălzite. Tubulatura radiantă poate
avea configurații diferite, în funcție de necesarul de căldură și înălțimea clădirii, acestea putund fi
monotubulare sau bitubulare.
Grupul de combustie care se plasează în exteriorul clădirii are rolul de a genera caldura
obținută de la arzator și de a realiza, prin intermediul unui ventilator, circuitul continuu al fluidului
caloportor. Circuitul se realizează în interiorul unei tubulaturi radiante etanșe, aflat ă în depresiune
în raport cu mediul încalzit. Temperatura suprafeței exterioare a tubulaturii radiante este valabilă
și, după cerințe, se poate situa în intervalul 120 -290 de grade Celsius.

Gazele rezultate în urma procesului de ardere se recirculă în pro porție de 80%, acesta fiind
un mare avantaj acestui sistem de încălzire.
Dezavantajele acestui sistem sunt costurile de instalare și întreținere foarte mari, precum a
combustibilului consumat (gazul). În concluzie nu vom alege acest sistem de instalare pe hală.

Fig.6.1 Tubulatura radiant OHA pe gaz

6.1.2 Panouri radiante de tavan

Instalațiile de încalzire central care folosesc corpuri de încălzire locale transmit caldură, în
majoritate, prin convective și mai puțin radiație. Transmiterea căldurii prin convective favorizează
formarea curenților de aer. Aerul cald se ridică pe l ângă corpul de încălzire spre partea superioară
a încăperii și antrenează particolele de praf care în mare măsură se depun pe suprafața pereților,
din apropierea corp ului de încalzire, iar restul este transportat în încăpere. Circulația aerului este
mai mult sau mai puțin activ în funcție de amplasamentul corpului încălzitor; în toate cazurile însă
aerul din apropierea plafonului este mai cald dec ât cel din apropierea pardoselii.
Sistemul de încălzire prin radiație este superior tuturor sistemelor de încălzire prin
convecție, eliminând aceste deficiențe aceste deficiențe. Se consideră sistemul de încălzire prin
radiație, acelea care transmit prin radiație peste 90% din căldura pe care o cedează. Sistemele de
încălzire prin radiație au ca suprafețe de încălzire, unele porțiuni plane înconjurătoare ale încăperii
și anume: tavane, pardoseli sau pereți.
În toate cazurile suprafețele încălzitoare sunt mai mari decât suprafețele corpurilor de
încălzire locale.
Încălzirea prin tavan poate fi prin:
– Înglobarea serpentinelor orizontale în beton
– Montarea serpentinelor imediat sub plafon, de cele mai multe ori acoperite ce placi metalice
fixate una l ângă alta constituind un plafon radiant
– Montarea panourilor metalice suspendate.
Caldura cedată de suprafața de încălzire este transmisă, în majoritate, prin radiația
suprafețelor care delimiteaza încaperea în proporții diferite.
Pentru ca radiația sa nu fie supărătoare asupra corpului omenesc, din motive de confort,
temperatura agentului încălzitor se limiteaza în funcție de înălțimea minima recomandată a fi cel
puțin de 2,70 m.
Limitarea temperaturii agentului de încălzitor conduce la mărirea supr afețelor de încalzire.
Sunt situații când pierderile de căldura ale unei încăperi nu pot fi acoperite de suprafața plafonului
radiant din cauza temperaturii scăzute a acestuia. În aceste cazuri, este necesar să se monteze și
suprafețe încălzitoare la parap etul pereților exteriori, care sa completeze cantitatea de caldura
necesară.

Deoarece instalațiile de încălzire prin tavan folosesc serpentine orizontale cu diametre
destul de mici, este necesar să se dea o deosebită atenție executarii și montării acesto ra astfel ca
sistemul de aerisire să funcționeze corect pentru a asigura o circulație normală a agentului
încălzitor. Instalațiile de încălzire prin tavane cu serpentine înglobate în beton au dezavantajul că
asupra lor este greu de inervenit în cazul defec țiunilor.
Mai avantajos din acest punct de vedere este sistemul cu serpentinele montate sub placa
de beton și mascate cu plafon metalic care se utilizeză la clădiri social – culturale și administrative
sau sistemul cu panouri radiante folosind în special la încăperi de producție cu înălțimi mari.
În afara unei aerisiri corecte, la execuția ambelor sisteme este deosebit de important pentru
transmisia clădirii ca, la contactul între serpentine și plăcile metalice să se facă perfect, de
asemenea, nu trebuie neglijat s tratul de izolație care se montează pentru a împiedica transmisia
căldurii în sus.

Fig.6.2 Panouri radiante de tavan

Dezavantajele acestei instalații sunt:
– un panou radiant nu încălzește aerul : încălzește numai mobila, pardoseala sau persoanele din
spațiul respectiv, dar numai suprafețele pe care " le vede " panoul radiant.
– nu se face economie la factura de energie electrică : pentru 1 Kw termic se consumă cel puțin
1 Kw electric.
– inerție termică – practic inexistentă . Un calorifer rămâne cald 30 -40 min. după oprirea centralei,
pardoseala încalzită rămâne caldă 2 -4-6 ore, spre deosebire de panouri radiante care se răcesc.

6.1.3 Cazan pe ulei uzat revitalizat

Uleiuri uzate c ât și cele revitalziate , pot fi utilizate drept combustibil fără modificări prea
mari la arzator. Tot ce trebuie să faceți este să transforme un cadran de a reajusta temperatura de
pre- încălzire și de aer de combustie, conform combustibilului utilizat.

Fig.6.3 Cazan pe ulei uzat Fig.6.4 Arzător cazan ulei uzat

Cu ajutorul cazanelor pe ulei uzate este modul cel mai economic pentru a încălzi hale
comerciale sau industriale, hale de producție, depozite.
Cazane le pot fi ușor echipate cu un arzător de ulei universal. Cu un arzator de ulei
universal se poate folosii uleiul uzat revitalizat deoarece este u n combustibil economic și ecologic.
6.1.4 Tehnica de funcționare:
Combustibilul este pulverizat cu aer comprimat la o presiune relativ scăzută. Aceasta
permite utilizarea de duze mai mari, care nu se blocate chiar dacă se murdaresc sau se folosesc
uleiuri semi fluide .
O pompă de aspirație separ ate ia combustibilul din rezervor și îl pompează în siguranță la
arzător, chiar și pe distanțe lungi. Acolo, este filtrat, la 100 microni și preîncălzit la 35 ° C în filtrul
nostru termic. Apoi uleiul intră în camera de arde și se încălzește la temperatur a dorită și care este
diferită în funcție de uleiul folosit. Acest lucru este important pentru a avea o aprindere și ardere
bună și constantă!
6.1.5 Siguranța de funcționare
Componente termostatice și mecanice protejează în perfectă siguranță arzătorul împotriva
supraîncălzirii și a scurgerilor.
Arzătoarele sunt aprobate de TUV ( Technical Inspection Association) în ceea ce privește
siguranța electrică și mecanică și să adere la reglementările de emisii cele mai stricte.
Dezavantajul unei astfe l de instalație poate fi alimentarea prin curgere/picurare gravitatională,
creează unele probleme de funcționare, însă aceasta a fost remediata cu ajutorul unei pompe de
ulei acționată electric, prin care se reglează debitul refulat în arzător cu un robine t cu ac.
Analizând toate ce trei sisteme de încălzire pe o hală industrială, conchid spunând că sistemul de
încălzire pe baza uleiurilor uzate este alegerea cea mai avantajoasă și în același timp economică
(conform calculelor de mai jos).

6.2 CALCULUL IN STALAȚIEI DE ARDERE A CONSUMULUI DE ULEI

Combusitibilul utilizat este un ulei uzat care are următoarea analiză cu referințe la starea inițială:

Ci=84,5 %; Hi=8,2 %; Sci=0,4 %; Ni=1 %; Oi=3,5 %; Ai=1,9 %; Wti=0,5 %; Wf=0 %;

Se mai dau următoarele date:
– temperatura ambient: t 0=15 ° C
– temperatură absolută a aerului: x=10 𝑔
𝑘𝑔 𝑎𝑒𝑟

6.2.1 Calculul puterii calorifice

𝑄𝑖=339 ∙𝐶𝑖+1030 ∙(𝑆𝑐𝑖−𝑂𝑖)−25,1∙𝑊𝑡𝑖=36741 .05 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.1)

6.2.2 Calculul volumelor de aer și de gaze de ardere

𝑉0𝑚𝑖𝑛 =0,01∙(1,867 ∙𝐶𝑖+5,6∙𝐻𝑖+0,7∙𝑆𝑐𝑖−0,7∙𝑄𝑖)=2,015 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.2)
𝑉𝑎0=100
21∙𝑉0𝑚𝑖𝑛 =9,596 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.3)
𝑉𝑎𝑢𝑚 0=(1+0,00161 ∙𝑥)∙𝑉𝑎0=9,75 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.4)
𝑉𝐶𝑂2=0,01867 ∙𝐶𝑖=1,578 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.5)
𝑉𝑆𝑂2=0,007 ∙𝑆𝑐𝑖=0,003 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.6)
𝑉0𝑁2=0,79∙𝑉𝑎0+0,008 ∙𝑁𝑖=7,589 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.7)
𝑉𝑅𝑂2=𝑉𝐶𝑂2+𝑉𝑆𝑂2=1,58 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.8)
𝑉0𝑔𝑢=𝑉𝑅𝑂2+𝑉0𝑁2=9,169 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.9)
𝑉0𝐻2𝑂=0,112 ∙𝐻𝑖+0,01242 ∙𝑊𝑡𝑖+1,242 ∙𝑊𝑓+0,00161 ∙𝑥∙𝑉𝑎0=1,079 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.10)
𝑉0𝑔=𝑉0𝑔𝑢+𝑉0𝐻2𝑂=10,248 𝑚𝑁3
𝑘𝑔 (6.11)
𝜆𝑒𝑣=1,5
𝜆1=1,5
𝜆0=1,5
𝑡𝑝”=15 ° C
𝑡0=15 ° C
𝑡𝑐=35 ° C

6.2.3 Determinarea randamentului

Randamentul cazanului se determină cu relația:
𝜂𝑖=100 −(𝑞𝑒𝑣+𝑞𝑐ℎ+𝑞𝑚+𝑞𝑒𝑥+𝑞𝑟𝑓) % (6.12)
𝑞𝑚=0,8%
𝑞𝑐ℎ=0 %

Pentru

𝜆𝑒𝑣=1,5 și 𝑡𝑒𝑣=160 ° C
𝐼𝑔1,5.160=(160 −100 )∙(4197 ,491 −2075 ,782 )
200 −100+2075 ,782 =3348 ,807 𝑘𝑗
𝑘𝑔 (6.13)
La 𝑡0=15 ° C
𝐼0𝑎𝑢𝑚 𝑡0=1291 ,123 ∙15
100=193 ,668 𝑘𝑗
𝑘𝑔 (6.14)
𝑖𝑐0=𝑐𝑐∙𝑡0 (6.15)

𝑄𝑒𝑣 se calculează cu relația:

𝑄𝑒𝑣=(1−0,01∙𝑞𝑚)∙( 𝐼𝑔1,5.160−𝜆𝑒𝑣∙𝐼0𝑎𝑢𝑚 𝑡0)−𝑖𝑐0=3006 ,456 𝑘𝑗
𝑘𝑔 (6.16)
𝑞𝑒𝑣=𝑄𝑒𝑣
𝑄𝑖∙100 (6.17)

𝑞𝑒𝑣=8,183 %
𝑎𝑎𝑛𝑡𝑟 =0,90
𝑄𝑟𝑓=0 𝑘𝑗
𝑘𝑔
𝑞𝑟𝑓=0 %
𝑞𝑒𝑣=8,183 %
𝑞𝑒𝑥=1 %
𝜂𝑖=90,017 %

6.2.4 Determinarea căldurii utile și a consumului de combustibil

𝜂𝑖=90,017 %
𝜆𝑝′=1,5
𝑄𝑢=100 kw
𝐼0𝑎𝑢𝑚 15=1291 ,193 ∙0,15=193 ,679 𝑘𝑗
𝑘𝑔 (6.18)
B=𝑄𝑢
0,01∙𝑄𝑖∙𝜂𝑖+(1−0,01∙𝑞𝑚)∙𝜆𝑝′∙(𝐼0𝑎𝑢𝑚 15−𝐼0𝑎𝑢𝑚 𝑡0)=0,00302 𝑘𝑔
𝑠 (6.19)

Debitul de combustibil efectiv este:

𝐵𝑒𝑓=(1−0,01∙𝑞𝑚)∙𝐵=0,003 𝑘𝑔
𝑠 (6.20)
𝐵𝑒𝑓=0,003 ∙3600 =10,8 𝑘𝑔
ℎ .
𝐵𝑒𝑓 𝑙𝑢𝑛𝑎𝑟 =10,8∙8∙25=2160 𝑘𝑔
𝑙𝑢𝑛ă (6.21)

Dacă apreciam o durată de funcționare de 8 ora pe zi timp de 24 de zile pe lună, rezultă un
consum lunar de combustibil (ulei uzat) de 2160 kg/lună. În aceste condiții este necesar un rezervor
cu o capacitate de 3 t.

6.3 PROIECTAREA UNUI CAZAN PE ULEI UZAT REVITALIZAT INTR -O HALA
INDUSTRIALĂ

Proiectul cuprinde aplicarea soluției de încălzire cu aer cald într -o hala industrială,
respectiv pentru o hală auto și în final proiectarea echipamentului generator de caldură cazan pe
ulei uzat revitalizat .
Important pentru calculul pierderilor de căldură ale unei clădiri este precizarea zonei
climatice în care este amplasată. În funcție de aceasta se stabilește temperatura exterioară de calcul
care, la rândul ei, influențează decisiv schimbul termic prin elementele care compun anvelo pa
clădirii .Mai jos sunt prezentate hărți cu zonarea climatică a României :

Fig. 6.5 Harta zonelor climatice a României

Se consideră hala auto cu locația în Giurgiu – zona II a hărții zonelor climatice a României
conform STAS 19071 -2 si STAS 1488, unde temperatura exterioră convențională de calcul este T
ext= -15 ⁰C si v=8 – 10m/s.
Hala auto este divizata în două anexe distincte cu funcții diferite, și anume
– anexa I – denumită stație ITP – unde au loc Inspecțiile Tehnice Periodice și verificarea maș inilor;
– anexa II – denumită service – unde au loc reparatțiile auto;
Atât Anexa I, cât și Anexa II este construită pe platforma betonata, cu structura din metal, pereți
exterior și pereți interior din izopan și acoperită cu placi din panouri sandwich.
Pe baza caracteristicilor materialelor de construcție s -au calculat rezistențele termice ale
elementelor de constructive.
Dimensiunile interioare ale halei sunt:
– Anexa I: L= 17.90 m, l=6.90 m, h=4.70 m
– tâmplărie termopan
– Anexa II: L=14.30 m, l= 16.90 m, h=4.70 m
– tâmplărie termopan.
Dimensionarea necesarului termic se efectuează pentru situația cea mai dezavantajoasă în cazul
în care procentul de aer proaspăt este de 100 % – caz extrem când hala se populeaza la începutul
unui ciclu.

6.3.1. Calculul rezistențelor de transfer termic ale elementelor de construcție

Tebelul 6.1 Alcătuire placa pe sol
Nr. Crt Denumire strat d [m]
1 Mortar de ciment 0.03
2 Beton simplu 0.1
3 Nisip 0.1
4 Pământ 0.35

Tabelul 6.2 Rezistența la transfer termic placa pe sol:
Nr. Crt Denumire strat d [m] l [W/mk] R [m2K/W]
1 Mortar de ciment 0.03 0.93 0.032
2 Beton simplu 0.1 1.62 0.062
3 Nisip 0.1 0.58 0.172
4 Pământ 0.35 1.16 0.302
5 rezistența termică de calcul R= 0.78

Tabel ul 6.2 Alcătuire pere ți:
Nr. Crt Denumire strat d [m]
1 Tablă oțel 0.02
2 Spumă poliuret anică 0.20
3 Tablă oțel 0.02

Tabelul 6.3 Rezistența la transfer termic pere ți:
Nr. Crt Denumire strat d [m] l [W/mk] R [m2K/W]
1 Tablă oțel 0.02 0.87 0.017
2 Spumă poliuretanică 0.20 0.8 0.207
3 Tablă oțel 0.02 0.7 0.017
rezistența termică de calcul R= 0.41

Tabel 6.4 Alcătuire placa acoperiș:
Nr. Crt Denumire strat d [m]
1 Tabla oțel 0.003
2 Vată de sticlă 0.05
3 Tabla oțel 0.04

Tabel 6.5 Rezistența la transfer termic acoperiș:
Nr. Crt Denumire strat d [m] l[W/mk] R [m2K/W]
1 Tabla oțel 0.03 58 0.000
2 Spumă poliuretanică 0.030 0.035 0.458
3 Tabla oțel 0.03 58 0.001
rezistența termică de calcul R= 0.66

Ca urmare elementele principale de construcție pentru Anexa I au următoarele valori pentru
rezistența de transfer termic:

-pereți R= 0.41 m2K/W
-pardoseala R= 0.78 m2K/W
-acoperiș R=0,66 m2K/W
Conform acestor valori s -au stabilit coeficienții globali de transfer termic pentru fiecare dintre
aceste elemente de construcție.
Formula de calcul pentru coeficienții globali de transfer termic este:

K= 1: [(1/a₁) +S(di/li) +(1/a₂)], sau K= 1/R (6.22)

K= coeficient glo bal de schimb termic [Kcal/ m2K,], respectiv [W/ m2K],
l = coeficient de conductibilitate termică [W/mk]
d, d= grosimea stratului de material din elemental de construcție [m]
a= coeficient de convectivitate termică [W/mk]

3.2. CALCULUL NECESARULUI TERMIC

LABORATOR SERVICE AUTO GIURGIU
zona II ………. tex, conv, calc = – 15⁰C conf. STAS 1907
Hala service……………… – t int=18 ⁰C

EL.constr. L l H Tex Tint k S Sgol Sef ∆T Q
<m> <m> <m> <̊C > <̊C > Kcal/mm,h,gd> <mp> ∆S <̊C > <W>
HALA 1 5 18⁰C
17.9 6.9 5.4 -15 18
PE1 17.9 1 5.4 -15 18 1.960 96.66 4.4 92.26 33 6938.81
PE2 6.9 1 5.4 -15 18 1.960 37.26 4.4 32.86 33 2471.38
PE3 17.9 1 5.4 -15 18 1.960 96.66 8.8 87.86 33 6607.89
PI1 6.9 1 5.4 -15 18 2.280 37.26 0 37.26 33 3259.82
Plafon 17.9 6.9 1 -15 18 2.100 123.51 0 123.51 33 9952.61
pardoseala 17.9 6.9 1 5 18 1.100 123.51 0 123.51 13 2053.71
F1 1.1 2 2 -15 18 2.800 4.4 0 4.4 33 472.74
F2 1.1 2 4 -15 18 2.800 8.8 0 8.8 33 945.49
F1 1.1 2 2 -15 18 2.800 4.4 0 4.4 33 472.74
U1 3 3.9 1 5 18 3.000 11.7 0 11.7 13 530.58
Q tr 33705.77
L<m> l<m> H<m> Tex Tint cp ῥ √ n ∆T
kcal/kggd Kg/mc <mc> sc/h <̊C >
Qv 17.9 6.9 5.4 -15 18 0.23 1.23 666.954 2 33 14480.19
Q deg. 10 pers 110 kcal/h, pers 1279.07
Q T 46906.90
pierderi prin exploatare – incalculabile – 1~
5% 1% 469.07
Q= 47375.96
HALA 2 5 18

6.9 14.3 5.4 -15 18 ∆S Q
PI1 6.9 1 5.4 5 18 2.280 37.26 11.7 25.56 13 880.93
PE1 14.3 1 5.4 -15 18 1.960 77.22 37.3 39.92 33 3002.36
PE2 14.3 1 5.4 -15 18 1.960 77.22 4.4 72.82 33 5476.74
PE3 6.9 1 5.4 -15 18 1.960 37.26 11.7 25.56 33 1922.35
Plafon 6.9 14.3 1 -15 18 2.100 98.67 0 98.67 33 7950.97
pardoseala 6.9 14.3 1 5 18 1.100 98.67 0 98.67 13 1640.68
F1 1.1 2 1 -15 18 2.800 2.2 0 2.2 33 236.37
F2 1.1 2 2 -15 18 2.800 4.4 0 4.4 33 472.74
U1ext 3 3.9 3 -15 18 2.800 35.1 0 35.1 33 3771.21
U2 int 3 3.9 1 5 18 3.000 11.7 0 11.7 13 530.58
U2 /EXT 3 3.9 1 -15 18 2.500 11.7 0 11.7 33 1122.38
Q tr <kcal/h> 27007.31
L<m> l<m> H<m> Tex Tint cp ῥ √ n ∆T
kcal/kggd Kg/mc <mc> sc/h <̊C >
Qv 6.9 14.3 5.4 -15 18 0.23 1.23 532.818 2 33 11567.97
Q deg 5 pers 110 kcal/h, pers 2700 3779.07
Qtotal 34796.21
pierderi prin exploatare – incalculabile – 3~
5% 3% 1043.89
Q= 30822 35840.10

Unde:
L = lațimea zonei <m>
L = lungimea zonei <m>
H = înalțimea zonei <m>
Tex = temperatura exterioară de calcul <°C>
Tint = temperatura exterioară de calcul <°C>
K = coeficientul global de schimb termic < W/ m2K>
Cp = caldura specifică <W/kg, K>
ῥ = densitatea <kg/m³>
S = suprafața elementului de construcție < m2>
Sgol =suprafata golurilor din elementul de constructie < m2>
Sef = suprafața efectivă a elementului de construcție supusa transferului t ermic < m2>
∆T = diferența de temperatură dintre mediul exterior și mediul interior
Q = fluxul termic < W>
Qtr = fluxul termic prin transfer termic< W>
Q v= fluxul termic prin ventilatie (infiltrare aer) < W>
√ =volumul interior <m³>
n = numaru orar de schimburi de aer
V1 = debit de aer <m³/h>
PE1,2,3= perete exterior
PI1,2= perete interior
F 1,2= fereastra
U 1,2= usa
Pentru valoarea necesarului termic, rezultată din calcul de:
Q(-15/+18°C) = 100000 W, se considera Q( -15/+18°C) =100kW
Pentru valoarea d ebitului de aer, rezultată din calcul de V1=17093 m³/h se consideră debitul de
aer de V1= 17100mc/h.
Selecție cazan de ulei uzat
Pentru Q( -15/+18°C) = 100000 W~100 kW se poate selecționa un cazan pe ulei uzat de putere
calorică Q( -15/+18 ⁰C) =100 kW.
Date tehnice
• Tensiune de alimentare: 400V
• Capacitate de mișcare aer: 7600m3
• Consum ulei: 10.8kg/h cu arzător INOP65, INOP185
• Putere maximă: 100kW
• Randament: 90%
• Consum energie (ventilator): 1700W
• Consum total: 1850W
• Diametru horn: 220mm

CAPITOLUL IV
CONCLUZII
Regenerarea uleiurilor uzate întâmpină dificultăți mari de ordin organizatoric și economic.
Dificultatea majoră este colectarea, depozitarea, transportul și prelucrarea pe categorii
corespunzătoare în vederea aplicării tehnologiilor adecvate, pentru obținerea în condiții economice
a unor uleiuri de bază de calitate superioară. Pentru a reduce la minimum aceste dificultăți, se
preconizează colectarea uleiurilor uzate pe trei categorii: uleiuri de motoare (inclusiv de turbine,
hidraulic e și pentru transmisiile autovehiculelor), uleiuri de transformatoare electrice și restul
uleiurilor.
În Uniunea Europeană colectarea și reciclarea uleiurilor și grăsimilor comestibile uzate este atent
reglementată datorită pericolului pe care îl reprezintă acest deșeu pentru sănătatea omului și a
mediului incojurator.
Problema uleiurilor uzate nu este una nouă. O abordare globală a problemei este găsirea unei
metode simple și eficiente și realizarea unei instalații ieftine care utilizând materiale le
nanostructurate să poată fi aplicată direct la locul de "producere" a acestor uleiuri uzate. Deseurile
colectate sunt valorificate, devenind o sursa principala de energie pentru diverse activitati
industriale si nu numai.
În proiectul meu prezint o nouă perspectivă de folosire/întrebuințare a uleiurilor uzate, cadru în
care acestea nu mai reprezintă un pericol asupra mediului înconjurator și a sănatății oamenilor.
Din experimentele făcute în hala industrială, reies următoarele rezultate:
NR.
MASURARI O2 CO CO2 NO NO2 SO2 NOX T
GAZE LAMBDA
1 12,8
% 169
PPM 6,1 % 33
PPM 0
PPM 0
PPM 33
PPM 179 °C 2,56
2 12,9
% 170
PPM 6,1 % 34
PPM 0
PPM 0
PPM 34
PPM 178 °C 2,56
3 12,7% 168
PPM 6,1
% 33
PPM 0
PPM 0
PPM 33
PPM 180 °C 2,56
Tabel 4.1 Ulei ulei uzat , data 14.01.2019
NR.
MASURARI O2 CO CO2 NO NO2 SO2 NOX T
GAZE LAMBDA
1 14,1
% 91
PPM 5,4
% 51
PPM 0
PPM 0
PPM 51
PPM 200
°C 3,04
2 13,7
% 94
PPM 5,2
% 52
PPM 0
PPM 0
PPM 52
PPM 196
°C 2,88
3 13,9% 76
PPM 5,3
% 51
PPM 0
PPM 0
PPM 51
PPM 198
°C 2,96
4 13,6% 92
PPM 5,0
% 53
PPM 0
PPM 0
PPM 53
PPM 197
°C 2,84
Tabel 4.2 Ulei purificat, 30 g bentonita/litru, data 10.03.2020
Analizând datele din tabelele de mai sus, se pot trage următoarele concluzii:
-concentrația de CO a scăzut în medie cu 52 % la arderea uleiului purificat;

– concentrația de NOx a crescut cu 57 % (de la 33 ppm la 52 ppm), datorită creșterii temperaturii
în focar la arderea uleiului purificat;
– se dovedește, prin aceste date, că rezultatele obținute la experimentările pe cazanul pi lot de la
UPB se regăsesc, la o altă scară, și la instalația industrial pe cazanul
Amenajarea unei hale industriale care are ca sursa principala de încălzire un cazan pe ulei uzat este
avantajoasa din punct de vedere economic, cât și practic. Acest tip de sistem de încălzire este
perfect pentru încălzirea unor suprafețe mari din următoarele sectoare:
• Sector industrie: construcții industriale, depozituri de mărfuri, hale de producție;
• Sector automobile: depozite de automobile și atelierele auto;
• Sector agr icultura: construcții agricole, subsoluri, garaje, facilități sportive și de
recreere, corturi, biserici.
Cazanul este proiectat pentru a menține întotdeauna o temperatură constantă, reducând astfel
consumul de combustibil. Tubulatura de evacuare a gazelo r se pastreaza curată datorita înclinarii
acestuia, cenușa este colectată în tavă de pe care trebuie golit periodic. În mod normal, curățarea
se realizează în câteva minute.
Firmele care colectează uleiul uzat alimentar sunt tot mai des întâlnite și în România, iar cele mai
multe dintre acestea încheie contracte cu restaurante, pizzeri, fast -food-uri, s.a. oferind totodată și
recipiente sigure pentru depozitare, dar și transportul uleiului uzat, gratuit.
În România au existat preocupări pentru colectarea și refolosirea uleiurilor uzate în cadrul
programului celor trei R (recuperare, reconditionare și refolosire), mai mult insă din considerente
economice. Uleiurile uzate colectate anual ajunseseră la sfârșitul anului 1989 la cantitatea de
85.000 tone. Aces tea nu erau însă verificate și nici colectate pe sortimente și în consecință nici
prelucrate corespunzator intr -o instalatie de regenerare a uleiurilor pentru a putea fi folosite la
fabricarea unor lubrifianți de calitate. Bazele de aprovizionare și desfac ere, care preluau uleiurile
respective, n -au dispus de nici -o posibilitate de verificare și control, de aceea au fost nevoite să
accepte orice produs care semăna vizibil cu uleiul uzat.
Dupa 1990, cantitatea de uleiuri uzate colectată pentru regenerare în România a scăzut de aproape
20 de ori ajungându –se la sfârșitul anului 2000 la mai puțin de 1000 tone, cu toate că parcul
național de autovehicule a crescut mult (în prezent sunt 4800000 auto înmatriculate), numărul
unitățior de alimentație de tip fast foo d și al marilor magazine practic a explodat, restul cantitatilor
de uleiuri uzate, în special din industrie, scăzând ușor. Cantitățile de uleiuri uzate necolectate
constituie o sursă principală de poluare a solului și a apei. La aceasta situatie s -a ajuns și datorita
faptului ca utilizatorii și -au putut procura lubrifianții necesari de la firme romanesti sau străine –
care nu le -au mai pretins să predea ulei uzat – situație ce se menține și în prezent.
Uleiurile uzate constituie o materie primă mai atracti vă pentru obținerea uleiurilor de bază decât
fracțiunile corespunzatoare din țitei, deoarece randamentul este mai mare si nu necesita operatiuni
de extractive sau deparafinare cu solvenți. Totusi, prelucrarea uleiurilor uzate intampină dificultați
mari și s-au elaborat tehnologii din ce in ce mai complexe care țin cont de tipul și de gradul de
impurificare a uleiului uzat.
Pentru viitor sunt două variante de proiectare a instalației:
– Prima soulție se achiziționează instalația așa cum este iar eu trebuie sa adaptez
amestecul dintre bentonită și uleiul uzat, de către un amestecător electric automatizat. De
asemenea partea de jos a rezervorului unde se va depune cantitatea de ioni de metal
adsorbită de bentonită cât și bentonita în sine trebuie adaptat în așa f el încăt să fie eliminată.

– A doua soluție ar fi ca furnizorul de echipament să implemeteze de la început
modificările făcute de mine.
Un beneficiu important al tratării -revitalizării uleiurilor uzate constă în eliminarea unei surse de
poluare complexe și r eaducerea în consum a unui material combustibil.
Aplicarea rezultatelor cercetării va contribui la asigurarea unei dezvoltări economice durabile la
nivelul domeniului proiectului. Prin aceasta se promoveaz ǎ exploatarea și utilizarea zăcămintelor
de absorba nți naturali (bentonite, zeoliti) și utilizarea unor noi resurse energetice economisind
totodată resursele clasice.
Ca urmare a investițiilor pentru exploatarea și utilizarea în domeniul proiectului a zăcămintelor
naturale de absorbanți va avea loc o dezv oltarea economică a zonei, ceea ce va conduce la
îmbunătățirea condițiilor de viață și de sănătate ale populației locale.
Prin crearea de noi locuri de muncă, deci prin creșterea gradului de ocupare a forței de muncă, se
contribuie și la creșterea nivelului de trai al populației. De asemenea, prin lucrările din cadrul
proiectului se susțin, în instituțiile participante în consorțiu, locurile de muncă pentru specialiștii
de înaltă valoare din domeniul cercetării oferindu -se, în același timp, condiții pentru formarea unor
specialiști în domeniu și îmbogățirea experienței și pentru acumularea cunoștințelor de ultimă oră
din domeniu.
Îmbun ǎtǎțirea continua a calific ǎrii și garantarea, cel puțin pe termen mediu, a locurilor de munc ǎ
ale personalului specializat prin acest proiect, datorit ǎ creșterii cifrei de afaceri la parteneri. La
realizarea activit ǎților de cercetare prevazute în proiect vor fi implicați și tineri asistenți cercetare,
doctoranzi și masteranzi, ceea ce va conduce la formarea de viitori specialiști în acest domeniu.