INGINERIA ȘI PROTECȚIE MEDIULUI ÎN INDUSTRIE PROIECT DE DIPLOMĂ CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFI C, conf. dr. ing. SAVU SORIN ABSOLVENT, Băzăvan Constantin 2017… [629077]

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE MECANICĂ
DEPARTAMENTUL: INGINERIA ȘI MANAGEMENTUL
SISTEMELOR TEHNOLOGICE
DROBETA – TURNU SEVERIN

SPECIALIZAREA
INGINERIA ȘI PROTECȚIE MEDIULUI ÎN INDUSTRIE

PROIECT DE DIPLOMĂ

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFI C,
conf. dr. ing. SAVU SORIN

ABSOLVENT: [anonimizat]

2017

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE MECANICĂ
DEPARTAMENTUL: INGINERIA ȘI MANAGEMENTUL
SISTEMELOR TEHNOLOGICE
DROBETA – TURNU SEVERIN

SPECIALIZAREA
INGINERIA ȘI PROTECȚIE MEDIULUI ÎN INDUSTRIE

PROIECTAREA UNUI SISTEM DE RECIRCULARE A APEI
LA PROIECTUL CASA VERDE

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC ,
conf. dr. ing. SAVU SORIN

ABSOLVENT: [anonimizat]

2018

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

1

Cuprins

1. Introducere ………………………………………………………………………………………………. 3
1.1. Necesitatea realizării proiectului …….. …………………………………………………… 3
1.2. Sinteza lucrării …………………………………………………………………………………… 5

2. Resurse de apă ……………………………….. ……………………………………………….. ………. 7
2.1. Surse de apă la nivel planetar ……… ……………………………………………………….. 7
2.2. Resurse de apă ale României ……………………………………………………….. ………. 10
2.3. Necesitatea capturării și reutilizării apei de ploaie ……………………… ………….. 12

3. Proiectare dispozitiv acumulare și recirculare apă …………………………… ………… 18
3.1. Pompe de apă centrifugale …………………………………………………. ……………….. 18
3.1.1 Generalități …………………………………………………………………………… 18
3.1.2 Caracteristicile pompelor de apă centrifugale ……………………………. 19
3.1.3 Punctul de funcționare ……………………………………………………………. 21
3.1.4 Variația debitului la viteză constantă ………………………………………… 22
3.2. Proiectare pompă submersibilă de apă curată …………………………………… …… 23
3.3 Proiectare senzor de nivel pentru vasul de colectare a apei de ploaie ………… 27

4. Proiectare sursă de alimentare autonomă ………………………………………….. ………. 35
4.1. Surse de energie disponibile în proiectul Casa Verde …….. ……………………….. 35
4.2. Proiectare sursă autonomă pe bază de panouri fotovoltaice ……………………… 35
4.2.1. Etapa I. Alegerea panourilor solare ………………… …………………………. 37
4.2.2. Etapa II. Determinarea numărului de panouri …………. …………………… 38
4.2.3 Etapa III. Determinarea suprafeței panourilor ……………………………… 38

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

2
4.2.4 Etapa IV. Alegerea schemei de conexiuni pentru panourile
fotovoltaice ……………………………………………………………………………. 39
4.2.5 Etapa V. Calculul caracteristicilor generatorului fotovoltaic ………… 39
4.3. Proiectare sursă stabilizată …………………….. ……………………………………………. 40

Bibliografie …………………………………………………………………………………………………. ….. 63

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

3

Introducere

1.1 Necesitatea realizării proiectului
Lucrarea de licență are drept scop punerea în aplicare a cunoștințelor acumulate în decursul
anilor de studiu. Mai mult autorul dorește să contribuie la dezvoltarea infratructurii de
laboratoare, alegând în acest sens habitatul Casa Verde , proiect inițiat în urmă cu ceva vreme
de către studenții și masteranzii facultății. Analizând posibilitățile de creștere a gradului de
autonomie a habitatului s -a constatat faptul că se poate proiecta și implementa un sistem de
captare și circulare a apei de ploaie în int eriorul habitatului pentru uz după caz, precum și pentru
udare spațiului verde din jurul acestuia atunci când perioada de secetă este mai îndelungată.
O problemă tot mai stringentă a societății actuale este apa potabilă a că ror rezerv e trebuie
folosite cu chibzuință, risipirea ei trebuind evitată.
 Un punct de vedere de luat î n considerare este necesitatea irigării spațiilor verzi și
grădinilor datorită încă lzirii globale cu veri tot mai lungi și mai uscate. Această irigare
se poate face cu apa recuperată d in precipitații protejând astfel resursele de apă
potabilă existentă.
 Un alt punct de vedere de luat î n considerare este prețul plătit pentru această apă
recuperată în comparație cu cel al apei potabile și economia fă cuta folosind aceste
sisteme.
 Un al t punct de vedere demn de luat în considerare este că pe un teren vi ran apa de
ploaie se infiltrează natura l în pământ și urmează cursul ei natural, iar construind câ t
mai mult pe acest teren, apa de ploaie nu mai are unde se infiltra deci nu îș i mai poate
relua circuitul ei natural, apărând probleme de acumulare de apă în exces.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

4
Sisteme le complete de recupera re de apă de ploaie împiedică acumulările de apă, viiturile care
se pot crea în condiții de ploaie torențială , pot stoca apa pentru refolosi re, iar surpl usul se
infiltrează în pământ prin sisteme speciale, redâ nd-o in circuitul natural.
Rezervele supliment are de apă de ploa ie se pot utiliza la irigat spațiile verzi, grădinile, spălarea
autoturismelor și alte activităț i casnice. Astfel consumul de apă potab ilă se poate reduce cu
până la 50%. Supraplinul de la aces te rezervoare se poate deversa î n sol prin si stemele de
infiltrație î n sol, tunele sau blocuri de infiltraț ie.

Fig. 1.1 Sistem de captare a apei de ploaie [7]

Se poate constata că apa de ploaie poate fi valorificată economic pentru că proprietățile acesteia
îi permit o largă utilizare în activitățile gospodărești și chiar industriale. Iată câteva din calitățile
acesteia:
 Este aproape similară cu apa distilată, nu conține săruri și este foarte cur ată. Poate
înlocui cu succces apa de puț, mai ales că în majoritatea zonelor din țara noastră apa
este foarte dură, cu un conținut ridicat de săruri, care uneori o fac neutilizabilă. Desigur,
pentru cei care doresc să folosească apa de puț există dedurizat oare de apă, în general
cu coloane de ioni, care funcționează bine și consumă numai sare de bucătărie.
 Dacă este păstrată în rezervoare la întuneric (în general subterane), poate fi stocată ani
de zile fără să își modifice calitățile. Numai la lumină se fo rmează algele verzi specifice
recipientelor de apă de ploaie, pe care le știm din curțile de la țară sau de la marginea

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

5
orașelor. Lipsa sărurilor minerale și a luminii și temperatura constantă de 5 -10 grade
Celsius fac din apa de ploaie un mediu dificil pe ntru dezvoltarea microorganismelor.
 Calitățile de spălare a apei de ploaie sunt deosebite și cunoscute din bătrâni. Cei care
spală rufe cu apă de ploaie au nevoie de o cantitate foarte mică de detergent, deoarece
majoritatea substanțelor care intră în comp oziția detergenților au rolul de a deduriza apa.
Prin urmare, reciclarea acestei ape în stații de epurare biologică se face mult mai
eficient.
 Instalațiile de apă din casă nu au de suferit din cauza sărurilor din apă. Mașina de spălat,
robineții, filtrele, pompele de apă, colectoarele solare pentru apă menajeră sau boilerele
vor rămâne curate, fără depuneri, și nu vor trebui întreținute în nici un fel dacă se
folosește apă de ploaie. Apa de ploaie se poate folosi fără probleme la bucătărie, pentru
spălatul vaselor, și în unele condiții chiar pentru gătit.
 Apa de ploaie stocată poate asigura necesarul de apă menajeră pentru dușuri și băi,
pentru folosirea la WC, este cea mai buna apă pentru udarea plantelor din casă și pentru
legumele din grădină. Dovezi în a cest sens ne furnizează câinele și pisicile de pe lângă
casă, care la sfârșitul ploii beau cu mare plăcere apă din bălțile proaspăt formate. Cel
mai bun test este analiza fizico -chimică și bacteriologică a apei de ploaie stocate. De
regulă, aceste analize nu constată nimic din ceea ce ar putea opri utilizarea menajeră a
acestei ape.

1.2 Sinteza lucrării
Lucrarea este structurată în 5 capitole după cum urmează:
 Capitolul 1 – se referă la prezentarea necesității lucrării și sinteza capitolelor atinse
prezent ând importanța captării și reutilizării apei de ploaie pentru prezervarea mediului
 Capitolul 2 – se referă la prezentarea unor elemente generale asupra resurselor de apă
existente atât la nivel planetar cât și la nivel național cu accent asupra ultimelor c ercetări
în privința managementului apei în condițiile schimbărilor climatologice actuale la nivel
mondial
 Capitolul 3 – este dedicat proiectării pompelor submersibile de apă curată cu prezentarea
teoretică a principiului de funcționare, caracteristicilor statice și dinamice precum și
dimensionarea unei pompe pentru utilizarea apei de ploaie captată în recipient. De
asemenea este prezentat un studiu asupra aspectelor de proiectare a unui sistem senzorial

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

6
de nivel și a unui sistem automat de pornire/oprire a pompei submersibile în condițiile
atingerii limitei superioare sau inferioare a nivelului de apă din recipient.
 Capitolul 4 – prezintă un două calcule de proiectare a unei surse de energiei autonome
respectiv convenționale pentru alimentarea cu energie el ectrică a pompei proiectate și
alese constructiv pentru aplicația dată
 Capitolul 5 – este destinat prezentării resurselor bibliografice utilizate în lucrare

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

7

Resurse de apă

2.1 Surse de apă la nivel planetar
Totalitatea elementelor naturale ale mediului ce pot fi folosite în activitatea umană constituie
resursele naturale. Resurse naturale pot fi:
 regenerabile (apa, solul, flora, fauna sălb atică )
 neregenerabile (mineralele și combustibilii fosili)
 permanente ( energie solară, eoliană, geotermală și a valuri1or).

Din punct de vedere al administrării, apele se împart în ape internaționale, ape teritoriale și
ape naționale. Apele internaționale cuprind apele la care un stat este riveran cu alte state,
cele care in tră sau ies prin granițele statului precum și cele la care interesele unor state străine
sunt recunoscute prin tratate și convenții internaționale. Apele teritoriale (maritime
interioare) sunt apele cuprinse în porțiunea de la țărmul mării spre larg până l a liniile de
bază, a căror întindere și delimitare se stabilesc prin lege. Liniile de bază sunt liniile celui
mai mare reflux care unesc punctele cele mai avansate ale țărmului, ale locurilor de acostare,
ale amenajărilor hidrotehnice și a altor instalații portuare permanente. Apele naționale sunt
fluviile, râurile, canalele și lacurile interioare, precum și apele fluviilor și râurilor de
frontieră stabilite prin tratate, acorduri și c onvenții internaționale.
Apa este resursa care se reînnoiește permanent în procesul ciclic generat de acțiunea soarelui,
nu se schimbă cantitativ și nu poate fi înlocuită. Din punct de vedere al posibilităților de
utilizare, resursele pot fi:
 totale, date de cantitatea de apă existentă și definite din punct de vedere teoretic pe baza
studiilor meteorologice și hidrologice;

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

8
 utilizabile, reprezentând o cotă parte din resursele totale, care pot fi utilizate în condiții
economice pentru satisfacerea cerințelor de apă.

Resursele de apă, cuprinzând toate formele ciclului natural al apei, pot fi grupate în:
 resurse atmosferice ce cuprind apa din atmosfera terestră care formează componenta
ciclului între momentul evaporării și momentul cădării precipitațiilor. Resursele
atmosferice constituie un mod indirect de caracterizare a resursel or de apă ale uscatului;
 resurse ale uscatului sunt componentele ciclului natural între momentul căderii
precipitațiilor pe suprafața pământului și momentul ajungerii lor în urma procesului de
scurgere, în mări sau oceane;
 resurse oceanice sunt apele rețin ute în ocean și alimentate de fluvii; acestea constituie
principala sursă de alimentare a atmosferei.

Cea mai mare parte a suprafeței planetei (71%) este acoperită de ape. Apa dulce pentru
nevoile actuale ale omenirii reprezintă mai puțin de 3% din totalu l apei pe Glob și cea mai
mare parte se află înmagazinată în calotele de gheață polară. Cota de apă dulce utilizabilă
reprezintă 0,0002% din totalul apei planetare. Teoretic acest volum care asigură perpetuarea
vieții pe planeta noastră ar fi suficient pen tru o populație de câteva ori mai mare decât cea
actuală. Una din problemele globale ale omenirii la confruntarea celor două milenii o
constituie neconcordanța dintre resursele limitate de apă și neuniform distribuite, respectiv
creșterea cerințelor și con sumurilor de apă datorită sporului demografic și dezvoltării
economice și sociale.
Problema se pune în același mod atât la nivel planetar, cât și la nivel regional și național. Cele
mai mari cursuri de apă străbat zone slab populate sau cu o dezvoltare eco nomică ce nu reclamă
deocamdată mari nevoi de apă, în timp ce zone cu densitate mare dispun de rețele mai sărace
de cursuri de apă. Zona cea mai bogată în apă, bazinul Amazonului, care singur transportă o
cantitate de apă mai mare decât toate celelalte flu vii de pe Terra luate la un loc este nelocuită.
Marile fluvii din Siberia traversează de asemenea o zonă slab populată, iar Europa cu o densitate
mare a populației este o regiune săracă în apă.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

9

Fig. 2.1 Circuitul apei în natură [1]

În timp variația debilelor de apă prezintă mari discrepanțe și dificultăți pentru o utilizare
rațională în regim natural [2]. Cele mai multe cursuri cunosc perioade scurte de debite mari
când se produc viituri și inundații păgubitoare, alternând cu perioade, de regulă mai prelungite
de debite insuficiente, corespunzătoare sezoanelor secetoase. Mai mult de 50% din debitul total
al râurilor și fluviilor se scurge spre mări și oceane într -un interval de 2 -3 luni.
Rezerva mondială de apă este de 1.386 milioane km3 de apă, peste 96% fiind apă sărată. Din
totalul de apă dulce, peste 68% este stocată în ghețari, iar 30% din apa dulce sunt prezente în
subteran. Sursele de apă dulce de suprafață, cum ar fi râurile și lacurile, însumează doar 93.100
km3, care reprezintă aproximativ 1/ 150 dintr -un procent din totalul de apă. Totuși, râurile și
lacurile reprezintă sursele principale pentru apa folosită zilnic de oameni.
America de Sud pare a fi continentul cel mai bine înzestrat, dar 60% din debitul continental se
scurge în fluviul Amazo anelor, greu de valorificat și trecând prin zone îndepărtate de
concentrările de populație. America de Nord și Centrală au împreună un debit de apă pe cap de
locuitor de două ori mai mare decât media mondială, însă cursurile naturale sunt limitate la
vaste le regiuni din vest, în special din sud -vestul Statelor Unite și din nordul Mexicului. Cele

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

10
trei fluvii principale din Rusia (Enisei, Lena, Obi) curg spre nord prin Siberia și se varsă în
mările arctice, la mare depărtare de centrele populate.
Europa și As ia sunt continentele care dețin o cotă parte substanțial mai mare din populația
mondială decât din disponibilul de apă dulce. Debitul pe cap de locuitor al Europei reprezintă
doar jumătate din media mondială, un deficit mai evident înregistrându -se în sudu l și răsăritul
Europei. Din fericire, clima temperată care caracterizează o mare parte a continentului și
numărul mare de râuri mai mici cu un debit destul de constant permit valorificarea unei părți
relativ importante a debitelor fluviale.
Din punct de ve dere al debitului pe cap de locuitor, Canada este țara cea mai bogată din lume,
însă două treimi din debitul fluviilor sale se îndreaptă spre nord, în timp ce 80% din locuitorii
săi trăiesc într -o fâșie cu o lățime de 200 kilometri în lungul frontierei cu Statele Unite. De
asemenea, Indonezia pare a fi un stat relativ bogat în resurse de apă, însă peste 60% din
populația ei trăiește în insula Java, care dispune de mai puțin de 10% din debitul total al țării.
Egiptul, unul dintre statele care înregistrează c ea mai mare lipsă de apă din lume depinde
aproape integral de apele Nilului care pătrund în țară din direcția Sudanului.

2.2 Resurse de apă ale României
Resursele de apă ale României sunt relativ sărace și neuniform distribuite în timp și spațiu.
Acestea însumează teoretic 134,6 mld mc (fiind constituite din apele de suprafață – râuri, lacuri,
fluviul Dunărea – și ape subterane), din care resursa utilizabilă, potrivit gradului de amenajare
a bazinelor hidrografice este cca. 40 mld. mc. Resursele endogene sp ecifice ale României
raportate la populație sunt de 1.894 m³/an/loc, România fiind una din țările cu cele mai scăzute
resursele de apă din Europa, așa c um rezultă din graficul următor .
Dacă se iau în considerare și resursele de apă exogene (care reprezintă aportul râurilor care se
formează pe teritoriul altor țări și intră apoi pe teritoriul țării) – în cazul României Dunărea și
cursurile de apă din bazinul Siretului superior – de 170 km³/an, resursele totale de apă ale
României se ridică la 212 km³/an. De aceea, România depinde în foarte mare parte de resursele
de apă venind din diferite țări din amonte. Aceste resurse de apă nu sunt în totalitate utilizabile.
De aceea, spre deosebire de țările din Europa de Vest și de Nord, lipsa unor resurse suficiente
de apă riscă să devină un factor limitativ al dezvoltării economice, dacă nu este promovată o
politică strictă de utilizare rațională a apelor de către factorii responsabili.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

11

Fig. 2.2 Resurse de apă în UE [4]

Din cauza regimului variabil al resurselor de apă din România , o parte din aceste resurse se
scurg în perioadele de viitură, pe când, în perioadele secetoase, debitele scurse scad la valori
foarte mici. Pentru a mări resursele utilizabile, ANAR ia măsuri de regularizare a debitelor prin
lacuri de ac umulare care să rețină debitele excendentare în perioadele ploioase, pentru a le face
disponibile în perioadele secetoase.
ANAR are în vedere noi propuneri de amenajare a bazinelor hidrografice inclusiv prin
realizarea de noi lacuri de acumulare – rezervoa re de apă – cu scopul de a mări cantitatea de
resursa de apă care poate fi utilizată de folosințe, inclusiv capacitățile de stocare a volumelor
de apă la viituri. Schemele directoare de amenajare și planurile de management ale bazinelor
hidrografice includ lucrările necesare pe termen scurt, mediu si lung, la care statul român va
trebui să găsească resursele financiare necesare pentru realizarea acestora.
Orașele au nevoie de cantități importante de apă de foarte bună calitate, pentru a asigura
alimentarea cu apă potabilă, în timp ce cantități importante de poluanți ajung în mediul acvatic
simultan cu apele pe care le evacuează, spun specialiștii Organizației Mondiale a Apei.
Conform statisticilor mondiale, în fiecare zi, două milioane de tone de ape uzate a jung neepurate
sau insuficient epurate în cursurile de apă din lumea întreagă. În România, cele mai mari
probleme se înregistrează în secțiunile aval de marile aglomerări urbane care nu au stații de

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

12
epurare conforme sau care nu dețin stații de epurare. Un exemplu îl constituie Municipiul
București care alterează calitatea apelor râului Dâmbovița și a râului Argeș – aval confluență
Dâmbovita . În prezent, stația de epurare a municipiului București se află în probe tehnologice.
Finalizarea lucrărilor și puner ea ei în funcțiune în luna iunie anul acesta va face probabil ca
procentul de racordare la stațiile de epurare să crească cu cca. 2%. În ceea ce privește apele
subterane, cele mai mari probleme se întâlnesc în arealul principalelor platforme industriale:
Platforma Săvinești, Azomureș, Petrobrazi, Doljchim, Oltchim etc. Agricultura intensivă
practicată de România în trecut rămâne în continuare una din cauzele poluării difuze. În Câmpia
Română și în Câmpia de Vest, în special în apele subterane, sunt înregis trate concentrații mai
ridicate la azotați, una din principalele cauze fiind utilizarea incorectă a îngrășămintelor chimice
și organice și depozitarea incorectă a gunoiului de grajd.
„Unul din patru locuitori ai orașelor de pe glob nu au acces la instalați i sanitare adecvate. În
România, gradul de racordare la canalizare este 54,28%, iar gradul de racordare la stațiile de
epurare este de 43,24%. Suma alocată până în prezent pentru astfel de lucrări este de 4
miliarde euro”, din mesajul directorului general al ANAR, DÁVID Csaba, cu prilejul Zilei
Mondiale a Apei (22 martie).Conform Directivei 91/271/CEE privind epurarea apelor uzate
urbane transpusă în legislația națională prin H.G. nr. 188/2002, modificată și completată,
respectiv NTPA – 011, toate aglomerăr ile umane cu mai mult de 10.000 locuitori echivalenți
trebuie să fie prevăzute cu rețele de canalizare până la data de 31 decembrie 2013, iar până la
data de 31 decembrie 2018 toate aglomerările umane cuprinse între 2000 și 10.000 locuitori
echivalenți. Conform statisticilor mondiale, ” în fiecare secundă, populația urbană crește cu
două persoane. În fiecare lună, cinci milioane de oameni vin să locuiască la oraș. 27% din
populația urbană din lumea întreagă nu beneficiază de sisteme de alimentare. În fiecare an,
între 250 -500 mc de apă potabilă se risipesc fără rost în marile orașe de pe glob. Dacă această
cantitate de apă nu s -ar mai risipi, încă 10 -20 milioane de oameni ar avea apă de băut în marile
orașe din lumea întreagă”, din mesajul directorului general al ANAR, DÁVID Csaba, cu
prilejul Zilei Mondiale a Apei (22 martie) .
Cerința de apă din România de la nivelul anului 2010 a scăzut cu 12 mld mc de apă față de anul
1990, de la 20,5 mld mc de apă (cât era în anul 1990), la 8,45 mld mc de apă (cât s -a înregistrat
în anul 2010) și cu 1 mld mc de apă cât se înregistra în anul 2008, respectiv de 9,44 mld mc de
apă.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

13
Comparativ cu anul 1990, se observă că s -au produs două scăderi dramatice ale cerinței de apă,
prima în intervalu l 1990 -1999, când cerința de apă pentru cele trei categorii a scăzut de la 20,4
mld mc de apă, cât era în anul 1990, la 11,74 mld mc de apă, cât era în anul 2000, iar în a doua,
în intervalul 2001 -2010, când cerința de apă a ajuns în anul 2010 la 8,45 ml d mc de apă, față
de cât era în anul 2000. Pe categorii de utilizatori, după cum se observă în tabelul de mai jos,
de exemplu, în ceea ce privește cerința de apă pentru industrie, în perioada 1990 -2005 (timp de
15 ani), cerința de apă pentru industrie s -a redus la jumătate, de la 9,06 mld mc de apă, cât era
în anul 1990, la 4,4 mld mc de apă, cât se înregistra în anul 2005. Evoluția cerinței de apă pentru
agricultură a fost cea mai fluctuantă, având ani în care aceasta a scăzut vertiginos (1990 -1997,
2000 -2001, 2008 -2009) și ușoare perioade de creștere (2004 -2005, 2007 -2008), în funcție de
evoluția regimului hidrologic și respectiv capacitățile de irigații aflate în funcțiune. Relativ
constantă, dar în scădere continuă, a fost cerința de apă pentru populație , pe întregul interval de
20 de ani, acest fapt demonstrând reducerea pierderilor de apă din rețelele de distribuție și nu
în ultimul rând folosirea în instalații interioare a unor echipamente performante.

Fig. 2.3 Evoluția cerințelor de apă în România [3]

Pentru anul 2011, volumul de apă solicitat de agenții economici este de 7,7 mld mc de apă, în
scădere față de anul anterior și de aproape trei ori mai mică decât cea înregistrată la nivelul
anului 1990. Defalcată pe categorii, cerința totală de apă pe ntru anul 2011 se prezintă astfel:
1,22 mld mc de apă (15,8%) pentru populație, 1,32 mld mc de apă (17,14%) pentru agricultură
și 5,16 mld mc de apă (67,02%), pentru industrie.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

14
În anul 2010, volumul total de apă prelevat a fost de 6,20 miliarde mc, din car e 4,43 mld mc de
apă pentru industrie, 0,74 mld mc de apă pentru agricultură și 1,03 mld mc de apă pentru
populație. Constatăm faptul că cea mai semnificativă scădere a volumului de apă prelevat
raportat la anul 2009 s -a produs în agricultură de la 1,16 ml d mc de apă cât s -au folosit la nivelul
anului 2009 la 0,74 mld mc de apă în 2010. Observăm faptul că scăderi similare a volumului
de apă prelevat în agricultură s -au produs și în anii 2005 și 2006, fapt care se corelează cu ani
în care s -au produs inundaț ii istorice (debite care statistic se produc odată la 100 de ani cel
puțin), întrucât volumul de apă a fost asigurat mai mult în regim natural. Constatăm faptul că
scăderi bruște ale volumului de apă în agricultură au mai avut loc în intervalul 1990 -1991 s au
1993 -1997. Folosirea apei pentru irigații s -a situat și în anul 2010 sub cerința de servicii
specifice, aceasta datorându -se nefuncționării sistemelor de irigații la capacitatea programată,
precum și a faptului că nu au fost solicitări din partea benefi ciarilor. În ceea ce privește sectorul
industrial, volumul de apă utilizat a cunoscut o scădere bruscă imediat după anii 1990, cu ușoare
fluctuații (pozitive sau negative). După anul 2000, volumul de apă utilizat în industrie cunoaște
din nou o perioadă d e scădere cu ușoare momente de revenire, dar nu se mai situează la nivelul
anilor 1990. Volumul de apă utilizat pentru populație a fost cel mai echilibrat, acesta scăzând
ușor, dar constant, mai ales în intervalul 1990 -1997, pentru ca din anul 2000, acest volum să
scadă, fără perioade de revenire semnificativă.
La nivelul anului 2010, cerința de apă a fost asigurată în totalitate prin menținerea volumelor
de apă în lacurile de acumulare, conform Programelor de exploatare ale A.N. Apele Române,
volume care au asigurat necesarul de apă pentru categoriile de utilizatori, respectiv pentru
populație, industrie și agricultură.

Fig. 2.4 Evoluția prelevărilor de apă în perioada 1990 – 2010 [3]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

15
2.3 Necesitatea captării și reutilizării apei de ploaie
Disponibilita tea rezervelor de apă dulce este esențială pentru toate domeniile de activitate ale
omului (menaj, industrie, agricultură), dar și pentru animale și plante. Proveniența apei dulci
este apa de ploaie sau cea din pânza freatică. Apa provenită din precipitați i asigură rezervele
din acumulările hidrologice (ape subterane și de suprafață, râuri, lacuri, ghețari și mlaștini) care
sunt disponibile utilizării în diferite scopuri. În zonele unde se înregistrează cantități reduse de
precipitații este necesară folosir ea apei subterane și a apei din râurile alohtone. Pentru uzul
uman, este importantă atât existența resurselor de apă cât mai ales accesibilitatea acestora. De
exemplu, utilizarea apei subterane implică existența sau posibilitatea de a construi puțuri. Prin
urmare, utilizarea resurselor de apă poate fi limitată din motive de ordin tehnic. În plus,
restricțiile care se impun în privința calității apei (gradul de poluare) pot împiedica
disponibilitatea reală. Potrivit Glosarului Internațional de Hidrologie (IH P/OHP 1998), cererea
de apă reprezintă “cantitatea efectivă de apă solicitată într -o anumită perioadă de timp pentru
satisfacerea nevoilor diverse, condiționată de factorii economici, sociali și alți factori”. Aceste
nevoi variate pot fi împărțite în patru sectoare: agricultură, industrie, rețeaua publică de
alimentare cu apă și producerea de energie.
Seceta este de obicei considerată o calamitate naturală, din cauza impactului pe care îl are
asupra resurselor naturale, echilibrului socio -economic și nivelu lui de trai. După cum se poate
vedea în figura 2.5 , deficitul de apă poate crește în perioadele de secetă. Prin urmare, seceta
poate amplifica impactul deficitului de apă.

Fig. 2.5 Relația dintre deficitul de apă și secetă [5 ]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

16
Deși o parte din efectele cauzate de deficitul de apă, pe de o parte și efectele cauzate de
fenomenul de secetă, pe de alta parte, sunt parțial comparabile (îndeosebi efectele asupra
mediului înconjurător), ele se manifestă cu intensități și în perioade de timp diferite. Deficitul
de apă și disponibilitatea redusă în timpul perioadelor scurte de secetă sau deficitul de apă pe
termen lung poate influența rezervele de apă din mediul înconjurător: nivelul apelor de
suprafață, pânza freatică, râurile, lacurile și mlaștinile. Stratul superior al solului este un
rezervor de apă foarte sensibil și variabil, fiind expus procesului de evapotranspirație, precum
și consumului de apă al plantelor prin rădăcini. Un nivel scăzut al conținutului de apă în sol
poate încetini procesul de creștere al plantei, de dezvoltare a fructelor sau poate afecta înflorirea
etc. În cel mai rău caz rezerva de umiditate din sol poate scădea până la punctul de ofilire,
ducând astfel la ofilierea și moartea plantei. În agricultură stresul hidric poate cond uce la
creșterea cererii de apă prin necesitatea efectuării lucrărilor de irigații, fermierii confruntându –
se cu situația de a alege între a suporta costuri mai mari pentru irigații sau a pierde cultura.
Debitul râurilor va scădea când aportul de apă din s curgerile de suprafață și din pânza freatică
încetează. În mod normal, apele subterane asigură un nivel minim („debit de bază”) chiar și în
perioadele de secetă, însă izvoarele pot seca temporar. Perioadele în care debitul apei scade
generează probleme fau nei și florei acvatice. Temperatura apei reziduale crește mai repede,
ducând la reducerea concentrației de oxigen, fenomen care poate fi letal pentru pești.
Deversarea apelor uzate provenite de la centralele energetice poate conduce la creșterea
temper aturii apei. Reducerea sau stoparea acestor deversări diminuează acest efect, dar
conduce la o creștere a prețului energiei electrice. Totodată, cererea de energie electrică crește
ca urmare a m ăririi consumului, de exemplu prin folosirea de aparate frigorifice și de aer
condiționat. Cu toate că mai multe centrale electrice din Europa au fost afectate în timpul
valului de căldura din anul 2003, nu a avut loc o întrerupere în totalitate în furnizarea de
electricitate, raportându -se doar proble me regionale în luna iunie în Italia (FINK et al. 2004).
De asemenea nivelul scăzut al apei crește concentrația de poluanți în apele reziduale. Poluarea
organică contribuind la reducerea concentrației de oxigen. Transportul pe apă poate fi îngreunat
datorită nivelului scăzut al apei, ducând la pierderi de ordin economic pentru companiile de
transport. Transportul mărfurilor poate fi în aceste cazuri realizat pe șosele și căi ferate. În
consecință, un nivel scăzut al apei care îngreunează transportul cauz ează indirect pagube de
natură ecologică prin creșterea gradului de poluare . [6]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

17
Pentru a satisface cererea crescândă de apă în industrie, este încurajată epurarea apei cu
echipamente proprii. Ar trebui să se reutilizeze apele uzate tratate în procesele in dustriale ori
de câte ori este posibil și să se adopte tehnologii care folosesc cantități mai mici de apă pentru
fabricare a aceluiași produs industrial. Reutilizarea resurselor de apă implică în principal
alimentarea cu apă uzată tratată direct din instala ția de epurare către consumator, de exemplu
industrie și agricultură. Acest lucru poate fi utilizat și pentru alimentarea unui strat acvifer.
Comisia Uniunii Europene estimează că apa epurată poate contribui la reducerea cu până la
13% a irigațiilor terenu rilor și a secării apelor de suprafață. Refolosirea directă sau indirectă a
apei implică câteva aspecte: contaminarea cu materii fecale, poluanți anorganici și xenobiotici,
un nivel ridicat al particulelor solide în suspensie și al salinității, utilizarea rațională a
nutrienților dizolvați (în special azot). Provocarea constă în aplicarea de noi strategii și
tehnologii care permit utilizarea pentru irigații a apei de cea mai redusă calitate, fără a afecta
siguranța alimentară și calitatea recoltei sau a fru ctelor. Proiectul european SAFIR a fost
conceput pentru a ajuta fermierii în rezolvarea problemelor legate de calitatea scăzută a apei și
diminuarea accesului la apă. Noile instalații de epurare a apei au fost dezvoltate pentru a permite
utilizarea în sigu ranță a apei uzate produsă de comunitățile mici/ industrii (≤10 000 EI) sau
provenită din deversările de apă .
Pe lângă înțelesul general de „reutilizare a apei” se poate adăuga și „recoltarea a pei de ploaie” .
Experiența program elor de cercetare asupra opor tunității de recuperare a apei de ploaie în
condițiile climatului mediter anean reprezintă o dovadă a unui studiu economic și tehnic care
constă în furnizarea de informații operaționale și detaliate privind recuperarea apei de ploaie în
climat mediteranean.

Fig. 2.6 Reutilizarea apei
(Regione Emilia -Romagna A.I.U.S.G. – Liviana Banzi ) [5]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

18

Proiectare dispozitiv acumulare și
recirculare apă

3.1 Pompe de apă centrifugale

3.1.1 Generalități
Pompele centrifugale acoperă o gamă foarte largă de puteri, debite, presiuni. Ele sunt utilizate
în numeroase aplicații, în particular în sectorul de apă. Este vorba de tipul de pompă cel mai
răspândit. Principiul constă în acționarea unui rotor cu pale care transferă energia mecanică a
fluidelor în energie potenț ială (reprezentată de presiune) ș i cinetic ă (reprezentat ă de debit). În
figura 3.1 sunt prezentate elementele principale ale unei pompe centrifugal e simple, cu un
singur rotor: corpul pompei prezint ă tubulatur i de admisie sau de refulare; rotorul cu pale e ste
fixat de arborele de antrenare.

a. b. c.
Fig. 3.1 Pompe centrifugale
a. elemente componente, b. pompă centrifugală cuplată la motorul de antrenare, c. Pompă
centrifugală multicelulară

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

19
În figura 3.1b este prezentată o pompă centrifugală cupl ată la motorul s ău electric de antrenare,
de tip asincron trifazat cu rotorul în scurtcircuit, care este cel mai utilizat tip de motor. Aceste
motoare funcționează în mod normal la vitez ă constant ă când sunt conectate direct la rețeaua
de alimentare, dar s unt adaptate perfect la vitez ă variabil ă când sunt alimentate printr -un
convertizor de fre cvență . Pentru a acoperi o gam ă largă a debitului ș i presiunii, au fost
dezvoltate diferite variante de pompe centrifugale. În caz particular, o creștere a presiunii poate
fi obținută prin montarea în serie a mai multor corpuri de pompe. Un exemplu de cons trucție
multicelular ă este reprezentat în figura 3.1c.

3.1.2 Caracteristicile pompelor de apă centrifugale
FuncÍia de bază a unei pompe este de a realiza circularea unei anumite cantități de fluid și de
a-i transfera o anumită presiune. Mărimile semnificative utilizate în pompare sunt debitul și
înălțimea manometrică. Debitul Q reprezintă volumul de fluid transportat în unitatea de timp,
exprimat în m3/s. Înălțimea ma nometrică H reprezintă presiunea într -un punct dat, pe circuit,
exprimată în metri (m). Relația dintre înălțimea manometrică și presiune este:

𝑃𝑟=𝜌∙𝑔∙𝐻 (3.1)

unde:
 Pr – presiunea (Pa)
 ρ – densitatea fluidului (kg/m3), pentru apă ρ = 1000 kg /m3
 g – accelerația gravitațională (g = 9,81 m/s2)
 H – înălțimea manometrică (m)

Înălțimea manometrică totală (IMT) a unei pompe reprezintă diferența de presiune generată
fluidului de către pompă între intrare și ieșire, reprezentând înălț imea coloanei de fluid
transportate. IMT variază în funcț ie de debit. Curba reprezentând IMT în funcție de debit este
caracteristică pompei. Există o curbă de IMT pentru fiecare valoare a vi tezei de antrenare a
pompei. Înălțimea manometricș totală maximă (IMTmax) este pre siunea maximă pe care
pompa o poate transfera fluidului, la d ebit nul. Aceasta corespunde înălț imii maxime a coloanei
de fluid pe care pompa o poate menține, așa cum este ilustrat în figura 3.2 .

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

20

Fig. 3.2 Înălțimea manometrică totală

Puterea utilă (P u) transferată fluidului este dată de formula:

𝑃𝑢=𝜌∙𝑔∙𝐻∙𝑄 (3.2)

Puterea mecanică (P) furnizată pompei depinde de randamentul ƞ al pompei:

𝑃=(1
ℎ)∙𝑃𝑢=(1
ℎ)∙𝜌∙𝑔∙𝐻∙𝑄 (3.3)

Randamentul ƞ al pompei este variabil în funcție de debit. El este nul atunci când IMT sau
debitul este nul. Acesta este cazul în care puterea nu este transferată fluidului. Punctul de
funcționare nominal este definit ca fiind punctul în care randamentul pompei este maxim. În
figura 3.3 sunt prezentate variațiile IMT, a randamentului și a puterii în funcție de debit, pentru
o pompă centrifugală tipică.

Fig. 3.3 Curbele IMT, a randamentului și a puterii în funcție de debit, pentru o pompă
centrifugală

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

21
3.1.3 Punctul de funcționare
Circuitul de distribuție în care este inserată pompa este caracterizat de:
 înălțime a coloanei de apă între punctul de aspirație și punctul în care fluidul este utilizat
(înălțimea geometrică totală Z)
 pierderile în sarcină corespunzătoare unei presiuni suplimentare ce trebuie exercitată
asupra fluidului pentru a învinge forțele de frecare existente în conductă. Un circuit de
distribuție simplificat este prezentat în figura 3.4.

Fig. 3.4 Circuit de distribuție simplificat

Pierderile în sarcină R sunt proporÍionale cu pătratul debitului. Va rezulta o curbă caracteristică
circuitului de distribuție așa cum este prezentată în figura 3.5.

Fig. 3.5 Curba caracteristică a circuitului de distribuție (I – înălțimea manometrică la nivelul
pompei, Z – înălțimea coloanei de apă, R – pierderile în sarcină)

Punctul de funcționare al pompei inserate în circuit va fi determinat prin intersectarea celor
două curbe caracteristice pompei și circuitului, așa cum este indicat în figura 3.6. Puterea utilă
furnizată de pompă fluidului este proporțională sup rafeței colorate.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

22

Fig. 3.6 Punctul de funcționare al unei pompe într -un circuit

3.1.4 Variația debitului la viteză constantă
În cele mai multe aplicații, debitul fluidului ce trebuie transferat este variabil în timp, în funcție
de necesităț ile utilizato rilor. Utilizând pompa cu viteză constantă , pot fi aplicate mai multe
metode.
 Utilizarea vanelor în aval de pompă – principiul constă în reducerea secț iunii utile a
conductei în aval de pompă. Va rezulta o creștere a pierderilor în sarcină în circuit, ce
se traduce prin creșterea presiunii la ieșirea pompei ș i o disipare a energiei în fluid. În
figura 3.7 , punctul A este p unctul de funcționare corespunză tor debitului nominal Q n.
Punctul B este punctul de funcționare corespunză tor debitului redus Q r. Punctul optim
de funcț ionare a circuitului pentru acest debit Q r va fi punctul C. Suprafața colorată
reprezintă puterea pierdută utilizând acest mod de funcț ionare.

Fig. 3.7 Utilizarea vanelor în aval de pompă

 Utilizarea unui circuit de derivație (by -pass) – Principiul constă în readucerea unei părț i
a fluidului pompei înapoi la sursă, printr -o vană de derivaț ie. Acest dispozitiv permite
un control precis al debitului dar prezintă inconvenientul unei slabe eficenț e energeti ce.
În figura 3.8 , punctul A este punc tul de funcționare corespunză toare debitului nominal

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

23
Qn. Punctul optim de funcț ionare al acestui circuit pentru un debit redus va fi punctul C.
Vana de derivație situată în aval de pompă nu modifică practic funcț ionarea în acest
punct. Suprafața colorată r eprezintă, așadar, puterea pierdută utilizând acest mod de
funcționare. Acest mod de funcționare permite obț inerea unei valori slabe a debitului
util fără riscul unei creșteri excesive a presiunii la ieșirea din pompă .

Fig. 3.8 Utilizarea unui circuit de derivație (by -pass)

3.2 Proiectare pompă submersibilă de apă curată
Multe modele de pompe submersibile sunt făcute să funcționeze doar în apă curată, fără
impurități și fără nisip mult. Aceste modele de pompe submersibile se pot folosi dacă se adună
apa de ploaie care apoi se pompează într -un alt bazin, sau chiar la udat spațiul verde cu ele. Se
mai folosesc și dacă sunt probleme de mediu cum ar fi inundațiile. În lucrarea de față se
urmărește dimensionarea unei pompe care să asigure necesarul de apă cura tă pentru uzul intern
al proiectului Casa Verde demarat de către studenții și masteranzii departamentului IMST al
Facultății de Mecanică. În perioada precizată prin efortul comun s -a reușit ridicarea unei
construcții metalice cu o formă astfel proiectată a stfel încât să asigure atât posibilitatea captării
radiației solare pentru conversia fotovoltaică în energie electrică cât și a apei din ploaie pentru
reutilizarea acesteia în alte scopuri. Ca și dotări ale habitatului, care se dorește în același timp
a fi un mic laborator destinat disciplinelor de la specializarea Ingineria și Protecția Mediului în
Industrie, se pot enumera:
 Conversia energiei solare în energie electrică prin utilizarea unui sistem fotovoltaic
compus din 2 panouri fotovoltaice de câte 230 W fiecare cuplate în paralel, un regulator
solar pentru încărcarea unui acumulator de 12 V și 55 Ah, respectiv un invertor 24 V /
230 W cu undă continuă și puterea de 550 W

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

24
 Stație meteo wireless dotată cu senzori și afișaj digital care permite și transferu l datelor
înregistrate în calculator printr -un port serial.
 Sonometru digital pentru monitorizarea poluării sonore în spațiile de învățământ

Fig. 3.9 Stadiul actual al proiectului Casa Verde

Capitolul de față tratează aspecte teoretice și de proiectare în vederea implementării unui
dispozitiv de colectare a apei de ploaie și recircularea acesteia în interiorul habitatului proiectat.
Principiul colectării și reirculării apei în habitatul Casa Verde constă în următoarele aspecte:
 Apa de ploaie este colect ată într -un recipient ce se va proiecta în concordanță cu
necesitățile de utilizare ale laboratorului
 Recircularea apei va fi realizată cu o pompă submersibilă de apă curată care se va
proiecta corespunzător
 Apa reziduală va fi deversată în canalul colecto r existent la nivelul clădirii corpului B.
 Pompa submersibilă de apă curată va fi alimentată din surse de energie regenerabile
funcționând în mod autonom atât în perioada de vară cât și în perioada de iarnă când
încârcarea bateriilor de acumulatori va fi a sigurată printr -un circuit electric special din
clădirea corpului B

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

25
Datele de proiectare a pompei de apă curată se pot extrapola pornind de la ideea că apa de ploaie
curge gravitațional pe suprafața polimerică a structurii habitatului. Cantitatea de apă colectată
este o funcție de volumul de apă care se deplasează gravitaț ional pe suprafața polimerică. Pentru
determinarea vitezei de curgere se va ține cont de panta suprafeței polimerice și de accelerația
gravitațională , conform figurii 3.10.

Fig. 3.10 Deplasarea unei molecule de apă pe plan înclinat

unde: A – picătura de apă, G – greutatea picăturii de apă, P 1, P2 – componente ale funcției de
deplasare. În fond profilul longitudinal al planului habitatului este unul înclinat iar deplasarea
apei se realizează conform regulilor fizicii. De asemenea se poate considera că miș carea apei
este una laminară și uniformă astfel încât studiul se poate reduce la un caz ideal. Prin
cunoașterea vitezei se poate determina debitul de apă. Pentru aplicația de față se propune
utilizarea unei metode analitice (grafo -mecanice) de calculare a vitezei medii verticale prin
mediere aritmetică ponderată a vitezelor măsurate în punctele standard. Pentru studiul se
consideră un singur punct de măsurare.

𝑉𝑚=𝑉∙0,6=0,88 ∙0,6=0,53 𝑚/𝑠 (3.1)

Tabel 3.1 Datele de proiectare ale pompei submersib ile de apă curată
Parametru Valoare
Înalțimea geodezică, H geo 0,5 m
Necesar suplimentare presiune 0 m
Adâncimea de absorbție 0,2 m
Înălțimea de pompare, h 2 m
Greutatea specifică a apei, SG 1 (apă curată)

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

26
Se calculează presiunea necesară:

𝑝=0,0981 ∙ℎ∙𝑆𝐺=0,0981 ∙2∙1=0,2 𝑏𝑎𝑟 (3.2)

unde SG = 1 deoarece apa de ploaie este nesărată. În condițiile unei ape sărate, greutatea
specifică SG = 1,02.
Se calculează înălțimea de pompare:

𝐻=𝐻𝑔𝑒𝑜+0,2∙𝐿=0,5+0,2∙15,5=3,6 𝑚 (3.3)

unde L = 15,5 m și reprezintă lungimea totală a țevilor de la rezervorul de apă până la robinetul
de evacuare.
Se calculează pierderile totale în țevi. Pentru aplicația dată se poate considera o pierdere
cumulată de 20 %.

𝑃𝑖𝑒𝑟𝑑𝑒𝑟 𝑖=20% 𝐿=0,2∙𝐿=0,2∙15,5=3,1 𝑚 (3.4)

Rezultatele calculelor de proiectare conduc la următoarele concluzii prezentate în tabelul 3.2.

Tabel 3.2 Rezultate calcul proiectare pompă submersibilă apă curată
Parametru Valoare
Lungime totală țevi, L 15,5 m
Pierderi suplimentare în țevi 3,1 m
Înălțimea de pompare, H 3,6 m
Cantitatea de apă necesară 1 m3/h
16,7 l/min
Debitul de apă, Q 1 m3/h
Diametrul minim al rezervorului 4 inch
Lungimea cablului pompei 15 m

Pentru rezultatele obținute se propune o pompă submersibilă de apă curată alimentată prin
intermediul unei baterii de 12 V sau cu ajutorul unei energii furnizate de panourile fotovoltaice

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

27
existente pe planșeul habitatului Casa Verde . Prin proiectare se ale ge o pompă submersibilă cu
următoarele caracteristici tehnice:
 pompa submersibilă 12 V care se pretează pentru transfer de apă , ulei, motorin ă
 prevazută cu întrerupă tor On/Off
 material : ABS/Metal (inox)
 dimensiuni : 180 x 50 mm
 ieșire pentru furtun 19 mm
 debit : 30 L/min
 înălțimea de pompare : max. 4 m
 turația motorului : 8500 rpm
 curent absorbit în funcț ionare : 0.3 A
 curent de pornire : 6.4 A

Fig. 3.11 Pompă submersibilă aleasă prin proiectare

3.3 Proiectare senzor de nivel pentru vasul de colectare a apei de ploaie
Pentru evitarea prea -plinului în vasul de colectare a apei de ploaie se propune proiectarea unui
senzor de nivel cu lichide magnetice. Principiul de funcționare al senzorului se prezintă în figura
de mai jos. Principiul de funcționare al s istemului proiectat este următorul: nanofluidul
magnetic parcurge miezul gol al bobinei pe măsură ce recipientul cu apă se umple sau se golește.
Influența fluidului magnetic asupra reluctanței magnetice a bobine va conduce la modificarea
inductanței totale a acesteia în sensul creșterii atunci când vasul este plin iar fluidul ocupă întreg
volumul aferent miezului bobinei, respectiv descreșterii până la valoarea intrinsecă a bobinei
atunci când vasul cu apă este gol ca urmare a procesului de udare.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

28

Fig. 3.12 Sistem automat de control al nivelului de apă colectată

Pentru buna funcționarea a sistemului proiectat se recurge la adoptarea atât a principiului de
sesizare cât și la alegerea fluidului magnetic necesar efectuării experimentului. Cantitatea mare
de particule metalice uniform dispersate în masa fluidului purtător poate fi asimilat unui metal
fluid care îmbină armonios proprietățile specifice curgerii fluidelor vâscoase cu proprietățile
metalelor.

a. b.
Fig. 3.13 Schema și o imagine din timpul experimentului efectuat cu „metalul fluid” LM -0
a. Principiul de realizare al experimentului; b. Imagine din timpul experimentului realizat

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

29
Experimentul de evidențiere a acestei îmbinări armonioase a constat în conducerea un ui fluid
magnetic în interiorul unei bobine cu ajutorul unei minipompe manuale. Utilizarea minipompei
a fost posibilă datorită proprietăților de curgere ale fluidului magnetic. Pe parcursul curgerii
fluidului în interiorul bobinei au fost efectuate continu u măsurări ale inductanței bobinei.
Experimentul a confirmat ipoteza apriorică ce a stat la baza proiectării experimentului, potrivit
căreia o creștere a volumului de metal introdus în interiorul bobinei va conduce la o creștere a
inductanței bobinei.
Aces t efect, produs de introducerea lichidului magnetic în interiorul bobinei, arată faptul că
lichidul magnetic se comportă ca un material feromagnetic solid. În ansamblul său coloana de
fluid s -a comportat ca și miez magnetic în interiorul bobinei utilizate în cadrul experimentului.

Fig. 3.14 Valorile măsurate ale inductanței pentru un diametru al tubului de 10 mm

Efectul poate fi exploatat în aplicații de sesizare cum ar fi senzori de poziție, senzori de
înclinare, senzori de presiune, senzori de debit, senzori de vibrații și în multe alte aplicații

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

30
caracterizate prin mișcarea elementului activ de sesizare la apariția modificării mărimii
monitorizate. În cazul fluidelor inteligente cu comportare magnetică, volumul mare de particule
metalice uniform disper sate în masa fluidului purtător asimilează compozitul unui metal lichid
care îmbină armonios proprietățile specifice curgerii fluidelor vâscoase cu proprietățile
metalelor. Pornind de la această certitudine, exploatabilă în proiectarea de elemente active d e
sesizare, au fost efectuate încercări de evidențiere și analiză a comportării pe post de miez
magnetic a fluidelor inteligente utilizate (LM-SF32, LM -PP2 și LM -9). Încercările au constat
în determinarea variației inductanțelor unor bobine, având diverși parametri geometrici, la
introducerea controlată a unui miez magnetic constituit dintr -o coloană de lichid magnetic.

Fig. 3.15 Dispozitivele utilizate în experimentări

Determinările au fost efectuate pentru introduceri controlate, pas cu pas, a lichide lor magnetice
în bobine. Introducerea s -a făcut utilizându -se dispozitive de tip cilindru cu piston, conform
figurii 3.15 . Constituindu -se în veritabile miezuri magnetice datorită structurii pulverulente
metalice, cele 3 lichide magnetice au provocat varia ții ale inductanțelor bobinelor utilizate.
Valorile determinate ale inductanțelor bobinelor au fost introduse în foi de calcul numeric
computerizat în vederea modelării matematice a variației acestora.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

31

Fig. 3.16 Schema programului experimental de anali ză a comportării din punct de vedere
magnetic a lichidelor magnetice elaborate

Programul experimental cuprinde două categorii de experimente bazate pe două diametre
diferite ale sârmei de bobinaj și o analiză comparativă a rezultatelor ob ținute. Se prezintă în
tabelul 3.2 condițiile de realizare ale experimentului nr. 1:

Tabel 3.2 Condiții de realizare a experimentului
Experiment nr. 1
Parametri experiment Condiție Rezultat
Lungime bobină Constant: 10 mm
Inductanța finală a
bobinei Diametru sârmă bobinaj Constant:
Inductanță inițială a bobinei Constant:
Volum lichid magnetic Variabil: 1 ml, 2ml, 5 ml

Realizarea experimentului constă în introducerea în interiorul unei bobine de lungime fixă 10
mm a unor volume diferite de fluid magnetic. Deoarece bobina este una fără miez, atunci
inductanța inițială în cele 3 situații va fi variabilă deoarece lungimea b obinei este menținută
fixă deci pe măsură ce volumul interiorului bobinei crește atunci și valoarea inductanței se va
modifica deoarece lungimea spirelor înfășurării va fi diferită.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

32
Au fost realizate pentru fiecare din cele 3 fluide magnetice câte două se turi de experimente
pornind de la un tip de sârmă de bobinaj cu diametrul inițial de 0,125 mm și ajungând la
diametrul final de 0,35 mm. Prin variația volumului de lichid în cele trei situații se obține un
număr total de 18 experimente. În tabelul 3.3 se prezintă rezultatele experimentului și modelul
matematic care caracterizează variația inductanței.

Tabel 3.3 Rezultatele experimentului și modelarea matematică a variației inductanței
Nr.
Crt. Diametru
sârmă
bobinaj
[mm] Volum
fluid
magnetic
[ml] Inductan ță
inițială

[μH] Model matematic al variației
inductanței
y – inductanță
x – lungimea coloanei de
lichid Factor
de
intensitate
Lichid Magnetic cod LM -SF 32
1 0,125 5 159,10
91,164 9927,0 x y 93 %
2 0,125 2 95,10
155,97 5465,0 x y 86 %
3 0,125 1 80,83
244,80 304,0 x y 83 %
4 0,35 5 85,33
837,85 0888,0 x y 84 %
5 0,35 2 68,47
503,68 0641,0 x y 80 %
6 0,35 1 53,13
017,53 2435,0 x y 79 %
Lichid Magnetic cod LM -PP 2
7 0,125 5 159,10
12,158 0391,1 x y 91 %
8 0,125 2 95,10
624,97 479,0 x y 87 %
9 0,125 1 80,83
279,82 1766,0 x y 82 %
10 0,35 5 83,11
796,82 2475,0 x y 83 %
11 0,35 2 65,55
987,65 223,0 x y 72 %
12 0,35 1 52,41
079,52 2546,0 x y 70 %
Lichid Magnetic cod LM -9
13 0,125 5 162,80
21,162 5855,0 x y 92 %
14 0,125 2 99,89
061,99 5817,0 x y 86 %
15 0,125 1 81,26
298,81 2635,0 x y 82 %

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

33
16 0,35 5 83,11
812,81 1659,0 x y 82 %
17 0,35 2 66,07
867,65 442,0 x y 80 %
18 0,35 1 52,41
222,52 1953,0 x y 76 %

Utilizând criteriul Chauvenet de extragere a valorilor determinate cu erori mai mari decât
valoarea arbitrar autoimpusă de 3%, au fost construite modelele matematice pre zentate în
tabelul 3.3 . Concluzionând asupra rezultatelor obținute, se extrag următoarele observații:
 variația inductanței este liniară în cazul fiecărui lichid magnetic în parte;
 evoluția liniară a inductanței este crescătoare;
 toate cele 3 lichide magnetice elaborate și verificate din punct de vedere al comport ării
magnetice sunt asemănătoare din punct de vedere al variației inductanței bobinelor.

A doua categorie de experimente constă în stabilirea unui volum fix de fluid magnetic și a unei
lungimi fixe a bobinei, dar utilizarea a două sârme de bobinaj cu diam etre di ferite. Se prezintă
în tabelul 3.4 condițiile de realizare ale experimentului nr. 2:

Tabel 3.4 Condiții de realizare a experimentului
Experiment nr. 2
Parametri experiment Condiție Rezultat
Lungime bobină Constant: 10 mm
Inductanța finală a
bobinei Diametru sârmă bobinaj Variabil: 0,125 mm, 0,35 mm
Inductanță inițială a bobinei Constant:
Volum lichid magnetic Constant:

Realizarea experimentului constă în determinarea variației inductanței bobinei la introducerea
unui volum fix de fluid magnetic și modelarea matematicăa variației inductanței în acest caz.
Parametrul variabildin cadrul experimentului va fi sârma de bobinaj, deoarece prin modificarea
diametrului acesteia se vor obține inductanțe inițiale diferite. Dimensiunea experime ntului
constă realizarea a câte 2 experimente pentru fiecare fluid magnetic utilizat pentru 3 volume
fixe de lichid. Se vor obține astfel un număr de 18 probe. Se prezintă în tabelul 3.5 rezultatele
experimentului și modelul matematic al variației inductan ței.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

34
Tabel 3.5 Rezultatele experimentului și modelarea matematică a variației inductanței
Nr.
Crt. Diametru
sârmă
bobinaj
[mm] Volum
fluid
magnetic
[ml] Inductanță
inițială

[μH] Model matematic al variației
inductanței
y – inductanță
x – lungimea coloanei de
lichid Factor
de
intensitate
Lichid Magnetic cod LM -SF 32
1 0,125 1 80,83
244,80 304,0 x y 83%
2 0,35 1 53,13
017,53 2435,0 x y 79 %
3 0,125 2 95,10
163,98 4132,0 x y 86 %
4 0,35 2 68,47
503,68 0641,0 x y 80 %
5 0,125 5 159,10
91,164 9927,0 x y 93 %
6 0,35 5 85,33
837,85 0888,0 x y 84 %
Lichid Magnetic cod LM -PP 2
7 0,125 1 82,36
279,82 1766,0 x y 83 %
8 0,35 1 52,41
079,52 2546,0 x y 70 %
9 0,125 2 95,10
624,97 479,0 x y 87 %
10 0,35 2 68,47
987,65 223,0 x y 72 %
11 0,125 5 159,10
12,158 0391,1 x y 91 %
12 0,35 5 85,33
796,82 2475,0 x y 83 %
Lichid Magnetic cod LM -9
13 0,125 1 81,26
298,81 2635,0 x y 82 %
14 0,35 1 52,41
222,52 1953,0 x y 76 %
15 0,125 2 99,89
061,99 5817,0 x y 86 %
16 0,35 2 66,07
867,65 442,0 x y 80 %
17 0,125 5 162,80
21,162 5855,0 x y 92 %
18 0,35 5 83,11
812,81 1659,0 x y 82 %

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

35

Proiectare sursă de alimentare
autonomă

4.1 Surse de energie disponibile în proiectul Casa Verde
Sursele de energie electrică disponibile în cadrul proiectului Casa Verde sunt de două feluri:
energie electrică provenită din conversia energiei solare în electricitate, respectiv racordarea
directă la clădirea B1 în care funcționează o alimentare convențională pusă la dispoziție de
distribuitorul de energie electrică local.
Având în vedere conceptul proiectului Casa Verde cu privire la gradul de autonomie al
habitatului pentru buna funcționare a sa se a lege ca sursă de alimentare utilizarea unor panouri
fotovoltaice existente în cadrul habitatului. Totuși, pentru situații de nebuloasă se va apela și la
cea de a doua sursă energetică pentru care se va proiecta o sursă stabilizată pentru obținerea
tensiuni i continue de 12 V necesară funcționării corespunzătoare a pompei.

4.2 Proiectare sursă autonomă pe bază de panouri fotovoltaice
Pentru o corectă dimensionare a instalației fotovoltaice se iau î n considerare toa te aspectele
expuse mai sus. Avâ nd toa te ace ste date vom parcurge urmă toarele etape:
 Alegere a panourilor fotovoltaice, funcț ie de neces arul de energie E pentru aplicaț ia
respectivã (consumul mediu anual exprimat în kWh/an) si ca lculând puterea de vârf
necesară aplicației cu relaț ia:

𝑃𝑝=𝑘𝐵𝑂𝑆×𝐸
𝐻 (4.1)

unde:

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

36
o kBOS = 1,25 – coeficient de majorare pentru acoperirea pierderilor
o H – iradiația medie anuală în locația respectivă [kW/m2 x an]

 Calculul numă rului de panouri fotovoltaice în funcție de configurația necesarã, numărul
de șiruri și numărul de panouri pe ș ir. Tipul pa nourilor fotovoltaice se alege ș i dupã
criterii economice (valoarea investiției, posibilităț ile de amortizare, etc.), dintre c ele
ajunse la maturitate pe piaț ã (monocristaline, policristaline, amorfe, etc.).
Dimensionarea instalaț iei fotovoltaice (generat orul fotovoltaic format din “n șir” șiruri în
paralel ș i cu “n panou/sir ” panouri înseriate pe fiecare șir), se va realiza
folosind următoarele formule:

𝑉𝑜𝑐_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒=𝑛𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 /ș𝑖𝑟×𝑉𝑜𝑐_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 (4.2)

𝐼𝑠𝑐_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒= 𝑛ș𝑖𝑟×𝐼𝑠𝑐_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 (4.3)

𝑉𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒= 𝑛ș𝑖𝑟×𝑉𝑝𝑝_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 (4.4)

𝐼𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒= 𝑛ș𝑖𝑟×𝐼𝑝𝑝_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 (4.5)

𝑃𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒= 𝑉𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒×𝐼𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒 (4.6)

∆𝑇𝑇𝑚𝑖𝑛 =𝑇𝑚𝑖𝑛−𝑇𝑎𝑚𝑏 (4.7)

∆𝑇𝑇𝑚𝑎𝑥 =𝑇𝑚𝑎𝑥 −𝑇𝑎𝑚𝑏 (4.8)

𝑉𝑜𝑐_𝑇𝑚𝑖𝑛 =𝑉𝑜𝑐_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒+∆𝑇𝑇𝑚𝑖𝑛×𝑐𝑇𝑉𝑜𝑐×𝑛𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 /ș𝑖𝑟 (4.9)

𝐼𝑐𝑐_𝑇𝑚𝑎𝑥 =𝐼𝑠𝑐_𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎 ț𝑖𝑒+∆𝑇𝑇𝑚𝑎𝑥 ×𝑐𝑇𝐼𝑠𝑐×𝑛ș𝑖𝑟 (4.10)

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

37
Dupa efectuarea acestor calcule, se va obține pentru instalația fotovoltaică (generatorul
fotovoltaic) valorile parametr ilor electrici, tensiuni, c urenți ș i puteri. Tot cu aceste valori se aleg
celela lte elemente ale instalaț iei fotovoltaice: invertoarele, bateriile de acumu latori,
regulatoarele de sarcină și încărcare, dispozitive de protecție, tablouri ș i cabluri . După alege rea
tuturor elementelor instalației fotovoltaice, se verifică echilibrul consumului ș i producerii de
energie electrică ș i se revine iterativ în etapele anterioare, redimensionându -se anumite
componente, dacă nu există un echilibru.
La dimensionarea instalaț iei fotovoltaice , se va porni intotde auna de la necesarul de putere
pentru locația respectivă . Astfel, se propune a se realiza o instalație fotovoltaică care să
furnizeze o putere de 40 W . Pentru realizarea unei instalaț ii fotovoltaice (generator fotovoltaic)
care să furnizeze energia electrică de care ave m nevoie, este mai întâ i nevoie de un calcul de
dimensionare. Etapele de dimensionare vor fi:

4.2.1. Etapa I
Alegerea panourilor solare

Consultâ nd oferta furnizorilor de panouri fotovoltaice, se alege un panou solar policristalin de
230 W, tensiune de 12 V, curent panou 8.1 A, Vmp = 18.50 V . Panoul selectat se poate observa
în figura de mai jos.

Fig. 4 .1 Panou fotovoltaic policristalin de 230 W

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

38
Datele nominale furnizate de producător sunt:
 Putere maxima (Pmax): 230 W
 Curent maxim in sarcina (Im): 7.60 A
 Curent de scurt circuit (Isc): 8.14 A
 Tensiune cu iesirea in gol, fara sarcina (Voc): 37.20 V
 Tensiune maxima, in sarcina (Vm): 30.3 V
 Eficienta: 14.08 %
 Tensiune maxima pe sistem: 1000 V
 Dimensiuni: 990 x 1650 x 35 mm
 Greutate: 11.1 kg

4.2.2 Etapa II
Determinarea numărului de panouri

Detereminarea numărului de panouri necesar se poate realiza prin obținerea raportului dintre
puterea totală a instalației și puterea unui panou:

𝑁𝑝=𝑃𝑖
𝑃𝑝=40
230=23,12 , rezultă un număr de panouri necesar egal cu 1.

4.2.3 Etapa III
Determinarea suprafeței panourilor

Determinarea suprafeței panourilor se poate realiza prin înmulțirea suprafeței unui panou cu
numărul total de panouri necesare determinat în calculul anterior. Suprafața unui panou se poate
calcula utilizând dimensiunile acestuia furnizate de producător și prezentate în etapa anterioară
de proiectare.

𝑆𝑇= 𝑆𝑝×𝑁𝑝=990 ×1650 ×1=1,63 𝑚2 (4.11)

Pentru montarea panourilor solare, este necesară de o suprafață de cel puț in 1,63 m2 și care să
fie orientată spre sud .

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

39

4.2.4 Etapa IV
Alegerea schemei de conexiuni pentru panourile fotovoltaice

Se alege o schemă de conexiuni cu două ș iruri paralele, a câte 1 panou fotovoltaic pe șir, dar
care poate fi extins cu alte panouri legate în serie pe fiecare ș ir.
 Număr șiruri: n șir = 1
 Număr panouri/ș ir: npanou/șir = 1

4.2.5 Etapa V
Calculul caracteristicilor generatorului fotovoltaic

Tensiunea instalată a generatorului fotovoltaic se obține folosind formula de calcul de mai jos.
Curentul total al generatorului se obține înmulț ind curentul generat de un panou fotovoltaic cu
numărul de ș iruri legate în paralel.

𝑈𝑔=𝑛𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 /ș𝑖𝑟×𝑈𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 =1×12=12 𝑉 (4.12)

𝐼𝑔=𝐼𝑚×𝑛ș𝑖𝑟=7,60×1=7,60 𝐴 (4.13)

𝑉𝑜𝑐_𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 =𝑛𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 /ș𝑖𝑟×𝑉𝑜𝑐_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 =1×37,20=37,20 𝑉 (4.14)

𝐼𝑠𝑐_𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 =𝑛ș𝑖𝑟×𝐼𝑠𝑐_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 =1×8,14=8,14 𝐴 (4.15)

𝑉𝑚𝑝_𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 =𝑛𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 /ș𝑖𝑟×𝑉𝑚𝑝_𝑝𝑎𝑛𝑜𝑢 =1×30,3=30,3 𝑉 (4.16)

Avand ac este valori se pot alege celelalte elemente ale instalaț iei fotovoltaice .

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

40
4.3 Proiectare sursă stabilizată
Pentru realizarea unei surse stabilizate de alimentare a emițătorului de energie în sistem fără fir
se propune proiectarea unei surse având la bază un transformator de rețea cu puteri între 5 și
40 VA. Puterea de ieșire furnizată atinge valori de până la 47 W având în vedere randamentul
ridicat al transformatorului, iar curent ul necesar a fi furnizat trebuie să acopere cerințele
consumatorului, în speță un curent mai mare decât cel solicitat de pompă în regim nominal de
funcționare și anume 0,3 A. Se alege prin proiectare un curent maxim de ieșire al sursei de 2 A.
Pentru aplic ația propusă în lucrare datele de intrare pentru transformatorul care se va proiecta
vor fi:
 Tensiunea de alimentare nominală în primar: U 1 = 230 V
 Tensiunea de alimentare nominală în secundar: U 2 = 12 V
 Puterea nominală din secundar: P 2 = 40 VA
 Frecvența nominală: f = 50 Hz

Calculul de dimensionarea al transformatorului care asigură alimentarea sursei urmează
următoarele etape. Se calculează puterea nominală din primarul transformatorului egală cu
puterea absorbită din rețeaua de alimentare:

2
1PP
(4.17)

unde:
 P1 – puterea nominală din primar [ VA ]
 P2 – puterea nominală din secundar [ VA ]
  randamentul transformatorului care se alege din curba următoare

Conform graficului prezentat mai sus pentru puterea P 2 = 40 VA randamentul va fi:

33,5375.04075.0
1
P
(4.18)

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

41

Fig. 4.2 Randamentul transformatorului funcție de puterea transferată

Într-un transformator de rețea real există pierderi prin magnetizare (histerezis) și prin curenți
turbionari (Foucault) în miezul magnetic, precum și pierderi prin efect Joule în conductoarele
de cupru ai înfășurărilor. Aceste piederi conduc la încălzirea miezului și a conductorului
înfășurărilor, în timpul fucționării transformatorului. Pentru un tran sformator de rețea cu
puterea P 1 = 200 W, realizat cu tole E + I produse autohton, pierderile prin magnetizare se pot
aprecia la circa 8 %, pierderile prin curenți turbionari la circa 5 %, deci un total pierderi de circa
13 %. La puteri mai mari și randame ntul este mai mare. Se calculează secțiunea necesară pentru
miez:

1Pk Smiez
(4.19)

unde:
 Sm – secțiunea necesară a miezului [ cm2 ]
 k – coeficient în funcție de încărcările transformatorului: k = 1,3 … 1,9; pentru solic itări
medii ale transformatorului k = 1,5 … 1,6. Se alege k = 1,5:

95.10 95.10 33.535.1 miez miez S S
cm2 (4.20) 00,10,20,30,40,50,60,70,80,91
5 10 20 40 60 80 100 150 200Randament transformator
Puterea aparent ă [VA]ƞ

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

42
Legătura dintre secțiunea miezului și putere se explică prin aceea că, datorită formei circuitului
magnetic, spațiul disponibil pentru înfășurări este limitat. Când puterea crește, aria ocupată de
înfășurări crește, iar aria ferestrei tolei este proporțională cu S miez. Se alege conform figurii
următoare, inducția maximă B max în funcție de puterea absorbită și materialul tolei care este
bandă spiralată laminată la cald: pentru tole din tablă din fier -siliciu laminată la cald de grosime
0,35 mm, valorile lui B max = 0,9 … 1,45 T, iar pentru un miez spiralat din tole de tablă de fier –
siliciu de grosime 0,35 mm, laminată la rece, valorile lui Bmax = 1,2 … 1,75 T unde se consideră:

Fig. 4.3 Alegerea inducției maxime

Din grafic se obține B max = 1,58 T. Se calculează numărul de spire pe volt:

max044.41
B SfN
miez
(4.21)

unde:
 N0 – număr de spire pe volt [spire/V]
 f – frecvența nominală a rețelei [Hz]
 Sm – secțiunea calculată a miezului [ m2]
 Bm – inducția maximă aleasă [T] 00,20,40,60,811,21,41,61,8
1 2 5 10 20 50 100 200 500Induc ția magnetică [T]
Puterea aparentă [VA]Induc ția magnetică maximă
Tablă laminată la cald Tablă laminată la rece

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

43

60.258.1 1095.105044.41
4 0 Nspire/volt (4.22)

Relația de calcul mai sus este dedusă din legea inducției electromagnetice:

efmiez
U US Bdtdn U

2maxmax maxmax
max
(4.23)

În regim permanent sinusoidal, derivarea unei mărimi este echivalentă cu înmulțirea acesteia
cu:

miez efef
S Bf UnNBnf U f

max0max
222 2 2
 
(4.24)

Se calculează numărul de spire ale înfășurării primare a transformatorului:

1 0 1 UN N
(4.25)

unde:
 N0 – numărul de spire pe volt [spire/V]
 N1 – numărul de spire din înfășurarea primară [spire]
 U1 – tensiunea aplicată înfășurării primare [V]

92.598 23060.21 N
spire (4.26)

Se alege constructiv N 1 = 599 spire. Se verifică dacă toleranța admisă este sub 1 % :

%1 %01.0 10092.59892.598 599 t t
(4.27)

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

44

Se calculează numărul de spire din înfășurarea secundară a transformatorului:

2 0 2 UN N
(4.28)

unde:
 N2 – numărul de sp ire din înfășurarea secundară [spire ]
 N0 – numărul de spire pe volt [spire/V ]
 U2 – tensiunea din secundarul transformatorului [V ]

2.31 1260.22 N
spire (4.29 )

Se alege numărul de spire din secundar N 2 = 32 spire. Se determină mărimea curentului din
înfășurarea primară:

11
1UPI
(4.30 )

unde:
 I1 – curentul ab sorbit de înfășurarea primară [A ]
 P1 – puterea absorbită de la rețea de transformator [W ]
 U1 – tensiunea aplicată înfășurării primare [V ]

17.0 17.023040
1 1  I I
A (4.31 )

Observație: Se consideră un consumator pur rezistiv care realizează un factor de putere unitar
și conform relațiilor din triunghiul puterii:

4012 2 P PS Q P S
W (4.32 )

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

45
Se prezintă în figura următoare valorile densității de curent raportate la diferite puteri pentru
transformatoare de rețea unde se consideră:
 Curba 1: condiții de lucru ușoare
 Curba 2: condiții de lucru grele

Fig. 4.4 Alegerea densității de curent

Conform graficului pentru puterea din primarul transformatorului: P 1 = 40 VA în condiții
normale de funcționare corespunde o densitate de curent cu valoarea:

J1 = J2 = 3 A/mm2 (4.33)

Se dimensionează diametrele conductoarelor de bobinaj din înfășurarea primară:

17.0 173.0 17.0 42.0 42.0414.333
41 1 12
1
1 2
11
1 
 d I ddI
dIJ

mm

unde:
 J1 – densitatea de curent din înfășurarea primară [A/mm2]
 I1 – curentul absorbit de înfășurarea primară [A]
 d1 – diametru calculat pentru conductoarele din înfășurarea prim ară [mm]
02468
25102050100200500Densitate de curent [A/mmp]
Puterea aparent ă a transformatorului [VA]Densitatea de curent în funcție de puterea transformatorului
Curbă de lucru condiții ușoare Curbă de lucru condiții grele

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

46
Tabel 4.1 Valori standardizate diametre conductoare
d [mm]
fără
izolație diz
[mm] cu
izolație in
[m]G
[g/m] S
[mm2] Imax [mA]/S = J [A/mm2] Nr.
spire pe
cm Nr. spire/cm2
J=2 J=2.5 J=3 J=3.5 J=4 fără izolație
între straturi cu izolație
între straturi
0,05 0,068 8,85 0,019 0,00196 3,9 4,9 5,9 6,9 8 147 16150 13250
0,07 0,092 4,52 0,036 0,00385 7,7 9,6 11,5 13,5 15,4 106 9700 8330
0,1 0,123 2,21 0,073 0,00785 15,7 19,7 23,6 27,5 31 80 6100 4470
0,12 0,149 1,537 0,105 0,01131 226 273 34 39,6 45,3 66 4210 3190
0,15 0,18 0,983 0,126 0,01767 35,3 44,2 53 61,8 70,7 55 2880 2260
0,18 0,21 0,682 0,222 0,02545 51 63,7 76,5 89,3 102 47,5 2050 1730
0,2 0,231 0,552 0,287 0,03142 62,9 78,6 94,3 110 126 43,4 1715 1465
0,22 0,255 0,457 0,347 0,03801 76 95 114 135 152 39,2 1460 1210
0,25 0,285 0,354 0,447 0,0490 98 123 147 172 796 35 1140 978
0,28 0,317 0,282 0,559 0,06158 122 154 185 216 246 31,5 925 813
0,3 0,337 0,245 0,741 0,07069 141 177 212 248 283 29,6 807 722
0,35 0,394 0,1806 0,873 0,09621 192 240 289 334 385 25,3 594 530
0,4 0,444 0,1383 1,14 0,1257 252 315 378 441 504 22,5 470 350
0,45 0,501 0,1092 1,45 0,159 318 393 477 556 636 19,9 371 277
0,5 0,551 0,0885 1,78 0,1964 392 490 590 686 788 18,1 300 224
0,55 0,639 0,0731 2,56 0,2376 475 594 713 831 952 16,4 250 190
0,6 0,659 0,0615 2,96 0,2827 566 707 848 990 1136 15,1 209 162
0,65 0,709 0,0524 2,99 0,3312 662 838 993 1160 1328 14,1 180 142
0,7 0,759 0,0452 3,48 0,3848 770 960 1150 1350 1540 13,1 153 125
0,8 0,872 0,0346 4,54 0,5027 1000 1256 1510 1760 2012 11,4 127 95,5
0,9 0,972 0,0276 5,73 0,6362 1270 1590 1910 2220 2540 12,2 93 78
1 1,087 0,0221 7,08 0,7854 1570 1960 2360 2750 3145 9,3 75 65
1,2 1,291 0,0153 10,19 1,131 2260 2739 3400 3960 4530 7,7 52 40,5
1,5 1,595 0,00984 15,87 1,767 3530 4428 5300 6180 7070 6,2 33,5 26,5
2 2,1 0,00556 28,2 3,142 6290 7850 9430 11000 12560 4,75 19 15,5

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

47
Pentru a dimensiona corect și alege diametrul standardizat ales la o valoarea superioară pentru
conductoarele din înfășurarea primară trebuiesc realizate câteva condiții după cum urmează:
 pentru d 1 < = 0,7 mm numai dacă depășirea de către valoarea calcul ată a valorii
standardizate imediat inferioară este mai mare de 2,5 %
 pentru 0,7 < d 1 < = 1 mm, numai dacă depășirea de către valoarea calculată a valorii
standardizate imediat inferioară este mai mare de 5 %
 pentru d 1 > 1 mm, numai dacă depășirea de către valoarea calculată a valorii
standardizate imediat inferioară este mai mare de 10 %

Se calculează abaterea diametrului calculat față de valoarea standardizată inferioară:

Tabel 4 .2 Mărimi caracteristice conductorului ales
d
[mm]
fără
izolație diz
[mm]
cu
izolație in
[m]G
[g/m] S
[mm2] Imax [mA]/S = J [A/mm2] Nr.
spire
pe
cm Nr. spire/cm2
J=2 J=2.5 J=3 J=3.5 J=4 fără
izolație
între
straturi cu
izolație
între
straturi
0,18 0,21 0,682 0,222 0,02545 51 63,7 76,5 89,3 102 47,5 2050 1730

173.01d
mm

18.0inf1stasd
mm

100
1inf1 1
1dddstas
primard
(4.34)
unde:
 d1 – diametrul calculat al conductorului din înfășurarea primară
 d1infstas – diametrul standardizat imediat inferior diametrului calculat al conductorului
din înfășurarea primară
 d1primar – abaterea valorii calculate a valorii standardizate față de valoarea imediat
inferioară standardizată

5.2 76.1 76.1 10017.017.0 173.0
1 1 1  primard primard primard   
% (4.35)

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

48
Se alege valoarea inferioară din tabel având în vedere că cea superioară nu verifică calculul
abaterii față de valoarea calculată. Se alege Se alege valoarea standardizată care va fi utilizată
ulterior în calcule a diametrului conductoru lui din înfășurarea primară:

d1stas = 0,18 mm

Se determină curentul debitat în înfășurarea secundară:

22
2UPI
(4.36)

unde:
 I2 – curentul absorbit de înfășurarea secundară [ A ]
 P2 – puterea debitată de transformator [ W ]
 U2 – tensiunea de ieșire din înfășurărea secundară [ V ]

33.3 33.31240
2 2  I I
A (4.37)

Observații:
 Curentul solicitat de către consumator este I c = 2 A, iar curentul maxim debitat de
transformator în secundar este I 2 = 3,33 A deci soluția tehnică propusă este una
acceptabilă
 Se consideră un consumator pur rezistiv care realizează un factor de putere unitar și
conform relațiilor din triunghiul puterii:

4022 2 P PS Q P S
W (4.38)

Conform graficului pentru puterea din secundarul transformatorului: P 2 = 40 VA în condiții
normale de funcționare corespunde o densitate de curent cu valoarea:

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

49
J1 = J2 = 3 A/mm2 (4.39)

Se dimensionează diametrele conductoarelor de bobinaj din înfășurarea secundară:

77.0 766.0 33.3 42.0 42.0414.333
42 2 22
2
1 2
22
2 
 d I ddI
dIJ

mm
unde:
 J2 – densitatea de curent din înfășurarea secundară [A/mm2]
 I2 – curentul debitat de înfășurarea secundară [A]
 d2 – diametru calculat pentru conductoarele din înfășurarea secundară [mm]

Pentru a dimensiona corec t și alege diametrul standardizat ales la o valoarea superioară pentru
conductoarele din înfășurarea secundară trebuiesc realizate câteva condiții după cum urmează:
 pentru d 2 < = 0,7 mm numai dacă depășirea de către valoarea calculată a valorii
standardizate imediat inferioară este mai mare de 2,5 %
 pentru 0,7 < d 2 < = 1 mm, numai dacă depășirea de către valoarea calculată a valorii
standardizate imediat inferioară este mai mare de 5 %
 pentru d 2 > 1 mm, numai dacă depășirea de către valoarea calculată a valorii
standardizate imediat inferioară este mai mare de 10 %

Se calculează abaterea diametrului calculat față de valoarea standardizată inferioară:

Tabel 4.3 Mărimi caracteris tice conductorului ales
d
[mm]
fără
izolație diz
[mm]
cu
izolație in
[m]G
[g/m] S
[mm2] Imax [mA]/S = J [A/mm2] Nr.
spire
pe
cm Nr. spire/cm2
J=2 J=2.5 J=3 J=3.5 J=4 fără
izolație
între
straturi cu
izolație
între
straturi
0,8 0,872 0,0346 4,54 0,5027 1000 1256 1510 1760 2012 11,4 127 95,5

77.02d
mm

7.0inf2stasd
mm

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

50

100
2inf2 2
sec2dddstas
undar d (4.40)
unde:
 d2 – diametrul calculat al conductorului din înfășurarea secundară [ mm ]
 d2infstas – diametrul standardizat imediat inferior diametrului calculat al conductorului
din înfășurarea secundară [ mm ]
 d2secundar – abaterea valorii calculate a valorii standardizate față de valoarea imediat
inferioară standardizată [ mm ]

%5 %09,9 09.9 10077.07.0 77.0
sec sec sec2 2 2  undar d undar d undar d   
% (4.41)

Se recalculează abaterea față de valoarea standardizată prin utilizarea valorii standardizate
curente și nu cea inferioară.

%5 %75,3 75.3 1008.077.08.0
sec sec sec2 2 2  undar d undar d undar d   
%

Se alege valoarea standardizată care va fi utilizată ulterior în calcule a diametrului
cond uctorului din înfășurarea primară:

d2stas = 0,8 mm

Se calculează aria ocupată de înfășurarea primară în fereastra tolei cu izolație între straturi:

11
1CNA
(4.42)

unde:
 N1 – numărul de spire din înfășurarea primară [spire]
 C1 – coeficient de umplere cu izolație între straturi [spire/cm2]
 A1 – aria ocupată de înfășurarea primară în fereastra tolei [cm2]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

51

34.01730599
1Acm2 (4.43)

Se calculează aria ocupată de înfășurarea secundară în fereastra tolei cu izolație între straturi:

12
2CNA
(4.44)

unde:
 N2 – numărul de spire din înfășurarea secundară [ spire ]
 C1 – coeficient de umplere cu izolație între straturi [ spire/cm2 ]
 A2 – aria ocupată de înfășurarea secundară în fereastra tolei [ cm2 ]

33.05.9532
2A
cm2 (4.45)

Se calculează aria ocupată de înfășurarea primară în fereastra tolei fără izolație între straturi:

211'
CNA
(4.46)

unde:
 N1 – numărul de spire din înfășurarea primară [ spire ]
 C2 – coeficient de umplere fără izolație între straturi [ spire/cm2 ]
 A1 ‘– aria ocupată de înfășurarea primară în fereastra tolei [ cm2 ]

29.02050599
1'A
cm2 (4.47)

Se calculează aria ocupată de înfășurarea secundară în fereastra tolei fără izolație între straturi:

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

52

222'
CNA (4.48)

unde:
 N2 – numărul de spire din înfășurarea secundară [spire]
 C2 – coeficient de umplere cu izolație între straturi [spire/cm2]
 A2 ‘– aria ocupată de înfășurarea secundară în fereastra tolei [cm2]

25.012732
2'A
cm2 (4.49)

Se calculează aria totală ocupată de înfășurări cu izolație între straturi:

2 1AA At
(4.50)

unde:
 At – aria totală ocupată de înfășurările primară și secundară în fereastra tolei cu izolație
între straturi [cm2]
 A1 – aria ocupată de înfășurarea primară în fereastra tolei [cm2]
 A2 – aria ocupată de înfășurarea secundară în fereastra tolei [cm2]

67.0 67.0 33.0 34.0 t t A A
cm2 (4.51)

Se calculează aria totală ocupată de înfășurări fără izolație între straturi:

2'
1' 'A A At
(4.52)

unde:
 At ‘– aria totală ocupată de înfășurările primară și secundară în fereastra tolei cu izolație
între straturi [cm2]
 A1 ‚– aria ocupată de înfășurarea primară în fereastra tolei [cm2]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

53
 A2 ‚– aria ocupată de înfășurarea secundară în fereastra tolei [ cm2 ]

54.0 54.0 25.0 29.0' ' t t A A
cm2 (4.53)

Pentru dimensionarea corespunzătoare a tolei necesare în construcția transformatoarelor de
rețea se stabilește la început tipul de tolă. Se alege constructiv tolă STAS de tip E + I denumite
și „economice” care se prezintă în figura următoare:

Fig. 4.5 Tola STAS de tip E + I

Dimensiunile tolei economice se pr ecizează prin litera E urmată de parametrul a [mm ] care
reprezintă dimesiunea de bază a tolei. Se prezintă în figura următoare caracteristicile tolelor
economice :

Fig. 4 .6 Modalități de obținere a tolei economice

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

54
Tolele de tip E + I sunt astfel denumite deoarece dintr -o bandă de tablă silicioasă de lățime
adecvată se obțin prin ștanțare, concomitent, două tole E și două tole I, fără a se pierde din
suprafața utilă a materialului. Astfel există următoarel e tipuri de tolă STAS economică : E5 ;
E6,4 ; E8 ; E10 ; E12,5 ; E14 ; E16 ; E18 ; E20 ; E25 ; E32. Grosimea tolelor este standardizată
la valorile :
g1 = 0,35 mm
g2 = 0,50 mm

Aria festrei tolei AF [ cm2 ] reprezintă suprafața destinată introducerii înfășurărilor și este
prezentată în figura anterioară. Valoarea acesteia este:

203.0 a AF
[ cm2 ] (4.54)

Se dimensionează tola necesară în situația utilizării înfășurărilor cu izolație între straturi:

0 03.0tAa
(4.55)

unde:
 At – aria totală ocupată de înfășurări cu izolație între straturi [ cm2 ]
  factor de umplere

Se alege ca factor de umplere optim:  = 0,7 unde stas  [ 0,62 – 0,76 ]

69.3 69.37.003.067.0 a a
mm (4.56)

Se aleg constructiv tole de tip E 5 pentru înfășurări cu izolație între straturi, deci:

astas = 0,5 cm = 5 mm

Se dimensionează tola necesară în situația utilizării înfășurărilor fără izolație între straturi:

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

55

0'
'
03.0tAa (4.57)
unde:
 At ‘– aria totală ocupată de înfășurări fără izolație între straturi [ cm2 ]
  factor de umplere

Se alege ca factor de umplere optim:  = 0,7 unde stas  [ 0,64 – 0,76 ]

07.5 07.57.003.054.0' ' a a
mm (4.58)

Se aleg constructiv tole de tip E 5 pentru înfășurări fără izolație între straturi, de ci:

a’stas = 0,5 cm = 5 mm

Factorul de umplere optim se poate calcula țănând cont că reprezintă raportul dintre aria totală,
ocupată de înfășurări în fereastra tolei și aria ferestrei așa cum se prezintă în figura următoare:

Fig. 4.7 Repartizarea spațiului în fereastra tolei

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

56
Se calculează factorul de umplere optim standardizat pentru înfășurări cu izolație între straturi:

stast
Ft
stasaA
AA
03.0
(4.59)

unde:
 At – aria totală ocupată de înfășurări în fereastra tolei [ cm2 ]
 AF – aria ferestrei [ cm2 ]
 astas – dimensiunea standardizată a parametrului tolei [ mm ]

89.0 89.0503.067.0
2stas stas  
(4.60)

Se calculează factorul de umplere optim standardizat pentru înfășurări fără izolație între straturi:

stast
Ft
stasaA
AA
''
''
'
03.0
(4.61)

unde:
 A’t – aria totală ocupată de înfășurări în fereastra tolei [ cm2 ]
 A’F – aria ferestrei [ cm2 ]
 a’stas – dimensiunea standardizată a parametrului tolei [ mm ]

72.0 72.0503.054.0
2'stasstas  
(4.62)

Pentru calcularea grosimii pachetului de tole sunt necesare relațiile care se pot determina din
figura următoare.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

57

Fig. 4.8 Secțiune transversală printr -un transformator de rețea

Se calculează grosimea pachetului de tole pentru înfășurări cu izolație între stra turi utilizând
tolele STAS alese:

stasmiez
aSb02.0
(4.63)

unde:
 b – grosimea pachetului de tole pentru înfășurări cu izolație între straturi [mm]
 Smiez – secțiunea miezului magnetic [cm2]
 astas – parametrul standardizat al tolei economice [mm]

110 5.109502.095.10 b b
mm (4.64)

Se calculează grosimea pachetului de tole pentru înfășurări fără izolație între straturi utilizând
tolele STAS alese:

stasmiez
aSb''
02.0
(4.65)

unde:
 b’ – grosimea pachetului de tole pentru înfășurări fără izolație între straturi [mm]
 Smiez – secțiunea miezului magnetic [cm2]

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

58
 a’stas – parametrul standardizat al tolei economice [mm]

110 5.109502.095.10'  b b
mm (4.66)

Se evaluează numărul de tole necesar pentru înfășurări cu izolație între straturi:

1gbN
(4.67)
unde:
 N – număr de tole necesar pentru o grosime standard g 1 = 0,35 mm [tole]
 b – grosimea pachetului de tole pentru înfășurări cu izolație între straturi [mm]
 g1 – grosimea tolei economice [mm ]

315 28.31435.0110 N N
tole (4.68)

Se evaluează numărul de tole necesar pentru înfășurări fără izolație între straturi:

1'
'
gbN
(4.69)

unde:
 N’ – număr de tole necesar pentru o grosime standard g 1 = 0,35 mm [tole]
 b’ – grosimea pachetului de tole pentru înfășurări cu izolație între straturi [mm]
 g1 – grosimea tolei economice [mm ]

315 28.31435.0110' ' N N
tole (4.70 )
Realizarea unui transformator de rețea monofazic, de mică putere, în producția de serie, implică
următoarele etape teh nologice:
 obținerea tolelor, din tablă de ferosiliciu (STAS 673 -60), prin ștanțare în matriță;

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

59
 tratamentul termic al tolelor ștanțate (recoacere la temperatura de cca. 8500C, urmată de
răcire lentă), pentru detensionare mecanică și refacerea proprietăților magnetic e,
afectate de procesul de prelucrare mecanică;
 realizarea carcasei, prin injecție de material plastic în matriță sau prin montaj din
elemente constituente specifice, obținute în prealabil prin ștanțare, din preșpan, textolit,
pertinax, steclostratitex, etc.;
 bobinarea înfășurărilor, pe carcasa obținut ă anterior, cu ajutorul unor mașini de bobinat
semiautomate sau automate, utilizând conductori din cupru izolați cu email (STAS 685 –
58); Observație: Bobinarea transformatoarelor de rețea se poate realiza, în funcție de
cerințele tehnico -economice impuse, în două tehnici: – "fără izolație între straturi" – "cu
izolație între straturi" .
o În primul caz se bobi nează în următoarea ordine:
 înfășurarea primară;
 se introduc consecutiv două straturi de folie de izolație "trafo" (hârtie
specială parafinată sau folie de poliest er, cu grosimea de 30÷50μm);
 prima înfășurare secundară, urmată de introducerea unui strat de izolație,
etc;
 întreaga bobină se mai izolează în final și la e xterior.
o În al doilea caz, se introduce către un strat de izolație după fiec are strat de spire
bobinate.
 introducerea tolelor în carcasă – operație denumită "lamelarea transformatorului".
Observație: În cazul transformatorului de rețea, neexistând componentă de curent
continuu, se realizează o lamelare întrețesută, adică se introduc alternat iv, pe o parte și
pe cealaltă a carcasei, mai întâi tolele de tip E, apoi cele de tip I. Ultimele 2 -3 tole se
introduc forțat, prin batere ușoară cu un ciocan din cupru sau alamă, transformatorul
fiind așezat pe o placă din oțel. Lamelarea neîntrețesută se realizează prin introducerea
în carcasă, pe aceeași parte, a tuturor tolelor E, respectiv I și se utilizează la
transformatoare (sau bobine) care sunt străbătute și de o componentă de curent continuu,
cum ar fi transformatoarele de audiofrecvență.
 strângerea miezului magnetic cu o manta sau cu scoabe, prezoane și piulițe pentru a
împiedica vibrația tolelor în timpul funcționării transformatorului.

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

60
Observație: Mantaua se realizează prin ștanțare, din tablă TDA cu grosimea de 1÷1,25mm,
după care se aco peră galvanic prin zincare pasivizată. În anumite aplicații se practică și
ecranarea transformatorului, cu ajutorul unor capace laterale, executate prin ambutisare din
TDA, sau prin aplicarea unei spire în scurtcircuit, din folie de cupru care înconjoară b obinajul
și miezul magnetic pe exterior.
 impregnarea transformatorului prin imersie în parafină topită sau în lac poliuretanic (de
ex. 3503 Ez) care polimerizează prin încălzire în cuptor, la o temperatură de 80÷1000C,
timp de cca. 1 oră. Observație: Impr egnarea transformatoarelor de rețea se realizează
într-o incintă cu capac etanș, care mai întâi se videază la 10 -1÷10 -2 torr (pentru
eliminarea urmelor de apă, de pe bobinaj și din hârtia de izolație trafo), după care se
introduce impregnantul respectiv.
 Controlul tehnic de calitate în cadrul căruia se verifică parametrii electrici (tensiunea
sau tensiunile din secundar, rezistența înfășurărilor, raportul de transformare, rezistența
de izolație între înfășurări, respectiv între primar și miezul magnetic) ș i mecanici ai
produsului

Proiectarea unui sistem de recirculare a apei la P roiectul Casa Verde

Constantin BĂZĂVAN

61

Bibliografie

1. Resursă Internet – Prezentarea schematică a elementelor componente ale circutului
apei în natură,
https://ro.wikipedia.org/wiki/Circuitul_apei_în_natură#/media/File:Circuitul_apei.jpg
2. Resursă Internet – Codruța Bădăluță, Bazele utilizării apei,
https://www.ct.upt.ro/users/CodrutaBada luta/Cap_2.pdf
3. Resursă Internet – Administrația Naționale a Apelor Române, Informare de presă
4. Resursă Internet – Resurse de apă în statele UE, www.wikipedia.ro (Statistica datează
din anul 2007)
5. WaterCore Project, Interreg IVC – Ghiduri de bune practici
6. VON HAUFF, M., KLUTH, K. 2006: Ökonomische Folgen der Trockenperiode 2003.
In: BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (Ed.): Niedrigwasserperiode 2003
in Deutschland. Ursachen – Wirkungen – Folgen. BfG -Mitteilungen 27. Kobl enz.
7. Resursă Internet – http://www.livplast.ro/apa_pluviala_graf.php