Grecu Florin V17 [305915]

CUPRINS

Capitolul 1. Poluarea mediului

1.1. Noțiuni introductive privind poluarea mediului

1.2. Cauzele poluării

1.3. Efectele poluării

Capitolul 2. Studiul constructiv și funcțional al componentelor materialului rulant care au influență asupra mediului

2.1. Particularitățile sistemului de frânare ([anonimizat])

2.2. Particularitățile sistemului de captare a energiei electrice (pantograf)

2.3. Particularitățile sistemului de producere a energiei (motorul termic)

Capitolul 3. Studiu privind influența elementelor componente ale materialului rulant asupra mediului înconjurător

3.1. Stadiul actual al cercetarii

3.2. Planificarea cercetării

3.2. Etapele de organizare si realizare a cercetarii

3.3. Determinarea poluantilor

Capitolul 4. Prevenirea și limitarea poluării

Capitolul 5. Concluzii

CAPITOLUL 1. POLUAREA MEDIULUI

Noțiuni introductive privind poluarea mediului

Poluarea reprezintă modificarea [12] [anonimizat], că urmare a [anonimizat], [anonimizat], disconfort sau împiedică folosirea unor componente ale mediului esențiale vieții.

Pentru a avea condii mai bune omul a utilizat în permanentă resursele naturale dispobinibile: animale, plante, arbori , minereuri , cărbuni sare petrol gaze naturale și apă. Prin utilizarea acestor resurse au rezultate și produse neutilizabile cum ar fi gazelle praful produse lichide sau solide ce au fost evacuate în natură . Unele au fost integrate de către natură în ciclul natural ale unor elemente altele se tot strâng și produc pertubatii ecologice. Un alt fenomen a [anonimizat]. Activitate antropice au provocat și schimbări topografice și de climă ce au puternice repercursiune negative asupra mediului : defrișări asanari și eroziunea solului.

[anonimizat] a [anonimizat] s-a dezvoltat și s-a [anonimizat],[anonimizat] a pământului. Această, pentru că primejdia reprezentată de poluare a [anonimizat], în spiritul ideilor pentru combaterea poluării.

Poluarea,[anonimizat].[anonimizat], incendiile naturale ale pădurilor și altele cum ar fi gheizerele sau descompunerea unor substanțe organice. 
            [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]. Timpul de ramanere în atmosfera a acestor suspensii poate ajunge chiar la 1-2 ani. 
            Furtunile de praf sunt și ele un important factor în poluarea aerului. [anonimizat], pierd partea aeriană a vegetației și rămân expuse acțiunii de eroziune a vântului.[anonimizat], ridică de pe sol o parte din particulele , care sunt reținute în atmosfera perioade lungi de timp. Depunerea acestor particule că urmare a procesului de sedimentare sau a efectului de spălare exercitat de ploi, se poate produce la mari distanțe față de locul de unde au fost ridicate.
            Incendiile naturale sunt o importantă sursă de fum și cenușă, care se produc atunci când umiditatea climatului scade natural sub pragul critic. Fenomenul este deosebit de răspândit, mai ales în zona tropicală, deși, în general, gradul de umiditate al pădurilor din această zona nu este de natură să favorizeze izbucnirea incendiului.

Din punct de vedere al felului surselor de poluare, produse de om (artificiale) [11] se disting:       
            – poluare industrială care reprezintă cca 20 – 25% din totalul surselor de poluare     
            -poluare casnică, cca. 50 – 60 %         
            -poluare datorată mijloacelor de transport, cca. 20- 25 %      

            Se cunoaște că industria este, la momentul actual, principalul poluant la scară mondială.   

            Procesele de producție industrială și producția de energie a industriei, sunt principalele surse ale poluării atmosferice dar la acestea putem adaugă orice arderi din care rezultă substanțe poluante. Gazele industriale, gazele rezultate din arderi, fie că e vorba de încălzirea locuințelor sau de gazele de eșapament eliminate de autovehicule, poluează atmosfera cu numeroase substanțe dăunătoare sănătății, aceste substanțe provoacă, printre altele, boli respiratorii și alergii precum și ploi acidice distrug pădurile.

            Praful, cenușă și fumul au o proporție destul de mare în totalitatea poluanților care există în atmosfera.Sursele artificiale generatoare de praf, cenușă și fum cuprind, în general, toate activitățile omenești bazate pe arderea combustibililor lichizi, solizi sau gazoși. O importantă sursă industrială, în special de praf, o reprezintă industria materialelor de construcție, care are la baza prelucrarea unor roci naturale (silicați, argile, calcar, magnezit, ghips etc.)Monoxidul de carbon(CO) este un gaz foarte periculos, ce are o pondere din ce în ce mai mare printre poluanții devastatori.

Figura 1 Poluarea solului [13]

Cauzele poluării

a)      Poluarea apei

Principalele condiții în care se produce poluarea artificială a apelor sunt [14] :

Scurgeri accidentale de reziduuri de la diverse fabrici, dar și deversări deliberate a unor poluanți;

Scurgeri de la rezervoare de depozitare și conducte de transport subterane, mai ales produse petroliere;

Pesticidele și ierbicidele administrate în lucrările agricole care se deplasează prin sol fiind transportate de apă de ploaie sau de la irigații până la pânză freatică;

apele uzate orășenești și industrial;

ape uzate de la ferme de animale și păsări

Îngrășămintele chimice și scurgerile provenite de la combinatele zootehnice;

Deșeurile și reziduurile menajere;

Sarea presărată în timpul iernii pe șosele, care este purtată prin sol de apă de ploaie și zăpadă topită;

Depunerile de poluanți din atmosfera, ploile acide.

apele uzate provenite de la navele maritime sau fluviale, conțîn impurități deosebit de nocive cum ar fi: reziduuri lichide și solide, pierderi de combustibil, lubrifianți etc.

Principalele condiții în care se produce poluarea naturală a apelor sunt :

trecerea apelor prin zone cu roci solubile (zăcăminte de sare, de sulfați) constituie principala cauză de pătrundere a unor săruri, în cantități mari, în apele de suprafață sau în straturile acvifere. Un caz deosebit îl reprezintă rocile radioactive, care pot duce la contaminarea unor ape de suprafață sau subterane;

trecerea apelor de suprafață prin zone cu fenomene de eroziune a solului provoacă impurificări prin particulele solide antrenate, în special dacă solurile sunt compuse din particule fine, cum sunt cele din marne și argilă, care se mențîn mult timp în suspensie;

vegetația acvatică, fixă sau flotantă, în special în apele cu viteză mică de scurgere și în lacuri, conduce la fenomene de impurificare variabile în timp, în funcție de perioadele de vegetație;

vegetația de pe maluri produce și ea o impurificare, atât prin căderea frunzelor, cât și prin căderea plantelor întregi.

b)     Poluarea solului:

Principalele condiții în care se produce poluarea artificială a solurilor sunt[internet 15]:

despăduriri

acumulări de ape pentru irigație

dezvoltării industriei

creșterii numerice tot mai accentuate  a populației ( "explozia demografică" )

aglomerării crescânde a marilor centre orășenești

defrișările pe mari întinderi : eroziunea terenurilor

deversarile de substanțe nocive în apele curgătoare sau eliminările lor în atmosfera.

Principalele condiții în care se produce poluarea naturală a solurilor sunt :

schimbări climatice. Furtunile  de  praf  și   de  nisip in  perioade  lipsite  de  precipitații  solul  pierde  partea  aeriană  a  vegetației rămânând  expus  acțiunii  vântului.  De  pe  sol  se  ridică  o  parte  din particulele componente care se transformă în suspensii aeriene reținute în atmosferă perioade lungi de,timp.Depunerea  suspensiilor  prin  sedimentare  sau  că  urmare  a  efectului  de  spălare  realizat  de  ploi  se  poate,produce  la  distanțe  mari  în  raport  cu  locul  în  care  au  fost  produse.  Cercetările  efectuate  în  această privință au arătat că deșertul Sahara înaintează în fiecare an cu 1,5 – 10 Km.

erupții vulcanice. Erupțiile  vulcanice determină eliminarea în atmosferă a unor produși toxici în stare gazoasă, cu efecte negative asupra mediului. Cenușile vulcanice, vaporii de apă și gazele emanate, sub formă de compuși cu S, oxizi de N și de C, formează în atmosferă nori groși care, purtați de curenții de aer se pot deplasa la distanțe mari de locul în care a avut loc erupția.Remanența      acestor      suspensii      în atmosferă   este   mare,   influențând dispersia energiei radiate de Pământ și     contribuind     la     accentuarea fenomenului    denumit    „efect    de seră”.

Dezastre distrugătoare. Incendiile  naturale  se  produc,  în  general,  în  anii  deosebit  de  secetoși  când  umiditatea  scade natural sub pragul critic.Incendiile maselor vegetale prin cantitățile mari de fum și cenușă pe care le eliberează, prin oxizii de S, N,C  rezultați  și prin distrugerea vegetației determină:inhibarea dezvoltării plantelor; reducerea vizibilității;pariția de probleme ale aparatului respirator;apariția de alunecări de teren

Mediul natural care ocupă zone terestre a fost înlocuit cu așezări omenești , cu terenuri cultivate , cu exploatări miniere în galerii sau cu mari descopertari la suprafață , cu păduri de sonde , cu mari uzine , cu orașe în care aspectele naturale au dispărut cu totul , luându-le locul piatră , betonul și metalul , plus fumul coșurilor gazele de eșapament ale autovehicolelor .

C) Poluarea aerului

Principalele condiții în care se produce poluarea artificială a solurilor sunt [12]:

arderea combustibililor fosili – eliminare CO2, CO, SO2, NO2, N2O, compuși organici volatili etc.;

traficul – eliberarea în atmosferă a CO, NO2, N2O, pulberi, Pb, SO2;

industria petrochimică – eliberează CO, NO2, SO2;

metalurgia feroasă primară – eliberează pulberi cu conținut de Fe, NO2, SO2

metalurgia neferoasă – eliberează pulberi de metale grele cum ar fi Pb, Cd, Aș, Zn, NO2, SO2;

industria materialelor de construcții – elimină în atmosferă pulberi, CO2, CO, SO2, NO2, F2;

agricultură este responsabilă de eliberarea de NH3, NO2, CH4, pesticide;

industriile producătoare și utilizatoare de substanțe care reduc stratul de ozon cum sunt

hidrocarburile fluoroclorurate și/sau bromurate

accidente tehnologice declanșate de om.

Omul și animalele – prin procesele fiziologice evacuează în mediu dioxid de carbon, viruși

Plantele – eliberează în mediu fungi, polen, substanțe organice și anorganice;

Solul – eliberează în mediu viruși, pulberi că urmare a fenomenului de eroziune;

Apă – prin aerosoli încărcați cu săruri cum ar fi sulfați sau cloruri; Descompunerea substanțelor organice – eliberează CH4, H2S, NH3  etc

Radioactivitatea terestră implicată prin radionuclizi emiși de roci, precum și radioactivitatea

Descărcările electrice –  produc ozon în troposferă.

Efectele  poluării

a ) Consecințele poluării apei [internet 16]

Asupra mediului:

·         posibilitatea contaminării sau poluării chimice a animalelor acvatice;

·         contaminarea bacteriologica sau poluarea chimică  și radioactivă a legumelor, fructelorsau a zarzavaturilor;

·         Distrugerea florei microbiene proprii apei ceea ce determina micșorarea capacității dedebarasare față de diverși poluanți prezenți la un moment dat.

Asupra sănătăți:

Majoritatea bolilor din organism sunt cauzate de faptul că oamenii nu beau suficientă apă sau apă băută nu are cele mai bune calități:

1. Boli infecțioase:

boli microbiene: febra tifoidă, dizenteria, holeria;

boli virotive: poliomielita, hepatită epidemică;

boli parazitare:dizenteria, giardiază.

2.       Boli neinfectioase:

Determinate de contaminarea apei cu substanțe chimice cu potențial toxic:

Intoxicația cu plumb (saturnism), se manifestă prin:

oboseală nejustificată;

afectează globulele roșii, vasele sanguine;

afectează sistemul nervis central, provocând ecefalopatia saturnina și celperifieric cu dereglări motorii.

Intoxicația cu mercur:

dureri de cap, amețeli, insomnie, oboseală;

tulburări vizuale;

afecțiuni ale sistemului nervos;

afecțiuni ale rinichilor;

malformații congenitale ale fătului în cazul femeilor însărcinate.

Intoxicația cu zinc:

dureri epigastrice, diaree, tremuraturi, pareze;

afecțiuni ale sistemului nervos central, mușchilor și sistemului cardiovascular.

Intoxicația cu cadminiu:

cefalee;

scăderea tensiuni arteriale;

afecțiuni hepato-renale.

Intoxicația cu azotați și fosfați:

invinetirea buzelor, nărilor, fetei;

agitația până la convulsii;

cefalee, greață.

Intoxicația cu pesticide:

alterarea funcțiilor ficatului până la formarea hepatitei cronice;

encefalopatii;

malformații congenitale.

Asupra calității apelor:

În viață colectivităților umane, apele sunt utilizate zilnic atât că aliment cât și în asigurarea igienei personale. În medie, în 24 de ore, un om adult consumă în scopuri alimentare 2-10L de apă.

Mirosul apei provine dela substanțele volatile pe care le conține că rezultat alincarcarii cu substanțe organice în descompunere, al poluării cu substanțe chimice sauape reziduale. Cu cât apă conține mai multe substanțe organice, chimice sau apereziduale cu atât mirosul este mai ușor de perceput.

Culoarea apei poate da indicații asupra modificării calității astfel:

apele de culoare arămie sau brună provin de la distilarile de cărbune amestecatecu ape industriale care conțîn fier; apele de culoare brun închis sunt apele de la fabricile de celuloză;

apele bogate în fier sunt cele provenite de la tăbăcarii și au culoarea verde închis sau neagră;

ionii de fier dau apelor o culoare galbenă;

ionii de cupru conferă apei o culoare albastră;

apele care conțîn argilă coloidală au o culoare galben-brună.

b) Consecințele poluării solului  [16]

Excavatiile la zi duc la decopertarea solului; creează condițiile pt producerea infiltrațiilor, inundațiilor și alunecărilor de teren  distrug terenuri agricole, clădiri, drumuri, etc.

Depozitele de steril (zgura, cenușă) scot din circuit întinse suprafețe de teren prin spulberarea lor de către vânt și prin spălarea de către apele de precipitatie, contribuind la poluarea solurilor, apelor de suprafață și subterane.

Depozitele de gunoaie de natură umană (rampe) prin descărcare necontrolată poluează solul și terenurile din jur, fiind adevărate rezervoare de dezvoltare a paraziților (țânțari, muște, șobolani), care raspandesc  boli și microbi în mediul înconjurător. Constituie un pericol și pentru sursele de apă din apropiere, menajere și stradale.

Reziduurile industriale care conțîn metale grele pot infesta solul prin intermediul aerului, apei și al nămolului, când sunt în cantități ce depășesc posibilitățile de solubilizare a microorganismelor din sol, încât ajung ușor la rădăcinile plantelor, apoi la animale și la om.

Dejecțiile umane și animale se găsesc în localitățile fără canalizare și constituie focare de producere a unor boli greu de tratat (difterie, TBC, febra tifoidă). Când dejecțiile au un conținut ridicat de NaCl, uree, medicamente, biostimulatori și agenți patogeni și sunt folosite că îngrășăminte, produc o poluare chimică și biologică a solului; la acești poluanți se mai adaugă și detergențîi și sodă folosită pt igienizarea grajdurilor.

Pesticidele utilizate mai ales în agricultură, prezintă toxicitate ridicată, sunt foarte rezistente, greu solubile în apă și solubile în grăsimi, unde se acumulează. Folosite pt combaterea dăunătorilor sau că fertilizanți se acumulează în sol, de unde trec în plante și ajung la om prin intermediul hranei și al apei.Deprecierea recoltelor și aplicarea unor restricțîi la exportul de legume cu un conținut ridicat de nitrați

Eroziunea și alunecările de teren că efecte ale poluării cauzate de efectuarea defectuoasă a unor lucrări agricole, tratamente cu pesticide și fertilizanți, cât și ponderea scăzută a suprafețelor împădurite.La declansarea eroziunii contribuie și activitățile umane prin pășunat excesiv, defrișări sau unele lucrări agricole.Prin eroziune este distrus humusul material orgaic de la suprafață solului care îi asigura  fertilitatea și o structura afanata optimă pt dezvoltarea plantelor

Acidifierea solurilor- este determinată de scăderea pH sub 7, care duce la distrugerea humusului, scăderea concentrației de hidrogen și creșterea Fe, Al și silicatilor (în solurile argiloase) apariția solurilor acide este favorizată și de folosirea în exces a fertilizatorilor; pe suprafață solurilor acide recoltele pot scădea și cu 50%.

Pătrunderea germenilor patogeni, ciupercilor, virușilor din sol în lanțul trofic cauzat de irigarea terenurilor cu ape uzate menajere și de fertilizarea terenurilor cu reziduuri vegetale și animale și cu nămol de la crescătoriile de porci.

c) Consecințele poluării aerului  [internet 14]

Ploile acide – precipitațîi (mai des ploi) care au o aciditate sporită. Ele sunt determinate de prezența în atmosferă a oxizilor de sulf și azot (S02 și N02), care în prezența vaporilor de apă se transformă în acizi foarte toxici (acidul sulfuric și acidul azotic). Aciditatea relativă a soluțiilor se determină cu ajutorul indicelui reacției active a ionilor de hidrogen (pH). Apă de ploaie este ușor acidă din cauza acidului carbonic (rezultat din combinarea CO2) dizolvat în ea. pH-ul normal al apei de ploaie "necontaminată" este considerat 5,6. Precipitațiile acide sunt considerate cele în care apă are un pH sub 5,6.

Frunzele pot fi puternic afectate prin deteriorarea stratului de ceară și a epidermei sau prin extracția și spălarea elementelor nutritive. Contactul ploii acide cu frunză conduce la distrugerea cuticulei, apoi a celulelor epidermei de pe suprafața superioară a frunzei, urmată de distrugerea celulelor palisadice și în final ambele suprafețe ale frunzei sunt afectate.

Ploile acide au de asemenea o influența negativă și asupra pădurilor, în mod direct asupra frunzei arborilor și în mod indirect prin modificarea calitățîi solului din care arborii își extrag substanțele nutritive. Este și mai rău dacă ploaia acidă ajunge în rîuri sau lacuri, pentru că acestea transportă otravă la distanța, omorînd și cele mai mici organisme. Peștii sunt afectați de aluminiu și încep să producă o mucoasă lipicioasă care le înfundă branhiile și îi "sufocă", în cele din urmă. Apele acide distrug și icrele

Precipitațiile acide nu ucid numai lumea vie, dar de asemenea, distrug monumente arhitecturale de importanță mondială. Marmură durabilă, care este un amestec de oxid de calciu (CaO) și dioxid de carbon (CO2), reacționează cu acidul sulfuric și se transformă în gips (CaSO4). Schimbările de temperatură, vîntul și torentele de ploaie distrug acest material moale.

Smogul este un tip de poluare a aerului atmosferic a orașelor mari. Există trei tipuri de smog: smogul umed (Londra) – combinarea ceței cu fumul cît și cu emisiile de producție; smogul de gheață (Alaska) – amestec de poluanți gazoși, particulele de praf și cristale de gheață, acestea din urmă, fiind că rezultat a congelării picăturilor de ceață și vaporilor sistemelor de încălzire; smogul fotochimic (Los Angeles) – se formează în timpul prezenței radiației solare intense, valorilor temperaturilor foarte înalte și inversiunilor termice, că rezultat al reacțiilor fotochimice dintre substanțele chimice în aer, și consistă dintr-un amestec de mai multe gaze și particule de aerosoli de origine primară și secundară.

Componența smogului este alcătuită din ozon, oxizi de azot și sulf, diverși compuși organici de natură peroxidă, numiți în totalitate fotooxidanți. Smogul acționează și din punct de vedere fiziologic asupra organismului uman – cele mai sensibile sunt sistemul respirator și cardio-vascu

Oxizi de azot (NO, NO2) . Dioxidul de azot este cunoscut că fiind un gaz foarte toxic atît pentru oameni cît și pentru animale (gradul de toxicitate al dioxidului de azot este de 4 ori mai mare decît cel al monoxidului de azot). Expunerea la concentrațîi ridicate poate fi fatală, iar la concentrații reduse afectează țesutul pulmonar. Populația expusă la acest tip de poluanți poate avea dificultăți respiratorii, iritații ale căilor respiratorii, disfuncții ale plamînilor. Expunerea pe termen lung la o concentrație redusă poate distruge țesuturile pulmonare ducînd la emfizem pulmonar. Persoanele cele mai afectate de expunerea la acest poluant sunt copiii.

Efecte asupra plantelor și animalelor Expunerea la acest poluant produce vătămarea serioasă a vegetației prin albirea sau moartea țesuturilor plantelor, reducerea ritmului de creștere a acestora. Expunerea la oxizii de azot poate provoca boli pulmonare la animale, care se aseamănă cu emfizemul pulmonal, iar expunerea la dioxidul de azot poate reduce imunitatea animalelor, provocînd boli precum pneumonia și gripă. Alte efecte Oxizii de azot contribuie la formarea ploilor acide și favorizează acumularea nitraților la nivelul solului care pot provoca alterarea echilibrului ecologic ambiental. De asemenea, poate provoca deteriorarea țesăturilor și decolorarea vopselelor, degradarea metalelor

Dioxid de sulf (SO2). funcție de concentrație și perioada de expunere dioxidul de sulf are diferite efecte asupra sănătățîi umane. Expunerea la o concentrație mare de dioxid de sulf, pe o perioadă scurtă de timp, poate provoca dificultăți respiratorii severe. Sunt afectate în special persoanele cu astm, copiii, vîrstnicii și persoanele cu boli cronice ale căilor respiratorii. Expunerea la o concentrație redusă de dioxid de sulf, pe termen lung poate avea că efect infecții ale tractului respirator.

Efecte asupra plantelor Dioxidul de sulf afectează vizibil multe specii de plante, efectul negativ asupra structurii și țesuturilor acestora fiind sesizabil cu ochiul liber. Unele dintre cele mai sensibile plante sunt: pînul, legumele, ghindele roșîi și negre, frasinul alb, lucerna, murele. Efecte asupra mediului În atmosferă, contribuie la acidifierea precipitațiilor, cu efecte toxice asupra vegetației și solului. Creșterea concentrației de dioxid de sulf accelerează coroziunea metalelor, din cauza formării acizilor. Oxizii de sulf pot eroda: piatră, zidăria, vopselele, fibrele, hîrtia, pielea și componentele electrice.

Monoxid de carbon (CO). Este un gaz toxic, în concentrațîi mari fiind letal (la concentrații de aproximativ 100 mg/m3 ) prin reducerea capacității de transport a oxigenului în sînge, cu consecințe asupra sistemului respirator și a sistemului cardiovascular. La concentrații relativ scăzute: – afectează sistemul nervos central; – slăbește pulsul inimii, micșorînd astfel volumul de sînge distribuit în organism; – reduce acuitatea vizuală și capacitatea fizică; – expunerea pe o perioada scurtă poate cauza oboseală acută; – poate cauza dificultăți respiratorii și dureri în piept persoanelor cu boli cardiovasculare; – determină iritabilitate, migrene, respirăție rapidă, lipsa de coordonare, greață, amețeală, confuzie, reduce capacitatea de concentrare. Segmentul de populație cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă: copiii, vîrstnicii, persoanele cu boli respiratorii și cardiovasculare, persoanele anemice, fumătorii.

Efecte asupra plantelor La concentrațîi monitorizate în mod obișnuit în atmosferă nu are efecte asupra plantelor, animalelor sau mediului.

Ozonul troposferic (O3). Dimensiunea particulelor este direct legată de potențialul de a cauza efecte. O problemă importantă o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri, care trec prin nas și gît și pătrund în alveolele pulmonare, provocînd inflamațîi și intoxicări. Sunt afectate în special persoanele cu boli cardiovasculare și respiratorii, copiii, vîrstnicii și astmaticii. Copiii cu vîrstă mai mică de 15 ani inhalează mai mult aer, și în consecință mai mulți poluanți. Ei respiră mai repede decît adulții și tind să respire mai mult pe gură, ocolind practic filtrul natural din nas. Sunt în mod special vulnerabili, deoarece plămînii lor nu sunt dezvoltăți, iar țesutul pulmonar care se dezvoltă în copilărie este mai sensibil. Poluarea cu pulberi înrăutățește simptomele astmului, respectiv tușe, dureri în piept și dificultăți respiratorii. Expunerea pe termen lung la o concentrație scăzută de pulberi poate cauza cancer și moartea prematură.

Aldehidă formică (CH2O) în contact cu pielea, provocă diferite forme de dermatite, care se manifestă după sensibilitatea individuală. Provoacă daune a căilor respiratorii (bronhii, plămîni), tumori maligne, mutațîi și boli cardiovasculare. Sub influența aldehidei formice se pot dezvoltă modificări degenerative în ficat, rinichi, inimă și creier. În exces, aldehidă formică este cancerigenă.

Fenol (C6H60H) Provoacă daune grave a căilor respiratorii (atacînd bronhiile și plămînii), tumori maligne, boli cardiovasculare și tulburări ale sistemului nervos.

1.3 Concluziii

Și acum, ce rămâne de făcut? Încet, dificil, dar inevitabil ideea că mediul înconjurător ca problemă globală trebuie să fie abordată la nivel planetar și, sperăm, rezolvată. Acest lucru nu se poate realiza fără eforturi comune din partea țărilor dezvoltate. Există un consens astăzi, fragil încă, că fără asistența țărilor dezvoltate, lumea celor mai puțin favorizați nu va putea proteja mediul înconjurător ci îi va exacerba deteriorarea.

În prezent, și desigur și în viitor, obligația noastră, a oamenilor, este de a echilibra și controla calitatea mediului pentru fiecare componentă cât și pe ansamblu. Astfel, ameliorarea mediului va deveni acțiunea împotriva dezordinii și reacție împotriva inerției și compromisurilor în considerarea mediului de viață uman. Poate cândva fiecare element și parametru al mediului se va integra “într-o lume a echilibrului și armoniei”

Capitolul 2 Studiul constructiv și funcțional al componentelor materialului rulant care au influență

asupra mediului

Principalele componente ale materialului rulant care pot avea influenta asupra mediului

Materialul rulant al CFR este constituit din totalitatea locomotivelor, automotoarelor și vagoanelor folosite pentru transportul pe calea ferată.

Locomotivă este un vehicul motor de cale ferată cu sursă de energie proprie sau străină, pentru producerea forței de tracțiune necesară la remorcare, fără ca vehiculul să transporte sarcini utile. Drept sursă de energie proprie se folosește arderea combustibililor. Locomotivele pot fi cu ardere externă, de exemplu a cărbunilor, folosind ca agent termic aburul în mașini cu abur, sau cu ardere internă, de exemplu a combustibililor lichizi, în motoare diesel. Drept sursă de energie externă se folosește curentul electric, preluat dintr-o rețea de alimentare.

Locomotiva diesel-mecanică este [Internet 17]similară constructiv unui autovehicul rutier, în sensul că sistemul de propulsie este format dintr-un motor cu ardere internă (Diesel sau mai rar Otto) un ambreiaj și o cutie de viteze mecanică. Aceste soluții tehnice sunt viabile până la puteri de 300 kW în concluzie sunt utilizate numai pentru locomotive de manevră sau pentru asa numitele automotoare Diesel.

Locomotivă diesel-electrică [Internet 17]Are ca sursă de energie primară motorina. Este acționată de un motor diesel, care antrenează un generator electric de curent alternativ sau continuu. La locomotivele cu generator de curent alternativ, curentul este redresat într-un sistem cu diode de putere și alimentează motoare electrice de curent continuu care antrenează roțile (transmisie ca-cc). Cele care au și motoare de tracțiune de curent alternativ, primesc curentul de la generatorul de curent alternativ prin intermediul redresorului, care mai departe îl transmite unui invertor pentru a ii regla tensiunea și frecvența (transmisie ca-ca).

Automotorul este un vehicul feroviar proiectat pentru a furniza, prin roțile proprii, puterea de tracțiune necesară pentru a se propulsa și care poate transporta marfă și pasageri. Automotoarele pot fi propulsate de motoare diesel sau electrice.

Vagonul este un vehicul de mari dimensiuni (propulsat sau autopropulsat) operat cu o locomotivă, care circulă pe șine și care servește la transportulpersoanelor, al mărfurilor, etc. În special, trenurile diesel și cele electrice nu au nevoie de locomotivă.Vagoanele pentru transportul de persoane sunt clasificate în funcție de confortul oferit, acestea fiind de categoria I și de categoria a II-a, prima categoria fiind cea cu cel mai ridicat grad de confort.

O locomotivă electrică  [Internet 17]este o locomotivă mecanizată prin electricitate din surse externe (de exemplu tracțiune electrică deasupra vehicul sau a treia șină). Locomotivele propulsate de electricitate dar care au ca surse principale de putere motoare cu combustie (de ex. diesel), nu sunt categorizate ca locomotive electrice, combinarea motorului cu generatorul electric fiind considerată un sistem de transmisie a puterii.

Curentul electric din linia de contact este preluat de pantograf; la început a fost varianta simetrică (romboidală) tip LLXJN 135, iar apoi cel asimetric tip Faiveley EP1, EP2 și EP3; de aici, intră în disjunctor tip IAC 25(marcă originală)și mai departe în transformatorul principal răcit cu ulei, care coboară tensiunea de la 27 la 1.5 kV. Curentul este încă alternativ, așadar va trece mai departe prin diode ventilate, care îl transformă în curent continuu. Astfel transformat, curentul acționează motoarele de tracțiune, câte unul pe fiecare osie. Reglajul pe partea de înaltă tensiune se face prin controller cu 40 trepte de viteză plus încă 3 de șuntare motoare (slăbire câmp). Acesta permite și acționarea frânării electrice, prin treptele situate în dreapta treptei 0 de pe controller. Se cuvine a se menționa puțin despre acest tip de frânare, specific numai pentru această locomotivă. Important este ca ventilația forțată pe motoare să fie pornită, aceasta acționând ca o protecție la amperaj. Funcționarea pe trepte mai înalte fără ventilație duce la străpungerea izolațiilor motoarelor, implicit la defecțiuni iremediabile ale acestora. Ambele boghiuri sunt prevăzute cu câte un canal de ventilație forțată, în care sunt inseriate presostatele BR, ce înclemează contactorii de linie, asigurând tracțiune în deplină siguranță. Fiecare treaptă generează 24 V.

Orice tren are mai multe sisteme de frânare. Tocmai pentru  siguranță, în cazul când unul dintre ele se defectează. Acesta avea trei sisteme de frânare. Chia dacă s-a defectat unul, tot rămâneau încă două.

Sistemul de frânare este principalul sistem care intervine între două stări energetice ale unui vehicul în mișcare modificând parametrii stării energetice inițiale (energia cinetică Ec și V).

La majoritatea sistemelor de frânare utilizate la vehiculele feroviare de mare viteză, energia cinetică pe care o posedă vehiculul la începutul frânarii se transformă în lucru mecanic de deformare (elastică și plastică) și apoi în căldură. Efectul acestei transformări este creșterea temperaturii elementelor aflate în contact direct (de exemplu roată-sabot sau disc de frână-garnitură de frecare.

Un sistem de fânare este elementul care modifică energia vehiculului din momentu lin care intră în acțiune, fie până la anularea ei, cazul opririi, fie până la energia cinetică dată de viteză ce trebuie menținută constanța pe o pantă sau de viteză impusă pe o anumită secție de remorcare.

Deși mecanismele [I.14]  folosite pentru transferul energiei electrice de la o rețea de contact la bordul mijloacelor de transport feroviar nu sunt mecanisme pantograf propriu-zise, ele sunt denumite în tehnică mecanisme pantograf. Aceste mecanisme au proprietatea că sub acțiunea unor dispozitive acționate electric, pneumatic sau mecanic, ies din starea lor de repaos și se extind, de pe acoperișul mijlocului de transport pe care sunt montate, până la contactul cu un fir electric aflat sub tensiune, realizând astfel transferul energiei electrice de la linia de contact, la echipamentele electrice aflate la bordul mijloacelor de transport feroviar.

Pantografele pentru mijloacele de transport pe calea ferată au apărut odată cu dezvoltarea tracțiunii electrice pe calea ferată.Pantograful mijloacelor de transport pe calea ferată trebuie să aibă posibilitatea de a se plia pe acoperișul acestora în timpul staționărilor și de a se extinde până la contactul cu linia de contact în timpul alimentării cu energie electrică.

Pantografele trebuie să asigure tot timpul în care se află în contact cu linia de contact, o forță de apăsare, astfel încât contactul electric dintre peria de contact a pantografului și linia de contact să fie optim. Forță de apăsare a pantografului pe linia de contact trebuie să fie suficient de mare că să asigure o rezistență electrică mică a contactului electric dintre peria de contact a pantografului și linia de contact, pentru a nu determina încălzirea exagerată a zonei de contact și a evita apariția scanteierilor în timpul deplasării pe calea ferată. Forță de apăsare a pantografului pe linia de contact nu trebuie să fie nici prea mare pentru că, în acest caz ar apărea uzuri nejustificate atât pe peria de contact a pantografului cât și pe firul linie de contact.

Particularitățile sistemului de frânare

Noțiuni generale privind frânarea trenurilor

Frânarea vehiculelor [internet18] feroviare s-a dezvoltat odată cu creșterea tonajelor și vitezelor de circulație ale trenurilor. Dată fiind importanța frânării în transportul feroviar rezultatele cercetărilor teoretice și experimentale nu se introduc în practică decât după o îndelungată experimentare și verificare

În timpul deplasării sale pe calea ferată, asupra unui tren acționează următoarele forțe:

– forța de tracțiune dezvoltată de vehiculul motor;

– forțele rezistente ale tuturor vehiculelor care compun trenul;

– forțele de frânare.

Forțele de frânare sunt forțele exterioare care acționează asupra roților trenului, în sensul invers mișcării, și se obțin cu ajutorul unor sisteme sau instalații speciale de frânare, montate pe vehiculele trenului, care permit transformarea în lucru mecanic rezistent a energiei cinetice înmagazinată în masa trenului.

Un vehicul aflat în mișcare are înmagazinată în masa sa o energie cinetică a cărei valoare depinde de greutatea vehiculului și de viteza de deplasare a acestuia.

Pentru ca viteza de deplasare a vehiculului să se micșoreze sau să se anuleze, trebuie să se realizeze rezistențe suplimentare care să transforme energia cinetică înmagazinată în masa vehiculului în altă formă de energie.

În cazul vehiculelor de cale ferată această transformare de energie se face în principal cu sistemele de frânare de bază la care elementul de frecare poate fi sabotul (din fontă sau din material compozit) aplicat pe roată, sau garnitura de frecare aplicată pe discul de frână.

În figura 1 sunt prezentate schematic procesul de formare a forței de frânare la acțiunea frânei cu sabot (figura 1 a) și a celei cu disc (figura 1 b) în care Ps reprezintă forța de apăsare pe sabot, Pd cea pe discul de frână, Q este sarcina pe roată, Fa forța de apăsare normală pe șină în punctul de contact (aderență), μs, μd coeficienții de frecare, r – raza discului

de frână, R – raza roții.

Figura 1 – Formarea forței de frânare. [internet18]

Dacă presupunem o roată care se rostogolește pe șină încărcată cu o sarcină Q provenind din greutatea totală a vehiculului și asupra căreia lucrează Ps, aplicată sabotului (figura 1 a) sau forța Pd, aplicată garniturii de frecare (figura 1 b), între sabot și roată sau între garnitura de frecare și discul de frână iau naștere forțele de frecare μsPs și respectiv μdPd (în care μs și μd reprezintă coeficienții de frecare).

Datorită aderenței existentă între roată și șinã, forța de frecare care acționează asupra roții sau discului de frână se transmite la șină provocând conform principiului acțiunii și reacțiunii forțelor, o reacție orizontală Ff egală și de sens contrar.

Această forță exterioară sistemului numită de frânare, este dată în cazul frânei cu sabot de relația:

Ff= μsPs

și în cazul frânei cu disc de relația:

Ff= μdPd r/R

r – raza discului de frână;

R – raza roții.

Forța de frânare care apare în zona de contact roată–șină este limitată

de condițiile de aderență. Forța de frânare maximă este dată de valoarea

forței de aderență Fa.

Forța de aderență este dată de relația

Fa = μa Q

μa – coeficientul de aderență roată-șină;

Q – încărcarea pe roată provenind din greutatea vehiculului.

2.2.2. Sisteme de frânare utilizate la vehiculele feroviare

Cele mai uzuale sisteme de frânare sunt [internet18]:

a) pentru vehiculele motoare, automotoare, rame electrice: frâna pneumatică automată, frâna electropneumatică, frâna de mână, frâna de țintuire, frâna electrodinamică, frâna hidrodinamică, frâna cu patine magnetice (în contact sau nu cu șina);

b) pentru vehicule remorcate: frâna pneumatică automată, frâna electropneumatică, frâna de mână, frâna de țintuire, frâna cu patine magnetice (în contact sau nu cu șina).

Sistemele de frânare de bază sunt acelea care utilizează în regim automat aerul comprimat ca agent de execuție, cunoscute sub numele de frâne pneumatice automate, comanda putând fi pneumatică sau electrică.

La aceste sisteme elementul de frecare poate fi sabotul din fontă sau din material compozit aplicat pe roată ori garnitura de frecare aplicată pe discul de frână. Sistemul de frânare de bază asigură realizarea sigură a unui drum de frânare încadrat în cel mai mic interval dintre două semnale de cale ferată, începând cu o anumită viteză de circulație.

În funcție de necesități, sistemele de frânare suplimentare transformă energia cinetică a trenului în lucru mecanic de frânare având eficacitate și rentabilitate îndeosebi în domeniul vitezelor mari. Cele mai utilizate sisteme de frânare suplimentară sunt frânarea electrică și cea cu patine magnetice.

În domeniul vitezelor mari și foarte mari, chiar dacă ar acționa simultan toate sistemele de frânare ale vehiculului nu pot realiza fizic drumurile de frânare limită tradiționale de 1.000 m, 1.200 m, 1.400 m sau 1.600 m. De aceea s-a dezvoltat conceptul de realizare a drumurilor de frânare cu ajutorul tehnicii de semnalizare.

Satisfacerea criteriului de bază impus unui sistem de frână feroviar, de realizare a unui drum de frânare limită este deosebit de important dar este la fel de importantă și studierea forțelor care acționează asupra materialului rulant în timpul frânării.

Se înțelege de la sine că la un tren care stă pe loc, frânarea nu poate provoca nici un fel de reacțiuni în aparatele de legare și tamponare. Numai la un tren în mișcare, care dispune de o anumită rezervă de energie cinetică, pot pare, în timpul frânării forțe care acționează asupra acestuia.

Instalația de frână cuprinde ansamblul de aparate și dispozitive montate pe materialul rulant de cale ferată cu ajutorul cărora se reduce viteza sau se oprește trenul. Tipurile de instalații de frână utilizate până în prezent pe materialul rulant la majoritatea administrațiilor de cale ferată pot fi clasificate după mai multe criterii, dintre care [internet18]:

a) După modul de realizare al forței de frânare:

– frâna cu saboți, la care forța de frânare se realizează prin frecarea produsă între saboți și suprafața de rulare a roților;

– frâna cu disc, unde forța de frânare se realizează prin frecarea produsă între garniturile de frecare și discul de frână;

– frâna electrică, la care, în timpul frânării, motoarele electrice de tracțiune cu minime modificări în schema electrică, trec în regim de generatoare, care debitează fie pe rezistențe, fie în linia de contact;

– frâna hidraulică, la care forța de frânare se realizează prin utilizarea transformatorului hidraulic ca organ de frânare;

– frâna magnetică, la care forța de frânare se realizează cu și fără frecarea produsă între patina magnetică fixată pe vehicul și suprafața superioară a ciupercii șinei.

b) După felul agentului de comandă și de producere a frânării:

– frâna de mână, unde agentul de comandă pentru producerea frânării este forța musculară a omului, exercitată asupra unei manivele;

– frâna de vid, la care agentul de comandă a frânării de-a lungul trenului este aerul rarefiat (vidul), frânarea vehiculului realizându-se prin presiune atmosferică;

– frâna cu aer comprimat, în care agentul de comandă a frânării de-a lungul trenului este aerul comprimat, frânarea vehiculului se realizează cu ajutorul aerului comprimat;

– frâna electropneumatică, la care forța de frânare se realizează cu ajutorul aerului comprimat, iar admisia sau evacuarea aerului din cilindrii de frână este comandată de ventile electromagnetice.

c) După gradul de automatizare a procesului de frânare:

– frâne neautomate, care nu se autoactivează în caz de pericol;

– frâne automate, care intră în acțiune automat în caz de pericol (de exemplu, la ruperea trenului sau la tragerea oricărui semnal de alarmă din tren)

d) După tipul regimurilor de funcționare la care se folosesc:

– frâne pentru regim marfă, notate prescurtat cu literele M sau G;

– frâne pentru regim persoane, notate prescurtat cu litera P;

– frâne pentru regim rapid, notate prescurtat cu litera R;

– frâne pentru regim foarte rapid, notate prescurtat cu literele:

R+Mg

R+Mg – ep–D;

P+R+Mg;

P+R+Mg – ep–D etc.

în care:

Mg – frână electromagnetică;

D – frână cu disc;

ep – frână electropneumatică.

2.2.2.1. Frâna pneumatică cu saboți

Frâna cu saboți [internet18] este cea mai folosită la materialul rulant. Roata este solicitată pe de o parte de forțele necesare conducerii vehiculului și pe de altă parte de forțele de frânare. Pentru cea de a doua categorie de solicitare a fost necesară stabilirea limitelor de temperatură și de uzură.

La frânele automate cu saboți (figura 2) forța “F”, care se manifestă la tija pistonului cilindrului de frână 3, este amplificată de elementele timoneriei de frână 4, 6 ăi 7, iar saboții de frână 1 apasă pe suprafața de rulare a roților 2. Când apăsarea sabotului pe roată este urmarea acțiunii forței musculare a omului asupra manivelei 8 și transmiterea acestei forțe multiplicată de elementele de legătură 9, 10, 11 și 12 la saboți, instalația de frână este de tip manual.

Figura 2 – Frână cu saboți acționată cu aer comprimat și manual. [internet18]

La vagoanele de marfă pe 2 și 4 osii se folosește în cazul regimului de circulație S numai un cilindru de frână pe vagon, dacă nu se cer condiții de montare nefavorabile. Pe vagoanele de marfă care circulă în regimul de circulație SS se montează adesea un cilindru de frână cu două camere.

Pentru unele vagoane de călători și locomotive care au gabarit limitat se utilizează unități de frânare (figura 3) cu saboți din fontă sau material plastic

Figura 3 – Schema unității de frânare cu saboți:

1 – piston;

2 – pârghie amplificatoare;

3 – regulator automat de timonerie;

4 – sabot de frână;

5 – atârnător;

6 – roată;

7 – cadru boghiu.

Figura 3 Frână cu saboți [internet18]

Sabotul de frana [13] este organul principal de care depinde in mare masura efectul franarii. La caile ferate member ale Uniunii Internationale de Cai ferate (UIC) sabotii de frana sunt unificati din punct de vedere dimensional si al materialului figura 4

Figura 4 [internet 19] Figura 5 [internet 20]

Latimea sabotilor este de 80 mm si lungimea este de 320mm in cazul montarii in portsaboti simplu si 250 mm in cazul montarii in portsaboti bubli

Calitate franarii caracterizata prin lungimea drumului de franare depinde printer altele si de forma, dimensiunile si calitatea materialului din care este fabricat sabotul. Influenta acestor factori este cuprinsa intr-o oarecare masura in valoarea coeficientului de frecare dintre sabot si roata.

2.2.2.2. Frâna pneumatică cu disc

Frâna cu disc a fost introdusă mai întâi la vagoanele de călători de viteză sporită și apoi la vagoanele destinate traficului suburban și de marfă, care circulă cu viteze mai mari de 120 km/h, din următoarele cauze:

– puterea limită de frânare la frâna cu saboți a fost depășită, în special la viteze mari;

– întreținerea frânei cu disc este mai ieftină;

– confortul călătoriei cu trenuri dotate cu frâna cu disc este mai mare;

– prezintă o variație mică a coeficientului de frecare față de viteză și presiune specifică;

– forțele de apăsare sunt mai mici comparativ cu cele utilizate la frâna cu saboți și în consecință se pot utiliza cilindri de frână mai mici și timonerii mai simple.

Discurile de frână pot fi montate pe corpul osiei sau pe roată. Cele care se montează pe osie au discul de frână compus din două părți: discul propriu-zis 1 (figura4) care este plin sau secționat în mai multe bucăți, și butucul de oțel 2. Discul este prevăzut la interior cu elemente

de prindere de butuc. Părțile laterale sunt pline și unite între ele prin nervurile de răcire radiale. Ansamblul disc–butuc se fixează pe osie prin presare la rece respectându-se aceleași reguli tehnologice aplicate la presarea roților pe osie.

Un exemplu de ansamblu frână cu disc montată pe roată este ilustrat în figura 5.

La noile variante de discuri de frână nervurile de răcire radiale au fost înlocuite prin nervuri rotunde sau ovale, randamentul ventilației putând fi redus la aproximativ o treime fără ca efectul de răcire să se înrăutățească.

La trenurile de viteze mari (TGV, ICE), se utilizează discuri de frână neaerisite, deoarece frâna cu disc este solicitată complet numai în

cazuri rare.

Figura 4 – Variante constructive ale discului de frână montat pe osie [internet18]:

1 – disc propriu-zis; 2 – butuc.

Figura 5 – Disc de frână montat pe roată [internet18]:

1 – roată; 2 – disc propriu-zis.

Discurile de frână montate pe roată (figura 5) sunt de regulă asamblate de corpul roții prin șuruburi. Discurile de frână propriu-zise nu sunt legate rigid între ele și de aceea apar deformații elastice și termice mari.

Puterea de frânare a frânei cu disc montată pe roată este de cca 20% mai redusă decât aceea a unui disc de frână montat pe osie. Ansamblul frânei cu disc montat pe osie este prezentat in figura 6

Figura 6 – Ansamblul frânei cu disc montat pe osie [internet18]:

1 – disc de frână montat pe osie; 2 – cilindru de frână; 3 – levieri de frână; 4 – port garnitură de frecare;

5 – bară de conexiune; 6 – garnitură de frecare; 7 – atârnător frână.

La frana cu disc [13] forta active necesara franarii dezvoltate de cilindru de frana cu regulator automat de timonerie incorporate transmite forta de la piston la timonerie de frana , mentinand constanta cursa pistonului , compensand automat uzura aticulatiilor, a discului de frana si a garniturii de frecare si transmisa garniturilor de frana care apasa pe discul de frana.

Garnitura de frecare are o forma speciala suprafata de frecare este plana iar prinderea de port-garnitura se realizeaza de obicei prin impanare in coada de randunica (exemplu figurile 7 8 9 )

De regula in exploatare se utilizeaza garnituri de frana din material plactic al caror coeficient de frecare are in medie valoarea de 0.35 care este mult mai mare decat valoarea obitnuta in cazul utilizarii materialului compozit al sabotului de frana. In consecinta pentru cazul cuplurilor de franare egale pentru frana cu disc forta de apasare a garniturii de frana pe discul de frana vor fi mai mici deci vor avea timonerie de frana mai simpla care evident va fi mai usoara.

2.2.2.3.Frâna electrică

Frâna electrică se caracterizează prin următoarele calități:

– funcționarea fără uzură mecanică și cu întreținere redusă;

– o bună capacitate de reglare;

– posibilitatea de adaptare a capacității de frânare;

– posibilitatea recuperării energiei de frânare, în cazul existenței celorlalte elemente necesare acestui tip de frânare electrică.

În această etapă tehnologică în domeniul electronicii de putere, frâna electrică începe să fie considerată ca o frână sigură; la locomotivele modern calculându-se și masa frânată de frâna electrică.

În general însă frâna electrică este considerată ca frână suplimentară și în exploatare nu se ia în calcul procentele de masă frânată, realizate de acestea. Frâna electrică este utilizată cu bune rezultate mai ales la frânările pe pantă a trenurilor de marfă și călători, datorită bunei capacități de reglare a vitezei. Robineții mecanici moderni permit reglarea comună a frânei pneumatice cu frâna electrică.

2.2.2.4.Frâna electrică reostatică și recuperative

Frâna electrică reostatică [internet18] transformă energia de frânare în căldură cu ajutorul unor rezistențe, iar la frâna electrică recuperativă energia de frânare este debitată în catenară.Din considerente economice frâna electrică rezistivă se utilizează în situația unor durate reduse de conectare, iar cea recuperativă se folosește în anumite condiții, când trenurile cu tonaje mari urmează să fie remorcate pe secții lungi și cu pante mari, necesitând frânări dese, repetate. În

aceste cazuri frâna electrică recuperativă transformă într-o perioadă de timp mai lungă energia potențială a trenului. Frâna electrică recuperative se poate utiliza și în traficul suburban, cu opriri numeroase.

Datorită cheltuielilor suplimentare cerute de frâna electrică recuperative comparativ cu cea rezistivă este necesar ca la alegerea tipului de frână electrică să se facă un studiu de fezabilitate care să analizeze economicitatea sistemului.

2.2.2.5.Frâna hidrodinamică

La multe administrații [internet18] feroviare sunt folosite și frânele hidrodinamice. Acestea pot funcționa pe baza unui releu hidraulic temporizat, fie pe baza unui transformator hidraulic. Frâna cu releu hidraulic temporizat funcționează pe principiul frânei hidrodinamice cu apă.

Releul hidraulic temporizat este un cuplaj hidraulic care se compune dintr-un rotor–pompă și un stator. Paletele rotorului–pompă și statorului formează un spațiu toroidal care constituie cavitatea de lucru a cuplajului. La trecerea prin paletajul rotorului–pompă, lichidul de lucru își sporește viteza, prin aceasta energia mecanică de antrenare a rotorului se transformă în energie cinetică a lichidului de lucru. La trecerea prin paletajul statorului, lichidul de lucru își reduce viteza, iar energia cinetică a acestuia se transformă în energie calorică, care este disipată într-un sistem de răcire adecvat.

Prin paletele radiale prezentate în figura 7 se obțin pentru ambele direcții de rotație momente de frânare egale. În situația când paletele sunt înclinate, prezentate în figura 7 b, c, momentul de frânare pentru sensul de rotație este mult mai mare decât cel pentru sensul opus.

Cu ajutorul cuplajelor hidraulice de mărimi relativ mici este posibilă realizarea de momente de frânare suficient de mari pentru utilizarea complete a aderenței roată–șină. Cantitatea de lichid care se află în spațiul de lucru se încălzește foarte repede. Pentru a se evita supraîncălzirea lichidului trebuie ca acesta să fie răcit forțat

Figura 7 – Principiul de construcție a releului hidraulic temporizat [internet18]::

a – cu admisie simplă și palete axiale;

b – cu admisie simplă și palete oblice;

c – cu admisie dublă și palete oblice.

O altă frână hidraulică este cea care folosește transformatorul hidrodinamic. Agregatul de frânare este realizat cu unul sau două transformatoare hidrodinamice. Un transformator hidrodinamic prezentat schematic în figura 8 este compus dintr-un rotor pompă P acționat de motor, un rotor turbină T care acționează osiile montate și un reactor L.

Puterea motorului se transformă cu ajutorul pompei în “putere hidraulică” și aceasta, prin turbină, se transformă din nou în putere mecanică..

Figura 8–transformatorhidrodinamic [internet18]:

P – pompă;

T – turbină;

L – reactor

2.2.2.6 Frâna electromagnetică

Frâna electromagneticăeste [I.18] utilizată la vagoanele de călători care circulă cu viteze mai mari de 140 km/h și pe alte vehicule (automotoare) cu viteze mai mici de circulație. Frâna electromagnetică de șină se compune din următoarele subansamble principale:

– cadrul de frânare cu două patine electromagnetice;

– patru cilindri ridicători-coborâtori ai cadrului de frânare;

– electroventil acționat de către distribuitorul de aer care permite comanda cilindrilor ridicători și contactul de alimentare cu curent electric al patinelor electromagnetice.

În principiu, așa cum rezultă din figura 9, patina electromagnetică constă dintr-o bobină așezată longitudinal între un număr de piese polare în formă de potcoavă. Curentul continuu din bobină produce un câmp magnetic care realizează în piesa polară un flux magnetic ce se închide prin ciuperca șinei.

Figura 9 – Schema de principiu a patinei electromagnetice [internet18]::

1 – bobină; 2 – suport; 3 – piesă polară; 4 – șină.

Mărimea forței de frânare depinde de:

– reluctanța magnetică;

– forța magnetomotoare, ca forță de atracție între patină și șină;

– coeficientul de frecare între patina electromagnetică și șină;

– starea șinelor (neplaneitatea șinei conduce la mărimea întrefierului

și prin aceasta se reduce forța de frânare).

Bobinele sunt astfel dimensionate încât acestea nu se supraîncălzesc la puteri de excitație nominale de 1÷1,5 kW. Piesele polare care alcătuiesc patina se fabrică din oțel, fontă cu grafit nodular sau o combinație din acestea (zona de contact a pieselor polare cu șina este fabricată din fontă cu grafit nodular, iar suportul din oțel special). Piesele polare din oțel, comparativ cu cele din fontă, au o inducție magnetică mai mare oferind deci posibilitatea realizării unor forțe de frânare sporite.

Dezavantajul folosirii oțelului este legat de formarea unor straturi aderente de material pe piesa polară în zona de contact cu șina, care pot crește întrefierul cu 0,5÷3 mm. De aceea piesele polare fabricate din oțel se verifică la intervale de timp regulat, eventual și cu demontarea acestora, pentru îndepărtarea straturilor de material. Aceste probleme nu apar la piesele polare fabricate din fontă pe suport de oțel.

În funcție de realizarea constructivă a pieselor polare deosebim două

variante ale acestora:

a) piesă polară rigidă

Miezul piesei polare constă din două părți rigide din oțel care se

asamblează strâns cu șuruburi pe carcasa bobinei. Acest tip de piesă polară

se folosește în traficul suburban de călători.

b) piesă polară mobilă

În acest caz cele două părți ale miezului piesei polare se asamblează cu organe de legătură mobile pe carcasa bobinei. Pentru starea slăbită a frânei patinele electromagnetice sunt suspendate de cadrul boghiului cu ajutorul cilindrilor ridicători, asigurându-se față de ciuperca șinei distanțe de minim 100 mm în cazul suspendării înalte și maxim 10 mm în cazul suspendării joase.

În timpul frânării, la acționarea cilindrilor ridicători, cadrul de frânare coboară până la o anumită distanță de șină pentru siguranța atracției magnetice. În această situație patina este alimentată cu curent și contactul cu șina este urmarea acțiunii forței de atracție electromagnetică.

Variația coeficientului de frecare μ dintre patină și șină în funcție de viteza de circulație este redată în figura 10. Coeficientul de frecare crește mult sub 50 km/h, de aceea patina magnetică se decuplează la această viteză pentru a se evita decelerațiile mari

Figura 10 – Variația coeficientului de frecare μ dintre patină și șină în raport cu viteza v [internet18]

Particularitatile sistemului de captare a energiei electrice

Pantograful trebuie să funcționeze în condiții optime indiferent de înălțimea dintre linia de contact și față superioară a lînei. Variațiile în înălțime ale liniei de contact se pot datora mai multor factori cum ar fi: trecerea caii ferate pe sub poduri, prin tunele, mișcării pe direcție verticală a locomotivei datorită suspensiei, etc. Pantografele pentru mijloacele de transport feroviar se pot clasifică după mai multe criterii cum ar fi:

a)      După destinație

1 Pantografe pentru locomotive electrice

2. Pantografe pentru tramvaie

3. Pantografe pentru metrouri

4. Pantografe pentru troleibuze

b)     După modul de acționare

1. Pantografe acționate cu arcuri

2. Pantografe acționate cu burdufe pneumatice

3. Pantografe acționate cu motoare electrice

c)      După tipul constructiv

1. Pantografe asimetrice

2. Pantografe simetrice

3. Pantografe în două trepte

d) După tipul suspensiei saniei colectoare

1. Suspensie cu arcuri

2. Suspensie pneumatică

3. Suspensie cu elemente din cauciuc

e)  După posibilitatea de reglare a forței de contact dintre peria de contact și linia de contact în timpul mersului

1. Pantografe fără posibilitatea de reglare a forței de contact (caracteristică a pantografelor acționate de resoarte elestice)

2. Pantografe cu posibilitatea de reglare a fotei de contact (caracteristică a pantografelor acționate de burdufe penumatice)

f)  După viteză maximă de deplasare

1. Pantografe pentru viteze mici (sub 120 km/h)

2. Pantografe pentru viteze medii (între 120km/h și 200 km/h)

3. Pantografe pentru viteze mari (peste 200 km/h)

g) După existența dispozitivelor de siguranță la depășirea forței maxime de contact între patina de contact și linia de contact

1. Pantografe fără dispozitiv de siguranță (caracteristic pantografelor acționate de resoarte elastice)

2. Pantografe cu dispozitiv de siguranță (caracteristic pantografelor acționate cu burdufuri pneumatice

h) După existența dispozitivelor de protecție la spargerea periei din cărbune care constitue patina de contact a pantografului

h) Dupa existenta dispozitivelor de protectie la spargerea periei din carbune care constitue patina de contact a pantografului

1. Pantografe fără dispozitiv de protecție la spargerea periei de contact (caracteristic pantografelor acționate de resoarte elastice)

2. Pantografe fără dispozitiv de protecție la spargerea periei de contact (caracteristic pantografelor acționate de burdufe pneumatice).

2.3.2 Pantografe asimetrice folosite la locomotivele electrice.

La locomotivele [14]electrice energia electrică este transferată de la linia de contract la instalațiile locomotivei prin intermediul pantografului. În funcție de locul și condițiile în care se utilizează, pantografele au o mare varietate de forme constructive și soluții tehnice aplicate. Pantograful WBL din fig.1 este produs de Schunk Bahntechnik GmbH [ internet 1 ] și are că o caracteristică constructivă principala, formă cadrului inferior format dintr-o țeavă îndoită sub formă de U.

Caracteristicile acestui pantograf sunt următoarele:

Acționarea pantografului se face cu un burduf pneumatic integrat în ramă de baz[.

Controlul forței de contact între firul de contact și patina saniei de contact se face prin reglarea presiunii aerului în burduful pneumatic

Sania colectoare are suspensii individuale care imbunatesc comportarea dinamică a pantografului, iar cadrul pantografului este prevăzut cu un amortizor hidraulic.

Se poate dota opțional cu dispozitiv de coborâre automată în caz de avarie, control al forței de contact între patina saniei colectoare și firul de contact prin controlarea presiunii din burduful pneumatic

Pantograful Eși/Esa (fig.1 si 2)

Produs de firma Secheron [ internet 2 ] și se folosește la locomotivele cu rețeaua de contact alimentată cu curent alternativ 15 kV 16 2/3 Hz sau 25 kV 50 / 60.

Se observă că acest pantograf are cadrul inferior realizat dintr-un T care la un capăt se articulează pe ramă de baza iar la celălalt capăt se articulează cadrul superior al pantografului. Forță de contact între patina de contact și linia de contact se asigura de către resoarte elicoidale. Eliberarea pantografului se realizează cu ajutorul unei acționari pneumatice.

Firma Stemmann [ internet 3 ] produce o gama variată de pantografe pentru diferite viteze de circulație a locomotivelor electrice, respectiv pentru viteze între 160 ÷ 330km/h.

Pantograful DSA 150 (fig.3) poate fi folosit la viteze de până la 160km/h, iar tipul DSA 200 (fig.4) până la maxim 200km/h. Pentru viteze mai mari de circulație 230km/h și 280km/h se pot utiliza pantografele DSA 250 (fig. 5), respectiv DSA 350 SEK (fig.6).

DSA 150 DSA 200 DSA 250 DSA 350 SEK

[internet 3]

Pentru viteze foarte mari de circulație se folosește fie pantograful DSA 380D (fig.7), fie pantograful  DSA 380F (fig.8).

(fig.8) DSA 380F [internet 4]

O altă importantă firma producătoare de pantografe pentru locomotive este firma Brecknell Willis [ internet 4 ]. Pantografele pentru locomotive produse de această firma sunt atât pentru viteze de circulație mici, medii cât și mari.

În fig.9 este prezentat unul dintre primele pantografe produse de firma Brecknell Willis montat pe o locomotivă pentru testări. Nu a fost proiectat să lucreze la tensiunea de 25 kv.

Fig 9 dintre primele pantografe produse de firma Brecknell Willis [ internet 5 ]

În fig.12este prezentat un alt pantograf montat în laboratorul de încercări și la care se observă existența unei aripioare de corectare a efortului dimanic care apare la viteze mari de circulație. O altă caracteristică este faptul că cele două patine de contact sunt unite la capătul lor.Verificarea performanțelor pantografului s-a făcut în tunelul aerodimanic de la Motor Industry Research Association (MIRA) aproape de Nuneaton, fig.12.Pantograful este amplasat pe o machea[ care reproduce acoperisul unei locomotive

Pantograful original APT pe locomotiva PC6 48006. [ internet 8 ]

Un pantograf special construit care are cadrul de baza modificat este cel din fig.11 și a înlocuit pantograful original APT pe locomotivă PC6 48006.

Pentru UȘA firma a construit o varianta de pantograf care are modificată sania colectoare. Se remarcă aripioarele de echilibrare dinamică montate pe sania colectoare. Pantograful (fig.13) a fost montat pe un suport, înălțat față de acoperiș, datorită faptului că linia de contact în UȘA este cu 1 m mai sus decât cea din Marea Britanie.

Fig 13 Fig 14

Fig 13 si 14 pantograf tip SAR [ internet 9 ]

În fig.14 este prezentat un pantograf tip SAR care are o lățime a saniei de contact cu 0.5 m mai mare decît sania de contact standard în Marea britanie. Folosirea acestei sănii de contact a produs modificarea comportării pantografului la viteze mari din cauza forțelor aerodinamice.

Pantograful pentru mare viteză dezvoltat de Brecknell Willis este prezentat în fig.15, cu detalii în fig.16, 17, 18

Fig 16 si 17 Pantograful pentru mare viteză dezvoltat de Brecknell Willis [internet 6]

Fig 18 si 19 Pantograful pentru mare viteză dezvoltat de Brecknell Willis [internet 6]

Un important producător de pantografe pentru locomotive este firma Faiveley [ internet 6 ]. Pantografele produse de acesta firma se clasifică în următoarele categorii: Ax, Cx, Lx, Sx. Pantografele din categoria Cx sunt acționate de un burduf pneumatic care la introducerea aerului comprimat acționează asupra cadrului inferior al pantografului prin intermediul unor cabluri și came. Cadrul inferior al pantografului este rotit astfel încât sania de contact, respectiv patinele de contact sunt aduse în contact cu linia de contact. Forță de apăsare a patinei de contact pe linia de contact este menținută constanța prin controlul presiunii din burduful pneumatic.

Sistemul este controlat electronic și ține cont de viteză, sensul de mers, tensiunea de alimentare a catenarei și compunerea trenului. La întreruperea tensiunii în linia de contact sau întreruperea tensiunii pentru serviciile auxiliare se comandă automat coborârea pantografului prin eliminarea aerului din burduful pneumatic.

În fig.20 se prezintă schematic un pantograf din seria Cx. În cazul în care peria de cărbune a saniei de contact se fisureaza sau sparge, sistemul comandă automat coborârea pantografului

Fig 20 pantograf din seria Cx [Internet 15]

In fig.21 este schema de alimentare si comanda cu aer comprimat pentru pantografele din clasa Cx [internet 15]

Fig 22 Un pantograf din clasa Cx care echipeaza Fig 23 pantograf

un tren TGV Duplex [internet 15] din clasa GPU [internet 15]

Pantografele din clasa Sx sunt destinate folosirii pentru locomotive și rame electrice multiple. Este adaptat pentru folosirea în condiții grele de exploatare putând să suporte curenți de până la 3200 A. Viteză maximă de circulație este de 160 km/h și poate lucra la tensiuni ale rețelei de contact de 1500 Vc.c., 3000Vc.c., 15000V-16 2/3 Hz și 25000V-25 Hz.

Pantografele din clasa GPU sunt destinate realizării unei extensii pe verticală a pantografului mai mari decât pantografele folosite în mod uzual. Un tip de pantograf din clasa GPU  este cel realizat  în conformitate cu schița din fig.23. Se observă că aceste pantografe au suspensia sanie colectoare realizată  central prin utilizarea unei  cutii cu resoarte.  Forță de contact între  patina saniei colectoare și linia de contact este  ralizata cu ajutorul a două  resoarte elicoidale.  În fig.24 se prezintă un  pantograf din clasa GPU  folosit pe trenul francez  de mare viteză TGV  Sud-Est, tensiunea liniei  de contact fiind de  1500 V c.c.

Fig 24 pantograf din clasa GPU [internet 16]

Pentru asigurarea unei extensii mari pe verticală, Faiveley a dezvoltat pantograful dublu articulat care permite atingerea unei înălțimi mai mari de funcționare a pantografului  pe sectoarele unde linia de contact se află la înălțimi mai mari. Acest pantograf care echipează teenurile TGV Sud-Est este prezentat în fig.25 [ internet 7 ].

Fig 25 si 26 pantograf care echipează teenurile TGV [internet 7]

Un pantograf echipat cu senzori pentru încercări și teste, produs de Faiveley este prezentat în fig.26 [ internet 7  ]. Un alt important producător de pantografe este firma Lekov [ internet 8 ] din Cehia. Pentru locomotive această firma produce pantograful LPDG 01-2600 (fig.27).

Fig 27 pantograful LPDG 01-2600 [internet 7]

Fig 28 Balance Engineering Supplies [internet 8 ]

Fig 29 pantograf pentru mare viteza in timpul testarilor in tunelul aerodynamic [internet 9 ]

Balance Engineering Supplies BE [ internet 9 ] care este o divizie a concernului Unique Engineering produce pantografe pentru locomotive și camioane de foarte mare tonaj folosite în exploatările miniere de suprafață. Această divizie este localizată în Africa de Sud începând cu anul 1986. Gama de pantografe acoperă domeniul de tensiuni începând cu 300 V c.c., 25 kV c.a. și 50 kVc.a. În fig.28  se prezintă un pantograf din acesta gama.

În fig.29 se prezintă un pantograf pentru mare viteză în timpul testărilor în tunelul aerodinamic al laboratorului de încercări C.S.I.R. Acest pantograf este proiectat pentru funcționarea cu viteze de până la 350 km/h [ internet 9 ].

În România singurul producător important de pantografe pentru locomotivele electrice este SC Electroputere S.A. care a avut în fabricație tipurile EP1, EP2 și EP3 [ internet 10 ]. În fig.30 se prezintă pantograful asimetric EP1 [ internet 10 ].

Fig 30 pantograful asimetric EP1 [inertnet 17] Fig 31 Pantograful EP 2 [internet 17]

Pantograful EP 2 (fig.31 ) este acționat de un cilindru pneumatic, forță de contact între sania colectoare și firul de contact al liniei de contact este asigurată de două resoarte elicoidale.

Pantograful EP 3 (fig.32) are structura modificată astfel încât masă să totală este mult redusă față de pantograful EP 2. Acționarea pantografului este identică cu acționarea folosită la pantograful EP 2 (fig.33). În fig.32, pantograful EP 3 este echipat cu sanie colectoare specifică pantografului EP 2. Montarea pantografelor EP1, EP 2 și EP 3 pe acoperișul locomotivei se face cu ajutorul a trei izolatori ceramici. Un montaj clasic al pantografului pe o locomotivs este prezentat în fig.34. Detalii despre acționarea specifică celor trei tipuri de pantografe se pot observă  în fig.35.

Fig 32 Pantograful EP 3 internet [17] Fig 33 pantograful EP 2 [internet 17]

Fig 34 Fig 35

2.3.3Prezentarea constructivă a mecanismului pantograph original pentru LE 5100 KW

Ansamblul general al mecanismului pantograf se compune din următoarele subansamble principale în conformitate cu fig.1.

ansamblul mecanismului pantograf (poz.12),

izolator ceramic (poz.1),

legături elastice pentru realizarea continuității circuitului electric,

furtun izolant pentru alimentarea cu aer comprimat a burdufului pneumatic  (poz.3)

Ansamblul mecanismului pantograf se montează cu șuruburi pe suporții de pe acoperișul locomotivei prin intermediul celor 3 izolatori ceramici.

Furtunul de alimentare cu aer comprimat a burdufului pneumatic se racordează la instalația pneumatică a locomotivei.  Conductorul electric care face legătură între pantograf și instalațiile electrice ale locomotivei se racordează la baza pantografului astfel încât pantograful este pregătit pentru funcționare.  O vedere în spațiu a ansamblului general mecanism pantograf este prezentată în fig.2.

Mecanismul pantograf propriu-zis se compune din următoarele părți componente principale în conformitate cu fig.1 :

cadru de baza (poz.7);

cadru inferior articulat (poz.1);

cadru superior (poz.8);

ansamblu tijă 1 (poz.14);

ansamblu captator de curent (poz.15);

ansamblu burduf de acționare (poz.16);

ansamblu tijă cotită (poz.23);

cablu de tracțiune (poz.17);

amortizor baza[ (poz.18).

ansamblu captator de curent (poz.15);

ansamblu burduf de actionare (poz.16);

ansamblu tija cotita (poz.23);

cablu de tractiune (poz.17);

amortizor baza[ (poz.18).

La proiectarea elementelor constructive ale mecanismului pantograf s-a avut în vedere obținerea unor mase cât mai mici pentru elementele aflate în mișcare, astfel încât să poată fi reduse forțele de inerție care acționează asupra mecanismului pantograf și care pot determina variații ale forței de contact mai mari decât valorile recomandate.

2.3.4PATINA DE CONTACT

2.3.4PATINA DE CONTACT

Patina de contact este realizate din carbon iar alimentarea locomotive se face în urmă contactului acesteia cu lînă de cupru de înalta teniune. Acest contact produce urzura asupra patinei influențând durata de viață a acesteia.

Materialele folosite în realizarea patinei sunt compuși de carbon iar singură regulă este că prezența cuprului să nu fie mai mare de 40% în realizarea acesteia

Exemple de materiale folosite:

         MY7A2 (a),

         RH 83H6 (b),

         SK07Cu (c),

         P-8511 (d),

         P-5696 (e)

         Cu 485 ETP  (f)

Forță de apăsare asupra linie de contact este între 80 N și 120 N pentru cele fără cupru iarpentru cele cu cupru în 70 și 90 N.

2.4. Particularitățile Tractiunii Diesel LOCOMOTIVA DIESEL HIDRAULICÃ DE

1250 CP

2.4.1. Generalitati

Locomotiva diesel hidraulicã de 1250 CP este un mijloc de transport feroviar, produs al tehnicii din România, care sintetizeazã și unele realizãri pe plan mondial în domeniul construcției acestui tip de locomotive. Este în- zestratã cu un motor diesel tip 6 LDA 28 B (licențã Sulzer). Transmiterea energiei (puterii) mecanice de la motorul diesel la obada roții este realizatã de agregatele care se gãsesc montate în lanțul cinematic

Energia mecanicã produsã de motorul diesel este transformatã în turbo- transmisia hidraulicã în energie cineticã, în partea primarã, și din nou în energie mecanicã în partea secundarã. Elementele utilizate sunt douã con- vertizoare de cuplu de tip Föttinger. Turbotransmisia hidraulicã este consi- deratã, în acest caz, ca o cutie de vitezã cu o infinitate de trepte (vezi diagra- ma de funcționare din fig. 9.10).

Turbotransmisia hidraulicã preia peste 80% din puterea nominalã a motorului diesel; restul este prevãzut pentru serviciile auxiliare și pierderile de putere.

Cuplul de ieșire din turbotransmisia hidraulicã este preluat de reductorul inversor care îl transmite apoi mai departe, prin axele cardanice, la atacurile de osie, având sensul și turațiile corespunzãtoare.

Reductorul inversor cuprinde o transmisie mecanicã cu douã trepte (re- gimuri de mers) și cu inversarea sensului de mers

Pornirea motorului diesel se face cu un dynastarter de 32 kW (cu un dinam de 24 kW), alimentat cu o tensiune de 96 V, luatã de la un set de ba- terii de acumulatoare (8 baterii a 12 V și 320 Ah).

2.3.2 Caracteristicile generale si constructive ale locomotivei diesel hidraulice de 1250 CP (DHC sau LDH 125)

Transmiterea energiei (puterii) mecanice de la motorul diesel la obada roții este realizatã de agregatele care se gãsesc montate în lanțul cinematic:

Locomotiva diesel hidraulicã de 1250 CP este destinatã prestãrii servi- ciului de manevrã grea, pentru remorcarea trenurilor de cãlãtori și mãrfuri pe liniile secundare.

Dintre locomotivele diesel hidraulice fabricate în țara noastrã, LDH 1250 CP este singurul tip înzestrat cu un agregat pentru încãlzit trenul.

In fig. 1. dimensiunile constructive si modul de amplasare a principalelor agregate.

Fig. 1. Locomotiva diesel hidraulicã de 1250 CP – dimensiuni constructive și modul de amplasare al principalelor agregate. [15]

2.4.3 Date tehnice caracteristice ale motorului diesel 6 LDA 28 B

Locomotiva diesel hidraulicã LDH 1250 CP este acționatã de un motor diesel cu 6 cilindri în patru timpi, tip Sulzer 6 LDA 28 B, care lucreazã cu injecție directã, supraalimentat cu o turbosuflantã VTR 250. Motorul este de construcție complet închisã. Carterul se compune din traverse de oțel turnat și pereți longitudinali din table de oțel sudate împreunã, constituind o construcție ușoarã, dar rigidã. Datele principale ale motorului sunt prezentate în tabelul 1

Tabelul 1

Domeniul puterilor este subdivizat. Reglarea lor este automatã, dupã ce se acționeazã pe maneta controlerului.

Motorul lucreazã la diferite turații; fiecãrei turații îi corespunde un anumit cuplu motor. Curba caracteristicã a puterii este reprezentatã în fig. 1.

Fig. 1 Caracteristica de putere a motorului diesel 6 LDA 28 B: [15]

A – puterea la flanșa de cuplare a TH; B – poziția regulatorului SR; C – presiunea aerului de reglaj; D – cursa pistonului servomotorului de turație; E – cursa membranei Bellofram; F – consum specific de combustibil; G – servicii auxiliare (xx maxim 137 CP și x minim 97 CP).

2.3.4. Modul de functionare al motorului diesel

În motorul diesel se comprimã aer curat, care se încãlzește mult peste temperatura de aprindere a combustibilului utilizat. Combustibilul injectat în cilindri, cu puțin înainte de punctul mort superior al cursei de compresie, se aprinde și arde. Forța de expansiune a gazelor de ardere împinge pistonul în jos, realizând un lucru mecanic corespunzãtor.

La motorul diesel 6 LDA 28 B (supraalimentat cu ajutorul unei turbosuflante), o parte din energia conținutã în gazele de evacuare este utilizatã pentru comprimarea aerului necesar amestecului carburant.

De la turbosuflantã, aerul necesar amestecului carburant este refulat într-un colector comun, prin intermediul rãcitorului de aer, iar de aici este trecut în cilindri în timpul fazei de aspirație.

Umplerea cu aer precomprimat a cilindrilor este avantajoasã, deoarece la începutul fazei de compresie existã o cantitate mai mare de aer decât în motorul fãrã supraalimentare. În consecințã, poate fi ars mai mult combus- tibil, ceea ce duce la sporirea puterii motorului diesel.

Prin baleiajul gazelor, în camera de combustie efectul supraalimentãrii poate fi îmbunãtãțit si mai mult. Acest efect se realizeazã lãsând deschise simultan, un anumit timp, supapele de admisie și evacuare. Deoarece în acel timp presiunea aerului precomprimat este mai mare decât contrapresiunea de evacuare, se produce un puternic baleiaj al camerei de combustie. Por- nirea motorului diesel 6 LDA 28 B, care este montat pe LDH 1250 CP, este realizatã de un dynastarter.

În fig. 1 sunt arãtate dimensiunile de gabarit ale motorului diesel 6 LDA 28 B iar în fig. 2. secțiunea transversalã a aceluiași motor.

Fig. 1. Motorul diesel 6 LDA 28 B: [15]

1 – carterul; 2 – pompã hidrostaticã pentru ventilator; 3 – pompã hidrostaticã pentru compresor; 4 – filtru fin de combustibil; 5 – capac chiulasã; 6 – conductã pentru aerul de supraalimentare; 7 – rãcitor pentru aerul de supraalimentare; 8 – turbosuflantã; 9 – regulatorul mecanic;10 – volantul; 11 – robinet de golire.

Fig. 2. Secțiune transversalã prin motorul diesel 6 LDA 28 B: [15]

1 – conductã principalã de ungere; 2 – conductã aspirație ulei, pompã principalã; 3 – bielã; 4 – piston; 5 – cãmașã cilindru; 6 – conductã de eșapare; 7 – ieșirea apei de rãcire; 8 – capacul chiula- sei; 9 – suport culbutor; 10 – protector tijã de distribuție; 11 – pompã de injecție; 12 – arbore cu came; 13 – arborele cotit; 14 – contragreutate; 15 – gurã de umplere; 16 – carter; 17 – baie de ulei.

2.3.5 CICLUL DE FUNCTIONARE AL MOTORULUI DIESEL ÎN PATRU TIMPI

Detalierea timpilor :

Timpul I – Aspirația:

poziția 1 a manivelei: Pistonul începe sã se miște în jos; supapa de admisie A este deschisã;

poziția 2 a manivelei: Pistonul se mișcã în jos; prin supapa de admisie

A deschisã pãtrunde aer proaspãt.

Timpul II – Compresia, injecția, arderea

poziția 3 a manivelei: Pistonul începe sã se miște în sus. Supapa de admisie A se închide.

poziția 4 a manivelei: Supapa de admisie A și evacuare E sunt închise. Aerul aspirat este comprimat și se încãlzește peste temperatura de aprindere a combustibilului. Cu puțin înainte de PMS, începe injecția combustibilului care se autoaprinde și arde o cantitate de combustibil injectat.

Timpul III – Continuarea arderii, destinderea și emisia anticipatã.

poziția 5 a manivelei: Supapa de admisie A și de evacuare E sunt în- chise; continuã arderea combustibilului. Injecția înceteazã puțin dupã punc- tul mort superior. Datoritã gazelor arse se produce o creștere a presiunii.

poziția 6 a manivelei: Gazele arse, care se aflã la o presiune ridicatã, se destind și împing pistonul în jos, producând lucru mecanic.

Înainte de PMI se deschide supapa de evacuare E.

Timpul IV – Evacuarea:

poziția 7 a manivelei: Supapa de evacuare E fiind deschisã, gazele de ardere, care s-au destins, sunt evacuate în atmosferã, prin mișcarea în sus a pistonului.

poziția 8 a manivelei: Începe deschiderea supapei de admisie A având

loc baleiajul, care se terminã odatã cu închiderea supapei de evacuare E, dupã ce pistonul a trecut de PMS.

În fig. 1 este arãtat ciclul de funcționare al motorului diesel în patru timpi.

Fig. 1. Ciclul de funcționare al motorului diesel în patru timpi [15]

2.4 Concluzie

Datorita acestor sabotilor de frana , patinei si a motorului diesel ce se afla in componenta locomotivelor avem un mediu mai poluat din cauza particulelor generate de sabotiii de frana de patina de grafit a pantografului , de sunetul provocat de aceste sisteme si din cauza emisiilor diverselor moatoare diesel.

Capitolul 3. Studiu privind influența elementelor componente ale materialului rulant asupra mediului înconjurător

3.1. Planificarea cercetării

Că și zona a fost aleasă Gara de nord , Gara de Est și depoul de Locomotive din considerente legate de prezența tuturor cauzelor de poluare.

Pentru măsurarea uzurii patinei de graphit au fost folosite date din arhivă CFR anul 2011

În această disertație că cercetări experimentale am efectuat următoarele:

         Măsurarea emisiilor de metale grele generate de sistemul de frânare și pantograf

         Măsurarea uzurii patinei de graphit a pantografului

         Măsurarea zgomotului produs de materialul rulant

         Măsurarea emisiilor motorului diesel

Că obiective am urmărit următoarele

         Determinarea concentrației de metale grele în funcție de intensitatea factorului poluant.

         Determinarea concentrație de metale grele în medii diferite

         Deterrminarea nivelului de zgomot provocat de materialul rulant

         Determinarea emisiilor de particule

În urmă rezultatelor au fost propuse soluții pentru

         Diminuarea poluatilor din atmosfera

         Diminuarea poluării fonice

         Diminuare poluării solului cu metale grele

3.2. Etapele de organizare și realizare a cercetării

3.2.1. Măsurarea zgomotului

3.2.1.1 Aparatul și procedeul de măsurare

Că și instrument de măsurare am folosit telefonul ASUS ZE520KL pe care am instalt aplicația SOUND METER dezvolata de compania ABC APPs din SUA  fig 1 această putând înregistra valori pe o perioada bine determinate.

Fig.1 SOUND Meter si Microfon ASUS ZE520KL [arhiva proprie]

Un microfon dinamic funcționează folosind inducția electromagnetica și include 3 componente principale: o diafragmă de o anumită grosime confecționată dintr-un tip de film din poliester o bobină atașată de diafragmă ce este suspendată într-un câmp magnetic câmpul magnetic – alimentat de un magnet permanent integrat în microfon

Acest tip de microfon funcționează după același principiu dinamic că al unei boxe active însă acesta este inversat. Modalitatea de funcționare este foarte simplă: în momentul când vorbești undă de sunet lovește diafragmă iar această în urmă interacțiunii vibrează cauzând mișcarea bobinei în câmpul magnetic producând un curent variabil în bobină datorită inducției electromagnetice.

Acest semnal electric din bobină iese din microfon în preamplificatorul microfonului. Problema unei singure membrane dinamice este faptul că nu răspunde liniar la toate frecventele audio, iar din acest motiv unele microfoane folosesc membrane multiple pentru diferite părți ale spectrului audio, ulterior combinând semnalele rezultate. zeedoshop

Zgomotul poate fi descries în principal de volum , în al doilea rând de calitate sau ton și în ultimul rând de frecvența de aperitie .

Nivelul de zgomot este măsurat în decibel (dB), care măsoare presiunea acustică exprimată logarithmic și este proporțională cu pătratul energiei . 1dB= 2 x 10-5N/m2 . O creștere cu 3 dB reprezintă dublarea energiei. Exemplu : două trenuri care trec unul pe lângă celălalt vor crea cu 3dB mai mult zgomot decât unul singur  (10 x log102 = 3 )

Dacă volumul este percepția oamenilor că fiind intentisate sunetului atunci o crește de 10 dB represinta o dublare. O crește de 10 ori a traficului da impresia că volumul zgomotului s-a dublat.

Majoritatea oamenilor detectează o schimbare de 5 dB . Dormitoarele liniștite au un nivel de zgomot între 20 și 40 dB. Comunicarea în birouri și în școli devină dificilă la un nivel peste 55dB . Sanatea este pusă în pericol la sunete de peste 90 dB . Iar peste 120 dB apare durerea iar deja la 150 dB apare daune ireversibile

Mișcarea vibrațiilor este caracterizată de aplitudine și de frecvența. Aplitutinea ne da volumul iar tonul sau notă muzicală este dat de către freventa măsurată în Hz . Un tren care este în trecere gemereaza un sunet cu o frecvența între 100 și 18000 Hz . Frecvența prefominanta este cauza de contacul roată shina și este cuprinsă între 800 și 4000 Hz.

Datorită faptului că zgomotul creat de trenuri este variabil și intermittent avem un mai multe moduri de a exprimă zgomotul : instantaneu și în timp

Parametrii reprezentând nivelul de zgomotului

Nivelul maxim de zgomot Lmax este cea mai pare presiune instantanee înregistrată la trecerea unei locomotive prin dreptul unui observator

SEL (Single event level) se măsoară timp de 1s unde energia și nivelul sunetului sunt constante

L10 nivelul de zgomot care reprezintă 10% din timpul unei perioade de ore alese, de obicei 18 sau 24 și este exprimată în dB(A)

L90 este zgomotul de fundal și reprezintă 90% din timpul unei perioade timp alese și este folosit pentru a măsurat zgomotul industrial

Leq nivelul total al zgomotului dintr-o perioada aleasă

În măsurarea impactului creat de trecerea trenurilor o atenție sporită îl acordăm Tipului de tren și valorilor SEL. Un tren la viteză maximă va produce un Lmax și o cantitate de energie specificată SEL. LAeq este suma logaritmică a tuturol SEL dintr-o zi

LAeq = dB(A)

Tabelul 1.1 sunete legate de transport.

3.2.1.2 Grafice ale zgomotelor rezultate în urma măsurătorilor

Aceste exemple au fost măsurate la o distanță de 20 30 metri față de trenuri

În figura 1.1 avem  profilul zgomotului creat de locomotivă diesel Desiro (săgeata albastră) clasa 97 la diferite viteze. Dacă trenul acelereaza până la 100 km/h se va produce un zgomot maxim în dreptul motorului de 89.5 dB(A) scăzând treptat până la 84 dB(A) cu indepartea de locomotive. Dacă trenul va merge cu viteză maximă de 120 Km/h zgomotul motorului va fi deposit de zgomotul produs de contactul roată șînă care este cuprins între 90 și 92 dB(A) . La capătul din spate al trenului zgomotul este irregular. Avem SEL 95.5 la 100km/h și 97 dB(A) la 120 km/h. Dacă ar fi să treacă 10 trenuri într-o ora Leq (1h) = 71 dB(A) sau 150 trenuri in 24 ore Leq(24)=69.6

Figura 1.2 Profilu de zgomot Automotor Desiro – Siemens VT 642 [arhiva prorprie ]

În figura 1.2 avem profilul zgomotului creat de locomotivă electria EA-40 clasa 40 la 120 km/h și 160 km/h. Un tren cu 4 vagoane va produce Leq pentru 1h și 24h 48 respectiv 46 dB(A) și un SEL = 79.5 dB(A) la viteză de 120 Km . Mărind viteză la 160 km/h vom avea un SEL de  71.2dB(A).

Figura 1.2 Profilu de zgomot Locomotiva electrica 060 EA [arhiva proprie]

În figura 1.3 avem profilul zgomotului creat de Locomotivă Diesel Hidraulică LDH 1250 CP:la 60 km/h și 100 km/h. Un tren cu 2 vagoane va produce Leq pentru 1h și 24h 54 respectiv 53 dB(A) și un SEL = 81.5 dB(A) la viteză de 60 Km . Mărind viteză la 100 km/h vom avea un SEL de  81dB(A).

Figura 1.3 Profilu de zgomot Locomotiva Locomotiva DHC modernizata cu motor CATERPILLAR [arhiva proprie]

În figura 1.4 avem profilul zgomotului creat de Locomotivă Diesel Electrică 621 EGM:având vagoanele încărcate cu marfă și goale. Primul grafic este cu locomotive încărcată la capacitate maximă iar în cel de-al doilea este la întoarce cu vagoanele goal

Figura 1.8 Profilu de zgomot Locomotiva Diesel Electrica 621 EGM – Modernizata General Motors [arhiva proprie]

3.2.2 Măsurarea uzurii patinei de carbon a pantografului

Testarea operațională a benzilor pantografice a fost efectuată pe locomotivă 45-0320-7 în divizia CFR CĂLĂTORI . din TImisoarași a avut loc de la 10 decembrie 2010 – 13 decembrie 2011. În această perioadă, gradul de uzură al cuprului și al cuprului benzile de carbon au fost testate prin măsurarea grosimii lor în cursul perioadei periodice (P1, P2, P3 și NB), la fiecare 30 de zile.

Fig 1. Locomotiva 45-0320-7 [arhiva proprie]

În perioada de 12 luni, locomotiva 45-0320-7 a acoperit 55 077 km cu colectoare de curent de funcționare. Rezultatele măsurătorilor de uzură liniară a pantografului benzi sunt prezentate în fig. 1. Pe 09.06.2011 pantograful de cupru benzile au fost înlocuite pe măsură ce acestea au fost uzate (pragul atins). Pragul pentru cupru fâșiile de pantograf în perioada de primăvară-toamnă sunt de 2,5 mm și de 3 mm în timpul iernii. Carbonul fâșiile de pantograf au fost folosite în continuare datorită faptului că nu le-au atins praguri, care se ridică la 5 mm în primăvara toamnei și 8 mm în timpul iernii.

Fig 2. Uzura liniară a benzilor de pantograf de carbon (linia albastră) și cupru (linia roșie) și distanța acoperita [arhiva proprie]

In cursul testării operaționale a benzilor pantografului, o dependență semnificativă de

uzura pe parcursul anului a fost detectată. În cazul unei locomotive 45-0320-7 uzura

a benzilor pantografului a crescut de mai multe ori în perioada de iarnă (decembrie și ianuarie

2010, decembrie 2011), când s-au utilizat benzi de pantograf de carbon fig 3.

Figura 3. Uzura medie a patinei de carbon (linia maro) și cupru (linia roșie)

în perioada dintre inspecții [arhiva proprie]

Analiza din figura 8 arată că, în perioada de iarnă (în condiții meteorologice nefavorabile)benzile cu pantograf de carbon se uzează de 3 ori mai mult decât în perioada rămasă. În general în perioada de primăvară – toamnă, uzura benzilor de carbon și de cupru a fost mult mai mica decât în decembrie 2010, ianuarie și decembrie 2011.

Figura 4 prezintă rezultatele observării ratei de uzură pentru întrega perioada de testare. A fost prezentată uzura procentuală a fâșiilor de pantograf de carbon și de cupru sub forma unui grafic ca grosimea măsurată a benzii la raportul de grosime initial inclusiv pragul de uzură, care este următorul:

– benzile de carbon 5 mm (perioada primăvară-toamnă) și 8 mm (iarna);

– benzi de cupru 2,5 mm (perioada de primăvară-toamnă) și 3 mm (iarna).

Fig. 4. Uzură procentuală de cărbune (linia maro) și de cupru (linia roșie) măsurată în timpul inspecții periodice [arhiva proprie]

Uzura indicată în procente este importantă, deoarece semnalează entității de operare atunci când a banda pantografului atinge grosimea minimă permisă, ceea ce indică faptul că ar trebui să fie înlocuit. Având în vedere acest lucru, rezultatele obținute în urma analizei uzurii benzii pantografului în fig. 4 arată că benzile de pantograf din cupru se uzează mai repede decât cele din carbon. Aceasta este datorită faptului că grosimea inițială a fâșiilor de pantograf de carbon a fost de trei ori mai mare decât cea a benzilor de carbon grosime a celor de cupru și, prin urmare, pot fi utilizate pentru perioade mai lungi de timp (acestea

atinge grosimea minimă permisă mai târziu decât benzile de cupru).

După cum s-a arătat mai sus, cercetarea a arătat că perioada de iarnă este mai speciala

cerând benzi de pantograf de carbon care se uzează mai repede. În plus, în timpul iernii fenomenele adverse adiționale apar din cauza înghețului sau a gheții pe firele aeriene atât

când benzile de pantograf cu carbon și cupru sunt utilizate. Pauze scurte în banda pantografului contactul cu sârma de vârf duce la pierderi de rezistență în câteva milisecunde care sunt legate de scânteiere și eliberarea de cantități mari de căldură în punctul de legătură,

ceea ce duce la defecțiunile benzilor pantografului. Un arc electric are loc în timpul pierderii

conectivitatii benzilor pantografului cu firul de susținere care, la rândul său, conduce la

încălzirea parțială atât a firului de susținere cât și a fâșiilor pantografului si mecanic la

deteriorarea sârmei aeriene și a benzilor pantografului în mod particular nefavorabil de exemplu atunci când un cablu suspendat este acoperit cu gheață.

3.2.3. Măsurarea emisiilor de metale grele generate de sistemul de frânare și pantograph

Pentru acest studiu vom folosi cercetările realizate de Domnul inginer Mircea Dungan în teza de doctorat “Soluții constructive și tehnologice pentru optimizarea sistemelor de frânare ale materialului rulan”

În acest studiu domnul Dungan a strâns o serie de probe (sol , apă , plante)din 5 zone de interes acest lucru este evidențiat în tabelul 1.1

Tabelul 1.1 Zone critice selectate pe ruta Timișoara Nord – Lugoj [Dungan 13]

Pentru a obține măsură aceste probe prelevate a fost folosită metodă spectrometrie de absorbție atomică. În urmă acestor măsurători avem :

·         Concentrația de Co

În monstrele de apă respectiv plante prelevate din zonele critice de pe calea ferată avem valori apropriate de 0 . Concentrația de CO monstrele de sol prelevate sunt de 3 ori mai mari decât valorile maxime admise. Cele mai ridicate valori ale concentrație CO în monstrele de sol se găsesc la eșantioanele de sol prelevate din stația de cale ferată Remetea Mare , iar cele mai scăzute valori le casim în zona de curbă de rază R=950 poziționată la Km 540+345-540+715,

·         Concentrația de Cd

Asemănător cu CO concentrația din apă și de pe plante este nesemnificativă față de cea prelevate de la nivelul solului care depășește cu 2.3 ori valoarea maximă admisă. Cele mai ridicate valori ale concentrație CO în monstrele de sol se găsesc la eșantioanele de sol prelevate din stația de cale ferată Remetea Mare , iar cele mai scăzute valori le casim în zona de curbă de rază R=950 poziționată la Km 540+345-540+715,

·         Concentrația de Zn

Avem valori apropriate de 0 la probele luate din apă și de pe plante dar când vine vorba de probele preluate de la suprafață solului avem o concentrație de 11 ori mai mare decât maximul admis . Cele mai ridicate valori ale concentrație CO în monstrele de sol se găsesc la eșantioanele de sol prelevate din stația de cale ferată Remetea Mare , iar cele mai scăzute valori le casim în zona de curbă de rază R=950 poziționată la Km 540+345-540+715,

·         Concentrația de Plumb

Valorile concentrațiilor din apă și de pe suprafață plantele este neglijabilă. La suprafață solului valorile sunt depășite de 23 de ori limita maximă admisă. Cele mai ridicate valori ale concentrație CO în monstrele de sol se găsesc la eșantioanele de sol prelevate din stația de cale ferată Remetea Mare , iar cele mai scăzute valori le casim în zona de curbă de rază R=1850 poziționată la Km 554+690-555+130

·         Concentrația de grafit și Cupru

Aceste valori sunt neglijabile pentru că majoritate sunt produși de patina pantografului și linia de contact iar majoritatea acestora rămân pe acoperișul locomotive exemplu fig 1.

Fig 1. Pulbere grafit plumb Pantograful locomotivei 45-0320-7

Ca si valori inregistrate putem vizualiza rezultatele acestui studiu in tabelul 1.2

Tabelul 1.2 Concentratii determinate [Dungan 13]

Analizând rezultatele putem observă că în stația de cale ferată unde toate frânează obligatoriu pentru reducerea vitezei și oprirea itinerarica se înregistrează cele mai mari valori ale concentrațiilor de metale grele în sol iar cele mai mici valori deși peste limita maximă admisă se înregistrează în zonele cu frânare pentru scurtă durata.

Astefel putem dovedi cu ajutorul acestui studiu că sursă emisiilor de metale grele în special Pb este sistmul de frânare utilizat la matarialul rulant aflat din dotarea SNTFC CFR CĂLĂTORI SĂ

Fig 3 Saboti frana uzati CFR CALATORI [arhiva proprie]

Masurarea emisiilor motorului diesel

Acest subcapitol se referă la emisiile provenite de la transportul feroviar, si se referă la circulatia mărfurilor sau a persoanelor pe calea ferată. Locomotive de cale ferată, în general, sunt de trei tipuri: diesel, electrice sau, mai putin frecvent, cu abur.

Locomotive Diesel fie folosesc numai motoare diesel sau în combinatie cu un alternator sau un generator de la bord pentru a produce energie electrică care alimentează motoarele lor de tractiune (diesel-electrice).Emisiile de esapament de la căile ferate provin din arderea combustibililor lichizi

Motoarele diesel sunt forma predominantă în cadrul industriei de căi ferate. Motoarele pot fi montate în trei tipuri distincte de unitate de propulsie, după cum urmează:

locomotive de manevră – aceste locomotive sunt folosite pentru manevre vagoane si sunt echipate cu motoare diesel a căror putere este de obicei în intervalul 200-2 000 kW;

drezine sunt vagoane utilizate în principal pentru distantă scurtă de exemplu, traficul urban / suburban. Acestea sunt echipate cu motoare diesel cu o putere de circa 150-1 000 kW;

locomotive de cursă sunt folosite pentru distante lungi atat pentru mărfuri si pasageri. Acestea sunt echipate cu motoare diesel cu o putere de aproximativ 400-4 000 kW

In prezent, există două tipuri de combustibili utilizati.Primul tip este uleiul de gaz, care este un distilat petrolier de mijloc si are o densitate ridicată si continut de sulf. Celălalt tip este combustibil diesel conventional, similar cu cel utilizat în sectorul transportului rutier. Acesta are un continut de sulf mic

Aparatul de masura folosit

Pentru masurarea [internet 23] emisiilor motorului diesel s-a folosit analizorul de gaze tip Testo 350 M/XL. Acesta poate masura dioxidul de Sulf , Oxigenul , dioxidul de azo , monoxitul de azot si noxele. Analizorul este certificate de catre Institul national de metrologie din Bucuresti.

Acesta masoara in timp real concentratiile emisiilor poluante din gazele de ardere. Functioneaza pe principii electrochimice cu cellule speciale . In urma unor reactii electrochimice se genereaza current electric de intensitate proportionala specie masurate .

Gazoananalizorul TESTO 350 M/XL este un echipament performant de determinarea a emisiilor gazoase din gazele de ardere, determinarea acestora realizându-se în celule speciale, în urma unor reacții electro-chimice de tip Peltier. Gazele analizate sunt SO2, CO, CmHn, O2, NO și NO2.

De asemenea, determină coeficientul excesului de aer și, prin calcul, concentrația de CO2, viteza de curgere a gazelor și debitul masic (numai dacă se ia în calcul secțiune de curgere) pentru toate speciile de gaze analizate

Aparatul este format din trei subansamble principale: unitatea de analiză, unitatea de control și sonda de prelevare a gazelor. Opțional se pot atașa diferiți senzori de temperatură precum și o sondă Pitot-Prandtl. Unitatea de analiză este echipată cu două intrări diferite pentru senzorii de temperatură: una pentru determinarea temperaturii gazelor prelevate și una pentru altă utilizare, spre exemplu pentru determinarea temperaturii ambiante.

Unitatea de analiză conține celulele de reacție, bateria de acumulatori, filtrele pentru reținerea impurităților solide din gazele de ardere si aer, decantorul pentru condens și conexiuni electro-pneumatice, așa cum reiese din figurile 1 și 2.

Fig. 1 Unitatea de analiză 1 – Conexiuni transfer de date; 2 – diluție; 3 – semnal de alarmă; 4 – senzor opțional de temperatură; 5 – conectare sondă. [internet 23]

Gazul aspirat prin sondă este introdus în celule de reacție când pompa de gaz este pornită manual sau automat. Înainte însă gazul de analizat este răcit brusc la 4 8 °C, având loc precipitarea condensatului cu absorbție scăzută de NO2 și SO2, condensat ce este evacuat la intervale regulate de timp de o pompă de condens. Gazul uscat trece apoi printr-un filtru special, în vederea reținerii particulelor solide. Acest filtru funcționează și ca o capcana pentru apă: dacă mai există apă în gazele aspirate filtrul devine impermeabil, prin închiderea porilor în contact cu apa, protejând astfel senzorii și pompa.

Fig. 2. Unitatea de analiză. 1 – contacte electrice; 2 – leduri de control; 3 – Filtru particule solide; 4 – Filtre reținere particule din aerul aspirat; 5 – colectare condens; 6 – Celule de analiză; 7 – sistem integrat de determinare a vitezei și presiunii gazelor; 8 – conexiunii [Internet 23]

În urma reacțiilor Peltier se emite un semnal electric trimis și prelucrat în unitatea de control, fiind afișate valorile concentrației emisiei gazelor analizate. Surplusul de gaz este evacuat continuu.

Celula de CmHn este diferită, concentrația de hidrocarburi fiind determinată prin oxidare catalitică, ceea ce presupune existența unei cantități minime de O2 în gaze de aproximativ 2 %. Celula este închisă automat dacă valoarea O2 este sub 2 %. De asemenea, este posibilă și închiderea manuală a celulei de hidrocarburi.

Pentru măsurători de anvergură (monitorizarea mai multor surse) se pot interconecta până la 8 unități de analiză, echipate identic sau diferit și până la 20 unități separate de achiziție de date (pentru determinări de viteză, temperatură, umiditate, etc.) ca în figura 3, toate conectate la aceeași unitate de control și/sau la un PC.

Unitatea de control (figura 4) este un dispozitiv de măsurare ce poate fi utilizat și independent de unitatea de analiză, însă NU pentru determinarea emisiilor gazoase. Este echipat cu conexiuni de intrare la care pot fi conectați (pe lângă unitatea de analiză) senzori de temperatură, umiditate, viteză, turbulență, presiune, curent și tensiune, precum si turație. Pot fi afișate grafic până la 6 canale simultan. Unitatea de control poate fi operată fie cu ajutorul tastaturii fie al unui creion de contact (touchpen). Pe lângă valorile datelor măsurate mai sunt afișate informații cum ar fi configurarea sistemului și locație. Este echipată cu sursă de lumina pentru operarea în condiții de întuneric. Prin conectarea unui sistem de achiziție de date se pot extinde intrările pentru senzori. Unitatea este echipată cu memorie proprie, în care se pot stoca până la 250.000 de date, precum si cu o imprimantă încorporată pentru tipărirea acestora. Datele măsurate pot fi transferate și către un PC printr-o interfață de tip serial.

Fig.3. Interconectarea aparatelor pentru măsurători continue complexe. [Internet 23]

Fig. 4. Unitatea de control. 1 – imprimantă, 2 – touch-pen (creion de contact), 3 – bară pentru informații de sistem, 4 – afișare valori măsurate, 5 – bară pentru informații legate de funcționare, 6 – taste operare funcțiuni, 7 – tastatură, 8 – conectare sondă presiune, 9 – conectare probă, 10 – conectare unitate de analiză, 11 – interfață serială. Prin conectarea la PC gazoanalizorul TESTO 350 M/XL poate fi folosit la măsurători de lungă durată (săptămâni), fiind controlat de un program special, ComSoft 3. [internet 23]

3.2.4.2 Masurartori și analiză rezultatelor

Au fost effectuate 2 măsurători pe locomotivele LDH 125 de 920kW și 1000kW la diferite turații și introduce într-un table pentru a putea fi analizate . Rezultatele au fost trecute în următoarele 2 tabele

Tabel 1 LDH 125 motor 920kW [arhiva proprie]

Tabel 2 LDH 125 motor 1000kW [arhiva proprie]

Emisiile de CO2 se măresc în funcție de consumul de combustibil (ceea ce este normal), deoarece mai mult carburant înseamnă mai mult carbon care trebuie oxidat. Ceea ce trebuie menționat în mod special este ca in cazul numărul 2: emisia este întotdeauna mai mare în comparație cu baza.De asemenea, este importantă viteza motorului (rpm) în cel de-al doilea caz.

Emisia de CO are o variație similară, cu excepția celei de-a doua etape a încărcării în cazul 1 în care concentrația scade și apoi crește odată cu creșterea turației și a consumului de combustibil. Explicația pentru scăderea în prima etapă este aceea că motorul pe ralanti funcționează cu λ> 4 iar în cazul 1 din pasul 2 λ este mai mic de 4. În studiul de caz 2 variația crește de la fiecare etapă de încărcare datorită unei mai bune injectări și reglarea lui λ la viteza de relanti

Variația NO și NOx este similară (NOx = NO + NO2) și depinde de consumul de combustibil și de concentrația acestuia, ceea ce este în scădere în studiul de caz 2. O notă importantă este că, pentru locomotiva hidraulică diesel de 1000 kW, emisiile nocive (NOx) scad după atingerea vitezei corespunzătoare la 1020 rpm, iar în cazul locomotivelor hidraulice diesel de 920 kW continuă să crească cu rotația turației motorului.

Cu toate acestea, valorile obținute în studiul de caz numărul 1 sunt mult mai reduse (chiar și cu 57% în prima etapă de încărcare), în etapele de încărcare maximă și se majorează permanent în următoarele. Diferența a devenit mai mică (până la 17% în ultimii pași de încărcare), deoarece modernizarea motorului cauzează o formare mai redusă a NOx

În ceea ce privește temperatura gazului, variațiile celor două motoare sunt apropiate, dar valorile pentru turația motorului (rpm) sunt foarte diferite. Atât viteza motorului (rpm) cât și temperatura gazului depind de consumul de combustibil, puterea mai mare înseamnă și valori mai mari

Chiar și așa trebuie remarcat faptul că pentru cazul 1 viteza de rotație este mult mai limitată la consumul de combustibil. O explicație poate fi viteza, mecanismul de injecție, tipul injectorului, presiunea de injecție și un alt aspect important este faptul că în motorul vechi reglarea injecției se face prin mecanism mecanic și în noul motor se face electronic cu ECU unitatea de comandă a motorului

Capitolul 4. Prevenirea și limitarea poluării

4.1 REDUCEREA POLUĂRII FONICE GENERATE DE TRAFICUL FEROVIAR

În general, sunt identificate trei surse diferite de zgomot generat de traficul feroviar:

zgomotul locomotivelor;

zgomotul de rulare;

zgomotul aerodinamic.

Zgomotul generat de traficul feroviar este în mare măsură o problemă a trenurilor de marfă și a celor care au vagoane sau locomotive mai vechi și reprezintă o problemă gravă în special în timpul nopții. În general, zgomotul de rulare este mai ridicat din cauza mijloacelor feroviare slab întreținute și a trenurilor care rulează pe o infrastructură slab întreținută. Zgomotul aerodinamic este relevant în mod special pentru liniile de mare viteză pentru care, în majoritatea cazurilor, au fost implementate măsuri de limitare a zgomotului, precum bariere fonice. Barierele fonice reduc impactul zgomotului de rulare, dar în mod normal sunt prea joase pentru a avea vreun efect asupra zgomotului generat de pantograf. Zgomotul locomotivelor este cel mai relevant pentru vitezele mici de până la aproximativ 30 km/h, zgomotul de rulare la viteze de peste 30 km/h, iar zgomotul aerodinamic predomină la viteze de peste 200 km/h. Cea mai importantă sursă de zgomot este zgomotul de rulare, care afectează toate tipurile de tren.

Zgomotul generat de traficul feroviar este în mare măsură o problemă a trenurilor de marfă și a celor care au vagoane sau locomotive mai vechi și reprezintă o problemă gravă în special în timpul nopții. În general, zgomotul de rulare este mai ridicat din cauza mijloacelor feroviare slab întreținute și a trenurilor care rulează pe o infrastructură slab întreținută. Zgomotul aerodinamic este relevant în mod special pentru liniile de mare viteză pentru care, în majoritatea cazurilor, au fost implementate măsuri de limitare a zgomotului, precum bariere fonice. Barierele fonice reduc impactul zgomotului de rulare, dar în mod normal sunt prea joase pentru a avea vreun efect asupra zgomotului generat de pantograf. Zgomotul locomotivelor este cel mai relevant pentru vitezele mici de până la aproximativ 30 km/h, zgomotul de rulare la viteze de peste 30 km/h, iar zgomotul aerodinamic predomină la viteze de peste 200 km/h. Cea mai importantă sursă de zgomot este zgomotul de rulare, care afectează toate tipurile de tren.

În schimb, măsurile orientate către sursă reduc zgomotul la nivelul întregului sistem feroviar, daca sunt introduse la scară largă. De exemplu, problema vagoanelor de marfă feroviare zgomotoase poate fi redusă înlocuindu-se saboții de frână din fontă cu saboți de frână din material compozit. Această problemă este examinată în prezent de industria feroviară și ar afecta aproximativ 370 000 de vagoane de marfă vechi. De asemenea, reprezintă măsuri de reducere a zgomotului la sursă suspensiile roților, forma aerodinamică a pantografelor și izolația fonică a echipamentelor de tracțiune (de exemplu, motoarele locomotivelor). În conformitate cu actualul standard tehnic de interoperabilitate (STI Zgomot), materialul rulant care a fost introdus din anul 2000 (inclusiv locomotivele și vagoanele de pasageri sau vagoanele automotoare de pasageri) trebuie să reducă emisiile de zgomot cu aproximativ 10 dB(A) în comparație cu echipamentele din anii 1960 și 1970.

In mod ideal zgomotul ar trebui redus la sursă, deoarece aceste măsuri au efect la nivelul întregii rețele. În cazul în care infrastructura feroviară generează niveluri ridicate de zgomot (de exemplu, zgomotul care radiază din structuri ca viaductele sau scârțâitul în curbele strânse) sau în cazul în care mediul local este în mod special sensibil la zgomot (de exemplu, zone cu frumuseți naturale sau medii urbane cu locuințe aflate foarte aproape de liniile de cale ferată), pot fi necesare măsuri suplimentare de reducere a zgomotului de-a lungul căilor ferate. Astfel de măsuri includ modificatoare de frecare, amortizoare de șină, șine fără traverse (sau izolate) și, bineînțeles, diguri antifonice și bariere fonice de diverse înălțimi. Șinele și vehiculele ar trebui toate întreținute pentru a elimina sursele inutile de zgomot, de exemplu, canelarea fig.1

Fig 1. Amortizoare Sina si Bariere fonice [arhiva proprie]

Dotarea vagoanelor de marfă feroviare existente cu saboți de frână K sau (dacă sunt aprobați) LL fig 2 este măsura cea mai rentabilă în ceea ce privește vehiculele. În ceea ce privește vehiculele, măsuri suplimentare sunt suspensiile roților, modificatoare de frecare montate pe vehicule (cele mai eficace în rețelele urbane și suburbane) și (pentru trenurile de mare viteză) pantografele optimizate aerodinamic (de exemplu, protecție sau înveliș). Aceste măsuri sunt eficace la nivelul întregii rețele. Ar putea fi efectuată o cercetare suplimentară privind construcțiile modificate de roți, deoarece acestea sunt foarte eficace, dar experiențele avute cu accidentele au avut ca rezultat reticența de a utiliza construcții de roți care să le înlocuiască pe cele de tip monobloc.

Fig 2 Saboti frana K si LL [I 24]

În ceea ce privește infrastructura, modificatoarele de frecare, amortizoarele de șină, șinele fără traverse sunt cele mai rentabile măsuri de reducere a zgomotului. În mediile dens populate și pe tronsoanele de cale ferată intens circulate, utilizarea de bariere sau de învelișuri fonice nu poate fi evitată. Cu toate acestea, dacă sunt introduse la scară largă măsuri care vizează vehiculele, numărul barierelor sau al învelișurilor fonice poate fi redus în mod semnificativ.

În plus, este necesar ca șinele și roțile să fie frecvent monitorizate și întreținute pentru a reduce zgomotul fig 3 . Calitatea suprafeței roților și a șinelor este un factor-cheie în determinarea zgomotului de rulare și se deteriorează în mod natural de-a lungul timpului; suprafețele grav deteriorate (roțile deformate sau șinele canelate) reprezintă o sursă majoră de zgomot.

Fig 3 CNC pentru prelucrare roti si Lucrare de mentenanta cale ferata CENAFER Tirgu-Jiu [arhiva proprie]

Parlamentul European și Comisia Europeană încearcă să încurajeze statele membre să întreprindă mai multe acțiuni pentru a reduce zgomotul generat de traficul feroviar, de exemplu, prin introducerea de planuri de prețuri pentru șine condiționate de zgomot. Astfel de stimulente economice (taxarea diferențiată a căilor ferate în funcție de emisiile de zgomot) pot ajuta la:

stimularea utilizării de tehnologie cu emisii de zgomot reduse pentru materialul rulant;

promovarea utilizării de rute care evită focarele de zgomot;

promovarea în zonele sensibile a unor operațiuni de rutină și a unor viteze care reduc zgomotul.

În ceea ce privește reglementarea, programul japonez „Top-Runner”1 este un exemplu de reducere a zgomotului pe termen lung. STI Zgomot reprezintă o bază corespunzătoare pentru reglementarea zgomotului pe termen mediu și lung. În prezent, standardele privind emisiile de zgomot sunt valabile numai pentru vehiculele noi sau modificate. Pe termen mediu și lung, STI poate deveni obligatoriu pentru toate vehiculele. Nivelurile de zgomot prevăzute în STI Zgomot ar trebui, de asemenea, să fie reduse periodic în funcție de evoluțiile tehnologice, la fel ca exemplul japonez.

În principiu, există trei abordări ale unui plan de prețuri pentru șine condiționate de zgomot, iar fiecare poate fi configurată ca un mix de elemente de bonificație și de penalizare:

1. Emisiile de zgomot generate de trenuri pot fi măsurate în puncte critice din zone dens populate și/sau unde există distanțe mici până la zonele rezidențiale și pot fi apoi alocate trenurilor care generează zgomotul. Atunci, majorarea taxei pentru șine în funcție de zgomot ar varia în raport cu nivelul local de zgomot și, eventual, cu expunerea la zgomot a populației locale.

2. Vagoanele pot fi clasificate în categorii de zgomot și taxate cu un preț majorat în funcție de zgomot sau pot primi o bonificație în funcție de categoria de zgomot. Operatorul trenului va plăti taxa sau va primi bonificația de la administratorul infrastructurii și va transmite factura sau va acorda bonificația deținătorului sau operatorului vehiculului.

3. Trenurile pot fi clasificate pe baza tipurilor de vagoane feroviare din care sunt alcătuite. În cazul trenurilor de marfă, categoria de emisii a trenului ar putea varia la fiecare modificare a alcătuirii trenului în stațiile de triaj.

Prima abordare ar corespunde direct principiului „poluatorul plătește”, dar duce la costuri ridicate de tranzacționare în ceea ce privește implementarea și controlul. Cea de a doua abordare este cel mai simplu și ușor de implementat, dar neglijează natura zgomotului produs de traficul feroviar; este necesar un procentaj ridicat de vagoane cu emisii reduse de zgomot pentru a obține o reducere substanțială a emisiilor generate de trenuri. Cea de a treia abordare nu necesită un sistem complicat de plăți, ci un sistem informatic funcțional (eventual internațional) de control al vagoanelor.

Planurile de taxare pot fi incluse în reglementări legislative corespunzătoare pentru a institui un cadru clar privind activitățile pe termen lung de reducere a zgomotului generat de traficul feroviar. Sunt posibile următoarele instrumente de reglementare:

limite pentru zgomotul staționar și de trecere pentru vagoanele de marfă și locomotive

norme de exploatare și de întreținere;

tehnologie de limitare a zgomotului pentru noul material rulant în conformitate cu programul japonez „Top-Runner”. Acest program are ca scop reducerea consumului de energie și a impactului asupra climei prin stabilirea dinamică de niveluri de emisii pe baza celor mai bune practici actuale („top runners’ performance” – performanțele celor mai buni concurenți);

programe de adaptare a vehiculelor în funcțiune actualmente (program privind obligații în etape).

Pentru a încuraja proprietarii de vehicule să investească în măsuri de reducere a zgomotului, ar trebui introduse taxe de acces la șine condiționate de zgomot (NDTAC). În prima etapă, acesta ar trebui să se axeze pe vagoanele de mărfuri, dar planul poate include ulterior alte vehicule sau măsuri sau se poate axa pe limite de zgomot fără a ține seama de o măsură de respectare a limitei.

4.2 REDUCEREA EMISIILOR CHIMICE ALE MOTOARELOR DIESEL GENERATE DE TRAFICUL FEROVIAR

Conform definițiilor existente în legislația europeană care are la bază Regulamentul 13 (UNECE), precum și a prevederilor standardul român de clasificare a vehiculelor pe categorii (STAS 11960-89), vehiculele grele cuprind vehiculele din categoria transportului de mărfuri (N) și pasageri (M) cu masa totală peste 3,5 tone.

Arderea combustibililor petrolieri în motoarele diesel se caracterizează prin fenomenul de autoaprindere care apare înainte de finalizarea injecției de combustibil în camera de ardere; amestecul format din aer și combustibil este eminamente neomogen și cu exces de aer. Pentru cazul motoarelor cu injecție directă arderea este împărțită în faza arderii amestecurilor preformate (arderea rapidă ) și cea a arderii difuzive (arderea moderată).

Arderea generează în atmosferă emisii poluante din care sunt limitate prin norme oxizii de azot (NOx=NO+NO2), monoxidul de carbon (CO), hidrocarburile gazoase (HC) și particulele diesel (abreviate PT –en. particulates sau PM –en. particulate matter). Acest din urmă poluant este definit prin metoda sa de măsură, adică măsura gravimetrică a materiei solide și lichide colectate pe un filtru de teflon de o porozitate dată, la trecerea gazelor de evacuare emise de un motor diesel, gaze diluate cu aer și răcite până la 52°C. Particulele reprezintă un poluant alcătuit în mare parte din funingine, cunoscută și investigată în deceniile trecute cu metode optice prin măsurarea fumului; compoziția particulelor cuprinde carbon elementar, hidrocarburi grele din combustibil și ulei, care constituie așa numita fracțiune organică solubilă (SOF) a particulelor, sulfați și apă. Mecanismele apariției acestor poluanți sunt complexe, diferite, variabile funcție de fazele arderii, de specificul constructiv și funcțional al motorului.

Calitativ, se poate asocia o emisie mare de CO cu o lipsă locală de oxigen, deși arderea globală rămâne cu exces de aer; cauzele unei emisii crescute de HC pot fi explicate prin mărimea zonelor din camera de ardere cu o compoziție extrem de bogată sau de săracă a amestecului (în combustibil) care nu poate menține reacțiile chimice de autoaprindere și de propagare a frontului de flacără [1]. Pentru NOx predictorii emisiilor mari sunt temperaturile foarte înalte din camera de ardere și conținutul local ridicat de oxigen.

Metodele de scădere a poluanților la motoarele diesel se împart în metode pasive, care au ca scop reținerea și neutralizarea poluanților după ce aceștia s-au format în camera de ardere, metode active, care urmăresc combaterea formării poluanților prin optimizarea combustiei, și metode legate de reformularea combustibililor. În tabelul 1 sunt detaliate principalele tipuri de cercetări și procedeele de scădere a poluanților pe care le-am testat. Sunt marcate calitativ efectele asupra emisiilor și performanțelor motorului, care sunt în concordanță cu literatura tehnică

Tabelul 1.1 Tehnicile de scădere a poluanților investigate

4.2.1. METODE PASIVE DE REDUCERE A POLUANȚILOR

În categoria dispozitivelor antipoluante care aplică metodele pasive (post-tratarea gazelor arse) sunt cuprinși catalizatorii de oxidare diesel, prescurtat DOC (Diesel Oxidation Catalyst), sistemele de reducere catalitică selectivă a NOx, prescurtate SCR (Selective Catalytical Reduction) și filtrele de particule (Diesel Particulate Filter).

Aceste dispozitive sunt scumpe fiindcă folosesc materiale rare și tehnologii complicate și energofage, dar au eficiențele scăderii poluanților foarte bune, de cel puțin 60-70%, cu valori maxime de 90-95%.

Folosirea catalizatorilor de oxidare la motorul diesel are ca scop reducerea substanțială a emisiilor de CO, HC, precum și a fracțiunii organice din particule (SOF).

Concepția conform căreia scăderea NOx poate fi realizată numai prin acțiunea asupra procesului de ardere se sprijinea pe trăsăturile specifice arderii în motoarele diesel, neputându-se aplica tratările catalitice ca în cazul motorului cu aprindere prin scânteie (m.a.s.); la m.a.s., amestecul aer-combustibil omogen se situează într-o plajă îngustă în jurul raportului stoechiometric, iar gazele arse pot fi trecute prin convertorul catalitic trivalent, fiind posibile, simultan, reacții de oxidare a CO și a HC, dar și de reducere a NOx.

La motoarele cu aprindere prin comprimare (m.a.c.) cunoscute și sub numele de motoare diesel, arderea făcându-se într-un mediu cu exces mare de aer, nu pot avea loc reacțiile de reducere catalitică a NOx, de aceea s-au preferat procedeele de prevenire a apariției NOx cu prețul creșterii CO și HC, care au fost scăzute prin acțiunea catalizatorilor de oxidare. Reducerea NOx prin metode active este considerată a fi o operație dificilă, care antrenează modificări importante în procesul de combustie.

În cadrul eforturilor de scădere a NOx trebuie avute în vedere trei compromisuri specifice acestui poluant:

– compromisul NOx– consum de combustibil;

– compromisul NOx – CO2 ;

– compromisul NOx – particule.

Explicația acestor compromisuri se poate da prin considerarea celor doi factori care influențează arderea: temperatura camerei de ardere și concentrația locală de O2.

Creșterea temperaturii în camera de ardere echivalează cu creșterea temperaturii sursei calde, conform celui de-al doilea principiu al termodinamicii și implicit a creșterii randamentului termodinamic, pentru un proces considerat ideal; din punct de vedere calitativ, creșterea temperaturii în camera de ardere duce la scăderea consumului de combustibil și a CO2, favorizând reacțiile de formare a NOx.

4.2.1.1.CATALIZATORII DE OXIDARE

Constructiv, catalizatorii de oxidare sunt fixați pe un convertor catalitic care este compus din următoarele părți: suportul, stratul intermediar, stratul catalitic activ și carcasa. Suportul ceramic poros (sau metalic) este acoperit cu un strat intermediar, cu scopul de a mări suprafața de așezare a catalizatorului. Suportul metalic este alcătuit din pachete de foi din tablă din oțel inoxidabil, distanțate prin intermediul unor foi din tablă ondulată, pachete care sunt rulate în formă de spirală.

Stratul intermediar este alcătuit din oxizi de aluminiu, Al2 O3 (alumină), care au rolul de a îmbunătăți reactivitatea chimică a stratului activ și de a oferi o suprafață de depunere mare. Stratul activ se suprapune pe stratul intermediar și conține metale prețioase – platină, paladiu, rodiu, sau oxizi metalici (de titan vanadiu, molibden și niobiu) sau zeoliți. Zeoliții sunt [2] aluminosilicați hidratați, cu structură cristalină, care pot pierde reversibil apa, fără distrugerea sau modificarea dimensională a carcasei. În structura reticulară sunt incluse cavități ocupate de ioni și molecule de apă care dispun de o considerabilă libertate de mișcare, permițând schimbul ionic și deshidratarea treptată și reversibilă. Denumiți cristale poroase, zeoliții au ca principală proprietate porozitatea care acționează prin selectivitate geometrică și difuzivă, permițând introducerea în structura lor a unor ioni de metale, care au proprietăți catalitice foarte bune.

Catalizatorii zeolitici supersilicici cu stabilitate mare termică și chimică, de tipul ZSM, au compoziția generală: wMe2O . xR2O . gSiO2 . zAl2O3 . H2O , cei folosiți în actuala cercetare fiind zeoliți cu schimb de ioni de cupru (Cu-ZSM 5).

Figura 1. Secțiune prin dispozitivul antipoluant

.

4.2.1.2. SISTEMUL DE REDUCERE CATALITICĂ SELECTIVĂ A NOX

Din punct de vedere al posibilității de scădere prin metode pasive a emisiilor poluante motorul diesel este mai dezavantajat decât motorul cu aprindere prin scânteie. Acesta din urmă funcționează cu amestecuri de aer-combustibil aproape stoechiometrice, fără exces de aer, în așa numita fereastră lambda, fapt care permite instalarea catalizatorului trivalent, catalizator care poate micșora simultan, într-un singur dispozitiv, prin reacții de oxidare poluanții CO și HC și prin reacții de reducere chimică pe NOx.

Dacă am monta un catalizator trivalent pe evacuarea unui motor diesel, acesta principial ar scădea doar CO și HC, fiindcă NOx nu pot fi micșorați într-un mediu oxidant cum este gazul de evacuare diesel; constructiv, catalizatorul s-ar înfunda destul de repede fiindcă gazele de evacuare diesel conțin particule (funingine), iar structura catalizatorului trivalent are celule ceramice extrem de fine.

Soluția cea mai eficientă pentru micșorarea NOx este crearea unui mediu reducător în evacuare prin folosirea unui agent care reacționează preferențial cu NOx (selectiv).

Reducerea catalitică selectivă (SCR) folosește injectarea unui agent reducător în gazele arse evacuate (amoniac sau uree, mai rar alcooli) și apoi trecerea acestora printr-un catalizator de reducere.

Agentul reducător poate fi fie amoniac gazos sau în soluție apoasă, fie uree în soluție apoasă. Când se folosește ureea se produce piroliza –hidroliza acesteia, până se obține amoniacul (NH3), după pulverizarea ureei în sistemul de evacuare.

La folosirea SCR pot apărea produși secundari (NH4)2SO4 și NH4HSO4, care acoperind suprafața catalizatorului îl pot inactiva.

Fig.1. Configurația instalației SCR

4.2.1.3. FILTRELE DE PARTICULE

Spre deosebire de catalizatorii de oxidare și sistemul SCR în care neutralizarea poluanților din gazele arse depinde de mărimea suprafeței catalitice, filtrele de particule lucrează după un alt principiu, similar cu al aspiratorului de praf, cel al captării particulelor într-o structură poroasă și curățarea acesteia atunci când rezistența gazodinamică depășește un anumit prag.

Introducerea limitelor stricte asupra emisiei de particule a dinamizat în anii ’90 cercetarea acestora, fiind dezvoltate mai multe tipuri constructive, cu diferite mecanisme de captură (prin impact inerțial, prin intercepție și prin difuzie) și diferite moduri de regenerare.

Regenerarea desemnează procedeul prin care, după o perioadă în care filtrul de particule a acumulat particule în volumul său, le oxidează, curățându-se. Oxidarea particulelor, care sunt alcătuite în principal din carbon amorf și hidrocarburi, are loc în corpul filtrului de particule rezultând dioxid de carbon și apă. Regenerările care s-au dovedit fiabile sunt, în principal, cele termice și cele catalitice; regenerarea termică necesită încălzirea locală a gazelor arse în filtru până la temperaturi de 550- 650°C, fapt ce implică complicații constructive și funcționale cum sunt introducerea unei rezistor electric, a unui arzător sau a unui încălzitor cu microunde; regenerarea catalitică folosește catalizatori, depuși fie în structura filtrului de particule, fie în combustibil, care produc oxidarea particulelor din filtru la temperaturi mai mici ale gazelor arse, de circa 300-350°C, temperaturi mult mai frecvent atinse în filtru.

Printre tipurile dezvoltate sunt filtrele ceramice monolit, filtrele cu fibre ceramice și filtrele metalice poroase.

Fig. 1.18 Monolitului ceramic

4.2.2. METODE ACTIVE DE REDUCERE A POLUANȚILOR

Există influențe contradictorii ale unor factori asupra celor patru tipuri de poluanți legiferați, dar și efecte contradictorii ale aceluiași factor asupra aceluiași poluant, în cazul unor motoare diferite. În general, măsurile de reducere a celor patru poluanți limitați în legislația existentă au generat creșteri, relativ mici, ale consumului de combustibil, ceea ce implică găsirea unei căi de compromis. Și în cadrul grupului de poluanți enumerați ( HC, CO, NOx , particule PT ) apare necesitatea unui compromis între valorile NOx, pe de o parte, și valorile PT, CO, HC, pe de altă parte. Dependența inversă a acestor mărimi se datorează temperaturilor dezvoltate în camera de ardere. Măsurile de scădere concomitentă a NOx și a celorlalți poluanți sunt relativ puține și se aplică, de regulă, în afara camerei de ardere.

Cunoscând din literatură acești factori, s-au dezvoltat metode specifice de scădere a poluanților, iar câteva din aceste metode active au fost investigate pe motoare de către autoare. Sunt prezentate în cele ce urmează trei metode, și anume recircularea gazelor arse, modificarea legii de injecție a combustibilului și modificarea avansului la injecție.

4.2.2.1 RECIRCULAREA GAZELOR ARSE

Cantitatea mărită de gaze reziduale din cilindru duce la micșorarea cantității de aer proaspăt aspirat, cu scăderea NOx și creșterea fumului; gazele arse rămase în cilindru micșorează cantitatea de O2 disponibilă, frânând reacțiile de formare a NOx. Influența favorabilă a gazelor reziduale asupra reducerii formării NOx a condus la metoda recirculării gazelor arse (Exhaust Gas Recirculation), prescurtat EGR sau RGA, care constă în reintroducerea unei fracțiuni din gazele arse în cilindru. Creșterea gradului de recirculare este foarte eficientă din punctul de vedere al reducerii NOx. Utilizând EGR se micșorează cantitatea de aer din fluidul proaspăt din cilindru și apare tendința de creștere a fumului și a duratei arderii, ceea ce duce la mărirea consumului de combustibil; aceste tendințe sunt mai puternice o dată cu mărirea sarcinii, astfel că EGR se dovedește o măsura foarte bună de reducere a NOx, dar numai în condițiile corelării corespunzătoare cu sarcina motorului și în limitele acceptabile ale creșterii consumului de combustibil

Fig.1. Configurația instalației de recirculare a gazelor arse

4.2.2.1 MODIFICAREA LEGII DE INJECȚIE

Legea de injecție, care este determinată de cantitatea de combustibil injectată funcție de unghiul de rotație, influențează considerabil emisiile, dacă este corelată cu fazele arderii. Creșterea presiunii de injecție, precum și folosirea unui pulverizator cu un număr mai mare de orificii, având diametrul mai mic, de o anumită lungime și orientare, au efecte considerabile de scădere a emisiilor de particule. Micșorarea volumului sacului de sub acul injectorului reduce cantitatea de combustibil post-injectat, cu scăderea HC, a fumului și a particulelor

Procesul de injecție se face cu o pompă de injecție de tip P căreia i s-au adus o serie de modificări constructive:

– micșorarea volumului sacului pulverizatorului cu 45% în scopul reducerii emisiei de HC;

– ghidarea suplimentară a acului pulverizatorului pentru a reduce deformarea sa și implicit diferența între jeturile de combustibil;

– aplicarea injecției pilot de combustibil prin modificări constructive ale corpului injectorului și pulverizatorului (utilizarea a două arcuri la injector, cu caracteristici elastice diferite); corpul pulverizatorului având alezajul Ø4+0,012 pentru centrarea și ghidarea acului pulverizatorului a fost prelungit de la 12,5 mm la 25 mm, iar ghidajul acului pulverizatorului a fost mărit corespunzător.

4.2.2.2 MODIFICAREA AVANSULUI LA INJECȚIE

Avansul la injecție este o variabilă cu efecte contradictorii asupra NOx pe de-o parte, și fumului și HC, pe de altă parte. Reducerea avansului sub valoarea optimă duce la scăderea NOx și la creșterea fumului și HC.

Această metodă este folosită în scopul reducerii NOx, cu prețul creșterii celorlalți poluanți, asupra cărora se pot aplica metode pasive de reducere, adică pe traseul de evacuare, după ce au fost produse

4.2.3 ALTE METODE ACTIVE

Acestea sunt scăderea rezistențelor gazodinamice din instalația de evacuare, răcirea intermediară a aerului de admisie și by-pass-area turbosuflantei

4.3 METODE DE REDUCERE A POLUANȚILOR BAZATE PE MODIFICAREA COMBUSTIBILILOR

Calitatea motorinei influențează semnificativ emisiile poluante, în special a fumului și a particulelor . Conținutul de sulf din motorină cauzează emisia de SO2 și implicit a unui procent variind între 12 și 30% de particule. Reducerea conținutului de sulf este necesară și pentru menținerea eficienței catalizatorilor montați pe motoarele diesel .

Cercetările efectuate pe două tipuri de motorine livrate de la rafinărie cu conținutul de sulf strict controlat la 0,28% și 0,08% au confirmat pe teste identice efectuate pe motoare reducerea emisiei de particule, reducere semnificativă care este variabilă cu ciclul de testare și indirect cu regimul de funcționare a motorului, conform tabelului 1.

Tabelul 1. Reducerea particulelor ca urmare a scăderii conținutului de sulf din combustibil

Aceste rezultate au fost comunicate către Compania Română de Petrol sub forma unei propuneri de reformulare a motorinei; Compania Română de Petrol a emis o specificație tehnică nouă (ST-CRP-5) pentru un nou tip de motorină City Diesel cu conținutul de sulf al motorinelor comercializate în orașe limitat la 0,05%.

O altă metodă cercetată a fost aditivarea combustibilului cu pachete de aditivi polifuncționali care au fost sintetizați de INCERP în vederea scăderii fumului, și implicit, a particulelor. Pentru 5 aditivi care aveau rolul de a fi fiecare în principal aditivi cu funcțiile: dispersanți-detergenți, antidetonanți, antifricțiune, stabilizatori termici și inhibitori de coroziune, au fost făcute testări pe motorul 392-L4-DT în concentrații variind între 0.05-0,25% determinându-se efectele colaterale ale acestora, mai precis modul în care aceștia reduc emisiile de fum, în raport cu combustibilul neaditivat.

4.4 Concluzii

Prezenta strategie pentru mobilitate cu emisii scăzute poluati ar trebui să aducă o contribuție importantă la modernizarea economiei UE, contribuind la reducerea emisiilor generate de sectorul transporturilor și la respectarea angajamentelor asumate de UE în cadrul Acordului de la Paris.

Bibliografie

[1]. Ikeda M., Suzuki M., Yoshida K. – Application of Jet Ejection to Control Force of Pantograph for High-speed Trains. Railway Technical Research, Institute, Tokyo, Japan. In: 6th Symposiumon Smart Control of Turbulence, March 6 – 9, 2005, Tokyo.

[2]. Hacman L., – Research concerning the stucture of pantograph mechanisms used for electrical locomotive. In: Syrom’2005, The Ninth IFToMM International Symposium onTheory of machines and mechanisms, Bucharest, Romania, September 1-4, 2005.

[3]. Hacman L., – Research concerning the kinematics of pantograph mechanisms used for electrical locomotive. In: Syrom 2005, The Ninth IFToMM International Symposium onTheory of machines and mechanisms, Bucharest, Romania, September 1-4, 2005.

[4]. Hacman L., – Mecanisme pantograf. Referat 1 pentru doctorat, Universitatea din Craiova.

[5]. Hacman L., – Metode clasice ]i moderne de analiz[ ]i sintez[ a mecanismelor pantograf. Referat 2, Universitatea din Craiova

[6]. Hacman L., – Cercet[ri proprii privind mecanismele pantograf de la locomotive, Referat 3, Universitatea din Craiova.

[7]. Zhai W.M., Cai C.B. – Effect of Locomotive Vibration on Pantograph-Catenary system Dynamics. In: IAVSD Symposium No15, Budapest , HONGRIE (25/08/1997) 1998, vol. 29 (dissem.), pp. 47-58.

[8] EEA, 2012, Particulate matter from natural sources and related reporting under the EU Air Quality Directive in 2008 and 2009, EEA Technical report No 10/2012, European Environment Agency

[9] Peel, J.L, Haeuber, R., Garcia, V., Russell, A.G., Neas, L. Impact of nitrogen and climate change interactions on ambient air pollution and human health. Biogeochemistry. 114(1): 121- 134. 2013.

[10] Alastair, C.L., Carslaw, C.D., Kelly, F.J. Vehicle emissions: Diesel pollution long underreported. Nature. 526(7572): 195. 2015.

[11] Liu, S. C., Trainer, M., Fehsenfeld, F. C., Parrish, D. D., Williams, E. J., Fahey, D. W., Hübler, G., Murphy, P. C. Ozone production in the rural troposphere and the implications for regional and global ozone distributions. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 92(D4): 4191–4207. 1987

[12] Protejarea aerului atmospheric – Ursu P Editura Tehnica, 1978

[13] Solutii constructive si tehnologice pentru optimizarea sistemelor de franare ale materialului rulant , Teza doctorat , Ing Mircea Adrian Dungan , 2014 Politehnica Timisoara

[14] Cercetari privind mecanismele pantograph utilizate la mijloade de transport, Hacman Liviu , 2009 UCV

[15] Locomotiva Diesel hidraulică de 1250 CP (LDH-125) Ilie Dumitru, Aurelian Cheșa Timisoara 1983

Internet

I.1. www.schunk-group.at

I.2. www.secheron.com

I.3. www.stemmann.de

4. www.brecknell-willis.co.uk

5. www.traintesting.com

6. www.faiveley.com

7. www.old-dalby.com

8. www.lekov.cz

9. www.uniqueeng.com

10. www.railwayfun.ro

11.https://reteauaedu.ro/pluginfile.php/39174/mod_resource/content/8/Prezentare%20Colegiul%20Tehnic%20de%20C%C4%83i%20Ferate%E2%80%9EUnirea%E2%80%9D%20Pa%C8%99cani%2C%20Ia%C8%99i.pdf

12. www.academia.edu/21724006/Referat_Poluare

13. https://rock-cafe.info/suggest/soil-pollution-causes-and-effects-736f696c.html

14. http://www.referatele.com/referate/chimie/online7/Poluarea-apei–cauze–clasificare-poluanti–consecinte–protectie-referatele-com.php

15 http://www.scritub.com/geografie/ecologie/Poluarea-Solului125421613.php

16. https://www.scribd.com/doc/182599830/Poluarea-Apelor-Si-Efectele-Poluarii-Apelor

17 https://ro.wikipedia.org/wiki/Locomotiv%C4%83

18 https://www.scribd.com/document/405719181/134494203-Principii-de-Functionare-Ale-Sistemelor-de-Franare-MODULUL-9-pdf

19 https://russianpatents.com/patent/230/2309073.html

20. www.alibaba.com

21. https://www.youtube.com/watch?v=HXD6ZkRdu1k

22.http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Tractiune-Diesel-Principiul-De696.php

23. file:///C:/Users/grecu/Desktop/406705267-Analizor-Multigaz-Testo-350-M-XL-Ro.pdf

22 . Alibaba.com