Tehnologii Pentru Depoluarea Solului

CAPITOLUL 1

TEHNOLOGII PENTRU DEPOLUAREA SOLULUI

1.1. Spălarea in situ sau spălarea solului (soil flushing)

Acest procedeu (fig. 1) constă în spălarea solului (fără a fi necesară excavarea solului) prin injecție de apă (și agenți mobilizatori în soluție) în amonte sau în dreptul sursei de poluare. Ulterior, apa poluată este pompată, tratată la suprafață și apoi evacuată în rețelele de apă uzată/apă pluvială, în apa de suprafață sau în unele cazuri reinjectată în pânza freatică [1].

Spălarea in situ constă în filtrarea fluidelor (apă cel mai adesea cu aditivi, agenți, în sol, pentru a extrage contaminanții prin desorbție sau transformare în soluție), injectarea se face în amontele hidraulic sau în dreptul sursei de poluare. O mișcare de fluid este generată prin zona contaminată, iar fluidul se încarcă cu poluanți. Amestecul apă/soluție de spălare încărcată cu poluanți este astfel pompat. Contaminanții dizolvați în soluția din fluide sunt apoi colectați în puțuri puțin adânci sau în dispozitive de drenare subterană, apoi pompați până la suprafața pe care sunt tratați [1].

Odată debarasați de contaminanții pe care îi conțin, agenții de extracție pot fi reciclați. Infiltrarea poate fi realizată pornind de la tranșee, puțuri verticale, drenaje orizontale, sistem de stropit sau iazuri de suprafață. Extracția se face prin puțuri verticale sau drenaje orizontale poziționate în așa fel încât să preia toată poluarea. Agentul de extracție este de cele mai multe ori apa, sau apă și aditivi (agenți de extracție). În funcție de condițiile locale, apa uzată este epurată și apoi deversată în acvifer, în apa de suprafață, în rețelele de apă uzată sau mai degrabă în cele cu apă parțial reutilizată (după separarea agentului de extracție) [1].

Fig. 1. Schema de spălare chimică a solului in situ [1].

Spălarea in situ vizează în principal poluanții organici (hidrocarburi, solvenți, clorurați etc.). De asemenea, poate fi utilizată și la metalele nevolatile [1].

Această tehnică se aplică în principal la tipurile de sol relativ permeabile (de la nisipo-lutoase la pietriș) și omogene, în zona saturată și nesaturată [1].

Mijloacele materiale necesare spălării in situ sunt următoarele [1]:

– material legat de aditivi: cuvă de stocare, sistem de amestec cu apă, rețea de distribuție;

– material de injecție și extracție: puțuri verticale, puțuri orizontale, pompe, țevi, tranșee, galerii, contor etc.

– o filieră de tratare a apei uzate recuperate la suprafață;

– un sistem de recuperare a aditivilor;

– un depozit de deșeuri solide și lichide rămase în urma procesului de tratare;

– un sistem de piezometre care să permită monitorizarea scurgerilor și a calității apei subterane.

În condiții optime, randamentul acestui procedeu poate depăși 50 – 80 %. Totuși, acest randament poate fi sensibil afectat de eterogenitatea mediului, prezența materiei organice și prezența unor poluanți semivolatili.

Avantajele spălării in situ sunt [1]:

– mare ușurință de aplicare pe solul permeabil (sol nisipos) și omogen;

– aplicabilitate în zona saturată și nesaturată, chiar și la adâncimi mari;

– perturbare redusă a solului;

– se aplică la contaminanții care sunt hidrosolubili sau pot fi solubilizați de agentul mobilizator utilizat (spectru larg de contaminanți);

– este de asemenea eficient pentru contaminanții care sunt suspendați fizic (în emulsie);

– poate genera o degradare in situ în anumite cazuri (chiar dacă acest efect este limitat).

Spălarea in situ prezintă următoarele dezavantaje [1]:

– transfer de contaminanți în apele subterane, cu posibilitatea de deplasare a poluării: este necesară o bună înțelegere a geologiei și hidrogeologiei pentru a prevedea mișcarea soluțiilor de spălare și a amplasa puțurile de recuperare în așa fel încât să se permită o recuperare totală a substanței contaminante și a soluției injectate inițial;

– posibila alterare a proprietăților chimice, fizice și biologice ale solului, fapt ce poate antrena introducerea compușilor mai toxici în sol;

– estimarea dificilă a timpului de tratare;

– aplicarea limitată în cazul solului cu permeabilitate redusă sau care prezintă puternice eterogenități verticale sau orizontale.

Costul spălării in situ variază între 20 – 120 €/t, media fiind de 55 €/t, depinde foarte mult de soluția utilizată și de posibilitatea de reutilizare.

Termenul de realizare este relativ îndelungat (de ordinul a mai multor trimestre până la câțiva ani).

1.2. Sortarea granulometrică (separation)

Sortarea granulometrică (fig. 2) se realizează prin [1]:

– cernere pe site: sortare granulometrică (tambur rotativ, plăci vibrante), măcinare;

– diminuarea volumului de sol de tratat.

Sortarea granulometrică are ca scop separarea diferitelor fracțiuni de sol în funcție de mărimea lor, de densitatea sau de proprietatea lor de suprafață și de a recupera poluantul în volum redus. Separarea se face în diferite etape succesive, cu sau fără adaos de apă [1].

La finalul procesului de tratare, solul poluat (fracțiunile cele mai fine) este recuperat separat, la fel ca și apele de spălare poluate și solul deloc sau puțin poluat (fracțiunile cele mai grosiere). Apa este recuperată, tratată și cel mai adesea refolosită (circuit pseudo-închis), fracțiunile grosiere de sol sunt valorificate (refolosire în rambleu etc.), fracțiunile fine poluate sunt tratate (spălare, extracție, tratare biologică etc.) sau îngropate [1].

Diferitele operațiuni potențiale succesive de sortare sunt: cernere prealabilă sau calibrare, separare magnetică, unitate de dezintegrare sau compactor, cernere, separare în spirale, unitate de flotație, separare gravitațională prin sedimentare, filtrare și deshidratare a particulelor fine etc. Succesiunea diferitelor unități depinde de repartiția granulometrică și de finețea de separare cerută [1].

Sortarea se aplică în principal la solurile eterogene, în scopul de a concentra fracțiunile cele mai fine, de regulă cele mai poluate. Se aplicată în principal pe solurile care conțin hidrocarburi petroliere, compuși organici volatili, pesticide, metale/metaloide, radionucleide [1].

Fig. 2. Schema sortării granulometrice [1].

Pot fi obținute randamente epuratorii de ordinul a 95-98 %, în condiții optime.

Sortarea granulometrică prezintă următoarele avantaje [1]:

– procedeul permite tratarea unei mari cantități de poluanți;

– procedeul poate fi adaptat cu ușurință oricărei granulometrii;

– o reducere semnificativă a cantității de sol contaminat permite reducerea costurilor de tratare și de transport ulterior;

– reutilizarea fracțiunilor grosiere nepoluate permite reducerea costurilor de realizare a rambleelor;

– separarea poluanților în funcție de granulometrie permite o adaptare mai eficientă a proceselor de tratare ulterioare;

– tratări prealabile pe sit, cum ar fi utilizarea sitelor rotative (singure, pe uscat) permit, în cazul rambleelor eterogene grosiere poluate la suprafață, să se realizeze o separare apreciabilă și o bună depoluare prin mărunțire.

Dezvantajele sortării granulometrice [1]:

– acest procedeu nu permite distrugerea poluanților;

– sortarea granulometrică este cel mai des utilizată ca tehnică de tratare preliminară;

– procedeul nu este rentabil din punct de vedere economic pentru cantități mici;

– schimbarea texturii solului poate provoca probleme pentru reutilizarea ca rambleu;

– solurile cu o capacitate ridicată de schimb cationic, sau care prezintă un conținut ridicat de acid humic, prin capacitatea mare de adsorbție a poluanților, vor prezenta probleme de extracție a substanțelor poluante și, deseori, necesită o tratare prealabilă specifică.

1.3. Spălarea solului excavat (soil washing)

Spălare cu solvenți (fig. 3) este indicată în poluarea cu produse de hidrocarburi grele tip gudron și pesticide. În general se procedează pe o platformă multimodală prevăzută pentru depoluarea solurilor poluate. Pământul este excavat și spălat cu un solvent de extragere. Poluantul este separat prin distilare. Solvenții care au încărcat solul, se extrag din el prin încălzire. Solventul este readus în faza lichidă pentru a fi din nou folosit. Poluanții sunt recuperați și stocați [1].

Spălare cu apă sau spălarea fizico-chimică cu apă este destinată solurilor poluate cu metale grele și uleiuri minerale. Apa este de fapt solventul și poluanții solubili sunt dizolvați. Apa va fi apoi depoluată la rândul ei și refolosită. Uzina funcționează ca o buclă închisă [1].

În primele etape, spălarea ex-situ este similară cu sortarea granulometrică. Este posibil, în funcție de șantier, să fie constituită dintr-o filieră de tratare foarte diferită, etapele de separare a fazei apoase/solvenți/poluanți sunt mai amănunțite (din moment ce obiectivul este transferul de poluanți în faza lichidă). Principalele elemente folosite sunt următoarele (în ordinea fineței de separare) [1]:

– Cernerea prealabilă sau calibrarea – cu ajutorul grilelor fixe și mobile, permite separarea particulelor cu un diametru mai mare de 100 mm (elemente grosiere de tip cărămizi, bucăți de beton etc.);

– Separarea magnetică – este utilizată pentru extragerea particulelor magnetice. Există două tipuri de separatoare magnetice: separatoare magnetice de mică intensitate care permit separarea particulelor feromagnetice și separatoare magnetice cu gradient înalt, care permit extracția materialelor paramagnetice și diamagnetice;

– Unitatea de dezintegrare sau decompactorul: se adaugă apă în sol pentru a-l dezagrega și fluidiza. Această acțiune permite separarea particulelor fine (aglomerate cu particulele mai grosiere) și un transfer parțial de poluanți în mediul lichid. Adaosul de apă se realizează prin folosirea unor jeturi la presiune mare, curățătorii, bazine cu agitație mică etc.;

– Cernerea – se face cu ajutorul unor site rotative, plane sau vibrante. Cernerea permite separarea solului care prezintă o granulometrie cuprinsă între 100 și 1 mm. Separarea fracțiunilor de sol se face în funcție de densitatea acestora.

– Strecurarea – implicând site vibrante sau burate rotative (site rotative hexagonale), permite separarea solului cu o granulometrie cuprinsă între 1 și 0,04 mm. Separarea fracțiunilor de sol se face în funcție de dimensiunea acestora;

– Hidrociclonarea – această tehnică de separare se bazează pe diferența de masă a particulelor. Forța centrifugă antrenează particulele grele către ieșirea inferioară, pe când particulele mai ușoare sunt dirijate spre ieșire superioară;

– Separarea în spirale – particulele în suspensie sunt separate în jgheaburi în spirală, forța centrifugă permițând separarea particulelor mai grele;

– Unitatea de flotație – permite separarea fracțiunilor în funcție de densitatea lor. Pentru a face acest lucru se adaugă agenți tensioactivi și se atașează la cele mai poluate particule (cele mai fine și deci cele mai ușoare), fapt ce le crește hidrofobicitatea. Aceste particule se asociază cu bulele de aer care urcă și care se injectează pe fundul bazinului de flotație. Fracțiunile poluate sunt în cele din urmă recuperate cu un skimmer (lingura de spumuit).

– Separarea gravitațională prin sedimentare: apa încărcată cu particule este direcționată către un separator gravitațional prin care trece un contracurent care permite păstrarea particulelor fine în suspensie pentru a le recupera și a le lăsa să se decanteze cele mai grele particule. În prealabil, sunt adesea necesare operațiuni de coagulare/floculare;

– Filtrarea: filtrele permit separarea celor mai fine particule;

– Deshidratarea particulelor fine: particulele fine trebuiesc deshidratate cu ajutorul unui sistem de centrifugare sau a unui filtru presă;

– Separarea contaminanților, agenților mobilizatori și a fazei apoase: odată ce contaminanții au fost transferați în soluția de spălat, este necesar să se separe acești contaminanți, agenții mobilizatori și faza apoasă. Această recuperare poate fi realizată în etape diferite: extracție pe solvenți, flotație, stripare, fracționare cu spumă și tratare fotochimică. Agenții mobilizatori sunt în general recuperați (mai ales prin distilare) și reutilizați.

Adaosul de reactivi chimici (agenți mobilizatori sau extractanți) se poate realiza în diferite etape: unitate de dezintegrare sau decompactor, cernere, strecurare, unitate de flotație, separare gravitațională prin sedimentare. Adaosul se face în general contra-curent. Pot fi utilizați diferiți agenți în mod separat și succesiv. Pentru a îmbunătăți recuperarea, se utilizează detergenți, surfactanți, agenți de chelatizare, acizi, baze, apă caldă sau chiar vapori. Procesul care folosește adaosul de reactivi chimici (extracție prin solvenți sau punere în soluție) este înrudit cu extracția chimică [1].

Fig. 3. Schema de spălare a solului excavat [1].

Spălarea ex situ prezintă următoarele avantaje [1]:

– procedeul permite tratarea unei mari cantități de poluanți;

– procedeul poate fi adaptat cu ușurință pentru orice granulometrie;

– reducerea semnificativă a cantității de sol poluat permite reducerea costurilor de tratare și transport ulterior;

– reutilizarea fracțiunilor grosiere nepoluate permite reducerea costurilor de furnizare a rambleelor;

– separarea poluanților în funcție de granulometrie permite o adaptare mai eficientă a proceselor de tratare ulterioare;

– acest procedeu este unul din puținele care permit tratarea poluanților minerali sau micști;

– această tehnică este mai puțin costisitoare față de incinerare și poate fi avantajoasă din punct de vedere economic, în anumite cazuri;

– spălarea cu apă permite tratarea tuturor solurilor contaminate și rezolvarea, potențială, a problemelor de eterogenitate a solurilor;

– randamentul epurator este mai ridicat decât cel de la spălarea in situ.

Inconvenientele și factorii limitatori ai spălării ex situ sunt [1]:

– acest procedeu nu permite distrugerea poluanților;

– acest procedeu este cel mai des utilizat ca tehnică de tratare preliminară;

– procedeul nu este rentabil din punct de vedere economic pentru cantități mici;

– schimbarea texturii solului poate provoca probleme pentru reutilizarea ca rambleu;

– utilizat pe sit, acest procedeu presupune o aglomerare de amploare a locului respectiv;

– emisiile atmosferice și zgomotul produs pot fi semnificative;

– utilizarea apei (adăugată prin diverse formule chimice) necesită un proces de tratare care generează costuri suplimentare și o monitorizare tehnică care nu trebuie neglijate;

– consumul de apă este uneori important (uneori de la 0,4 până la 3 L de apă/kg de sol tratat), de aceea se practică recircularea apei;

– umiditatea rămasă după tratare este de multe ori un obstacol pentru o revalorificare corespunzătoare a solului sau un impediment în depozitarea acestuia într-un depozit, tocmai de aceea, adesea sunt necesare unități (uneori scumpe) de deshidratare a particulelor fine;

– se consideră că sortarea solului care prezintă o proporție de fracțiuni fine mai mari de 20-40% nu este rentabilă din punct de vedere economic;

– procedeul este puțin adaptat solului și rambleelor poroase (cretă etc.);

– tratarea materialelor mai mult sau mai puțin omogene este mai rentabilă din punct de vedere economic decât a celor care prezintă o gamă foarte largă de granulometrii;

– contactul dintre apă și particulele fine poluate trebuie să fie semnificativ, pentru ca procesul de tratare să fie eficient;

– uneori poate fi dificilă găsirea formulei corespunzătoare în cazul poluărilor multiple, complexe și eterogene;

– sunt necesare studii avansate privind aplicabilitatea;

– emisiile gazoase, pulberile antrenate și emisiile lichide generate în timpul unui proces de tratare trebuie colectate și tratate, dacă este necesar, fapt care generează costuri suplimentare;

– trebuie să se facă teste de decantare/flotație pentru a dimensiona în mod corespunzător procesele de separare gravitațională;

– trebuie luate măsuri specifice pentru a gestiona problemele de miros de nămol datorate poluării organice;

– solurile cu o capacitate ridicată de schimb cationic, sau care prezintă un conținut ridicat de acid humic, prin capacitatea mare de adsorbție a poluanților, vor prezenta probleme de extracție a substanțelor poluante și, deseori, necesită o tratare prealabilă specifică.

Pot fi obținute randamente epuratorii de ordinul a 95 %, în condiții optime.

Costurile metodei de remediere prin spălare (soil washing) variază în funcție de fluidul de extracție folosit de la 35 la 100 €/t sol și nu includ cheltuielile de excavație și transport [1]:

– apă: 30-50 €/t sol;

– soluții acide: 50-110 €/t sol;

– soluții bazice: 50-80 €/t sol;

– detergenți: 50-90 €/t sol.

1.4. Solidificarea și stabilizarea

Solidificarea și stabilizarea sunt procedee fizice și chimice care nu tratează poluarea ci o imobilizează într-o matrice stabilă [1].

Solidificarea constă în amestecarea unui liant și a apei cu sol poluat în scopul de a obține un material dur, foarte puțin permeabil și stabil în timp [1].

Stabilizarea se realizează prin amestecarea poluantului cu adjuvanți în scopul de a imobiliza poluantul (pierderea solubilității sau absorbției pe o matrice) fiind supus unei reacții chimice.

Adjuvanții pot fi inserați în matricea solului fie prin injecție (fig. 38), fie prin malaxare (fig. 4) [1].

Fig. 4. Schema unei instalații de amestecare mecanică in situ [1].

Mijloacele materiale necesare stabilizării/solidificării on site sau ex situ sunt următoarele [1]:

– tratare prealabilă a solului: cernere prealabilă sau calibrare, separare magnetică, unitate de dezagregare sau compactor, cernere, strecurare etc.;

– benzi transportoare pentru materiale;

– centrale de pregătire: silozuri de stocare, malaxor de transport, cuvă cu agitator, rezervoare de reactivi;

– malaxoare;

– pompe de injecție automată și care înregistrează parametrii (presiune, volume, debite, temperaturi, pH etc.);

– zonă de depozitare temporară a deșeurilor și solului în exces;

– dacă este necesar, în cazul prezenței compușilor organici volatili, sistem de captare, de control și tratare a gazelor (zeoliți, cărbune activ, skimmere etc.).

Fig. 5. Schema unei instalații de injecție forțată [1].

Avantajele solidificării/stabilizării [1]:

– solidificarea reduce accesibilitatea poluanților la mediul înconjurător;

– stabilizarea reduce potențialul de mobilizare a poluanților în mediul înconjurător;

– acest procedeu permite “tratarea” poluanților, în principal anorganici, dar și micști;

– acest procedeu este rapid.

Dezavantajele solidificării/stabilizării [1]:

– acest procedeu nu permite distrugerea poluanților;

– solurile tratate trebuiesc eliminate sau îngropate, fapt ce generează costuri suplimentare, de care trebuie să se țină cont de la începutul proiectului;

– procedeul utilizat ca tratare ex situ necesită un transport costisitor;

– este necesară monitorizarea permanentă a solului tratat;

– acest procedeu se aplică, în esență, la materialele omogene și permeabile;

– contactul dintre poluanți și adjuvanți trebuie să fie de amploare pentru ca tratarea să fie eficientă;

– eficiența solidificării sau stabilizării depinde mult de proprietățile fizico-chimice ale zonei contaminate;

– la contaminările multiple și complexe, uneori poate fi dificilă găsirea unei soluții adaptate;

– la adâncimi mai mari de 3,5 m, procedeele in situ devin mai rentabile decât procedeele ex situ;

– eficacitatea pe termen lung trebuie să fie dovedită (expunerea la intemperii: apă, îngheț/dezgheț, secare etc.);

– efluenții gazoși rezultați din procesul de volatilizare, generați în timpul unei tratări a poluanților organici trebuie să fie colectați la suprafață și tratați.

Costul procedeului de inertizare (solidificare și stabilizare) variază în funcție de tipul procesului aplicat, al aditivilor și inductorilor folosiți: 40 ÷ 80 €/t de sol remediat în cazul silicaților solubili; 90 ÷ 200 €/t de sol remediat în cazul folosirii de ciment, cenuși, aditivi patentați; 110 ÷ 190 €/t de sol remediat pentru silicați și polimeri anorganici [1].

CAPITOLUL 2

TRANSPORTOARELE CU BANDĂ

2.1. Organe și subansamble specifice transportoarelor cu bandă

2.1.1. Benzile transportoare

Benzile instalațiilor de transport continuu îndeplinesc atât funcția de organ de lucru cât și pe aceea de tracțiune.

Pentru transportoarele cu bandă din industria alimentară se folosesc benzile textile, benzile textile cauciucate și în anumite cazuri benzile metalice. Materialul folosit pentru aceste benzi se alege în funcție de condițiile de lucru ale instalației.

Benzile textile se execută din țesătură de cânepă, cu rezistența la rupere 45 Mpa sau din țesătură de bumbac cu rezistență la rupere 35 Mpa. Ele se folosesc pentru transprtul materialelor a căror temperatură nu trebuie să depășească 100 oC în medii uscate, deoarece sunt higroscopice.

Dezavantajele benzilor textile sunt înlăturate prin folosirea benzilor textile cauciucate, cu rezistența la rupere 50 MPa, care pot funcționa și în medii umede. Benzile din bumbac cauciucate se execută din câteva straturi de țesătură de bumbac (fig. 6, 3), lipite între ele cu cauciuc vulcanizat. La exterior banda este acoperită cu un strat de cauciuc vulcanizat (fig.6, 1), care protejează împotriva uzurii și umidității. Pentru benzile cauciucate, temperatura materialelor ce urmează a fi transportate nu trebuie să depășească 60oC, iar mediul ambiant să nu aibă temperaturi sub – 15oC.

Benzile din țesătură cauciucată se fabrică în bucăți având lungimi cuprinse între 25 și 120 m, capetele fiind îmbinate fie prin cusătură suprapusă, fie prin lipirea și coaserea capetelor suprapuse.

După modul în care sunt dispuse țesăturile în bandă ,se deosebesc benzi din țesături separate ( fig.6 a), și benzi din țesături înfășurate, (fig.6 b și 6 c).

“

a)

b) c)

Fig. 6. Aranjarea țesăturii textile în secțiune.

La benzile în construcție tăiată, rareori, se întrebuințează în afara straturilor intermediare normale, un strat special rar 2, ce înconjoară straturile intermediare fie numai pe lateral și deasupra, fie numai lateral, care ajută la mărirea aderenței dintre pojghița de cauciuc și stratul superior, dar și pentru rigidizare marginilor benzii. Pe lângă benzile cu straturi intermediare, s-a început să se fabricarea benzilor cu șnururi sau cu corzi de cânepă vulcanizate într-o masă de cauciuc, dar și benzile cu plasă de sârmă sau cu cabluri metalice acoperite cu straturi subțiri de alamă sau cupru pentru a permite priza cu cauciucul.

În funcție de grosimea straturilor de țesătură și de grosimea straturilor protectoare,este și grosimea benzilor cauciucateace. Asta se determină cu relația:

(1)

Unde:

a este grosimea stratului de țesătură de bumbac inclusiv a cauciucului care servește la lipirea straturilor, a = 1,25 – 2,3 mm;

i – numărul straturilor de țesătură de bumbac;

δ1-grosimea stratului de cauciuc de pe suprafața de lucru a benzii, δ1=2-6 mm;

δ2-grosimea stratului de cauciuc de pe suprafața nelucrată a benzii, δ2=1-2 mm.

De regulă δ1>δ2 din motive de uzare. Lățimea benzii este standardizată având valori cuprinse între 300-1600 mm. Numărul straturilor de țesătură i, depinde de lățimea benzii B, valorile sale fiind date în tabelul 1.

Tabelul 1.

Numărul inserțiilor benzii.

Plasele de sârmă se utilizează pentru transportul materialelor umede precum și a materialelor fierbinți. Ele se execută din sârmă rotundă sau dreptunghiulară. In (fig. 7 a și b), este prezentată o bandă din sârmă cu împletitură măruntă și una cu împletitură rară. Benzile din platbandă dreptunghiulară, figura 7 c, au zale speciale.

Benzile din plasă de sârmă prezintă avantaje față de cele din țesătură din bumbac cauciucat deoarece au o construcție simplă și ieftină, se montează și se repară ușor, funcționează la temperaturi înalte au greutate mică și în același timp permit un unghi de înclinare cu 2-3 o mai mare.

Fig. 7. Variante de benzi metalice.

Benzile din oțel carbon laminate la rece, se folosesc pentru transportul materialelor fierbinți și lipicioase, mărcile OLC 45 sau OLC 60, cu o grosime de 0,6-1,4 mm și o lățime de 650 mm.

În cazul în care este necesară o lățime mai mare, benzile se îmbină longitudinal prin cusături nituite. Benzile din oțel laminat au o suprafață netedă și rezistentă care se poate curăța ușor. Aceste benzi pot transporta sarcini încălzite până la o temperatură de 350-370o C, când banda este încărcată complet pe toată lungimea. Când banda nu este încărcată pe toată lungimea sa, temperatura materialului transportat nu trebuie să depășească 120-140o C, pentru a se evita deformarea benzii sau apariția fisurilor.

Benzile din oțel rezistă bine și la coroziune, ceea ce permite transportul materialelor umede. Banda din oțel laminat are o mare rigiditate transversală, nu se curbează în timpul lucrului, săgeata făcută de bandă este mică, ceea ce asigură un mers liniștit.

Dezavantajele benzii din oțel laminat sunt:

datorită coeficientului de frecare relativ mic dintre bandă și materiale, unghiul de înclinare al benzii este limitat la 12-14o ;

datorită lățimii de bandă sub 600 mm se datorezăb imposibilitatea obținerii formei de jgheab;

datorită cusăturii longitudinale, dificultatea executării de benzi late este ridicată;

mecanismele de de acționare au gabarite mari datorită dimensiunii acestora.

Benzile din oțel laminat se utilizează de obicei la sistemele de transport cu lungimi până la 500 m orizontale și staționare. Prin suprapunerea și nituirea lor se realizează îmbinarea capetelor benzii, distanța dintre nituri și numărul lor se alege în funcție de lățimea benzii și sunt prezentate în tabelul 2.

Tabelul 2.

Recomandări pentru montajul benzilor metalice.

„

CAPITOLUL 3

CALCULUL PARAMETRILOR PRINCIPALI AL TRANSPORTOARELOR ELICOIDALE

3.1. Destinație, construcție, funcționare

Transportoarele elioidale sunt instalații de transport continuu fără organ flexibil de tracțiune care se flosesc la transportul diferitelor materiale agricole (granulare sau pulverulente) în plan orizontal ori într-un plan inclinat fața de acesta cu orice unghi. Pe durata transportului pot intervene diferite operații tehnologice cum ar fi: amestecarea, terciuirea si presarea diferitelor materiale.

În figura 8 este prezentata constructia unui transportor elicoidal.Organul de lucru este spira (1) montată pe arborele (2).Acționarea se realizeaza prin intermediul motorului (3) cu ajutorul unei transmisii prin curele trapezoidale (4).Spira elicoidală se rotește in carcasa (5) , alimentarea cu material se face prin fereastra de alimentare (6) iar evacuarea prin ferestrele de evacuare (7) .Materialul ajunge in coșul de alimentare de unde spira il transporta spre ferestrele de evacuare.Ferestrele de alimentare respectiv cele de evacuare , pot fi închise cu șubere , acestea putând fi montate orinde în lungul traseului.

Fig. 8. schema unui transportor eliocoidal [2].

Organul activ al transportoarelor este spira elicoidală, cu unul sau două inceputuri, folosita la transportul materialelor in vrac (granulare sau pulverulente) și sub forma de bucați mici. Spira realizata sub forma unei benzi înguste cu un început este destinată transportului de rădăcinoase și a altor materiale sub forma de bucăți mari. Spire în formă de palete se folosesc in construcția amestecătoarelor.

În cazul transportoarelor formate din mai multe tronsoane, spirele elicoidale se executa corespunzător cu lungimea tronsoanelor carcasei îmbinandu-se apoi între ele.

Din punct de vedere al caracterului mișcarii materialului in carcasa se disting transportoare lente și transportoare rapide.

La transportoarele elicoidale lente influența forței centrifuge este foarte mică, caracterul mișcării fiind determinat de greutatea materialului și de forței de frecare.

Materialul execută doar o deplasare în lungul carcasei, ocupând spațiul dintre arbore și partea inferioară a acesteia .

Viteza periferică maximă a spirei nu depășește 1-1.5 m/s. Carcasa poate fi deschisă la partea superioară având forma unui jgheab. Aceste transportoare se folosesc la transportul materialelor pe orizontală ori pe o direcție ce creează un unghi de cel mult 20 °C cu orizontala, coeficientul de umplere fiind cuprins între 0,3 – 1.

In cazul transportoarelor elicoidale rapide, o influența deosebita in mișcarea materialului o are forța centrifuga care apucă materialul peste arbore. Aceasta se dispune sub forma unui strat inelar în trepte. Cea mai mare parte a materialului executa o mișcare elicoidala ascendentă alunecând pe suprafața spirei și carcasei , în timp ce o mică parte scapă prin jocul dintre spiră și carcasă. Carcasa transportoarelor elicoidale rapide este inchisă , de formă tubulară. Transportoarele elicoidale verticale și cele cu inclinare mare lucreză cu randament maxim (capacitate de lucru maximă , consum minim de energie) in cazul in care viteza periferică a spirei elicoidale este 2.8 – 6 m/s.

După forma organului activ transportoarele elicoidale po fi:

Cu siră plină ;

Cu spiă întreruptă ;

Cu spiră sub formă de bandă ;

Cu spiră sub formă de arc elicoidal ;

Comparativ cu celelalte transportoare, transportoarele elicoidale au următoarele avantaje :

Simplitate constructivă ;

Întretinere ușoară ;

Sigurantă în exloatare ;

Izolarea materialului transportat de mediul înconjurător ;

Ușurința încărcării si descărcării inermediare ;

Preț de cost scăzut.

Principalele dezavantaje ale transportoarelor elicoidale sunt:

Strivivirea materiaului transportat ca urmare a încarcarii acestuia între spiră și carcasă ;

Consum specific de energie ridicat.

3.2. Calculul transportoarlor elicoidale lente

3.2.1. Calculul unghiului de înclinare, a diamerului și a pasului spirei elicoidale

Datorită mișcării de rotație a spirei eicoliale , materialul este antreat într-o mișcare

de rotație intermitentă și o mișare de înaintare uniforma în lungul jgheabului. Mișcare de rotație este intermitentă, deoarece după ce materialul s-a rotit cu unghiul ѱ ( unghiul la care are loc surparea materialului ) față de planul vertical, alunecă pe spira elicidală în jos sub acțiunea propriei greutăti și mișcarea de rotație încetează.

În tabelul 3 sunt prezentate caracteristicile funcționale ale transportoarelor elicoidale orizontale.

Tabelul 3.

Caracteristici constructive și funcționale ale transportoarelor elicoidale orizontale.

În tabelul 4 sunt rezentate caracteristicile constructive ale transportoarelor elicoidale verticale.

Tabelul 4.

Caracterisicile constructive și funcționale ale transportoarelor elicoidale vertical.

În tabelul 5 sunt prezentate caracteristicile tehnice și funcționale ale transportoarelor elicoidale fabricate în țară.

Tabelul 5.

Caracteristicice tehnice și funcșionale ale transportoarelor elicoidale fabricate în țară.

Tabelul 6.

Caracteristicile constructive și funcționale ale transportoarelor elicoidale spirale.

Datorită vitezelor mari de rotație ale spirei elicoidale, materialul va fi aruncat peste arbore consumându-se o cantitate mai mare de energie. Pentru evitarea acesteia se impune:

(2)

Ψₒ- unghiul te taluz natural in repaus.

Unghiul de înclinare al spirei elicoidale corespunzător diametrului maxim al acesteia β se determină cu relația:

(3)

Ø-unghiul de frecare dintre material și spiră;

α – unghiul de înclinare al transportorului față de planul orizontal;

μ- coeficientrul de frecare dintre carcasă si material.

Pentru transportoarele orizontale (α=0) relația 3 va fi:

(4)

Diametrul exterior al spirei elicoidale se alege în funcție de capacitatea de transport. În tabelul 2.4 este indicat diametrul minim al spirei elicoidale în funcție de granulația materialului transportat.

S-a notat cu ξ raportul dintre materialul cu granulația maximă și materialul total transportat.

Diametrul exterior (D) al spirei elicoidale pentru materiale fragile, este prezentat în tabelul 7.

Tabelul 7.

Diametrul minim al spirei elicoidale în funcție de ganulația materialului de transport.

Diametrul spirei transportoarelor elicoidale orizontale lente pentru materiale granulare, pulverulente sau sub forma de bucăți mici.

Tabelul 8.

Diametrul spirei elicoidale in funcție de capacitatea de lucru.

Pasul spirei elicoidale se determină cu relația:

(5)

Pentru evitarea blocării bucățelelor de material intre spiră și carcasă, trebuie îndeplinită condiția:

P= (0.5-2)D (6)

În STAS 7072-86 se impune pentru diametrul exterior al spirei elicoidale urmatoarele valori: 125, 160, 200, 315, 400, 500, 630 și 800mm, iar pentru pasul spirei elicoidale: 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630mm.

Unghiul de înclinare al spirei elicoidale calculat in funcție de diametrului minim al acestuia d, rezultă din relația:

(7)

Unde d este diametrul minim al spirei elicoidale.

3.2.2. Calculul turației arborelui tansportorului elicoidal

Viteza axială medie a materialului se calculează cu relația:

[m/s] (8)

Q-capacitatea de transport,[ kg/s];

R- D/2 raza maximă a spirei elicoidale,[ m];

r˳-d/2 raza minimă a spirei elicoidale, [m];

ρ- densitatea materialului transportat,[ kg/mᶟ];

cₐ- coeficientul care ține seama de micșorarea gradului de umplere al transportorului datorită înclinării -acestuia (cₐ=1…0.65 pentru a=0-20˚ conform STAS 7627-82).

Coeficientul de umplere al transportoarelor orizontale lente, în conformitate cu STAS 7627-82, are următoarele valori:

kᵤ≤0.45 pentru materiale neabrazive în vrac cu densități de 0.3-0.8 t/mᶟ, unghiul taluzului până la 30˚, granule de formă sferică sau ovoidală (materiale din clasa I);

kᵤ≤0.3 pentru materiale puțin abrazive cu densități în vrac de 0.5-1.8 t/mᶟ, unghiul taluzului natural 30-40˚, granule de formă neregulată (materiale din clasa II);

kᵤ≤0.15 pentru materiale abrazive cu densitate, în vrac 0.6-3.2 t/mᶟ, unghiul taluzului natural peste 40˚, granulometrie neomogenă (materiale din clasa III).

Cunoscînd viteza axială medie a materialului se poate calcula turația spirei elicoidale n din relația: (9)

Unde: c=p/2π.

3.2.3 Calculul puterii necesare acționării

Pentru antrenarea spirei elicoidale este necesar să se învingă o serie de rezistențe care apar la ridicarea materialului în plan vertical (la transportoarele înclinate), pentru învingerea forțelor de frecare dintre material și carcasă, pentru învingerea forțelor de frecare dintre material și suprafața elicoidală a spirei, pentru răvășirea și strivirea unei părți din material, pentru învingerea forțelor de frecare din lagăre și din mecanismul de acționare.

Forța de antrenare a materialui de către spira elicoidală se calculează cu relația:

(10)

[kg] (11)

(12)

M-masa de material existentă intr-o anumită perioadă în carcasă, kg;

L-lungimea transportorului, m;

D˳=(0,7-0,8) D (13)

Puterea necesară deplasării materialului va fi:

[kW] (14)

[m/s] (15)

este viteza periferică corespunzătoare centrului de presiune a materialului.

Puterea motorului electric de acționare a transportorului se calculează cu relația:

(16)

kₒ=1,15-1,20 coeficient care ține seama de răvășirea și strivirea materialului;

ɳt – randamentul transmisiei;

Puterea necesară acționării transportorului elicoidal se mai poate calcula cu relația (STAS 7627-82):

[kW] (17)

În care:

P₁ este puterea necesară pentru transportul materialului;

k₁- coeficient de demaraj (k₁=1,3…1,1 pentru P₁=3-15kW conform STAS 7627-82);

k2- coeficient de corecție al puterilor mici (se ia din STAS 7267-82);

k3- coeficient de corecție în funcție de modul de alimentare;

k4- coeficient de corecție ce ține seama de proprietățile fizico-mecanice ale materialului, k=1,1-1,3.

[kW] (18)

Unde:

Q este debitul de material, t/h;

L – lungimea transportorului, m;

– coeficientul total de rezistență la înaintare a materialului (pentru material agricole wₒ=2,3-2,8);

cₒ- coeficientul de cprecție al rezistenței la înaintare.

Coeficientul de corecție a rezistenței la înaintare în funcție de diametrul exterior al spirei și de densitatea materialului în vrac se determină din monograma prezentată în STAS 7627-82.

Coeficientul de corecție în funcție de modul de alimentare al transportorului are valorile:

k₃ = 1 pentru alimentare cu debit constant;

k₃ = 1,1 pentru alimentare cu debit variabil;

k₃ = 1,3 pentru extragerea materialelor din buncăr.

3.3. Calculul transportoarelor elicoidale rapide

3.3.1. Calculul turației spirei elicoidale

Unghiurile de înclinare, diametrele și pasul spirei elicoidale se stabilesc ca la transportoarele elicoidale lente. Cuoscînd capacitatea de transport se poate calcula viteza axială medie a materialulii cu relația 2.7, pentru:

kᵤ = 0,4 – 0,6 pentru transportoarele înclinate;

kᵤ = 0,3 – 0,5 pentru transportoarele vertical.

C=1.

Turația minimă a spirei elicoidale se calculează cu relația:

(19)

Unde:

(20)

Din relația (9) unde reprezintă coeficientul de frecare dintre spiră si material, se determină turația spirei.

Turația spirei elicoidale trebuie să îndeplinească condiția:

(21)

3.3.2. Calculul puterii necesare acționării

Pentru acționarea transportoarelor elicoidale verticale rapide trebuie învinse următoarele rezistențe; frecarea dintre material și suprafața spirei respectiv a carcasei, rezistența opusă la răvășirea și strivirea materialului transportat și frecările din lagăre și transmisie.

Puterea necesară învingerii frecărilor dintre material și carcasă se determină cu relația:

[kW] (22)

– viteza absolută medie de deplasare a materialului;

(23)

v᷊ – viteza radială a materialului;

(24)

Fc -forța centrifugă care acționează asupra materialului;

(25)

H – înălțimea de ridicare a materialului m;

𝛚 – viteza unghiulară de rotație a materialului;

(26)

Puterea necesară ridicării materialului pe verticală și pentru învingerea frecărilor dintre material și spiră se calculează cu relația:

(27)

– forța periferică în secțiunea medie a spirei elicoidale;

[N] (28)

(29)

Dm – diametrul mediu al spirei;

[m] (30)

M – masa materialului aflat în carcasă;

[kg] (31)

– viteza unghiulară a spirei elicoidale;

(32)

n – turația spirei elicoidale, rot/min;

– forța periferică aplicată pe muchia exterioară a spirei elicoidale:

[N] (33)

unghiul pe care îl face viteza absolută a materialului cu axa spirei elicoidale.

Puterea necesară antrenării spirei elicoidale se calculează cu relația:

[kW] (34)

kₒ – coeficient ce ia în considerare răvășirea și zdrobirea materialului;

kₒ – 1,15-1,2 materiale pentru materiale grăunțoase;

kₒ – 1,2-1,3 pentru făinuri;

– randamentul transimisiei.

La transportoarele elicoidale înclinate puterea poate fi calculată, cu oarecare aproximație. În același mod ca la transportoarele elicoidale verticale.

Puterea necesară învingerii frecărilor dintre material și carcasă se calculează cu relația:

[kW] (35)

Puterea necesară ridicării materialului pe verticală și pentru învingerea frecărilor dintre material și spiră, P₂, se calculează cu relația (27):

(36)

(37)

Puterea totală se calculează cu relația (34).

3.4. Construcția părților componente ale transportoarelor elicoidale

La transportoarele elicoidale formate din mai multe tronsoane, lungimea spirei elicoidale este egală cu lungimea tronsoanelor respective pentru a permite îmbinarea acestora. În acest caz arborii sunt tubulari, îmbinarea făcîndu-se cu ajutorul unui arbore intermediar care se sprijină întru-un lagăr.

Dimensiunile și masele țevilor din oțel fără sudură laminate la cald sunt date în tabelul.

Tabel 9

Dimensiunile și masele țevilor din oțel.

Transportoarele elicoidale rapide au spira elicoidală dintr-o singură bucată, deoarece la acestea nu se admit introducerea lagărelor intermediare pentru evitarea infundării. În unele cazuri se admite construcția spirei din doua tronsoane, arborii fiind îmbinați cu ajutorul unor cepuri și bucșe conice. În locul de îmbinare al spirelor nu se admit fante și deplasări ale muchiilor.

Arborii se execută din OL50, rotund sau țeavă. Spirele elicoidale se execută din foi de tablă sau din benzi OL37 prin matrițare sau laminare pe mașini speciale. În ultimul caz se obțin spire complete a căror lugime este egală cu câțiva pași. Spirele se sudează direct pe arbori sau prin intermediul unor suporți.

La transportoarele elicoidale lente se folosesc carcase sub formă de jgheab deschis sau închis. La transportoarele elicoidale rapide se folosesc carcase cilindrice.

Dimensiunile ferestrei de alimentare a transportorului elicoidal sînt următoarele:

-la transportoarele elicoidale lente:

l₁p (38)

l3 D+2j (39)

-la transportoarele elicoidale rapide:

l₁= l3=D+2j (40)

l₁ – lungimea ferestrei de alimentare;

l3 – lățimea ferestrei de alimentare.

Dimensiunile ferestrei de evacuare a materialului pentru toate tipurile de transportoare sînt date de relațiile:

l₂=p (41)

l₂-lungimea ferestrei de evacuare;

l3 = D+2j (42)

l3 – lățimea ferestrei de evacuare.

Transportoarele elicoidale pot avea mai multe ferestre de alimentare, respectiv de evacuare.

Arborele spirei elicoidale este susținut pe lagăre de alunecare sau pe lagăre de rostogolire.

Figura 9. Lagărul arborelui transportorului elicoidal[].

Figura 10. Lagărul transportorului elicoidal[].

În figura 11 este prezentat transportorul elicoidal al instalației de măcinat paie IMP-2, iar în anexa 36 este prezentat motorul electric și reductorul care acționează acest transportor.

Figura 11. Transportorul elicoidal al instalației IMO – 2 [].

Figura 12. Motorul de acționare al transportorului elicoidal de la IMP – 2 [].

Carcasele se execută din tablă de oțel OL-37 cu grosimea de 1-2,5mm și lungimea tronsoanelor de 1-2m.

3.5. Calculul transportoarelor elicoidale spirale

Transportoarele elicoidale spirale sînt folosite în fermele de păsări și porci la transportul, amestecarea și dozarea diferitelor nutrețuri sub formă de făină, graunțe sau granule cu dimensiuni pînă la 20mm. Organul de lucru este format din 1-3 spire elicoidale (resoarte) montate una în alta ce se rotesc în interiorul unei carcase elastice sau rigide din material plastic sau metel anticoroziv.

Dispunerea materialului în timpul funcționării transportorului se face în straturi inelare, iar deplasarea materialului în conductă are loc asemănător ca la transportoarele elicoidale.

Diametrul exterior al resortului (spiralei) se calculează cu relația:

(43)

– diametrul carcasei;

diametrul echivalent al unei particule de material;

a,b,c – cele trei dimensiuni principale ale particulei de material transportat;

d= (0,1 – 0,12) Dc diametrul sîrmei;

– unghiul de înclinare al transportorului față de planul orizontal.

Pasul spirei elicoidale se ia în funcție de diametrul exterior al spirei:

-la transportoare orizontale:

p= (0,75 – 1) D (44)

-la transportoare înclinate:

p=(1 – 1,4) D (45)

Turația spirei se calculează cu relația:

(46)

ku – coeficientrul de umplere (ku=0,8 – 0,9 pentru cereale boabe);

kv – coeficientrul de deplasare al materialului;

-pentru Dc50mm:

kv= 0,44+ 0,22+0,123D – 0,0698 p (47)

-pentru Dc 65mm:

kv= 1,217+0,12 – 0,0594 D (48)

În figura12 se prezintă motorul electric și reductorul de funcționare a transportorului elicoidal spiral al MICRO – FNC-ului fabricat la Arad.

3.6. Exemplu de calcul

1.Să se determine parametrii constructivi, funcționali și energetici ai unui transportor elicoidal lent orizontal (=0) cu capacitatea de lucru Q=2 kg/s(la grîu cu densitatea =800 kg/mᶾ). Transportorul are lungimea L=15m.

3.6.1. Calculul unghiului de înclinare a diametrului și a pasului spirei elicoidale

Unghiul de înclinare al spirei elicoidale corespunzător diametrului maxim al acesteia se determină cu relația (2.3) în care:

= 26⁰ (anexa 4) – unghiul de frecare dintre material și spiră;

= 0;

= 0,5 (anexa 4) – coeficientrul de frecare dintre material și carcasă;

= 0,7 = 0,7.35⁰ = 24.5⁰ – unghiul de taluz natural în mișcare calculat cu realația ( 2 );

+ 26⁰ = 42⁰20’

= 16⁰20’

Din tabelul 8, pentru capacitatea de transport 7,2 t/h se alege diametrul exterior al spirei elicoidale D = 160mm.

Cu relația (5) se determină pasul spirei elicoidale:

p=D tg= 160 tg16⁰20’= 147,30mm

Alegem p=150mm=0,93 D, ceea ce corespunde condiției date de relația (6).

Diametrul D=160mm are valoarea recomandată în STAS 7072-86.

Unghiul de înclinare al spirei elicoidale corespunzătoare diametrului minim al spirei (egal cu diametrul arborelui) se alege conform recomandărilor din STAS 7072-86. În acest caz d=35mm.

=53⁰45’

Deci, unghiul de înclinare al spirei este:

16⁰20’< <53⁰45’

3.6.2. Calculul turației arborelui transportorului elicoidal

Viteza axială medie a materialului rezultă din relația (8), în care:

R=D/2 = 80mm – raza maximă a spirei elicoidale;

rₒ=d/2 = 17,5mm – raza minimă a spirei elicoidale;

= 1 pentru = 0 (STAS 7627-82);

=0,3265 [m/s]

Turația spirei elicoidale se determină din relația (9):

în care:

3.6.3. Calculul puterii necesare acționării

Masa de material existentă la un moment dat în carcasă se calculează cu relația (2.10):

Diametrul mediu al spirei elicoidale Dₒ și unghiul de înclinarecorespunzător se determină cu relațiile (13) si (12):

Dₒ= (0,7-0,8) D= 0,74.160=120 [mm]

Forța de antrenare a materialului de către spira elicoidală se calculează cu relația (10):

Viteza periferică a spirei elicoidale corespunzătoare diametrului Dₒ se poate calcula cu relația (15):

Puterea necesară deplasării materialului Pt se calculează cu relația (2.13), iar puterea motorului electric de acționare cu relația (16):

Conform STAS 7627-82, puterea necesară pentru transportul materialului se calculează cu relația (18), în care:

wₒ=2,3 – coeficientrul de rezintență la înaintare a materialului;

cₒ = 1,4 – coeficientrul de corecție al rezistenței la înaintare (conform nomogramei din STAS 7627-82).

Puterea necesară acționării transportorului se calculează cu relația (17):

]

CAPITOLUL 4

CALCULUL TRANSPORTORULUI ELICOIDAL

4.1. Calculul unghiului de inclinare, a diametrului si a pasului spirei elicoidale

La viteze mari de rotație ale spirei elicoidale, materialul va fi aruncat peste arbore fiind necesară o cantitate suplimentară de energie. Pentru evitarea acestui lucru se impune :

(48)

 = 0,7∙ 30 =21

Se adoptă 0 =  30

Unde: 0 – unghiul de taluz natural in repaos

Unghiul de înclinare al spirei elicoidale corespunzător diametrului maxim al acesteia 1 se determină cu relația :

(49)

Unde : 1 – unghiul de frecare dintre spiră  și material;

 – unghiul de înclinare al transportorului fată de planul orizontal ;

 2 – coeficientul de frecare dintre carcasă și material.

Pentru transportoarele orizontale (=0 ) relatia va fi :

(50)

(51)

2 =0,8∙0,75=0,6

Luăm din STAS pe 0 pentru oțel care este : 0 = 0.75

(52)

Diametrul exterior al spirei elicoidale se alege in funcție de granulația materialului transportat și in funcție de capacitatea de transport.

 Se indică diametrul exterior (D) al spirei elicoidale de la transportoarele orizontale pentru produse friabile sau sub formă de bucați mici in tabelul 10.

Diametrul spirei transportoarelor elicoidale orizontale lente pentru produse friabile sau sub formă de bucați mici.

Tabelul 10.

Diametrul spirei transportoarelor elicoidale lente.

Debitul de material 

Q=10∙3,6=36 [t/h] (53)

În funcție de Q alegem pe D din tabelul de mai sus : 

D = 160 [mm] = 0.16 [m]

Pasul spirei elicoidale de determină cu relația :

(54)

In STAS 7072 – 86, se impune pentru diametrul exterior al spirei elicoidale următoarele valori : 125, 160, 200, 315, 400, 500, 630 si 800 mm, iar pentru pasul spirei elicoidale : 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 mm.

Unghiul de înclinare al spirei elicoidale, calculată pentru diametrului minim al acestuia d, se calculează cu relația :

d = 40 [mm] = 0.04 [m]

(55)

Unde : d este diametrul minim al spirei elicoidale.

4.2. Calculul turației arborelui transportorului elicoidal

Viteza medie axială a materialului se calculează cu relația:

(56)

[m/s]

unde : Q este capacitatea de transport ;

ku = 0.15 –0.45  coeficient de umplere ; ku = 0.4

R = D/2    raza maxima a spirei elicoidale ; R = 0.08 [m]

r = d/2   raza minima a spirei elicoidale ; r =  0.02 [m]

 – densitatea materialului transportat ;   = 1300 [kg/m³]

c – coeficient ce ține seama de micșorarea gradului de umplere al transportorului ,prin inclinarea acestuia,indicate in tabelul 11.

c =1

Tabelul 11

Parametri de funcționare al transportoarelor elicoidale lente.

Cunoscând viteza axială medie a materialului se poate calcula turația spirei elicoidale n cu relația :

[rot/min]

(57)

μ1 = 0.4

n = 26 [rot/min]

4. 3. Calculul puterii necesare acționarii

Forța de antrenare a produsului de către spira elicoidală se calculeaza cu relatia:

(58)

[kg] (59)

⟹  ₒ=arctg=arctg0,45=24,45 (60)

[N] (61)

M – masa de material existentă in carcasă

L – lungimea transportorului

D0 = (0,7 – 0,8) ∙D (3.19)

D0 = 0,7 ∙ 0,18 = 0,126 [m]

Puterea necesară deplasării materialului va fi :

(62)

 [m/s] (63)

[kW] (64)

Unde:   este viteza periferică.

Puterea motorului electric de acționare a transportorului se calculează cu relația :

(65)

[kW]

Unde : k0 = 1.15 –1.20  coeficient care ține seama de strivirea materialului ;

t – randamentul transmisiei ;

t = 0.95 pentru curea trapezoidală .

Tabelul 12

Caracteristici de funcționare pentru transportul încărcăturii.

4.4. Calcule de verificare

4.4.1. Momentul de torsiune:  

P =  1,85 [kW] (66)

n =  33 [rot/min] (67)

[N/mm]

Diametrul capacului de arbore:

τat=20 [MPa] (68)

[mm] ⟹da = 32,5 [mm]

Calculul forțelor:

forța axială  D =160 [mm] (69)

   [N]

forta radială  Fr=Fa=6685,12 [N] (70)

4.4.2. Verificarea unui rulment:

df = 60 [mm] Dr = 90 [mm]

c = 58.5 [kN] co = 45 [kN]

P=x∙Fr+y∙Fa  (71)

P – sarcina dinamica echivalenta;

x, y – coeficienti ai fortei radiale, respectiv axiale.

(72)

⟹ e=0,9 ; ; y=1,2 ; ⟹P =82,215 [kW]

Durabilitatea:

[mil. rotatii] (73)

Durabilitatea efectiva de functionare:

   =329268,29  [ore]  (74)

 4.4.3. Verificarea penei:

Verificare la strivire:

[MPa] (76)

lc = l

b = 10 [mm]

da = 60 [mm]

  [MPa] (77)

Verificarea la forfecare:

(78)

τf =  68  [MPa] < τf =60-70[MPa] (79)

4.5. Calculul transmisiei prin curele

Se folosește transmisie prin curele deoarece prezintă următoarele avantaje:

construcție și utilizare simplă;

costuri reduse de execuție;

amortizarea șocurilor prin patinare;

randament relativ ridicat ηct=0,95

Dezavantajele transmisiei prin curele sunt:

alunecarea curelei pe roți;

variația coeficientului de frecare cu uzura;

deformația plastic a curelei;

sensibilitate la căldură și umiditate;

Pentru calculul transmisiei prin curele vom adopta un raport de transmitere între roata condusă și roata motoare ict=1,5.

4.5.1. Alegerea profilului curelei

Conform nomogramei de curele se allege curea trapezoidală tip SPA STAS 1163-71.

4.5.2. Determinarea diametrelor de calcul al roților

Pentru roata motoare se alege diametrul:

Dp1=100 [mm]

Iar roata condusă are diametrul:

Dp2=ict∙Dp1 (80)

Dp2=100∙1,5⟹ Dp2=150 [mm]

4.5.3. Calculul vitezei periferice a curelei

(81)

=5,02 [m/s]

Unde: =960 [rot/min]

3.5.4. Determinarea distanței dintre axe

(82)

Se adoptă: A= 400 [mm]

4.5.5. Determinarea unghiului dintre ramurile curelei

(83)

4.5.6. Determinarea unghiului de înfășurare pe roțile de curea

1=180+y⟹1=187,12 (84)

2=180- y⟹2=172,88 (85)

4.5.7. Calculul lungimii primitive a curelei

(86)

unde: (87)

Dpm=125 [mm]

Lp=1192,53 [mm]

Se adoptă lungimea standardizată a curelei: Lp=1250 [mm]

4.5.8. Calculul numărului de curele

(88)

Unde: P=Nn=2,2 [KW]-puterea motorului;

=1,2 coeficient de funcționare;

=0,94 coeficient de lungime;

coeficient de înfășurare;

[KW] puterea transmisă pe o curea,conform STAS 1163-71.

Z0=1,63 [curele]

Se adopta: Z0=2 [curele].

CAPITOLUL 5

DESCRIEREA STANDULUI EXPERIMENTAL

5.1. introducere

Dacă intr-un amestec se regăsesc unul sau mai mulți agenți poluanți,operația prin care se realizează eliminarea acestora se numește depoluare.

Principalele tehnici folosite pentru îndepărtarea poluanților din sol sunt:

Solidificare/stabilizare;

Electrocinetice;

Extracția situ;

Caracteristicile situ sunt de o importanță capitală în alegerea celei mai adecvate metode de remediere.

Fitoremedierea și bioleșierea pot fi de asemenea utilizate dar nu sunt la fel de bine dezvoltate.

Depoluarea solului se ralizează prin mai multe tehnologii prezentate anterior.

Prezentarea standului experimental

Pentru studierea procesului de depoluare a solului, s-a realizat un stand experimental care spălă solurilor poluate.

Standul conceput lucrează în regim de funcționare continuă și de aceea a fost realizat folosindu-se, ca componetă principală, un transportor elicoidal orizontal.

In cadrul standului se realizează operația de spălare a solului și de eliminare a surplusului de lichid, de aceea standul a fost conceput astfel:

Pentru deplasarea solului poluat în interiorul standului s-a utilizat un trasnportor elicoidal cu pas constant;

Pentru îndepărtarea poluantului din sol se folosește apă, fluid care este introdus în cadrul standului prin intermediul unor diuze;

Apa introdusă în cadrul procesului de spălare are rolul de a prelua din solul poluat poluantul și de aceea soluția astfel obșinută trebuie îndepărtată de solul curățat. Pentru acesta standul a fost conceput cu un sistem de presare. Operația de presare se realizează prin modificarea volumului ocupat de amestec între spirele transportorului elicoidal, respectiv se micșorează treptat pasul spirei. Amestecul lichid astfel eliminat din sol este evacuat prin intermediul orificiilor poziționate pe partea inferioră a standului.

Solul depoluat este evacuat din stand pe gura de evacuare.

Acesta are in dotare un transportor elicoidal cu pas variabil, cu diametrul de 150 mm și lungimea de 500 mm, care are rol atat de transport cât și de presare, prezentat în figura 13.

Spirele elicoidale se execută din foi de tablă sau din benzi OL37 prin matrițare sau laminare pe mașini speciale. În ultimul caz se obțin spire complete a căror lugime este egală cu câțiva pași. Spirele se sudează direct pe arbori sau prin intermediul unor suporți.

Fig. 13. transportor elicoidal cu pas variabil.

Carcasa transportorului elicoidal prezentată in figura 14 este realizata din otel, cu grosimea peretelui de 4 mm, lungimea de 510 mm iar diametrul de 160 mm. Carcasa este prevazuta cu o singură gură de alimentare si una de evacuare. La 30 de mm distanță de gura de alimentare sunt dispuse 6 diuze care au rol de a pulveriza agent depoluant in procesul de depoluare a solului. Înainte de gura de evacuare, la partea inferioară, sunt realizate o serie de orificii (figura 15), permițând evacuarea agentului depoluant si a poluanților din sol.

Figura 14 Carcasa transportolului elicoidal.

Figura 15 Orificii pentru evacuarea poluanților din sol.

În construcția standului am folosit rulmenții radiali cu bile pe un singur rând, tipul 6003-2ZR, fixarea acestora in lagăre fiind realizată cu siguranțe seeger, scopul acestora fiind de a nu permite mișcarea rulmentului în lagăr.

Scopul folosirii rulmenților fiind cel de a reduce frecare arborelui in lagăre.

Fixarea flanșei de carcasa transportorului elicoidal se face prin șuruburi, situate din 90° in 90° pe circumferința carcasei.Datorită asamblării demontabile, operațiile de intreținere si curațare sau aducerea oricăror îmbunătățiri la nivelul transportorului sunt realizate cu un grad redus de dificultate.

Figura 16 Lagăr de rostogolire.

Antrenarea transportorului se realizează cu ajutorul unui motor electric asincron, tipul ASU 80a-6, cu următoarele caracteristici:

Puterea nominală 0,37 [KW];

Turația nominală 900 [rpm];

Current nominal 1,16 [A];

Randamentul motorului η 62,0 %;

Defazajul dintre bobine cos φ 0,74;

Masa motorului 5,2 [Kg].

Mișcarea de rotație generată de motorul electric ajunge la transportorul elicoidal prin intermediul unei transmisie prin curele trapezoidale, prezentate in figura 17, formată din următoarele componente:

Roata conducătoare, montată pe motorul electric având diametrul de 60 mm, (fig.17, 4);

Roata condusa,montată pe arborele transportorului elicoidal,fixată intre arbore si roată cu o pană plan paralelă și siguranțată cu șurub(fig. 17, 2);

Cureaua trapezoidală cu o lungime primitiva Lp=75 mm, (fig. 17, 1);

Mecanismul de întindere a curelei, format dintr-o rolă excentrică, aceasta realizand strângerea curelei prin rotitea în sensul acelor de ceasornic a căii interioare de rulare, (fig. 17, 3);

Figura 17 Sistemul de transmisie al transportorului elicoidal.

Un alt subansamblu foarte important al standului pentru depoluarea solului il reprezină sistemul de alimentare cu agent depoluant (apă fierbinte sau abur,in funcție de natura poluantului din sol), care este alcătuit din:

Distribuitorul pentru agent depoluant, (fig.18, 1) ;

Diuze pentru pulverizare, (fig.18, 2) ;

Conducte de legătură între distribuitor și duze, (fig.19, 1) ;

Distribuitorul pentru agent depoluant are in construcția sa un robinet, care ne permite sa alimentăm sau sa întrerupem alimentarea cu agent depoluant, dar face posibilă si reglarea debitului.

Figura 18 Distribuitor pentru agent depoluant.

1-distribuitor; 2-diuze de pulverizare.

Duzele pentru pulverizare, fiind 6 la număr, au rolul de a injecta agentul depoluant in solul supus procesului de depoluare.

Conductele de legătura au rolul de a asigura transportul agentului depoluant de la distribuitor la duzele pentru pulverizare.

Figura 19 Conducte de legatura intre distribuitor și diuze.

1-conducte de legătură intre distribuitor și diuză.

5.3. Modul de funcționare

1. Se pornește utilajul,prin conectarea motorului la sursa de curent electric;

2. Se introduce solul in utilaj prin gura de alimentare (1, fig.20);

3. Se face alimentarea cu agent depoluant prin deschiderea robinetului poziționat pe distribuitor (1,fig.18);

Transportul se realizează cu ajutorul transportorului elicoidal (fig.13),în interiorul carcasei (fig.14). Materuialul transportat ajuns in zona de pulverizare a diuzelor(fig.18, 2), va fi injectat cu agent depoluant, pentru realizarea operațiunii de spălare.

Pe măsură ce materialul înaintează, acesta va fi supus presării, datorită diminuării distanței dintre vârfurile spirei (pasul spirei), această operațiune având scopul de a stoarce agentul depoluant introdus în sol ,evacuarea acestuia realizându-se prin orificiile prevăzute pentru scurgerea lichidului (fig.15). Acesta este captat de un recipient (fig20, 6), și transportat într-un rezervor de captare.

Evacuarea solului din instalație se realizează prin gura de evacuare (fig.20, 18).

Figura 20. Instalație pentru spălarea solului.

1-gura de alimentare; 2-lagarele arborelui; 3-sistemul de transmisie; 4-motorul electri; 5-scheletul instalației; 6-recipient pentru captarea agentului depoluant și a poluanților din sol; 7-capacele transportorului elicoidal; 10-conducte pentru alimentare cu agent pentru spălare; 11-diuze de pulverizare.