Laborator 1
UPPPA
L1. Evidenierea experimentală a separării seminelor după dimensiunile geometrice pe site şi trioare Blocul de separare cu site plane
Cea mai mare răspândire în efectuarea operaiilor de curăire şi sortare, o au maşinile cu site şi canale de aer, completate adesea cu trioarele cilindrice. Separarea amestecurilor de semine pe site cu orificii dreptunghiulare are loc după grosimea seminelor şi pe site cu orificii circulare după lăimea seminelor. Pentru a fi posibilă separarea seminelor prin orificiile sitei este necesar să se imprime seminelor o stare de cernere faă de suprafaa sitei. Acest fapt are loc prin antrenarea sitei într-o mişcare de oscilaie, efectuată, de regulă, cu ajutorul unui mecanism bielă manivelă. Schema cinematică a ac ionării blocurilor cu site plane folosite la maşinile de curăirea seminelor este prezentată, în cazul general, în figura 1.1. Starea de cernere a materialului pe suprafaa sitei, respectiv caracterul mişcării relative a seminelor pe suprafaa sitei se poate caracteriza prin relaiile de ordine între valorile minime ale indicilor cinematici ai sitei. Analiza tipului mi ş că rii relative a semin elor elor pe suprafa a sitelor plane Procesul de separare a unei mase de semine cu ajutorul sitelor plane este, în principal influenat de caracterul mişcării relative a semin elor faă de sită. Unul din parametrii cinematici ai mişcării relative a seminelor, care poate da o imagine asupra caracterului mişcării seminelor, este viteza medie de deplasare a acestora pe suprafaa
sitei. Rama sitei plane se sprijin ă prin intermediul suporilor elastici paraleli (de regulă verticali), şi este acionată, în mişcare de oscilaie, de un mecanism bielă-manivelă (fig.1.1).
Fig. 1.1 Schema cinematic ă a sitei plane
Cu aproximaie satisf ăcătoare se poate aprecia că sita are o mişcare de translaie rectilinie, oscilatorie, armonică. Direcia x-x (perpendiculară pe supori în poziia lor medie) pe care are loc oscilaia sitei este direcia de oscilaie, al cărei unghi cu orizontala se notează cu ε. Când suporii de suspendare sunt verticali ε = 0. Sita se montează cu o înclinare faă de orizontală de unghi α , astfel încât α < φ , (φ – unghiul de frecare al seminelor pe sită). Pentru studiul mişcării relative a particulei faă de sită, forele care 1
Laborator 1
UPPPA
trebuie luate în considerare sunt reprezentate în figura 2.1. În această figură mg este greutatea particulei, N – reaciunea planului sitei, F f – fora de frecare a particulei pe sită şi Fi – fora datorită mişcării de transport a particulei cu sita (fora de inerie). Dintre forele enumerate, fora care asigură producerea mişcării relative este Fi. Direcia forei Fi este constantă (x-x), dar mărimea şi sensul său variază pe direcia de oscilaie conform relaiei: 2 (1.1) F i = −mA ⋅ ω cos(ω ⋅ t ) unde: m este masa particulei; A este amplitudinea oscilaiei sitei (A ≈ r); ω – viteza unghiulară a excentricului; ωt – unghiul de rotaie a manivelei. În funcie de Fi, direcia de oscilatie şi frecarea particulei cu sita, particula poate avea următoarele tipuri de mişcare relativă faă de sită: a) repaus relativ faă de sită; b) deplasarea fie numai în sus, fie numai în jos pe sită; c) deplasarea în ambele sensuri pe sită. Oricare dintre aceste tipuri de mişcări relative poate avea loc cu desprinderea materialului de pe suprafaa sitei, sau f ăra desprindere. Caracterizarea acestor tipuri de mişcare relativă se poate obine prin relaiile de ordine între indicele regimului cinematic efectiv de funcionare al sitei (k) şi indicii regimurilor cinematice limită (minime) ale sitei de la care încep deplasările relative ale materialului în jos pe sită (k j), în sus pe sită (ks) şi de desprindere (ko). Aceşti indici se calculează, pentru cazul general, cu relaiile: 2
k = k s
A ⋅ ω
=
g
sin(α + ϕ ) , k j cos(ε + α + ϕ )
(1.2) =
sin(α − ϕ ) , k o cos(ε + α − ϕ )
=
cos(α ) sin(ε + α )
(1.3)
În practică, de regulă, suporii de suspendare ai blocului cu site sunt verticali şi în acest caz relaia de calcul pentru indicii k j, ks, ko se obine particularizând ε = 0 în relaiile (1.3). Dintre tipurile de mi şcare relativă menionate, pentru separarea pe site este recomandabil tipul c) cu sau f ără desprinderea materialului de pe sită. Acest tip de mişcare are loc când este indeplinită condiia exprimată de relaia: (1.4) k j < k s < k < k o Viteza medie vm a mişcării seminelor pe sită depinde de mărimea deplasării S a acestora pe sită la o oscilaie completă (o rotaie a manivelei) (1.5) S = S j − S s unde: S j, Ss sunt deplasările seminelor în jos, respectiv în sus pe sit ă în timpul unei rotaii a manivelei. Dacă se cunoaşte S, atunci valoarea vitezei medii se calculează din expresia: ω 60 2π unde n este turaia manivelei (rot/min). vm
=
Sn
=
(1.6)
S
2
Laborator 1
UPPPA
O alta relaie de calcul a vitezei medii a seminelor pe sită a fost propusă de Dietrych şi se exprimă prin: g cos( β − α ) k − 1 (k 2 − 1) (1.7) vm = ω sin( β ) 2 unde, β este unghiul de rotaie a manivelei ( β = ωt). Viteza limită a seminelor pentru care are loc trecerea prin orificii este exprimată de relaia: ( L − l ) cos(α ) v lim (1.8) (2 L − 2l ) sin(α ) + 2a / cos(α ) g
în care L este lungimea orificiului; 2l – lungimea maximă a seminelor cu grosime mică; α – unghiul de înclinare a sitei faă de orizontală; 2a – lăimea maximă a seminelor care se separă; g – acceleraia gravitaională. Determinarea experimentală a vitezei medii a seminelor pe sită se face folosind blocul de site plane existent în laborator. Schema modelului funcional pentru determinarea vitezei medii de deplasare a seminelor pe suprafaa sitei plane este prezentată în figura 2.2. Se folosesc pentru determinări semine de porumb care se alimentează manual, pe suprafaa sitei în timp ce aceasta este antrenată în mişcare de oscilaie. Se cronometreaza timpul t cât durează deplasarea l 1, pe sită, a unei semine, între două repere trasate pe rama sitei. Viteza medie de deplasare vm este: vm
=
l1 t
(1.9)
La determinare se fac cel puin 4-5 repetiii, luându-se valoarea medie a lor.
Fig. 2.2 Schema modelului pentru determinarea vitezei medii a semin elor
Puterea necesară ac ionă rii blocului de site plane Pentru calculul puterii necesare acionării în timpul lucrului blocului cu site (P ms) se va folosi relaia dedusă din considerentul că întreaga energie preluată de la motor în timpul unei rotaii a excentricului se regăseşte în enegia cinetică acumulată de blocul cu site, şi anume: Pms
=
0.183 ⋅ 10
−
3 M ⋅ A
η t
2
n
3
, (W)
(1.10)
unde, M este masa totală a blocului oscilant (kg); A – amplitudinea oscila iei (m); n – turaia excentricului (rot/min); ηt – randamentul mecanic al transmisiei de la excentric la motor. Masa totală a sistemului oscilant se poate considera:
3
Laborator 1
M = M b
+
UPPPA
Q
Ls vm
(1.11)
în care: Mb – masa constructivă a blocului de site (Mb =200 kg); Q – debitul de alimentare cu semine a blocului (kg/s); Ls – lungimea sitei de buruieni; vm – viteza medie a materialului (vm = 8..12 cm/s). Triorul cilindric
Trioarele cilindrice sunt suprafee cilindrice alveolare confecionate din tablă cu alveolele realizate prin ambutisare pe suprafaa interioară. Alveolele au o formă sferică putin alungita (“formă de buzunar”). În trioarele cilindrice separarea amestecurilor de semine în două fracii are loc pe baza diferenelor între lungimile seminelor (fig. 1.3), fracia formată din seminele scurte (cu lungimea mai mică decât diametrul alveolelor) fiind colectată în jgheabul din interiorul cilindrului, iar cealaltă fracie care rămâne pe suprafaa cilindrică se colectează la capătul opus celui de alimentare, după cum este prezentat în figura 1.4.
Fig. 1.3 Separarea semin elor în trior
Suprafaa cilindrică se montează cu axa orizontală sau înclinată cu un unghi de 12° faă de orizontală şi este antrenată într-o mişcare uniformă de rotaie în jurul axei proprii. Alimentarea cu materialul supus separării se face pe suprafaa cilindrică interioară pe la un capăt al acesteia. Pentru a fi posibilă separarea, regimul cinematic al triorului trebuie s ă asigure existena mişcării relative între stratul de semine în contact cu suprafaa alveolară şi această suprafaă pentru ca alveolele să se încarce cu semine la trecerea pe sub strat, ceea ce are loc dacă indicele regimului cinematic k al triorului îndeplineşte relaia: 1 R ⋅ ω 2 (1.12) k = < tgϕ
g
unde ϕ este unghiul de frecare al seminelor pe suprafaa alveolară, iar R – raza interioară a cilindrului trior [m]. Pe de altă parte, pentru ca alveolele să se descarce de seminele scurte, înainte ca acestea să ajungă la înălimea maximă, trebuie să îndepliească condiia dată de relaia: 2
k =
R ⋅ ω g
<
1
(1.13)
4
Laborator 1
UPPPA
Fig. 1.4 Schema de func ionare a triorului cilindric
În procesul de descărcare al alveolelor de seminele scurte un rol însemnat îl joacă forma alveolei prin poziia peretelui de descărcare faă de suprafaa alveolei, caracterizat prin unghiul λ . În procesul de descărcare se disting două faze: faza de alunecare a seminei din alveolă, urmată de faza de desprindere a seminei de pe suprafaa cilindrică şi deplasarea în zbor liber în jgheab. Legătura între indicele regimului cinematic şi parametrii α, φ şi λ corespunzătoare celor două faze este exprimată prin relaiile: faza de alunecare • cos(λ + ϕ + α a ) (1.14) k = sin(λ + ϕ ) faza desprinderii • (1.15) k = sin(α d ) unde αa, αd sunt unghiurile care definesc poziia alveolei corespunzător fazei de alunecare, respectiv desprindere. Pe cale experimentală s-a stabilit că indicele regimului cinematic optim, în cazul triorului cilindric simplu, la separarea seminelor de neghină din cele de grâu, kop=0.41. Pentru această situaie turaia cilindrului trior se calculează cu relaia: 19.1 (rot/min) (1.16) nop = R
Turaia maximă a unui cilindru trior dat se deduce din relaia asigurării descărcării la limită a alveolelor (relaia 2.10) conform relaiei: 29.9 (rot/min) (1.17) n max = R
unde R este raza cilindrului trior în [m].
5
Laborator 1
UPPPA
Maşina de prelevat probe de semine model SLN 3UK pentru curăarea şi separarea după dimensiune a seminelor pentru germinare
Fig. 1.5 Curăitor model SLN 3UK
Rolul func ional
Identificarea calităii sau tipului de impurit ăi dintr-un lot de semine şi a dimensiunilor seminelor sunt operaii deosebit de importante atunci când se alege lotul de semine necesar însămânării, materia primă pentru fabricarea malului, sau în alte procese. Acelaşi standard pentru gradul de curăare al seminelor trebuie aplicat şi obinut pentru toate produsele agricole, cereale, fasole sau produse mult mai pretenioase ca floarea-soarelui, etc. Dacă se doreşte utilizarea maşinii pentru separarea seminelor “de calitate specială” pentru germinare din lotul experimental de produse, un buncăr de alimentare de capacitate mai mare poate fi ataşat curăitorului, pentru a asigura funcionarea acestuia în regim continuu. Avantaje: 1. Selecia unei probe de semine pentru examinare oferă o evaluare precisă a masei întregi de semine; 2. Separarea seminelor efectuată pe baza unei probe semnificative face posibilă acceptarea sau respingerea deciziei de încadrare a lotului de semine în limitele standardelor impuse; 3. Curăitorul pentru probe de laborator are o destinaie variată şi poate fi utilizat pentru o gamă largă de produse, începând de la seminele de rapiă pentru ulei până la seminele de porumb şi fasole; 4. Realizează o curăare automată – f ără mentenană; 5. Sitele sunt echipate cu un sistem de autocurăare cu bile bine rodat; 6. Noul design al sistemului de separare cu site este foarte sigur şi permite schimbarea rapidă a sitelor. Funcioneaza cu un nivel foarte scăzut de zgomot (sub 82 dB) şi vibraii. 6
Laborator 1
UPPPA
Fig. 1.6 Curăitor pentru probe de laborator - Schema principal ă
Modul de funcionare al curăitorului este descris cu ajutorul schemei din figura 1.6: A. Capacul de jos al dozatorului este ridicat şi proba de semine este precântărită şi introdusă în dozator. B. Capacul este închis şi se porneşte maşina. După 20-60 secunde (reglabile) dozatorul descarcă proba de analizat pe sită. C. Impurităile uşoare sunt antrenate de aerul refulat de ventilator în ciclon şi descărcate în punga de plastic. D. Seminele bune trec prin orificile sitei pe la partea superioară a acesteia, iar impurităile mari sunt reinute pe sită şi transportate la partea inferioară. E. Seminele bune sunt reinute pe cea de-a doua sită şi transportate către partea inferioară, iar nisipul şi impurităile mici trec de orificiile sitei. F. Seminele bune sunt apoi reîncărcate pe sita de separare cea mai de jos. G. Cultura principală (seminele bune) este transportată prin canalele de colectare corespunzătoare în tăvie. H. Seminele care nu au dimensiunile corespunzătoare sunt transportate prin canalele de colectare în tăviele din partea stângă. I. Nisipul, seminele mici şi impurităile uşoare neseparate de sistemul de aspiraie sunt transportate prin canalele de colectare în tăviele din partea dreaptă a curăitorului.
7
Laborator 1
UPPPA
Fig. 1.7 Schema de ansamblu a cur ăitorului SLN 3UK: 1) Buton pentru pornire şi descărcarea manual ă a dozatorului. 2) Capac umplere. 3) Ie şire dozator. 4) Clapetă reglare desc ărcare. 5) Tăviă pentru semin e mici. 6) Tăviă pentru semine principale (bune). 7) Ventilator. 8) Dozator. 9) Ciclon. 10) Clapet ă reglare aer. 11) Electromagnet pentru desc ărcarea automat ă a dozatorului. 12) Sita de sus. 13) Sita de jos. 14) Sita de separare. 15) T ăviă pentru nisip şi impurităi neaspirate. 16) Sac de plastic pentru impurit ăi aspirate. 17) Poteniometru avertizare timp. 18) Arcuri.
Accesorii standard: 5 tăvi de plastic de greutate uniformă; 2 metri de cablu; 3 site plate. Echipament extra: Site plate; Cântar electronic cu scală de calcul în procentaje. • Sistem de achiziie şi prelucrare date DATAPRINT pentru calculul procentajelor • de material separat, ce poate fi conectat direct la computer. Buncăr de alimentare separat, canale de transport către tăvie şi saci de ambalare • pentru curăarea continuă. Câteva din caracteristicile tehnice ale maşinii de prelevat probe de semine modelul SLN 3UK sunt prezentate în tabelul 1. Tabel 1. Specificaii tehnice model SLN 3UK Înălimea H1 970 mm Înălimea H2 780 mm Lăimea W1 420 mm Lăimea W2 580 mm Lungimea L 680 mm Greutatea 85 kg Motor 230 V - 0.37 kW Masa de semine aprox. 1 kg Nivel de sunet 82/78 dB(A)
8
Laborator 1
UPPPA
Maşini de sortare cu suprafee cilindrice alveolare
Fig. 1.8 Maşina de sortat şi curăat semine Schmidt-Seeger model Ultra UN412
Maşina de sortare cu suprafee cilindrice alveolare (fig.1.8) poate fi utilizată în următoarele procese: Sortarea seminelor: Ovăz - păsat de ovăz; Orz – arpacaş; Orez alb - orez alb fragmentat; Fructe cu păstăi. Pregătire semine: Cereale de orice fel; Porumb; Paddy (orez brut); Semine de iarbă; Semine de trifoi; Lucernă; Semine oleaginoase; Floarea soarelui; Semine de in Susan; Fructe cu păstăi; Semine de legume. Domeniile de utilizare sunt : Ma şini de treiere pentru pregătirea orzului În slădării Separarea seminelor de buruieni, a •
boabelor sparte şi a boabelor mici, selectarea materialelor cu bob lung (de exemplu ovăz) În morile de coji (în afară de separarea seminelor de buruieni, a boabelor sparte şi a boabelor lungi) Eliminarea orzului netăiat din uruială • Sortarea arpacaşului în diverse mărimi • Toate funciile de resortare din cadrul întregului proces •
Ma şini de triere pentru pregătirea ovă zului la morile de ovă z Separarea seminelor de buruieni, a boabelor sparte şi • •
• •
a boabelor mici din ovăzul
brut Sortarea ovăzului brut curăat după lungime, de exemplu în trei categorii, înainte de decorticare Separarea boabelor de ovăz netăiate din cele tăiate Toate funciile de resortare din cadrul întregului proces 9
Laborator 1
UPPPA
Ma şini de triere pentru pregătirea orezului brut şi a celui alb la morile de orez Separarea seminelor de buruieni şi a boabelor sparte din paddy (orez brut) • •
Sortarea orezului alb în orez întreg
Ma şini de triere pentru pregătirea semin elor Curăarea şi sortarea după lungime a seminelor fine • Curăarea şi sortarea după lungime a seminelor de orice fel • Ma şini de treiere pentru pregătirea mirodeniilor, plantelor medicinale şi a ceaiului Separarea elementelor străine din mirodenii granulare, cum ar fi muştar, chimen, • coriandru, ienupăr şi altele similare Separarea tulpinilor şi a altor pări străine din condimentele sub formă de frunze • sau flori, cum ar fi cimbru, maghiran, busuioc, pătrunjel şi altele similare Separarea tulpinilor şi a altor pări străine din ceai, măcieşe, flori de păducel, flori • de muşeel şi altele similare. Câteva din caracteristicile tehnice ale maşinii de sortat si curăat semine modelul UN
412 sunt prezentate în tabelul 2. Tabel 2. Specificaii tehnice maşina de sortat şi curăat Schmidt-Seeger modelul UN 412 Specificatii tehnice model UN 412 Tip Capacitate la adaos 3% Cilindru trior Diametru/lungime Grâu Secară Orz (mm) UN 412/1 36.0 30.0 3x700/3000 3x2.2 UN 412/2 48.0 40.0 3x700/4000 3x3.0
Aplicaie: Să se precizeze starea de cernere a seminelor pe sita plană ştiind că blocul se sprijină pe supori elastici care fac unghiul de 150 cu verticala, sita este înclinată cu unghiul de 150 faă de orizontală, cursa blocului este de 12 mm, turaia excentricului fiind de 400 rot/min, iar unghiul de frecare al seminelor pe sită 250.
10
