UTILAJE PENTRU SORTAREA ŞI CURĂŢIREA PRODUSELOR INTERMEDIARE
Cernerea reprezintă reprezintă operaţia de separare a produselor de măciniş după mărimea particulelor efectuată pe site cu mişcare vibratorie. Repartizarea particulelor aceluiaşi amestec în fracţiuni mai mici după dimensiunea particulelor sale se numeşte sortare. În timpul timpul cernerii cernerii are loc şi stratifica stratificarea rea particule particulelor lor de măciniş, măciniş, după masa lor specifică ca efect al mişcării vibratorii la care este supus materialul. Astfel, Astfel, pentru un amestec de particule de diferite forme, volume şi mase, supus unei mişcări vibratorii, particulele cu densitatea mai mare vor ajunge la baza stratului, în timp ce la suprafaţă se vor găsi particulele mai mici şi mai uşoare, ceea ce face ca la aceeaşi fracţiune granulometrică (fracţie cu particule de dimensiuni foarte apropiate), probabilitatea de cernere să fie mult mai mare pentru particule mai grele, adică mai bogate în endosperm. În cazul cerneri cernerii,i, dacă toate toate particulel particulele e cu dimensiuni dimensiuni mai mai mici decât decât orificiile orificiile unei site ar trece sub sită, cernerea ar fi completă. In realitate, o separare totală nu are loc, astfel încat în refuzul refuzul sitei se vor găsi întotdea întotdeauna una şi particule particule cu dimensiun dimensiunii mai mici decât decât orificiile orificiile acesteia. În cazul cazul cerner cerneriiii făinuril făinurilor or,, stratifica stratificarea rea este este favora favorabilă bilă pentru pentru că în straturile straturile superioar superioare e ale materialului de pe suprafaţa de cernere se vor găsi particulele bogate în înveliş (tărâţele) care fiind mai uşoare nu întrunesc condiţiile pentru a veni în contact direct cu sita , ceea ce poate conduce la separarea lor prin orificii.. Eficienţ Eficienţ a cernerii se apreciază apreciaz ă prin doi parametri: gradul de separare a particulelor cu dimensiuni mai mici decât orificiile sitei (cernutul) din materialul iniţ ini ţ ial ial şi capacitatea de reprezint ă cantitatea de material ce trece prin unitatea de suprafaţă suprafa ţă în cernere a sitei care reprezintă unitatea de timp. Capacitatea de cernere este influenţată de o serie de factori, cum ar fi: suprafaţa utilă (liberă sau vie) a sitei, natura suprafeţei sitei, umiditatea materialului şi a mediului ambiant, distribuţia granulometrică a materialului, elementele dimensionale şi cinematice ale maşinii (lungimea şi lăţimea sitei, încărcarea specifică, indicele cinematic k = Aω2/g, viteza de deplasare a materialului pe sită), etc. (granulozitatea) unui amestec de particule materiale reprezint ă o Marimea particulelor (granulozitatea) noţ noţ iune iune care exprimă exprimă limitele granulometrice (dimensionale) între care se află afl ă particulele din amestec. Aceste limite sunt reprezentate de dimensiunile maxime şi minime ale particulelor, caracterizate de dimensiunile ochiurilor sitei prin care au trecut şi cele ale sitei care le-a refuzat. De exemplu, K = 36/44 reprezintă reprezint ă mărimea particulelor unui amestec ale că c ărui particule au trecut prin sita nr.36 şi au fost refuzate de sita nr.44 (ceea ce reprezintă reprezint ă un simbol şi nu un raport). Gradul de puritate reprezintă reprezintă procentual ponderea cantităţ cantit ăţ iiii de particule cu dimensiuni mai mari efectiv decât orificiile sitei (suprafeţei de cernere) care le-a refuzat, din masa totală totală de material r ămasă masă pe sită sită. Suprafeţe de cernere Pentru cernerea produselor de mă m ăciniş ciniş se folosesc, în mod exclusiv, împletituri confecţ confecţ ionate ionate din fire metalice sau ţ esă esături din materiale textile şi din fire de material plastic. Sitele metalice pot fi confecţionate din sârmă de oţel zincat, zincat, cupru, bronz sau bronz fosforos, prin încrucişare simplă. Numerotarea acestor site se poate face în mai multe moduri: prin numărul de fire pe un ţol vienez (1" = 26.34 mm); pe baza mărimii laturii orificiului, exprimată în mm sau μ m; pe baza mărimii suprafeţei active de cernere, exprimată în procente şi prin numărul de ochiuri pe 1 cm2. În primul caz sita nr.44 reprezintă sita care are 44 de fire pe un ţol vienez. Pot exista site din sârmă de oţel zincat numerotate de la 8 la 30 (din 1 în 1) cu diametrul sârmei φ0.16-1.4 0.16-1.4 mm (tip A, B, C, D, E, F, G, H, I, U) şi de la 32 la 50 (din 2 în 2) cu
diametrul sârmei φ0.16-0.37 mm (tip A, B, C, D, E, F, G, H) sau site din sârmă de cupru numerotate de la 8 la 11 (din 1 în 1) cu diametrul sârmei φ0.4-1.2 mm (tip A, B, C, D, E, F, G), de la 12 la 76 (din 2 în 2) cu diametrul sârmei φ0.1-0.8 mm (tip A, B, C, D, E, F, G), de la 80 la 105 (din 5 în 5) cu diametrul sârmei φ0.075-0.16 mm (tip A, B, C, D, E, F) şi de la 110 la 160 (din 10 în 10) cu diametrul sârmei φ0.05-0.09 mm (tip C, D, E, F). Acest sistem de numerotare prezintă dezavantajul că numărul sitei nu dă o imagine asupra dimensiunii ochiului, care este influenţat de grosimea firelor ţesăturii, dar poate fi stabilit practic printr-o simplă numărare cu ajutorul unei lupe. Numerotarea sitelor pe baza mărimii laturii orificiului dă o imagine exactă a dimensiunilor particulelor de cernut dar numărul sitei este greu de stabilit dacă nu se cunoaşte grosimea firelor ţesăturii. Suprafaţa activă (vie) de cernere a unei site se poate determina, cunoscând dimensiunea ochiului l şi diametrul sârmei d, folosind relaţia: 2
S(%) =
l
2
(l + d )
100
(6.1)
şi este de 38-75% pentru ţesături de tipul A, B, C, D, U si de 20-60% pentru ţesături de tipul E, F, G, H, I. Masa informativă a sitei poate fi calculată, cunoscând numărul ţesăturii N s şi masa a 1000 metri liniari de sârmă cu o anumită grosime, folosind relaţia: 2
M = 76 N s
2 d + D
D
2
1000 [kg/m
2]
(6.2)
în care D = l + d, este dimensiunea exterioară a ochiului. Sitele din bronz si bronz fosforos se folosesc mai rar. În general, sitele metalice se folosesc la cernerea refuzurilor, adică a particulelor cu mult înveliş care ar provoca uzura mai rapidă a sitelor textile şi nu sunt indicate la cernerea făinurilor şi grişurilor deoarece au o suprafaţă aspră, iar ochiurile nu sunt uniforme din cauza îndoiturii firelor din sârmă. Sitele textile sunt confecţ ionate, de obicei, din fire de mătase naturală cu grosimea 15-24 μm, dar fiind foarte scumpă s-a înlocuit cu mătase acetat artificială. Ele pot fi destinate pentru cernerea produselor intermediare (grişuri şi dunsturi), numindu-se site de gri şuri şi pentru cernerea produselor finite, numindu-se site de f ăinuri . Sitele de grişuri au ochiuri similare cu cele metalice, dar pentru a se deosebi de acestea se notează cu iniţialele GG (greiss-gaze) – ex. sita 34 GG. Sitele de făinuri se notează cu cifre romane şi se împart în patru categorii, legate şi de numărul sitei: foarte uşoare, uşoare, grele şi foarte grele. Există două sisteme de numerotare a sitelor textile (vechi şi nou), numerotarea acestora ţinând seama şi de destinaţia lor. După sistemul vechi numărul sitelor de grişuri reprezintă numărul de fire pe un ţol englez, iar la numerotarea după sistemul nou se ţine seama de grosimea firului (d, cm) şi de dimensiunea ochiului (l, cm): ex. sita 10 / (l+d) = 10/D. După sistemul vechi la sitele de făinuri numărul ţesăturii are semnificaţie de fabricaţie, de simbol, fară a avea legatură cu elementele geometrice ale sitei, iar după sistem ul nou la numerotare se are în vedere aceleaşi elemente ca şi la sitele de grişuri: ex. sita l/(l+d) = l/D. În ultimul timp, în schemele tehnologice de măciniş, ţesăturile folosite la cernere se înscriu cu dimensiunea orificiilor în microni, pentru a evita confuziile care se nasc din existenţa sistemelor de numerotare. Sitele din mase plastice pot înlocui sitele textile, prezentând avantajul unor fire cu rezistenţă ridicată la tracţiune şi se împart în site de grişuri şi site de făinuri, numerotarea făcându-se ca la sitele textile.
În anexele 6.1 şi 6.2 sunt prezentate caracteristicile principale ale unor suprafeţe de cernere utilizate la maşinile actuale din industria morăritului. Construcţia maşinilor de cernere
În industria morăritului, la cernerea produselor de măciniş se folosesc maşini cu suprafeţe de separare (site) centrifugale, maşini cu site hexagonale, maşini cu suprafaţă de separare plană şi curent de aer (pneumosite) şi maşini cu suprafeţe de separare plane. Sitele centrifugale şi cele hexagonale au construcţie asemănătoare cu cele de la separarea corpurilor străine din masa de cereale şi se folosesc în special, la sf ârşitul fazei de şrotare sau de măcinare propriu-zisă, pentru extragerea ultimelor particule de produse finite. Încărcarea specifică a acestora este dată de natura produselor prelucrate şi de numărul sitei folosite. Dezavantajul acestor utilaje cu site cilindrice sau hexagonale constă în lipsa stratificării materialului de cernut. Maşina de cernut cu sită şi curent de aer (pneumosita) Pneumosita este o maşina cu suprafaţ a de cernere plană, fixă, şi curenţi de aer . Materialul transportat pneumatic la o viteză de 16-18 m/s, este adus prin racordul de alimentare 2 în incinta maşinii. La atingerea sitei 5, înclinată faţă de orizontală cu un unghi α , particulele cu dimensiuni mai mici decât diametrul orificiilor (cernutul) traversează sita, fiind conduse către racordul de evacuare 4, iar particulele cu dimensiuni mai mari (refuzul) cad în partea tronconică a carcasei metalice 1, fiind evacuate prin racordul 3. Viteza curentului de aer se poate regla cu ajutorul sistemului cu jaluzele 8, iar desfundarea orificiilor sitei se face cu un sistem de perii pe lanţ 6. Pentru intervenţii şi pentru urmărirea procesului de lucru maşina este prevazută cu un capac de vizitare transparent 7. La intrarea în interiorul carcasei, amestecul material-aer îşi micşorează viteza datorită măririi bruşte a sectiunii. Forţa de proiectare a particulelor pe suprafaţa sitei poate fi calculată cu relaţia: a v 2a P = S 2
în care: este coeficientul de rezistenţă aerodinamică al particulei; S – suprafaţa frontală de atac a particulei; ρa – masa volumică a aerului; va – viteza curentului de aer. Inclinarea sitei, faţă de orizontală, este de circa 45o la cernerea făinurilor şi de 65-70o la cernerea grişurilor, iar suprafaţa totală a acesteia este de 0,158 m 2 (0,45x0,35 m). Incărcarea specifică a maşinii, determinată experimental, este de circa 10 t / m 224h.
Pneumosita (maşină de cernere cu sită fixă şi curenţi de aer)
1.carcasa metalica; 2.conducta de alimentare; 3.racord de evacuare refuz; 4.conducta de evacuare cernut; 5.sita; 6.sistem de curatire cu perii; 7.capac de vizitare; 8.jaluzele reglabile
Construcţia utilajelor de cernere cu suprafeţe de separare plane şi mişcare circulară plan – paralelă (sitele plane)
Principala maşină destinată cernerii produselor de măciniş este sita plană care este constituită din mai multe blocuri de separare cu rame de sit ă acoperite cu ţ esături metalice, textile sau din material plastic aşezate suprapus în plan orizontal. Ea se execută, în general, în trei variante: SP (sită plană cu rame dreptunghiulare), SG (sită plană gigant) şi SPP (sită plană cu rame pătrate), asemănătoare atât constructiv cât si functional. Clasificarea sitelor plane se poate face după mai multe criterii: a. după numărul de corpuri: cu un corp (a); cu două corpuri (b – cele mai folosite); b. după numărul de canale (compartimente) sau alimentări: (cu 2, 4, 6 sau 8 canale; cu 2 canale şi 3 alimentări; cu 4 canale şi 5 alimentări (E), etc.); c. după modul de suspendare: site suspendate (a); liber oscilante (b); pendulare (c); d. după modul de actionare (acţionare centrală superioară, acţ.superioară individuală, acţ.inferioară centrală, acţionare inferioară individuală) e. după sistemul de cur ăţ ire a suprafeţ ei de cernere: (cu bile din cauciuc, cu pucuri din plastic sau bucăţi de chingă, cu perii – perii călăreţe, perii rotative, etc);
Clasificarea sitelor plane Intr-un canal (compartiment) de cernere pot exista 8, 10, 11, 12, 14, 18, 20 şi 26 rame de sită având diferite destinaţ ii: rame de alimentare, rame de cernere (cu tesatura), rame colectoare (cu tabla metalica neperforata), rame de trecere (cu tabla perforata); rame de fund. In general, un compartiment de sita reprezinta o anumita faza tehnologica, iar dispunerea numarului de rame pe pachete, in cadrul compartimentului, se face in functie de necesitati (tabelul 6.1).
Sistem de alimentare a compartimentelor cu sit ă plană
3.conductă de alimentare; 4.conductă de aspiraţie; 5.masă de alimentare; 6.cutie de alimentare din material transparent; 7.prelungire tronconică a conductei 3; 8.burduf din cauciuc sau material textil; 9.compartiment de sită plană;
Mecanisme de actionare a masinilor cu site plane
Sitele plane sunt actionate prin mecanisme de actionare care permit realizarea unei miscari considerata plan-circulara, fiecare punct al sitei descriind un cerc de raza egala cu excentricitatea mecanismului de actionare.
Schema mecanismului de acţionare cu contragreutăţi a sitei plane
1.ax principal; 2.roată de curea; 3.arbore secundar; 4.contragreutăţi; 5.lagăr; 6.cadrul sitei plane; 7.corpurile sitei plane; 8.centrul de greutate al SP; 9. centrul de greutate al contragreutăţilor
Sisteme de acţionare a sitei plane Conditia de cernere necesara sitelor plane este ca particulele de material să se afle in contact cu suprafaţ a de cernere un timp optim si sa se deplaseze cu o viteza optima care sa asigure cea mai mare probabilitate de trecere a particulelor mici prin orificiile ţ esăturii. La sitele plane particulele parcurg traiectorii circulare pe suprafaţ a de cernere deplasându-se de la un capăt la altul al ramei.
Turatia arborelui cu excentric trebuie sa se incadreze intre doua limite:
Turatia minima nmin limiteaza capacitatea de cernere a masinii, iar n max limiteaza timpul necesar particulelor mici de a trece prin orificii. La constructiile romanesti excentricitatea r este de 45 mm. nmin < ne < nmax
Pentru ca particulele de material aflate pe suprafata de cernere sa se poata deplasa, este necesar ca forta centrifuga F c=mr ω2, imprimată acestora de rotatia sitei sa depăşească for ţa de frecare Ff =μmg (fig.6.5), conditie exprimată prin relatia: r 2 > g
in care μ este coeficientul de frecare a particulei cu sita. Din aceasta relatie, daca se tine seama ca ω=πn/30, rezulta expresia turatiei minime pentru care particula se mai afla inca in repaus pe suprafata de cernere: 30 g (rot/ min ) nmin r unde r se introduce în relaţ ie în (m). Pentru existenta miscarii relative trebuie ca:
ne > nmin
Turatia optima pentru r = 45 mm se considera a fi egala cu 200-220 rot/min. Viteza de deplasare a particulelor pe sita trebuie astfel aleasa încât sa permită particulelor cu dimensiuni mai mici decât orificiile ţ esăturii sa treacă prin acestea, iar particulele cu dimensiuni mai mari sa nu ramana blocate in aceste orificii. O particula de material M, aflata pe suprafaţa unei site plane care are o miscare proprie de translaţ ie circular ă de raza r, descrie o mişcare relativa circulara raza r p. Pentru ca particula sa aiba o miscare proprie pe suprafaţa sitei si sa nu se deplaseze odata cu aceasta (echilibru relativ), trebuie ca turatia sitei sa depaseasca o valoare bine determinata. In miscarea relativa a particulei se vor considera fortele: Fcs, Fcp - fortele centrifuge din miscarea circulara a sitei, respectiv din miscarea circulara a particulei; F - forta de frecare a particulei pe suprafaţa sitei si forta Coriolis F c=-2·m·ωt·vr care are mărimea Fc=2mωωpr p, deoarece ωt este perpend. vr .
p
Traiectoria particulei de material pe suprafaţa sitei
Pentru ωp=ω, rezultă Fc=2mω2r p şi ca sens este de sens contrar lui Fcs. In cazul existentei echilibrului, avem: F + F cs + F c = 0
Urmarind figura, se observa ca: F c =
2
2
F cs - F
Expresiile for ţe i centrifuge, Corriolis şi celei de frecare sunt: 2
F c = 2 m r p 2
F cs = m r F = m g
În urma efectuării calculelor se obţ ine relaţia: r p =
r 2
g 1- 2 r
2
care reprezintă relaţia lui Jucovski in cazul sitelor plane. Aceasta relatie arată ca raza de mişcare a particulelor pe suprafaţa ramei de sita r p este diferita de raza de mişcare a sitei, dată de excentricitatea r. Cu cat coeficientul de frecare μ este mai mare cu atat raza de miscare a particulei este mai mica. Cunoscând unghiul , dintre for ţa centrifuga Fcs şi forta de frecare F, din figur ă se observa că: F = F cs cos Tinand seama de relatiile (6.32) si (6.34), relaţia lui Jucovski (6.33) devine: r p =
r 2
1 - cos2 =
r 2
sin
Aceasta relaţ ie este valabila numai dacă materialul se află intr-un singur strat de particule. In realitate, materialul se găseşte aşezat pe suprafaţa sitei intr -un strat de grosime h, iar coeficientul de frecare dintre particule este mai mare decât coeficientul de frecare al particulelor cu suprafaţa sitei (k.). In aceasta situatie raza de miscare a particulei are expresia: r p =
r 2
2
r k g 1- = 1 -k 2 cos2 2 2 r
in care k este un coeficient subunitar ce tine seama de influen ţ a grosimii h a stratului de material de pe suprafaţa ramei şi de frecarea dintre particule. Viteza cu care particula se deplasează pe cercul de raza r p, cand se considera ω p=ω, este: v p = r p
Echilibrarea sitelor plane. Calculul contragreutăţilor
Fortele care apar la actionarea blocurilor cu site plane, prezentat schematic in figură, sunt: G1 - greutatea sitei plane aplicată in centrul său de greutate C 1; G2 - greutatea mecanismului de actionare aplicată la distanta r 2 de arborele suspendat in punctul C 2; P 1, P2 - fortele centrifuge din mişcarea de rotaţ ie a sitei, respectiv a mecanismului de acţ ionare
S-a considerat ansamblul cu site plane actionat de un mecanism de actionare cu arbore suspendat in punctul A, unde exista un lagar oscilant, astfel incat sa permita efectuarea unor mici oscilatii. Totodata centrul de greutate al sitei plane coincide cu centrul lagarului arborelui cu excentric, aflat pe aceeasi orizontala cu centrul de greutate al contragreutatilor Pentru ca sita plana sa fie echilibrata static este necesar sa fie indeplinita conditia:
l1
P1
l2
r 2
r 1
C1
G1
C2
P2
G2
G 1 r = G2 r 2 1
Pentru echilibrarea dinamica se iau in considerare si fortele centrifuge P 1 si P2, care au expresiile: P = 1
G1 g
r 1 2
P 2 =
G2 2 r 2 g
Din conditia necesara echilibrarii dinamice pentru pozitiile extreme ale ansamblului cu site, se impune: de unde rezulta din nou relatia echilibrării statice. P = P 2 , 1 In pozitia extremă, supor ţi i elastici ai blocurilor cu site fac un unghi cu verticala. Daca inăltimea de suspendare a blocurilor este l 1, atunci rezultă: r 1 = l 1 tg Aplicând in centrul de greutate al ansamblului cu site o forta X, pe directia orizontală, care are tendinţ a să scoată sita plană din repaus, din ecuaţ ia de momente faţă de punctul de suspendare, la echilibru, se obţ ine: r 1
X = G1
l 1
Greutatea ansamblului cu site se repartizeaza uniform pe cei patru suporti elastici de suspendare. Pentru echilibrarea fortei X, in centrul de greutate al mecanismului cu contragreutati C2, se aplica forta Y a carei expresie se stabileşte analog: Y = G 2
r 2 l 2
unde l1 este inaltimea de suspendare a arborelui de actionare. Din egalitatea fortelor X si Y se poate determina greutatea G 1 necesara pentru calculul masei contragreutatilor de echilibrare a mecanismului de actionare: G 2 = G1
r 1 l 2 l 1 r 2
Pentru cazul în care l 1 = l2, atunci se poate determina greutatea contragreutăţilor şi din relaţia echilibrării statice a sitei plane. Viteza limită de deplasare a particulelor pe rama de cernere Se stabileşte pentru cazul particulei de cernut a < l pe suprafaţa sitei (a – dimensiunea echivalentă a particulelor de material; l – latura ochiului sitei de cernere). In cazul particulelor cu dimensiuni a < l (figura de jos), pentru ca cernerea să se poată realiza trebuie sa fie î ndeplinite condiţiile: - particula de cernut sa ajungă in dreptul orificiului sitei;
-
odată ajunsă in dreptul orificiului particula trebuie să aibă timpul necesar să cadă prin acesta pe inălţ imea z, altfel ea nu va fi angajată in trecerea prin orificiu. Particula se deplaseaza pe cercul de raza r p, de la A la B, in punctul B ea cazand sub actiunea greutatii proprii. Din figura se observa ca: z =
d + a 2
D = d + l
unde d este grosimea firelor sitei, iar a este diametrul particulei de cernut. Datorita faptului ca particula se afla in cadere libera, in punctul B, spatiul parcurs de aceasta pe verticala este: 1 z = g t 2 2
unde g este acceleratia gravitationala. Spaţ iul parcurs de particula in plan orizontal intrun timp egal cu timpul de cadere t, este: S = v p t
dar poate fi determinat si din figură, cunoscând că acest spaţ iu este egal cu lungimea arcului AB, care poate fi aproximat prin coarda AB, corespunzătoare acestuia: S =
D
2
4
+ b2
Folosind relatiile de mai sus se obţ ine expresia vitezei particulei de material pe suprafaţa sitei: 2
D g ( + b 2 ) 4 v p = d + a Cazul cel mai defavorabil este când particula se deplaseaz ă pe suprafaţa sitei paralel cu firul, adică b=0. In aceasta situaţ ie viteza particulei va avea expresia: 2 d + l 2 D g g ( ) 4 2 = v p = d + a d + a In cazul in care l = a, rezulta: 1 g (d + a) v p. lim = 2 Din analiza cernerii particulelor de dimensiuni mai mici decât orificiile sitei rezultă că viteza de deplasarea a particulei depinde de latura orificiului l, de masa volumic ă si de inaltimea h a stratului de material, deoarece acesta frânează deplasarea stratului de material in contact cu sita. Condiţia ce se impune este ca viteza particulei să nu depăşească viteza limită: v p v p. lim
