Utilaje pentru alte surse energetice in industria alimentara

UTILAJE PENTRU ALTE SURSE ENERGETICE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

Pe langa energia electrica, in unitatile de industrie alimentara se utilizeaza si alte surse de energie pentru realizarea mecanizarea si automatizarea unor procese de productie. In vederea vehicularii fluidelor sunt necesare generatoare hidropneumatice, iar pentru actionari, acolo unde nu pot fi folosite motoarele electrice si cele cu ardere interna se face apel la motoarele hidropneumatice.

Pentru valorificarea energiei caderilor de apa si a vantului se folosesc turbinele hidraulice si eoliene. Energia electrica pe cale chimica se obtine cu generatoarele elctrochimice. Cazanele de abur si apa calda, boilerele si alte schimbatoare de caldura, recuperatoarele de caldura si pompa termica constituie utilaje pentru obtinerea si dirijarea energiei termice la locurile de utilizare.

1. Generatoare hidropneumatice

Generatoarele hidropneumatice transforma energia mecanica in energie hidraulica lichidelor sau in energie pneumatica necesara gazelor pentru a fi vehiculate de la un nivel la altul sau pentru a fi puse sub presiune. Din punct de vedere functional generatoarele hidropneumatice se impart in generatoare hidraulice dinamice si generatoare hidraulice volumice.

3.1.1. Generatoare hidropneumatice dinamice

Generatoarele dinamice transforma energia mecanica in energie cinetica si pe aceasta in energie potentiala de presiune sau de pozitie. Aceste masini se caracterizeza prin functionarea la turatii mari permitand directa cuplare cu motoarele electrice, au un mers silentios, nu au de inchidere intre orificiul de admisie si cel de evacuare. Dupa modul de iesire al fluidului din rotorul masinii (turbopompe, ventilatoare, turbocompresoare), generatoarele dinamice se clasifica in :

Cu rotor radial sau centrifugal - la care fluidul are la iesirea din rotor directia perpendiculara pe arborele rotorului;

Cu rotor diagonal - la care fluidul formeaza la iesire un unghi mai mic de 90⁰ cu axa rotorului;

Cu rotor axial - la care fluidul are la iesire o directie paralela cu axa rotorului;

Generatoarele dinamice cu rotor radial dupa raportul D₂/D₁ (iesire/intrare) se clasifica in : generatoare cu rotor lent, cu rotor normal si rotor rapid.

3.1.2. Pompe centrifuge (turbopompe)

Pompele centrifuge pot fi mono sau multietajate. Elementele din care este constituita o pompa centrifuga sunt: caracsa, rotor, sisteme de actionare.

Lichidul intra in pompa axial si sub actiunea campului de forte centrifuge determinat de invartirea rotorului este impins radial cu viteza spre periferia rotorului si apoi in conducta de refulare. In dreptul orificiului de refulare se micsoreaza viteza lichidului, din cauza spatiului mai mare, si energia cinetica se transforma in energia potentiala necesara ridicarii lichidului la inaltimea ceruta. Iesirea lichidului din rotor produce in centrulrotorului o depresiune, care face ca lichidul din conducta de aspiratie sa fie impins de presiunea atmosferica in rotor. Din aceasta categorie de pompe s-au construit la noi in tara pompele Lotru, Cerna, Cris si alte tipuri. Pompele centrifuge multietajate sau mai multe trepte de pompare, fiind prevazute cu mai multe rotoare montate in serie pe acelasi arbore. Se utilizeaza in instalatiile unde este necesara o inaltime mai mare de pompare. Din aceasta categorie se fabrica pompe cu arborele orizontal tip SADU si cu arbore vertical, pompele submersibile tip HEBE.

3.1.3. Ventilatoare

Ventilatoarele se clasifica dupa modul de trecere a aerului in radiale (centrifugale) si axiale sau dupa presiunea manometrica in ventilatoare de joasa presiune, de medie presiune si inalta presiune.

Ventilatoarele axiale, dupa tipul paletelor pot fi cu palete fixe sau reglabile iar ventilatoarele radiale (centrifugale) dupa tipul paletelor pot fi cu palete inclinate inainte sau inapoi (cele mai utilizate).

Ventilatoarele cu palete drepte se utilizeza la unele instalatii de transport pneumatic, deoarece paletele drepte nu acumuleaza materialul in canalul rotorului. La cresterea debitului, presiunea totala a ventilatorului se modifica ( debitul si presiunea cresc iar inaltimea de pompare scade).

3.1.4. Turbocompresoare si suflante

Functianeaza pe aceleasi principii ca ventilatoare centrifuge dar raportul de comprimare este cuprins intre 1,1- Presiunile realizate la refulare sunt la turbocompresoare 20-120 daN/cm² si la suflante 1-20 daN/cm².

Au un numar mai mare de rotoare montate in serie sii se construiesc pentru debite mari.

3.1.5. Parametrii principali ai pompelor si ventilatoarelor

Principalii parametrii functionali ai pompelor si ventilatoarelor sunt : debitul volumic Q_v (m³/s), inaltimea manometrica H (m coloana de apa) la pompe sau H (mm coloana de mercur) la ventilatoare, puterea P (kW) necesara actionarii acestora, turatia n [rot/min] si randamentul total h_p. Acesti parametrii sunt inscrisi pe placuta de identificare a fiecarei pompe sau ventilator.

Se numeste debitul pompei cantitatatea volumetrica de lichid pompata in unitatea de timp. Debitul teoretic Q_t al pompei este debitul care nu tine cont de pierderile cauzate de scurgerile prin neetansietati, umplerea incompleta la aspiratie , etc. debitul real Q_r tine cont de aceste pierderi si se exprima cu relatia:

Gradul de neuniformitate al debitului este raportul dintre diferenta valorilor extreme si valoarea medie a debitului:

Inaltimea totala de ridicare sau inaltimea manometrica este data de relatia:

;

in care : p₁,p₂ - reprezinta presiunea fluidului la suprafata in recipientii de aspiratie respectiv refulare; p_r,p_a - reprezinta presiunea lichidelor la refulare respectiv aspiratia in pompa; - reprezinta suma pierderilor de presiune in pompa si pe conducte; H_g - reprezinta inaltimea geometrica de ridicare si egala cu H_g = H_a + H₀ + H_r [m], in care H_a este inaltimea de aspiratie, H₀ - diferenta de inaltime intre punctele unde se masoara H_r si H_a , iar H_r reprezinta inaltimea de refulare, toate masurate in m; w_r si w_a reprezinta vitezele de curgere a lichidului in conductele de refulare respectiv aspiratie [m/s]; r - densitatea lichidului daN/m

Lucrul mecanic util pe care pompa il efectueaza la un debit Q_r si la o inaltime totala de ridicare H (m) intr-un timp t este:

, [J]

iar puterea utila a pompei va fi:

, [W]

Lucrul mecanic consumat de pompa (L_c) este mai mare decat lucrul mecanic util dezvoltat, din cauza pierderilor. Randamentul total al pompei este raportul:

,

iar puterea reala consumata de pompa este:

,

Puterea reala a pompei este mai mare decat puterea teoretica datorita rezistentei hidraulice la trecerea lichidului prin conducte, pierderi volumice si frecarilor mecanice, deci :

,

in care h_m este randamentul mecanic, h_h este randamentul hidraulic, h_v este randamentul volumic.

La pompele si ventilatoarele centrifugale, daca se schimba turatia la valoarea n₂, se modifica debitul Q₂, respectiv inaltimea H₂ si puterea necesara actionarii va fi P₂ dupa urmatoarele relatii: n₁/n₂ =Q₁/Q₂; H₁/H₂= (n₁/n₂)², P₁/P₂ = (n₁/n₂)³;

2. Pompe si compresoare volumice

Generatoarele volumice transforma direct energia mecanica in energie potentiala de pozitie sau presiune.

Se caracterizeaza prin turatii mai reduse necesitand reductoare sau transmisii intermediare.

Au organe de inchidere intre orificiile de admisie si de refulare : palete, supape, bile.

Au inaltimea de pompare teoretic nelimitata care nu depinde de turatia sau forma organului de pompare, ci numai de etansarea organului de inchidere, de presiunea mediului in care trebuie refulat fluidul si de puterea motorului de antrenare.

Dupa directia de deplasare a volumelor, pompele sunt : volumice alternative si volumice rotative.

A.

Pompe volumice alternative

a)

Q_real = Q_t · η_p (η_p = 0,85 0,99 randament volumic)

cu efect - simplu, dublu

B. Pompe volumice rotative

Transporta lichidul cu ajutorul unor organe (rotoare) prevazute la periferie cu spatii goale, limitate de organele de inchidere (dinti, lobi, palete) care se rotesc cu etansare intr-o carcasa de forma corespunzatoare.

Pompele rotative volumice sunt simple din punct de vedere constructiv, ocupa un spatiu redus, se autoamorseaza, pot transporta lichide cu vascozitate mare, sunt mai putin sensibile fata de impuritatile din lichid, pot functiona la turatii mari si asigura refularea uniforma a lichidului.

Pompa cu roti dintate este alcatuita dintr-o carcasa in interior cu doua roti dintate care se rotesc in sens invers, dintii rotilor constituind organele de inchidere a pompei.

Pompa cu angrenaje cicloide si pompa cu loburi spre deosebire de pompele cu angrenaje deplaseaza lichidul cu un numar mai redus de celule dar cu volum mai mare. Pompa cu rotor elicoidal excentric realizeaza deplasarea lichidului in sens axial prin impingere cu ajutorul spirelor rotorului melcat.

c) Compresoare volumice

Se utilizeaza la instalatiile frigorifice, etc. Comprimarea fluidului gazos se obtine prin cresterea presiunii statice, folosind un organ mobil pentru micsorarea volumului unuia sau mai multor compartimente in care fluidul gazos este inchis.

Pot fi cu : piston, rotative - dupa felul organului.

Compresoarele cu piston : au organul principal cu miscare rectilinie alternativa. Compresoarele pentru instalatiile frigorifice pot fi cu unul, doi, trei sau mai multi cilindrii asezati vertical, in V, mai rar orizontal.

Dupa felul in care fluidul (gazul) frigorific strabate cilindrul se deosebesc compresoare in echicurent si in contracurent.

La compresoarele in echicurent vaporii agentului frigorific intra in supapele montate in fundul pistonului si ies prin supape montate in capacul cilindrului, strabatand cilindrul intr-un singur sens.

La compresoarele in contracurent in chiulasa sunt supape de : admisie(aspiratie), refulare.

Compresoarele rotative : pot fi cu pistoane rotative, cu palete : culisante in stator, glisante in rotor, cu inel de apa.

Organul mobil este rotorul excentric cu palete care lucreaza intr-o carcasa cilindrica.

3 Aparate fara elemente mobile

Din aceasta categorie fac parte :

a) Sifoanele (fig.8)

Sifonule este o teava indoita sub forma de U servind pentru transvazarea unui lichid pana la egalizarea nivelurilor in cele doua vase.

Principiile sifonului :

Ecuatia lui Bernoulli in sectiunile 1 si 2

p₁ = p₂ = p_a

w₁ = w₂

h₁ - h₂ = H = F

; 

sau neglijand pierderile prin frecare :

; Fig.8 Sifon

b) Montejusuri : folosite la transportul lichidelor toxice, fierbinti,

corozive (fig.9)

dezavantaj : functionare intermitenta

η = (15 - 20)%

Presiunea necesara ridicarii lichidului :

Fig.9 Montejus

c) Gaz-lifturile (pompe Mammut) sunt prezentate ca principiu in figura 10.

Au randamentul cuprins intre (η )= 0,3 - 0,5; se folosesc la transportul fluidelor care au o temperatura ridicata.Functionarea se bazeaza pe principiul vaselor comunicante umplute cu fluide nemiscibile cu densitati diferite. Se utilizeaza la ridicarea lichidelor continand solide in suspensie (sfecla de zahar) cu ajutorul aerului

comprimat care dispersat in lichid formeaza

un amestec eterogen gaz lichid cu densitate

medie mai mica decat densitatea lichidului,

astfel ca suspensia gaz-lichid se rdica prin

teava de refulare.

Adancimea de scufundare :

unde :

ρ_l - densitatea lichidului

ρ_m - densitatea suspensiei

H_P = H - H_S (inaltimea de pompare)   Fig.10 Gaz-lift

d) Injectoare si ejectoare (fig.11)

1.       Duza de intrare fluid motor

2.       Ajutaj de amestec

3.       Intrare fluid antrenat

4.       Intrare fluid motor

5.       Gatuitura injectorului

6.       Difuzor

Injectoarele sunt aparate pentru transportul

sau ridicarea lichidelor sau pentru pomparea lor

intr-un spatiu sub presiune, folosind energia Fig.11 Injector

cinetica a unui fluid motor (abur, aer sub presiune sau comprimat).

Ejectoarele sunt aparate de constructie identica folosite pentru evacuarea unui lichid sau gaz (realizarea raportului de compresie 5 = pompe de vid).

Injectoarele sunt aparate ieftine ca investitie si intretinere, au functionare sigura, fara supraveghere, transporta lichide murdare, cu materii sau corpuri in suspensie, functioneaza fara zgomot si pot fi construite din materiale anticorozive.

Randamentul scazut 15-30% adica consum mare de abur sau gaz si amestecarea fluidului motor cu lichidul pompat, sunt dezavantaje.

4. Motoare hidropneumatice

Motoarele hidropneumatice sunt masini de forta care transforma energia hidropneumatica in energie mecanica.

Acestea se clasifica in :

1. Motoare hidraulice - hidrodinamice : roti hidraulice, turbine hidraulice

- hidrostatice : liniare, rotative

2. Motoare pneumatice - pneumodinamice : turbine eoliene

- pneumostatice : liniare, rotative

Rotile hidraulice se utilizeaza pentru caderi mici de apa. Dupa felul cum primesc apa, deosebim roti cu admisie superioara, inferioara si laterala. Totodata sunt intalnite roti cu arbore orizontal partial cufundate cu partea inferioara in apa si roti cu arbore vertical total cufundate in apa, antrenate de forta dinamica a curentului de apa.

Turbinele hidraulice sunt roti hidraulice perfectionate care primesc apa sub presiune in mod continuu pe rotor. Dupa directia curentului se deosebesc turbine tangentiale, radial-axiale si axiale.

Motoarele hidrostatice. pompele volumice si motoarele hidrostatice sunt masini reversibile, de aceeasi constructie, putand indeplini atat functia de generator hidraulic cat si de motor hidrostatic. Motoarele hidrostatice liniare (cilindrii hidraulici de forta) sau rotative (pompele cu roti dintate, cu piston radial, cu piston axial, cu palete glisante), transforma presiunea lichidului in lucru mecanic util prin deplasarea pistonului sau rotirea arborelui motoarelor respective.

Turbinele eoliene sunt motoare pneumatice care transforma energia cinetica a maselor de aer in miscare, lucru mecanic.

Fig.12 Turbine eoliene a-cu coada b-cu virole c- cu elice

In functie de pozitia arborelui se deosebesc turbine cu arbore orizontal si turbine cu arbore vertical.

Turbinele cu arbore orizontal necesita dispozitive speciale pentru orientarea acestora in directia curentului.

Energia mecanica produsa de turbina poate fi utilizata direct la actionari pentru producerea curentului electric care poate fi acumulat in baterii si utilizat la incalzire sau iluminat electric.

Motoarele pneumatice liniare (cilindrii cu piston sau camerele pneumatice cu membrana), sau rotative servesc la actionari sau comenzi pneumatice.