SoricaCristianMarian..

Universitatea TRANSILVANIA din Braşov

Facultatea de Alimentaţie şi Turism

Ing. SORICĂ F. Cristian Marian

TEZA DE DOCTORAT

CONTRIBUŢII LA STUDIUL PROCESULUI DE CONDIŢIONARE A CEREALELOR

/ CONTRIBUTIONS TO THE STUDY OF

GRAIN CONDITIONING PROCESS

Rezumatul tezei de doctorat Summary of PhD Thesis

Conducător ştiinţific:

Prof.univ.dr.ing. BRĂTUCU Gheorghe

Braşov 2011

1

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA „TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV,

500038 Braşov, B-dul Eroilor nr. 29, Tel./Fax: +40-0268-413000

Către_________________________________________ Vă aducem la cunoştinţă că în ziua de vineri, 06.05.2011, ora 10:00 în sala RP6 (amfiteatru corp R) la Facultatea de Alimentaţie şi Turism, va avea loc susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată Contribuţii la studiul procesului de condiţionare a cerealelor, elaborată de domnul ing. Sorică F. Cristian Marian în vederea obţinerii titlului ştiinţific de Doctor în domeniul fundamental Ştiinţe Inginereşti, domeniul Inginerie Mecanică, cu următoarea comisie, numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov, nr. 4510/07.02.2011 PREŞEDINTE: Prof.univ.dr.ing. Romulus GRUIA DECAN – Facultatea de Alimentaţie şi Turism Universitatea „Transilvania” din Braşov CONDUCĂTOR Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU ŞTIINŢIFIC: Universitatea „Transilvania” din Braşov REFERENŢI: Prof.univ.dr.ing. Gheorghe VOICU Universitatea „Politehnica” din Bucureşti Cerc. şt. gr. I, dr.ing. Paul GĂGEANU Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare pentru Maşini şi

Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei Alimentare – INMA Bucureşti

Prof.univ.dr.ing. Florean RUS Universitatea „Transilvania” din Braşov În acest scop vă trimitem alăturat rezumatul tezei de doctorat şi vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. În cazul în care doriţi să faceţi aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării, vă rugăm să le transmiteţi pe adresa Departamentului de Doctorat al Universităţii.

2

Contribuţii la studiul procesului de condiţionare mecanică a cerealelor

1 Autor: ing. Cristian SORICĂ Conducător ştiinţific: Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU

CUPRINS

Prefaţă........................................................................................................ 3 71. Aspecte actuale privind cerealele şi necesitatea condiţionării

acestora...................................................................................................... 5 9 1.1. Rolul şi importanţa cerealelor.............................................................................. 5 9 1.2. Cerealele cultivate în România............................................................................ 9 20 1.3. Necesitatea şi importanţa condiţionării cerealelor............................................. 10 442. Stadiul actual al cercetărilor şi realizărilor în domeniul

tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea mecanică a cerealelor................................................................................................... 11 49

2.1. Tehnologii generale pentru condiţionarea cerealelor........................................ 11 49 2.2. Stadiul actual al cercetărilor privind condiţionarea cerealelor pe principii

mecanice........................................................................................................................ 13 55 2.3. Stadiul actual al realizărilor de echipamente tehnice pentru condiţionarea

mecanică a cerealelor................................................................................................... 21 813. Necesitatea şi obiectivele lucrării............................................................ 22 113 3.1. Necesitatea lucrării de doctorat........................................................................... 22 113 3.2. Obiectivele lucrării................................................................................................ 23 114 3.3. Metodica generală de cercetare în teza de doctorat........................................... 23 1144. Contribuţii teoretice la studiul condiţionării mecanice a cerealelor

cu trioarele................................................................................................. 26 117 4.1. Modelarea matematică a cinematicii condiţionării cerealelor în trioare......... 26 117 4.2. Studiu numeric privind influenta lungimii cilindrului trior asupra vitezei

de deplasare axială a materialului şi săgeţii segmentului ocupat de materialul util.................................................................................................................................. 31 126

4.3. Studiu numeric privind influenta debitului de lucru asupra unor parametri calitativi şi funcţionali ai triorului.............................................................................. 31 127

4.4. Cercetări privind dinamica condiţionării cerealelor în trioare........................ 33 130 4.5. Influenta parametrilor dimensionali ai trioarelor asupra indicilor calitativi

ai condiţionării grâului................................................................................................ 33 133 4.6. Posibilităţi de optimizare a procesului de condiţionare a grâului în trioare... 38 1405. Cercetarea experimentală a procesului de condiţionare mecanică a

grâului cu triorul...................................................................................... 39 143 5.1. Obiectivele cercetărilor experimentale................................................................ 39 143 5.2. Obiectele cercetărilor experimentale................................................................... 39 144 5.3. Metodica cercetării experimentale...................................................................... 41 147 5.4. Aparate şi instalaţii utilizate la cercetarea experimentală................................ 42 148 5.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale............................................................ 42 152 5.6. Analiza si interpretarea rezultatelor cercetării experimentale......................... 47 169 5.7. Posibilităţi de optimizare a procesului de condiţionare în trioare.................... 52 189 5.8. Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale privind

condiţionarea grâului în trioare.................................................................................. 54 1926. Concluzii generale, contribuţii personale şi direcţii viitoare de

cercetare..................................................................................................... 61 203 6.1. Concluzii generale................................................................................................. 61 203 6.2. Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale................................... 62 207 6.3. Contribuţii personale............................................................................................ 63 211 6.4. Direcţii viitoare de cercetare................................................................................ 64 212 - Bibliografie selectivă................................................................................. 65 213- Anexe.......................................................................................................... 67 218



CONTENTS Foreword................................................................................................... 3 71. Current issues regarding the grain and their conditioning as an

important requirement............................................................................. 5 9 1.1. The role and importance of grain........................................................................ 5 9 1.2. The grain cultivated in Romania......................................................................... 9 20 1.3. The necessity and importance of grain conditioning......................................... 10 442. Current status of researches and achievements in the field of

technologies and equipment for grain mechanical conditioning.......... 11 49 2.1. General technologies for grain conditioning....................................................... 11 49 2.2. Current status of researches regarding the conditioning of grain on

mechanical principles................................................................................................... 13 55 2.3. Current status of the achievements of technical equipment for mechanical

conditioning of grain.................................................................................................... 21 813. The necessity and objectives of doctorate thesis.................................... 22 113 3.1. The necessity of doctorate thesis.......................................................................... 22 113 3.2. The objectives of doctorate thesis........................................................................ 23 114 3.3. The general methodics of research in the doctorate thesis................................ 23 1144. Theoretical contributions to the study of mechanical conditioning of

grain with indented cylinders.................................................................. 26 117 4.1. The mathematical modelling for the kinematics of grain conditioning into

indented cylinder separators....................................................................................... 26 117 4.2. Numerical study regarding the influence of the cilinder length upon the

axial speed of the material and the arrow of the segment occupied by useful material......................................................................................................................... 31 126

4.3. Numerical study regarding the influence of the flow rate upon some qualitative and functional indices of the indented cylinder separator.................... 31 127

4.4. Researches regarding the dynamics of grain conditioning into indented cylinders........................................................................................................................ 33 130

4.5. The influence of dimensional parameters of indented cylinder separators upon quality indicators of wheat conditioning process............................................ 33 133

4.6. Possibilities of optimization of wheat conditioning process into indented cylinder separators...................................................................................................... 38 140

5. The experimental research of wheat mechanical conditioning process into indented cylinder separator................................................ 39 143

5.1. The objectives of experimental research............................................................. 39 143 5.2. The objects of experimental researches.............................................................. 39 144 5.3. The methodics of experimental research............................................................ 41 147 5.4. Aparatus and equipment used in experimental research.................................. 42 148 5.5. The conducting of experimental researches....................................................... 42 152 5.6. Analysis and interpretation of experimental research results.......................... 47 169 5.7. Possibilities of optimization of conditioning process into indented cylinder

separators...................................................................................................................... 52 189 5.8. The comparison of theoretical and experimental results regarding the

conditioning process of wheat into indented cylinder separators............................ 54 1926. General conclusions, personal contributions and future directions

for research................................................................................................ 61 203 6.1. General conclusions.............................................................................................. 61 203 6.2. Conclusions regarding the theoretical and experimental researches............... 62 207 6.3. Personal contributions.......................................................................................... 63 211 6.4. Future directions for research............................................................................. 64 212 - Bibliography.............................................................................................. 65 213- Annexes...................................................................................................... 67 218



PREFAŢĂ Este un lucru cert că, încă de acum 8...10 mii de ani i. e.n., civilizaţiile din Extremul Orient

(China, India), din Orientul Mijlociu şi apropiat (Mesopotamia, Persia, Fenicia), cele din nordul Africii (egiptenii) sau din sudul Europei (Grecia antică, Roma), iar mai târziu civilizaţiile din America precolumbiană (maya, incaşă, aztecă) au fost civilizaţii agricole.

Dezvoltarea agriculturii are cauze bine determinate, una dintre ele reprezentând-o creşterea explozivă a populaţiei globului, de care este strâns legată problema alimentară, agricultura asigurând, în primul rând, resursele de hrana ale populaţiei Terrei. Dintre culturile agricole existente, cultura cerealelor îndeplineşte un rol deosebit de important în alimentaţia omului.

Înaintea valorificării cerealelor în diverse domenii, acestea sunt supuse unor operaţii de condiţionare, care cuprind operaţii de pregătire, de curăţare de corpuri străine, de umectare etc. Pentru a obţine produse finite de calitate superioară, este necesar să se elimine corpurile străine din masa de cereale, dacă este posibil în totalitate. În practică, nu se pot elimina toate impurităţile, iar măsurile tehnice care se iau, urmăresc reducerea la minimum a acestora în masa de boabe.

De fapt, prin condiţionare se urmăreşte eliminarea din masa de seminţe a corpurilor străine uşoare (plevuri, praf), corpurilor străine mai mari decât boabele de cereale (parţi de paie, bucăţi de lemn, sfori, hârtii, spice, pietre, bulgări de pământ etc.) şi corpurilor străine mai mici decât boabele de cereale (nisip, seminţe de buruieni, particule mici de pământ). Teza de doctorat Contribuţii la studiul procesului de condiţionare a cerealelor prezintă o sinteză a cercetărilor teoretice şi experimentale efectuate de autor cu privire la influenţa diferiţilor parametri constructivi şi de reglaj ai utilajelor de condiţionare mecanică a cerealelor asupra indicilor calitativi şi energetici ai procesului de condiţionare mecanică. Obiectivul principal al cercetării experimentale din cadrul acestei lucrări îl constituie studierea procesului de lucru, influenţei diferiţilor parametri funcţionali (dimensionali, cinematici şi de reglare) asupra indicilor calitativi ai condiţionării grâului în trioarele cilindrice şi optimizarea procesului în sensul creşterii calităţii şi scăderii consumului energetic, pentru o capacitate de lucru dată. Lucrarea este structurată pe 6 capitole dezvoltate pe 230 de pagini, fiind ilustrată cu 212 figuri şi grafice, 90 tabele de sinteză, 84 relaţii matematice şi 2 anexe, precum şi o bibliografie compusă din 142 titluri. Capitolul 1, intitulat Aspecte actuale privind cerealele şi necesitatea condiţionării acestora este consacrat studiului privind rolul şi importanţa cerealelor în alimentaţia omului. De asemenea, se prezintă cerealele cultivate în România, precum şi necesitatea condiţionării acestora în vederea valorificării în diverse domenii. Capitolul 2, intitulat Stadiul actual al cercetărilor şi realizărilor în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea mecanică a cerealelor abordează la început tehnologiile generale şi operaţiile specifice de condiţionare a seminţelor de cereale. În continuarea capitolului se prezintă cele mai recente realizări pe plan mondial în domeniul echipamentelor pentru condiţionarea mecanică a cerealelor. Capitolul 3, intitulat Necesitatea şi obiectivele lucrării prezintă utilitatea temei propuse, obiectivul principal al lucrării de doctorat şi obiectivele subsidiare, pe baza cărora se va putea îndeplini în totalitate obiectivul principal, precum şi metodica generală de cercetare în această lucrare.

Capitolul 4, intitulat Contribuţii teoretice la studiul condiţionării mecanice a cerealelor cu trioarele cuprinde modelarea matematică a cinematicii condiţionării cerealelor în trioare şi aplicaţii numerice privind influenţa lungimii cilindrului trior asupra vitezei de deplasare axială a materialului şi săgeţii segmentului ocupat de materialul util, precum şi influenţa debitului de lucru

http://www.referat.ro/referate/Africa_7640.html



asupra unor parametri calitativi şi funcţionali ai triorului. De asemenea, se prezintă studii privind influenţa parametrilor dimensionali ai trioarelor asupra indicilor calitativi ai condiţionării grâului şi cu privire la posibilităţile de optimizare a procesului de condiţionare a grâului în trioare. Capitolul 5, intitulat Cercetarea experimentală a procesului de condiţionare mecanică a grâului cu triorul prezintă modul de desfăşurare a cercetărilor experimentale efectuate, analiza şi interpretarea rezultatelor obţinute, compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale, precum şi posibilităţile de optimizare a procesului de condiţionare. Capitolul 6, intitulat Concluzii generale, contribuţii personale şi direcţii viitoare de cercetare cuprinde principalele concluzii desprinse din lucrare, contribuţiile ştiinţifice ale autorului şi direcţiile viitoare de cercetare pe această temă. Autorul îşi exprimă recunoştinţa şi consideraţia faţă de conducătorul ştiinţific, prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU de la Universitatea „Transilvania” din Braşov pentru sprijinul acordat pe parcursul pregătirii examenelor, referatelor şi elaborării tezei de doctorat, prin conducerea demersului ştiinţific şi experimental către atingerea obiectivelor subsidiare şi obiectivului final al lucrării de doctorat. Mulţumesc colectivului Catedrei de Ingineria Produselor Alimentare a Facultăţii de Alimentaţie şi Turism a Universităţii „Transilvania” din Braşov pentru asigurarea cadrului organizatoric de desfăşurare a activităţii de doctorat, precum şi colectivelor de profesori de la fosta Catedră de Maşini pentru Agricultură şi Industrie Alimentară, care au participat în comisiile de evaluare la examenele şi referatele susţinute în perioada desfăşurării programului de pregătire la doctorat, pentru observaţiile şi îndrumările ştiinţifice sugerate. Mulţumesc echipei manageriale a INMA Bucureşti pentru sprijinul acordat în perioada desfăşurării programului de pregătire la doctorat şi asigurarea cadrului organizatoric necesar desfăşurării activităţilor de cercetare experimentală în laboratoarele INMA Bucureşti. Totodată, aduc cuvenitele mulţumiri colegilor din cadrul INMA Bucureşti pentru sprijinul acordat în perioada de desfăşurare a activităţilor de cercetare experimentală şi elaborare a tezei de doctorat. Nu în ultimul rând, mulţumesc familiei pentru sprijinul moral acordat în vederea finalizării acestei importante activităţi. Braşov, Martie 2011-03-09 Cristian SORICĂ



1. ASPECTE ACTUALE PRIVIND CEREALELE ŞI NECESITATEA CONDIŢIONĂRII ACESTORA

1.1. Rolul şi importanţa cerealelor

Termenul “cereale” provine din cuvântul “Ceres”, care în limba latină reprezintă numele zeiţei romane a recoltei şi agriculturii. Cerealele sunt folosite în alimentaţia omului din cele mai vechi timpuri. Descoperirile arheologice atestă preocupările omului în cultivarea cerealelor încă din perioada neolitică. Mărturii arheologice, cum sunt unelte agricole, vase ceramice sau monede gravate cu spice de cereale, evidenţiază preocuparea geto-dacilor în cultivarea cerealelor.

Clasificarea şi caracteristicile biologice ale cerealelor Cerealele sunt plante cu însuşiri anatomice şi fiziologice comune, ce prezintă o importanţă deosebită pentru hrana omului şi a animalelor. Acestea fac parte din familiile Gramineae şi Polygonaceae. Familia Gramineae cuprinde: grâul, porumbul, secara, orzul, ovăzul, orezul, meiul şi sorgul. Din familia Polygonaceae face parte hrişca. Bobul de grâu este un fruct format din următoarele părţi anatomice principale: învelişul fructului sau pericarp şi sămânţa. Sămânţa este formată din: învelişul seminal şi stratul pigmentat, stratul nucellar, endosperm şi embrion (fig. 1.1).

Fig.1.1. Secţiune prin bobul de grâu [29]



În tabelul 1.1 se prezintă compoziţia anatomică a boabelor unor cereale. Fiecare parte anatomică are variaţii cantitative destul de largi, în funcţie de soi, de condiţiile pedo-climatice de cultură, de condiţiile de păstrare [68].

Tabelul 1.1 Compoziţia anatomică a boabelor de cereale [68]

Compoziţie anatomică, în % la SU (medie) Partea anatomică Grâu Porumb Orz Ovăz Orez

Endosperm 79,2 81,9 65,0 50,6 67,0

Embrion 2,6 10,2 3,8 3,2 2,8

Înv. floral - - 12,0 27,0 16,3

Înv. pericarpic 6,3 2,2 3,8 3,0 1,3

Înv. seminal 3,7 0,8 3,2 2,8 0,5

Str. aleuronic 8,2 4,9 12,2 14,0 12,2

Proprietăţile fizice şi mecanice ale cerealelor Principalele proprietăţi fizice şi mecanice ale boabelor de cereale, avute în vedere în procesele tehnologice de condiţionare, păstrare, măcinare sau apreciere calitativă se prezintă în continuare.

Masa hectolitrică (MH, kg/hl). Prin masa hectolitrică se înţelege masa unui hectolitru de cereale-boabe. Se determină cu ajutorul unui aparat numit balanţă hectolitrică (balanţă samovar). Valoarea acestui indice este influenţată de o serie de factori [68]:

- masa specifică a produsului; - compactitatea aşezării boabelor în vas; - elementele geometrice ale boabelor; - conţinutul de corpuri străine; - umiditatea masei de boabe etc.

Masa relativă a 1000 de boabe reprezintă greutatea a 1000 de boabe, la umiditatea care o conţin în momentul determinării [26].

Masa absolută reprezintă greutatea a 1000 de boabe raportată la substanţa uscată. Prin substanţă uscată se înţelege greutatea produsului rămasă după scăderea greutăţii apei pe care o conţine (tab.1.3) [29].

Tabelul .1.3 Masele absolute a 1000 de seminţe ale unor cereale [29]

Cereala Masa absolută a 1000 de seminţe, g

Cereala Masa absolută a 1000 de seminţe, g

Grâu 15...88 Ovăz 15...45 Secară 13...50 Porumb 50...110 Orz 20...55 Orez 15...43

Masa specifică reprezintă raportul dintre masa a 1000 de boabe, în g şi volumul a 1000 de boabe, în cm3 (tab.1.4 şi tab.1.5).

Tabelul 1.4 Masa specifică a unor componente ale bobului de grâu [29]

Masa specifică, g/cm3 Grâu Bob întreg Endosperm Embrion Înveliş

de toamnă 1,374 1,472 1,275 1,106 moale de primăvară 1,366 1,471 1,290 1,066 tare de primăvară 1,383 1,482 1,285 1,115



Tabelul .1.5 Masa specifică a boabelor unor cereale şi buruieni [29]

Seminţe Masa specifică, g/cm3 Seminţe Masa specifică, g/cm3 Grâu 1,2...1,5 Secară 1,2...1,5 Neghină 1,2...1,3 Orz 1,3...1,4 Măzăriche 1,2...1,4 Ovăz 1,1...1,2 Rapiţă 0,9...1,5 Orez 1,1...1,2 Ricin 1,2...1,5 Porumb 1,2...1,5

Sticlozitatea (%) arată gradul de compactizare a endospermului în bob. Sticlozitatea se determină cu ajutorul farinotomului, iluminatorului, farinoscopului sau chimic. Din punct de vedere al sticlozităţii, boabele de grâu se împart în:

- sticloase: sticlozitatea peste 70 %; - sticlozitate medie: sticlozitatea între 40...70 %; - sticlozitate mică: sticlozitatea mai mică de 40 %. Conţinutul de corpuri străine, %. În masa de cereale, datorită condiţiilor de cultură, de

recoltare şi de depozitare se găsesc o serie de impurităţi care trebuie înlăturate. Umiditatea, % este un parametru, care indică calitatea materiei prime. Umiditatea

boabelor influenţează proprietăţile structural-mecanice ale acestora. Diferenţele create prin umectarea şi uscarea diferitelor părţi anatomice ale bobului, modifică proprietăţile mecanice, deci şi comportarea bobului la măcinare. La prelucrarea grâului, din punct de vedere al nivelului de umiditate există:

cereale foarte uscate: w<12%; cereale uscate: w =12...14 %; cereale cu umiditate normală: w=14...14,5 %; cereale umede: w=14,5...17 %; cereale foarte umede: w>17 %.

Proprietăţile chimice şi alimentare ale cerealelor

Principalele componente chimice ale boabelor de cereale sunt precizate în continuare. Substanţele proteice se găsesc distribuite în mod neuniform în diverse părţi componente ale structurii anatomice ale bobului de grâu, % la SU: epidermă 4 %; strat de celule rotunde 11 %; învelişul seminal 18 %; strat aleuronic şi membrana hialină 33 %; corpul făinos 11 %; germene 23 %. În structura proteinelor din boabele de cereale intră patru componente principale prezentate în tabelul 1.8.

Tabelul 1.8 Structura proteinelor la principalele cereale [68]

Albumină Globulină Prolamină Glutelină % din total

Grâu 3...5 (leucozină) 6...10 (edentină) 40...50 (gliadină) 30...40 (glutenină) Secară 5...10 5...10 30...50 30...50 Orz 3...4 10...20 35...45 (hordeină) 35...45 Ovăz … 10...85 (avenalină) 10...15 (avenină) 8...10 Orez 9...11 8...12 4...6 50...56 (orizenină) Porumb 0...14 1...7 46...55 (zeină) 30...50 (glutenină) Fasole … 70...74 (faseolină) 12...15 12...15 soia 7...11 85...90 (glicinină) … …



Lipidele sunt concentrate în germene, stratul aleuronic şi endosperm. Învelişurile au un conţinut mic de lipide. Conţinutul mediu de lipide în boabele principalelor cereale, este prezentat în tabelul 1.9 [68].

Tabelul .1.9 Conţinutul de lipide în boabele unor cereale [68]

Lipide, % Cereala libere legate total

Grâu 1,85 0,84 2,69 Secară 1,68 0,88 2,56 Porumb 4,78 0,64 5,42 Orez 2,34 0,49 2,83 Ovăz 5,70 0,74 6,44

Glucidele constituie masa de bază a compoziţiei chimice a boabelor de cereale. În structura glucidelor întâlnim zaharuri simple (mono-, di- şi trizaharide), precum şi polizaharide. Conţinutul în zaharuri simple este foarte mic, dar important pentru declanşarea proceselor fermentative (tab. 1.10).

Tabelul 1.10 Conţinutul de zaharuri simple în boabele de grâu şi secară [68]

Zaharuri simple Grâu Secară Glucoză 0,01..0,09 0,05 Fructoză 0,02..0,09 0,06 Zaharoză 0,19..0,57 0,41 Maltoză 0,06..0,15 0,14 Alte zaharuri 0,67..1,26 2,03

Vitaminele sunt catalizatori biologici, care în cantităţi extrem de mici intervin în reglarea şi

stimularea proceselor metabolice normale. Lipsa lor din alimentaţie produce boli prin carenţă. În tabelul 1.11 se prezintă principalele vitamine care se găsesc în boabele de cereale.

Tabelul 1.11

Conţinutul în vitamine al boabelor de cereale [68] Vitamina UM Conţinut (conţinut maxim) în: Vitamina B1 (tiamină, aneurină) necesar zilnic 2...3 mg

μg/g Grâu (germeni:14,2...20,5), secară (făină integrală), porumb (4,5...6,2), orz (4...5)

Vitamina B2 (riboflavina) necesar zilnic 2 mg

μg/g Grâu (tărâţă: 2,3), secară (1,2...1,8), porumb (1,2), orz (1,7...2,2)

Vitamina B6 (piridoxina) necesar zilnic 1,5...2 mg

μg/g Grâu (tărâţă: 8,9...16,2), orz (1,1...4,9), porumb (3,47...9,5)

Vitamina C (acid ascorbic) necesar zilnic 10...25 mg

μg/g Grâu încolţit (după 4 zile - 166)

Vitamina E (α-tocoferol) necesar zilnic 100 mg

μg/g Grâu (ulei de germene 1500...3000), secară (49,1), ovăz (23,4), porumb (germene 302)

Vitamina A (retinol) necesar zilnic 1 mg

μg/g Grâu (germene 6,0), secară (germene2,8...7,6), orz şi ovăz (0...3)

Enzimele sunt distribuite neuniform, deşi joacă un rol foarte important. Dintre enzimele care

se manifestă la cereale şi leguminoase, câteva sunt mai importante: Dehidrogenaze, Lipoxigenaza, Monofenol – monoxigenază, Amino acil-transferază, Lipază, α-amilază şi β-amilază.



Substanţele minerale sunt distribuite neuniform în diversele părţi anatomice ale bobului şi de aici apare şi posibilitatea lor de variaţie în produsele de măciniş. În compoziţia cenuşii intră o serie de elemente, care se pot clasifica astfel:

grupa I: C, O, H, N, S, P – se găsesc în proporţie de 95...98,5 %; grupa a II-a: - care se găsesc în proporţie de 1,5..5 % şi se pot grupa astfel:

- macroelemente: K, Mg, Na, Fe, Al, Si, Ca – 0,1..0,01 %; - microelemente: Mn, B, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, Li, I, Br, Mo, Co – 0,001..0,00001 %; - ultramicroelemente: Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au – mai puţin de 0,000001 %.

În tabelul 1.12 este prezentată repartiţia componentelor chimice în bobul de grâu, ca o sinteză a datelor prezentate anterior [26].

Tabelul 1.12 Compoziţia chimică a componentelor bobului de grâu [26]

Părţile bobului Amidon

%

Proteine

%

Grăsimi

%

Zaharuri

%

Celuloză

%

Pentozani

%

Cenuşă

% Endosperm 100 65 25 65 5 28 20

Înveliş şi strat aleu. - 27 55 15 90 68 70

Germeni - 8 20 20 5 4 10

Total 100 100 100 100 100 100 100

1.2. Cerealele cultivate în România

Cerealele reprezintă o sursă de bază în hrana populaţiei şi a animalelor, fiind răspândite pe o suprafaţă de 760 milioane ha, ceea ce reprezintă 50 % din terenurile arabile ale planetei. În România, conform “Anuarului Statistic al României - 2008” [122], în ultimii cinci ani s-au cultivat cu cereale pentru boabe, în medie aproximativ 5500 mii hectare/an din care aproximativ 2100 mii hectare/an grâu, obţinându-se o producţie agricolă vegetală la cereale pentru boabe de aproximativ 16000 mii tone/an. În figura 1.5 sunt prezentate suprafeţele cultivate cu cereale pentru boabe în România în perioada 1990...2007.

Fig. 1.5. Suprafaţa cultivată cu cereale pentru boabe 1990...2007 [122]



În figura 1.6 se prezintă producţia de cereale pe perioada 1990...2007

Fig. 1.6. Producţia agricolă vegetală la cereale pentru boabe 1990...2007 [122]

1.3. Necesitatea si importanta condiţionării cerealelor

Cerealele sunt recoltate, cu excepţia porumbului, de regulă cu o umiditate cuprinsă între 13-18 %. Boabele nu sunt complet maturizate fiziologic, procesele biochimice şi activitatea enzimatică sunt accentuate, microflora activează intens, respiraţia este mărită, fenomene ce determină creşterea umidităţii şi căldurii în masa de boabe. În scurt timp temperatura ajunge la valoarea de 35 ˚C, determinând modificarea structurii microflorei în sensul dispariţiei unei bacterii şi apariţia în proporţie ridicată a mucegaiurilor. Pentru a preîntâmpina procesul de încingere a masei de boabe recent recoltate se recurge la separarea lor de corpurile străine, în mod deosebit a seminţelor de buruieni şi la uscarea masei de cereale până la umiditatea de 12 %, temperatura optimă de păstrare a cerealelor [59]. Extragerea corpurilor străine din masa de cereale se realizează în secţiile de precurăţare şi curăţare ale unităţilor de morărit. Ele sa clasifică astfel [68]:

corpuri străine negre, care sunt: - elemente nevaloroase şi apar ca cernut printr-un ciur cu tablă perforată cu diametrul

orificiului înscris în STAS; - praf, pământ, nisip, pietricele; - pleavă, frunze; - ambalaje: sfori, saci, hârtii; - seminţele cerealei de bază şi alte plante de cultură, putrezite, mucegăite; - seminţele altor plante de cultură; - corpuri vătămătoare (buruieni şi boli ale cerealelor);

corpuri străine albe: - elemente valoroase (furajere); - spărturi de cereale mai mici decât o jumătate de bob; - seminţele unor plante de cultură; - seminţe de cereale de bază sau alte plante admise, strivite, şiştave, încolţite;

corpuri străine metalice care apar accidental în masa de boabe: aşchii, şuruburi, piuliţe. Toate aceste considerente, impun necesitatea şi obligativitatea curăţirii şi sortării seminţelor

pentru a asigura condiţii optime de păstrare, depozitare, comercializare, consum, material de însămânţare etc.



2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ŞI REALIZĂRILOR ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU

CONDIŢIONAREA MECANICĂ A CEREALELOR

2.1. Tehnologii generale pentru condiţionarea cerealelor

Aspecte generale privind tehnologiile de condiţionare a cerealelor Înaintea valorificării în diverse domenii, cerealele sunt supuse unor operaţii de curăţare de corpuri străine, de condiţionare hidrică etc. Operaţiile de condiţionare a cerealelor pentru diverse destinaţii nu sunt standardizate, ele se aleg în funcţie de tipul şi calitatea lor, de dotarea tehnică de care se dispune, de tipul de produs care urmează a se obţine, de capacitatea de producţie a instalaţiei etc. În principiu, operaţiile de condiţionare a cerealelor trebuie să asigure:

eliminarea corpurilor străine mai mari sau mai mici decât bobul cerealei supuse condiţionării;

eliminarea seminţelor străine mai lungi sau mai scurte decât bobul considerat, adică boabele de ovăz, orz, neghină, măzăriche etc., aflate în amestecul respectiv;

spălarea şi condiţionarea hidrică; descojirea şi perierea; aspiraţia tuturor prafurilor care se dezvoltă; separarea magnetică a impurităţilor metalice etc. Fluxul tehnologic de condiţionare a cerealelor poate fi mai simplu sau mai complex, în

funcţie de factorii menţionaţi, însă, indiferent de acest aspect, un flux tehnologic de condiţionare nu poate fi conceput fără un minim de utilaje şi instalaţii, care să asigure separarea unui procent cât mai mare din corpurile străine [59].

Destinaţiile posibile de utilizare a seminţelor de cereale sunt: însămânţarea; măcinarea în vederea consumului. Tehnologiile de condiţionare sunt relativ diferite când se pune problema destinaţiei finale a

seminţelor de cereale condiţionate, în sensul că unele operaţii specifice pot lipsi din fluxul de condiţionare, iar altele noi pot fi adăugate în funcţie şi de caracteristicile fizico-mecanice ale unor seminţe şi necesităţile speciale de condiţionare ale altora.

Seminţele cerealelor păioase, în general, urmează aceeaşi tehnologie de condiţionare (mai complexă sau mai simplă), urmând aceleaşi operaţii de condiţionare, cu modificarea diverşilor parametri ai echipamentelor de condiţionat, în concordanţă cu caracteristicile fizico-mecanice ale acestora. O excepţie o formează seminţele de porumb, care urmează o tehnologie diferită faţă de cea a cerealelor păioase, corespunzătoare caracteristicilor acestei specii.

În concluzie, vor exista tehnologii de condiţionare diferite, atât din punct de vedere al destinaţiei finale a produsului (însămânţare sau măcinare), cât şi din punct de vedere al materialului biologic care se supune operaţiilor de condiţionare.

Tehnologii de condiţionare a cerealelor în vederea măcinării Seminţele destinate măcinării trebuie să satisfacă o serie de cerinţe legate de puritatea

biologică, dar şi altele impuse de calitatea dorită a măcinişurilor. În figura 2.1. se prezintă o tehnologie complexă de condiţionare a grâului în vederea măcinării.



Fig. 2.1. Tehnologie de condiţionare a grâului în vederea măcinării

Amestec seminţe

Recepţie cantitativă şi calitativă

Precurăţare

Uscare (50-55⁰C/60...90 min)

Periere

Descojire II

Odihnă

Udare artificială

Spălare

Descojire I (desprăfuire)

Curăţare

Omogenizare

Praf negru

Impurităţi grosiere

Depozitare

Praf alb

Grâu condiţionat



Tehnologii de condiţionare a cerealelor în vederea însămânţării Dacă destinaţia finală a cerealelor este însămânţarea, atunci tehnologia de condiţionare nu

mai cuprinde pasajele de descojire, spălare, periere şi condiţionare hidrică, în schimb va conţine operaţia de tratare chimică a seminţelor. În figura 2.4. se prezintă o tehnologie de condiţionare a seminţelor de grâu în vederea însămânţării.

Fig. 2.4. Tehnologie de condiţionare a seminţelor de grâu în vederea însămânţării [17]

2.2. Stadiul actual al cercetărilor privind condiţionarea cerealelor pe principii mecanice

Operaţiile specifice de condiţionare a seminţelor de cereale

Indicii de calitate ai seminţelor de cereale Indicii de calitate ai seminţelor de grâu care urmează să fie prelucrate trebuie să se încadreze în valorile prevăzute în actele normative în vigoare, referitoare la [68]:

aspect: caracteristic; culoare: gălbui încins la galben roşcat; gust: caracteristic;

Amestec seminţe

Recepţie cantitativă şi calitativă

Precurăţare

Selectare

Curaţare fină

Triorare

Gravitator

Cântărire Ambalare Stivuire

Dep

ozit

are

Dep

ozit

are

Usc

are

Tra

tare



masă hectolitrică: minim 75 kg/hl (76 kg/hl la fabricarea făinii albe); corpuri străine: maxim 3 %; umiditate maximă: 14 % (15 % din recolta nouă până la 1 octombrie); gluten umed: minim 22 %; indice glutenic: minim 25 %; sticlozitate: minim 30%.

Cele mai frecvente defecte care pot sa apară în masa boabelor de cereale sunt: boabe îngheţate, boabe şiştave, boabe atacate de ploşniţa grâului, boabe cu gust şi miros străin, boabe cu embrionul negru, boabe cu micotoxicoze, boabe atacate de mălură, boabe deteriorate prin uscare, boabe autoîncinse, boabe mucegăite, boabe cu pesticide.

Precurăţarea

Pentru a preîntâmpina şi reduce efectul negativ al prezenţei impurităţilor în masa de cereale, acestea se supun unei operaţii de curăţare parţială, numită precurăţare, prin care se îndepărtează 20…25 % din impurităţi. Pentru precurăţarea cerealelor se folosesc o serie de utilaje şi instalaţii, dintre care locurile principale le ocupă separatoarele aspiratoare, numite şi tarare şi separatoarele intensive. În România se utilizează separatorul aspirator (tararul aspirator) tip TA 1216, cu următoarele caracteristici: dimensiunile ciururilor 1200x1600 mm; debitul de aer necesar 180 m3/min, capacitatea de producţie de 50 t/h.

În figura 2.6. notaţiile au următoarele semnificaţii: 1- gură de alimentare; 2- clapetă de reglare a debitului; 3- caseta de ciururi; 4- ciururile separatorului; 5- bile de cauciuc pentru curăţarea ciururilor; 6- sistem de acţionare cu excentric; 7- camera de decantare a corpurilor străine uşoare; 8- tub de racord la un sistem de aspiraţie; 9- clapetă de reglare a debitului şi vitezei aerului; 10- melc pentru evacuarea corpurilor străine uşoare; 11- gură de evacuare a cerealelor curăţate; 12- evacuarea corpurilor străine mai mari decât boabele de cereale; 13- evacuarea corpurilor străine mai mici decât boabele de cereale.

Separatoarele intensive SI-510, SI-1010, SI-1020 şi SI-1510, pentru pregătirea cerealelor în vederea măcinării (fig. 2.7.) [59], au capacitaţi cuprinse între 12…90 t/h pentru precurăţare, respectiv între 2…25 t/h, pentru curăţare şi prezintă o serie de particularităţi constructiv-funcţionale, cum ar fi renunţarea la sistemele clasice de producere a mişcării oscilatorii şi introducerea generatoarelor cu mase neechilibrate pentru asigurarea amplitudinii mişcării vibratorii, eliminarea transmisiilor mecanice, creşterea indicelui de încărcare pe suprafaţa de ciuruire cu 40…70 %, reducerea consumurilor specifice energetice de 2…5 ori, uşurinţa în întreţinere şi exploatare, fiabilitate mărită etc. [59]

Uscarea seminţelor

La conservarea cerealelor, umiditatea ridicată duce la apariţia în masa de boabe a unor

procese nedorite care favorizează degradarea acestora. Din punct de vedere al conţinutului de umiditate, cerealele pot fi: cu umiditate mică (14…15,5 %), umede (15,5…17 %) şi cu umiditate mare (peste 17 %).

Cerealele pot fi uscate natural, prin utilizarea căldurii solare, sau artificial, prin diferite metode. În toate cazurile uscării artificiale, procesul se materializează prin transmiterea căldurii

Fig.2.6. Separator aspirator de construcţie românească [59]

Fig. 2.7. Separatorul intensiv SI – 510



cerealelor supuse uscării, migrării umidităţii din straturile interioare la suprafaţă şi evaporarea umidităţii sub formă de vapori. Produsele destinate însămânţărilor se usucă la un regim termic mai moderat decât produsele destinate consumului curent sau furajer. În astfel de situaţii se urmăreşte menţinerea facultăţii germinative a produselor. Încălzirea produselor la temperaturi de 45 oC şi mai mari în timpul uscării se concretizează printr-o reducere substanţială a facultăţii germinative. Studiile teoretice şi experimentale au evidenţiat faptul că cerealele de sămânţă trebuie uscate la regimuri termice moderate, caracterizate de o temperatură a agentului de 70…80 oC şi o temperatură maximă a produsului de 40 oC [118].

Curăţarea masei de cereale Cerealele care trec din siloz în secţia de curăţătorie reprezintă o masă neomogenă alcătuită din cerealele de bază, care urmează să fie măcinate şi din corpurile străine care trebuie îndepărtate. Procesul de curăţare a masei de cereale se bazează pe deosebirile dintre proprietăţile fizice ale boabelor din cultura de bază şi ale corpurilor străine: mărimea (lungimea, lăţimea, grosimea), proprietăţile aerodinamice, forma, masa specifică, proprietăţile magnetice etc. [59]. La baza separării corpurilor străine din masa de cereale stau o serie de principii bazate pe diferenţele între proprietăţile seminţelor şi ale corpurilor străine, şi anume:

separarea după mărime sau caracteristicile gravimetrice; separarea după proprietăţile aerodinamice; separarea pe baza diferenţei de masă specifică; separarea după formă; separarea după proprietăţile magnetice; separarea după culoare; separarea după proprietăţile hidrodinamice. În marea majoritate a cazurilor, în construcţia principalelor tipuri de utilaje de curăţat se

utilizează principii combinate [29].

Separarea corpurilor străine după mărime Pentru separare se folosesc suprafeţe din tablă perforată sau sârmă împletită, cu orificii de diferite forme şi mărimi. Suprafeţele de separare care au orificii a căror mărime este mai mare de 1 mm, poartă denumirea de ciururi, iar cele cu dimensiuni sub 1 mm, site [29]. Fracţiunea ce trece prin sită se numeşte cernut, iar cea reţinută peste ochiurile sitei refuz. Principalele tipuri de ciururi şi site cilindrice utilizate în secţiile de curăţare a seminţelor de cereale [108]:

Ciururile înclinate cu mişcări oscilatorii (fig. 2.8.) sunt utilaje de curăţare prin cernere, la care ramele înclinate ce conţin sitele primesc o mişcare oscilatorie de la un mecanism bielă-manivelă sau mecanism cu excentric.

În figura 2.8. notaţiile au următoarele semnificaţii: 1 – cadru de susţinere; 2 – suprafeţe de separare; 3 – lamele elastice; 4 – clapetă articulată; 5 – racord de alimentare; 6 – excentrici; 7 – roată de acţionare; 8 – electromotor; 9 – tije elastice; 10 – racorduri de evacuare cernuturi; 11 – racord de evacuare refuz; 12 – ciorapi; 13 – tremie colectoare cernuturi; 14 – cadru suport.

Fig. 2.8. Ciur înclinat cu mişcare oscilatorie [29]



Ciururile înclinate cu mişcări vibratorii realizează un efect de separare mai bun decât cel al sitelor înclinate oscilante, datorită numărului mai mare de oscilaţii în unitatea de timp (până la 35 Hz), cât şi al unghiului sitelor.

108].

În figura 2.9 se prezintă o soluţie constructivă de ciur vibrator, alcătuit din două ansambluri de site suprapuse 2, asamblate într-o casetă (casă) a sitelor, curăţată printr-un sistem cu bile de cauciuc 3, şi acţionate în mişcare vibratoare printr-un sistem alcătuit dintr-un motor electric 11, transmisie prin curea (de regulă) şi mecanism de vibrare 8, (bielă-manivelă, cu excentric etc.).

Ciururile şi sitele vibratoare se caracterizează prin construcţie ermetică, nu degajă praf, prezintă un consum scăzut de energie şi efect bun de curăţare, datorită forţelor de inerţie mari generate de vibraţii.

Ciururile şi sitele cu mişcări rotative sunt utilaje la care sitele au forma cilindrică sau poligonală, având ca organ de lucru un tambur înclinat cu site pe suprafaţa laterală (fig. 2.10.). Prin rotirea înceată a tamburului, particulele cad de-a lungul suprafeţei laterale prevăzută cu site care au ochiurile uniforme sau de dimensiuni crescânde, în acest ultim caz utilajele fiind denumite şi maşini de sortat, construite cu până la patru dimensiuni de ochiuri [ În schema din figura 2.10 notaţiile au următoarele semnificaţii: 1 - cadru; 2 - cilindru de calibrare; 3 - curăţitorul sitei; 4 - suport de acţionare; 5 - sistem de acţionare a planului înclinat; 6 - vizor de alimentare; 7, 8, 9 - pâlnii de alimentare şi evacuare; 10, 11 - apărători de protecţie.

Separarea corpurilor străine după formă În cazul în care diametrul secţiunii transversale a boabelor şi a impurităţilor sunt apropiate,

separarea prin cernere este imposibilă, fiind necesară separarea după criterii de formă şi lungime, cu utilaje denumite trioare. Cu ajutorul trioarelor se urmăreşte eliminarea din masa de grâu (cereale), a neghinei, măzărichii, volburei, a fragmentelor de grâu (spărturi) sau boabe ale altor cereale care nu pot fi separate prin cernere (orz, ovăz etc.) [108].

După tipul constructiv trioarele se clasifică în: trioare cilindrice, trioare cu discuri, trioare cu lopeţi, trioare spirale, trioare cu bandă. Trioarele cilindrice pot fi clasificate, la rândul lor, în: lente, rapide şi ultrarapide. Trioarele lente au viteza periferică la mantaua cilindrică cu alveole de 0,3...0,4 m/s, iar cele ultrarapide, între 0,7...1 m/s. Trioarele lente sunt folosite din ce în ce mai rar, datorită capacităţii mici de prelucrare şi gabaritului lor mare. Trioarele rapide şi ultrarapide. Pentru creşterea capacităţii de prelucrare a trioarelor cilindrice, viteza acestora a fost mărită până la 1,3...1,4 m/s ajungându-se la construcţia trioarelor rapide şi ultrarapide. Jgheabul colector de impurităţi este amplasat în centrul mantalei cilindrice la ambele tipuri de trioare. Diferenţa dintre ele constă în utilizarea, la trioarele ultrarapide, a unor agitatoare care sparg lentila de cereale şi măresc suprafaţa de contact dintre cereale şi mantaua cu alveole [29]. În figura 2.11. se prezintă schema funcţională a unui trior cilindric rapid.

Fig. 2.9. Schema constructivă a unui ciur vibrator [108]

Fig. 2.10. Schema constructivă a calibrorului cilindric: secţiune

longitudinală



Notaţiile din figura 2.11. au următoarele semnificaţii: 1-racord de alimentare; 2-roată de acţionare; 3-lagăre de susţinere; 4-picioare de sprijin; 5-tobă cilindro-conică; 6-manta cilindrică cu alveole; 7-jgheab colector; 8-plan înclinat; 9-plăci înclinate pentru înaintarea cerealelor; 10-elemente de fixare; 11-orificii de evacuare cereale; 12-elemente de etanşare din piele; 13-canal colector de cereale; 14-tobă de colectare şi aspiraţie; 15-plan înclinat; 16-roată melcată; 17-roată de lanţ; 18- şurub melc; 19-lagăre; 20-piesă cilindro-conică pentru evacuarea impurităţilor sferice; 21-racord de aspiraţie; 22-spiţe de sprijin; 23-arbore; 24-transportor elicoidal; 25-lagărul de susţinere al jgheabului; 26- spiţe; 27- ax tubular; I-cereale cu impurităţi; II- cereale curate; II I-impurităţi sferice; IV - aer cu praf.

Separarea corpurilor străine după însuşirile aerodinamice Parametrul esenţial care caracterizează procesul de sortare şi curăţare a seminţelor de cereale

cu ajutorul curentului de aer este viteza de plutire. Pentru eliminarea corpurilor străine din masa de produs este necesar ca viteza curenţilor de aer să ţină în suspensie şi să transporte aceste particule.

În tabelul 2.1. sunt date valorile numerice ale vitezelor critice şi ale coeficienţilor de rezistenţă şi de portanţă, k şi kp pentru cele mai răspândite seminţe de cereale.

Tabelul 2.1. Date caracteristice celor mai răspândite seminţe de cereale [56]

Specia de seminţe

Viteza critică, m/s

Coeficientul de

rezistenţă k

Coeficientul de portanţă, kp=kγF/G

Greutatea specifică γ,

daN/m3 Grâu 8,90...11,50 0,184...0,265 0,076...0,121 1,216 Secară 8,30...9,89 0,160...0,222 0,100...0,140 1,210 Ovăz 8,08...9,11 0,169...0,300 0,118...0,150 1,200 Orz 8,08...9,11 0,191...0,272 0,084...0,138 1,200 Porumb 12,48...14,03 0,162...0,236 0,049...0,063 1,238

Dintre utilajele şi echipamentele care utilizează însuşirile aerodinamice ale cerealelor ca principiu de separare, se pot aminti: separatoarele în cascadă, pneumo-separatoarele, tararele şi turbo-separatoarele. Separatorul în cascadă (fig. 2.21) este destinat separării impurităţilor uşoare din masa de cereale, fiind montat atât în curăţătoria neagră ,cât şi în cea albă.

Principiul de funcţionare îl constituie trecerea materialului de separat pe nişte planuri înclinate, în contracurent. Impurităţile uşoare sunt antrenate de curentul de aer şi se depun în camera de decantare, urmând a fi eliminate ulterior [29].

În figura 2.21. notaţiile au următoarele semnificaţii: 1- gură de alimentare; 2- racord aspiraţie; 3- tăvălug alimentare; 4- clapetă cu contragreutate; 5- clapetă; 6- şicane fixe; 7- clapetă; 8- coloană cu magneţi permanenţi; 9- uşi de vizitare; 10- gură de evacuare grâu; 11- gură de evacuare corpuri străine uşoare; 12- fante; 13- fereastră de vizitare; 14- cameră de decantare; 15- clapetă pentru reglarea vitezei de aspiraţie [59].

Fig. 2.11. Triorul cilindric rapid [29]

Fig.2.21. Separator în cascadă [59]



Separarea corpurilor străine după mărime şi proprietăţile aerodinamice

i cu sită care in

cipient

Separatorul aspirator este utilajul cel mai întrebuinţat

dintre toate tipurile de utilaje de precurăţare şi curăţare, deoarece combină acţiunea ciururilor cu cea a curenţilor de aer (fig. 2.23.).

Notaţiile din figura 2.23. reprezintă: 1-conductă alimentare; 2- sită I; 3- jgheab evacuare impurităţi grosiere; 4-sită II; 5- sită III; 6- sistem acţionare; 7- jgheab evacuare impurităţi mici; 8- jgheab evacuare seminţe curate; 9- jgheab evacuare impurităţi medii; 10- jgheab evacuare impurităţi cu praf decantate; 11- cameră de decantare; 12- conductă aspiraţie.

Separatorul aspirator se deosebeşte de cel folosit în siloz prin: gradul de înclinare a sitelor cernătoare, mărimea orificiilor, intensitatea de curăţare şi încărcătura specifică/cm2

din lăţimea sitei. Încărcătura specifică medie/cm2 din lăţimea sitei este de 50…60 kg/h.

Separarea corpurilor străine după masa specifică Pentru curăţarea cerealelor de impurităţile cu masă specifică mai mare decât a acestora, cum

sunt pietrele, bulgării de pământ, cioburile de sticlă etc., aproximativ de aceleaşi dimensiuni cu ale seminţelor cerealelor, se folosesc mesele densimetrice şi separatoarele de pietre [29].

Masa densimetrică are principiul de funcţionare prezentat în figura 2.24. Amestecul de grâu şi impurităţi debitat prin gura de alimentare 1 ajunge pe suprafaţa ciurului 2, unde, datorită mişcării oscilatorii, înclinaţiei ciurului şi a unui curent de aer ascendent, produsul se stratifică, particulele uşoare 8 ajung la suprafaţa superioară, cele mijlocii 9 rămân în centru, iar cele grele 10 se deplasează spre partea inferioară. Mişcarea vibratoare este asigurată de motorul electric 5 printr-o transmisie la excentricul 3, care generează oscilaţiile ansamblului susţinut de suspensiile elastice 4. Curentul de aer este creat de ventilatorul 6 şi distribuit uniform sub amestecul de seminţe prin reţeaua de distribuţie 7.

În partea cea mai lată şi joasă a sitei se află cinci racorduri de evacuare pentru diversele produse sortate. În vederea prevenirii degajării de praf, masa este aspirată prin intermediul unei hote, montată la o distanţă de 150...200 mm faţă de sită [108].

Separatorul de pietre (pe cale uscată) este un utilaj introdus recent în fluxul tehnologic al morilor de grâu, înainte fiind folosit la fabricile de decorticat orez şi la morile de porumb. Eficienţa îndepărtării pietrelor trebuie să fie de 90...100 %, aceasta obţinându-se prin reglarea înclinaţiei cadrulu

tră în alcătuirea separatorului de pietre. Notaţiile din figura 2.25. reprezintă: 1- sistem de

acţionare; 2- pâlnie de alimentare; 3- amestec de seminţe; 4- amestec de aer cu praf; 5- conductă aspiraţie; 6- hotă; 7- sită; 8- pâlnie evacuare pietre; 9- mecanism de reglare; 10- recolectare pietre; 11- cadru; 12- jgheab evacuare seminţe.

Fig. 2.23. Separator aspirator SA 612

Fig. 2.24. Schema de funcţionare a mesei

densimetrice

Fig. 2.25. Separator de pietre din cereale



Separarea impurităţilor feroase Masa de cereale este frecvent impurificată cu corpuri străine metalice pe tot parcursul proceselor tehnologice, începând chiar de la recoltare. Separarea impurităţilor magnetice din cereale, produse intermediare şi finite de morărit, se realizează prin utilizarea separatoarelor cu magneţi permanenţi sau cu electromagneţi.

Separatoarele cu magneţi permanenţi sunt cel mai des utilizate, datorită simplităţii constructive. Magneţii permanenţi se confecţionează din aliaje ale oţelului cu cromul, cobaltul, wolframul, manganul, nichelul, aluminiul, platina etc., în diferite proporţii, având diverse denumiri.

În figura 2.27. este prezentat un separator cu magnet permanent de tip bloc, de construcţie simplă, realizat de firma BUHLER, în care notaţiile reprezintă: 1 – racord de alimentare; 2 – buncăr; 3 – clapetă articulată cu contragreutate; 4 – bloc magnetic; 5 – racord de evacuare; 6 – carcasă; 7 – elemente de sprijin; 8 – uşă de vizitare-control-curăţare magnet; 9 – bară metalică pentru extragerea magnetului.

Separatoarele electromagnetice prezintă, faţă de aparatul cu magneţi permanenţi, avantajul unei puteri mărite de reţinere a corpurilor feroase, a funcţionarii automate, nefiind necesară intervenţia manuală pentru curăţare şi nu îşi pierd eficienţa în timp. Faţă de aparatul cu magneţi permanenţi prezintă şi unele dezavantaje, cum ar fi: o construcţie mai complexă, necesitatea unui transformator de curent şi consum de energie electrică. Separatoarele electromagnetice se realizează în două variante constructive:

separatoare cu electromagneţi plani; separatoare electromagnetice rotative.

Descojirea

Descojirea este o operaţie prin care se îndepărtează parţial sau integral învelişul exterior al

cerealelor, rezultatul fiind îndepărtarea particulelor de praf aderente, a microorganismelor localizate în şănţuleţe şi în bărbiţă, precum şi a unor straturi exterioare de înveliş, prin care se elimină componentele necomestibile şi se uşurează procesul de separare la măcinare.

În funcţie de suprafaţa interioară, descojitoarele se pot clasifica astfel: decojitoare cu manta abrazivă din şmirghel, decojitoare cu manta din ţesătură de sârmă şi decojitoare cu manta din tablă netedă perforată.

Decojitorul cu manta abrazivă din şmirghel Decojitoarele cu manta abrazivă asigură un efect de decojire superior decojitoarelor cu manta din sârmă împletită sau tablă perforată. În figura 2.40 este prezentat un decojitor cu manta abrazivă, în care notaţiile reprezintă: 1 – racord alim.; 2 – acţionare; 3 - carcasă metalică; 4 – palete; 5 - manta abrazivă; 6 - picior sprijin; 7 - racord evacuare; 8 - canal aspiraţie; 9 - racord aspiraţie; 10 - camera decantare; 11 – ecluză; 12 - manta din tablă perforată; 13 - arborele acţionare; 14 - roţi din fontă.

Fig.2.27. Separator magnetic tip BUHLER

(www.buhlergroup.com)

Fig. 2.29. Schema unui separator electromagnetic

rotativ [108]

Fig. 2.30. Decojitor cu manta abrazivă [29]



Perierea

Perierea este o operaţie tehnologică prin care se urmăreşte, în special, îndepărtarea urmelor de praf şi a învelişurilor zdrenţuite apărute în operaţia de descojire. Operaţia se poate efectua fie în maşini special destinate acestui scop, fie în utilaje complexe, în care sunt înglobate şi alte operaţiuni de condiţionare. În mod uzual, perierea se realizează în maşini prevăzute cu perii rotative, montate pe palete sau pe mantale. Impurităţile separate sunt eliminate prin mantaua perforată şi printr-un sistem de aspiraţie. Maşinile pot avea manta fixă sau rotativă, orizontală sau verticală [108].

Maşina de periat cu manta orizontală rotativă

Se compune (figura 2.41), dintr-o gură de alimentare 5, prin care produsul ajunge pe suprafaţa de lucru a rotorului 1, cu periile 2.

Pentru mărirea eficienţei, mantaua rotativă 3 este dotată, de asemeni, cu periile 4. Diferenţa de viteze a mantalei şi rotorului determină frecarea prin periere a produsului, care apoi este eliminat prin gura 6. Aspiraţia impurităţilor uşoare se face prin tubul 7, care antrenează praful ce se depune în camera de detentă 8. Fracţiunile uşoare sunt evacuate prin gura 9, împreună cu aerul la reţeaua centrală de aspiraţie. Cea mai mare parte a impurităţilor cad în tremia 10, prevăzută cu dispozitive de

evacuare. Sarcina specifică a unor astfel de maşini de periat este de 1200...1500 kg/m2, iar cantitatea de praf separată este de 0,02...0,04 % faţă de masa totală de cereale [108].

Maşina de periat cu manta orizontală fixă Are o construcţie asemănătoare cu maşina de periat cu manta rotativă, cu deosebirea că rotorul

are intercalate perii şi palete simple, iar mantaua este fixă. Sarcina specifică pentru astfel de maşini este de 1000...1200 kg/m2*h. Mantaua fixă este construită, de regulă, din tablă de oţel perforată [108].

Spălarea

Spălarea cerealelor este necesară deoarece separarea impurităţilor existente pe suprafaţa boabelor de grâu nu poate fi realizată prin procedee de descojire şi/sau periere, decât în proporţie de aproximativ 80 %. În plus, prin spălare se separă eventualele pietricele, bulgări de pământ, paie şi pleavă, care n-au putut fi separate prin operaţiile aplicate anterior.

Utilajele pentru spălare pot fi simple sau combinate [108]. Maşina de spălat simplă Realizează spălarea grâului prin introducerea

acestuia intr-un jgheab înclinat la aproximativ 30o faţă de orizontală, în care se roteşte un transportor elicoidal.

În figura 2.32 se prezintă o maşină de spălat simplă, în care notaţiile reprezintă: 1 - bazin cu apă; 2 – jgheab; 3 - melc de spălare; 4 melc de colectat pietre; 5 - manta perforată; 6 - melc de stropire; 7 - clapetă reglare debit; 8 - duşuri stropire; 9 - duze suplimentare pentru stropirea grâului tare; 10 - gură de evacuare; 11 – motoreductor; 12 - perie de curăţare a duşurilor [108].

Grâul spălat prin acest procedeu reţine o cantitate mare de apă pe suprafaţa lui. În cazul în care se doreşte o umiditate mai mică se introduce în fluxul tehnologic o coloană de zvântare sau se folosesc maşinile combinate.

Fig. 2.31. Schema maşinii de periat cu manta orizontală rotativă [108]

Fig. 2.32. Schema maşinii de spălat simplă [108]



Maşina de spălat combinată Este mult mai eficientă decât maşina de spălat simplă,

deoarece pe lângă spălarea propriu-zisă, realizează şi separarea impurităţilor mai uşoare şi mai grele, iar după spălare, zvântarea şi descojirea.

În figura 2.33 este prezentată o maşină de splălat combinată, în care notaţiile reprezintă: 1 - gură de alimentare; 2 - melc de spălare; 3 - melc colector de pietre; 4 - rotor cu palete dispuse înclinat; 5 - gură de evacuare; 6 - grup de acţionare; 7 - motoreductor şi ansamblu de roţi dinţate; 8 - gură de evacuare a pietrelor.

Calitatea operaţiei de spălare-zvântare este condiţionată decisiv de corelarea cantităţii de apă cu gradul de impurificare al masei de grâu, stabilirea cantităţii de grâu făcându-se ţinând seama de creşterea prin această operaţie a umidităţii iniţiale cu 2...4 %. De regulă, în cazul boabelor cu umiditatea iniţială de peste 14,5 % nu se recomandă spălarea, întrucât, după spălare acestea se macină foarte greu, cu un consum ridicat de energie şi o extracţie parţială şi totală de făină redusă cu 1...3 %. Prin spălare, conţinutul de cenuşă al grâului se reduce cu 0,01...0,03 %. După spălare, apa eliminată conţine circa 0,5 % impurităţi, din care aproximativ 2 % sunt minerale, iar restul impurităţi organice [108].

Udarea artificială a cerealelor (condiţionare hidrică) Modificarea calităţilor tehnologice ale cerealelor în direcţia dorită, prin condiţionare hidrică, depinde, pe de o parte de proprietăţile naturale ale cerealelor, şi pe de altă parte de metoda şi regimul de condiţionare, care determină schimbarea proprietăţilor naturale ale acestora. Cei mai importanţi indici fizico-chimici care se modifică în timpul condiţionării hidrice a cerealelor se referă la duritate şi rezistenţa la sfărâmare. Duritatea boabelor influenţează regimul de măcinare şi obţinere a produselor intermediare, precum şi consumul de energie.

Metodele de condiţionare hidrică a cerealelor se împart în [59]: - metode condiţionare hidrică la rece; - metode de condiţionare hidrică la cald.

2.3. Stadiul actual al realizărilor de echipamente tehnice pentru

condiţionarea mecanică a cerealelor În ţările cu agricultură şi industrie alimentară bine dezvoltate, industria de morărit şi panificaţie reprezintă un sector căruia i se acordă o deosebită importanţă, atât din partea guvernelor, cât şi din cea a sectorului privat, deoarece rezultatele obţinute se reflectă asupra calităţii alimentaţiei populaţiei. Pe plan mondial, în unităţile moderne de morărit, pentru reducerea numărului de utilaje, a consumului de energie şi a spaţiilor tehnologice, se recurge la separarea concomitentă a mai multor categorii de impurităţi, folosind o serie de maşini combinate.

Cele mai cunoscute firme româneşti constructoare de utilaje pentru condiţionarea cerealelor sunt: S.C. IMA S.A Iaşi, S.C. ISLAZ S.A. Alexandria, S.C. TEHNOFAVORIT S.A. Bonţida, INCD INMA Bucureşti, S.C. INSTIRIG S.A. Balş etc.. Cele mai cunoscute firme pe plan mondial în construcţia de echipamente şi utilaje pentru condiţionarea cerealelor şi industria morăritului sunt: BÜHLER – Elveţia, OCRIM –Italia, CIMBRIA HEID- Austria, CARTER-DAY – SUA, WESTRUP, DAMAS, KONGSKILDE – Danemarca, PETKUS – Germania.

Fig. 2.33. Schema maşinii de spălat combinată [108]



3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII 3.1. Necesitatea lucrării de doctorat

Cerealele sunt recoltate, cu excepţia porumbului, cu o umiditate cuprinsă între 13...18 %. Boabele nu sunt complet maturizate fiziologic, procesele biochimice şi activitatea enzimatică sunt accentuate, microflora se manifestă intens, respiraţia este mărită, fenomene care determină creşterea umidităţii şi căldurii în masa de boabe. În scurt timp temperatura poate ajunge la valoarea de 35 ˚C, determinând modificarea structurii microflorei şi apariţia în proporţie ridicată a mucegaiurilor. Pentru a preîntâmpina procesul de încingere a masei de boabe recent recoltate, se recurge la separarea corpurilor străine, în mod deosebit a seminţelor de buruieni şi la uscarea acesteia până la umiditatea de 12...13 %, valoare optimă de păstrare a seminţelor de cereale [59]. Extragerea corpurilor străine din masa de cereale se realizează în secţiile de precurăţare şi curăţare ale unităţilor de depozitare şi de morărit.

Cele mai frecvente corpuri străine care trebuie înlăturate din masa de cereale sunt [68]: corpurile străine negre, precum:

- elementele nevaloroase care apar ca cernut printr-un ciur cu tablă perforată cu diametrul orificiului înscris în STAS;

- praful, pământul, nisipul, pietricelele; - pleava şi frunzele; - ambalaje: sfori, saci, hârtii; - seminţele cerealei de bază şi alte plante de cultură, putrezite, mucegăite; - seminţele altor plante de cultură; - corpurile vătămătoare (buruieni şi boli ale cerealelor);

corpurile străine albe: - spărturile de cereale mai mici decât o jumătate de bob; - seminţele unor plante de cultură; - seminţele de cereale de bază sau alte plante admise, strivite, şiştave, încolţite;

corpuri străine metalice care apar accidental în masa de boabe: aşchii, şuruburi, piuliţe. În cazul cerealelor aflate în stadiul de pregătire în vederea măcinării, condiţionarea

determină o serie de transformări ale proprietăţilor componentelor bobului, care se caracterizează prin îmbunătăţirea proprietăţilor de măcinare ale seminţelor. Operaţiile de precurăţare şi de curăţare a seminţelor de cereale au un rol deosebit de important în pregătirea produsului pentru diverse destinaţii ulterioare.

Prezenţa în masa de produs a impurităţilor implică următoarele aspecte negative: când destinaţia ulterioară a seminţelor este însămânţarea: diminuarea recoltei sau chiar compromiterea acesteia, deoarece buruienile au o

adaptabilitate mare la mediu, o perioadă de vegetaţie mai redusă, consumă mari cantităţi de apă şi substanţe nutritive din sol, înăbuşă cultura de bază în faza creşterii, facilitează dezvoltarea şi înmulţirea diferiţilor paraziţi etc.

alterarea uniformităţii dimensionale şi a greutăţii seminţelor materialului de însămânţare - elemente de mare importanţă în dezvoltarea uniformă a plantelor, în procesul coacerii uniforme, al obţinerii unor producţii ridicate la ha;

o pentru seminţele destinate depozitării şi conservării calităţilor nutritive şi organoleptice (gust, miros, aromă etc.):

înfundarea instalaţiilor de către impurităţile mari (paie, coceni, spice), care îngreunează sau opresc scurgerea cerealelor în celule;

spaţiu excedentar pentru depozitare;



degradarea seminţelor culturii principale în timpul păstrării, întrucât acestea au o umiditate mai mare şi creează focare de încingere, provocând mucegăirea şi alterarea lor;

constituie medii favorabile de dezvoltare a microorganismelor şi dăunătorilor; o când masa de produs urmează a fi supusă prelucrării în vederea măcinării: praful mineral şi vegetal creează mediu neprielnic desfăşurării normale a lucrului; înrăutăţirea calităţii produselor finite; culoarea închisă a multor corpuri străine poate

imprima o culoare închisă făinurilor obţinute în urma măcinării. Prin conţinutul lor în diverşi compuşi chimici, corpurile străine mărunţite, pot imprima gusturi sau mirosuri neplăcute făinurilor. Există o categorie de corpuri străine aşa-zise “vătămătoare” a căror prezenţă în cerealele ce urmează a fi măcinate, conduc la obţinerea unor produse finite în care se găsesc o serie de substanţe chimice toxice ca alcaloizi (datorate cornului secarei) saponine etc.;

făina rezultată prin măcinarea acestora va conţine un procent scăzut de gluten, fapt care va atrage după sine obţinerea unui aluat care la fermentare, se întinde neuniform, scade repede, iar produsele de panificaţie rezultate vor fi calitativ inferioare;

prin vehicularea corpurilor străine odată cu masa de produs, creşte consumul de energie electrică;

poate avea loc producerea de scântei la contactul cu părţi ale organelor de lucru ale diverselor utilaje de curăţire, existând pericolul unei explozii;

pot apărea uzuri avansate ale organelor de lucru ale utilajelor de curăţire şi măcinare, în categoria acestor corpuri străine intrând pietrele şi impurităţile metalice.

Toate aceste considerente, impun necesitatea şi obligativitatea curăţării şi sortării seminţelor pentru a se asigura condiţii optime de păstrare, depozitare şi comercializare pentru consum sau ca material de însămânţare.

3.2. Obiectivele lucrării Obiectivul general al lucrării de doctorat constă în optimizarea procesului de condiţionare mecanică a grâului cu trioarele cilindrice. Pentru îndeplinirea obiectivului general se consideră necesară parcurgerea şi îndeplinirea următoarelor obiective subsidiare:

analiza stadiului actual al cultivării cerealelor în România; analiza cauzelor care provoacă impurificarea seminţelor de cereale; analiza stadiului actual în domeniul cercetărilor teoretice şi realizărilor practice privind

condiţionarea mecanică a cerealelor; cercetarea teoretică a posibilităţilor de optimizare a procesului de condiţionare a grâului

cu trioare cilindrice; cercetarea experimentală a procesului de condiţionare mecanică a grâului cu trioare

cilindrice; analiza posibilităţilor de optimizare a procesului de condiţionare a grâului cu trioarele

cilindrice.

3.3. Metodica generală de cercetare în teza de doctorat Pentru îndeplinirea obiectivului general şi a obiectivelor subsidiare este necesară desfăşurarea cercetărilor după metodica generală prezentată în figura 3.1. Pentru fiecare etapă a metodicii generale de cercetare s-au studiat şi analizat aspectele existente în momentul de faţă în literatura de specialitate, referitoare la condiţionarea seminţelor de grâu în trioarele cilindrice. Cercetările teoretice au inclus şi aplicaţii numerice, pe baza cărora să se poată face comparaţii sigure între rezultatele acestora şi cele provenite de la cercetările experimentale.



Analiza stadiului actual al cultivării cerealelor în România

Analiza cauzelor care provoacă impurificarea boabelor de cereale

Analiza stadiului actual al cercetărilor teoretice şi realizărilor practice privind condiţionarea mecanică a

cerealelor

Cercetarea teoretică a posibilităţilor de optimizare a procesului de condiţionare a grâului cu trioare cilindrice

Cercetarea experimentală a procesului de condiţionare mecanică a grâului cu trioare cilindrice

Analiza posibilităţilor de optimizare a procesului de condiţionare a grâului cu trioarele cilindrice

Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale

De asemenea, s-au pus în evidenţă influenţele parametrilor constructivi şi funcţionali ai trioarelor cilindrice asupra indicilor de calitate ai procesului de condiţionare mecanică a seminţelor de grâu.

Fig. 3.1. Metodica generală de cercetare în teza de doctorat



Cercetările experimentale se vor efectua în laborator, pe un stand adaptat de autor pentru investigarea procesului de lucru al trioarelor cilindrice, si în exploatare, pe un trior cilindric universal TCU-5, aflate în dotarea INMA Bucureşti. Standul este alcătuit din triorul cilindric propriu-zis si tabloul electric de comanda. Cilindrul trior are un diametru de 250 mm, lungimea de 500 mm si este prevăzut cu alveole tip “buzunar” cu diametrul de 5,6 mm. În interiorul cilindrului trior este prevăzut un jgheab de colectare seminte scurte (impurităţi şi spărturi ale seminţelor culturii de baza sau altor tipuri de culturi).

Triorul cilindric universal TCU-5 a fost proiectat în cadrul INMA Bucureşti şi introdus în fabricaţie de serie la S.C. INSTIRIG S.A. Balş. Diametrul cilindrului trior este de 630 mm, lungimea activa de 2440 mm şi este prevăzut cu alveole tip “buzunar”, având diametrul de 5,25 mm. Este acţionat de un motor electric cu puterea de 2,2 kW, prin intermediul unui reductor planetar. Echipamentul este dotat cu gura de aspiraţie, pentru situaţia în care se doreşte cuplarea acestuia la o instalaţie de aspiraţie, în vederea înlăturării prafului mineral rezultat în procesul de condiţionare în trior. Mantaua cu alveole este alcătuită din patru segmente interschimbabile din tablă de otel, îmbinate demontabil în vederea intervenţiei facile pentru înlocuirea acestora.



4. CONTRIBUŢII TEORETICE LA STUDIUL CONDIŢIONĂRII MECANICE A CEREALELOR CU TRIOARELE

4.1. Modelarea matematică a cinematicii condiţionării cerealelor în trioare

Modelarea matematică a desprinderii particulelor din alveolele trioarelor cilindrice

Modelarea matematică a desprinderii particulelor din alveolele trioarelor cilindrice urmăreşte realizarea unui simulator de separare cu ajutorul căruia să se poată verifica condiţiile de bună funcţionare a trioarelor cilindrice cu alveole. Pentru modelarea procesului s-au folosit modelele matematice prezentate în [60], [22] şi [56]. Lista parametrilor modelului este prezentată în tabelul 4.1:

Tabel 4.1. Lista parametrilor modelului matematic

Nr. Parametru-Denumire şi semnificatie Notatie UM 1 Acceleraţia gravitaţională g m/s2 2 Raza cilindrului R m 3 Unghiul de frecare al fracţiunii principale de impurităţi şi suprafaţa

alveolei grade

4 Viteza unghiulara a cilindrului rad/s 5 Turaţia cilindrului n rot/min 6 Unghiul de deschidere al jgheabului grade 7 Unghiul dintre normala la suprafaţa alveolei şi normala la suprafaţa

cilindrului în punctual de desprindere grade

8 Masa particulei de impuritate m kg Semnificaţia parametrilor poate fi înţeleasă mai bine folosind figurile 4.1 şi 4.2, preluate din [60]

Calculul unghiului critic de desprindere a particulelor de impurităţi

Conform [60], [22] şi [56], pentru cazul când cilindrul are axa orizontală, unghiul critic de

desprindere se calculează pe baza ecuaţiilor de echilibru ale particulei în punctul de desprindere, considerat a fi intersecţia dintre suprafaţa alveolei şi suprafaţa cilindrului, în sensul de rotaţie al acestuia.

Fig. 4.1. Forma alveolelor din mantaua triorului cilindric [60]

Fig. 4.2. Sistemul de forte care acţionează asupra particulelor de impurităţi în momentul desprinderii de mantaua

cilindrică



Sistemul de referinţă absolut se considera cu originea pe axa cilindrului, iar axele Ox şi Oy vor fi orizontala, respectiv verticala locală. Sistemul de referinţă mobil (solidar cu impuritatea),

M are centrul în punctul M, considerat a fi punctul de desprindere (conform ipotezei-punctul de intersecţie dintre suprafaţa cilindrului şi suprafaţa alveolei situat în secţiunea transversala a cilindrului), M , M fiind tangenta, respectiv normala în punctul M la suprafaţa alveolei, conform reprezentării din figura 4.2. Ecuaţiile de echilibru au forma:

, 2

2

cos cos( ) 0;2

sin( ) sin 0.2f

N mg m R

m R F mg

(4.1)

Notând cu g

Rk

2 , indicele regimului cinematic şi rezolvând problema de echilibru, se

găseşte unghiul critic de desprindere a particulei ca funcţie de variabilele principale ale procesului: .sinarccos,,, kR (4.9)

Pentru a determina zona acoperita de particulele care se desprind şi cad în jgheab, este suficienta determinarea traiectoriilor particulelor de coeficient de frecare minim, respectiv maxim.

Calculul traiectoriilor impurităţilor

Pentru calculul traiectoriilor particulelor desprinse, care se modelează ca puncte materiale care se mişcă în vid, este necesară cunoaşterea vectorilor poziţiei şi vitezei iniţiale, elemente dependente de variabilele de care depinde şi unghiul de desprindere ( R,,, ).

Coordonatele punctului de desprindere rezulta din ecuaţiile de mişcare ale punctului M pe traiectoria circulara de raza R:

)],,,,(sin[),,,(

)];,,,(cos[),,,(

RRRYd

RRRXd

(4.12)

iar vitezele se obţin prin derivare în funcţie de timp:

)].,,,(cos[),,,(

)];,,,(sin[),,,(

RRRVYd

RRRVXd

(4.13)

Coordonatele traiectoriilor impurităţilor se obţin prin integrarea ecuaţiilor de mişcare obţinându-se forma finală:

.22

),,,(),,,(),,,,(

;),,,(),,,(),,,,(

tg

tRVYdRYdtRY

tRVXdRXdtRX

(4.15)

Modelarea matematica şi simularea numerica a punctelor de desprindere a impurităţilor şi traiectoriei particulelor după desprindere şi până la colectarea în jgheabul de recepţie s-a realizat în programul MathCad 12.

În conformitate cu modelului matematic elaborat şi simulat numeric în MathCad, variaţia în timp a deplasării, vitezei şi acceleraţiei pe cele două axe de coordonate, traiectoria mişcării şi variaţia temporală a vitezei rezultante este prezentată în figurile 4.4...4.11.

Fig. 4.4. Variaţia în timp a mişcării particulei în proiecţie orizontala



Fig. 4.5. Variaţia componentei verticale a mişcării particulei

Fig. 4.6. Deplasarea particulei pe axa OX

Fig. 4.7. Variaţia în timp a vitezei particulei pe orizontală

Fig. 4.8. Variaţia în timp a proiecţiei vitezei particulei pe verticală

Fig. 4.9. Variaţia în timp a vitezei rezultante a particulei



Fig. 4.10. Variaţia în timp a acceleraţiei orizontale

Fig. 4.11. Variaţia în timp a acceleraţiei particulei pe verticală

Calculul vitezei medii axiale a stratului de boabe în mişcare de-a lungul cilindrului

trior Un alt aspect interesant pentru caracterizarea

funcţionării triorului este comportamentul săgeţii zonei ocupate de materialul supus trierii în cilindru şi a vitezei de deplasare axiala a materialului (figura 4.12). Semnificaţiile notaţiilor din figura 4.12. sunt următoarele: Vx – viteza de deplasare axială a materialului; AB – delimitează zona de contact a lentilei de material cu peretele cilindrului trior; h – săgeata zonei ocupate de material; P – nucleul central de material; R – zona de deplasare prin frecare pe cilindru; Q – zona de deplasare prin surpare a materialului.

În [56] sunt date două relaţii matematice importante, care pot lărgi apreciabil aria de cuprindere a modelarii matematice în problema procesului de lucru al triorului. Prima relaţie este:

2( )( ) sin 1

h xv x tg

tg

, (4.16)

în care : v este viteza de deplasare axială a stratului de seminţe pe suprafaţa interioară a cilindrului; Ω - viteza unghiulară a seminţelor care se găsesc în contact direct cu suprafaţa alveolară a cilindrului; θ - unghiul dinamic de taluz natural al stratului de seminţe; h - săgeata segmentului de cilindru ocupat de stratul de seminţe. Tot în formula (4.16), apariţia variabilei x, arată că mărimile v şi h sunt funcţii dependente de coordonata în lungul generatoarei cilindrului.

O a doua relaţie importantă pe care sursa bibliografică [56] o dă este relaţia (12.45) de la pagina 482. Această relaţie nu este corectă din punct de vedere dimensional, o versiune corectă a formulei (12.45) ar fi obţinută renunţând la exponentul 2 şi la rădăcina pătrată:

( )( )

2 ( )

q xh x

v x R , (4.17)

Fig. 4.12 Deplasarea axială a boabelor în timpul rotirii cilindrului



unde: q este debitul de seminţe care trece prin secţiunea stratului, în N/s; R - raza cilindrului, în m; γ - greutatea specifică a seminţelor, în N/m3.

Folosind relaţia c , din [56], formula (4.16) primeşte forma:

2( )( ) sin 1

c h xv x tg

tg

. (4.19)

Formula (4.19) leagă astfel viteza de rotaţie a cilindrului triorului de viteza axială a stratului de seminţe în cilindru. Eliminând săgeata h din formulele (4.17) şi (4.19) se obţine expresia vitezei de deplasare axială a stratului de seminţe pe suprafaţa interioară a cilindrului, ca funcţie de debitul de seminţe (care se triază):

2sin 1( ) ( )

2

c tgv x q x

Rtg

. (4.20)

Înlocuind, după notaţiile modelului lui Tit, ( ) ( )q x g Q Qi x şi30

n , atunci, pentru

viteza de deplasare axială a stratului de seminţe pe suprafaţa interioara a cilindrului se obţine expresia:

2sin 1

( ) ( )60

cn tgv x Q Qi x

Rtg

, (4.23)

în care: ρ este densitatea de masă a materialului supus trierii; Q - debitul de material, considerat constant; n – turaţia, în rot/min; Qi(x) - debitul de impurităţi separate la cota x pe generatoarea cilindrului. Astfel se poate face legătura între modelul lui Tit şi modelul din [56].

O relaţie interesantă se poate obţine plecând de la exprimarea debitului de material prin partea de jos a cilindrului, debit variabil, deoarece din materialul iniţial se extrag continuu impurităţi (dar şi boabe bune, care nu se pot contoriza în acest model).

Se pleacă de la expresia debitului de material util: ( ) ( ) ( ) ( )Q Qi x v x s x x , (4.24)

în care s(x) este aria segmentului de cerc ocupat de materialul în deplasare axială, iar ρ(x) este densitatea materialului purificat, care de asemenea se modifică funcţie de variabila spaţiala, deoarece din materialul iniţial se extrage o componenta cu caracteristici de densitate posibil diferite. Totuşi, pentru a nu complica prea mult modelul, se va presupune densitatea de masă constantă. Expresia ariei segmentului de cerc ocupat de materialul supus purificării se poate exprima în funcţie de raza cilindrului şi de săgeata segmentului (care depinde şi ea de variabila x, debitul de material prin cilindru fiind variabil). Cu aceste precizări, aria segmentului este:

22( ) ( ) ( )

( ) arccos 1R h x R h x R h x

s x RR R R

. (4.25)

Prin urmare, din (4.24) şi (4.25), se obţine formula: 2

2( ) ( ) ( )( ) ( ) arccos 1

R h x R h x R h xQ Qi x v x R

R R R

. (4.26)

Înlocuind (4.19) în (4.26), se obţine o ecuaţie funcţională neliniară, care, pentru x fixat se transformă într-o ecuaţie neliniară transcendentă care trebuie rezolvată numeric.

22 2( ) ( ) ( ) ( )

( ) sin 1 arccos 1c h x R h x R h x R h x

Q Qi x tg Rtg R R R

. (4.27)

Pentru x fixat se calculează h=h(x), apoi din relaţia (4.19), rezulta v(x). După calculul în suficient de multe locaţii a vitezei, se poate calcula viteza medie şi apoi se poate calcula timpul în care o particulă din materialul util parcurge cilindrul.



4.2. Studiu numeric privind influenţa lungimii cilindrului trior asupra vitezei de deplasare axială a materialului şi săgeţii segmentului ocupat de materialul util

Având la dispoziţie date experimentale, pentru simularea numerică s-a folosit experimentul de la turaţia de 45 rotaţii/minut, pentru care trecerea a 100 g de material s-a făcut în 143 s.

Fig. 4.13. Variaţia săgeţii segmentului ocupat de materialul util, de-a lungul generatoarei

cilindrului.

Fig. 4.14. Variaţia vitezei de deplasare axiala a materialului util, de-a lungul generatoarei

cilindrului.

Variaţia săgeţii segmentului de material util şi vitezei de deplasare axială a acestuia în raport cu abscisa, măsurată în lungul generatoarei cilindrului triorului, apar în figurile 4.13. şi 4.14. Se observă că pe măsura îndepărtării de origine (locul de alimentare – unde cade în cilindru materia primă), atât săgeata segmentului de material util, cât şi viteza de deplasare axială a acestuia scad.

Viteza medie a materialului prin trior se calculează după formula:

0

1( )

L

medv v xL

dx , (4.28)

şi efectuând calculul numeric, se obţine valoarea vmed= 0.00343327 m/s, corespunzător obţinându-se un timp de parcurgere de către 100 g de materie prima a cilindrului de lungime 0,5 m, cu valoarea T= 145,634 s, adică o eroare de 1,8 % faţă de cronometrarea experimentală. Pentru că alveolele au fost uşor diferite faţă de cele din [56], s-a folosit pentru constanta c valoarea 0,28 şi un unghi de taluz natural dinamic de 42o.

4.3. Studiu numeric privind influenţa debitului de lucru asupra unor parametri calitativi şi funcţionali ai triorului

Problema care se pune în acest subcapitol este de a determina variaţia unor parametri calitativi şi funcţionali ai triorului în raport cu debitul de lucru stabilizat al triorului. Deoarece legătura între parametrii de calitate (efectul tehnologic, procentul de boabe bune pierdute în produsele secundare) şi parametrii fizici şi funcţionali ai procesului de lucru al triorului



este dată teoretic numai în modelul Tit, se va folosi această relaţie pentru calculul dependenţei acestora de debit.

Un prim rezultat al acestui studiu constă în determinarea formei variaţiei efectului tehnologic obţinut pe un anumit trior, folosind acelaşi material la intrare, acelaşi regim de funcţionare (turaţia 45 rot/min), dar patru debite de lucru diferite. Curba de variaţie a efectului tehnologic în raport cu distanta x de la punctul de intrare a boabelor în trior, pentru fiecare dintre cele patru debite luate în consideraţie, apare în fig. 4.15. Din dispunerea celor patru curbe se poate trage concluzia: efectul tehnologic este mai bun la încărcările mai mici, mai

ales la distanţe mici şi medii de zona de alimentare cu material. La ieşirea din aparat, ordinea efectelor tehnologice rămâne aceeaşi, dar diferenţele dintre valori devin foarte mici. Această concluzie este bine observabilă în figura 4.15. Aşadar se observă că, practic, chiar daca efectul tehnologic la încărcări mai mici creşte mai repede, în final diferenţele între efectele tehnologice realizate cu încărcări mari şi mici sunt neglijabile. Prin urmare, din acest punct de vedere se recomandă debite maximale de lucru.

În ceea ce priveşte conţinutul de impurităţi în materialul prelucrat, forma variaţiilor acestora cu locaţia pe generatoarea cilindrului triorului, pentru fiecare din cele patru valori ale debitelor de lucru, apare în figura 4.16. Situaţia, pentru acest parametru calitativ este inversă faţă de cea din cazul efectului tehnologic. Prin urmare concluziile sunt inverse: conţinutul de impurităţi la ieşire în materialul util creşte cu debitul de lucru. Ordinea valorilor acestui parametru calitativ în raport cu valorile corespunzătoare ale debitului de material din trior se menţine pe

tot parcursul triorului. În final, la evacuarea materialului, diferenţele devin neglijabile, iar diferenţa maximă se înregistrează în prima treime a lungimii triorului.

Din punctul de vedere al utilizatorului, se urmăreşte maximizarea efectului tehnologic şi minimizarea conţinutului de impurităţi în materialul prelucrat. Se observă că, pentru toate debitele, această cerinţă este îndeplinită la capătul cilindrului de la ieşirea din trior. În figura 4.17 se prezintă variaţia săgeţii zonei ocupate de material în cilindru, în lungul acestuia. Se observă că săgeata scade monoton dar foarte lent, de la origine spre ieşirea din trior. În raport cu încărcarea (valoarea debitului) se poate afirma că săgeata creşte odată cu valoarea debitului de lucru.

Fig. 4.15. Variaţia efectului tehnologic cu debitul

Fig. 4.16. Variaţia conţinutului de impurităţi la ieşire în materialul util cu debitul

Fig. 4.17. Variaţia valorii săgeţii segmentului de cerc ocupat de materialul triat la cota x



Variaţia vitezei de deplasare axială a

4.4. Cercetări privind dinamica condiţionării cerealelor în trioare

Procesul de lucru al trioarelor şi încadrarea în definiţia sistemică

Procesul de separare din trior se desfăşoară în timp şi spaţiu. Cu excepţia pornirii şi opririi – interva

le de lucru tranzitorii sunt rare şi neinteresante, iar perturbaţiile tempor

necesar numai daca ar exista mărim

4.5. Influenţa parametrilor dimensionali ai trioarelor asupra indicilor calita

Influenţa lungimii cilindrului trior asupra parametrilor de performanţă ai

Acest studiu se bazează pe modelul matematic şi soluţia oferita de Tit în [104]. Modelul este tratat î

e proiect

ate face, anume să exprim

prezentate au semnificaţiile unor rezultate medii, deoarece procesul are un cara

materialului în cilindru în raport cu distanţa de la origine este prezentată în figura. 4.18. În mare, concluziile sunt similare cu cele care s-au emis în cazul săgeţii zonei ocupate de material în cilindru. Viteza axială de deplasare a materialului scade monoton, dar lent de-a lungul cilindrului. Viteza de deplasare axială creşte cu debitul de lucru al triorului.

le de timp în care apar procese tranzitorii – în rest, funcţionarea se poate considera cvasistaţionară, adică independentă de timp, aşa cum se doreşte de altfel, variaţiile în timp ale mărimilor de stare fiind nedorite.

Datorită faptului că etapeale ale procesului sunt accidente fără consecinţe grave, în general, rezultă că aspectul

dinamic al problemei este puţin interesant şi, în consecinţă dinamica procesului nu este necesar a fi considerată importantă pentru cercetările din această lucrare.

Ca urmare, un studiu riguros de dinamica procesului ar fii variabile sensibil în timp în proces.

tivi ai condiţionării grâului

trioarelor

n general în [104], dar şi în alte surse, cum este [41]. Se dă soluţia care se obţine printr-o integrare simplă, de unde rezultă lungimea triorului în funcţie de parametrii de proces ai acestuia.

Acest model este unul dintre cele două modele matematice de baza folosite în calculul dare şi reglare a proceselor de lucru ale trioarelor şi apare în [60] sau [22]. Modelul propus de Tit rezolvă ceea ce modelul din [60] sau [22] nu poe calitatea separării realizate de trior, în funcţie de caracteristicile geometrice şi de

funcţionare ale acestuia. Această lucrare aduce ca noutate exprimarea directă a funcţiilor de performanţă ale triorului folosind rezultatul din [104] sau [41]. Pe lângă aceste funcţii, se dau şi o serie de rezultate numerice.

Rezultatele teoretice cter pronunţat aleator, dat de diverşi factori, cum sunt: coeficienţii de frecare boabe – oţel,

definirea deficitară a dimensiunilor impurităţilor şi boabelor, mişcarea aleatoare a masei de material care se purifică la partea de jos a cilindrului triorului.

Fig. 4.18. Variaţia vitezei axiale a materialului din cilindru la cota x



Modelul matematic al influenţei lungimii cilindrului trior asupra parametrilor de performanţă ai trioarelor

Schiţa procesului de separare realizat de trioare apare în figura 4.22 [104].

Fig. 4.22. Schiţa pentru înţelegerea modelului matematic al procesului de separare [104].

Dacă se notează cu Q debitul de material la intrare, considerat constant, cu Qu0 fracţia utilă

şi cu Qi0 fracţia care trebuie eliminată prin separare, se obţine relaţia:

0Q Qu Qi0 . (4.32)

Fie Qu(x) şi Qi(x) valorile debitelor de fracţie utilă, respectiv care trebuie eliminată, la distanţa x de limita de intrare a materialului în trior. Atunci este adevărată relaţia:

Q Qu x Qi x . (4.33)

Ecuaţia diferenţială ce caracterizează fenomenul, după [6], este:

0

Q QidQi Adx

Qi Qi

, (4.34)

în care:

0 0 30s

RnA z

, (4.35)

variabilele din (4.35) având semnificaţiile şi unităţile de măsură prezentate în tabelul 4.3.

Tabelul 4.3. Semnificaţiile variabilelor din relaţia (4.30)

Variabila Semnificaţie Unitatea de măsură

0 Volumul unei alveole m3

s Masa volumică a seminţelor kg/m3

z0 Numărul de alveole pe unitatea de suprafaţă m-2 R Raza cilindrului m n Turaţia cilindrului rot/min ε Probabilitatea de pătrundere a impurităţilor în alveole -

Ecuaţia (4.34) se integrează cu condiţia la limită x=0, Qi(0)=0. Se obţine soluţia:



00

0

lnQi

Ax Qi QuQi Qi

, (4.36)

soluţie care dă de fapt lungimea ca funcţie de cantitatea de impurităţi la distanţa x de origine şi nu invers, deci o funcţie implicită, a cărei explicitare este posibilă numai prin metode numerice. Soluţia (4.36) se poate pune sub forma:

0

00

0 0

ln

30s

QiQi Qu

Qi Qix Qi

Rnz

. (4.37)

Relaţia (4.37) dă distanţa de la locul de introducere a materialului care trebuie separat, în funcţie de debitul fracţiei eliminate, la aceeaşi distanţă.

Definirea parametrilor de performanţă a calităţii în termenii modelului matematic

Conţinutul de impurităţi în materialul de prelucrat, la intrare, este inclus în model:

0 100smi

QiC

Q

. (4.38)

Conţinutul de impurităţi la ieşire în materialul util este: 0 100sme

Qi Qi LC

Q

, (4.39)

unde L este lungimea utilă a cilindrului. Efectul tehnologic va fi:

0 0

0 0

100 100csm

Qi Qi Qi L Qi LE

Qi Qi

. (4.40)

Singurul estimator de calitate care nu poate fi exprimat în termenii acestui model este conţinutul de boabe bune în fracţia eliminată, Cps. În plus, conţinutul de impurităţi la ieşire şi efectul tehnologic pot fi definite ca funcţii de distanţă, după cum urmează:

0 100sme

Qi Qi xC x

Q

, (4.41)

şi

0

100csm

Qi xE x

Qi . (4.42)

Legătura între acest model matematic şi cel din [60] sau [22], se face ţinând seama de (4.35), unde apare turaţia şi raza cilindrului. După cum se ştie, indicele regimului cinematic este dat pentru trioare de formula:

2Rk

g

. (4.43)

O forma a lui (4.35) care să conţină indicele regimului cinematic este (4.44):

0 0sA z k Rg . (4.44)

Acum formula (4.37) a dependenţei lungimii de debitul de impurităţi eliminate poate trece în:

0

00

0 0

ln

s

QiQi Qu

Qi Qix Qi

z kRg

. (4.45)

Formula (4.45) arată legătura ce se poate face între cele două modele matematice.



Studiu numeric privind influenţa lungimii cilindrului trior asupra indicilor de calitate ai procesului de condiţionare

Cercetările s-au efectuat pornind de la principalii parametri ai regimului cinematic, utilizaţi

în cadrul modelarii matematice a funcţionarii triorului, şi anume: turaţia cilindrului trior a fost rot/min, raza cilindrului trior este R=0,125 m şi unghiul de înclinare al jgheabului de

colectare a impurităţilor a fost . Regimul cinematic a fost k=0,28: - triorul se încadrează în categoria trioarelor lente, situându-se către limita superioară a intervalului, respectiv [0,15...0,30].

45n 31

Procesul are un caracter aleator şi această afirmaţie este menţinuta de acest model matematic prin prezenţa factorului probabilistic ε. Acest factor, dificil de stabilit experimental, este un factor de calibrare a soluţiei, adică se va alege factorul probabilistic cu o valoare între 0...1, astfel încât rezultatul teoretic să fie cat mai apropiat de rezultatul experimental de referinţă, apoi celelalte cazuri experimentale vor fi folosite pentru validarea soluţiei.

Pentru turaţia de 45 rotaţii/minut, folosind datele de mai sus şi faptul că experimental, media efectului tehnologic pentru reglajul optimal al jgheabului a fost de 83,33 %, la o lungime a cilindrului de 0,5 m, s-a obţinut cu modelul matematic de mai sus, pentru lungimea de 0,5 m, efectul tehnologic cu valoarea 83,66 %, calibrând probabilitatea ε la valoarea 0,3053. Aceasta înseamnă că o impuritate din aproape patru intră în alveolă la prima tentativă.

Rezolvând ecuaţia (4.32) în raport cu debitul de impurităţi eliminate pentru diferite valori ale lungimii cilindrului, se obţine curba din figura 4.23.

Fig. 4.23. Variaţia conţinutului de impurităţi în proba cu distanţa faţă de punctul de introducere

Fig. 4.24. Variaţia parametrilor de calitate cu distanţa faţă de punctul de alimentare



Fig.4.25. Variaţia efectului tehnologic şi conţinutului de impurităţi în produsul util final funcţie de

raza cilindrului trior cu lungimea de 0,5 m şi turaţia de 45 rot/min.

Influenţa altor parametri dimensionali asupra indicatorilor de performanţă ai trioarelor Pe lângă factorii legaţi de materialul supus separării, capacitatea de lucru a triorului cilindric este semnificativ influenţată de densitatea alveolelor pe unitatea de suprafaţă, de modul de dispunere a acestora pe suprafaţa cilindrică, de coeficientul de umplere al alveolelor, de coeficientul de folosire al alveolelor pe suprafaţa cilindrului trior, de mărimea suprafeţei de contact între stratul de seminţe şi suprafaţa cilindrică şi de numărul de treceri ale alveolelor, în unitatea de timp, pe sub stratul de seminţe. În ceea ce priveşte densitatea alveolelor, cu cat aceasta este mai mare, cu atât mai multe seminţe scurte vor fi separate din masa iniţială, deci calitatea separării va fi mai ridicată, sau la aceeaşi calitate, capacitatea de lucru va fi mai mare. Pe de altă parte, densitatea alveolelor este limitată de posibilităţile de execuţie tehnologică a acestora. În procesul de lucru al cilindrului trior nu toate alveolele se umplu cu seminte scurte; o parte rămân goale, neumplute; o parte se umplu cu seminţe lungi, care nu permit ca seminţele scurte să pătrundă în alveole, deci avem de-a face cu coeficientul (gradul) de folosire al alveolelor de pe suprafaţa cilindrică. De asemenea, nu întregul volum al alveolei este ocupat de seminţele scurte, deci avem de-a face cu coeficientul (gradul) de umplere al alveolelor. Aceşti coeficienţi sunt extrem de nestabili şi depind de condiţiile de lucru ale triorului şi mai ales de particularităţile specifice ale materialului supus prelucrării. În literatura de specialitate, [22], se arată că gradul de folosire a suprafeţei alveolare şi a umplerii alveolelor este mai mare la trioare cu raze (implicit diametre) mai mari. De asemenea, frecvenţa umplerii alveolelor cu seminţe scurte şi gradul de umplere al alveolelor, va fi favorizată de prezenţa în material a unei cantităţi mai mici de seminte lungi; invers, prezenţa unui număr mare de seminţe lungi este mai puţin favorabilă. Condiţiile cele mai grele de lucru corespund situaţiei când seminţele lungi în amestec sunt mai multe decât cele scurte (ex. separarea neghinei de grâu) când umplerea alveolelor va fi cel mai puţin favorabilă. Un alt factor important care influenţează capacitatea de lucru a triorului este mărimea suprafeţei de contact între stratul de seminţe şi suprafaţa cilindrului trior, care reprezintă de fapt

zona de încărcare a alveolelor cu seminţe scurte şi care poate fi estimată la (1 1

6 4 ) din suprafaţa

cilindrului trior (la trioarele simple).



Un alt factor care poate determina mărirea capacitaţii de lucru a triorului, îl constituie numărul de treceri al alveolelor, în unitatea de timp, pe sub stratul de seminţe, care creşte cu mărirea turaţiei cilindrului trior până la limita apariţiei repausului relativ şi imposibilităţii de descărcare a alveolelor de seminţele scurte. Totuşi, odată cu creşterea turaţiei cilindrului trior se înrăutăţeşte procesul de încărcare al alveolelor cu seminţe scurte. Un parametru important legat de funcţionarea optimă a cilindrului trior este forma alveolelor (fig. 4.28) şi anume aşa numita formă de buzunar care răspunde cel mai bine cerinţei de obţinere a unei zone de descărcare cât mai distinctă a seminţelor scurte. Această formă asigură o încărcare uşoara cu seminţe scurte a alveolelor şi o ridicare cât mai sus pe circumferinţa cilindrului trior la descărcare.

4.6. Posibilităţi de optimizare a procesului de condiţionare a grâului în trioare Regimul cinematic al triorului, care asigură descărcarea alveolelor de seminţe scurte, trebuie să satisfacă relaţia: k<1.

În capitolul 4.1. s-a stabilit legătura între regimul cinematic al triorului k, unghiul al poziţiei marginii active a alveolei, unghiul de frecare între particulele scurte şi alveole şi unghiul care dă poziţia alveolei faţă de diametrul orizontal corespunzător celor două faze. Pentru mărimi , cunoscute şi a impus, rezultă regimul cinematic corespunzător al triorului. De asemenea,

pentru şi cunoscute şi k impus, rezultă poziţia alveolei a când are loc alunecarea seminţei din

aceasta. Dacă impunem ca alunecarea seminţelor din alveole să se realizeze pentru poziţia alveolei la extremitatea superioară a diametrului vertical ( ), rezultă k=1. Deoarece pentru k=1 se

obţine indiferent de valoarea unghiului de frecare

90 a

90a , rezultă că limitele inferioară şi

superioară ale zonei de descărcare de seminţe scurte ale alveolelor coincid într-un punct situat la extremitatea superioară a diametrului vertical al cilindrului; Deci pentru k=1, seminţele care au intrat în alveole nu cad din ele; căderea din alveole este posibilă numai cand k<1.

Reglarea înclinării jgheabului de colectare a seminţelor scurte Descărcarea alveolelor de seminţe nu are loc la aceeaşi poziţie a alveolelor, ci pe o zonă, ca urmare a variaţiei într-un domeniu (de la min la max ) a valorilor unghiurilor de frecare a

seminţelor. Jgheabul, ca formă, poziţie, deschidere, se alege astfel încât să intersecteze în interiorul său, toate traiectoriile seminţelor descărcate din alveolă pe întreaga zonă de cădere, pentru aceasta fiind suficient să intersecteze traiectoriile seminţelor care se desprind în punctele ce marchează limitele inferioara şi superioară ale zonei de cădere [22]. Practic, domeniul de reglaj este influenţat numai de valorile limitelor inferioare ale domeniilor de variaţie a unghiurilor de frecare ale culturilor care se separă.

Fig. 4.28. Forma alveolelor ce asigură o zonă de descărcare distinctă a seminţelor scurte



5. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ A PROCESULUI DE CONDIŢIONARE MECANICĂ A GRÂULUI CU TRIORUL

5.1. Obiectivele cercetărilor experimentale

În etapa actuală a dezvoltării ştiinţifice şi tehnice, ştiinţa a devenit o forţă nemijlocită de producţie, constituind factorul primordial al progresului contemporan. Cercetarea ştiinţifică este organizată în strânsă concordanţă cu cerinţele producţiei materiale. Datorită complexităţii sistemului tehnologic şi proceselor care au loc, cercetarea experimentală constituie pentru moment, singura cale care permite obţinerea unor rezultate satisfăcătoare necesare utilizării şi perfecţionării continue a tehnologiilor şi echipamentelor tehnologice. Toate cercetările experimentale conţin măsurarea unor mărimi mecanice sau de altă natură, în regim static sau dinamic, variabilele în timp sau în interdependenţă, folosind aparatură şi mijloace de măsurare adecvată, prelucrarea datelor obţinute şi, în final, stabilirea concluziilor pe baza cărora se poate trece la valorificarea rezultatelor. Pe baza acestor rezultate are loc perfecţionarea tehnologiilor şi a utilajelor existente, realizarea de noi instalaţii şi utilaje cu performanţe superioare, descoperirea de noi tehnologii, utilizarea raţională a materialelor, a energiei etc. Obiectivul principal al cercetării experimentale din cadrul acestei lucrări îl constituie studierea procesului de lucru, influenţei diferiţilor parametri funcţionali (dimensionali, cinematici şi de reglare) asupra indicilor calitativi ai condiţionării grâului şi optimizarea procesului în sensul creşterii calităţii şi scăderii consumului energetic, pentru o capacitate de lucru dată. Pentru îndeplinirea obiectivului principal a fost necesară parcurgerea secvenţială şi îndeplinirea următoarelor obiective complementare:

stabilirea obiectivelor cercetării experimentale determinarea caracteristicilor fizico-mecanice şi a conţinutului de impurităţi a grâului stabilirea metodicii de cercetare experimentală alegerea aparatelor şi echipamentelor necesare cercetării experimentale studierea influenţei caracteristicilor materiei prime (grâu necondiţionat) şi ale triorului

asupra indicilor tehnico-economici ai procesului de condiţionare prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor cercetării experimentale compararea rezultatelor cercetării teoretice cu cele obţinute prin cercetarea experimentală.

5.2. Obiectele cercetărilor experimentale

Obiectul principal al cercetării experimentale l-a constituit un lot de grâu comun (triticum aestivum), soiul Dropia, având următoarele caracteristici fizico-mecanice:

umiditatea: 12,40 % masa hectolitrică: 73,66 Kg/hl masa a 1000 de seminţe: 46,12 g impurităţi: 1,40 % din care:

- corpuri străine negre: 0,52 % - corpuri străine albe: 0,88 %

seminţe sparte: 0,32 % seminţe şiştave: 0,14 % seminţe nedezvoltate: 0,42 %



De asemenea, în cadrul cercetărilor experimentale s-au utilizat două echipamente: un stand adaptat de autor pentru investigarea procesului de lucru al trioarelor cilindrice (fig. 5.1.), şi un trior cilindric universal TCU-5 (fig. 5.3.), aflate în dotarea INMA Bucureşti.

Standul este alcătuit din triorul cilindric propriu-zis şi tabloul electric de comandă. Cilindrul trior are un diametru de 250 mm, lungimea de 500 mm şi este prevăzut cu alveole tip “buzunar” având diametrul de 5,6 mm. În interiorul cilindrului trior este prevăzut un jgheab de colectare seminţe scurte (impurităţi şi spărturi ale seminţelor culturii de bază sau altor tipuri de culturi). Motorul electric de acţionare are o putere de 0,5 kW. Tabloul electric de comandă are în componenţă un convertizor de frecvenţă pentru variaţia frecvenţei curentului electric permiţând implicit variaţia turaţiei motorului electric ce acţionează cilindrul trior. Acest lucru este necesar pentru conducerea experimentelor la diferite turaţii. De asemenea, convertizorul de frecvenţă oferă posibilitatea de citire directă pe ecranul digital, a intensităţii şi tensiunii electrice utilizate la un anume regim de lucru. În

acest fel se permite calcularea puterii electrice iar prin măsurarea timpului de desfăşurare a unei probe cu ajutorul cronometrului, se poate determina energia electrică consumată pentru desfăşurarea probei respective.

În vederea efectuării cercetărilor experimentale s-au realizat următoarele adaptări ale standului:

încărcarea cu material de adaos şi apoi rectificarea arborelui cilindrului cu alveole în vederea preluării jocurilor existente la sistemul de cuplare rapidă a cilindrului;

montarea a două role de susţinere a cilindrului cu alveole la capătul în consolă, pentru a prelua abaterile de coaxialitate faţă de arborele transmisiei cu curele trapezoidale;

proiectarea, realizarea şi montarea unui jgheab cu poziţie unghiulară reglabilă, pentru colectarea impurităţilor scurte.

montarea unui convertizor de frecvenţă, care permite variaţia vitezei unghiulare a motorului electric de acţionare a cilindrului, în vederea obţinerii unei game lărgite de turaţii ale acestuia.

Componenta triorului cilindric din cadrul stand-ului pentru investigarea procesului de lucru al trioarelor cilindrice, este prezentată în figura 5.2, iar notaţiile au următoarele semnificaţii: 1-cadru; 2-palnie alimentare; 3-cilindru cu alveole; 4-motor electric de acţionare; 5-sertar evacuare fracţiune boabe curăţate.

De asemenea, pentru verificarea unor ipoteze în cadrul cercetării experimentale, s-a utilizat şi triorul cilindric universal TCU-5 (fig. 5.3), proiectat în cadrul INMA Bucureşti şi introdus în fabricaţie de serie la S.C. INSTIRIG S.A. Balş. Diametrul cilindrului trior este de 630 mm, lungimea activă de 2440 mm şi este prevăzut cu alveole tip “buzunar” având diametrul de 5,25 mm. Este acţionat de un motor electric cu puterea de 2,2 kW, prin intermediul unui reductor planetar.

Fig. 5.1. Standul adaptat pentru investigarea procesului de lucru

al trioarelor cilindrice

Fig. 5.2. Componenţa triorului cilindric din cadrul stand-ului

Fig. 5.3. Triorul cilindric universal TCU-5



5.3. Metodica cercetării experimentale

ea cercetărilor experimentale s-a conceput şi urmărit metodica generală rezentată în figura 5.4.

Fig. 5.3. Metodica generală de cercetare experimentală urmărită în lucrare

Pentru desfăşurarp

Locul de desfăşurare a cercetarilor experimentale

Laborator

- Conţinutul de impurităţi la ieşirea din

- boabe bune pierdute în

- inematici ai particulei de

utilaj - Efectul tehnologic al utilajului

Procentul desubproduse

- Consum energetic al utilajului Parametrii cimpuritate

- stand trior cilindric

u mecanic

tru digital

- cameră video de mare viteză

- balanţă analitică - cronometr- notebook - tahome- etuva

-

u mecanic

- tahometru digital

trior cilindric universal TCU-5

- balanţă analitică - cronometr- notebook

Indicatorii urmariti

Echipamente tehnice utilizate la efectuarea cercetarilor experimentale

Determinarea caracteristicilor izico-mecanice

lotuluif

ale de grâu

Cercetarea procesului de ndiţionare pco e stand trior

cilindric



5.4. Aparate şi instalaţii utilizate la cercetarea experimentală

mentală se remarcă:

Cercetările experimentale din laborator s-au desfăşurat după metodica prezentată în figura .11.

mentale în laborator

aDintre aparatele utiliz te în cercetarea experi Balanţa analitică SHIMADZU AW220; Etuva Memmert; Camera video de mare viteza Phantom V10;

5.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale

Desfăşurarea cercetărilor experimentale în laborator

5

Fig. 5.11. Metodica cercetărilor experi

Locul de desfăşurare a cercetărilor experimentale

Compararea rezultatelor

- Umiditatea itrică - Masa hectol

- Masa a 1000 de seminţe - Impurităţi: - c r re o puri străine neg - :

Seminţe şiştave

corpuri străine albe Seminţe sparte

Indici calitativi

Caracter nice ale lotului de grâu istici fizico-meca Procesul de condiţionare a

grâului în stand-ul trior cilindric

Laboratorul INMA Bucureşti

Obiectele cercetărilor experimentale

- Conţinutul de impurităţi la ieşirea din utilaj - Efectul tehnologic al utilajului

jului i

particulei de impuritate

- Procentul de boabe bune pierdute în subproduse - Consum energetic al utila -Parametrii cinematici a

Analiza rezultatelor cercetărilor experimentale în laborator



Desfăşurarea cercetărilor experimentale pe stand

elor cilindrice. Perioada de derulare a ercetă

supus prelucr

upă ăţi.

eliminate, plus o cantitate de boabe bune, care a c

atării t

defavorabile, având un efect tehnologic mai slab şi pierder

nt în procesul de funcţionare al triorului a fost raza cilindrului trior având o valoa

Regimul cinematic variază între [0.056...0.309].

Cercetările experimentale s-au desfăşurat în cadrul laboratoarelor INMA Bucureşti, utilizând un stand pentru investigarea procesului de lucru al trioarc rilor experimentale a fost 6-24 Septembrie 2010. În vederea desfăşurării probelor conform metodicii cercetării experimentale, s-au determinat indicii calitativi ai materialului supus prelucrării, în condiţii de laborator. Analizele de laborator s-au efectuat în condiţii optime, conform procedurilor interne ale laboratorului de analize fizico-chimice al INMA Bucureşti. Au fost determinaţi următorii indici calitativi ai materialului

ării: umiditatea, masa hectolitrică, masa a 1000 de seminţe şi conţinutul de impurităţi. Toate probele au fost de câte 100 g, având calitatea menţionată la capitolul 5.2. D

separare în trior s-au obţinut două fracţiuni: masa de boabe condiţionate şi masa de impurit masa de boabe condiţionate a avut şi impurităţi, care au mai rămas neseparate; masa de impurităţi a constat în impurităţileonstituit pierderea de boabe bune în impurităţi. Conform metodicii cercetării experimentale, prezentate în figura 5.11, s-au efectuat probe

pentru 7 valori diferite ale turaţiei arborelui cilindrului trior. Valorile turaţiei au fost alese astfel încât să acopere o plajă largă de valori ale indicelui regimului cinematic de funcţionare al triorului. Cele 7 valori ale turaţiei au fost: 20, 25, 30, 35, 40, 45 si 47 rot/min, turaţia maximă constructivă a triorului din componenţa standului pentru investigarea procesului de lucru a trioarelor cilindrice. Pentru fiecare valoare a turaţiei amintite mai sus, s-au realizat reglaje ale unghiului de înclinare al jgheabului de colectare impurităţi, astfel încât să fie cuprinse în limitele de reglaj, toate poziţiile considerate importante din punctul de vedere al explo riorului. Unghiul de inclinare al jgheabului de colectare a impurităţilor a fost variat de la 50 până la 30 din 5 în 5 grade. Aceste poziţii ale jgheabului ne permit să investigam funcţionarea triorului nu numai în poziţii optime de reglaj cât şi în poziţii considerate

i mai mari de boabe bune în impurităţi. Parametrul constare de R=0,125 m

Fig. 5.16. Aspecte din timpul efectuării cercetărilor experimentale pe stand

I), măsurata

Pentru fiecare din combinaţiile (n, α) posibile în intervalele considerate, s-au măsurat

următorii parametrii: timpul (t) necesar curăţării în trior a unei probe de 100 g, măsurat în [s], tensiunea la bornele motorului electric (U), măsurata în [V] şi intensitatea curentului absorbit de motor de la reţeaua electrică ( în [A]. Pe baza factorului de putere cunoscut pentru motorul electric de acţionare, 74,0cos , s-a calculat puterea electric ă ă şi apoi energia electric

consumată pentru procesarea fiecărei probe, după formulele: cos3 IUP si tPW .



Pe baza datelor experimentale şi după analiza compoziţiei fiecărei probe, s-au calculat

tul tehnologic a csm=[(Csmi- Csme)/Csmi]x100 [%];

indicatorii de calitate ai procesului de separare după lungime şi anume: conţinutul de corpuri străine mici la ieşirea din utilaj Csme [%]; efec l utilajului E procentul de boabe bune pierdute în subproduse (pierdute în

impurităţi) 100/ xMmkC ps [%],

unde: Csmi reprezintă conţinutul de corpuri străine mici la intrarea în utilaj, în %; mk – masa de boabe bune pierdute în impurităţi, în g; M - masa de boabe bune existentă în proba iniţială, în g. Pentru verificarea modelului matematic care studiază influenţa lungimii cilindrului trior asupra parametrilor de performanta ai triorului, s-au realizat probe experimentale pe standul trior, la o valoare a turaţiei de 45 rot/min şi la un unghi de înclinare a jgheabului de 15 ° (măsurat de la axa vertical

mărit daca efectul tehnologic al trecerilor repetate prin triorul de ngim

rea în condiţii bune cu o frecvenţă a cadrelor de 1800 fps, ceea ce seamnă ca la fiecare 1/1800 secunde = 0,55 ms sistemul ne furnizează poziţia, viteza şi acceleraţia

particulei, cu o precizie bună.

ă până la bisectoarea unghiului de deschidere al jgheabului, spre cadranul II) corespunzător unui unghi de 31 ° de la axa orizontală şi până la muchia stângă a jgheabului.

Verificarea a constat de fapt în verificarea ipotezei că o trecere repetată, de un număr de “n” ori, a materialului prin triorul de lungime L=0,5 m, echivalează cu o singură trecere printr-un trior cu lungime mai mare de “n” ori decât lungimea triorului de L=0,5 n. Pentru aceasta s-a modelat matematic comportarea unui trior cu lungime de 1,5 m, având aceleaşi caracteristici ca şi cel real din stand (rază, turaţie) şi s-a urlu e L=0,5 n corespunde efectului tehnologic determinat numeric din modelul matematic, corespunzător abscisei de 1,5 m. Pentru verificarea modelului matematic ce studiază parametrii cinematici ai condiţionării în trior, s-au pus în evidenţă experimental (fig. 5.17.), pe cale vizuală şi numerică, unghiul de descărcare a alveolei de impuritatea pătrunsa în aceasta, traiectoria, viteza şi acceleraţia absolută a impurităţii (sau componentele lor axiale). Pentru o particulă de impuritate aleasă din multitudinea de impurităţi trecute prin faţa obiectivului optic, s-au măsurat unghiul de descărcare, traiectoria, viteza şi acceleraţia şi apoi s-a verificat numeric corectitudinea modelului matematic ce calculează aceşti parametrii. Sistemul format din camera video de mare viteză, sursele de lumina artificială avute la dispoziţie (4 proiectoare având putere însumată de aprx. 2000 W) şi software-ul de analiză a mişcării, face posibilă filmaîn

Fig le folosind camera video de mare viteză

entale pe stand s-au înregistrat în fişe de măsurători iar indicii de calitate ai procesului de condiţionare calculaţi pe baza rezultatelor experimentale, au fost

. 5.17 Aspecte din timpul cercetărilor experimenta

Rezultatele cercetărilor experimentale pe stand

Rezultatele cercetărilor experim

consemnaţi într-un tabel centralizator.



Cercetări experimentale în exploatare

Metodica desfăşurării cercetărilor experimentale în exploatare

Cercetările experimentale în exploatare s-au desfăşurat după metodica prezentată în figura .18.

Fig. 5.18. Metodica cercetărilor experimentale în exploatare

5

Pregătirea echipamentului pentru probe

Trior cilindric universal TCU-5

Stabilirea cinematicii de lucru

Verificări asupra condiţiilor de lucru

Punerea în lucru a maşinii

Urmarirea bunei funcţionări

Desfăşurarea probelor şi efectuarea măsurătorilor

Determinarea indicilor calitativi

Înscrieri în fise de măsurători

Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor



Desfăşurarea cercetărilor experimentale în exploatare

După încheierea operaţiilor pregătitoare, s-a trecut la efectuarea cercetărilor experimentale propriu-zise (fig.5.20.). Toate probele au fost cântărite la 50 kg, având calitatea menţionata anterior.

S-a efectuat un număr de trei probe pentru care s-au urmărit parametrii menţionaţi în metodica desfăşurării cercetării experimentale în exploatare. În cadrul cercetării experimentale în exploatare s-a urmărit verificarea veridicităţii modelului matematic al dependenţei parametrilor de performanţă ai trioarelor de lungimea cilindrului trior. Acest lucru s-a realizat prin compararea parametrilor de performanţă ai triorului obţinuţi experimental, cu cei obţinuţi numeric din modelul matematic aplicat pentru abscisa L (fig. 5.47 şi 5.48) de valoare 2,44 m. (atât cat are lungimea cilindrul trior TCU-5).

Fig mentale pe triorul cilindric TCU-5

Rezultatele cercetărilor experimentale în exploatare Datele tehnice ale echipamentulu

Tabelul 5.5. ce ale

le

. 5.20 Aspecte din timpul efectuării cercetărilor experi

i sunt prezentate în tabelul 5.5.

Datele tehni triorului TCU-5 Volumul unei alveo 37,88 mm3 Numărul de alveole pe unitatea de suprafaţă 21600 eole/m2 alvTuraţia cilindrului 40 rot/min Raza cilindrului 0,315 m Lungimea cilindrului 2,44 mConţinutul iniţial de impurităţi 1,4 % Masa unei probe 50 kg

În urma efectuării a trei probe identice utilizând triorul TCU-5, pentru o cantitgrâu cu conţinut de impurităţi de 1,4 date:

beDate experimentale TCU-5

e UM I II

ate de 50 kg %, s-au obţinut următoarele

Ta lul 5.6.

Indice de calitat Proba I Proba I Proba I Media Conţinutul iniţial de impurităţi % 1,4 1,4 1,4 1,4 Conţin 0,1629 utul final de impurităţi % 0,1588 0,1742 0,1559 Efectul tehnologic % 88,65 87,55 88,86 88,35



5.6. Analiza şi interpretarea rezultatelor cercetării experimentale

Reglajul unghiului de înclinare al jgheabului de colectare a impurităţilor. Modul de lucru în activ

Unghiul de orientare al jgheabului în cadrul experimentelor s-a măsura

tul de vedere a efectelor. Pentru aceste motive s-a variat unghiul γ într-un interval cuprins între -30o şi 50o. Testele s-au făcut la 17 unghiuri din acest interval, pentru turaţia de 20 de rotaţii pe minut.

Reprezentarea grafică a datelor experimentale

itatea de experimentare

Pentru fiecare turaţie (20, 25, 30, 35, 40, 45 şi 47 rotaţii pe minut), sau fixat 17 reglaje ale unghiului de orientare al jgheabului.

t de la semiaxa verticală pozitivă a secţiunii normale pe axa cilindrului, în sens pozitiv coincizând cu sensul trigonometric.

În fig. 5.21 este figurat chiar unghiul care dă poziţia jgheabului, unghiul dintre bisectoarea jgheabului (albastru întrerupt) şi semiaxa verticală pozitivă, în sens trigonometric, notat cu γ. Deşi nu era necesar, unghiul γ a fost variat pe un interval foarte larg, care include poziţii ale jgheabului cu totul în afara poziţiei favorabile pentru captare. Am procedat în acest fel pentru a pune în evidenţă nu numai ineficienţa unei reglări greşite a jgheabului, ci şi pentru a pune, eventual, în evidenţă alte fenomene care pot fi interesante din punc

Fig. 5.21. Schema poziţiilor unghiulare de reglare a jgheabului

ialul eliminat şi procentul de impurităţi la ieşire în materialul util. De asemenea s-a cronometrat timpul de lucr electrică consumată.

(unghiul γ, măsurat de experimentator)

Pentru fiecare turaţie (7 valori luate în experimente), au fost făcute 17 experienţe de triere pentru un acelaşi material – grâu cu 1.4 % impurităţi. Prin urmare s-au efectuat 119 experienţe de sortare, pentru care s-au înregistrat efectul tehnologic, procentul de boabe bune în mater

u pentru 100 g de material introdus în proces şi s-a calculat energia

Reprezentări grafice ale rezultatelor cercetărilor experimentale

Pentru fiecare experiment de reglaj, folosind datele experimentale, s-au obţinut reprezentări grafice ale dependenţei dintre parametrii calitativi ai procesului de lucru al triorului şi unghiul de orientare al jgheabului triorului. Parametrii calitativi luaţi în consideraţie au fost: efectul tehnologic, conţinutul de boabe bune pierdute în subproduse şi conţinutul de corpuri străine mici la ieşire în produsul util. S-au reprezentat şapte grafice din care numai unul va fi prezentat în continuare (fig. 5.28). În calculul statistic, numai valorile celor trei parametri calitativi corespunzătoare cazurilor favorabile de orientare a jgheabului au fost luate în considerare (unghiul γ cuprins între 35 şi 50 grade), deoarece în celelalte cazuri există pierderi evidente provocate de orientarea greşită a jgheabului. După grafic, se prezintă un tabel conţinând principalii parametrii statistici pentru fiecare



experienţă, calculaţi pe intervalul de acoperire corespunzătoare a jgheabului. Fiecare serie de date a fost pr

ţa (var) este o măsura a distribuţiei datelor

ba reacă

ârf al datelor experimentale (maximum). Mai precis, după [46], gradul de asimr normală care a abatere medie standard).

Tabelul 5.13. Estimatorii statistici pentru

47 ro

tehnologic, E subproduse, Cps, %

străidin utilaj, %

ivită ca o variabilă aleatoare, iar estimatorii statistici sunt acei indicatori sau acele caracteristici numerice ale unei variabile aleatoare, care permit să măsuram repartiţia valorilor sale, [94].

Varian experimentale în raport cu media lor

aritmetică. Diferenţa între varianţele var şi Var este împărţirea la numărul de date, respectiv la numărul de date minus 1.

Deviaţia standard sau abaterea medie este rădăcina pătrată a varianţei, stdev pentru var, respectiv Stdev pentru Var. Se mai întâlnesc şi sub numele de dispersie. Operatorul kurt (kurtosis) vine din limg şi semnifică, în termeni statistici prezenţa vârfurilor în datele analizate: kurt este cu atât mai mare cu cat datele numerice prezintă vârfuri mai multe ţi mai înalte (vezi [127]). Estimatorul skew sau asimetrie a datelor este o măsură a distribuţiei asimetrice a datelor în raport cu o dreaptă care poate fi de exemplu dreapta ce trece printr-un v

etrie al unei epartiţii statistice se stabileşte în raport cu repartiţia

re aceeaşi dispersie (

procesul de separare la t/min. Procentul de boabe

bune pierdute în

turaţia deEfectul

csm, %

Conţinutul de corpuri ne mici la ieşirea

Valoarea minimă 58,57 2,91 0,38 Valoarea maximă 72,85 8,97 0,58 Valoarea medie 64,282 5,99 0,5

A baterea medie standard (n-1) 4,8011 2,2606 0,0672 Abaterea m dard (n) edie stan 5,3678 2,5274 0,0752

Kurt 1,8191 -2,0164 1,8246 As ia imetr 1,1293 0,0708 -1,1302

var 23,0502 5,1102 0,0045 Var 28,8128 6,3878 0,0056

Analiza rezultatelor cercetării experimentale

Variaţia valorilor medii ale parametrilor de calitate ai procesului cu turaţia cilindrului

Variaţia valorilor medii ale celor trei parametri calitativi ai procesului de separare, cu

turaţia, ar trebui să arate dacă turaţia este sau nu implicată în calitatea procesului şi, în caz afirmativ, cum, adică ar fi deosebit de interesant să se găsească valori optimale (maximum pentru efectul

Fig. 5.28. Variaţia indicilor calitativi pentru turaţia 47 rot/min, funcţie de

unghiul de reglaj al jgheabului



tehnologic, minimum pentru conţinutul de boacorpuri străine mici la ieşire în produsul util). Pentru efectul tehnologic reprezentarea datelor ex

be bune în produse şi minimum în conţinutul de

perimentale

Faptul că descreşterea cu inversul turaţiei este mai experimental modelul lui Tit. Prin urmare, în

medie, experimentul confirmă teoria.

privind variaţia valorii medii cu turaţia cilindrului apare în fig. 5.29. Se observă că datele experimentale prezintă o împrăştiere mare, totuşi lasă să se vadă o evoluţie „medie” descrescătoare a efectului tehnologic în raport cu turaţia cilindrului triorului. Regresia liniară (interpolarea liniară prin metoda celor mai mici pătrate) demonstrează că valoarea medie a efectului tehnologic scade odată cu creşterea turaţiei. Regresia liniară dă un reziduu cu valoarea 303,62. Mai mult, se poate considera şi o descreştere proporţionala cu inversul turaţiei, care este mai bună decât varianta regresiei liniare, reziduul având valoare 294,66. bună decât regresia liniara nu face decât să confirme

Ecuaţia dreptei de regresie din fig. 5.29 este:

0.343 88.5811Ecsm n , (5.1) iar a curbei efectului tehnologic invers proporţional cu turaţia:

351.886665Ecsm

n . (5.2)

În formulele (5.1) si (5.2) efectul tehnologic,

.6433

Ecsm , este valoarea medie a efectului tehnologic pentru sectorul optimal de reglaj, pentru fiecare turaţie a cilindrului triorului, fiind dat în procente iar turaţia în rotaţii/minut. Concluzia cea mai importantă, în urma acestui studiu constă în

e, Cps, o altă caracteristică calitati

ă de ntru

regresia liniară reziduul are valoarea 8,7327, iar pen

este:

faptul că efectul tehnologic descreşte cu creşimportantă este că prima concluzie este în a O analiză similară pentru comportamentul mediei se face şi pentru procentul de boabe bune pierdut în subprodus

terea turaţiei cilindrului triorului. A doua concluzie cord cu modelul teoretic al lui Tit.

vă a procesului de lucru al triorului.

Distribuţia datelor experimentale, prin puncte marcate cu X apare în fig. 5.30. Tot în fig. 5.30 apare şi regresia liniară a datelor, precum şi o aproximare mai bună exponenţiala, sugeratdistribuţia datelor experimentale. Pe

tru aproximarea exponenţiala, 7,9679. Ecuaţia regresiei liniare

0.1265 2.1877Cps n , (5.3) iar pentru aproximarea liniară:

0.05310.2848 nCps e . (5.4)

Fig. 5.29. Variaţia valorii medii a efectului

tehnologic, Ecsm , în raport cu turaţia cilindrului triorului

Fig. 5.30. Variaţia valorii medii a procentului de

boabe bune pierdute în subproduse, C , în raport cu tura

psţia cilindrului triorului



Ca o concluzie evidentă, atât privind datele experimentale cât şi monotonia crescătoare a celor doua curbe de aproximare, rezultă faptul că pierderea de boabe bune în subproduse, Cps, creste substanţial odată cu turaţia cilindrului triorului. Aceasta concluzie nu se poate obţine din modelul matematic Tit deoarece aceasta fracţiune de boabe bune pierdute nu se poate pune în evidenţă în

model.

două aproximări se pot vedea în fig. 5.31. Atât datele

Pentru conţinutul de corpuri străine mici în produs la ieşirea din utilaj, datele experimentale şi cele mai bune experimentale cât şi interpolările arată că

conţinutul de corpuri străine mici în produs la ieşirea din utilaj creşte odată cu turaţia cilindrului triorului.

Regresia liniară are expresia:

0.0048 0.1598Csme n , (5.5) cu valoarea reziduului 0,0595. O dependenţă crescătoare de inversul turaţiei are expresia:

4.92760.481Csme

n . (5.6)

Concluzia principală în ceea ce priveşte valoarea medie a conţinutului de corpuri străine mici în produs la ieşirea din utilaj este că aceasta creşte cu turaţia.

În urma analizei comportamentului valorii medii a fiecăruia dintre cei trei parametri calitativi, rezultă că, toţi cei trei parametrii variază cu turaţia cilindrului triorului şi aceasta în sensul descreşterii calităţii procesului de lucru.

Mărimi derivate

În căutarea unor indicaţii asupra unor posibile valori optimale ale parametrilor de lucru ai

procesului de separare efectuat de trior, există şi posibilităţi de construcţie a unor mărimi mixte care pot sa sugereze alegerea unor valori optimale (chiar în sens larg) ale acestor parametri.

Un astfel de parametru compus este raportul dintre consumul energetic şi calitatea procesului, reprezentată, mai întâi, prin efectul tehnologic. Semnificaţia acestui raport poate fi sintetic reprezentată în denumirea sa: consumul specific de energie pe unitatea de efect tehnologic, notat EEcsm. Este evident că pentru acest parametru compus se căuta o valoare minimă. Folosind datele experimentale, pentru variaţia acestui parametru se obţine reprezentarea grafică din fig. 5.36. În

această figură, alături de punctele experimentale apar şi două curbe de interpolare (cele cu reziduurile cele mai mici). Cele mai bune două curbe de interpolare sunt dreapta de regresie:

Fig. 5.31. Variaţia valorii medii a conţinutului de

corpuri străine mici la ieşirea din utilaj, Csme , în raport cu turaţia cilindrului triorului

Fig. 5.36. Variaţia consumului energetic specific unităţii de efect tehnologic în raport cu turaţia cilindrului

triorului



0.0018 0.2293EcsmE n , (5.15)

şi curba exponenţială:

xima admisibilă. Anterior s-a arătat ca odată cu

e de interpolare.

ouă curbe de interpolare sunt dreapta de regresie:

0.01080.2408 nEcsmE e . (5.16)

Ambele curbe demonstrează ca parametrul consum energetic specific unităţii de efect tehnologic scade cu creşterea turaţiei cilindrului trior. Altfel spus, consumul energetic cel mai scăzut se obţine la turaţia maximă admisibilă, stabilită în modelul matematic din care rezultă unghiurile la care se desprind impurităţile de pe cilindru. Ca urmare a acestui rezultat, efectul economic cel mai bun se obţine folosind turaţia macreşterea turaţiei, efectul tehnologic scade s Un alt parametru de performanţă sau calitate al procesului şi totodată al utilajului, posibil de format cu datele experimentale, este raportul dintre procentul de boabe pierdut în subproduse şi efectul tehnologic, notat prin CpEcsm. Acest raport, evident, ar trebui minimizat prin alegerea turaţiei, singurul parametru avut la dispoziţie în urma experienţelor (bineînţeles în ipoteza că alegerea unghiului de reglaj al jgheabului este bine făcuta). Reprezentarea grafică a variaţiei acestui raport funcţie

ensibil.

de turaţia cilindrului triorului este dată în fig. 5.37 – date experimentale şi două curb

Cele mai bune d0.0019 0.0EcsmE n 368 , (5.17)

şi curb

bune şi

evidentă existenţa unei turaţii optimale, posibil de calculat exact ca fiind

a exponenţială: 0.05780.0032 n

EcsmE e . (5.18)

Rezultă că optimizarea parametrului dat de raportul dintre procentul de boabe pierdut în subproduse şi efectul tehnologic se obţine pentru turaţia cea mai mică ce se dovedeşte viabilă (în acest caz capacitatea de lucru şi consumul energetic cresc în raport cu cazul alegerii turaţiilor mari, în vecinătatea celei limită. În plus, deşi dreapta de regresie prezintă reziduul cel mai mic dintre curbele de interpolare considerate, se observă că raportul dintre cele două măsuri ale calităţii procesului de lucru al triorului nu este constant. Aceasta arată că între pierderea de boabe efectul tehnologic există o legătura dar nu una sprecizie suficient de bună ar fi necesare exper Apare naturală acum intuirea unui eventual punct optimal încercând să „împăcam” alegerile celor doi parametri calitativi derivaţi discutaţi pană acum în acest paragraf. Pentru aceasta vom face suma celor două rapoarte, notata Rs, în prealabil fiecare dintre ele scalate prin împărţirea la valoarea lor maximă. Se obţine un rezultat uşor vizibil în fig. 5.38,

impla, liniară. Pentru a deduce aceasta legătură cu o imente special focalizate pe aceasta problemă.

unde apar datele experimentale astfel obţinute şi curba parabolică de interpolare.

Este

Fig. 5.37. Variaţia raportului dintre procentul de boabe pierdut în subproduse şi efectul tehnologic în

raport cu turaţia cilindrului triorului

Fig. 5.38. Găsirea unei turaţii care să optimizeze cele două rapoarte ale calităţii procesului de

lucru al triorului



turaţia punctului de minim al parabolei de interpolare:

atelor celor două rapoarte, atunci se obţine, prin interpolarea cu o parabola, nopt=24,7321 rot/min.

5.7. Posibilităţi de optimizare a procesului de condiţionare în trioare

Optimizarea caracteristicilor geometrico-funcţionale

ităţilor, determinate prin calcul şi verificate experimental

Optimizarea calităţii procesului de lucru în funcţie de turaţie

pur teoretice sunt afectate de erori de precizie a măsurării şi de caracterul aleatoriu al procesului.

20.0013 0.0762 2.1113Rs n n (5.19) turaţie având valoarea nopt=29,3077 rot/min. Pentru această turaţie se pot calcula apoi efectul tehnologic, procentul de boabe pierdute în subproduse şi conţinutul de impurităţi la ieşire. Dacă în rolul funcţiei obiectiv se ia rădăcina pătrată a sumelor pătr

Prin caracteristici geometrico-funcţionale înţelegem parametrii geometrici ai triorului şi parametrii de reglaj: raza şi lungimea cilindrului triorului, unghiul de deschidere al jgheabului, dimensiunile alveolelor, densitatea de suprafaţă a alveolelor, debitul de alimentare, turaţia, unghiul de reglaj al jgheabului. Reglarea unghiului de deschidere al jgheabului şi al unghiului de orientare al acestuia au fost descrise pe larg în cap. 4.1, din punct de vedere teoretic şi în cap. 5.6, din punct de vedere experimental. S-a constatat că se poate determina, funcţie de regimul de lucru şi de parametrii care caracterizează interacţiunea materialului procesat cu tabla cilindrului şi alveole, o poziţie optimală de înclinare a jgheabului care se obţine prin suprapunerea bisectoarei acestuia cu bisectoarea unghiului la centru, cu extremele pe cilindrul triorului, unde se află punctele înălţime minimă şi maximă de desprindere a impurutilizând echipamentul de filmare rapidă.

Optimizarea unor parametri calitativi ai procesului de lucru al triorului se face cu datele

experimentale obţinute pe instalaţia descrisa în subcapitolul 5.4, combinate cu rezultatele interpolării folosind metoda celor mai mici pătrate. S-au folosit rezultate experimentale deoarece acestea conţin informaţii privind consumul energetic, efectul tehnologic şi procentul de boabe bune pierdute în subproduse. Dacă primii doi indicatori admiteau o exprimare teoretică, cel de-al treilea parametru, procentul de boabe bune pierdute în subproduse, nu admite, în limitele modelelor teoretice actuale, o descriere satisfăcătoare. Chiar în ceea ce priveşte consumul energetic, estimările

Fig. 5.39. Variaţia efectului tehnologic în raport cu turaţia cilindrului trior

specific unităţii Fig. 5.40. Variaţia consumului energetic de efect tehnologic în raport cu turaţia cilindrului trior



În figura 5.39 s-a reprezentat grafic variaţia efectului tehnologic în raport cu turaţia cilindrului trior, cu x fiind reprezentate datele experimentale, iar cu linie continuă, funcţia de gradul al doilea care interpolează datele, având formula:

2( ) 0.0099 1.0134 99.061Ecsm n n n , (5.20) în care Ecsm este efectul tehnologic, iar n este turaţia în rot/min. Se observă că efectul tehnologic scade cu creşterea turaţiei, iar în limitele intervalelor de lucru ale parametrilor triorului cu care s-au obţinut aceste rezultate, maximizarea (deci optimizarea) se produce în extrema stângă (inferioară) a intervalului de turaţie, respectiv la turaţia minimă considerată. Acesta este un rezultat normal, aşteptat, care nu face decât să valideze rezultatele cercetărilor experimentale. Variaţia raportului dintre consumul energetic şi efectul tehnologic (energia specifică consumată pentru un procent de calitate), apare în figura 5.40, în varianta rezultată din cercetările experimentale şi prin curba pătratică de interpolare, dată de formula (5.21):

2/ ( ) 0.000046404 0.0014 0.1845E Ecsm n n n , (5.21) Se observă că nici consumul energetic specific unităţii de efect tehnologic nu prezintă

puncte de optim în sens strict. Cum interesul este de a minimiza acest raport, calculele indică spre extrema dreaptă a intervalului de variaţie a turaţiei, respectiv spre o maximă, dar limitată de condiţia cinematică, ce impune o valoare subunitară a indicelui cinematic (vezi 4.1). Căutarea posibilelor puncte optimale poate continua cu celalalt factor de calitate important, procentul de boabe bune pierdute în subproduse, care trebuie minimizat. Variaţia acestui parametru calitativ cu turaţia apare în figura 5.41, tot în varianta rezultată din cercetările experimentale şi a curbei de interpolare, dată de formula:

2( ) 0.009 0.4832 7.3431Cpsm n n n . (5.22)

Fig. 5.41. Variaţia procentului de boabe bune pierdute in subproduse, în raport cu turaţia

cilindrului trior

Se observă că pe curba pătratică de interpolare apare un minim propriu, la turaţia: 26,853 rot/min. Pentru a combina efectele calitative şi a obţine un optim care să satisfacă simultan efectul tehnologic (pe care să-l maximizeze) şi procentul de boabe bune pierdute în subproduse (care trebuie minimizat), se studiază variaţia raportului dintre aceste două mărimi, pentru care se doreşte şi se obţine un maximum, după cum arată reprezentarea grafică a variaţiei acestuia în raport cu turaţia triorului, în figura 5.42. Punctul optimal pentru acest parametru de calitate al produsului finit se situează în jurul valorii de 27 rot/min.

Fig. 5.42. Variaţia raportului dintre efectul tehnologic si procentul de boabe bune pierdute în

subproduse, în raport cu turaţia cilindrului trior



Dacă se raportează consumul energetic la efectul tehnologic pe procent de pierdere de boabe bune în subproduse, se obţine un punct optimal, care minimizează şi consumul energetic pentru o calitate satisfăcătoare, la o turaţie în jurul valorii de 27 rot/min. Aceasta se observă din reprezentarea grafică a variaţiei acestui ultim parametru calitativ, care se prezintă în figura 5.43.

Fig. 5.43. Variaţia consumului energetic specific raportului dintre efectul tehnologic şi procentul de

boabe bune pierdute în subproduse, în funcţie de turaţia cilindrului trior

5.8. Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale privind condiţionarea grâului în trioare

Verificarea ipotezei conform căreia trecerea repetata de „n” ori a unui lot de cereale printr-un trior de lungime dată „l”, este teoretic identică cu trecerea aceluiaşi lot de cereale printr-un trior cu lungimea cilindrului „ L n l ”

Pentru a testa capacitatea de simulare a modelului teoretic, se vor compara rezultatele acestuia cu rezultatele unui test experimental real. Testul experimental real presupune ca după fiecare trecere să se ia din produsul util rezultat o proba pe care se calculează procentul de impurităţi ramase în produsul util. Aceasta proba nu se mai introduce în produsul util la următoarea trecere. Acest mod de experimentare impune şi simulării teoretice discontinuitatea de masa de material util de la o trecere prin trior la alta. Aceasta implica schimbarea probabilităţii considerată fiind a fi parametrul de calibrare, ε. Se obţin astfel rezultatele din tabelul 5.14.

Tabelul 5.14 Etapele de simulare si experimentale in trei treceri prin triorul cu lungimea de 0.5 m. Efectul

tehnologic global obţinut pe modelul matematic (simulare) este 99,0376557 %. Efectul tehnologic global obţinut experimental este 98,57.

Numărul de treceri prin cilindrul de

lungime 0,5 m

Cantitatea iniţială de material,

kg

Debit material,

kg/ora

Conţinutul procentual de

impurităţi, %

Conţinutul de impurităţi,

kg

Ecsm, %

ε

1 iniţial 0,50000000 1,40000000 0,00700000 final 0,49427278

7,5000,21869357 0,00108090

84,558 0,022

init. exp. 0,50000000 1,40000000 0,00700000 final. exp. 0,49319000

7,5000,25453400 0,00125533

81,819

2 iniţial 0,42037000 0,21869357 0,00091932 final 0,41967824

7,5660,05422304 0,00022756

75,246 0,0167


7,5660,07000000 0,00290000

73,070

3 iniţial 0,32450000 0,05422304 0,00017595 final 0,32433981

7,4880,01347282 0,00004370

75,163 0,0165


7,4880,02000000 0,00006000

71,420



În figurile 5.44, 5.45, 5.46 se prezintă variaţia teoretica şi experimentală a efectului tehnologic în funcţie de lungimea cilindrului trior, la prima, a doua şi a treia trecere prin trior.

Fig. 5.44. Efectul tehnologic teoretic şi experimental la prima trecere prin cilindrul de 0,5 m

Fig. 5.45. Efectul tehnologic teoretic şi experimental la a doua trecere prin cilindrul de 0,5 m

Fig. 5.46. Efectul tehnologic teoretic şi experimental la a treia trecere prin cilindrul de 0,5 m

Experimental s-a demonstrat că trecerea unei cantităţi de grâu de 3 ori prin triorul de

lungime 0,5 m este practic identică cu trecerea aceleiaşi cantităţi o singura dată printr-un trior de lungime de 3 ori mai mare adică 1,5 m. Prin urmare, daca lungimile celor două trioare luate în

considerare se află într-un raport de dependenta L

nl , atunci pentru a obţine acelaşi efect al

curăţării ca în triorul de lungime L este necesară trecerea de n ori prin triorul de lungime l. O observaţie importantă este aceea că acceptând variabilitatea probabilităţii de intrare a

impurităţilor în alveole, se vede, din tabelul 5.14, ca această probabilitate creşte odată cu încărcarea triorului, ceea ce intuitiv, cel puţin în anumite limite, pare a fi intuitiv corect.

Se mai precizează că plecând cu cantitatea iniţială de produs, 0.5 kg, într-un trior cu aceleaşi caracteristici dar cu lungimea cilindrului de 1.5 m, efectul tehnologic pronosticat are valoarea 99,411 %. Observaţie Din datele prelucrate (teoretic si experimental), se observă că probabilitatea de pătrundere a impurităţilor în alveole, depinde de o serie de factori: debitul de alimentare, procentul de impurităţi, geometria medie a impurităţilor (privite, de exemplu ca elipsoizi, eventual de rotaţie). O formulă posibilă pentru calculul acestei probabilităti ar fi:

1 2( ) ( , , )smiC f Q f a b c (5.23)



în care Csmi este procentul iniţial de impurităţi, f1(Q) este un factor care depinde de debitul de alimentare al triorului, iar f2(a,b,c) este un factor care depinde de caracteristicile geometrice ale impurităţilor modelate ca elipsoizi de semiaxe a, b, c. Forma funcţiilor factor f1 si f2 depinzând fiecare de argumentele lor se stabileşte fie experimental, fie teoretic folosind diferite ipoteze.

Verificarea modelului matematic privind influenţa lungimii cilindrului trior asupra efectului tehnologic şi conţinutului final de impurităţi

Cercetările s-au efectuat utilizând triorul cilindric universal TCU-5, pornind de la principalii

parametri ai regimului cinematic şi datele tehnice pentru triorului analizat şi anume: - Turaţia cilindrului trior a fost rot/min. 40n - Raza cilindrului trior este R=0,315 m - Unghiul de inclinare al jgheabului de colectare a impurităţilor a fost 31

Regimul cinematic k=0,56: - triorul se încadrează în categoria trioarelor rapide situându-se către limita inferioară a intervalului, respective [0,50..0,90]. În urma efectuării a trei probe identice utilizând triorul TCU-5, pentru o cantitate de 50 kg grâu cu conţinut de impurităţi de 1,4 %, s-au obţinut următoarele date:

Tabelul 5.16. Date experimentale TCU-5

Indice de calitate UM Proba I Proba II Proba III Media Conţinutul iniţial de impurităţi % 1,4 1,4 1,4 1,4 Conţinutul final de impurităţi % 0,1588 0,1742 0,1559 0,1629 Efectul tehnologic % 88,65 87,55 88,86 88,35 Utilizând ca date de intrare parametrii tabelaţi mai sus, modelul matematic (cap. 4.3.1.) ne furnizează următoarele dependente ale indicilor de calitate ale procesului:

Fig. 5.47. Variaţia efectului tehnologic cu distanţa pe generatoarea cilindrului, pentru debit de 1000 kg/ora

Fig. 5.48. Variaţia conţinutului de impurităţi în produsul final cu distanţa pe generatoarea cilindrului, pentru debit de 1000 kg/ora

Datele obţinute experimental confirmă utilitatea şi justeţea modelului matematic. Teoretic Ecsm=89,65 % si Csme=0,1448.



Verificarea modelului matematic care furnizează, prin simulare numerică, parametrii cinematici ai particulei de impuritate în cadrul procesului de lucru în triorul cilindric

Aspecte generale În acest capitol se urmăreşte compararea rezultatelor obţinute pe cale teoretică şi experimentală, pentru parametrii cinematici ai procesului de lucru al triorului cilindric. Rezultatele teoretice se obţin prin rezolvarea numerică a ecuaţiilor prezentate în cap. 4.1, iar cele experimentale se obţin pe baza utilizării echipamentului de filmare rapidă şi a software-ului de analiză a mişcării. Utilizând programul de analiză a mişcării (fig. 5.49.), s-a urmărit momentul în care o particula de impuritate a părăsit alveola şi din acel moment şi până la colectarea în jgheab, parametrii cinematici ai acestei particule au fost determinaţi optic pe baza analizei de formă în cadrul imaginilor stocate de camera de mare viteză. Ca urmare, software-ul de analiză a mişcării, a determinat pe imagine unghiul de descărcare al alveolei, poziţia şi viteza iniţiala a particulei de impuritate şi a calculat valorile vectorilor viteză şi acceleraţie (absolută sau pe componente axiale) de-a lungul traiectoriei până la colectarea în jgheab.

Fig. 5.49. Interfaţa grafică a programului de analiză a mişcării

Scopul cercetării este de a verifica corectitudinea modelului matematic.

Rezultatele modelului matematic sunt influenţate de următoarele simplificări: impuritatea este descrisă ca punct material, deci fără extindere spaţială, fără dimensiune,

numai cu masă, ceea ce este eronat, deoarece impurităţile au masă mică dar spaţial se extind şi au caracteristici stereometrice (momente de inerţie etc.) bine definite;

datorita masei mici a impurităţilor şi extinderii spaţiale mari, coeficienţii dinamici ai impurităţilor sunt mari şi aceste particule sunt frânate sau antrenate de curenţii de aer din cilindru, care le modifică traiectoria;

mişcarea impurităţilor ca puncte materiale, descrisă de Letoşnev şi alţii, se face în vid, deci nu se consideră frecarea cu aerul (o modelare mai apropiată de realitate putându-se obţine prin considerarea impurităţii ca punct material care se mişcă în mediu cu frecare).



Comparaţie între mişcarea teoretică (ideală) şi cea experimentală (filmată) Au fost reprezentate variaţiile în timp ale mişcării în proiecţie orizontală, variaţiile componentelor verticale ale mişcări, traiectoriile mişcării, variaţiile în timp ale vitezei orizontale, variaţiile în timp ale proiecţiei vitezei pe verticală, variaţiile în timp ale vitezei rezultante, variaţiile în timp ale acceleraţiei orizontale şi variaţiile în timp ale acceleraţiei pe verticală. Suprapunerea componentelor corespunzătoare ale mişcării reale şi ideale apare în figurile 5.50-5.57.

Fig. 5.50. Variaţiile în timp ale mişcării în proiecţie orizontală

Fig. 5.51. Variaţiile componentelor verticale ale mişcării

Fig. 5.52. Traiectoriile mişcării particulei



Fig. 5.53. Variaţiile în timp ale vitezei orizontale

Fig. 5.54. Variaţiile în timp ale proiecţiei vitezei pe verticală

Fig. 5.55. Variaţiile în timp ale vitezei rezultante

Fig. 5.56. Variaţiile în timp ale acceleraţiei orizontale



Fig. 5.57. Variaţiile în timp ale acceleraţiei pe verticală

În legătură cu aceste variaţii se pot face următoarele observaţii:

mişcarea diferă în special pe orizontală, traiectoriile fiind diferite în special după

atingerea înălţimii maxime; ca formă, mişcarea reală este apropiată de cea parabolică, ideală; componentele verticale ale vitezelor sunt foarte apropiate, diferenţe sensibil fiind între

componentele orizontale ale acestora; acceleraţia verticală măsurată prin filmare este foarte apropiată de cea gravitaţională,

ideală; reducerea acceleraţiei verticale (mai mică în valoare absoluta decât cea ideală), este

provocata de frecări cu aerul şi curenţii de aer posibil generaţi de procesul de lucru şi, la debite mari, de eventuale ciocniri cu alte particule, fapt ce face mişcarea aleatoare;

procesul de prelucrare a imaginilor filmate a înregistrat particula nu de la desprinderea efectivă, ci după identificarea ei completă, moment la care aceasta părăsise (cu 3 mm) suprafaţa cilindrului (fig. 5.52)


61

6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE

6.1. Concluzii generale

1. Cerealele sunt plante din familiile Gramineae şi Polygonaceae, cu o largă utilizare în alimentaţia umană şi în hrana animalelor, fiind cultivate pe circa 760 milioane hectare, ceea ce reprezintă 50 % din terenurile arabile ale planetei. Cele mai cunoscute cereale, sub aspectul importanţei economice şi ponderii în cultivare sunt: grâul, porumbul, secara,orzul, ovăzul, orezul, meiul, sorgul şi hrişca.

2. Principalele componente chimice ale boabelor de cereale, care conferă acestora proprietăţile nutritive deosebite sunt: substanţele proteice, lipidele, glucidele, amidonul, celuloza, vitaminele, enzimele şi substanţele minerale.

3. Suprafaţa cultivată cu grâu în România oscilează în jurul valorii de 2 milioane hectare, cu o producţie totală cuprinsă între 3...7 milioane tone şi producţii medii la hectar între 1541 kg/ha (2007) şi 3403 kg/ha (2004).

4. Pentru depozitare boabele de grâu trebuie să aibă umidităţi de 12...14 %, pentru măcinare acestea trebuie să fie de 14,5...15,5 %, iar impurităţile minerale şi vegetale trebuie să fie riguros controlate şi să se încadreze în limitele standardizate la nivel naţional sau european.

5. Tehnologiile de condiţionare sunt relativ diferite când se pune problema destinaţiei finale a seminţelor de cereale condiţionate în sensul ca unele operaţii specifice de condiţionare pot lipsi din fluxul de condiţionare iar altele noi pot fi adăugate în funcţie şi de caracteristicile fizico-mecanice ale seminţelor de cereale şi necesitaţilor speciale de condiţionare.

6. Pentru a preîntâmpina şi reduce efectul negativ al prezentei corpurilor străine în masa de cereale, acestea se supun unei operaţii de curăţare parţială, numită precurăţare, prin care se îndepărtează 20…25 % din impurităţi.

7. Separarea corpurilor străine pe baza diferenţei între mărimea acestora şi a seminţelor cerealelor, se realizează cu ajutorul ciururilor prin cernere pe suprafeţe din tablă perforată sau sârmă împletită, cu orificii de diferite forme şi mărimi.

8. În cazul în care diametrul secţiunii transversale a boabelor şi a impurităţilor sunt apropiate, separarea prin cernere este imposibilă, fiind necesară separarea după criterii de formă şi lungime, cu utilaje denumite trioare.

9. Pentru curăţarea cerealelor de impurităţile cu masă specifică mai mare decât a cerealelor, cum sunt pietrele, bulgării de pământ, cioburile de sticlă etc., aproximativ de aceleaşi dimensiuni cu ale seminţelor cerealelor, se folosesc mesele densimetrice şi separatoarele de pietre.

10. Descojirea este o operaţie prin care se îndepărtează parţial sau integral învelişul exterior al cerealelor, rezultatul fiind îndepărtarea particulelor de praf aderente, a microorganismelor localizate în şănţuleţe şi în bărbiţă, precum şi a unor straturi exterioare de înveliş, prin care se elimină componentele necomestibile şi se uşurează procesul de separare la măcinare.

11. Perierea este o operaţie tehnologică prin care se urmăreşte, în special, îndepărtarea urmelor de praf şi a învelişurilor zdrenţuite apărute în operaţia de descojire.

12. Cele mai cunoscute firme româneşti constructoare de utilaje pentru condiţionarea cerealelor sunt: S.C. IMA S.A Iaşi, S.C. ISLAZ S.A. Alexandria şi S.C. TEHNOVAVORIT S.A. Bonţida, INCD INMA Bucureşti, S.C. INSTIRIG S.A. Balş.

13. Cele mai cunoscute firme pe plan mondial în construcţia de echipamente şi utilaje pentru condiţionarea cerealelor şi industria morăritului sunt: BÜHLER – Elveţia, OCRIM –Italia, CIMBRIA HEID- Austria, CARTER-DAY – SUA, WESTRUP, DAMAS, KONGSKILDE – Danemarca, PETKUS – Germania.

Autor: ing. Cristian SORICĂ Conducator stiintific: Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU


62

6.2. Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale

1. Cunoscând caracteristicile constructive ale cilindrului trior, viteza sa de rotaţie ( ,, R ), precum şi intervalul de variaţie al unghiului de frecare corespunzător majorităţii impurităţilor care trebuie eliminate, prin modelarea matematică se poate calcula valoarea unghiului critic de desprindere a particulei străine.

2. Pentru a determina zona acoperită de particulele care se desprind şi cad în jgheab, este suficientă stabilirea traiectoriilor particulelor cu coeficientul de frecare minim, respectiv maxim.

3. Utilizând simularea numerică pe modelul matematic de influenţă a lungimii cilindrului asupra săgeţii segmentului de material şi vitezei de deplasare axială a materialului în trior, se observă că pe măsura îndepărtării de origine (locul de alimentare – unde cade în cilindru materia primă), atât săgeata segmentului de material util, cât şi viteza de deplasare axială a acestuia scad.

4. Conţinutul de impurităţi la ieşire în materialul util creşte cu debitul de lucru. 5. Jgheabul, ca formă, poziţie şi deschidere se alege astfel încât să intersecteze în interiorul său

toate traiectoriile seminţelor descărcate din alveolă pe întreaga zonă de cădere, pentru aceasta fiind suficientă intersectarea traiectoriilor seminţelor care se desprind în punctele ce marchează limitele inferioară şi superioară ale zonei de cădere.

6. Domeniul de reglare a poziţiei jgheabului este influenţat numai de valorile limitelor inferioare ale domeniilor de variaţie a unghiurilor de frecare ale produselor care se condiţionează.

7. Obiectivul principal al cercetării experimentale din cadrul acestei lucrări îl constituie studierea procesului de lucru, influenta diferiţilor parametri funcţionali (dimensionali, cinematici şi de reglare) asupra indicilor calitativi ai condiţionării grâului şi optimizarea procesului în sensul creşterii calităţii şi scăderii consumului energetic, pentru o capacitate de lucru dată.

8. Obiectul principal al cercetării experimentale l-a constituit un lot de grâu comun (triticum aestivum), soi Dropia. Caracteristicile fizico-mecanice ale lotului de grâu au fost determinate în laboratorul de analize fizico-chimice al INMA Bucureşti.

9. În cadrul cercetărilor experimentale s-au utilizat două echipamente: un stand adaptat pentru investigarea procesului de lucru al trioarelor cilindrice şi un trior cilindric universal TCU-5 aflate în dotarea INMA Bucureşti. Pentru desfăşurarea cercetărilor experimentale s-a conceput şi urmărit o metodică generală de cercetare experimentală.

10. Cercetările experimentale din laborator s-au desfăşurat după o metodică proprie, în cadrul laboratoarelor INMA Bucureşti, în perioada 6...24 Septembrie 2010, utilizând un stand adaptat pentru investigarea procesului de lucru al trioarelor cilindrice.

11. Pentru verificarea modelului matematic ce studiază parametrii cinematici ai condiţionării în trior, s-au pus în evidenţă experimental, pe cale vizuală şi numerică, unghiul de descărcare a alveolei de impuritatea pătrunsa în aceasta, traiectoria, viteza şi acceleraţia absolută a impurităţii (sau componentele lor axiale).

12. Cercetările experimentale în exploatare s-au desfăşurat după o metodică proprie, pe un trior cilindric universal TCU-5, aflat în dotarea INMA Bucureşti, simultan cu cercetările experimentale în laborator.

13. Pentru evidenţierea caracterului aleator al funcţionarii triorului, în cadrul cercetărilor experimentale, s-a studiat variaţia indicatorilor de calitate ai procesului pentru trei repetiţii la diverse unghiuri de reglare a jgheabului şi turaţia de 45 rot/min.

14. Efectul tehnologic descreşte cu creşterea turaţiei cilindrului triorului. Pierderea de boabe bune în subproduse, creşte substanţial odată cu turaţia cilindrului triorului. Conţinutul de corpuri străine mici în produs la ieşirea din utilaj creşte odată cu turaţia cilindrului triorului.

15. În urma analizei comportamentului valorii medii a fiecăruia dintre cei trei parametri calitativi, rezultă că aceştia variază cu turaţia cilindrului triorului, în sensul descreşterii calităţii procesului de lucru.



63

16. Un astfel de parametru compus este raportul dintre consumul energetic şi calitatea procesului, reprezentată, mai întâi, prin efectul tehnologic. Semnificaţia acestui raport poate fi sintetic reprezentată în denumirea sa: consumul specific de energie pe unitatea de efect tehnologic.

17. Parametrul consum energetic specific unităţii de efect tehnologic scade cu creşterea turaţiei cilindrului trior. Ca urmare a acestui rezultat, efectul economic cel mai bun se obţine la turaţia maximă admisibilă a cilindrului trior.

18. Optimizarea parametrului dat de raportul dintre procentul de boabe pierdut în subproduse şi efectul tehnologic se obţine pentru turaţia cea mai mică ce se dovedeşte viabilă.

19. Efectul tehnologic scade cu creşterea turaţiei. Pentru a combina efectele calitative şi a obţine un optim care să satisfacă simultan efectul tehnologic (pe care sa-l maximizeze) şi procentul de boabe bune pierdute în subproduse (care trebuie minimizat), s-a studiat variaţia raportului dintre aceste două mărimi, pentru care s-a obţinut un maximum la o valoare a turaţiei de 27 rot/min.

20. Daca efectul tehnologic pe unitatea de boabe bune pierdute în subproduse se raportează la consumul energetic, se obţine un punct optimal care minimizează consumul energetic pentru o calitate în ansamblu satisfăcătoare la o valoare a turaţiei de 27 rot/min.

21. Daca lungimile celor două trioare luate în considerare se află într-un raport de dependenţă L

nl , atunci, pentru a obţine acelaşi efect al curăţării ca în triorul de lungime L, este necesară

trecerea de n ori prin triorul de lungime l. 22. Probabilitatea de pătrundere a impurităţilor în alveole, depinde de o serie de factori: debitul

de alimentare, procentul de impurităţi, geometria medie a impurităţilor (privite, de exemplu, ca elipsoizi, eventual de rotaţie).

23. Utilizând programul de analiză a mişcării, s-a urmărit momentul în care o particulă de impuritate a părăsit alveola şi, din acel moment şi până la colectarea în jgheab, parametrii cinematici ai acestei particule au fost determinaţi optic pe baza analizei de formă în cadrul imaginilor stocate de camera de mare viteză. Ca urmare, software-ul de analiză a mişcării, a determinat pe imagine unghiul de descărcare al alveolei, poziţia şi viteza iniţială a particulei de impuritate şi a calculat valorile vectorilor viteză şi acceleraţie (absolută sau pe componente axiale) de-a lungul traiectoriei până la colectarea în jgheab.

24. S-a constatat că mişcarea particulelor diferă mai mult pe orizontală, traiectoriile fiind diferite în special după atingerea înălţimii maxime.

25. Reducerea acceleraţiei verticale (mai mică în valoare absolută decât cea ideală), este provocată de frecări cu aerul şi curenţii de aer posibil generaţi de procesul de lucru şi, la debite mari, de eventuale ciocniri cu alte particule, fapt ce face mişcarea aleatoare.

26. Procesul de prelucrare a imaginilor filmate a înregistrat particula nu de la desprinderea efectivă ci după identificarea ei completă, moment la care aceasta părăsise (cu 3 mm) suprafaţa cilindrului. 6.3. Contribuţii personale

1. Evidenţierea oportunităţii şi utilităţii temei de doctorat, precizându-se obiectivul principal al lucrării ca fiind studierea procesului de lucru, influenţei diferiţilor parametri funcţionali (dimensionali, cinematici şi de reglaj) asupra indicilor calitativi ai condiţionării grâului şi optimizarea procesului în sensul creşterii calităţii şi scăderii consumului energetic, pentru o capacitate de lucru dată, precum şi obiectivele subsidiare, pe baza cărora să se asigure îndeplinirea în totalitate a obiectivului principal.

2. Elaborarea unei sinteze asupra rolului şi importantei cerealelor în alimentaţia omului, cu precizări referitoare la cerealele cultivate în România precum şi necesitatea condiţionării acestora în vederea valorificării în diverse domenii.



64


3. Realizarea unui studiu privind tehnologiile generale şi operaţiile specifice de condiţionare a seminţelor de cereale, cu prezentarea celor mai recente realizări pe plan mondial în domeniul echipamentelor pentru condiţionarea mecanică a cerealelor.

4. Cercetarea teoretică a cinematicii, dinamicii, influenţei diferiţilor parametri asupra indicilor calitativi ai condiţionării, precum şi posibilităţilor de optimizare a procesului de condiţionare a grâului în trioare.

5. Elaborarea unor modele matematice şi studii numerice care descriu cinematica condiţionării în trioarele cilindrice, influenţa diferiţilor parametri dimensionali asupra unor parametri de proces precum şi asupra indicilor de calitate ai condiţionării cerealelor în trioare.

6. Analiza teoretică privind influenţa parametrilor constructivi ai triorului asupra indicilor de calitate ai procesului de condiţionare a cerealelor în trioarele cilindrice.

7. Analiza teoretică privind influenţa parametrilor constructivi ai triorului asupra unor parametri de proces.

8. Stabilirea unor metodici de cercetare pentru verificarea indicilor de calitate ai procesului de condiţionare în trioarele cilindrice prin cercetări experimentale în condiţii de laborator şi exploatare, pe baza cărora să se poată stabili valorile optime ale parametrilor cinematici, funcţionali şi de reglaj sub aspectul consumului energetic şi calităţii procesului de condiţionare, cu definirea obiectivelor, obiectelor, aparaturii şi locaţiilor pentru aceste cercetări.

9. Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor obţinute, care contribuie la aprofundarea cunoştinţelor din acest domeniu.

10. Verificarea ipotezei privind echivalenta trecerii repetate a unui lot de cereale printr-un trior de lungime dată, cu o singură trecere a aceluiaşi lot de cereale printr-un trior cu lungimea direct proporţională cu cea a triorului iniţial şi cu numărul de treceri repetate prin acesta.

11. Verificarea modelului matematic privind influenţa lungimii cilindrului trior asupra efectului tehnologic şi conţinutului final de impurităţi.

12. Verificarea modelului matematic care ne furnizează prin simulare numerică, parametrii cinematici ai particulei de impuritate în cadrul procesului de lucru în triorul cilindric, prin comparaţia cu parametrii cinematici furnizaţi de un echipament de filmare rapidă şi un software de analiză avansată a mişcării. 6.4. Direcţii viitoare de cercetare

Continuarea cercetărilor în vederea aprofundării studiului caracterului aleator ce afectează procesul de lucru al triorului cilindric, prin studierea probabilităţii de pătrundere în alveole a impurităţilor pe baza geometriei medii a impurităţilor, precum şi îmbunătăţirea calibrării modelelor matematice abordate.

Continuarea cercetărilor teoretice şi experimentale în vederea elaborării unui program de calcul ce permite simularea numerică şi determinarea parametrilor optimi de funcţionare a unui trior având ca date de intrare parametrii constructivi şi funcţionali ai triorului, caracteristicile fizico-mecanice ale lotului de cereale prelucrat şi indicii de calitate impuşi pentru procesul de condiţionare.

Continuarea cercetărilor teoretice şi experimentale pe trioare cilindrice cu diverse capacităţi de lucru şi caracteristici dimensionale în funcţie de necesităţile diverşilor utilizatori potenţiali.

Studierea posibilităţilor de realizare a mantalelor cilindrice din alte materiale având alţi coeficienţi de frecare cu suprafaţa seminţelor de cereale şi impurităţi scurte, permiţând în acest fel o mai bună diferenţiere a zonelor de descărcare a seminţelor lungi faţă de zona de descărcare a impurităţilor scurte.


65

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ 1. Ahrendts, J., Beitz, W., ş.a.: Hütte: Manualul inginerului - Fundamente (traducere din

lb. germană); Editura Tehnică, Bucureşti: 1995; 2. Alexandru R.: Operaţii şi utilaje în industria alimentară, Universitatea Galaţi, 1981; 7. Behr, B., Beitz, W., ş.a.: Dubbel: Manualul inginerului mecanic - Fundamente (traducere

din lb. germană); Editura Tehnică Bucureşti: 1998; 8. Beitz, W., Küttner, K.H., u.a.: Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau; Veb

Springer - Verlag, Berlin - Heidelberg,: 1983; 11. Brătucu, Gh.: Cercetări privind influenţa condiţionării hidrice a seminţelor asupra performanţelor

procesului de măcinare a grâului, în Buletinul INMATEH III-2006, Bucureşti, p. 139-142; 12. Brătucu, Gh.: Contribution to the Improvement of the Humidification Operation of Cereals Destined

for Milling, in Bulletin of the Transilvania University of Braşov, vol. 13 (48), Series A1, 2006, p. 9-16; 13. Brătucu, Gh.: Tehnologie agricolă, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 1999; 14. Brătucu, Gh., Căpăţînă, I., Păunescu, C.G.: Fabricarea echipamentelor tehnice pentru agricultură şi

industrie alimentară, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 2009; 15. Brătucu, Gh., Fodor, A.N.: Cerinţe ale condiţiilor actuale din agricultura românească asupra

raportului fiabilitate/mentenenţă al maşinilor agricole, în revista Mecanizarea Agriculturii, nr. 5-6/2010, p. 23-27;

16. Brătucu, Gh., ş.a.: Transportul intern, manipularea şi depozitarea produselor agroalimentare, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 2010;

17. Bucurescu, N., Roman, D., ş.a.: Sămânţa şi pregătirea acesteia pentru însămânţări, Editura Ceres, Bucureşti, 1992;

21. Candelon, Ph.: Les machines agricoles (volumes 3,4,5); Editions J.B. Baillere, Paris: 1978; 22. Căsăndroiu, T.: Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea produselor agricole

(Curs, vol 1); U.P., Bucureşti: 1993; 23. Căsăndroiu, T., David, L.: Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea

produselor agricole (îndrumar pentru lucrări de laborator); U.P., Bucureşti, 1994; 26. Costin I.: Cartea morarului, Editura Tehnică, Bucureşti, 1988. 28. Costin I.: Tehnologii de prelucrare a cerealelor în industria morăritului, Editura Tehnică,

Bucureşti, 1983 (III – 176712); 29. Danciu, I.: Tehnologia şi utilajul industriei morăritului, Editura Universităţii „Lucian

Blaga” Sibiu 1997; 30. David L., Voicu Gh.: Sisteme de transport, Editura Printech, 1997 39. Găgeanu, P.: Cercetări în vederea optimizării procesului de obţinere a unui material

semincer de porumb valoros, pe site cilindrice, prin calibrare, INMATEH II, Bucureşti, noiembrie 2000;

40. Găgeanu, P.: Consideraţii privind utilizarea tehnicilor moderne în studierea şi realizarea utilajelor de calibrat porumb pentru sămânţă, INMATEH I, Bucureşti, iunie 2000;

41. Găgeanu P., Pirna I. (2002): Aspecte teoretice privind determinarea lungimii cilindrului trior, INMATEH 2002, pag. 106 – 110;

42. Găgeanu, P.,…Sorica, C.,…: Tehnologie modernă de procesare a seminţelor în instalaţia de măcinat porumb cu capacitatea de 22 t/24 ore – în revista INMATEH IV 2004, pag. 19-31, Bucureşti, ISSN 1583-1019

44. Gladcov, N.G.: Maşini de curăţat seminţe, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1972; 47. Iliescu, L., Petculescu, E.: Procese şi utilaje în industria alimentară, E.D.P. Bucureşti,

1977; 48. Ioancea L.- Maşini, utilaje şi instalaţii în industria alimentară, Editura Ceres, 1986. 49. Ioancea, L., Kathrein, I.: Condiţionarea şi valorificarea superioară a materiilor prime

vegetale în scopuri alimentare-Tehnologii şi instalaţii; Editura Ceres, Bucureşti: 1998; 52. Ionescu, V.: Teoria sistemelor, Editura Didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1985;

Autor: ing. Cristian SORICĂ Conducător ştiinţific: Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU


66


54. Jiscanu V.: Operaţii şi utilaje în industria alimentară, vol.1-2, Universitatea Galaţi, 1972; 56. Krasnicenko, A.V.: Manualul constructorului de maşini agricole (vol. 2, traducere din

lb. rusă); Editura Tehnică, Bucureşti: 1964; 57. Kuprit I.N., ş.a.: Tehnologia morăritului (traducere din limba rusă) Editura Tehnică,

Bucureşti, 1954 59. Leonte, M.: Tehnologii şi utilaje în industria morăritului, Editura Millenium, Piatra Neamţ,

2001; 60. Letoşnev, M.N.: Maşini agricole, Editura Agro-Silvică de Stat, Bucureşti: 1959; 61. Mănişor, P., Bria, N., ş.a.: Maşini şi instalaţii pentru uscarea şi condiţionarea

produselor agricole; Editura Agro-silvică, Bucureşti: 1968; 68. Moraru C, ş.a.: Tehnologia şi utilajul industriei morăritului şi crupelor, Fascic.1-2,

Universitatea din Galaţi, 1988 69. Nicolaescu M., ş.a.: Exploatarea şi întreţinerea utilajelor din industria morăritului şi

panificaţiei, Editura Tehnică, 1973 (III – 98638); 73. Panţuru D., Bârsan I.G.: Calculul si construcţia utilajelor din industria morăritului, Editura

Tehnică, Bucureşti, 1997 74. Pavlov F.: Procese şi aparate în industria alimentară, Univ.Galaţi, 1980; 75. Пaвлoвckuu Ґ. T., Исследование технолоґическоґо лродесса в дилиндрических

триерах, Труды ВИМ, т. 17, 1952; 77. Păunescu, I., David, L.: Bazele cercetării experimentale a sistemelor biotehnice;

Editura Printech, Bucureşti: 1999; 87. Răducanu, P.: Procese de prelucrare primară şi conservare a produselor agricole;

U.P., Bucureşti: 1998; 88. Răşenescu, I.: Operaţii şi utilaje în industria alimentară, vol.1-2, Editura Tehnică, 1972 89. Râpeanu N., ş.a.: Maşini şi instalaţii în industria morăritului, Editura Tehnică, Bucureşti,

1965; 91. Rus, Fl.: Bazele operaţiilor din industria alimentară, Editura Universităţii Transilvania Braşov 2001; 92. Rus, Fl.: Operaţii de separare în industria alimentară, Editura Universităţii Transilvania Braşov 2001; 93. Rus, Fl.: Utilizarea criteriilor de similitudine în modelarea proceselor din industria alimentară, Univ.

George Bariţiu, Economia Orizont 2000; 99. Sorică, C.: Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru

condiţionarea cerealelor, Referat nr. 1, Universitatea Transilvania din Braşov; 100. Sorică, C.: Cercetări privind teoria şi calculul proceselor şi utilajelor de condiţionare a

cerealelor, Referat nr. 2, Universitatea Transilvania din Braşov; 101. Sorică, C.: Metodica şi aparatura pentru cercetarea experimentală a procesului de

condiţionare a cerealelor, Referat nr. 3, Universitatea Transilvania din Braşov; 102. Ştefan, C.: Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea produselor agricole – I.P.

„Traian Vuia” Timişoara, 1985; 103. Ştefan, C.: Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea produselor agricole –

Îndrumător de laborator: I.P. „Traian Vuia” Timişoara, 1989; 104. Tit, Z.L.: Masini dlia posleuborocinoi, potocinoi obraboteli semian, Masinostroenoie,

Kolos, Moscva, 1967; 108. Ţucu D.: Morăritul: Sisteme tehnologice şi structuri productive, Editura Mirton, Timişoara,

1994; 109. Ţucu, D., David, I.: Utilaje şi instalaţii pentru morărit şi panificaţie –îndrumar de laborator,

Litografia Universităţii Tehnice Timişoara, 1994; 110. Ţenu, I.: Tehnologii, maşini şi instalaţii pentru industrializarea produselor vegetale. Partea

a II – a, Curăţirea, spălarea şi condiţionarea, Editura Junimea, 1999; 112. Voicu Gh., Casandroiu T.: Utilaje pentru morărit şi panificatie, curs, vol.I - Procese şi

utilaje pentru morărit, Litografia U.P.B., 1995;


67

Curriculum vitae Nume şi prenume SORICĂ F. Cristian Marian

Data naşterii 28 Martie 1978, Roşiorii de Vede, jud. Teleorman Profesia Inginer mecanic

Educaţie şi formare 1992 – 1996 Liceul teoretic Anastasescu, Roşiorii de Vede, profil Informatică; 1996 – 2001 Universitatea Politehnica Bucureşti - Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice, specializarea Maşini şi instalaţii pentru prelucrarea produselor agricole; 2001 – 2002 Universitatea Politehnica Bucureşti - Cursurile de studii aprofundate pe profilul: Ingineria şi Managementul Sistemelor Biotehnice; cercetare, proiectare, testare asistată de calculator; 2004 – Doctorand în ştiinţe inginereşti la Universitatea Transilvania din Braşov.

Locul de muncă INMA Bucureşti Activitatea

profesională2005 – prezent, Cercetător ştiinţific. Activitatea a constat în proiecte de execuţie subansamble, asistenţă tehnică la execuţie, activităţi de cercetare experimentală şi colaborare elaborare documentaţie tehnică; 2002 – 2005, inginer mecanic. Activitatea s-a concretizat în proiectare subansambluri, activitati de încercari utilaje, colaborare elaborare documentatie tehnica si colaborare la proiectarea diferitelor subansambluri.

Activităţi de cercetare Proiecte de cercetare în domeniul tezei de doctorat: - Tehnologie modernă de procesare a seminţelor de porumb în vederea obţinerii unor produse finite de calitate superioară, în contextul cerinţelor diversificării funcţionale şi comerciale a produselor alimentare, programul AGRAL, 2002 – 2004; - Tehnologie modernă de calibrare a seminţelor prin realizarea unui calibror de tipul cilindric în scopul calibrării materialului semincer, programul AGRAL, 2003 – 2005; - Asimilarea în fabricaţie a unui trior cilindric universal, competitiv , în scopul îmbunătăţirii calităţii seminţelor, programul RELANSIN, 2003 – 2005; - Asimilarea în fabricaţie a unui finisor vibrator cu autocurăţire în scopul creşterii indicelui de extracţie la produsele măcinate, programul AGRAL, 2004 – 2006; - Cercetări privind realizarea unui Turboaspirator compatibil cu tehnologia armonizată de precurăţire a seminţelor de cereale şi plante tehnice, programul RELANSIN, 2005 – 2006. 18 lucrări ştiinţifice publicate în reviste de specialitate româneşti

din care 5 lucrări în domeniul tezei de doctorat (2 lucrări în curs de publicare)

3 referate prezentate în cadrul pregătirii la Şcoala Doctorală

Adresa Str. Dunării, Bl. D15, Sc. A, Et. IV, Ap. 16, Roşiorii de Vede, jud. Teleorman

Telefon 0728.045.004



68

Curriculum vitae

FirstName Surname SORICĂ F. Cristian Marian Birth date and place 28 March 1978, Roşiorii de Vede, Teleorman County

Profession Mechanical engineer Studies 1992 – 1996 Anastasescu Theoretical High School, Roşiorii de Vede,

Computer Science specialization; 1996 – 2001 University Politehnica of Bucharest – Biotechnical Systems Engineering Faculty, specialization Machinery and Installations for Processing Agricultural Products; 2001 – 2002 University Politehnica of Bucharest – Postgraduate training courses in the field of Biotechnical Systems Engineering and Management; research, computer -aided design; 2004 – up to present- PhD in Engineering Sciences at Transilvania University of Brasov.

Working place INMA Bucharest Professional activity 2005 – up to present, Scientific researcher. The activity consisted in

designing sub-assemblies, technical assistance in the Manufacturing Department, experimental research activities and collaboration to elaborate technical documentation; 2002 – 2005, Mechanical engineer. The activity consisted in designing sub-assemblies, testing machinery activities, collaboration to elaborate technical documentation and collaboration to design various sub-assemblies.

Research activity Research Projects in the field of PhD thesis: - Modern technology for maize seeds processing in order to obtain high quality products, in the context of functional and commercial diversification requirements of food products, program AGRAL, 2002 – 2004; - Modern technology for seeds calibration through realization of a cylinder type calibrator in order to calibrate the sowing material, program AGRAL, 2003 – 2005; - The assimilation in fabrication of an universal competitive indented cylinder separator, able to improve seeds quality, program RELANSIN, 2003 – 2005; - The manufacturing of a vibratory finisher with self cleaning in order to increase the extraction index for milled products, program AGRAL, 2004 – 2006; - Researches regarding the development of a turbocleaner appropriate to harmonized technology of precleaning for grain and technical plants, program RELANSIN, 2005 – 2006. 18 scientific papers published in Romanian professional papers out

of which 5 scientific papers in the field of PhD Thesis (2 scientific papers under publication)

3 essays presented in the preparation of the PhD School

Address Dunării Street, Bl. D15, Sc. A, Ap. 16, Roşiorii de Vede, Teleorman County

Phone number 0728.045.004



69

LUCRĂRI elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat

Conferinţe internaţionale: 1. Sorică, C.: Studii teoretice privind procedee de separare în câmp magnetic utilizate la

condiţionarea cerealelor – Simpozionul “Tehnologii de mecanizare şi echipamente tehnice pentru agricultură şi industria alimentară armonizate la practica U.E.”, INMA Bucureşti, Mai 2007, Bucureşti – autor, http://www.inma.ro/inmateh;

2. Sorică, C.: Studii teoretice privind procesul de lucru al separatoarelor electrostatice utilizate la condiţionarea cerealelor – Simpozionul “Cercetarea de excelenţă în agricultura şi industria alimentară din România”, INMA Bucureşti, Iunie 2006, Bucureşti – autor, http://www.inma.ro/inmateh;

3. Găgeanu, P.,…Sorică, C.,…: Tehnologie modernă de procesare a seminţelor în instalaţii de măcinat porumb cu capacitate de 22 t/24 ore – INMA Bucureşti, Octombrie 2004, Bucureşti – colaborator, http://www.inma.ro/inmateh.

Publicaţii apărute în reviste recunoscute de CNCSIS: 1. Sorică, C., Pirnă, I., Postelnicu, E.: Metodă modernă de investigare a procesului de lucru al

trioarelor cilindrice, Analele Universităţii din Craiova, seria Agricultură – Montanologie – Cadastru Vol. XL/2 2010, ISSN 1841-8317, pag. 579-585, http://cis01.central.ucv.ro/analele_universitatii;

2. Sorică, C., Cojocaru, If., Brătucu, Gh.: Studii teoretice privind procedee de separare în câmp magnetic utilizate la condiţionarea cerealelor, în revista INMATEH III 2007, pag. 121-126, Bucureşti, ISSN 1583-1019, http://www.inma.ro/inmateh;

3. Sorică, C., Cojocaru, If., Brătucu, Gh.: Studii teoretice privind procesul de lucru al separatoarelor electrostatice utilizate la condiţionarea cerealelor, în revista INMATEH II 2006, pag. 189-196, Bucureşti, ISSN 1583-1019, http://www.inma.ro/inmateh;

4. Sorică, C., Cojocaru, If., Marin, E.: Tendinţe în domeniul construcţiei de utilaje pentru condiţionarea seminţelor de cereale – Craiova 2005, ISSN 1582-9391, http://cis01.central.ucv.ro/analele_universitatii;

5. Găgeanu, P.,…Sorică, C.,…: Tehnologie modernă de procesare a seminţelor în instalaţia de măcinat porumb cu capacitatea de 22 t/24 ore – în revista INMATEH IV 2004, pag. 19-31, Bucureşti, ISSN 1583-1019, http://www.inma.ro/inmateh.

Lucrări prezentate în cadrul pregătirii la Şcoala Doctorală: 1. Sorică, C.: Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru

condiţionarea cerealelor, Referat nr. 1, Universitatea Transilvania din Braşov; 2. Sorică, C.: Cercetări privind teoria şi calculul proceselor şi utilajelor de condiţionare a

cerealelor, Referat nr. 2, Universitatea Transilvania din Braşov; 3. Sorică, C.: Metodica şi aparatura pentru cercetarea experimentală a procesului de condiţionare

a cerealelor, Referat nr. 3, Universitatea Transilvania din Braşov.


http://cis01.central.ucv.ro/analele_universitatii

http://www.inma.ro/inmateh


http://cis01.central.ucv.ro/analele_universitatii



70

CONTRIBUŢII LA STUDIUL PROCESULUI DE CONDIŢIONARE A CEREALELOR

Drd.ing. Cristian SORICĂ

Conducător ştiinţific: prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU Condiţionarea mecanică a cerealelor reprezintă o operaţie indispensabilă oricărui flux tehnologic de valorificare ulterioară a acestora în diverse domenii, în acest cadru înscriindu-se şi cercetările abordate în această lucrare, respectiv studiul procesului de condiţionare mecanică a cerealelor. Lucrarea abordează modelarea matematică a cinematicii condiţionării cerealelor în trioare şi studii numerice privind influenţa lungimii cilindrului trior asupra vitezei de deplasare axială a materialului şi săgeţii segmentului ocupat de materialul util şi influenţa debitului de lucru asupra unor parametri calitativi şi funcţionali ai triorului. De asemenea, se prezintă un studiu privind influenţa parametrilor dimensionali ai trioarelor asupra indicilor calitativi ai condiţionării grâului şi un studiu cu privire la posibilităţile de optimizare a procesului de condiţionare a grâului în trioare. Cercetările teoretice au fost completate cu cercetări experimentale realizate în cadrul laboratoarelor INMA Bucureşti. Cercetările experimentale în laborator au fost efectuate pe un stand adaptat de autor pentru investigarea procesului de lucru al trioarelor cilindrice, iar cercetările experimentale în exploatare s-au desfăşurat pe un trior cilindric universal TCU-5, aflate în dotarea INMA Bucureşti. CONTRIBUTIONS TO THE STUDY OF GRAIN CONDITIONING PROCESS

PhD.Stud. Cristian SORICĂ Scientific Coordinator: PhD. Professor Gheorghe BRĂTUCU

Mechanical conditioning of grain represents an operation indispensable to every technological flow with a subsequent exploitation in various domains, on this line being also situated the researches approached within this paper, respectively the study of grains mechanical conditioning process. The paper approaches the mathematical modelling for the kinematics of grain conditioning into indented cylinder separators and numerical studies regarding the influence of the cilinder length upon the axial speed of the material and the arrow of the segment occupied by useful material and, at the same time, the influence of the flow rate upon some qualitative and functional indices of the indented cylinder separators. At the same time, a study regarding the influence of dimensional parameters of indented cylinder separators upon qualitative indices of wheat conditioning and a study regarding the possibilities of optimizing the wheat conditioning process into indented cylinder separators are presented. The theoretical researches were completed by experimental researches conducted within INMA Bucharest laboratories. The experimental researches in laboratory were performed on a test stand adapted by the author for the investigation of the working process of indented cylinder separators, and the experimental researches in exploitation were performed on a universal indented cylinder separator TCU-5, being owned by INMA Bucharest.


Date post:	28-Jan-2017
Category:	Documents
Upload:	vutruc
View:	215 times
Download:	1 times

SoricaCristianMarian..

Documents